Главная

Исследовательские группы

Научно-практический журнал
Хвойные бореальной зоны
(в перечне ВАК)

Собчак P.O.1, Дегтярева О.Н.1, Астафурова Т.П. 2

1-Горно-Алтайский государственный университет Горно-Алтайск, Россия

2-Томский государственный университет, Томск, Россия

Проведены лесотаксационные исследования пихты сибирской AbiessibiricaLedeb. в условиях городской среды. В городских насаждениях возраст пихты в основном составляет 40-60 лет. Молодые посадки пихты встречаются редко. Взрослые деревья относятся ко II и III классу бонитета. При оценке состояния пихты по структурно-функциональным показателям было выявлено наличие явных и скрытых повреждений в хвое, а также нарушение функционирования фотосинтетического аппарата. Обнаружено снижение размеров и количества хлоропластов. В загрязненных районах города на хвое присутствуют хлорозы, образование которых связано с нарушением пластидного аппарата и биосинтеза хлорофилла. Исследование пигментного фонда пихты в зимнее время, то есть при более усиленной антропогенной нагрузке, показало, что содержание хлорофилла а и b, а также каротиноидов уменьшается в большей степени, чем в летний период. Угнетение фотосинтетической активности при хроническом воздействии атмосферных загрязнителей сопровождалось пониженной интенсивностью темнового дыхания (до 60%).

Отмечены также некрозы хвои и ранняя дефолиация. По форме повреждения бывают точечными, пятнистыми и сплошными. Выявлено значительное уменьшение толщины кутикулы, эпидермы, эндодермы. Эти изменения в структуре и функциях листового аппарата приводят к замедлению ростовых процессов, угнетению растений.
Taxation research of Siberian fir Abies sibirica Ledeb. was done in the urban environment. In city plantations the age of the fir is mainly about 40-60 years. Young fir plantings are rarely met. The grown up trees refer to the II and the III class of the bonitation. While valuing the condition of the fir at structural-functional index were evident and concealed damages in needles and the dysfunction of functioning of photosynthetic apparatus discovered. There was also a lowing down in size and number of chloroplast discovered. In the polluted regions of the city there is chlorosis on the needles the formation of which is because of the breach in the plastidome and biosynthesis of chlorophyll. The research of the pigmented fund of the fir in winter time that means more intensive anthropogenic factor showed that the content of the chlorophyll a and b and carotenoides decrease more than in summer time. Depression of photosynthetic activeness by chronicle influence of the atmospheric pollutants was accompanied by lowed down intensiveness of the dark respiration (till 60%). There were also needles necrosis and early defoliation marked. The damages may be dotty, spotty and complete in shape. The great lowing down of the thickness of the cuticle, epidermis and endoderm was found out. These changes in structure and function of the foliation lead to the slowing down in the process of growth and oppression of the plants.

Условия произрастания зеленых насаждений в городах резко отличаются от естественных. Разнообразные вредные факторы (наличие в воздухе пыли, копоти, ядовитых газов, изменение теплового режима, переуплотнение почв и др.), свойственные городам, отражаются на состоянии зеленых насаждений (Экология урбанизированных..., 1987; Николаевский, 1998). Своеобразие комплекса городских условий дает основание рассматривать город как особый тип экосистемы (Гетко, 1989; Горышина, 1991; Сайданов и др., 1990). Для древесных пород естественным является произрастание в сомкнутых ценозах. В городах они растут в парках, скверах, в уличных посадках - чаще изолированно, что должно вызывать существенную перестройку структуры и деятельности лесного дерева, оказавшегося на открытом местообитании, вне влияния лесного фитоклимата (Фролов, 1998). Хвойные насаждения в г. Горно-Алтайске играют огромную роль в решении экологических проблем, выполняя средообразующие, средозащитные, санитарно-гигиенические и рекреационные функции. В озеленении города большой объем среди хвойных пород занимает пихта сибирская - Abies sibirica Ledeb. Она встречается в групповых и одиночных посадках. Выяснение состояния пихты сибирской при воздействии антропогенных факторов необходимо для оценки степени их вредоносности, а также адаптивных возможностей данного вида в этих условиях.

Объекты и методы исследований
Для изучения посадок пихты сибирской были заложены пробные площади ПП (ГЛ­ЕЙ, табл. 1) в разных районах г. Горно-Алтайска, различающихся по степени загрязнения (слабая, средняя, сильная). Контрольная площадь (ПК) находилась в 20 км от города. Основные сравнительные показатели структурно-функционального состояния сосны проводили на П6, испытывающей наибольшее антропогенное воздействие. Она находилась в районе Кирзавода. Категорию и индекс состояния хвойных пород определяли по методикам, представленным в работе А.Н. Жидких (2000). Категорию состояния оценивали по 4-балльной шкале:  1 балл - здоровые деревья; 2 балла - ослабленные; 3 балла - сильно ослабленные; 4 балла - усыхающие; 5 баллов -погибающие. Степень поражения насаждений выбросами характеризуется средним индексом состояния (ИС), вычисленным по формуле (Жидких, 2000):
ИС= b1 n1 /N
Где b1- балл состояния отдельных деревьев; n1 - число деревьев каждого балла состояния; N - общее число учтенных деревьев.
Образцы хвои для комплексных исследований на пробных площадях отбирали с 5 -10 модельных деревьев из средней части южной стороны кроны. Возраст деревьев составил 40 - 45 лет. Морфологические и анатомические показатели     изучали     по общепринитым методикам  (Прозина,   1960; Николаевский 1964; Тюрина, 1978; Никитин, Панкова, 1982; Цельникер и др., 1993).

Хвою для анатомических исследований фиксировали в смеси глицерина и спирта в равных количествах. Срезы делали лезвием от руки в средней части двухлетней хвои, не имеющей видимых повреждений. Осветление препаратов производили 10% раствором КОН. Кутикулу, смолу и масла окрашивали реактивом судан-III. Срезы просматривали в капле воды и глицерина (1:1) под микроскоп Микмед-2 (Россия). Измерения производили окуляр-микрометром МОВ-1215 (Россия). Повторность измерений 20-25 - кратная. Содержание пигментов определяли спектрофотометрически в 80-% ацетоновом экстракте с последующими расчетами по уравнениям (Шлык, 1971). Измерение эмиссии СО2 производили высокочувствительным методом лазерной фотоакустической спектроскопии на базе Института оптики атмосферы СО РАН г. Томска (Агеев, Астафурова и др., 1994).
Результаты и их обсуждение
Пихта сибирская является стабильным эдификатором или субэдификатором темнохвойных лесов. Иногда растет в виде примеси в кедровых и еловых лесах. В низкогорье Горного Алтая пихта сибирская приурочена к местам с высокой влажностью воздуха и почвы, а также с ранним установлением снежного покрова, под которым почва всю зиму остается талой или промерзает на небольшую глубину. В естественных насаждениях она вполне зимостойка, однако при искусственной посадке на места более сухие и открытые со значительно промерзающей почвой молодые, еще слабо укоренившиеся деревья повреждаются в зимний период (Лучник, 1977; Коропачинский, 1983).
Пихта - дерево первой величины высотой до 30 м, мезофит, эутроф. Пихта предпочитает богатые суглинистые, среднеоподзоленные, средневлажные, но избегает застойно-заболоченные почвы. Она теневынослива, обладает высокой фитонцидностью, чувствительна к атмосферным примесям (Третьякова, Зубарева и др., 1996). По многим исследованиям род Abies является одним из наименее устойчивых среди хвойных к действиюэкологического  стресса (Третьякова, Бажина, 1995; Куровская, 2002 и др.). Длительность сохранения хвои на побегах зависит от степени чистоты воздуха. В загрязненной атмосфере хвоя опадает раньше (Плотникова, 1994).
Параметры, составляющие морфоструктуру кроны у пихты сибирской, произрастающей в г. Горно-Алтайске, являются типичными для данного вида (таблица 1). В городских насаждениях возраст пихты в основном составляет 40-60 лет. Молодые посадки пихты встречаются редко. Взрослые деревья относятся ко II и III классу бонитета. Это преимущественно, высокие деревья с толстыми  стволами и хорошо сформированной пирамидальной кроной. У них ярко выражена апикальная доминантность и плагиотропность боковых ветвей. В рядовых посадках крона обычно  раскидистее        и протяженнее. Следует отметить, что на габитуальные показатели пихты большее влияние оказывает тип посадки. В групповых, особенно сближенных посадках, снижаются размеры кроны, а также высота деревьев (П4).
В районах со слабым уровнем загрязнения атмосферы деревья пихты сибирской практически здоровые, но у них намечается тенденция к ослаблению. Индексы состояния деревьев находятся в пределах от 1,33 до 1,5. С повышением уровня загрязнения на постоянных площадях ухудшается состояние деревьев. Так, на ПЗ -П5 со среднем уровнем загрязнения деревья пихты находятся в ослабленном состоянии (индекс состояния 2,01 - 2,11), а на П6 (сильное загрязнение) - сильно ослабленном (индекс состояния 3,12). На охвоение побегов оказывает влияние, по-видимому, степень загрязнения района. Густота охвоения 1-3-летних побегов в городе (П6) достоверно ниже, чем в загородной зоне на ПК (рисунок 1). Причем, в загрязненном районе города охвоение однолетних побегов значительно ниже, а на трехлетних побегах снижение данного показателя происходит за счет ранней дефолиации. При анализе морфометрических показателей хвои и стебля пихты была выявлена некоторая зависимость этих параметров от общего уровня загрязнения. Как показывают результаты измерений (таблица 2), в относительно худшем состоянии находятся посадки на П6, находящиеся в районе с высокой экологической напряженностью     (р-н

Кирзавода). Здесь ежегодно в течение последних трех лет наблюдается снижение длины хвои, линейного прироста и диаметра стебля. Наилучшие условия в городе для текущего прироста оказались на П2 (городской   сквер).   Интересно  то,   что  по сравнению с данным насаждением, длина стебля и хвои несколько ниже на ПЗ, П4 и П5, растущих у дороги в том же районе. Диаметр стебля во всех вариантах варьирует меньше (за исключением П6).

Таблица 1 - Таксационная оценка посадок пихты сибирской в различных районах города

№ПП, район	П1 Парк «Голубой Алтай»	П2 Городской сквер	ПЗ ост. Площадь	П4 Дом Правительства	П5 ост. Ткацкая фабрика	П6 р-н Кирзавода
Уровень загрязнения	слабый	слабый	средний	средний	средний	сильный
Тип посадки	групповая	групповая	рядовая	групповая	рядовая	рядовая
Возраст, лет	55	56	45	43	48	42
Высота, м	17,5±0,2	12,7±0,1	12,8±0,18	10,9+0,19	17,3±0,7	14,0±0,32
Диаметр ствола, см	29,5+1,0	24,0±1,3	28,8±1,27	19,5±1,13	27,6±1,58	22,5±0,72
Протяженность кроны, м	13,2±0,3	8,7+0,14	10,5±0,14	7,8+0,35	12,9±1,06	11,3+0,37
Ширина кроны, м	3,6±0,24	4,5±0,13	4,6±0,24	2,9±0,14	5,6+0,15	5,1±0,17
Густота охвоения, балл	2,9±0,12	2,3±0,44	1,8±0,13	1,8±0,12	1,6+0,14	1,5+0,1
Бонитет, класс	I	II	I	II	I	I
Индекс состояния, балл	1,3±0,09	1,5±0,08	2,1±0,1	2,0±0,07	2,0+0,16	3,1±0,07
Категория состояния	здоровые	здоровые	ослаблен­ные	ослабленные	Ослаблен­ные	сильно ослабленные

Примечание П1-П6 - пробные площади пихты сибирской

Рисунок   1   -  Густота охвоения  побегов  пихты  сибирской  в зависимости  от атмосферного загрязнения

В загрязненных районах города на хвое присутствуют хлорозы, образование которых связано с нарушением пластидного аппарата и биосинтеза хлорофилла. Отмечены феофитиновые пятна,
появляющиеся при окислении хлорофилла до феофитина и его производных, а также некрозы, ранняя дефолиация. По форме повреждения          бывают           точечными, пятнистыми и сплошными. Деструктивный характер изменений связан с прямым контактом живых тканей с химическими веществами разного происхождения и механическими ингредиентами (пыль, зола, сажа). Пыль
нарушает температурный и водный режим растений, поглощение световой энергии и
газообмен (Ершов, 1957; Илькун. 1971). Вследствие       такого взаимодействия происходит нарушение целостности клеток и тканей, что приводит к появлению различных морфологических изменений (хлорозы, некрозы и т.д.). При анатомическом исследовании в двулетней хвое пихты (таблицы 3 и 4) на опытной площади выявлено значительное уменьшение толщины кутикулы, эпидермы, эндодермы. Кроме того, отмечено, что кутикула становится часто волнистой,
извилистой, рассеченной и  даже прерывистой, что еще более облегчает проникновение токсических веществ во внутренние ткани хвои. Площадь мезофилла уменьшается на П6 в 1,37 раза, смоляного хода в 1,27 раза, жилки в 1,23 раза. Клетки мезофилла становятся длиннее и уже, поэтому с меньшей площадью на поперечном сечении. Число их на поперечном срезе
мезофилла в 1,19 раза меньше, чем в контроле. При измерении размеров клеток мезофилла просматривается тенденция к их удлиненности. Данные исследований пластидного аппарата пихты свидетельствуют о тенденции к уменьшению размеров хлоропластов с нарастанием влияния городских условий (таблица 5). Количество хлоропластов на срезе клетки мезофилла, как правило, было несколько меньше, чем в контроле. Это влечет за собой низкую скорость карбоксилирования в хвое, подвергшейся рекреационной нагрузке. Уменьшение размеров хлоропластов снижает относительный объем хлоропластов в клетке. Интенсивность работы фотосинтетического аппарата зависит от положения хлоропластов в клетке.