ЕЛЬ СИБИРСКАЯ (PICEA OBOVATA LEDEK) КАК ИНДИКАТОР АЭРОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

SIBERIAN SPRUCE (PICEA OBOVATA LEDEK) AS AN INDICATOR OF AEROGENIC POLLUTION

Maria Prokopenko

student, Faculty of Natural Sciences, Novosibirsk State University,

Russia, Novosibirsk

Sergey Solovyev

scientific supervisor, Candidate of Biological Sciences, senior lecturer Novosibirsk State University,

Russia, Novosibirsk

АННОТАЦИЯ

Аэрогенное загрязнение негативно влияет на здоровье человека и экосистемы, поэтому необходимо изучение его воздействия на природные объекты. В ходе исследования были изучены морфологические признаки ели сибирской в зависимости от степени аэрогенного загрязнения автомобильных дорог Красноярского края. Отбор хвои ели проводился на разном удалении от дороги, также были взят контроль. Оценивались такие параметры как: хлорозы, некрозы, длина хвои, количество хвоинок и годичные приросты побегов. Установлено, что степень повреждения хвои (хлорозы, некрозы) и её длина линейно зависят от близости к дороге: чем ближе к дороге, тем хуже состояние параметра. Количество хвоинок и прирост побегов демонстрируют нелинейную зависимость. Результаты подтверждают роль аэрогенного загрязнения в изменении морфологии хвои, но также указывают на сложность взаимодействия антропогенных и природных факторов.

ABSTRACT

Aerogenic pollution negatively affects human health and ecosystems, so it is necessary to study its impact on natural objects. In the course of the study, morphological features of Siberian spruce were studied depending on the degree of aerogenic pollution of automobile roads in Krasnoyarsk Krai. Selection of spruce needles was carried out at different distances from the road, also control was taken. Such parameters as: chlorosis, necrosis, needle length, number of needles and annual shoot growth were evaluated. It was found that the degree of needle damage (chlorosis, necrosis) and its length depend linearly on the proximity to the road: the closer to the road, the worse the condition of the parameter. The number of needles and shoot growth show non-linear dependence. The results confirm the role of aerogenic pollution in changing the morphology of needles, but also indicate the complexity of interaction between anthropogenic and natural factors.

Ключевые слова: ель сибирская, биоиндикация, аэрогенное загрязнение, морфологические параметры.

Keywords: Picea obovata, bioindication, aerogenic pollution, morphological parameters.

Аэрогенное загрязнение – это загрязнение атмосферы, вызванное выбросами различных веществ, которые могут негативно влиять на здоровье человека, экосистемы и климат. Основной метод, который помогает ученым и исследователям понять источники, состав, влияние на здоровье и экосистемы аэрогенного загрязнения-биоиндикационный, сущность которого заключается в оценке степени загрязнения окружающей среды с помощью живых организмов или природных сообществ. [6, 8, 9]. Тематике биоиндикации посвящен ряд работ: [2, 3, 11-14, 19, 20].

Цель: изучить морфологические признаки хвои ели сибирской в зависимости от степени аэрогенного загрязнения автомобильных дорог Красноярского края.

Объекты исследования расположены в Уярском районе Красноярского края недалеко от села Никольское в близи автомобильной трассы, контроль был взят так же в окрестностях села Никольское, но около проселочной дороги. Отборы проводились с деревьев примерно одной высоты (2,5–3 м) на уровне 1,5 м и одного возраста. Для исследования был заложен участок, внутри которого было выбрано 9 точек (расстояние между точками 50 м):

1 линия: точки 1, 2 и 3 – в непосредственной близости автомобильной трассы;

2 линия: точки 4, 5 и 6 – на удалении от автомобильной дороги (50 м);

3 линия: точки 7, 8 и 9 – на удалении от автомобильной дороги (100 м);

На каждой точке с подходящего дерева собирали по 3 ветки с трехгодичным приростом.

Для оценки влияния аэрозагрязнения на состояние хвоинок ели оценивались следующие признаки: наличие хлорозов и некрозов, длина хвои, длина побегов текущего года и прошлых лет, число хвоинок. Анализ хвои на усыхание и повреждение проводился визуальным способом. Длина хвои рассчитывалась, как среднее арифметическое длины на 100 хвоинок каждого года. Количество хвоинок рассчитывалось с прироста каждого года. По техническим причинам хвоинки 3 года выпали, поэтому единственный параметр, который анализировался-прирост побега.

При анализе полученных данных по степени пораженности хвоинок хлорозом и некрозом с помощью визуально осмотра были найдены хвоинки с кончиком, усохшим на 2-5 мм (класс хлороза 2) и хвоинки с небольшим числом мелких пятнышек (класс некроза 2). Общий объем хвои был без видимых повреждений. Усреднив полученные данные по линиям (рис. 1), получили следующие результаты. Деревья у дороги: «1 линия 1 год», «2 линия 1 год» по сравнению с «3 линией 1 год» и «контролем 1 год» имеют большую пораженность хлорозом и некрозом. Аналогично и для 2 года: деревья «1 линия 2 год», «2 линия 2 год» поражены хлорозом и некрозом больше, чем «3 линия 2 год», «контроль 2 год». Также отмечено, что по мере удаления от дороги степень пораженности снижаются: пораженность хлорозом у «2 линии 1 год» меньше, чем у «1 линии 1 год», точно так же пораженность хлорозом и некрозом у «2 линия 2 год» меньше, чем у «1 линия 2 год». При этом минимум пораженности достигается для 3 линии и для контрольной группы. Таким образом, есть зависимость между близостью к дороге и степенью поражения хвои. Деревья у дороги (1 линия) имеют максимальные показатели хлорозов и некрозов, что связано с аэрогенным загрязнением. По мере удаления от дороги степень пораженности снижается.

Рисунок 1. Усредненные значения степени пораженности хвои хлорозами и некрозами по удаленности от автомобильной трассы

При детальном анализе количественного показателя хвоинок для 1 года (рис. 2) было замечено, что по мере удаления от дороги количество хвоинок уменьшается. Количество хвоинок на «1 линии 1 год» на 3% меньше по сравнению с «контролем 1 год», «2 линия 1 год» – на 8%, «3 линия 1 год» – на 15%. Для второго года при удалении от дороги от 1 линии ко 2 линии количество хвоинок увеличилось на 2,7%, при удалении к 3 линии количество хвоинок уменьшилось на 16% по сравнению с 1 линией. По сравнению с «контролем 2 год» количество хвоинок на 1 линии больше на 11%, на 2 линии больше на 14%, на 3 линии меньше на 4%. Как видно из представленных данных, не удалось выявить явной зависимости между близостью деревьев к дороге и уменьшением количества хвоинок. В некоторых исследованиях [4, 5, 15, 16]: есть информация, что газы (NOx, NH₃), которые скапливаются вблизи автомобильных дорог могут оказывать «удобряющий» эффект в малых дозах. Однако в этих работах были исследованы покрытосеменные (береза, липа, тополь), бобовые, а не голосеменные.

Рисунок 2. Усредненные значения количества хвоинок 1 и 2 года по удаленности от автомобильной трассы

Анализ такого показателя как средняя длина хвоинок и для 1 года, и для 2 года (рис. 3) средняя длина хвоинок увеличивается по мере удаления от дороги. Также и для 1 года, и для 2 года на наиболее удаленной от дороги линии средняя длина хвоинок больше, чем у контрольных деревьев соответствующих годов. Контрольные деревья были взяты у проселочной дороги, на открытой территории, поэтому нельзя объяснить меньшую длину хвоинок у контрольных деревьев по сравнению с деревьями 3 линии затенением. Таким образом, видна зависимость между удаленностью деревьев от дороги и увеличенным количеством хвоинок. Можно предположить, что количество хвоинок увеличивается при удалении от дороги, а их длина, наоборот, увеличивается, т.к. в стрессовых условиях растение перераспределяет ресурсы: вместо роста длинных хвоинок (которые требуют больше воды и питательных веществ) оно производит больше коротких, но в большем количестве, что может компенсировать снижение фотосинтетической активности [10, 17].

Рисунок 3. Усредненные значения длины хвоинок 1 и 2 года по удаленности от автомобильной трассы

Такой показатель как годичный прирост побегов (рис. 4) показал, что для 1 года наибольший прирост побега был в первой линии, для 2 и 3 линии прирост побега уменьшился на 5%. Прирост побега 1 года у контрольных деревьев был на 1% меньше, чем у деревьев 1 линии. Для 2 года наибольший прирост побега для 1 линии, для 2 линии прирост сокращается на 3,75%, для 3 линии – на 0,83% по сравнению с 1 линией. У деревьев контроля прирост побега на 11,25% больше по сравнению с 1 линией. Для 3 года наибольший прирост побега был на 3 линии. Прирост побега на 1 линии уменьшился на 1%, на 2 линии – 8% по сравнению с 3 линией. Прирост побега для 3 года у контрольных деревьев увеличился на 8,6% по сравнению с 3 годом. Предполагаем, что наибольший прирост у 1 линии следствие временного стимулирующего эффекта: азотные соединения NOx [4, 5, 15, 16] из выхлопов и лучшая освещённость [1, 7, 18]. Таким образом, не удалось выявить линейной зависимости: чем дальше от дороги, тем больше прирост побега.

Рисунок 4. Усредненные значения годичного прироста 1, 2 и 3 года по удаленности от автомобильной трассы

В результате проведенного исследования можно сделать следующее заключение.

Таким образом, согласно полученным в ходе исследования данным, удалось установить линейную зависимость между удалением от дороги и улучшением параметра для степени пораженности хвоинок хлорозом и некрозом и для длины хвоинок. Для количества хвоинок и годичного прироста побега эта зависимость получилась нелинейной.

Список литературы:

1. Братилова Н. П. и др. Влияние освещенности на рост потомств сосны кедровой сибирской разного географического происхождения // Лесная таксация и лесоустройство. – 2013. – №. 2. – С. 78–80.
2. Вишнякова С. В., Аткина Л. И. Влияние выбросов автотранспорта на анатомические параметры хвои ели колючей в условиях г. Екатеринбурга // Хвойные бореальной зоны. – 2011. – Т. 28. – №. 1–2. – С. 134–136.
3. Донцов А. С., Сунцова Л. Н., Иншаков Е. М. Оценка состояния окружающей среды г. Красноярска по состоянию фотосинтетического аппарата ели сибирской // Хвойные бореальной зоны. – 2016. – Т. 34. – №. 5–6. – С. 246–250.
4. Ерофеева Е. А. Гормезис и парадоксальные эффекты у растений в условиях автотранспортного загрязнения и при действии поллютантов в эксперименте // Нижний Новгород. – 2016.
5. Иванов И.И. Гормезис и парадоксальные эффекты у растений в условиях автотранспортного загрязнения и природных стрессоров [Электронный ресурс]: дис. ... канд. биол. наук: 03.02.08 / Иванов Иван Иванович. – М.: МГУ, 2020. – 178с.
6. Исследования молодых ученых: материалы LXХII Mеждунар. науч. конф. (г. Казань, декабрь 2023 г.) / [под ред. И. Г. Ахметова и др.]. – Казань: Молодой ученый, 2023.
7. Козина Л. В. и др. Влияние стрессорных факторов на рост и продуктивность саженцев хвойных пород // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. – 2011. – №. 2. – С. 96–99.
8. Макоско А. А., Матешева А. В. Загрязнение атмосферы и качество жизни населения в XXI веке: угрозы и перспективы. – М.: Российская академия // Москва. – 2020. – С. 7.
9. Неверова О. А., Еремеева Н. И. Опыт использования биоиндикаторов в оценке загрязнения окружающей среды // Экология. Серия аналитических обзоров мировой литературы. – 2006. – №. 80. – С. 1–88.
10. Николайчук А. М., Вашкевич М. Н. Морфометрические особенности хвои сосны обыкновенной, произрастающей в условиях техногенного загрязнения выбросами предприятий цементной промышленности. – 2018.
11. Рунова Е. М., Шиверских Ф. Н. Оценка состояния загрязнения атмосферы по состоянию хвои Pinus sylvestris // Актуальные проблемы лесного комплекса. – 2018. – №. 51. – С. 157–160.
12. Соболева С. В., Есякова О. А., Почекутов И. С. Оценка загрязнения экосистемы города Красноярска биоиндикационным методом // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2019. – №. 12-2. – С. 175–181.
13. Уразгильдин Р. В. и др. Прирост стволовой древесины сосны обыкновенной, ели сибирской и лиственницы Сукачева в условиях промышленного загрязнения //Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отдел биологический. – 2018. – Т. 123. – №. 2. – С. 45–61.
14. Чжан С. А., Пузанова О. А. Состояние хвои сосны обыкновенной в условиях длительного техногенного загрязнения // Актуальные проблемы лесного комплекса. – 2014. – №. 38. – С. 140–142.
15. Agathokleous E., Kitao M., Calabrese E.J. Hormesis: A compelling platform for sophisticated plant science [Электронный ресурс] // Frontiers in Plant Science. 2017. Vol. 8. P. 17-62.
16. Calabrese E. J., Agathokleous E. Nitric oxide, hormesis and plant biology // Science of the Total Environment. – 2023. – Т. 866. – С. 161–299.
17. Fomin V. V. et al. A nonspecific response of the photosynthetic apparatus of pine needles to industrial air pollution and shading // Russian Journal of Plant Physiology. – 2001. – Т. 48. – №. 5. – С. 657–661.
18. Fomin V. V. et al. A nonspecific response of the photosynthetic apparatus of pine needles to industrial air pollution and shading // Russian Journal of Plant Physiology. – 2001. – Т. 48. – №. 5. – С. 657–661.
19. Kalugina O. V., Afanasyeva L. V., Mikhailova T. A. Anatomical and morphological changes in Pinus sylvestris and Larix sibirica needles under impact of emissions from a large aluminum enterprise // Ecotoxicology. – 2024. – Т. 33. – №. 1. – С. 66–84.
20. Kalugina O. V., Afanasyeva L. V., Mikhailova T. A. Anatomical and morphological changes in Pinus sylvestris and Larix sibirica needles under impact of emissions from a large aluminum enterprise // Ecotoxicology. – 2024. – Т. 33. – №. 1. – С. 66–84.