Введение к работе
Актуальность темы. К регионам Российской Федерации, страдающим от
высоких техногенных нагрузок на атмосферу, почву, поверхностные и подзем
ные воды, относится Кемеровская область, являющаяся наиболее урбанизиро
ванной областью Западной Сибири. Для нивелирования последствий техноге-
неза необходимо выявить показатели, адекватно отображающие состояние го
родской среды. Из таких методов приоритетными считаются биологические
(Артамонов, 1986; Сергейчик, 1997; Спиридонов, Зверев, 2005; Неверова, Ере
меева, 2006), а из них, в свою очередь, - метод фитомониторинга. Растения-
мониторы осуществляют более интенсивный газообмен по сравнению с челове
ком и животными, обладают более высокой чувствительностью и стабильно
стью ответной реакции на действие различных внешних факторов (Сергейчик,
1984). При этом необходимо отметить, что растения, произрастающие в городе,
помимо функции опытно-контрольных баз проведения биомониторинга (Засоба
и др., 2007), выполняют широкий спектр других функций - средообразующих,
экономических и социальных (Горышина, 1991; Сергейчик, 1997; Неверова,
Колмогорова, 2003; Заикин, 2007). Оказывая средопреобразующее влияние на
городскую среду, зеленые посадки одновременно сами находятся под влиянием
техногенных факторов. :
Часто целям фитоиндикации служит сосна обыкновенная {Pinus sylvestris L.), для которой характерны постепенность процесса нарушения, максимальные повреждения хвои (Петункина, Ковригина, 2005), высокая чувствительность в сочетании с низкой газоустойчивостью (Гудериан, 1979; Меннинг, Федер, 1985; Смит, 1985), что проявляется как на уровне отдельных растений, так и насаждений в целом (Петункина, Ковригина, 2005). В ряде современных работ подчеркивается необходимость дальнейшего более углубленного исследования сосны, как одного из лесообразующих видов, особенно в слабо изученных районах азиатской части ареала (Санников и др., 2004; Бореальные леса..., 2007).
Изучаемая в контексте экологической безопасности необходимость характеристики сосновых искусственных насаждений в условиях различного техногенного воздействия определила настоящую тему исследований.
Цель работы: исследование эколого-физиологической адаптации сосны обыкновенной в посадках урбанизированных территорий Кемеровской области.
Задачи исследований:
-
Установить особенности накопления основных фотосинтетических пигментов и содержания свободной воды в хвое сосны при развитии на урбанизированных территориях;
-
Изучить влияние погодных условий и техногенной нагрузки на физиоло-го-биохимические параметры сосны;
-
Проанализировать изменения анатомо-морфологических параметров хвои под влиянием воздушных поллютантов;
-
Оценить относительное жизненное состояние изучаемых насаждений в динамике;
-
Охарактеризовать изменения морфометрических показателей хвои и побега при развитии растений в экстремальных условиях городской среды;
-
Выявить различия в процессах адаптации у сосен зимнезеленых и зимне-желтеющих форм;
-
Оценить возможность использования физиолого-биохимических, анато-мо-морфологических и морфометрических показателей сосны обыкновенной для целей фитоиндикации и экологического мониторинга в условиях Кемеровской области.
Научная новизна. Получены оригинальные данные о процессах адаптации сосны обыкновенной в условиях урбанизированных техногенных территорий Кузбасса. Составлена сравнительная характеристика сезонной динамики содержания фотосинтетических пигментов в разновозрастной хвое сосны. При проведении параллельного сравнения сосновых насаждений юга и севера области впервые для Кемеровской области определены различия, заключающиеся в среднем содержании ассимиляционных пигментов. Впервые учитывалась форма исследуемых деревьев - зимнежелтеющая или зимнезеленая, что позволило выявить зависимость от данного параметра колебаний содержания свободной воды в хвое в течение года и морфометрических характеристик хвои и побега. Определен характер зависимости физиолого-биохимических признаков сосны от состояния атмосферного воздуха по месяцам.
Теоретическая и практическая значимость. Результаты исследований позволяют расширить имеющиеся представления о механизмах адаптации сосны обыкновенной при развитии в условиях урбанизированной среды. Полученные результаты могут быть использованы при создании и реконструкции сосновых насаждений в санитарно-защитных и селитебных зонах промышленных центров. Полученные данные служат основой для проведения фитоиндикации и фитомониторинга и решения задач фиторемедиации в условиях городов. Данные могут быть применены в учебном процессе вузов биологических и экологических специальностей.
Организация исследований. Работа выполнена в 2001-2003 и 2007 гг. (на кафедре технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Кемеровского государственного сельскохозяйственного института).
Апробация работы. Основные положения работы были доложены на конференциях: Конференции студентов и молодых ученых Кемеровского государственного университета (Кемерово, 2002, 2003), VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов с международным участием «Современные угрозы человечеству и обеспечение безопасности жизнедеятельности. Безопасность-03» (Иркутск, 2003), V Международной научно-практической конференции молодых ученых Сибирского федерального округа «Современные тенденции развития АПК в России» (Красноярск, 2007), VI Российско-монгольской научной конференции молодых ученых и студентов «Алтай: экология и природопользование» (Бийск, 2007), Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения» (Новокузнецк, 2007).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Наиболее информативными для проведения фитомониторинга в условиях Кемеровской области являются анатомо-морфологические особенности хвои и относительное жизненное состояние древостоев.
-
Развитие сосны обыкновенной в урбанизированных экосистемах приводит к большим потерям декоративности у зимнезеленых форм, чем у зимнежелтею-щих.
Степень обоснованности и достоверности результатов исследований базируется как на достаточном экспериментальном материале, так и применении статистической обработки полученных данных. Для диссертационной работы был собран обширный полевой материал, обработанный в лабораторных условиях. Тщательно соблюдены требования методики исследования. Подготовлено и проанализировано 6840 образцов хвои для определения фотосинтетических пигментов и 1080 срезов ассимиляционных органов.
Декларация личного участия автора. Автором определены цель, задачи и разработана программа исследований, частично выполнена работа по планированию, выбору и обоснованию методов. Осуществлены сбор и обработка первичного материала, выполнен комплекс морфометрических, микроскопических и физиологических исследований. Автором лично выполнена статистическая обработка результатов, их анализ и обобщение.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 1 -в журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 315 наименований, из них 40 - на иностранном языке. Общий объем диссертации составляет 171 страницу машинописного текста, включает 15 таблиц и 30 рисунков, 24 приложения.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Кондратенко Е.П. (КемГСХИ) и кандидату биологических наук, доценту Петункиной И.О. (КемГУ) за руководство, ценные советы и неоценимую помощь в организации исследований.
