Содержание к диссертации
Введение
1.Состояние проблемы исследований 21
1.1 Экологическая роль древесных растений в условиях промышленного загрязнения. 21
1.2 Техногенные источники тяжелых металлов и их пути поступления и влияния на растительность .27
1.3 Cостояние древесных растений в условиях промышленного загрязнения .. 42
1.4 Особенности формирования корневых систем древесных растений в различных экологических условиях 53
1.5 Водный режим древесных растений 56
Глава 2 Природно-климатические условия 65
2.1 Местоположение 65
2.2 Климатическая характеристика района 66
2.3 Почвы 67
2.4 Растительный покров района 68
2.5 Характеристика промышленного загрязнения территории 69
Выводы по главе 2 72
Глава 3. Объекты исследования и методика работ 74
3.1. Дендроэкологическая характеристика березы повислой, тополя бальзамического и лиственницы Сукачева 74
3.2 Методы исследований .79
3.3 Методы отбора и обработка модельных деревьев на пробной площади 91
Глава 4. Таксационная характеристика древостоев березы повислой, тополя бальзамического и лиственницы Сукачева в условиях промышленного загрязнения и в зоне условного контроля 93
Выводы по главе 4 98
5. Состояние древостоев березы повислой, тополя бальзамического и лиственницы Сукачева в условиях промышленного загрязнения и в зоне условного контроля 99
Выводы по главе 5 .116
Глава 6. Аккумуляция металлов в подземных и надземных органах березы повислой (Betula pendula Roth) в условиях Стерлитамакского промышленного центра 119
Выводы по главе 6 186
Глава 7. Аккумуляция металлов в подземных и надземных органах тополя бальзамического (Populus balgamifera l.) в условиях Стерлитамакского промышленного центра 189
Выводы по главе 7 261
Глава 8. Аккумуляция металлов в надземных органах лиственницы Сукачева в условиях Стерлитамакского промышленного центра .264
Выводы по главе 8 328
Глава 9. Распределение корней древесных растений по почвенному профилю в условиях Стерлитамакского промышленного центра 331
9.1 Распределение корней березы повислой по почвенному профилю условиях Стерлитамакского промышленного центра 331
9.2 Распределение корней тополя бальзамического по почвенному профилю в условиях Стерлитамакского промышленного центра 353
9.3 Распределение корней лиственницы Сукачева по почвенному профилю в условиях Стерлитамакского промышленного центра и в зоне условного контроля 373
Выводы по главе 9 399
Глава 10. Водный обмен древесных растений в условиях Стерлитамакского промышленного центра и в зоне условного контроля 401
10.1 Водный дефицит древесных пород в различных экологических условиях .420
10.2 Водоудерживающая способность листьев древесных растений в различных экологических условиях .431
Выводы по главе 10 458
Глава 11. Дифференциация деревьев в санитарно-защитных лесных насаждениях Стерлитамакского промышленного центра 461
Выводы 478
Список литературы 485
Приложения 522
- Cостояние древесных растений в условиях промышленного загрязнения
- Аккумуляция металлов в подземных и надземных органах тополя бальзамического (Populus balgamifera l.) в условиях Стерлитамакского промышленного центра
- Распределение корней березы повислой по почвенному профилю условиях Стерлитамакского промышленного центра
- Водоудерживающая способность листьев древесных растений в различных экологических условиях
Cостояние древесных растений в условиях промышленного загрязнения
Действию промышленных токсикантов в первую очередь подвергается надземная часть растения. Характер действия эксгалатов на ассимиляционный аппарат древесных растений изучен достаточно подробно (Кулагин, 1974; Илькун, 1978; Гетко, 1989; Лесные экосистемы.., 1990; Влияние.., 1990; Николаевский, 1998).
Степень поврежденности растения определяется, прежде всего, двумя факторами – концентрацией токсичного вещества и длительностью его воздействия (Ковальский, 1974; Касимов и др., 2012).
Жизненное состояние дерева и всего насаждения – комплексный признак, позволяющий судить о влиянии условий произрастания на жизнедеятельность растительного организма и функционирование всего древостоя. В распоряжении исследователей имеются разнообразные методы, позволяющие сделать вывод о состоянии либо отдельных его частей в условиях промышленного загрязнения и городской среды (Кулагин, 1966; Антипов, 1975; Илькун,1971, 1978; Алексеев, 1989; Николаевский, 1999; Методы изучения …, 2002; Wilhtlmi, 1969; и др.).
Санитарное состояние деревьев любой категории, кроме сухостоя, может изменяться в течение их жизни, под действием природных и антропогенных факторов (Зинченко, 2013; Мешкова, 2014; Мешкова, Коленкина, 2014; Стороженко, 2014).
Промышленное загрязнение, в первую очередь, приводит к снижению жизненного состояния древесных насаждений. Поэтому по категории относительного жизненного состояния древостоев можно судить о степени воздействия промышленного загрязнения (Алексеев, 1990). По утверждению А.Л. Мусиевского и А.В. Данчевой (2015) к погибшим относят нарушенные насаждения, в составе которых усохло и усыхает деревьев основного полога, что оставшаяся их часть не способна обеспечить жизнеспособность насаждения. Критерием жизнеспособности является полнота живой части древостоя.
В настоящее время существуют несколько часто применяемых оценочных шкал, позволяющих оценить жизненное состояние деревьев и насаждений по внешним признакам.
Методика В.А. Алексеева (1990) основана на оценке таких признаков каждого дерева, как густота кроны, очищаемость ствола от сучьев и степень повреждения листьев (хлорозы, некрозы, объедания, повреждения фитопатогенами и т.д.). Суждение о жизненном состоянии всего насаждения строится на долевом участии запасов разных категорий жизненного состояния в общем запасе насаждения.
Соответственно, насаждение может быть классифицировано как здоровое, ослабленное, сильно ослабленное, отмирающее, либо – сухостой.
Методика С.М. Бебия (2000) с уточнением В.А. Алексеева предлагает выделение 5 категорий деревьев.
Здоровое дерево не имеет внешних признаков угнетения, повреждения кроны и ствола. Крона хорошо развитая, симметричная, густота. Мертвые и отмирающие ветви единичны. Хвоя или листья зеленого или темно-зеленого цвета. Деревья среднего и верхнего яруса семено- и плодоносят, в нижнем ярусе – редко.
Угнетенное дерево. Число мертвых и усыхающих ветвей в верхней части кроны может достигать 30%, густота кроны может быть снижена на 30% за счет преждевременного опадения хвои, листьев. Деревья верхнего яруса семено- и плодоносят, среднего яруса – реже.
Сильно угнетенное дерево – угнетение внешне ярко выражено, крона, ствол или корневые лапы повреждены, жизненность дерева снижена и достигает 60%. Густота охвоения кроны может доходить до 60% за счет преждевременного опадения хвои, листвы или изрежевания скелетной части кроны. Деревья верхнего яруса могут семеноносить.
Усыхающее дерево имеет разрушенную или разрушающуюся крону, густота ее менее 20%. В кроне более 70% ветвей сухие или усыхающие. Жизненное состояние таких деревьев редко превышает 10%. Семеноношение отсутствует.
Сухостойное – дерево усохшее, но продолжающее стоять в древостое.
Методика, разработанная сотрудниками Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН, предлагает выделение пяти категорий деревьев – «здоровое», «поврежденное», «сильно поврежденное», «отмирающее» и «сухостой» - на основании обследования внешних признаков повреждений кроны и ствола, степени развития и повреждения лишайникового покрова на стволах деревьев, локализации мертвых и отмирающих ветвей, цвета оформированных листьев, повреждений листвы и хвои (Методы …, 2002).
Используется шкала В.С. Николаевского (1999), согласно которой жизненное состояние (ЖС) оценивается визуально (по девятибалльной шкале) по степени повреждения и состоянию ассимиляционного аппарата и крон растений. При этом учитывается: количество живых ветвей в кронах деревьев, степень облиствленности (охвоенности) крон, количество живых (без некрозов) листьев в кронах, среднее количество живой площади листа. В иные ЖС дерева может быть охарактеризовано как хорошее, удовлетворительное, неудовлетворительное и усыхающее.
При выборе методики оценки жизненного состояния необходимо учитывать, что растения, произрастая в промышленном центре, городской среде, вдоль автодорог испытывают стресс, который приводит к изменениям, прежде всего, ассимиляционного аппарата, как наиболее чувствительного к условиям произрастания.
Распознавание загрязнителей осложняется еще и тем, что атмосферные выбросы промышленных предприятий представляют собой, как правило, сложные смеси различных по химическому составу газов и твердых частиц. Их совместное действие на растение бывает аддитивным (суммарным) или антагонистическим, а симптомы повреждения листьев несколько отличаются от симптомов влияния главного загрязняющего агента, действующего в одиночку (Лесные экосистемы…, 1990).
Основным диагностическим признаком повреждения листьев растений от атмосферного загрязнения являются хлорозы и некрозы. Однако этот признак недостаточно специфичен, поскольку хлорозы и некрозы могут возникать в результате действия других факторов: недостатка или избытка питательных веществ почвы, высоких и низких температур, засухи, подтопления корневых систем, в результате действия энтомовредителей и различных патогенов (Лесные экосистемы...,1990; Абатуров, 2000; Сарбаев, 2005).
Древесные растения, произрастающие в зоне промышленного загрязнения, имеют разную степень повреждения листовых пластинок. С приближением к источнику загрязнения и усилением интенсивности воздействия его выбросов происходит более широкое распространение хлорозов и появление некрозов хвои и листьев.
В работах В.А. Алексеева (1990) показана материалы, что лиственница сибирская (Larix sibirica Ledeb.) и даурская (L. qmetinii Rupr.), хвоя которых опадает на зиму, более устойчивы к хроническому загрязнению воздуха металлургическими комбинатами, однако нежные ткани ее хвои также весьма чувствительны к высоким концентрациям загрязнителей в период вегетации.
В работе В.А. Алексеева (1990) также показано, что после воздействия высоких концентраций загрязнителей на листовых пластинках и возникают различной формы и локализации хлорозы, переходящие в некрозы коричневой и бурой расцветки: некротированные участки высыхают, деформируя оставшиеся живыми и зелеными части листа.
На листья березы в условиях загрязнения развиваются межжилковые и краевые хлорозы желтого или кофейного цвета. Сходные с березой повреждения наблюдаются у ольхи серой. Некрозы листьев у ольхи – красно-коричневого или бурого цвета, межжилковые и краевые, нередко они занимают участки тканей между крупными жилками.
В условиях Стерлитамакского промышленного центра повреждения листьев тополя бальзамического составляют 20–40% от общей площади. На листовых пластинках тополя отмечены различной формы и положения хлорозы и некрозы: они имеют желтый и коричневый цвета. Мертвые и отмирающие ветви сосредоточены в верхней, средней, нижней частях кроны (Гиниятуллин, 2010; Кулагин и др., 2010).
В условиях Уфимского и Стерлитамакского промышленных центров Предуралья из исследованных видов древесных лиственных растений наиболее здоровое состояние отмечается у березы повислой (Гиниятуллин, 1994; 2007; Бойко, 2005).
Распространение хлорозов и некрозов у хвойных пород происходит однотипно: от кончика хвоинки к ее основанию. У лиственных пород верхушечные и краевые повреждения листа вызываются обычно воздействием фтора. В цветовой гамме повреждений преобладают желто-коричневые тона, но отличающиеся постоянством для разных пород и меняющиеся во времени (Лесные экосистемы …, 1990).
По вопросу о повреждениях листьев в связи с их возрастом пока нет единого мнения. М.Д. Томас (1962), указывает, что наиболее чувствительны к химическим веществам молодые листья. Отмечено более сильное поражение молодых листьев фтором сернистым газом (Boullard, 1971), озоном (Davis, Coppolino, 1976). В то же время В.С. Николаевский (1979) констатирует слабую повреждаемость молодых листьев загрязнителями и считает, что сильнее всего повреждаются средневозрастные листья.
Аккумуляция металлов в подземных и надземных органах тополя бальзамического (Populus balgamifera l.) в условиях Стерлитамакского промышленного центра
В данной главе рассматривается вопрос об аккумуляции металлов в листьях, ветвях, коре, корнях у здоровых и ослабленных деревьев тополя бальзамического в условиях промышленного загрязнения СПЦ.
В г. Стерлитамаке насаждения тополя широко используются в озеленении автомагистралей, санитарно-защитных зон промышленных предприятий. В связи с этим существует необходимость изучить динамику металлов в подземных и надземных органах тополя бальзамического в условиях техногенного загрязнения и дать оценку влияния техногенеза на состояние лесных насаждений.
Представлены материалы по сезонной динамике накопления металлов в тополем бальзамическом.
В условиях промышленного загрязнения СПЦ растения часто испытывают действие не только токсичных газов, но и аэрозолей, содержащих частицы тяжелых металлов. Это связано с высокой концентрацией в данном промышленном центре крупных предприятий химической промышленности, а также высокой автотранспортной насыщенностью города. Тяжелые металлы поглощаются растениями в этих условиях, как из почвы, так и из воздуха. Работа проводилась на нескольких объектах Стерлитамакского промышленного центра.
ППП №5, ППП №6 имеют размеры 18х50 м, находятся в промышленной зоне города Стерлитамака в непосредственной близости от источников нефтехимического и химического загрязнения производство «Сода», АО «БСК», производство «Каустик» АО «БСК», АО «Каучук», примыкающего к нему Стерлитамакский нефтехимический завод (северная часть города). Лесные культуры тополя бальзамического 1963 года посадки. В среднем здоровое дерево тополя (возраст 50-55 лет) диаметром 22 см, высотой 23,40 метров в условиях промышленного загрязнения СПЦ формирует в перечете на сухую массу 18,150 кг ветвей, 7,540 кг листьев. Подрост - клен ясенелистный (Acer negundo L.) ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior L.), ива серая (Salix cinerea L.), груша лесная (Pyrus vesca L.). Покрытие трав 10-15%. Травяной покров представлен следующими видами: короставник полевой (Knautia arvensis (L) Coult.), тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.), из бобовых наиболее часто встречаются клевер луговой (Trifolium pratense L.), люцерна серповидная (Medicago falacata L.), крапива двудомная (Urtica dioica L.), лопух большой (Arctium lappa L.), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinle Wigg.), полынь сизая (Artemisia glauca Pall.), пустырник пятилопастный (Leonurus quiquelobatus Gilib.).
Почва – чернозем выщелоченный. ППП №7 размером 20х50м расположен в зоне условно слабого загрязнения в южной части города СПЦ в 8-10 км производство «Сода», АО «БСК», производство «Каустик» АО «БСК», АО «Каучук». Насаждения тополя бальзамического 1963 года посадки. В подлеске -клен ясенелистный (Acer negundo L.) груша лесная (Pyrus vesca L.), черемуха обыкновенная (Padus aviumMill.), Покрытие трав 40-50% - мятлик узколистный (Poa angustifolia L), гравилат городской (Geum urbanum L.), лопух большой (Arctium lappa L.), подмаренник настоящий (Galium verum L.), короставник полевой (Knautia arvensis (L) Coult.), тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.), клевер луговой (Trifolium pratense L.), люцерна серповидная (Medicago falacata L.), астрагал датский (Astragalus danicus Retz), полынь сизая (Artemisia glauca Pall.) и др.
Постоянная пробная площадь №8 (ЗУК) в 20–25 км от промышленной зоны в лесных культурах тополя бальзамического. Насаждения тополя бальзамического1963 года посадки. В подлеске - клен ясенелистный (Acer negundo L.), груша лесная (Pyrus vesca L.), черемуха обыкновенная (Padus avium Mill.). Травяной покров представлен следующими видами: клевер луговой (Trifolium pratense L.), марьянник луговой (Melampyrum pratense L.), мятлик узколистный (Рoa angustifolia L.), гравилат городской (Geum urbanum L.), лопух большой (Arctium lappa L.), кровохлебка обыкновенная (Sanguisorba officinalis L.), подмаренник настоящий (Galium verum L.), короставник полевой (Knautia arvensis (L) Coult.), тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.), клевер горный (Trifolium montanum L.), люцерна серповидная (Medicago falacata L.), астрогал датский (Astragalus danicus Retz), полынь сизая (Artemisia glauca Pall.) и др.
Изучение зависимости повреждения растений от накопления в них токсических веществ показало значительное различие между тополем и березой, а также зависит от местоположения пробных площадей.
Фитотоксичное действие металлов проявляется, как правило, при высоком уровне техногенного загрязнения ими почв и особенностей поведения конкретного металла. Однако в природе ионы металлов редко встречаются изолированно друг от друга. Поэтому разнообразные комбинативные сочетания и концентрации разных металлов в среде приводят к изменениям свойств отдельных элементов в результате их синергического или антагонического воздействия на живые организмы.
Для оценки депонирующей роли лесных насаждений было рассчитано количество металлов, накапливаемых в древесных насаждениях за вегетационный период.
При изучении особенностей накопления в листьях, ветвях, коре, корнях в условиях СПЦ и в зоне условного контроля выявлено увеличение содержания Cu от начала к середине вегетации.
В почвогрунтах под насаждениями тополя бальзамического в условиях СПЦ в зоне сильного загрязнения на ППП №5, ППП №6 содержание Cu значительно и валовая форма составляет 307 мг/кг. В условиях СПЦ на ППП №5, ППП №6 почвогрунты под насаждениями тополя загрязнены медью, содержание подвижных форм которого составляет 7,6 мг/кг (рис.7.1, 7,2).
В почвогрунтах под насаждениями тополя подвижная форма Cu на ППП №5, ППП №6 в 2,5 раза, на ППП №7 в 1,4 раза превышает ПДК, а зоне условного контроля концентрация Cu ниже ПДК. Для здоровых деревьев тополя бальзамического в условиях промышленного загрязнения СПЦ и в ЗУК медь является элементом сильного накопления (КБН=8,15), Показатель КБН показывает о накоплении Cu в корнях тополя бальзамического как в условиях СПЦ, так и в ЗУК. В условиях промышленного загрязнения СПЦ в зоне сильного загрязнения на ППП №5, ППП №6 при высокой концентрации Cu в почве (307 мг/кг) незначительно возрастает величина коэффициента биологического поглощения. Видимо, в условиях загрязнения СПЦ в зоне сильного загрязнения, антагонистические реакции Cu, существует другими металлами в поступление корневую систему.
В условиях промышленного загрязнения СПЦ для здоровых деревьев тополя в зоне сильного загрязнения на ППП №5, ППП №6 КБН Cu составляет 8.15, а в зоне слабого загрязнения на ППП №7 КБН Cu составляет 10.
У ослабленных деревьев тополя бальзамического в условиях промышленного загрязнения СПЦ (ППП №5, ППП №6) отмечена меньшая величина (КБН=6,6). Полученные результаты показывают, что ослабленные деревья тополя меньше поглощают и накапливают Cu из почвы. Наибольшие значения КБН меди установлены для корней тополя бальзамического в ЗУК на ППП №8 КБН=15.8 (табл.7.1). В ЗУК коэффициент биологического накопления выше, чем в условиях СПЦ. Видимо, в зоне условного контроля антагонизм между Cu и другими химическими элементами выражен в меньшей степени при поступлении ее в корневую систему. Известно об антагонизме между Cu и Cd. Также показано, что антагонизм Cu и Al ведет к ослаблению поступления Cu в корневую систему при токсичных уровнях содержания Al, особенно на кислых почвах (Кабата-Пендиас и др., 1989). В условиях промышленного загрязнения СПЦ на ППП №5, ППП №6, ППП №7 рН почвы составляет 6,5 – 7,0. В условиях промышленного загрязнения СПЦ на ППП №5, ППП №6, ППП №7 не наблюдается нарушений поступления Cu в корневую систему тополя бальзамического, о чем свидетельствуют рассчитанные коэффициенты биологического накопления (для ППП №5, ППП №6 КБН=8,15, ППП №7 КБН=10). В условиях промышленного загрязнения СПЦ на ППП №5, №6, №7 в соответствии с величиной КБП Cu относится к группе элементов сильного накопления, а в зоне условного контроля к группе элементов энергичного накопления (КБН=15,8). В условиях промышленного загрязнения СПЦ в зоне слабого загрязнения на ППП №7 и в зоне условного контроля на ППП №8 в корни тополя бальзамического поступало в среднем 70–80% Cu из почвы. Оценивая величину КБП в условиях промышленного загрязнения СПЦ на ППП №7 и в зоне условного контроля на ППП №8, следует отметить, что наблюдается накопление Cu в корнях тополя бальзамического. А в условиях промышленного загрязнения СПЦ в зоне сильного загрязнения на ППП №5, ППП №6 в корни здоровых и ослабленных деревьев тополя поступает небольшая доля металла из почвы, всего 20-25%. Поглощенная растением Cu в основном остается в корнях у здоровых деревьев тополя. Например, при содержании в почвах валовой формы 307 мг/кг, а подвижной формы 7,6 мг/кг Cu концентрация металла в надземной части (листьях, ветвях) тополя бальзамического в условиях промышленного загрязнения СПЦ составляет 28% от концентрации корнях. В этих же условиях у ослабленных деревьев тополя в надземную часть поступает до 56% Cu поглощенной корнями из почвы.
Как было показано выше, в результате деятельности химической промышленности в г. Стерлитамак почвогрунты под насаждениями тополя бальзамического на ППП №5, №6 оказались загрязненными Cu. В радиусе до 1,5 км от производства «Каустик» АО «БСК», ЗАО «Каучук» и других валовое количество Cu в почвогрунтах под насаждениями тополя превышало ПДК в 3-3,5 раза. В условиях промышленного загрязнения на ППП №7 на расстоянии 8-10 км от предприятий химической промышленности содержание валовой формы Cu в почвогрунтах на ППП №7 не превышало ПДК, а подвижной формы превышает ПДК в 1,5 раза.
Распределение корней березы повислой по почвенному профилю условиях Стерлитамакского промышленного центра
Минеральное питание деревьев, поглощение воды осуществляется через поверхность корней. Доступность нужных для растения веществ зависит, с одной стороны, от свойств почвы, с другой – от расположения в ней корней (Оя и др., 1985). Отмечается, что поступление тяжелых металлов в растения во многом зависит от их концентрации в почве. Из корней металлы транспортируются в вышерасположенные органы по сосудам ксилемы с транспирационным током (Salt et al., 1995; Hart et al., 1998).
Изучение корневой системы березы повислой проводились на различном удалении от предприятий г. Стерлитамак, которые находятся на расстоянии 1-15 км от источника загрязнения и в зоне условного контроля. В Стерлитамакском промышленном центре насаждения находятся под влиянием техногенного воздействия.
Породный состав насаждений в основном представлен березой повислой. Возраст деревьев 55 лет. Средней диаметр деревьев 21,4 см , высота в среднем 24,05 м. Древостои березы повислой (Betula pendula Roth) в условиях загрязнения СПЦ на ППП в целом характеризуется как «здоровые» (Ln=89,75 %). В данном древостое имеется наибольшее (15 шт.) среди всех исследованных количество деревьев, относящихся к категории «здоровых», и наименьшее (5 шт.) количество «ослабленных». Кроме того, данный древостой характеризуется наибольшим среди других видов средним значением густоты кроны (80-85%) и наименьшим по наличию на стволе мертвых сучьев (16%).
Загрязненность почвы промышленными выбросами подтверждается и имеющимися аналитическими данными.
Изучение особенностей распределения корневых систем березы повислой в условиях загрязнения Стерлитамакского промышленного центра показало снижение корненасыщенности почвы по сравнению с зоной условного контроля. Корненасыщенность метрового слоя почвы в условиях Стерлитамакского промышленного центра составляет 1412 г/м2, а в зоне условного контроля – 1746 г/м2. Максимальная корненасыщенность почвы отмечается на глубине 10-20 см, где сосредоточено 29,7% всех корней у здоровых деревьев березы (420,1 г/м2 ), у ослабленных деревьев березы 27,1% (340 г/м2), а в зоне условного контроля на глубине 30 - 40 см, где сосредоточено 30,09% всех корней (525,4 г/м2). Минимальная корненасыщенность почвы в условиях загрязнения и в зоне условного контроля характерна для следующих глубин: СПЦ - 90-100 см (7,2 г/м2; 0,50%); контроль – 60-70 см (50 г/м2; 2,8%) (Гиниятуллин и др., 2012). Как в условиях СПЦ, так и в контроле основная масса корней у здоровых и ослабленных деревьев березы повислой сосредоточена в верхних горизонтах почвы: так в толще почвы – 0-50 см сосредоточено 90,09% (СПЦ) и 80,63% (контроль) всей массы корневой системы березы (табл. 9.1). Сравнение насыщенности почвы корнями у здоровых и ослабленных деревьев березы показывает, что в условиях промышленного загрязнения Стерлитамакского промышленного центра насыщенность верхнего (0-30 см) слоя почвы корнями у здоровых и ослабленных деревьев березы выше чем в зоне условного контроля. В более глубоких слоях почвы (30-100 см) наблюдается противоположная картина. На основании полученных результатов установлено, что в условиях загрязнения окружающей среды происходит снижение корненасыщенности почвы поглощающими (всасывающими) и полускелетными (полупроводящими) корнями у здоровых и ослабленных деревьев березы по сравнению с контролем.
Максимальная масса поглощающих корней диаметром 1 мм у здоровых деревьев березы в условиях загрязнения наблюдается на глубине 10-20 см (47,21 г/м2) (Гиниятуллин и др., 2012, 2018). Минимальные значения массы поглощающих корней в условиях загрязнения в верхнем слое почвы от 0 до 10 см (28,3 г/м2), а у ослабленных деревьев березы на глубине 10-20 см (41,2 г/м2) (рис. 9.1).
Максимальное насыщение почвы полупроводящими корнями у здоровых деревьев березы повислой в условиях загрязнения СПЦ наблюдалось на глубине 10-20 см (60,5 г/м2), а у ослабленных деревьев березы повислой на глубине 10 20 см и составляют (48,2 г/м2). В контроле максимальная корненасыщенность в слое от 0-10 см (59,3 г/м2), 10-20 см (65,2 г/м2) (рис.9.2). Максимальная масса скелетных (проводящих) корней диаметром 3 мм у здоровых и ослабленных деревьев березы повислой в условиях загрязнения Стерлитамакского промышленного центра наблюдается на глубине 10-20 см (313,5 г/м2), (280 г/м2), а в зоне условного контроля на глубине 30-40 см (490,6 г/м2) (рис. 9.3). Для здоровых и ослабленных деревьев березы повислой на разных глубинах (0-100 см) установлено, что в условиях загрязнения СПЦ у ослабленных деревьев масса тонких, полускелетных, скелетных корней во всех горизонтах ниже, чем у здоровых деревьев. Увеличение уровня тяжелых металлов в почве приводит к значительной перестройке всасывающих корней у здоровых и ослабленных деревьев березы в условиях загрязнения. С ростом загрязнения территории тяжелыми металлами отмечается уменьшение массы поглощающих, полускелетных, скелетных корней березы повислой. Уменьшение массы поглощающих, полускелетных, скелетных корней у здоровых и ослабленных деревьев березы повислой в условиях промышленного загрязнения СПЦ на глубине 0-20 см следует рассматривать как одну из важнейших реакций на тяжелые металлы. Масса поглощающих корней диаметром 1 мм в условиях загрязнения СПЦ по сравнению с контролем уменьшилось 1,6 раз, а диаметром 1-3 мм (полускелетные) - в 1,5 раза, количество скелетных корней диаметром 3 мм сократилось в 2,7 раза (рис. 9.3).
Наблюдаются изменения во фракционном составе корней в условиях промышленного загрязнения. В условиях промышленного загрязнения Стерлитамакского промышленного центра отмечается снижение в 1,7 раза доли всасывающих корней: так в условиях загрязнения на эту фракцию приходится в среднем 12,10%, а в зоне условного контроля – 21,66%. Одновременно, доля полускелетных корней в условиях загрязнения уменьшается и составляет 18,30% от всей массы корневой системы, а в контроле 23,51%. В условиях промышленного загрязнения СПЦ основная масса корней приходится на скелетную составляющую. Доля этих корней в условиях загрязнения составляет 69,60%, а в зоне условного контроля – 54,83% (табл. 9.2). В условиях промышленного загрязнения СПЦ в слое 0-20 см валовое содержание Ni, Mn, Cu, Cd, Pb значительно выше, чем содержание металлов на глубине 30, 40, 50 см (табл. 9.3).
Повышение содержание металлов в верхних горизонтах, видимо, результат действия разных факторов, но, прежде всего концентрация металлов в верхнем горизонте почвы отражает последствия антропогенного загрязнения. В условиях промышленного загрязнения СПЦ в слое почвы от 0-10 см содержание валовой формы выше: Ni – в 4,5 раза, Mn – в 2,9 раза, Cu – в 11,2 раза, Cd – в 11, раза, Pb – в 1,9 раза, , а подвижной формы: Ni – в 2,6 раза, Mn – в 7,3 раза, Cu – в 5 раза, Cd – в 5,8 раза, Pb – в 5,4 раза, выше, по сравнению с зоной условного контроля (табл. 9.3, 9.4). В почвах миграция Cd вниз по профилю более вероятна, чем его накопление в поверхностном горизонте почв, поэтому часто наблюдаемое обогащение Cd поверхностных слоев должно быть связано с загрязнением (Шеуджен, 2003). В антропогенных условиях содержание кадмия в поверхностном слое почв обычно возрастает (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).
Водоудерживающая способность листьев древесных растений в различных экологических условиях
Большое значение в жизни листьев имеет их водоудерживающая способность в различных экологических условиях.
По мнению В.В. Гриненко (1971), водоудерживающая способность тканей является одним из показателей, характеризующих состояние воды в растениях, водообмен и засухоустойчивость растений. Способность удерживать воду путем ее связывания можно считать в значительной реакцией растительного организма. Водоудерживающая способность клеток лиственных деревьев может служить информативным показателем их водообмена в условиях техногенной среды, а, следовательно, показателем качества среды. Широкий диапазон водоудерживающей способности (ВС) листьев в различных экологических условиях, может свидетельствовать о высокой экологической пластичности вида, о его адаптационных возможностях (Бухарина и др., 2007). Как показали исследования В.В. Гриненко (1971), чем выше водоудерживающая способность растения, тем оно устойчивее к неблагоприятным условиям внешней среды.
С 2010 по 2016 гг. в течение вегетации в июне, июле, августе исследовалась водоудерживающая способность древесных растений в условиях промышленного загрязнения СПЦ и в зоне условного контроля (ЗУК). По количеству потерянной воды за 30 минут судили о водоудерживающей способности листьев древесных растений в различных экологических зонах (Летние практические задания по физиологии растений, 1973; Баславский, Трубецкова, 1964).
Изменение водоудерживающей способности листьев древесных растений связано с условиями произрастания. В 2010 г. в условиях промышленного загрязнения СПЦ высокая водоудерживающая способность листьев и хвои наблюдалась у березы повислой, тополя бальзамического и лиственницы Сукачева (потери воды после 30 минутной экспозиции составляют 3,0–3,8%, после 60 минутной экспозиции 7,8–9,4%, а в ЗУК у березы после 30 минутной экспозиции 7,4%, у лиственницы - 5,9%). Водоудерживающая способность листьев тополя бальзамического ниже, чем у березы и лиственницы (потеря воды после 30 минутной экспозиции составляет в условиях загрязнения СПЦ 8,6%, а в ЗУК 10,9%) (табл. 10.37, 10.38).
По приведенным в таблицах 10.37 и 10.38 сведениям можно судить о водоудерживающей способности древесных растений в условиях загрязнения СПЦ. Наиболее высокая водоудерживающая способность отмечена у лиственницы 96,0% , у березы - 96,2%, а у тополя – 4,6%. Определение потерь воды в июле на срезанных листьях и хвое через определенные промежутки времени показало что после 30 – 60-минутной экспозиции водоудерживающая способность березы и лиственницы в условиях загрязнения СПЦ была ниже.
В июле водоудерживающая способность листьев и хвои уменьшается на 1,2%. Такая же картина наблюдается и в зоне условного контроля.
В условиях загрязнения СПЦ и в ЗУК в период наблюдений температура и относительная влажность воздуха в июле 2010 года изменялись в пределах 18 – 32 0С и 24 – 40%, соответственно. Необходимо отметить, что сухая и жаркая погода в течение месяца негативно отразилась на водоудерживающей способности древесных растений. В июле у березы, тополя и лиственницы водоудерживающая способность листьев и хвои в условиях загрязнения СПЦ и в ЗУК уменьшается на 1,2% и 1,5% по сравнению с июнем. В августе в условиях загрязнения СПЦ водоудерживающая способность листьев древесных растений увеличивается 0,9 – 1,2% по сравнению с июлем. В период наблюдений температура воздуха снизилась 2 – 2,5 0С, а относительная влажность воздуха увеличилась 8%. В связи этим необходимо отметить, что изменения водоудерживающей способности древесных растений в условиях загрязнения СПЦ и в ЗУК происходят в зависимости от изменений температуры и относительной влажности воздуха. Более отчетливая картина получается при сравнении показателей водоудерживающей способности древесных растений в условиях загрязнения СПЦ и в ЗУК.
В условиях загрязнения СПЦ средняя водоудерживающая способность листьев березы повислой увеличивается на 3,6% у тополя бальзамического на 2,3%, а у хвои лиственницы Сукачева на 3,1%. Козик Е.В. и др. (2010) отмечают, что изменение водообмена – один из адаптационных механизмов растений, толчком к запуску которого является загрязнения воздушного бассейна города.
Под воздействием токсичных газов, растения вынуждены перестраивать свои обменные процессы, в частности увеличивать водоудерживающую способность листьев для сохранения жизнеспособности.
Полученные данные согласуются с данными Козика Е.В. и др. (2010) о том, что древесные растения в условиях промышленного загрязнения СПЦ увеличивают водоудерживающую способность для сохранения жизнедеятельности.
Метеорологические условия летнего периода характеризовались 2011 г. повышенной влажность по сравнению с 2010 годом. В мае, июне, июле выпадали дожди, поэтому иссушение почвы не отсутствовало. Наиболее высокая водоудерживающая способность в условиях загрязнения СПЦ и в ЗУК характерна для лиственницы Сукачева - составляет 97%. (табл. 10.39). Затем, по степени уменьшения располагаются береза повислая – 97,2%, и тополь бальзамический 93,8%. Следует отметить, что у деревьев растущих в условиях промышленного загрязнения СПЦ и в ЗУК наблюдаются различия показателей водоудерживающей способности. Береза повислая, тополь бальзамический и лиственница Сукачева отличаются по способности к потере воды в условиях загрязнения СПЦ. Это согласуется с результатами И.Л. Бухариной и др. (2007).
В условиях промышленного загрязнения СПЦ в июле потеря воды листьев древесных растений больше, чем июне и августе. Также следует отметить, что в 2011 г. у исследуемых деревьев в условиях загрязнения СПЦ и в ЗУК потеря воды меньше, по сравнению с засушливым 2010 годом.