На правах рукописи

Шарифуллин Рафаэль Насимович

ЛИСТВЕННИЦА СУКАЧЕВА (Larix sukaczewii Dyl.) И СОСНА ОБЫКНОВЕННАЯ (Pinus sylvestris L.)

В УСЛОВИЯХ НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ:

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОВОДЯЩЕЙ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ

03.00.05 - Ботаника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Уфа - 2005

2

Работа выполнена в лаборатории лесоведения

Института биологии Уфимского научного центра

Российской академии наук

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор

Кулагин Алексей Юрьевич

кандидат биологических наук

Зайцев Глеб Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Усманов Искандер Юсуфович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Габдрахимов Камиль Махмутович

Ведущая организация: Сибайский институт Башкирского государственного уни-

верситета

Защита диссертации состоится «16» июня 2005 г. в 10 часов на заседании диссертаци-

онного совета К 212.180.02 при ГОУ ВПО «Оренбургский государственный педаго-

гический университет» по адресу: 460844, г. Оренбург, ул. Советская, 19. Факс (3532)

77-24-52, e-mail: ibrae@ospu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Оренбургский госу-

дарственный педагогический университет»

Автореферат разослан "14" мая 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук, доцент Н.И. Мушинская

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Факт техногенного загрязнения окружающей среды выброса-

ми нефтехимической промышленности, который губительно сказывается на всех без

исключения компонентах биосферы, остается актуальным на протяжении последних

десятилетий. Бурное развитие промышленных центров приводит к увеличению за-

грязнения окружающей среды. Лесные экосистемы, произрастающие вблизи про-

мышленных объектов, подвергаются действию промышленных загрязнителей, что

является причиной их угнетения, снижения их производительности и отмирания

(Барткявичус, 1984).

В условиях промышленного загрязнения насаждения древесных растений спо-

собны выполнять роль фитофильтра, очищая воздух от эксгалатов путем механиче-

ского осаждения твердых частиц, частичного поглощения и детоксикации токсикан-

тов (Кулагин Ю.З., 1974; Илькун, 1978; Николаевский, 1979, 1998; Торлопова, 1999;

Smith, 1981).

На сегодняшний день предметом интенсивного исследования многих ученых

является изучение влияния промышленных загрязнителей на надземную часть дре-

весных растений (рост в высоту, характер ветвления, состояние хвои, листьев и гене-

ративных органов) (Фуксман, Чименова, 2000). Однако рост древесных растений за-

висит не только от работы фотосинтезирующего аппарата, но и состояния корневой

системы (Ярмишко, 1997; Зайцев, 2000).

Уфимский промышленный центр относится к зоне повышенного загрязнения

воздуха. Промышленное загрязнение г. Уфы является смешанным, с преобладанием

углеводородной составляющей (Государственный доклад ..., 2002), что представляет

собой своеобразный техногенный комплекс и является определяющим в специфиче-

ской реакции древесных растений на действие техногенных факторов (Кулагин А.Ю.,

1998).

Ранее были изучены и охарактеризованы корневые системы сосны обыкновен-

ной и лиственницы Сукачева (Зайцев, 2000). Выявлены особенности формирования

корневых систем в условиях техногенеза. Однако особенности анатомического строе-

ния проводящей корневой системы детально не были изучены.

4

Цель и задачи исследований. Цель работы состояла в изучении анатомо-

морфологических особенностей строения полупроводящих корней лиственницы Су-

качева и сосны обыкновенной в условиях многолетнего промышленного загрязнения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) оценить жизненное состояние насаждений лиственницы Сукачева и сосны

обыкновенной в условиях нефтехимического загрязнения;

2) выявить анатомо-морфологические особенности строения проводящих кор-

ней в условиях промышленного загрязнения;

3) изучить влияние промышленного загрязнения на радиальный прирост ство-

ловой и корневой древесины лиственницы Сукачева и сосны обыкновенной;

4) оценить адаптивные изменения проводящих корней хвойных в условиях

нефтехимического загрязнения.

Научная новизна. Впервые были получены количественные данные, характе-

ризующие структурные анатомо-морфологические изменения корневой системы

хвойных в условиях промышленного загрязнения, также получены данные о приросте

стволовой древесины и скелетных корней сосны обыкновенной и лиственницы Сука-

чева.

Практическая значимость. Работа связана с обоснованием использования

лиственницы Сукачева и сосны обыкновенной в создании санитарно-защитных наса-

ждений в условиях нефтехимического загрязнения окружающей среды.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на II Международ-

ной конференции по анатомии и морфологии растений (С.-Пб., БИН РАН, 2002); 7-ой

Пущинской конференции молодых ученых "Биология - наука 21-го века" (Пущино,

2003); XV Коми республиканской молодежной конференции "Актуальные проблемы

биологии и экологии" (Сыктывкар, Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, 2004).

Положения, выносимые на защиту:

закономерности изменения анатомо-морфологической структуры

полупроводящей корневой системы лиственницы Сукачева и сосны обыкновен-

ной в условиях нефтехимического загрязнения;

воздействие нефтехимического загрязнения на показатели радиаль-

ного прироста стволовой и корневой древесины скелетных корней лиственницы

Сукачева и сосны обыкновенной.

5

Декларация личного участия автора. Автором определены цель и задачи

работы, подготовлена программа исследований, выполнена работа по планиро-

ванию, выбору и обоснованию методов. В течение полевых сезонов 2002 – 2004

гг. автор лично осуществил сбор образцов и обработку их в лабораторных усло-

виях. Автором лично выполнена математическая обработка, анализ и обобщение

полученных результатов.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав,

выводов, списка использованной литературы, включающего 248 наименований

отечественных и зарубежных авторов и приложений. Основной текст изложен

на 82 страницах, включает 5 таблиц и 13 рисунков.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных иссле-

дований, гранты №00-04-48688, 02-04-06399, 02-04-63125, 02-04-06400, 02-04-97909,

05-04-97901, 05-04-97906.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Обоснована актуальность темы, изложены цель и задачи исследований, показа-

на научная новизна и практическая значимость работы, выражены благодарности со-

трудникам лаборатории лесоведения ИБ УНЦ РАН.

1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА На основе литературных данных и собственных исследований приведена

краткая физико-географическая характеристика района исследования: приводится

описание рельефа, климата, почв и растительности. Уфимский промышленный

центр относится к зоне повышенного загрязнения воздуха. Промышленное загрязне-

ние г. Уфы смешанное, с преобладанием углеводородной составляющей (Государст-

венный доклад ..., 2002).

6

2. ВЛИЯНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА РОСТ И РАЗВИ-ТИЕ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

Выполнен обзор работ отечественных и зарубежных авторов по теме диссерта-

ционной работы. Рассмотрены общие вопросы влияния промышленного загрязнения

на древесные растения (Красинский, 1950; Гудериан, 1979; Кулагин Ю.З., 1985; Лес-

ные экосистемы..., 1990; Кулагин А.Ю., 1994; Николаевский, 1998 и др.). Показано,

что за счет особенностей строения корневых систем необратимые изменения в строе-

нии надземной части древесных растений под действием загрязнения не всегда при-

водят к гибели всего насаждения (Ярмишко, 1997). На сегодняшний день не разрабо-

тана единая методика исследования корневых систем древесных растений в естест-

венных условиях и в условиях техногенеза (Колесников, 1972; Красильников, 1983;

Ярмишко, 1997 и др.). Было выявлено недостаточное изучение анатомо-

морфологической структуры проводящих корней в отечественной и иностранной ли-

тературе.

3. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКА РАБОТЫ

По данным отечественных и иностранных исследователей приведены эколого-

биологические особенности сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и лиственницы

Сукачева (Larix sukaczewii Dyl.).

На разном удалении от источника нефтехимического загрязнения (группа

Уфимских НПЗ) было заложено 12 пробных площадей (ПП) в насаждениях сосны

обыкновенной и лиственницы Сукачева, в качестве относительного контроля выбра-

ны насаждения сосны обыкновенной (45 – 55 лет) и лиственницы Сукачева (40 – 55

лет), расположенные в 35 км к юго-западу от Уфимского промышленного центра на

территории Юматовского лесничества (в регионе преобладает южный и юго-

западный перенос воздушных масс).

Оценка относительного жизненного состояния насаждений сосны обыкновенной

и лиственницы Сукачева проводилась по методике В.А.Алексеева (1990).

Для изучения анатомо-морфологических особенностей корневых систем сосны

обыкновенной и лиственницы Сукачева заложено 90 почвенных траншей: 40 - в усло-

7

виях нефтехимического загрязнения и 20 - в условиях относительного контроля (30 в

парковых зонах г. Уфы).

Траншеи (почвенные разрезы) закладывали в междурядьях перпендикулярно

направлению роста горизонтальных корней на расстоянии 70 см от ствола. Все поч-

венные разрезы имели одинаковые размеры 0,5х 0,5 м.

Были отобраны полускелетные корни длиной от 1 до 3 мм при помощи пинце-

та. Корневые образцы брались с глубины 0 – 10 см, 10 – 20 см, 20 – 30 см, 30 – 40 см,

40 – 50 см. Фиксацию корневых образцов производили в водном растворе этанола

20%.

Особенности анатомического строения полускелетных корней сосны обыкно-

венной и лиственницы Сукачева изучали на временных препаратах поперечных сре-

зов. Микротомом МС-1 (Россия) делали поперечные срезы полускелетных корней

(Згуровская, 1958; Клейн, Клейн, 1974). Срезы изучались при помощи микроскопа

Amplival (Carl Zeiss Jena, Germany), объективы 4/0,11 и 6,3/0,20, окуляр х10. Опреде-

лялось количество смоляных ходов на единицу площади, диаметр и площадь смоля-

ных ходов, длина и ширина трахеид, отмечались видимые изменения в анатомиче-

ском строении полускелетных корней сосны обыкновенной и лиственницы Сукачева.

Сбор материалов для изучения радиального прироста растений в условиях ат-

мосферного загрязнения проводился на территории Уфимского промышленного цен-

тра, на заложенных пробных площадях. Образцы брались на высоте до 1-го метра с

помощью приростного бура Mora (Sweden) для дендрохронологических исследова-

ний. Было взято по пять образцов (кернов) с каждой пробной площади. Также были

взяты корневые спилы скелетных корней на глубине 30 см в количестве пяти штук с

каждой пробной площади. Образцы (керны) обрабатывались и изучались с помощью

микроскопа МБС-1 (Россия).

Полученные данные обрабатывались общепринятыми статистическими метода-

ми (Плохинский, 1970) с применением программы Excel 7.0.

8

4. СОСТОЯНИЕ, РОСТ И АНАТОМО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕН-

НОСТИ ПРОВОДЯЩЕЙ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ

В УСЛОВИЯХ УФИМСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЦЕНТРА

В условиях нефтехимического загрязнения насаждения сосны обыкновенной

характеризуются как "сильно ослабленные" (Lv=43,2%), в контроле - как "здоровые"

(Lv=89,7%). В условиях промышленного загрязнения деревья сосны обыкновенной

имеют плохо сформированную крону, стволы плохо очищаются от мертвых сучьев,

сильно повреждена хвоя. В насаждениях высока доля сухостоя и отмирающих де-

ревьев. В условиях относительного контроля деревья сосны обыкновенной имеют хо-

рошо сформированную крону (густота кроны - 70-80% от нормы), стволы хорошо

очищаются от мертвых сучьев, отсутствуют видимые поражения хвои.

Анализ количества, диаметра и площади смоляных ходов полускелетных кор-

ней сосны обыкновенной в условиях Уфимского промышленного центра.

Загрязнение почв продуктами нефтепереработки приводило к увеличению ко-

личества смоляных ходов на всех исследуемых глубинах. При этом достоверное уве-

личение количества смоляных ходов у сосны обыкновенной в зоне промышленного

загрязнения наблюдалось в корнях на глубине 0-10 и 40-50 см. В корнях растений,

произрастающих в зоне относительного контроля максимальное количество смоля-

ных ходов (3,0+0,5) шт. наблюдалось на глубине 20-30см. На остальных глубинах ко-

личество смоляных ходов в корнях сосны обыкновенной достоверно не различалось и

составило: 1,5+0,3 шт. (0-10 см), 1,5+0,3 шт. (10-20 см), 1,8+0,6 шт. (30-40 см) и

1,3+0,3 шт. (40-50 см). Загрязнение почв продуктами нефтепереработки приводило к

увеличению количества смоляных ходов в корнях растений, произрастающих, как в

непосредственной близости от НПЗ, так и в зеленой зоне города. Несмотря на то, что

увеличение количества смоляных ходов в корнях сосны обыкновенной наблюдалось

на всех исследуемых глубинах, количественное распределение смоляных ходов в

корнях сосны обыкновенной, находящихся на различной глубине, в условиях нефте-

химического загрязнения и в зеленой зоне города, не изменялось.

9

Рис. 1. Влияние нефтехимического загрязнения на количество смоляных ходов в корнях сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.). а – НПЗ, б – парк им. Калинина, в – парк им. Гафури, г – парк Лесоводов.

а

б

в

г

количество смоляных ходов, шт.0 1 2 3 4 5

10

20

30

40

50глубина,

см

загрязнение

контроль

0 1 2 3 4 5

10

20

30

40

50

глубина,

см

0 1 2 3 4 5

10

20

30

40

50

глубина,

см

0 1 2 3 4 5

10

20

30

40

50

глубина,

см

10

Максимальное количество смоляных ходов у растений на всех пробных площа-

дях было отмечено в корнях, находящихся на глубине 20 – 30 см. На участке НПЗ

(рис. 1 а) максимальное количество смоляных ходов на глубине 20-30 см составило

4,0+0,8 шт., однако, различие с контрольными образцами (3,0+0,5 шт.) было недосто-

верным. Достоверное увеличение количества смоляных ходов наблюдалось в корнях

на глубине 0-10 см (1,5+0,3 шт. и 2,3+0,4 шт., в контроле и в условиях загрязнения,

соответственно) и 40-50 см (1,3+0,3 шт. и 2,3+0,7 шт., в контроле и в условиях загряз-

нения, соответственно).

У растений, произрастающих в зеленой зоне г. Уфы, так же как и на участке

НПЗ, достоверное увеличение количества смоляных ходов было отмечено в корнях,

залегающих на глубине 0-10 см и 40-50 см. При этом количество смоляных ходов в

корнях с увеличением их глубины практически не изменялось, оставаясь, в среднем,

выше, чем у растений в условиях относительного контроля. Исключение составляли

корни, расположенные на глубине 20-30 см. В них количество смоляных ходов было

максимальным, по сравнению с корнями на других глубинах. Так в парках им. Кали-

нина (рис. 1 б) и Лесоводов (рис. 1 г) количество смоляных ходов в корнях на глубине

0-10 см составило 2,5+0,7 шт. и 2,6+0,7 шт., а на глубине 40-50 см - 2,5+0,9 шт. и

2,4+0,9 шт., соответственно.

Максимальное количество смоляных ходов в корнях на глубине 20-30 см со-

ставило 4,0+0,4 шт. в парке им. Калинина и 3,8+0,3 шт. в парке Лесоводов рис.1 б и г).

В образцах корней, собранных в парке им. Гафури была отмечена присущая

для растений зеленой зоны тенденция увеличения количества смоляных ходов по от-

ношению к контрольным образцам. Однако описанное ранее увеличение количества

смоляных ходов в корнях на глубине 0-10 см оказалось не достоверными (1,5+0,3 шт.

и 2,0+0,3 шт. в контроле и в условиях загрязнения, соответственно).

Описанное увеличение количества смоляных ходов на единицу площади со-

провождалось незначительными морфометрическими изменениями. В частности на-

ми было обнаружено увеличение диаметра площади смоляных ходов в полускелет-

ных корнях растений сосны обыкновенной, испытывающих непосредственное влия-

ние нефтехимического загрязнения (рис. 2 а и б). Представленные на рис. 2 средние

значения диаметра и площади смоляных ходов полускелетных корней рассчитыва-

лись из 5 средних значений данных параметров с каждой из исследуемых глубин.

11

Влияние промышленного загрязнения проявлялось в некотором увеличении

диаметра и, как следствие, площади смоляных ходов в корнях сосны обыкновенной

(5,7+0,4 мкм и 28,6+2,0 кв. мкм, соответственно).

В условиях относительного контроля средние значения диаметра и площади

смоляных ходов полускелетных корней составили 4,6+0,4 мкм и 24,5+1,4 кв. мкм, со-

ответственно.

Рис. 2. Влияние нефтехимического загрязнения на диаметр (а) и площадь (б) смоляных ходов в корнях сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.).

Сравнение диметра и площади смоляных ходов в корнях растений сосны обык-

новенной, произрастающих на остальных пробных площадях (парк им. Калинина, им.

Гафури и парк Лесоводов) с данными, полученными в условиях относительного кон-

троля, не выявило их достоверного увеличения.

Отсутствие различий, видимо, являлось следствием одновременного присутст-

вия в корнях данных растений смоляных ходов как малого, так и большого диамет-

ра.

б

а

2

3

4

5

6

7

контроль паркЛесоводов

парк Гафури паркКалинина

НПЗ

диаметр,

мкм

15

20

25

30

35

контроль паркЛесоводов

парк Гафури паркКалинина

НПЗ

площ

адь,

кв.

мкм

.

12

Анализ анатомо-морфологической структуры трахеальных элементов полу-

скелетных корней сосны обыкновенной в условиях Уфимского промышленного цен-

тра.

Проведенные нами исследования на участках с разной интенсивностью про-

мышленного загрязнения атмосферного воздуха и почвы показали, что в условиях

Уфимского промышленного центра длина трахеид проводящих корней сосны обык-

новенной уменьшается по сравнению с древостоями, произрастающими в зоне отно-

сительного контроля (рис. 3).

Рис. 3. Влияние нефтехимического загрязнения на длину (а) и ширину (б) тра-хеид корней сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.).

Однако достоверное уменьшение длины и ширины трахеальных элементов в

корнях сосны обыкновенной наблюдалось лишь у растений, произрастающих в зоне

непосредственно прилегающей к источнику промышленного загрязнения (НПЗ). Так

длина и ширина трахеид в корнях сосны обыкновенной в условиях относительного

контроля составила: 39,5+1,9 мкм и 5,6+0,2 мкм, соответственно. Эти же показатели в

корнях растений в условиях промышленного загрязнения составили: 35,1+2,2 мкм и

4,6+0,8 мкм, соответственно. Далее по мере удаления от источника загрязнения на-

б

а

30

35

40

45

контроль паркЛесоводов

парк Гафури паркКалинина

НПЗ

мкм

3

4

5

6

7

контроль паркЛесоводов

парк Гафури паркКалинина

НПЗ

мкм

13

блюдается постепенное увеличение средних величин длины и ширины трахеальных

элементов корней сосны обыкновенной. При этом средние значения данных парамет-

ров остаются ниже значений, наблюдаемых в условиях относительного контроля.

Оценка радиального прироста стволовой и корневой древесины сосны обык-

новенной в условиях Уфимского промышленного центра.

Исследования проводились на корневых спилах, которые брались на глубине

20 – 30 см.

Анализ радиального прироста выявил некоторые различия и закономерности в

их изменчивости. Так, например, радиальный прирост скелетных корней сосны, ко-

торый испытывает постоянное атмосферное загрязнение Уфимского промышленно-

го центра, намного ниже, чем радиальный прирост в зоне относительного контроля

(рис. 4). Анализ изменений прироста годичных слоев сосны обыкновенной как в

различных зонах промышленного загрязнения, так и в зоне относительного контро-

ля, показал, что совместные колебания радиального прироста происходят почти

синхронно.

Под воздействием промышленного загрязнения отмечается снижение ради-

ального прироста стволовой древесины сосны обыкновенной в условиях Уфимского

промышленного центра. Минимальное значения прироста достигают 16,54 мкм

(1976 г.), максимальное, после второго снижения, 54 мкм – 1993 г.

В зоне контроля радиальный прирост скелетных корней характеризовался

восходящей кривой до 1985 года. Затем наблюдалось небольшое снижение в сред-

нем на 5 – 7 %. На основе полученных данных выявлено, что интенсивность ради-

ального прироста корней сосны в техногенных условиях г. Уфы ниже в среднем в

2,4 раза, чем радиальный прирост скелетных корней в зоне относительного контро-

ля. Примерно такая же картина наблюдалась и на других пробных площадях (рис. 4).

Таким образом, в результате нефтехимического загрязнения происходит сни-

жение радиального прироста стволовой древесины сосны обыкновенной, которая не

полностью выявляет действие загрязнителей. Радиальный прирост корневой древе-

сины в полной мере отражает действие промышленного загрязнения.

14

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

200219991996199319901987198419811978

прирост,

мкм

00,20,40,60,8

11,21,41,6

200219991996199319901987198419811978

прирост,мкм

контроль НПЗ п.Калинина п.Гафури п. Лесоводов

Рис. 4. Влияние промышленного загрязнения на прирост стволовой (а) и кор-

невой (б) древесины сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.).

5. СОСТОЯНИЕ, РОСТ И АНАТОМО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСО-

БЕННОСТИ ПРОВОДЯЩЕЙ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ ЛИСТВЕННИЦЫ СУ-

КАЧЕВА В УСЛОВИЯХ УФИМСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЦЕНТРА

Насаждения лиственницы Сукачева в условиях нефтехимического загрязнения

характеризовались как "ослабленные" (Lv=66,6%) и "сильно ослабленные"

(Lv=47,8%). Деревья имели плохо сформированную крону, стволы плохо очищались

от мертвых сучьев. Отмечалась высокая доля сухостоя и отмирающих деревьев. В ус-

ловиях относительного контроля насаждения лиственницы Сукачева характеризова-

лись как "здоровые" (Lv=89,6%). Деревья имели густую, хорошо развитую крону,

а

б

15

стволы хорошо очищены от мертвых сучьев, отсутствовали видимые повреждения

хвои, сухостой и отмирающие деревья.

Анализ количества и анатомо-морфологической структуры смоляных ходов

полускелетных корней лиственницы Сукачева в условиях Уфимского промышленного

центра.

Нефтехимическое загрязнение приводило к увеличению количества смоляных

ходов в корнях растений лиственницы Сукачева на всех исследуемых глубинах (рис.

5). Достоверное увеличение количества смоляных ходов в корнях лиственницы Су-

качева в зоне нефтехимического загрязнения (рис. 5 а) наблюдалось в корнях на глу-

бине 0-10, 10-20 и 30-40 см.

В корнях растений, произрастающих, как в зоне относительного контроля, так

и в условиях загрязнения, наблюдалось примерно одинаковое распределение количе-

ства смоляных ходов на всей глубине почвенного разреза.

Загрязнение почв продуктами нефтепереработки приводило к увеличению ко-

личества смоляных ходов в корнях растений, произрастающих не только в непосред-

ственной близости от НПЗ, но и в зеленой зоне города. Увеличение количества смо-

ляных ходов в корнях лиственницы Сукачева в зеленой зоне города наблюдалось на

всех исследуемых глубинах (рис. 5), но, как правило, являлось недостоверным.

На участке сильного загрязнения (рис. 5 а) количество смоляных ходов на глу-

бинах 0-10 см, 10-20 см, 20-30 см, 30-40 см и 40-50 см составило 1,8+0,2 шт., 1,8+0,2

шт., 1,8+0,2 шт., 1,8+0,2 шт. и 1,7+0,4 шт., соответственно. Однако, достоверное раз-

личие с контрольными образцами наблюдалось лишь на глубине 0-10 см, 10-20 см и

30-40 см.

16

Рис. 5. Влияние нефтехимического загрязнения на количество смоляных ходов в корнях лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii Dyl.): а – НПЗ, б – парк им. Калини-на, в – парк им. Гафури, г – парк Лесоводов.

а

б

в

г 0 0,5 1 1,5 2 2,5

10

20

30

40

50

глубина,

см

0 0,5 1 1,5 2 2,5

10

20

30

40

50

глубина,

см

количество смоляных ходов, шт0 0,5 1 1,5 2 2,5

10

20

30

40

50глубина,

см

загрязнение

контроль

0 0,5 1 1,5 2 2,5

10

20

30

40

50

глубина,

см

17

Несмотря на отсутствие значительных различий по количеству смоляных хо-

дов, нами было выявлено достоверное увеличение их диаметра и площади как в усло-

виях непосредственного нефтехимического загрязнения (УПЦ), так и в зеленой зоне

города (рис. 6).

Рис.6. Влияние нефтехимического загрязнения на диаметр (а) и площадь (б) смоляных ходов в корнях лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii Dyl.).

Так в контроле данные показатели составили 4,2+0,2 мкм и 14,3+1,2 кв. мкм,

диаметр и площадь, соответственно. Наибольшее увеличение диметра и площади

смоляных ходов наблюдалось в корнях растений, произрастающих в условиях интен-

сивного промышленного загрязнения (6,0+0,3 мкм и 28,2+1,6 кв. мкм, соответствен-

но).

Как видно из рис. 7 в условиях загрязнения не удалось обнаружить значимого

снижения длины и ширины трахеальных элементов в корнях лиственницы Сукачева.

Несмотря на то, что средние значения длины и ширины трахеид в корнях контроль-

ных растений были выше, чем в корнях растений в условиях загрязнения.

а

б

2

3

4

5

6

7

контроль паркЛесоводов

парк Гафури паркКалинина

НПЗ

диаметр,

мкм

5

10

15

20

25

30

35

контроль паркЛесоводов

парк Гафури паркКалинина

НПЗ

площ

адь,

кв.

мкм

.

18

Рис. 7. Влияние нефтехимического загрязнения на длину (а) и ширину (б) тра-хеид корней лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii Dyl.).

Таким образом, в результате влияния промышленного загрязнения в зоне

Уфимского промышленного центра наблюдается увеличение количества смоляных

ходов в корнях сосны обыкновенной и лиственницы Сукачева на всех глубинах поч-

венного разреза. Данный параметр в совокупности с другими параметрами, а именно,

диаметр и площадь смоляных ходов, длина и ширина трахеид характеризует защит-

ные свойства растений (Митрухова, 1990). Увеличение количества смоляных ходов в

условиях нефтехимического загрязнения является своеобразной адаптивной реакцией

сосны обыкновенной и лиственницы Сукачева. В результате этих реакций, происхо-

дящих в растении под действием экстремальных факторов, в данном случае промыш-

ленное загрязнения с углеводородной составляющей, происходят изменения в анато-

мо-морфологической структуре проводящих корней. Данные изменения ведут к по-

вышению жизнестойкости древесного растения в условиях интенсивного промыш-

ленного загрязнения.

б

а

25

30

35

40

контроль паркЛесоводов

парк Гафури паркКалинина

НПЗ

мкм

0

1

2

3

4

5

6

7

контроль паркЛесоводов

парк Гафури паркКалинина

НПЗ

мкм

19

Оценка радиального прироста стволовой и корневой древесины лиственницы

Сукачева в условиях Уфимского промышленного центра.

Проведенные нами исследования на участках с разной интенсивностью загряз-

нения воздуха и почвы показали, что на фоне разнообразных изменений и нарушений

роста и развития корней у лиственницы Сукачева наблюдаются количественные из-

менения в радиальном приросте корневой древесины (рис. 8).

Для нас представляли интерес сведения о влиянии нефтехимического загрязне-

ния на рост скелетных корней. Были получены серии годичных слоев древесины ли-

ственницы Сукачева в условиях интенсивного промышленного загрязнения и в зоне

относительного контроля (Юматовское лесничество).

Анализ абсолютных величин радиального прироста выявил определенные за-

кономерности в их изменчивости.

Так, например, радиальный прирост скелетных корней лиственницы Сукачева,

которая испытывает постоянное атмосферное загрязнение Уфимского промышленно-

го центра, намного ниже, чем радиальный прирост в зоне относительного контроля

(рис. 8). В зоне контроля радиальный прирост скелетных корней характеризовался

восходящей кривой до 1986 года (примерно такая же картина наблюдалась и на при-

росте сосны обыкновенной). Затем наблюдалось небольшое снижение в среднем на 5

– 7 %. На основе полученных данных выявлено, что интенсивность радиального при-

роста корней сосны в техногенных условиях г.Уфы ниже в среднем в 2,4 раза, чем ра-

диальный прирост скелетных корней в зоне относительного контроля. Примерно та-

кая же картина наблюдалась и на других пробах (рис. 8).

В отличие от прироста корневой древесины, радиальный прирост стволовой

древесины лиственницы Сукачева не в полной мере выражает действие промышлен-

ных загрязнителей на насаждения.

20

Рис. 8. Влияние промышленного загрязнения на прирост стволовой (а) и корне-вой (б) древесины лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii Dyl.).

Отклонения в радиальном приросте корневой древесины скелетных корней по-

зволяют выявить действие загрязнителей – прирост снижается.

Полученные данные показывают, что под влиянием промышленного загрязне-

ния происходит снижение прироста стволовой и корневой древесины сосны обыкно-

венной и лиственницы Сукачева.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что в условиях нефтехимического загрязнения относительное жиз-

ненное состояние насаждений лиственницы Сукачева - как "ослабленное" и

"сильно ослабленное", насаждений сосны обыкновенной оценивается как "сильно

00,20,40,60,8

11,21,41,6

200219991996199319901987198419811978

прирост,

мкм

контроль НПЗ п.Калинина п.Гафури п. Лесоводов

0

10

20

30

40

50

60

200219991996199319901987198419811978

прирост,

мкм

б

а

21

ослабленное". В фоновых условиях относительное жизненное состояние насажде-

ний лиственницы Сукачева сосны обыкновенной оценивается как "здоровое".

2. Впервые для Башкирского Предуралья получены количественные данные, ха-

рактеризующие анатомо-морфологические особенности строения проводящих

корней лиственницы Сукачева и сосны обыкновенной. Установлено, что в ус-

ловиях нефтехимического загрязнения в насаждениях лиственницы Сукачева и

сосны обыкновенной увеличиваются количество смоляных ходов на единицу

площади, их диаметр и площадь. Происходит уменьшение длины и ширины

трахеид.

3. Показано, что под воздействием промышленного загрязнения происходит сни-

жение радиального прироста стволовой древесины лиственницы Сукачева и со-

сны обыкновенной. Таким образом, можно отметить, что на фоне выявленных

естественных колебаний радиального прироста лиственницы Сукачева и сосны

обыкновенной на территории Уфимского промышленного центра отмечены

изменения прироста стволовой древесины под влиянием нефтехимического за-

грязнения. Радиальный прирост стволовой древесины не позволяет выявить

действия промышленных загрязнителей.

4. Проведенные нами исследования на участках с разной интенсивностью загряз-

нения воздуха и почвы показали, что на фоне разнообразных изменений и на-

рушений роста и развития корней у лиственницы Сукачева наблюдаются коли-

чественные изменения в радиальном приросте корневой древесины лиственни-

цы Сукачева и сосны обыкновенной. Отклонения в радиальном приросте ске-

летных корней позволяет выявить действие промышленных загрязнителей. Эти

данные можно использовать как диагностический показатель при оценке жиз-

ненного состояния скелетной основы корневой системы и дерева в целом.

5. Отмечено, что в условиях интенсивного промышленного загрязнения насажде-

ния лиственницы Сукачева и сосны обыкновенной обладают комплексом адап-

тивных реакций, что проявляется в увеличении или уменьшении некоторых па-

раметров для успешного произрастания в данных условиях. В условиях нефте-

химического загрязнения лиственница Сукачева более устойчива к действию сме-

шанного, с преобладанием углеводородной составляющей, типа загрязнения по

сравнению с сосной обыкновенной. При своевременном проведении необходимых

22

лесоводческих мероприятий можно прогнозировать устойчивый рост и развитие

насаждений лиственницы Сукачева и сосны обыкновенной в условиях преобла-

дающего нефтехимического загрязнения окружающей среды.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Зайцев Г.А., Кулагин А.Ю., Кужлева Н.Г., Шарифуллин Р.Н. Особенности

анатомического строения полускелетных корней Pinus sylvestris L. в условиях нефте-

химического загрязнения // Тезисы докладов II Международной конференции по ана-

томии и морфологии растений. – С.-Пб.: БИН РАН, 2002. – С.280.

2. Шарифуллин Р.Н., Зайцев Г.А. Оценка относительного жизненного состоя-

ния сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и лиственницы Сукачева (Larix sukazweii

Dyl.) в условиях нефтехимического загрязнения // "Биология - наука 21-го века".

Сборник тезисов 7-ой Пущинской конференции молодых ученых. - Пущино, 2003. -

С.239.

3. Зайцев Г.А., Шарифуллин Р.Н. Особенности анатомического строения по-

лускелетных корней Larix sukaczewii L. в техногенных условиях Уфимского промыш-

ленного центра // XV Коми республиканская молодежная конференция. Том II. Мате-

риалы докладов XI молодежной научной конференции "Актуальные проблемы биоло-

гии и экологии". - Сыктывкар: Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, 2004. - С.93-

94.

4. Шарифуллин Р.Н., Зайцев Г.А. Особенности анатомического строения по-

лускелетных корней Pinus sylvestris L. в условиях нефтехимического загрязнения //

XV Коми республиканская молодежная конференция. Том II. Материалы докладов XI

молодежной научной конференции "Актуальные проблемы биологии и экологии". -

Сыктывкар: Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, 2004. - С.332-333.

5. Зайцев Г.А., Шарифуллин Р.Н. Особенности анатомического строения по-

лускелетных корней Pinus sylvestris L. и Larix sukaczewii Dyl. в условиях нефтехими-

ческого загрязнения Уфимского промышленного центра // Вестник МГУЛ. Лесной

вестник. - 2004. - №4 (35). - С.61-64.

23

24

Подписано в печать 13.05.2005

Отпечатано с готовых диапозитивов

ГП «ПРИНТ» 450054, г. Уфа, Пр. Октября, 71.

Лицензия Б 848047 № 42 от 15 мая 1996г.

Заказ №24. Тираж 100 экз. 2005 г.