CC BY
88
Влияние почвенных условий и происхождения семян сосны обыкновенной на их лабораторную и грунтовую всхожесть*
С.Г. Махнёва, к.б.н., П.Е. Мохначёв, аспирант,
С.Л. Менщиков, д.с.-х.н, Ботанический сад УрО РАН
Биоэкологические особенности прорастания семян, роста и развития сеянцев семян многих лесообразующих пород являются объектом интереса в связи с необходимостью биологической оценки репродуктивного потенциала видов-лесообразователей, произрастающих в неблагоприятных природных условиях (переувлажнение, действие пониженных температур, техногенное загрязнение и т.д.), изучения возможности лесовозобновления на техногенно загрязнённых территориях. Действие щелочной техногенной трансформации почв на леса таёжной зоны мало-изучено. Между тем щелочные техногенные выбросы цементных и магнезитовых производств, сжигания углей, золошлаковые отходы ТЭС широко распространены, в России улавливаются не в полной мере и мало утилизируются.
Анализ литературных данных выявил разнообразие мнений относительно значения почвенного фактора вегетационного опыта и условий формирования семян хвойных растений для их прорастания и развития сеянцев. Одни авторы считают, что определяющее значение для прорастания семян и развития проростков и сеянцев семян имеют почвенные условия опыта [1, 2], другие указывают на важнейшее значение условий формирования семян [3].
Цель данного исследования — изучение всхожести семян сосны, сформированных в древостоях при разных уровнях техногенного загрязнения среды, в лабораторных условиях и вегетационном опыте в разных почвенных условиях.
Объекты и методы исследования. Объектами исследования были древостои сосны обыкновенной 30—40-летнего возраста, произрастающие на опытных участках (ОУ) в зонах сильного (ОУ-2), среднего (ОУ-5), слабого (ОУ-4) уровней техногенного загрязнения среды на удалении соответственно 1, 3, 10 км от основного источника техногенного загрязнения — комбината «Магнезит». Древостои сосны в зонах техногенного загрязнения созданы сотрудниками Ботанического сада УрО РАН в 1980—1988 гг. двулетними саженцами сосны из семян местного происхождения. За многолетний период действия комбината «Магнезит» негативному воздействию
подверглись более 50 тыс. га лесного фонда. На прилегающих к заводу территориях сосновые и лиственничные леса погибли, на остальной — находятся на разных стадиях дигрессии [4]. В образцах снега и почвы, отобранных в окрестностях г. Сатки в 2011 г., выявлено значительное возрастание показателя рН от нейтральной и слабокислой на удалении 20—25 км от завода до сильнощелочной на удалении 1—3 км; на ближайших к заводу территориях выявлено также возрастание концентраций соединений магния до 3277—5359 мг/м2, что в 28—45 раз выше, чем в фоновых условиях [5]. В качестве контрольных использовали семена древостоя сосны того же класса возраста, произрастающего вблизи п.г.т. Сулея на удалении 20 км от комбината (ОУ-К).
Определяли массу 1000 шт. семян (г), лабораторную всхожесть семян на 15-е сут. (%), грунтовую всхожесть семян (%) сосны всех ОУ с 15-х по 105-е сут. в разных вариантах почв. Почвы (горизонт А1) для вегетационного опыта отбирали весной 2012 г. на опытных участках в условиях сильного, среднего и слабого уровней техногенного загрязнения, а также в фоновых условиях. Вариантами вегетационного опыта были почвенные условия, а также семена модельных деревьев (по 6 на каждом ОУ), произрастающих в условиях разного уровня техногенного загрязнения. Для проведения вегетационного опыта измельчённые и отсеянные от крупных минеральных частиц почвы помещали в деревянные ящики, размещённые в теплице в равных условиях освещения, температуры и влажности. Посев семян был произведён построчно на глубину 0,5—0,7 см. Для статистической обработки данных использовали методы вариационной статистики пакета программ 81аИ8Иса.
Результаты и их обсуждение. Установлено, что в древостое сосны в зоне сильного уровня техногенного загрязнения (ОУ-2) формируются наиболее мелкие семена; различия по показателю массы 1000 шт. семян достоверны с семенами ОУ-4 и ОУ-К (р<0,05) (рис. 1). По мере снижения уровня техногенного загрязнения масса семян возрастает. Значения показателя лабораторной всхожести семян сосны всех ОУ находятся в диапазоне от 85,00 до 92,98% (рис. 2). Наблюдается тенденция снижения показателя по мере уменьшения уровня загрязнения от ОУ-2 к
* Работа выполнена при частичной поддержке Уральского отделения РАН (проект №12-М-23-457-2041)
ОУ-4, однако различия между всеми древостоя-ми недостоверны. Следует отметить, что семена сосны из зоны сильного уровня техногенного загрязнения при достоверно меньшем значении показателя массы имеют высокую всхожесть, сравнимую с таковой семян других древостоев.
Число семядолей проростков семян используют как показатель для выявления генетических различий между формами деревьев и экологическими условиями. Установлено, что число семядолей проростков семян исследуемых древостоев изменяется в диапазоне от 4 до 9. Выявлено, что семена деревьев из фоновых условий с высокой частотой формируют проростки с числом семядолей более 6, что приводит к достоверно значимому возрастанию среднего значения данного показателя, относительно других древостоев (р<0,05) (рис. 3). Следует отметить тенденцию возрастания числа семядолей при возрастании веса семян сосны (г=0,70).
В вегетационном опыте было установлено, что наиболее благоприятные условия для прорастания семян сосны существуют в варианте опыта с почвой из фоновых условий (рис. 4). Для данного варианта почвы был выявлен наиболее длительный период (до 105 сут. включительно) появления всходов семян, а также наименьшие
различия по показателю всхожести между семенами разного происхождения (63—74%).
Почва из зоны слабого уровня загрязнения также благоприятна для прорастания семян ОУК, хотя показатель всхожести несколько ниже, чем в почве из фоновых условий (рис. 5). Показатель всхожести семян ОУ-2 и ОУ-5 на 105-е сут. в почве из зоны слабого уровня загрязнения достоверно ниже (р<0,05) по сравнению с почвой из фоновых условий.
В почвах из зон среднего и сильного уровней загрязнения всхожесть семян ОУ-К и ОУ-4 достоверно ниже, чем в других вариантах опыта (р<0,05) (рис. 6, 7). Напротив, показатель всхожести семян ОУ-2 и ОУ-5 в почве из зоны среднего уровня загрязнения на 45-е сут. в 1,2—2,3 раза превышает таковой в других почвах (рис. 4—5).
Установлено, что почва из зоны сильного уровня загрязнения оказывает негативное влияние на семена всех древостоев (рис. 7); различия по показателю всхожести семян достоверны (р<0,05) с другими вариантами опыта. Исключение составляют семена древостоя ОУ-К, для которых почвы из зоны сильного и среднего уровней загрязнения в равной степени неблагоприятны.
0 .
г
ет
о
2 5
□¥-§ 1
* OV-4, ОУ-К Т
1 1
■
ОУ-2
ОУ-5
ОУ-К
Рис. 1 - Масса 1000 шт. семян сосны обыкновенной ‘различия достоверны при р < 0,05
100
90
80
70
60
50
%
I ■ Й I
ОУ-2 ОУ-5 ОУ-4
Рис. 2 - Лабораторная всхожесть семян сосны
ОУ-К
Рис. 3 - Число семядолей проростков семян ‘различия достоверны при р<0,05
30 4? бо 7? ?о
сут.
Рис. 4 - Всхожесть семян сосны разных древостоев в почве из фоновых условий (ОУ-К)
30
“О
йО
50
40
30
20
Ю
о
15
45 60
сут.
90 105
Рис. 5 - Всхожесть семян сосны разных древостоев в почве из зоны слабого уровня загрязнения (ОУ-4)
SO 70 00 ÍQ °* 40 30 20 10
0 -----1----i----1----1----1-----г---1-----1
15 2Í 30 45 СО 75 í>0 JOS
сут.
Рис. 6 - Всхожесть семян сосны разных древостоев в почве из зоны среднего уровня загрязнения (ОУ-5)
Выявлено, что всхожесть семян ОУ-4 зависит от уровня техногенного загрязнения почв: чем выше уровень загрязнения, тем ниже значения показателя всхожести (рис. 4—7).
Отметим высокий уровень индивидуальной изменчивости показателя всхожести семян, который для всех древостоев составлял 20,3—28,8% на 105-е сут. опыта.
Таким образом, грунтовая всхожесть семян сосны в разных вариантах вегетационного опыта зависит как от почвенных условий, так и от происхождения семян, а именно условий формирования семян и генетических особенностей деревьев.
Выводы. В древостоях сосны, произрастающих при разных уровнях техногенного загрязнения среды аэрополлютантами, формируются семена, различающиеся по весу. Семена сосны из зоны сильного уровня загрязнения при меньшем значении показателя веса имеют всхожесть, близкую по значению с семенами, сформированными при меньших уровнях техногенного загрязнения.
Наиболее благоприятные условия для прорастания семян и развития проростков отмечены в опыте с почвой из фоновых условий. В благоприятных почвенных условиях выявлены минимальные различия по показателю всхожести между семенами, сформированными при разных уровнях техногенного загрязнения.
Наиболее неблагоприятные условия для прорастания семян всех древостоев выявлены
о ■
15 2\ 30 45 60 75 90 105
сут.
Рис. 7 - Всхожесть семян сосны разных древостоев в почве из зоны сильного уровня загрязнения (ОУ-2)
в варианте опыта с почвами из зоны сильного уровня загрязнения.
Для семян разных ОУ существуют специфические закономерности реакции на уровень загрязнения почв. Так, всхожесть семян из зоны слабого уровня загрязнения закономерно снижается при возрастании уровня техногенного загрязнения почв в опыте. Всхожесть семян из фоновых условий имеет высокие значения на малозагрязнённых почвах и низкие значения — на средне- и сильнозагрязнённых. В то же время почвы из зоны среднего уровня загрязнения оказывают стимулирующее действие на семена из зон среднего и сильного уровней загрязнения.
Литература
1. Еркоева А.А., Дроздов С.Н., Холопцева Е.С. Влияние кислотности почвы на экофизиологическую характеристику сеянцев сосны обыкновенной // Труды Карельского научного центра РАН. 2012. № 2. С. 84-90.
2. Митякова И.И. Влияние почвенно-экологических условий на рост сеянцев сосны обыкновенной // Научный журнал КубГАУ. 2012. № 81 (07). С. 2-12.
3. Бендер О.Г., Велисевич С.Н., Читоркина О.Ю., Зотико-ва А.П., Чернова Н.А. Анализ влияния качества почвенного субстрата и происхождения семян на морфогенез сеянцев кедра сибирского // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2012. № 1 (17). С. 109—121.
4. Менщиков С.Л., Сродных Т.Б., Терехов Г.Г., Луганский Н.А. Особенности химизма почв и анатомо-морфоло-гического строения асиммиляционного аппарата сосны и берёзы в условиях магнезитового запыления // Экология. 1987. № 5. С. 84—87.
5. Менщиков С.Л., Кузьмина Н.А., Мохначев П.Е. Воздействие атмосферных выбросов магнезитового производства на почвы и снеговой покров // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. № 5 (37). С. 221—224.
