Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. STRONG Техногенное загрязнение атмосферы и содержание тяжелых металлов в компонентах лесных экосистем
STRONG
1.1. Загрязнение тяжелыми металлами воздушной среды городов 7
1.2. Содержание тяжелых металлов в почве 14
1.3. Содержание тяжелых металлов в надземных органах растений 20
1.4. Содержание тяжелых металлов в хвое 25
1.5. Содержание тяжелых металлов в живом напочвенном покрове 28
ГЛАВА 2. Природные условия района исследования
2.1. Географическое положение . 30
2.2. Геоморфология 3-1
2.3. Климат 33
2.4. Почвы 37
2.5. Характеристика лесного фонда 40
ГЛАВА 3. STRONG Материалы и методы исследования
STRONG 3.1. Объект исследования 46
3.2. Методы исследования
3.2.1. Лесоводственно - таксационные методы 48
3.2.2. Атомно — абсорбционные методы определения металлов в растительных пробах 53
3.2.3. Определение фертильности пыльцы йодным методом 54
3.2.4. Цитогенетический анализ митоза в меристеме проростков 56
3.2.5. Метод учетных площадок для оценки естественного возобновления 56
ГЛАВА 4. Влияние техногенного загрязнения на ассимиляционный аппарат и величину прироста сосны обыкновенной
4.1. Содержание тяжелых металлов в хвое 58
4.2. Изменение величины приростов сосны обыкновенной 31
ГЛАВА 5. STRONG Влияние техногенного загрязнения на репродуктивную способность сосны обыкновенной
STRONG
5.1. Особенности семенного возобновления сосны обыкновенной 86
5.2. Фертильность пыльцы 89
5.3. Цитологический анализ семенного потомства 94
5.4. Жизнеспособность семян 100
5.5. Рост и развитие подроста 102
Выводы 109
Библиографический список 111
- Загрязнение тяжелыми металлами воздушной среды городов
- Географическое положение
- Атомно — абсорбционные методы определения металлов в растительных пробах
- Изменение величины приростов сосны обыкновенной
Введение к работе
Актуальность темы. Техногенное загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами в ряде регионов приобретает характер экологических бедствий. Особенно это проявляется в районах промышленных предприятий, производственный цикл которых сопровождается выбросами в атмосферу свинца, кадмия, цинка, меди, серы и других токсикантов.
Бедственный характер приобретает и значительно возросшее поступление тяжелых металлов в лесные экосистемы, самоочищение которых происходит в течение столетий и лишь за счет их перераспределения с почвенной влагой или через поглощение растениями.
Опасность накопления тяжелых металлов в древесных растениях, особенно хвойных, заключается в ослаблении жизненного потенциала, существенном изменении репродуктивной способности и даже гибели растения, что влечет за собой разрушение экосистемы и освобождение экологической ниши, занимаемой, в частности, сосновыми экосистема: га многие тысячелетия.
Поэтому изучение влияния тяжелых металлов на репродуктивную способность сосны и жизнеспособность экосистемы, является актуальным и имеет важное практическое значение для совершенствования лесохозяиственного производства, направленного на сохранение сосновых экосистем, особенно в зеленых зонах городов. Исследования выполнены в сосняках зеленой зоны г. Бийска в 2000 — 2005 гг.
Цель исследования. Целью исследования являлось — изучение влияния долговременного воздействия тяжелых металлов „ на репродуктивную способность сосны обыкновенной.
Задачи исследования. В задачи исследования входило: - изучить уровень содержания наиболее распространенных тяжелых металлов в ассимиляционных органах сосны, определить их влияние на показатели прироста дерева по высоте и диаметру;
- определить уровень накопления тяжелых металлов в хвое разного
возраста и влияние их на продолжительность жизни ассимиляционных органов
сосны;
- изучить влияние тяжелых металлов на репродуктивные органы - качество
пыльцы, семян, а также на рост и развитие проростков и подроста сосны;
Научная новизна.
Изучена тенденция накопления тяжелых металлов в хвое сосны разного возраста;
исследовано влияние тяжелых металлов на качество пыльцы и семян сосны в условиях долговременного техногенного загрязнения;
- получены новые цитогенетические данные семян сосны обыкновенной,
подвергающейся воздействию поллютантов.
Теоретическая и практическая значимость. Проведенные исследования могут быть использованы при мониторинге загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, а также служить основой для проектирования замены сосновых экосистем на лиственные, как более устойчивые к поллютантам.
Положения, выносимые на защиту.
В условиях длительного техногенного воздействия на сосновые экосистемы происходит:
- накопление тяжелых металлов в ассимиляционных органах сосны,
что ведет к снижению охвоенности кроны;
- снижение основных показателей жизнеспособности древостоя -
приростов по высоте и диаметру;
- снижение интенсивности репродуктивного процесса путем ухудшения
качественных показателей пыльцы, семян и подроста.
Апробация. Результаты исследований были сообщены и обсуждены ча научно-практических конференциях различного уровня: IV научно -практическая конференция «Восстановление нарушенных ландшафтов» (Барнаул, 2004); III Международная научно-практическая конференция «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2004); региональная конференция «Состояние и перспективы
развития плодоводства, овощеводства и лесного хозяйства Западной Сибири» (Барнаул, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 2 - в реферируемых журналах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и библиографического списка. Объем диссертации 124 печатных страниц, включая 26 таблиц, 12 рисунков. Список библиографических источников включает 168 наименований, в том числе 16 - иностранных авторов.
Загрязнение тяжелыми металлами воздушной среды городов
Одной из предпосылок для нормального развития растительности на Земле, наряду с наличием света, воды и определенных температурных условий, является газовый состав атмосферы.
Развитие урбанизации, рост промышленных объектов и постоянное увеличение плотности городского транспорта сопровождается рядом негативных явлений и, прежде всего, чрезмерным скоплением в атмосфере различных газо- и пылеобразных загрязнений, что часто приводит к необратимым разрушениям окружающего ландшафта и биосферы в целом. Отрицательному воздействию подвержены растения не только в непосредственной близости к промышленным объектам, но и далеко за их пределами, так как газовые поллютанты распространяются на десятки километров от источника загрязнения. И хотя растения обладают хорошей адаптационной способностью, они очень чутко реагируют на слишком низкое или высокое содержание отдельных компонентов воздуха.
В условиях большого промышленного города трудно переоценить функции, выполняемые пригородными лесами, которые, действуя, как гигантский фильтр, очищают атмосферу от пыли и различных химических соединений, насыщая ее активным кислородом, фитонцидами, способствуя подавлению болезнетворных организмов. Последствия воздействия отходов промышленных предприятий и других факторов антропогенной деятельности, не имеющих аналогов в прошлом, непредсказуемы и будут всегда вредны для леса, потому что против них лесная растительность не выработала механизма сопротивления и восстановления (Седых, 1991; Кисиляхов, Сухинин, 1995).
К группе тяжелых металлов относятся металлы с плотностью более 8 тыс.кг/м3 (Реймерс, 1990) или имеющим атомную массу более 50 единиц. Кроме благородных металлов золота и серебра к ним относятся свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, селен, висмут, ртуть. Почти все тяжелые металлы токсичны.
Для тяжелых металлов характерно воздействие с отдаленными последствиями, так как токсические свойства даже малых концентраций усугубляются их способностью к аккумуляции в живых организмах. Кроме того, избыток в организме цинка, свинца, ртути, никеля, кобальта и других металлов вызывает развитие злокачественных опухолей, расстройство нервной системы, аллергические дерматозы, болезни печени, легких и многих других заболеваний (Панин, 2000).
В процессе деятельности человека выделяется огромное количество, как по номенклатуре, так и по массе загрязняющих веществ, в том числе диоксидов серы и азота, а также пыли, содержащей соединения тяжелых металлов. Растения отрицательно реагируют на наличие в воздухе даже в малых дозах токсических веществ. В зависимости от длительности и интенсивности чх воздействия это приводит ко многим нарушениям физиологических функций: угнетается работа ферментных систем, повреждаются и отмирают отдельные группы клеток и участки ткани, что часто приводит к гибели растений и даже исчезновению целых видов. Большой ущерб наносится в первую очередь двуокисью серы; кроме того, на рост растений отрицательно влияют фтор, соединения хлора и углеводорода. Огромный вред лесному хозяйству оказывает пыль, содержащая окиси металлов, которые наносят вред корневой системе растений и снижают плодородие почвы. Ущерб выражается в вымирании всех насаждений, в снижении прироста древесной массы, а также в повышенной восприимчивости древесных пород к морозам, засухе, болезням и поражению вредителями (Влияние загрязнений..., 1981). Листья, хвоя поглощают самое большое количество загрязняющих веществ. Зеленые насаждения отфильтровывают из воздуха 50 — 70 т пыли на 1 га в год, улавливая ее летом до 58%, зимой - 37%. Исследования хвои ели сибирской на содержание тяжелых металлов в условиях г. Усть-Каменогорска дали следующие результаты: содержание цинка превышает фоновый уровень в 3,6 раза, свинца - 24,2; кадмия - 580; меди - 1.7; никеля - 1,2; а марганца - 3,4 и кобальта - в 2 раза ниже их концентраций в растительности континентов (Добровольский В.В., 1983).
Вред, который может быть нанесен загрязнениями воздуха, различен и в значительной степени зависит от свойств веществ, загрязняющих воздух, а также от стадий развития растений и метеорологических условий.
Десятки больших и малых промышленных предприятий г. Бийска: более 120 котельных, более 50 тысяч единиц автомототранспорта сжигают кислород и выбрасывают в атмосферу огромное количество твердых и газообразных продуктов сгорания топлива. В начале 90-х годов в атмосферу было выброшено в среднем 80,0 тыс.т. за год (Состояние окружающей природной среды..., 1996). В 2000 году в среднем на одного жителя города Бийска выбросы вредных веществ составили 168 кг/чел/год при среднем по Алтайскому краю 94 кг/чел/год. (Состояние окружающей природной среды..., 2001). На каждого жителя края в 2001 году в среднем пришлось 98 кг вредных веществ, в городе Бийск - 171 кг. (Состояние окружающей природной среды..., 2002).
В 2001 г. объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников (651 предприятие края различных отраслей экономики) составил 255,2 тыс. тонн загрязняющих веществ, что на 3,9 тыс. тонн больше, чем в 2000 г. В 1999 г. - 258,0 тыс. тонн, что на 32,8 тыс. тонн больше, чем в 1998 г. Основной прирост загрязняющих веществ поступил от автомобильного транспорта.
По данным Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды Министерства Природных Ресурсов России по Алтайскому краю, общее количество загрязняющих веществ в 2003 году, отходящих от 869 стационарных предприятий различных отраслей экономики и автотранспорта, составило 487,7 тыс. тонн в год, что меньше чем в 2001 году.
Несмотря на снижение общего количества выбросов вредных веществ в атмосферу, произошло незначительное увеличение количества выбросов от стационарных источников. Увеличение выбросов произошло вследствие роста количества выпускаемой продукции, возобновления производства на отдельных предприятиях. Наиболее, значимым источником техногенного1 загрязнения; является ТЭЦ— 1. Загрязняющие вещества, как-правило, поступают в окружающую среду через атмосферу или со стоками. Они накапливаются; в-., почвенном покрове, донных отложениях-,.природных водах и растительности.
Уровень загрязнения воздуха в 2003 году в целом по городу Бийску -высокий и определяется значениями: ИЗА5 - (индекс загрязнения атмосферы) = 11,50 (высокий);.. СИ - (стандартный индекс загрязнения; наибольшая измеренная разовая концентрация примеси, деленная на ИДК) = 9;2 (высокий);, НП — (наибольшая повторяемость превышения ИДК по/ одной; из наблюдаемых примесей; в %) —(повышенный): . Веществами, определяющими, высокий уровень загрязнения, являются взвешенные вещества (пыль);. диоксид азота, оксид углерода, формальдегид и бензопирен. С 2001 по 2003 год в атмосфере г. Бийска1 обнаруживаются концентрации выше ИДК по саже; сернистому газу, углеводородам, тяжелым металлам (цинк, свинец, марганец, мышьяк, кадмий). Ухудшилось качество-воздуха по окиси углерода— с 8% до 13,3%.
Анализируя пространственное размещение промышленных предприятий; в городе относительно климатических факторов и в особенности направление ветра, можно сделать вывод, что основная масса загрязняющих веществ, поступающая от деятельности предприятий, а также продукты сгорания FGM (пыль, сернистый . газ," окислы азота,, хлориды, тяжелые металлы), распространяются на жилую часть города. Поэтому сосновые насаждения,., которые являются объектом данных исследований; подвергаются не: 100% вредному воздействию. Всего 20 — 25% всех выбросов; от источников загрязнения действуют на сосновые массивы. Но и это влияние уже:визуально-заметно, и выражается оно в дегрессии сосновых экосистем вблизи источника загрязнения.
Географическое положение
Район исследования расположен на юго-востоке Алтайского края в непосредственной близости кг. Бийску (рис. 1).
По лесохозяйственному районированию (Парамонов и др. 2000) объект исследований относится к. Западно-Сибирской провинции остепненных лесов, подпровинции - Иртышско - Обской, лесорастительному округу - Приобскому сосново-березовому, располагающийся между гг. Бийск и Камень - на - Оби. В район входят полностью Верхне-Обской массив и часть Средне - Обского борового массива в пределах границ Алтайского края.
Зеленая зона города занимает площадь 16,0 тыс.га, в том числе на площади 9,3 тыс.га. расположены парковые леса, подвергающиеся мощному негативному антропогенному воздействию от промышленных предприятий и автомобильного транспорта.
В геологической истории современного Алтая имеет место несколько периодов активизации вулканической деятельности и горообразования. Так, в течение кайнозойской эры территория претерпела множество тектонических движений, и к концу неолита представляла собой холмистую поверхность. Но на рубеже верхнего неолита - четвертичного периода произошло подняіяе отдельных тектонических структур (Петкевич, 1971). Вследствие внутренних движений земная кора поднялась па разные высоты с образованием современных хребтов.
Четвертичный период охватывает последний миллион лет в истории Земли. Начало его ознаменовалось заметным похолоданием климата. Снег, выпадающий зимой, не успевал полностью растаять за лето, и из года в год накапливался в приполярных странах, образуя мощные ледники (Камбалов, 1955). На территории Западной Сибири мощность ледников достигала 1000 м., они спускались с северных склонов Уральских гор и с Таймырсксго полуострова.
Большая часть Горного Алтая в ледниковый период тоже была покрыта толстым слоем льда. Затем наступил период с потеплением климата, ледники сокращались. Но наступил второй период оледенения, которой оказался менее мощным в сравнении с первым.
К концу ледниковой эпохи началось общее потепление климата и отступление ледников на север, а Алтайские ледники начали медленно отступать в горы. Талые воды громадными потоками устремились по древнему руслу Оби на север, но подпертые медленно отступающим ледником, были вынуждены углублять наиболее крупные левые притоки Оби и гигантскими потоками устремились в сторону Иртыша.
После полного отступления ледника на север Обь сформировала русло, а водные потоки, пересекавшие Кулунду, прекратили свое существование. О мощности тех потоков можно судить по современным отложениям песков. Видимо, какое-то время в районе между городами Бийск и Барнаул происходило образование большого озера, в котором на площади около 800 тыс. га накопились толщи песка мощностью до 20 м. Потоки воды, устремившиеся в сторону Иртыша, тоже были мощными, если судить по современным отложениям песка, ширина их была до 12 км.
Образование других лент, видимо, связано с постепенным отступлением ледника и углублением русел других притоков. В послеледниковое время отложенные водными потоками толщи песков были заселены сосной обыкновенной, которая удерживает за собой эти территории на протяжении многих тысячелетий (Крылов, Салатова, 1950; Парамонов и др., 2000).
Рельеф Алтайского края отличается большим разнообразием. Степная часть имеет ровный или слаборасчлененный рельеф, центральная — слегка волнистую равнину, изрезанную оврагами. Высота над уровнем моря в западных и центральных частях края достигает 120 - 150 м., в восточной - 200 — 300, в предгорной - 300 - 400 и в горной до 2000 м. (Парамонов и др., 1997).
На восток от Оби в сторону Салаирского кряжа местность заметно повышается и достигает абсолютных высот более 300 м над уровнем моря. Рельеф волнистый, многочисленные гривы и понижения между ними имеют направление с северо-востока на юго-запад со слабым уклоном к Оби.
В районе исследования большую роль в формировании рельефа сыграла река Обь, в результате геологической деятельности которой образовались мощные аллювиальные отложения песка, простирающиеся на 40 — 50 км в сторону от реки. Характерной особенностью правобережья является хорошо развитая речная сеть, но нет крупных озер и засоленных почв, которые так характерны для Кулундинской степи. Рельеф правобережья Оби слегка вытянутый, с выраженной гривностью, имеющей определенную направленность с северо-востока на юго-запад. Между гривами расположены лощины, западины. Абсолютные отметки до 150 м. над уровнем моря.
Формирование рельефа происходит и в настоящее время под воздействием рек Бии, Кату ни, Оби.
Основной водной артерией в районе исследований является река Бия с правым притоком рекой Чемровка. Бия по типу водного режима относится к рекам с весенним и осенним паводком, на 70% со снеговым питанием (Трунов, 2002). Площадь водосбора бассейна реки составляет 37 тыс. км . Глубина залегания грунтовых вод зависит от рельефа и структуры почв, на повышенных элементах рельефа - от 3 до 7 м., а в межгривных понижениях — до 1,5 м.
Атомно — абсорбционные методы определения металлов в растительных пробах
Образование семян - многостадийный процесс, слагаемый из стадий образования пыльцы, оплодотворения, образования шишек, созревание семян, их распространение (Мелехов, 1980). Успех естественного семенного возобновления в природе зависит от многих факторов окружающей среды, но одним из основных - является качество семян.
На начальных же этапах огромное значение имеет количество и качество пыльцы. Качество пыльцевых зерен в большей степени зависит от уровня физического и химического загрязнения среды.
Методика анализа качества пыльцы заключается в определении процента нормальных и ненормальных (абортивных) пыльцевых зерен.
Исследованию размеров и жизнеспособности пыльцы хвойных растений посвящены обширные литературные данные (Николаева, 1974; Козубов, 1974; Christiansen, 1960 и др.) Жизнеспособность пыльцы изменяется по годам и зависит от срока ее сбора (Артемов, 1981; Николаева, 1974). Считается, что причиной вариабельности является действие неблагоприятных внешних факторов в период мейоза (Артемьев, 1971, 1981; Некрасова, 1973, 1976; Яковлев, 1978; Christiansen, 1960; Chira, 1963 и др.). На качество пыльцы влияют индивидуальная особенность дерева, его возраст и степень семеношения (Николаева, 1974; Хазова и др., 1973), а также воздействие экологических факторов (Луцкевич, 1973), и влияние географического происхождения дерева (Колегова, 1974).
В начале июня на пробных площадях были собраны (с растущих деревьев) мужские колоски, с распределением их, как в предыдущих случаях, по ярусам кроны. Деление кроны на части основывалось на данных Т.П. Некрасовой (1961) согласно которым, опыление женских стробилов в кроне происходит неравномерно, имеются зоны максимального и минимального опыления. Большое влияние на опыление оказывает ветер: наибольшая концентрация пыльцы на женских семяпочках наблюдается с наветренной стороны и недостаточное количество ее - с заветренной стороны (Мелехов, 1980). Поэтому образцы (пыльники) брали с наветренной - южной, юго-западной стороны кроны.
Так, на пробных площадях с модельных деревьев брали по 10 мужских колосков (пыльников) на один образец, затем в лабораторных условиях был проведен анализ на определение жизнеспособности (фертилыюсти) пыльцы и обеспеченности пыльных зерен жизненно необходимыми веществами.
Фертилыюсть пыльцы сосны обыкновенной определяли йодным методом. В основе этого метода лежит определение крахмала при помощи йодной реакции (Паушева, 1968). Фертильные и стерильные пыльцевые зерна отличаются по содержанию крахмала: обычно фертильное пыльцевое зерно полностью заполнено крахмалом, а стерильное не имеет его совсем или содержит следы.
Йодный раствор готовят по рецепту Грама: 2 г. йодистого калия растворяют в 5 мл дистиллированной воды при нагревании, затем в раствор добавляют 1 г. металлического йода. Раствор, доведенный до 300 мл, хранится в склянке из оранжевого (темного) стекла.
Пыльцевые зерна смачивают йодным раствором (р-р Люголя) и, удалив лишние ткани, накрывают покровным стеклом. С помощью микроскопа марки «Эрудит» было проанализировано по 1500 шт. на каждое модельное дерево, всего просмотрено 13500 шт. пыльцевых зерен. Полученные результаты были обработаны методом вариационной статистики. 3.2.4. Цитогенетический анализ митоза в меристеме проростков семян. Для проведения цитогенетического анализа семена раздельно по цветосеменным расам (черные, белые) проращивали в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге при комнатной температуре. Проростки длиной 1 - 2 см фиксировали в модифицированном фиксаторе Карнуа (3:1) в первый цикл митотической активности — в 9 часов утра (Буторина и др. 2001). Фиксацию материала осуществляли в течение нескольких дней, по мере достижения проростками нужной длины. Каждую зафиксированную фракцию анализировали отдельно. Предобработку и окрашивание материала проводили по методике, разработанной для плодовых культур (Паушева, 1988). Временные давленые препараты готовили с использованием лимонной кислоты — 15 гр. на 100 мл. воды, вместо 45 %-ной уксусной. Преимущество этого метода состоит в том, что лимонная кислота нелетучая, безопасна для здоровья исследователя, препараты медленно высыхают и хранятся продолжительное время (Егоркина, 2003). В результате исследования было проанализировано от 8 до 88 проростков, просматривая по 670 — 3990 клеток, отдельно учитывались все типы аберраций хромосом: мосты хромосомные и хроматидные, отставшие хромосомы, фрагменты, микроядра, кольцевые хромосомы и фрагменты. Полученные данные обрабатывали методом вариационной статистики.
Для определения качества семян сосны, с модельных деревьев в начале апреля были собраны шишки в количестве до 100 штук на каждый образец. Полученные семена на базе Института водных и экологических проблем СО РАН подверглись исследованию на посевные качества: всхожесть, масса 100 штук, энергия прорастания. Цитогенетический анализ семян раздельно по цветосеменным рассам (черные, белые). Посевные качества определяли по существующим апробированным методикам.
Изменение величины приростов сосны обыкновенной
Деревья являются зеленой фабрикой, которая поддерживает газовый состав атмосферы. Чем лучше состояние лесов, тем больше они выделяют кислорода, и тем быстрее поглощают углекислый газ и другие вредные вещества, находящиеся в атмосфере. Но эта способность не одинакова на протяжении жизни насаждений: 1 га сосняков в 20 лет поглощает 9 т. углекислого газа в год, а в 60 лет — 13 т., затем эта способность снижается (Никитин, Новиков, 1986). Возможности их не беспредельны - в условиях урбанизации, интенсивного промышленного загрязнения, несовершенной технологии производства лес утрачивает или ослабляет свои защитные функции.
Воздействие вредных веществ на растение происходит непосредственно (через ассимиляционный аппарат) и косвенно (изменение лесорастительных свойств почвы). Поражение наземных органов дерева и ухудшение жизнедеятельности микрофлоры корней, приводит к резкому снижению приростов по высоте и диаметру (Добровольский, 1985).
Сосна обыкновенная считается малотребовательной древесной породой к условиям местопроизрастания (климат, влажность, плодородие почв), но загрязнения воздуха не переносит (Атрохин, Кузнецов, 1989). На прирост отдельного дерева и всего насаждения влияет большое число факторов: биологические особенности древесных пород, возраст, происхождение, условия произрастания (включая и климатические факторы), их санитарное и экологическое состояние. Чем лучше состояние насаждений и отдельных деревьев, тем выше прирост, поэтому он служит интегральным количественным показателем, характеризующим жизнеспособность деревьев и насаждений в целом (Анучин, 1982). Согласно материалам лесоустройства, на объекте исследований преобладают насаждения 2 класса бонитета, т.е. условия местопроизрастания для сосны обыкновенной достаточно благоприятные. По данным В.Т. Атрохина, Г.В. Кузнецова (1989) годичный прирост в высоту у этой древесной породы может достигать 1 м. В результате наших исследований, получены несколько иные результаты (Табл. 19). Примечание: Прирост: СО. - средний общий;СП. - средний периодический.
При различии модельных деревьев по возрасту на 69 лет (46 - 115 лет) на различных пробных площадях эти различия оказываются не одинаковыми. На пробной площади №1 по возрасту деревья различаются на 19 лет, а на №3 -на 64 года, то есть во втором случае процесс естественного возобновления леса протекает более успешно, когда в насаждении имеются деревья различного возраста. Этого нет на пробной площади № 1, где процесс постоянного возобновления нарушен, и молодое поколение не появляется. Прослеживается разрыв между поколениями деревьев. Это нашло отражение и в средних высотах: на ПП №1 различия деревьев по высоте составляют 8 м, а на 1111 № 2 — 22 м, а по диаметру соответственно 5,0 и 13,9 см.
Определение влияния загрязнения атмосферы продуктами техногенного происхождения на сосновые экосистемы можно сделать при сравнении прироста среднего периодического и среднего общего на расстоянии 1 км, 5 км по отношению к фоновому - 10 км (Табл. 20).
Примечание: Прирост: СО. - средний общий;СП. - средний периодический. По результатам исследования (Табл. 19, 20) можно сделать следующие выводы: 1. Приросты по диаметру у всех модельных деревьев, с приближением к источнику загрязнения, снижаются: на пробной площади - № 1 минимум и максимум составил: 0,26-0,30 см.-Z со; 0,2 - 0,4 см. - Z с.п. пробной площади - № 2. 0,28 - 0,31 см. - Z со; 0,28-0,48 см.-Zen. пробной площади - № 3. 0,3 — 0,33 см. - Z со; 0,48-0,52 см.-Zen. 2. При сравнении приростов по высоте на двух пробных площадях картина подобная, что и по диаметру: на пробной площади - № 2 минимум и максимум составил: 0,25 - 0,28 м.-Zh со; 0,33 - 0,46 м.-Zh с.п. пробной площади - № 3 : 0,26 - 0,32 м. - Zh со; 0,4 - 0,52 м.-Zh с.п, пробной площади - № 1 явных закономерностей не наблюдается: Zh со. - 0,26 м. у всех деревьев; Zh с.п-0,1-0,22 м. На пробной площади № 1, находящейся в 1-м км от источника загрязнения, наблюдается резкое снижение приростов в высоту за последние 10 лет, что говорит об общей деградации (ослаблении) насаждений вблизи ТЭЦ - 1. Связано это, видимо, с критическим уровнем накопления тяжелых металлов, как в почве, так и в самом растении. Ежегодное снижение годичных приростов по высоте в среднем составляет - 23,3% (Zh со.), а за последние 10 лет - в 3,1 раза, или на 68,09% (Zh с.п.), по диаметру снижение составляет соответственно - 22,5 и 38%. Такая картина наблюдается не только на этой пробной площади, на других также идет снижение приростов, как по высоте, так и по диаметру. Увеличение прироста за последние 10 лет на всех пробных площадях по сравнению со средним общим в среднем составляет - 26,83% по диаметру и - 17,65% по высоте, возможно, это может быть связано с частичной адаптацией (сопротивляемостью) сосны обыкновенной к условиям окружающей среды за последний 10-ти летний период (Десслер, 1981).
При визуальном обследовании установлено, что с увеличением возраста, деревья начинают суховершинить, что является следствием перемещения основной массы кроны в среднюю и нижнюю части. В связи с изменением вертикального распределения хвои и ветвей значительно теряется запас биомассы. Это согласуется с ранее проводимыми исследованиями М.И.Трунова (2002), Х.-Г. Десслераидр.(1981).
Функции органов ассимиляции нарушает даже пыль. Сама по себе, если даже не содержит токсичных компонентов, она снижает действие поступающего солнечного излучения, что приводит к перегреву листьев по причине закупорки устьиц, в результате создается неблагоприятный баланс между синтезом сухого вещества и потерями на дыхание, что в любом случае выражается сокращением прироста (Steinhubel и Halas, 1967).
Хвойные породы наиболее чувствительны к загрязнению воздуха, так как сбрасывают хвою не ежегодно (как лиственные), а 1 раз в несколько лет (1-5 лет) (Воронцов и др., 1989). Поэтому концентрация вредных веществ возрастает, но может происходить и частичное вымывание атмосферными осадками и накопление их в почве. Под влиянием промышленных и транспортных газов происходит подавление фотосинтеза, нарушение водообмена и многих биохимических процессов, снижение транспирации, что приводит к общему ослаблению дерева и насаждения в целом и как результат -значительное сокращение приростов, а значит, и сокращение защитных функций, выполняемых зелеными насаждениями.
На особенности накопления тяжелых металлов растениями городских ландшафтов оказывают влияние, с одной стороны, систематическое положение растения, разнообразные физиологические особенности организма, а с другой -содержание элементов и их взаимоотношения в среде роста.
Похожие диссертации на Влияние техногенного загрязнения на репродуктивную способность сосны обыкновенной
