ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2007, № 5, с. 27-31
УДК 630*844.2:582.284
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
МИКОГЕННЫИ ксилолиз В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ*
© 2007 г. И. В. Волчатова1, Г. П. Александрова1, Е. А. Хамидуллина1, С. А. Медведева1, Л. И. Белых2, Э. Э. Пензина2, И. А. Рябчикова2
1 Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН
664033 Иркутск, ул. Фаворского, 1
2 Иркутский филиал института лазерной физики СО РАН
664033 Иркутск, ул. Лермонтова, 130 а Поступила в редакцию 24.07.2006 г.
Изучена зависимость степени разрушения древесины сосны грибами Fomitopsis pinícola и Trametes hirsuta от антропогенного загрязнения древесины бенз(а)пиреном и фтором. Показано, что древесина, отобранная вблизи алюминиевого завода, подвергается разложению в меньшей степени, чем древесина из условно чистого местообитания. Присутствие загрязнителей в древесине приводит к изменению группового состава экстрактивных веществ, в частности увеличению доли фракции кислот, что в свою очередь лимитирует жизнедеятельность дереворазрушающих грибов.
Микогенный ксилолиз, Fomitopsispinicola, Trametes hirsuta, сосна обыкновенная, бенз(а)пирен, фтор.
Восточная Сибирь располагает уникальными лесными ресурсами. В частности, в Иркутской обл. сосредоточено 12% запасов древесины спелых лесов страны [5]. Загрязнение атмосферы промышленными выбросами наносит ощутимый вред лесным экосистемам, находящимся в зонах воздействия крупных промышленных центров. Одним из них является комплекс предприятий г. Шелехова с Иркутским алюминиевым заводом (ОАО "ИркАЗ-СУАЛ"), создающим территорию интенсивного локального загрязнения. В состав аэропромвыбросов этого предприятия входят бенз(а)пирен (БП), твердые фториды и фтористый водород [5]. Фтористый водород вызывает широкий набор повреждений у растений и является наиболее токсичным среди загрязняющих веществ [14, 16].
Критериями оценки состояния древостоев служат, как правило, степень дефолиации кроны деревьев, репродукционный процесс [4], химический состав хвои [11], физиологическое состояние деревьев [8, 10, 15]. Древесина исследована в меньшей степени; в частности, показано, что в условиях промышленного загрязнения наблюдается уменьшение стволового прироста [7, 16]. Практически нет данных о воздействии приоритетных загрязнителей алюминиевого производства на дереворазрушающие грибы, являющиеся
* Работа выполнена при финансовой поддержке СО РАН (интеграционный проект 102).
неотъемлемой и важной составной частью лесной экосистемы. Грибы перерабатывают огромную массу органических остатков - усохшие и сломанные ветром деревья, пни, листья, хвою, подготавливая почву к заселению новым поколением лесной растительности.
Цель данной работы - изучение разрушительной способности некоторых базидиальных грибов в отношении древесины сосны, выросшей в условиях воздействия аэропромвыбросов алюминиевого завода.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА
Образцы деревьев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L .), близких по высоте и возрасту (диаметр ствола 6-8 см, 1 класс Крафта), отбирали в 4 районах, находящихся на разном удалении от места выбросов ИркАЗа (рисунок): площадка ИркАЗа (1.5 км), ст. Олха (3 км), ст. Орленок (20 км), площадка в районе р. Половинной (30 км) (образцы предоставлены сотрудниками Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН Т.А. Пензиной и Ю.А. Яковлевым). Для достоверного выделения фактора промышленной загазованности из группы факторов среды отбор проб осуществляли на участках, характеризующихся примерно одинаковыми почвенными и лесотаксационными показателями: серые лесные почвы, лес среднегорный кедрово-сосно-вый бруснично-зеленомошный.
Бенз(а)пирен (БП) и валовой фтор определяли в сухой, мелко измельченной (0.25 мм) древесине
Карта-схема пунктов отбора проб древесины.
соответственно методами низкотемпературной люминесценции на спектрофлуориметре "Hitachi 650-10S" (Япония) по методике [13] и ионселек-тивным методом с помощью фторид электрода ("Элит"-221, Россия) по методике [9]. Предел обнаружения БП равен 0.05 мкг кг-1, фтора 0.75 мг кг-1.
В работе использовали широко распространенные в Прибайкалье базидиомицеты: гриб бурой гнили Fomitopsis pinícola (Fr.) P. Karst. 0140 и гриб белой гнили Trametes hirsuta (Wulf.: Fr.) Pilat 068 (БИН, Санкт-Петербург). Посевной материал выращивали в чашках Петри на среде Сабуро. Деревья распиливали на диски толщиной 1 см, отбирали образцы с одинаковыми параметрами
Таблица 1. Содержание загрязняющих веществ в древесине и коре сосны
Место отбора проб Бенз(а)пирен, мкг кг-1 Фтор, мг кг-1
древесина кора древесина кора
Орленок 1.2 ± 0.6* 2.0 ± 1.0 6 ± 2 5 ± 2
Олха 1.7 ± 0.9 9.0 ± 4.0 12 ± 3 12 ± 3
Половинная 2.7 ± 1.4 2.8 ± 1.4 15 ± 3 14 ± 3
ИркАЗ 5.0 ± 2.5 6.0 ± 2.0 14 ± 3 24 ± 5
* Погрешность определения при доверительной вероятности Р = 95%.
стволов и без пороков (сучков, трещин, ненормальных окрасок и др.). Образцы высушивали до воздушно-сухого состояния, взвешивали, определяли влажность весовым методом [12]. Затем стерилизовали дважды по 1 ч текучим паром в автоклаве. Опыты закладывали для культивирования в натурных и лабораторных условиях. В первом случае зараженные чистой культурой гриба диски складывали стопками по 10 шт, моделируя таким образом ствол дерева, и возвращали в соответствующие природные условия (исходный лес). Опыты проводили в трех повторностях. Во втором случае диски помещали на выращенный заранее мицелий в чашку Петри, а затем в термостат. Повторность лабораторного опыта - пятикратная. Культивирование в обоих случаях осуществляли в течение 5 мес. (май-сентябрь). По истечении этого срока счищали мицелий, высушивали образцы до воздушно-сухого состояния, взвешивали. В исходной древесине и после грибной обработки определяли содержание целлюлозы, лигнина и экстрактивных веществ весовым методом с учетом влажности [12]. Погрешность определения химических компонентов древесины составляла 0.1%. Рассчитывали общую потерю массы древесины (ПМД) и потерю ее отдельных компонентов (расчет потери компонентов производили с учетом ПМД). Коэффициент селективности действия грибов определяли по формуле: I = С/(С + Ь), где С и Ь - потери массы целлюлозы и лигнина, % от их первоначального количества [17].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Рассеивание техногенной пыли и аэрозолей на территории Верхнего Приангарья происходит преимущественно по розе ветров северо-западного и юго-восточного направлений [1]. Судя по содержанию тестируемых загрязняющих веществ в древесине сосны (табл. 1), из обследованных пунктов опробования (п.о.) наименьшей нагрузке подвергается район ст. Орленок как находящийся в стороне от преобладающей линии распространения выбросов (рисунок). В отсутствие других источников загрязнения в районе р. Половинной, расположенной на значительном расстоянии от ИркАЗа, повышенная концентрация фтора и БП в древесине может свидетельствовать о транстерриториальном переносе выбросов, обусловленном рельефом местности. В то же время в древесине вблизи ИркАЗа не наблюдалось существенного, как можно было бы ожидать, присутствия загрязняющих веществ, в первую очередь, фтора. По всей видимости, при жизни дерева в условиях высокой загазованности происходит активное перемещение токсиканта из метаболически активных тканей, в частности луба, в наружную кору, являющуюся основным местом накопления и дез-
Таблица 2. Химический состав древесины сосны, выросшей на территориях с различной степенью загрязнения
Экстрактивные вещества, %
Место отбора Лигнин, Целлюлоза, этанол этанол - бен зол
проб % % всего в том числе
кислые нейтральные
Орленок 27.5 50.1 3.4 57.1 42.9 3.8
Олха 31.3 48.7 2.1 60.6 39.4 2.7
Половинная 30.7 49.1 5.4 78.2 21.8 5.5
ИркАЗ 31.0 48.4 6.0 69.6 30.4 5.2
активации фтора (табл. 1). Возможность выведения из луба фтора и консервации его в ритидоме доказана оригинальными экспериментами сотрудников Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН [14]. Кроме того, деревья сосны сами по себе отличаются меньшей аккумуляцией фтора по сравнению с другими хвойными [14] и лиственными породами. Последнее было показано нами на примере древесины березы [2].
Макрокомпонентный анализ древесины сосны показал, что количественное содержание лигнина и целлюлозы (табл. 2) не зависит от степени загрязненности древесины. Концентрация же экстрактивных веществ в образцах коррелировала с присутствием БП (табл. 1), как и в древесине березы [3]: чем больше БП в древесине, тем больше экстрактивных веществ. Так, в пробах, взятых в п.о. Половинная и ИркАЗ и содержащих больше БП, количество экстрактивных веществ, извлекаемых обоими экстрагентами, в 1.5-3 раза выше, чем в образцах из Орленка и Олхи (табл. 2). Четкой взаимосвязи между содержанием экстрактивных веществ и накоплением фтора не наблюдалось, хотя не исключено, что значительное повышение количества экстрактивных веществ является результатом проявления синергизма действия БП и фтора. Литературные данные свидетельствуют, что характерной реакцией сосны на отравление фтором на ранних стадиях повреждения является активизация продукции смол в заболони, где их количество превышает контроль в 1.2 раза [14]. Анализ группового состава экстрактивных веществ показал, что накопление в древесине загрязнителей способствует увеличению содержания кислых и уменьшению содержания нейтральных веществ.
Для оценки действия загрязняющих веществ, аккумулированных деревьями, на разрушительную способность ксилотрофных грибов были поставлены модельные эксперименты по выращиванию последних на образцах исследованной древесины. ПМД после культивирования грибов в натурном эксперименте изменялась от 10.7 до
39.6% (табл. 3). В лабораторных условиях древесина разлагалась в значительно большей степени (до 60%), что связано с постоянными оптимальными условиями культивирования. Воздействие гриба F. pinícola за один и тот же период времени приводило к большей ПМД, чем действие гриба T. hirsuta.
Прослеживалась зависимость степени разрушения базидиомицетами древесины сосны от антропогенного загрязнения района: в целом древесина, отобранн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.