Особенности водного режима листьев липы мелколистной ( Tilia cordata Mill.) в условиях нефтехимического и полиметаллического загрязнения

Введение. Ни один из экологических факторов не определяет в такой мере возможности существования и распространения растений, как вода [7, 9]. Поэтому обмен водой между растениями и окружающей средой – одно из важнейших условий существования растительного организма [3].

Из лиственных пород в районе Уфимского промышленного центра ранее изучен водный режим березы бородавчатой и тополя бальзамического. Установлено значительное возрастание водного дефицита листьев, нарушение суточной динамики транспирации, снижение сырой и абсолютно сухой массы листьев березы повислой в зоне максимального загрязнения [1, 2]. У тополя бальзамического под влиянием загрязнения происходит уменьшение разницы между полуденной и утренней транспирацией, подавление роста транспирации в течение вегетационного периода, а также снижение водного дефицита [10]. Также изучены особенности водного режима липняков приспевающего (31–40 лет) возраста [11].

Цель и задачи исследований. Цель работы – изучение влияние промышленного загрязнения на водный режим ассимиляционного аппарата липы мелколистной.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

• 1.    Изучить влияние техногенного загрязнения на относительное содержание воды в листьях.

• 2.    Охарактеризовать транспирационные процессы ассимиляционного аппарата липы мелколистной в различных типах загрязнения.

Методика исследования. Районами исследования служили Уфимский и Стерлитамакский промышленный центры Республики Башкортостан (рис. 1).

Ыязепетрэвск,

'алей

Бураево карабаш,

Бирск

Куса

Красный Ключ

'Катав-Ив;

г. Болы верхний Вфхнеуральск|

1гнигогорск СЕ

Аскарово©

Старосубхангулово

(цекий©

ЗиЛаир

У ф 1< м с к °Караидельский

Месягутово

Сибай( Ваймар г. Ямантау 1640.

Инзер0

Белорецк,

'^-„J оТю^ьган Октябрьское -

* Усть-

УДМУРТИЯ ©Чайковский ПЕРМСКАЯ II СВЕРДЛОВСКАЯ ОБЛАСТЬ ОБЛАСТЬ S             ©Нижние

/ -Сарапул© “' ;   'tЧернушкао    Сарс° ' -Красноуфимск £ерги

< 1                      К                    ! Арти® '-'Михайловск

- Янаул0 ',      ,             •                        ,                _

, Берд^'ш^ ©

>'‘ч. % ®_ Златоуст

'.i Сатка

Ктяя ®Бакал •>•«#*.■

Деобешковскйй ' Не1^екамск Аскимо® ь^хг^Агидель

Т^о > Стерлитамак

4 - А           Раевский

'•'■Приютово Абдулину '. - i - Бижбуляк ,

°Новосергиевка

Александровка, 0Т оцкое

0Сорочинск

Ореи.Ш^ саракташ' 1_\.5£______________

Мензелинск /

ТАТАРИЯ ₍ Дюртюли,_:,

Муслюмово-"       -

°? -Бакалы Семилетка

Джалиль у - _Чекмо^ оКушнаренково _га i         Благовещенск

Азнакаево/                  ^?-’"

Бугульма^ 0Туймазы^^^

' га Октябрьский ^“Вавлы         п

J ’               _Давлеканово

/ Шильда^

* И/тихвинское

°Троицкое             ;

ОРЕНБУРГСКАЯ ''.□«Рйдороека

ОБЛАСТЬ

ШарлыкО ^Мелеуз®

/ '"Кумертау

^00,:м БАШКИРИЯ

Рис. 1. Карта расположения районов исследования

о 50    100

I I I I I I                                    I

Уфимский промышленный центр характеризуется нефтехимическим типом загрязнения окружающей среды с суммарным выбросом загрязняющих веществ – более 400 тыс. т. ежегодно. В Стерлитамакском промышленном центре имеет место полиметаллический тип загрязнения с общим объемом ежегодных выбросов эксгалатов – более 300 тыс. т [4].

Основываясь на литературных данных [4, 6], каждый промышленный центр был условно разделен на две зоны – загрязнения и контроля. В обоих промышленных центрах в непосредственной близости от источников загрязнения и в зоне контроля (расстояние от источников загрязнения – более 30–35 км против направления господствующих ветров) была заложена сеть постоянных пробных площадей [6, 8].

Исследования проводились в течение 2008–2011 годов. Исследованы эколого-биологические особенности липы мелколистной шести классов возраста: молодняк (0–10 лет), жердняк (11–20 лет), средневозрастной (21–30 лет), приспевающий (31–40 лет), спелый (41–50 лет) и перестойный (старше 50 лет).

Изучение водного режима проводилось в полевых условиях в течение вегетационного периода (июнь – август). Измерения параметров водного режима осуществлялось в последнюю декаду каждого месяца. Определялись следующие параметры: относительное содержание воды (ОСВ) и интенсивность транспирации (ИТ). Измерения проводились: утром – с 8 ⁰⁰ до 10 ⁰⁰ , в полдень – с 12 ⁰⁰ до 14 ⁰⁰ и вечером – с 16 ⁰⁰ до 18 ⁰⁰ . Повторность – 20 листьев из нижней части кроны с нескольких экземпляров модельных растений. ИТ воды определялась методом быстрого взвешивания на электронных весах с последующим экспонированием на рассеянном свету в течение 3 минут и повторным взвешиванием. Расчет ИТ – в мг воды на 1 г сырых листьев за 1 час (мг/г в час). Определение ОСВ листьев проводилось методом быстрого взвешивания на электронных весах с последующим экспонированием на рассеянном свету в эксикаторе с погруженными в воду черешками в течение 3 часов и повторным взвешиванием. Кроме того, для определения ОСВ определялся вес абсолютно сухих листьев. Расчет ОСВ – в процентах (%).

Полевые исследования проводились в сухую погоду с равномерной облачностью в течение дня. Неприемлемыми для исследований являлись дни, перед которыми ночью шел сильный дождь [5, 6].

Статистическую обработку данных проводили стандартными методами с использованием программы Excel-2007.

Результаты исследования

Уфимский промышленный центр

Относительное содержание воды. Листья липы мелколистной характеризуются в целом высокими значениями относительного содержания воды (более 70–80 %). Колебания данного параметра в течение суток, в ходе вегетации и при изменении местоположения в рельефе незначительны. В то же время для спелых деревьев отмечено снижение степени оводненности листьев в зоне загрязнения (рис. 2). Отсутствие водного дефицита создает благоприятные предпосылки для процессов фотосинтеза, дыхания, ферментативной активности растения и соотношения минеральных веществ.

Рис. 2. Относительное содержание воды в листьях Уфимского промышленного центра (зона загрязнения)

В зоне контроля степень оводненности листьев составляет более 90 % в каждый месяц вегетационного периода в любое время суток.

Интенсивность транспирации. Интенсивность транспирации липы мелколистной характеризуется повышенной чувствительностью к изменению степени загрязнения. Для молодняка характерно существенное усиление транспирационных процессов при увеличении уровня загрязнения. Для деревьев от 10 до 30 и старше 40 лет отмечено подавление испарения влаги промышленными поллютантами. Приспевающий возраст характеризуется нарушением транспирации как в суточной, так и в вегетационной динамике. В пойменных условиях зоны сильного загрязнения отмечены максимальные значения данного параметра. При объяснении данной особенности необходимо учитывать, что нередко происходит так называемое «стекание» газообразных токсикантов с водораздельного плато в пойму (рис. 3).

Рост транспирации в условиях загрязнения связан, по-видимому, с необходимостью хотя бы частичного уменьшения аккумуляции некоторых токсичных соединений в пойменных листьях, подверженных максимальному отрицательному влиянию загрязнителей (свидетельством последнего является наибольшая площадь хлорозов и некрозов в данных условиях). В условиях водораздела наблюдается уменьшение транспирации при увеличении степени загрязнения. Факт существенного увеличения устьичного индекса на водораздельном плато в условиях загрязнения на фоне уменьшения интенсивности транспирации может свидетельствовать о том, что в условиях загрязнения интенсивность транспирации определяется не работой устьичного аппарата, а состоянием кутикулярного слоя листа.

Возраст, лет

□ утро □ полдень □ вечер

Рис. 3. Интенсивность транспирации листьев липы мелколистной в условиях Уфимского промышленного центра (зона загрязнения)

В контрольных условиях интенсивность транспирации закономерно возрастает к полудню и уменьшается к вечеру. Значения интенсивности варьирует от 100 до 120 мг/г•ч.

Стерлитамакский промышленный центр

Относительное содержание воды. Листья первых двух возрастных групп (до 20 лет) характеризуются высокой степенью оводненности листьев (более 75 %). В то же время по мере старения дерева наблюдается уменьшение процентного содержания воды. В условиях загрязнения данный параметр колеблется в течение суток и достигает наибольших значений в середине дня (рис. 4).

0-10    11-20   21-30   31-40   40-50    > 50 Возраст, лет

• □ утро □ полдень □ вечер

Рис. 4. Относительное содержание воды в листьях Стерлитамакского промышленного центра (зона загрязнения)

В зоне контроля степень оводненности листьев составляет более 85 % в каждый месяц вегетационного периода в любое время суток.

Интенсивность транспирации . Отмечено уменьшение транспирации для всех возрастных групп, кроме деревьев в возрасте 30–40 лет. Для последних характерно резкое усиление транспирационных процессов в ответ на загрязнение. Повышенная транспирация может быть связана с необходимостью усилить поглощение воды корнями для промывки тканей растения от токсикантов и (или) их разбавления с целью уменьшения концентрации. Интенсивность транспирации чувствительна к времени суток и месяцу вегетации, усиливаясь в середине дня и уменьшаясь к концу лета (рис. 5).

□ утро □ полдень □ вечер

Рис. 5. Интенсивность транспирации листьев липы мелколистной в условиях Стерлитамакского промышленного центра (зона загрязнения)

В контрольной зоне интенсивность транспирации, так же, как и в Уфимском промышленном центре, закономерно возрастает к полудню и уменьшается к вечеру. Значения интенсивности варьирует от 110 до 135 мг/г•ч.

Выводы

• 1.    Листья липы в условиях Уфимского промышленного центра характеризуются высокими значениями относительного содержания воды. Данный параметр практически не изменяется при увеличении возраста дерева. В то же время для Стерлитамакского промышленного центра отмечено существенное уменьшение степени оводненности листьев по мере старения деревьев.

• 2.    Интенсивность транспирации в целом уменьшается при увеличении уровня техногенной нагрузки. В то же время приспевающий возраст является особенным для транспирационных процессов. В условиях нефтехимического загрязнения для деревьев этого возраста отмечено нарушения хода транспирационных процессов. Для полиметаллического загрязнения – увеличение испарения влаги листьями.