Влияние загрязнения компонентов урбанизированной среды на рост и развитие березы повислой Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Ежеквартальный

научно-практический

журнал

естник АПК

Ставрополья

УДК 504.61:582.632.1

Зеленская Т. Г., Мандра Ю. А., Степаненко Е. Е., Еременко Р. С. Zelenskaya T. G., Mandra Yu. A., Stepanenko E. E., Eremenko R. S.

ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЫ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ

THE INFLUENCE OF POLLUTION OF URBANIZED ENVIRONMENT COMPONENTS ON GROWTH AND DEVELOPMENT OF BIRCH

Представлены результаты оценки загрязнения окружающей среды города Буденновска физико-химическими и биологическими методами. Определено влияние загрязнения на морфометрические показатели березы повислой (Betula pendula Roth.).

Ключевые слова: береза, загрязнение, флуктуирующая асимметрия, морфометрические показатели.

The article presents the results of evaluation of environmental pollution of Budennovsk by using physico-chemical and biological methods. The authors determined the influence of pollution on morphometric indices of silver birch (Betula pendula Roth).

Key words: birch, pollution, fluctuating asymmetry, mor-phometric indices.

Зеленская Тамара Георгиевна -

кандидат сельскохозяйственный наук, доцент кафедры «Экология и ландшафтное строительство» Ставропольский государственный аграрный университет

Мандра Юлия Александровна -

кандидат биологических наук, доцент кафедры «Экология и ландшафтное строительство» Ставропольский государственный аграрный университет

Степаненко Елена Евгеньевна -

кандидат биологических наук, доцент кафедры «Экология и ландшафтное строительство» Ставропольский государственный аграрный университет

Еременко Рената Сергеевна -

кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры «Экология и ландшафтное строительство» Ставропольский государственный аграрный университет

Zelenskaya Tamara Georgievna -

Ph.D. in Agriculture, Docent of Ecology

and Landscape Building department Stavropol State Agrarian University

Mandra Yuliya Aleksandrovna -

Ph.D. in Biology Docent of Ecology

and Landscape Building department, Stavropol State Agrarian University

Stepanenko Elena Yevgenyevna -

Ph. D. in Biology Docent of Ecology

and Landscape Building department Stavropol State Agrarian University

Eremenko Renata Sergeevna -

Ph.D. in Biology

Senior Lecture of Ecology

and Landscape Building department,

Stavropol State

Agrarian University

Изучение экологических проблем городов на теоретическом и практическом уровне помогает решить проблемы загрязнения среды. В последние годы наблюдается интенсивный рост загрязнения атмосферы городов выбросами транспорта и промышленных предприятий [1]. Данное обстоятельство приводит к ухудшению условий жизни людей, создает угрозу здоровью населения. Поэтому возрастает потребность в научно обоснованных мероприятиях, направленных на предотвращение загрязнения урбанизированной среды и сохранение оптимальных условий жизни людей в целом [2].

Зеленые насаждения отрицательно воспринимают наличие в воздухе даже маленьких концентраций токсических веществ. Они

чувствительно реагируют даже на концентрации загрязнителей, которые практически безвредны для людей и животных. Именно поэтому они способны выполнять индикаторную функцию [3-5]. Для детальной оценки и прогнозирования изменений в состоянии древостоя необходимо проводить раннюю диагностику нарушения жизнедеятельности древесных растений, подвергающихся влиянию газовых токсикантов. Все виды повреждений проявляются в первую очередь на физиолого-биохимическом и ультраструктурном и клеточном уровнях, и только после этого появляются наглядные признаки повреждений - хлорозы и некрозы листьев, торможение роста, опадание листвы [5, 6].

Целью данной работы является оценка влияния загрязнения городской среды на рост и раз-

в

естник АПК

Ставрополья

:№ 4(12), 2013!

Экология

171

витие, в частности на морфометрические показатели, березы повислой (Betula pendula Roth.).

Исследования проводились на базе Буден-новского отдела инструментального контроля филиала ФБУ «ЦЛАТИ по ЮФО» - «ЦЛАТИ по Ставропольскому краю». Сбор материала проводился в июле 2013 года, к этому времени уже прошло полное формирование листа березы.

Содержание загрязнителей в листьях березы повислой определяли фотометрическим методом. Расчет величины флуктуирующей асимметрии листовой пластинки проводили с помощью программы Microsoft Excel. Используя специальную таблицу, оценили состояние воздушной среды. Уровень загрязнения атмосферы также оценивали по коэффициенту асимметрии вершины листовой пластинки [2, 8].

Поверхностные органы растений практически не обладают способностью к регулированию при помощи ассимилирующих органов поглощения токсичных веществ из воздуха. В отличие от них корневая система способна частично регулировать процесс поглощения катионов и анионов из почвы. Неспособность наземных органов растений к контролю приводит накоплению загрязняющих компонентов в листовых пластинках.

В связи с этим нами определялось содержание различных концентраций серы в листьях березы повислой. Результаты представлены на рисунке.

Полученные результаты указывают на то, что максимальная концентрация серы присутствует в листьях березы повислой, произрастающей на улице Розы Люксембург (вблизи завода «Став-ролен»), и составляет 1,59 мг/кг. Для этой же улицы обнаружена и самая высокая степень за-

грязнения воздуха сернистым ангидридом 0,56 мг/м3. На улице Прикумской содержание серы в листьях составило 1,13 мг/кг, а концентрация сернистого ангидрида в воздухе - 0,48 мг/м3. Для листьев, собранных с деревьев, произрастающих на проспекте Калинина, эти показатели составили 1,1 мг/кг и 0,26 мг/м3 соответственно. Примерно одинаковые значения концентраций серы в листьях наблюдались на улицах Кла-ринской и Чехова и составили 0,95 и 0,94 мг/кг, а содержание сернистого ангидрида в воздухе этих улиц равнялось 0,082 и 0,073 мг/м3 соответственно. Минимальные значения концентрации серы в листьях были обнаружены в контрольной точке (парке им. Лермонтова) и были равны 0,46 мг/кг, а содержание Э02 в воздухе нами практически не обнаружено.

Таким образом, между содержанием максимальных концентраций сернистого ангидрида в воздухе и максимальным содержанием серы в листьях березы существует прямая зависимость. Это обстоятельство указывает на то, что береза повислая чувствительна к такому виду загрязнения, а соответственно может быть применима в экологическом мониторинге городских территорий.

Кроме того, одним из важных показателей состояния атмосферного воздуха считается масса пыли, которая оседает на листьях. Постоянно увеличивающееся количество пыли, взвешенной в воздухе и оседающей на поверхность растений, можно объяснить высокой степенью износа асфальтобетонного покрытия дорог из-за использования на автотранспорте ошипованных шин. Во время движения легковые, грузовые автомобили и автобусы также образуют асбесто-

1:2

^

0,8 0,6 0,4

°,0

Чч

¿У

S

s

>v

£

¥

sr

у /

Концентрация серы в листьях, мг/кг Концентрация SO2 в атмосфере, мг/м3

Рисунок 1 - Зависимость между содержанием сернистого ангидрида в воздухе и содержанием серы в листьях березы повислой

Ежеквартальный

научно-практический

журнал

естник АПК

Ставрополья

вую и резиновую пыль, что оказывает негативное воздействие на здоровье человека. Пыль попадает на слизистые оболочки органов дыхания и в глаза, а также способствует раздражению кожных покровов человека и создает благоприятную среду для бактерий и вирусов [9].

Таблица 1 - Масса пыли на листовых пластинах обследованных деревьев, г

Район исследования Масса листьев с пылью Масса чистых листьев Масса пыли

Ул. Розы Люксембург 3,44 3,22 0,22

Ул. Прикумская 3,22 3,01 0,21

Проспект Калинина 3,38 3,31 0,07

Ул. Кларинская 3,23 3,17 0,06

Ул. Чехова 3,26 2,21 0,05

Ул. Красноармейская 3,27 2,23 0,04

Парк им. Лермонтова 3, 96 2,93 0,03

Из таблицы 1 следует, что максимальная запыленность наблюдалась на листовых пластинах, отобранных с деревьев на улицах Розы Люксембург и Прикумской, и составляла 0,22 и 0,21 г соответственно. Это обусловлено близким расположением этих улиц к заводу «Став-ролен» и высокой автотранспортной нагрузкой. Минимальные количества пыли наблюдались на улице Красноармейской и на территории парка им. Лермонтова, который является контролем.

Из-за накопления токсических веществ в листовой пластинке в период ее формирования начинается замедление процессов роста и происходит деформация листа. Листовые пластины деревьев, которые испытывают достаточно высокую степень техногенной нагрузки, были меньше по сравнению с листовыми пластинками деревьев, расположенных на некотором расстоянии от промышленного объекта и автомагистрали.

Проведенные измерения морфометрических параметров листа березы повислой показали, что максимальная длина и ширина листовой пластинки наблюдается на деревьях, произрастающих в парке им. Лермонтова и ул. Красноармейской, длина составила 70 и 69 мм, а ширина 50 и 48 мм соответственно (табл. 2).

Таблица 2 - Длина и ширина листьев березы повислой на исследуемой территории г Буденновска, мм

Район исследования Длина листьев Ширина листьев

Ул. Розы Люксембург 54 39

Ул. Прикумская 58 40

Проспект Калинина 63 43

Ул. Кларинская 67 46

Ул. Чехова 64 44

Ул. Красноармейская 69 48

Парк им. Лермонтова 70 50

Важно отметить, что минимальные концентрации сернистого ангидрида в атмосферном

воздухе обнаружены на этих же улицах. Близкие по значениям показатели имеют образцы, отобранные на улицах Чехова (длина 64 мм, ширина 44 мм) и Кларинской (длина 67 мм, ширина 46 мм). Минимальные длина и ширина листовой пластинки наблюдались на улицах Розы Люксембург (длина 54 мм, ширина 39 мм) и Прикумской (длина 58 мм, ширина 40 мм), где и было обнаружено присутствие высоких концентраций ЭОг.

Наименьшие средние значения площади листьев характерны для растений, произрастающих вблизи промышленных предприятий и автомобильных дорог и испытывающих на себе воздействие высоких концентраций загрязняющих веществ. Площадь листовой пластинки березы увеличивается с удалением от источников загрязнения (табл. 3).

Таблица 3 - Площадь листьев березы на различных участках г. Буденновска, см2

Мини- Макси- Средняя

Район исследования мальная мальная пло-

площадь площадь щадь

листа листа листа

Ул. Розы Люксембург 14,8 18,6 15,90

Ул. Прикумская 17,1 18,6 17,91

Проспект Калинина 19,2 21,1 19,9

Ул. Кларинская 18,3 22,2 20,57

Ул. Чехова 20,3 21,9 21,15

Ул. Красноармейская 22,2 26,7 24,15

Парк им. Лермонтова 24 29,1 27,2

Из таблицы 3 следует, что минимальная площадь листовой пластины была обнаружена на участках с максимальной запыленностью листовых пластин, т. е. на улицах Розы Люксембург (14,8 см2) и Прикумской (17,1 см2), находящихся в непосредственной близости от завода «Ставролен». Максимальные значения по площади листовой пластины относятся к территории парка им. Лермонтова (29,1 см2), а также улицам Красноармейской (26,7 см2) и Кларинской (22,2 см2).

Проанализировав данные, полученные в результате исследования запыленности и площади листовых пластин, можно сделать вывод о том, что с увеличением количества пыли на поверхности листа его рост ухудшается, а соответственно уменьшается и площадь листовой пластинки Betula pendula Roth. .

Как показал расчет коэффициента флуктуирующей асимметрии листовых пластинок, в большинстве исследуемых районов города наблюдаются небольшие отклонения от нормального состояния окружающей среды. Существенные нарушения выявлены только в образцах, отобранных вблизи автотрассы и завода «Став-ролен» по ул. Розы Люксембург

Также необходимо отметить, что показатели асимметрии способны отражать не только качественное состояние среды, но и общие показатели состояния исследуемого растительного организма: рост асимметрии наблюдается при

Вестник АПК

Ставрополья

:№ 4(12), 2013:

Экология

173

Таблица 4 - Показатели асимметрии листовых пластинок и качество экологической среды города

Район исследования Коэффициент флуктуирующей асимметрии Стабильность развития (баллы) Качество среды

Ул. Розы Люксембург 0,063 3 Существенные нарушения

Ул. Прикумская 0,06 2 Небольшие отклонения от нормального состояния

Пр.Калинина 0,054 2 Небольшие отклонения от нормального состояния

Ул. Кларинская 0,053 2 Небольшие отклонения от нормального состояния

Ул. Чехова 0,053 2 Небольшие отклонения от нормального состояния

Ул. Красноармейская 0,039 1 Ситуация условно нормальная

Парк им. Лермонтова 0,037 1 Ситуация условно нормальная

увеличении количества негативно действующих факторов, которые нарушают уровень стабильного развития растений (табл. 4).

Таким образом, загрязнение окружающей среды соединениями серы вызывает отклоне-

Литература

1. Битюкова В. Р., Попов А. А. Тенденции атмосферного загрязнения в городах России // Экология и промышленность России. 2009. № 4. С. 4-7.

2. Еременко Р. С., Зеленская Т. Г. Оценка загрязнения окружающей среды методом флуктуирующей асимметрии // Новый университет. Серия: Вопросы естественных наук. 2012. № 3. С. 58-60.

3. Булохов А. Д. Экологическая оценка среды методами фитоиндикации. Брянск,

2009. 104 с.

4. Мандра Ю. А. Комплексная фитоиндикаци-онная оценка состояния окружающей среды города-курорта Кисловодск // Юг России: экология, развитие. 2010. № 1. С. 33-40.

5. Мандра Ю. А., Степаненко Е. Е. Влияние антропогенной нагрузки на видовой состав лихенофлоры города-курорта Кисловодска // Вестник АПК Ставрополья. 2012. № 3. С.109-111.

6. Степаненко Е. Е., Еременко Р. С., Зеленская Т. Г. Оценка экологического состояния озера Соленого Петровского района методом биотестирования // Сборник научных трудов ЭмогИ. 2012. Т. 45. № 4. С. 101-104.

7. Андреева М. В. Оценка состояния окружающей среды в насаждениях в зонах промышленных выбросов с помощью растений-индикаторов : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. СПб., 2007. 20 с.

8. Мандра Ю. А., Еременко Р. С. Биоиндикационная оценка состояния окружающей среды города Кисловодска на основе анализа флуктуирующей асимметрии // Известия Самарского научного центра РАН.

2010. Т. 12. № 1-8. С. 1990-1994.

9. Зеленская Т. Г, Степаненко Е. Е., Еременко Р. С. Влияние загрязнения окружающей среды на здоровье населения г. Ставрополя // НаукаПарк. 2013. Т. 1. № 1. С. 64-69.

ния в росте и развитии березы повислой. Это обстоятельство позволяет дать рекомендации по включению Betula pendula Roth. в перечень рекомендованных биоиндикаторов для города Буденновска Ставропольского края.

References

1. Bityukova V. R., Popov A. A. Trends of atmospheric pollution in the Russian cities // Ecology and industry of Russia. 2009. № 4. P. 4-7.

2. Eremenko R.S., Zelenskaya T.G. Evaluation of environmental contamination by fluctuating asymmetry // New University. Series: Natural science issues. 2012. № 3. P. 58-60.

3. Bulokhov A.D. Environmental assessment by the methods of phytoindication. Bryansk, 2009. 104 p.

4. Mandra Yu. A. Integrated phytoindication environmental assessment of the resort city Kislovodsk // South Russia: Ecology, evolution. 2010 № 1. P. 33-40.

5. Mandra Yu. A., Stepanenko E. E. Influence of anthropogenic load on the lichen species composition of the resort town of Kislovodsk // Agricultural bulletin of Stavropol Region. 2012. № 3. P. 109 -111.

6. Stepananko E. E., Eremenko R. S., Zelenskaya T. G. Environmental assessment of Lake Solyenoye in the Petrov area by the means of toxicologic testing // Proceedings Sworld. 2012. V. 45. № 4. P. 101-104.

7. Andreeva M. V. Environmental assessment in forests in areas of industrial emissions by using plant-indicators: author's abstract dis. ... cand. agricultural science. St. Petersburg, 2007. 20 p.

8. Mandra Yu. A., Eremenko R. S. Bioindication environmental assessment of Kislovodsk on the basis of analysis of fluctuating asymmetry // News of Samara scientific center of RAS. 2010. V. 12. № 1-8. P. 1990-1994.