ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2014, № 4, с. 415-423
= ЭКОЛОГИЯ
УДК 582.6/9:504.5(045)
ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ АЗОТА, ФОСФОРА И КАЛИЯ В ПОБЕГАХ РАСТЕНИЙ ГОРОДСКИХ НАСАЖДЕНИЙ
© 2014 г. И. Л. Бухарина
Удмуртский государственный университет, 426034 Ижевск, ул. Университетская, 1 E-mail: buharin@udmlink.ru Поступила в редакцию 26.08.2013 г.
Проведены исследования особенностей динамики содержания общего азота, калия и фосфора в побегах растений, произрастающих в насаждениях разных экологических категорий в крупном промышленном центре. В городской среде отмечено повышенное содержание азота в побегах растений, выявлено нарушение баланса основных элементов минерального питания, изменение характера их распределения в структурных частях побега растений, нарушение осеннего физиологического оттока элементов из листьев в покоящиеся побеги.
DOI: 10.7868/S0002332914040043
Концентрация элементов питания в ассимиляционных органах часто используется как параметр оценки техногенного загрязнения в мониторинге состояния насаждений. Техногенное загрязнение вызывает изменение элементного состава структурных частей растений, при этом возникает недостаток или избыток тех или иных элементов, а точнее, меняется соотношение различных элементов (ЛЪегй а1., 1989; Эагга1, 1989; 1ппе8, 1995; Чертов и др., 1996; Винокурова, 2003; Сухарева, Лукина, 2004; Дроздова, Алексеева-Попова, 2006; Бухарина и др., 2007).
Увеличение концентрации N Р, К в листьях (хвое) древесных растений в условиях загрязнения показано на примере хвойных растений (Лукина, Никонов, 1991; Сазонова и др., 2002; Неверова, Колмогорова, 2003; Сухарева, Лукина, 2004). Предполагалось, что увеличение концентрации этих элементов у хвойных обусловлено постоянным опадением хвои (не только в фенологические сроки) и оттоком подвижных элементов из опадающей хвои в остающуюся (Лукина, Никонов, 1991). В ряде исследований установлено, что повышенное содержание N в листьях может быть связано со способностью растений в условиях стресса повышать содержание свободных аминокислот, а также усваивать и вовлекать в метаболизм газообразные азотсодержащие загрязнители из воздуха, такие как оксиды азота и аммиак (Барбер, 1988; 1ппе8, 1995; Николаевский, Марценюк, 1998; Николаевский, 2002; Васфилов, 2003). Избыток N токсичен для растений, так как вызывает угнетение процессов синтеза хлорофилла.
Существует мнение, согласно которому соотношение N : Р : К — гомеостатический показатель
функционального состояния растительного организма. Деревья, у которых большая часть годового прироста происходит в начале вегетационного периода, используют в это время много N (скорее всего, запасенного в коре и древесине), который легче утилизируется, чем вносимый извне (Крамер, Козловский, 1983). В техногенных условиях значительно нарушается баланс элементного состава растений (Придача, 2002; Сухарева, Лукина, 2004; Неверова, 2006), что предположительно влияет на отток элементов минерального питания осенью из листьев в побеги, т.е. на накопление "материала" для весеннего формирования побегов (Крамер, Козловский, 1983; Барбер, 1988; Хру-сталева, 2002).
Цель исследования — определение влияния урбанизированной среды на обмен основных элементов минерального питания у растений.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводились в 2005—2008 гг. в крупном промышленном центре Уральского региона — Ижевске — с населением >630 тыс. человек, развитыми промышленностью, транспортной сетью и социальной инфраструктурой. Уровень загрязнения в Ижевске соответствует аналогичным среднестатистическим показателям городов Урала и оценивается как высокий (Доклад..., 2004).
Климат Ижевска умеренно континентальный; средняя годовая температура воздуха 2.4°С; безморозный период длится в среднем 128 сут; годовая продолжительность солнечного сияния 1839 ч; годовое количество осадков неравномерно рас-
Таблица 1. Значения комплексного индекса загрязнения атмосферы (ИЗА) и суммарного показателя загрязнения почв (СПЗ) в Ижевске
Район исследования
ИЗА
СПЗ
ЦПКиО им. С.М. Кирова
ОАО "Автозавод"
Зона условного контроля
| 5.21—3.1 | 8-16
Санитарно-защитная зона промышленного предприятия
11.90-9.83 32-128 и >128
ОАО "Буммаш" 15.85- 9.24 16- 32
ОАО "Ижсталь" 9.20- 13.12 32- -128 и >128
Ижевский электромеханический завод 7.84- 12.17 32- 128
ОАО "Нефтемаш" 11.91- 8.76 16- 32
Магистраль
ул. Удмуртская 11.91- 9.35 16- 128
ул. К. Либкнехта 11.3- 10.4 16- 32
пределено по месяцам, а среднегодовое составляет 508 мм (Воздушный бассейн..., 2002).
Объекты исследования — девять видов древесных растений, на долю которых приходится ~70% озелененной территории города. Изучаемые виды произрастали в различных структурно-функциональных типах насаждений: примагистральных посадках (улицы Удмуртская и К. Либкнехта); са-нитарно-защитных зонах (СЗЗ) промышленных предприятий, являющихся основными загрязнителями города (ОАО "Ижсталь", "Нефтемаш", "Буммаш", "Автозавод", Ижевский электромеханический завод (ИЭМЗ)). С помощью методических подходов Краснощековой (1987) в качестве зон условного контроля (ЗУК) выбраны пригородная зона и территория самого крупного городского парка (ЦПКиО им. С.М. Кирова) площадью 113 га с компактной нерасчлененной конфигурацией.
На основании фондовых материалов Удмуртского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (УЦГМС) нами для каждого района исследований проведен расчет индекса загрязнения атмосферного воздуха (ИЗА) по пяти приоритетным загрязнителям (оксид углерода, диоксид азота, формальдегид, бенз(а)пирен, взвешенные вещества) (табл. 1).
Согласно картированию, проведенному лабораторией экологии почв Удмуртского государственного университета, почвы в ЗУК отличаются низким уровнем загрязнения (использован суммарный показатель загрязнения почвы (СПЗ), рассчитанный как сумма коэффициентов концентрации, т.е. сумма отношения содержания каждого элемента в исследуемой почве к фоновой концентрации (Ревич и др., 1982)). В магистральных посадках и СЗЗ промышленных предприятий уровень загрязнения почв оценивается как
умеренно опасный, а в районе Ижстали и Автозавода — как чрезвычайно опасный (табл. 1).
Почвы парковой зоны относятся к естественным, у которых преобразование почвенного профиля составляет не более 50 см и сохранены типовые признаки. Здесь преобладают супесчаные дерново-подзолистые почвы. Содержание органического вещества в данных почвах составляет 2.8%, реакция почвенного раствора близка к нейтральной (рНн 0 6.1). В целом почвы характеризуются средней уплотненностью. Полевая влажность почвы составляет 15.5%.
В насаждениях СЗЗ промышленных предприятий были зафиксированы антропогенные почвы с преобладанием хемоземов. Содержание органического вещества было высокое и составляло 3.3— 3.8%. Реакция почвенного раствора была нейтральной (рНн 0 6.95—7.8). Почвы были средне-уплотненными, полевая влажность почвы составляла 17.6-20.6%.
В магистральных посадках был выявлен комплекс антропогенных почв с преобладанием стра-тоземов (насыпь поверх естественного профиля). Для почвы были характерны значения рНн 0 7.78.3, содержание органического вещества 3.8-4%, средняя уплотненность, полевая влажность почвы 12.7-15.4%.
Отбор учетных растений (по 10-15 экземпляров каждого вида) в каждом из районов исследования был проведен на основании описания 5-10 пробных площадей (не менее 0.25 га каждой). Учетные растения имели хорошее либо удовлетворительное жизненное и средневозрастное генеративное онтогенетическое состояние (Родин и др., 1968; Гришина, Самойлова, 1971; Смирнова и др., 1990).
Дважды в течение вегетации (июнь и сентябрь) мы определяли содержание основных элементов
Таблица 2. Содержание азота в побегах древесных растений, произрастающих в различных по функциональному назначению районах Ижевска, % абс. сух. массы
Вид растения Период вегетации ЗУК СЗЗ промышленных предприятий Магистральные посадки
листья ( HCP05 = 0.4) стебли (HCP05 = 0.2) листья стебли листья стебли
Береза повислая И 2.51 1.29 2.72 1.73 3.07 1.69
Betula pendula Roth. С 0.68 0.77 0.63 2.82 0.61 2.62
Клен американский И 2.41 2.13 3.32 2.23 4.24 2.45
Acer negundo L. С 2.41 0.94 1.33 1.24 1.3 1.77
Тополь бальзамический И 1.87 2.27 2.92 1.54 2.96 2.92
Populus balsamifera L. С 1.87 1.71 1.47 1.39 0.94 1.37
Липа мелколистная И 3.05 1.63 3.2 1.58 3.19 2.13
Tilia cordata Mill. С 0.91 2.5 1.5 2.29 0.67 1.19
Ива козья И 2.57 1.36 2.69 1.97 3.2 1.92
Salix caprea L. С 1.07 1.47 0.96 1.76 1.34 1.9
Рябина обыкновенная И 1.95 1.22 1.83 2.1 1.72 1.93
Sorbus aucuparia L. С 0.99 0.38 0.9 2.04 0.71 1.52
Яблоня ягодная И 2.03 1.79 2.49 1.79 2.56 2.3
Malus baccata (L.) Borkh С 1 0.75 1.13 1.49 1.09 0.6
Роза майская И 4.14 1.31 2.30 1.15 2.48 1.7
Rosa majalis Herrm. С 0.79 2.02 1.81 1.42 1.15 1.62
Карагана древовидная И 3.19 3.66 2.48 3.16 3.35 3.35
Caragana arborescens Lam. С 0.01 0.01 2 1.78 3.05 2.36
Примечание. ЗУК — зона условного контроля, СЗЗ — санитарно-защитные зоны промышленных предприятий, НСР05 — наименьшая существенная разница, И — июнь, С — сентябрь, для табл. 2—5.
минерального питания (^ К и Р) в стеблевой части и листьях годичного вегетативного побега древесных растений. Растительные пробы подвергали мокрому озолению. Азот определяли фотоколориметрическим методом с использованием реактива Несслера; Р — методом Труога—Мейера; К — методом пламенной фотометрии (Руководство., 1982). Расчет содержания элементов проводили в процентах абсолютной сухой массы (абс. сух. массы).
Для интерпретации полученных результатов были использованы программа $1а1А511са 5.5 и методы корреляционного и дисперсионного анализа.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Дисперсионный анализ выявил, что на содержание основных элементов минерального питания существенно влияют особенности вида (уровень значимости Р < 10-29), условия места произрастания (Р < 10-4) и сроки вегетации растений (Р < 10-5), а также взаимодействия этих факторов (Р < 10-5).
Видовые особенности динамики содержания N в структурных частях годичного побега у древесных
растений, представля
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.