ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2014, № 2, с. 20-26
УДК 581.19
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
СОДЕРЖАНИЕ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ЛИСТЬЯХ ДЕРЕВЬЕВ ПРИ ТЕХНОГЕННЫХ НАГРУЗКАХ
© 2014 г. И. Л. Бухарина1, П. А. Кузьмин2, А. М. Шарифуллина1
1 Удмуртский государственный университет 426034 Ижевск, ул. Университетская. д. 1 2Казанский (Приволжский) федеральный университет
423600 Елабуга, ул. Казанская, 89 E-mail: buharin@udmlink.ru; petrkuzmin84@yandex.ru
Поступила в редакцию 05.03.2013 г.
Изучена динамика содержания танинов и аскорбиновой кислоты в листьях древесных растений, произрастающих в насаждениях различных экологических категорий. Показано участие данных метаболитов в адаптивных реакциях древесных растений на условия техногенной среды. Изучены адаптационные процессы на биохимическом уровне через синтез веществ с антиоксидантной активностью.
Танины, аскорбиновая кислота, Acer negundo L., platanoides L., Tilia cordata Mill., Betula pendula Roth., Populus balsamifera L., экологические категории насаждений.
Бурное развитие городской среды и промышленности приводит к быстрому истощению жизненного потенциала древесных растений за счет ослабления приспособительных реакций. В адаптивных реакциях участвуют различные метаболиты, в том числе низкомолекулярной природы - танины и аскорбиновая кислота. В последние годы танины и аскорбиновая кислота рассматриваются учеными как важные элементы в формировании ответных адаптивных реакций древесных растений на повышающийся уровень загрязнения окружающей среды [9, 11, 13]. Исходя из этого, мы поставили перед собой цель изучить особенности динамики содержания в листьях танинов и аскорбиновой кислоты как элементов антиок-сидантной системы защиты в период активной вегетации ряда видов древесных растений.
Исследования проведены в г. Набережные Челны (Республика Татарстан), расположенном в Среднем Поволжье, в месте слияния двух рек Волги и Камы, в зоне достаточного увлажнения. Климат умеренно-континентальный, отличается теплым летом и умеренно-холодной зимой. Годовое количество осадков в городе составляет в среднем 555 мм. Самый теплый месяц года -июль (+18-20 °С), самый холодный - январь (-13-14 °С).
Вегетационный период в 2011 г. характеризовался повышенной температурой воздуха. Пре-
вышение среднемноголетних данных отмечалось в пределах 3-7 °С. Количество выпавших осадков было на уровне нормы.
Набережные Челны - крупный промышленный центр с населением 530 тыс. человек. Основные отрасли промышленности в городе - машиностроение, электроэнергетика, строительная индустрия, пищевое и перерабатывающее производство. Ключевым (градообразующим) предприятием является Камский автомобильный завод. Характеристика степени загрязнения атмосферного воздуха в местах произрастания древесных растений приведена по данным [8]. Комплексный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) показывает очень высокое загрязнение (ИЗА = 15.3) и превышение уровня предельно допустимой концентрации (ПДК) по бенз(а)пирену, формальдегиду, фенолам и оксидам углерода и азота. В санитарно-за-щитной зоне (СЗЗ) промышленных предприятий среднегодовое превышение ПДК отмечено по следующим веществам: оксид углерода - в 2 раза, оксиды азота - в 3 раза, диоксид серы - в 1.2 раза, формальдегид - в 5 раз, фенол - в 1.7 раза, бенз(а)-пирен - в 1.9 раза. В зоне магистральных посадок среднегодовое превышение ПДК отмечено по следующим веществам: оксид углерода - в 3.4 раза, формальдегид - в 3.8 раз, фенол - в 1.4 раза, бенз(а)пирен - в 1.5 раза [2, 8].
Рис. 1. Карта-схема расположения пробных площадей в г. Набережные Челны 1 - Парк "Гренада"; 2 - проспект Мира; 3 -Набережночелнинский проспект; 4 - автомагистраль "Авто-1"; 5 - завод двигателей; 6 - кузнечный завод; 7 - литейный завод. Масштаб 1 : 120 000.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Объектом исследования явились древесные растения: аборигенные виды - клён остролистный (Acer platanoides L.), липа мелколистная (Tilia cordata Mill.) и береза повислая (Betula pendula Roth.); интродуцированные виды - клен ясене-листный (Acer negundo L.) и тополь бальзамический (Populus balsamifera L.). Изучаемые виды произрастали в городе в составе насаждений различных экологических категорий: магистральные посадки (МП) (крупные автомагистрали "Авто-1", Набережночелнинский проспект и проспект Мира) и санитарно-защитные зоны (СЗЗ) промышленных предприятий - ОАО "КамАЗ", Кузнечный и Литейный заводы, завод двигателей, являющихся основными загрязнителями города. В качестве зон условного контроля (ЗУК) для березы повислой, липы мелколистной и клена остролистного выбрано Челнинское лесничество (лесостепная зона, общая площадь лесничества 9539 га), а только для березы - Елабужское лесничество (зона хвойно-широколиственных лесов, общая площадь лесничества 8996 га) [2]. Интродуцированные виды - клен ясенелистный и тополь бальзамический - исследовались на территории городского парка "Гренада" [10]. Карта-схема расположения пробных площадей представлена на рис. 1. В течение года на исследуемой территории преобладают ветра следующих направлений: южный (осенне-зимние месяцы), юго-западный
(зимние месяцы), северо-западный и северо-восточный (летние месяцы).
Пробные площади закладывали регулярным способом (по 5 шт. в каждом районе. размером не менее 0.25 га). В пределах пробной площади проведен отбор (по 10 растений каждого вида) и нумерация учетных древесных растений. Учетные особи имели хорошее жизненное состояние и средневозрастное генеративное онтогенетическое состояние ^2). Плотность насаждений пробных площадей различная: Челнинское лесничество -127 шт. га-1, Елабужское лесничество - 154 шт. га-1, парк "Гренада" - 168 шт. га-1, в зоне авто-магистарлей: проспект Мира - 194 шт. га-1, Набережночелнинский проспект - 165 шт. га-1, автодорога "Авто-1" - 177 шт. га-1, в санитарно-защитной зоне: завод "Двигателей" - 129 шт. га-1, литейного завода - 137 шт. га-1, кузнечного завода - 143 шт. га-1.
В районах закладки пробных площадей провели отбор почвенных проб (смешанная проба. составленная из индивидуально взятых проб по способу конверта) [6, 12].
Проведен расчет относительного жизненного состояния древостоя (ОЖС) по методике В.А. Алек-
100п 1 +70п 2+40П 3+5П 4 сеева [1]: ОЖС =-1-2-3-4,
N
где п1, п2, п3, п4 - число здоровых, ослабленных, сильно ослабленных и отмирающих деревьев на пробной площади, соответственно; 100, 70, 40,
ЗУК | СЗЗ | МП зук| сзз| МП зук| сзз| МП ЗУК | СЗЗ | МП
Липа Клен Клен Тополь
мелколистная остролистный ясенелистный бальзамический
ЗУК | СЗЗ | МП Береза повислая
□ 1 Я 2 □ 3 Древесные виды растений в различных экологических категориях
Рис. 2 Содержание аскорбиновой кислоты в листьях древесных растений, произрастающих в насаждениях разных категорий в г. Набережные Челны, мг %
1 - июнь; 2 - июль; 3 - август; ЗУК - зона условного контроля; СЗЗ - санитарно-защитные зоны промышленных предприятий; МП - магистральные посадки.
5 - коэффициенты, выражающие (в процентах) жизненное состояние здоровых, ослабленных, сильно ослабленных и отмирающих деревьев, соответственно; N - общее число деревьев на пробной площади (включая сухостой).
При значении относительного жизненного состояния от 100 до 80% древостой оценивается как здоровый, при 79-50 - ослабленный, при 49-20 -сильно ослабленный, при 19% и ниже - полностью разрушенный.
Для проведения лабораторных физиолого-био-химических анализов были взяты пробы дисталь-ных вегетативных годичных побегов и срединных (ассимилирующих) листьев, которые отбирались со средней и нижней части (исключая нижние ветви) кроны южной экспозиции с помощью секатора, зацепленного на шесте. Для каждой особи анализы проводили в трех повторностях.
Содержание конденсированных танинов в листьях древесных растений оценивали трижды в течение вегетации (июнь, июль, август), используя перманганатометрический метод (метод Левента-ля в модификации Курсанова) [3]. Количественное содержание аскорбиновой кислоты определяли в соответствии с ГОСТ 24556-89 [7]. Содержание танинов в листьях устанавливали в течение двух вегетационных периодов (2011-2012 гг.), а
аскорбиновой кислоты - за один вегетационный сезон (2012 г.) При проведении дисперсионного анализа результаты исследования усреднялись по насаждениям сходных экологических категорий.
Анализы осуществляли в лаборатории экологии и физиологии растений биологического факультета Елабужского института (филиала) ФГАОУ ВПО "Казанский (Приволжский) федеральный университет".
Математическая обработка материалов проведена с применением статистического пакета "Statistica 5.5". Для интерпретации полученных результатов использовали методы описательной статистики и дисперсионный многофакторный анализ (по перекрестно-иерархической схеме. при последующей оценке различий методом множественного сравнения LSD-test).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Проведенный агрохимический анализ показал, что почвы в насаждениях зон условного контроля имеют нейтральную и слабощелочную реакцию (табл. 1), содержание органического вещества - от низкого до среднего, содержание подвижного фосфора и обменного калия - от повышенного до очень высокого. В почвах также отмечено высокое со-
Таблица 1. Агрохимическая характеристика почв участков исследования в г. Набережные Челны
Содержание доступных форм элементов в соединениях, мг кг-1 Органическое вещество, %
Район исследования рНкс1 Рнн2о N0^ Р205 К20
ЗУК
Челнинское лесничество 7.2 7.8 8.3 405 115.4 210 5.3
Елабужское лесничество 7.0 7.9 10.3 105 241.0 251 2.0
Парк "Гренада" 7.1 8.0 19.3 210 291.3 314 5.8
СЗЗ промышленного предприятия
Завод "Литейный" 7.5 8.5 6.1 300 400.0 267 6.2
Завод "Кузнечный" 6.7 7.3 14.9 247 326.0 245 5.5
Завод "Двигателей" 6.5 7.1 15.6 286 352.0 261 5.9
МП
Дорога "Авто-1" 7.4 8.4 8.1 175 29.8 325 1.7
Набережночелнинский 7.5 8.7 6.1 37 53.5 254 2.1
проспект Проспект Мира 7.7 8.6 6.4 164 22.7 210 3.1
держание нитратных форм азота (105-405 мг кг и низкое содержание аммонийных форм азота (8.3-19.3 мг кг-1).
В насаждениях СЗЗ промышленных предприятий почвы имеют показатель рН выше,
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.