Динамика накопления серы и азота в вегетативных органах красноднева гибридного (Hemerocallis hybrida) в условиях техногенной среды

Введение. В условиях растущей урбанизации с каждым годом усиливается антропогенное воздействие на окружающую среду. В связи с этим все больше возникает необходимость изучения жизнедеятельности растений, произрастающих в городских условиях. Растения играют значительную роль в обезвоживании атмосферы от токсикантов и нормализации экологической обстановки, что приобретает особую актуальность в оздоровлении. Известно влияние выхлопных газов автотранспорта на загрязнение воздуха, городских почв, растений и территорий, прилегающих к автодорогам [1–6]. Имеются сведения, что в городских условиях уменьшается биосинтез флавоноидов, содержание аскорбиновой кислоты, увеличивается накопление тяжелых металлов в генеративных и вегетативных органах травянистых и древеснокустарниковых растений [7–11]. Среди веществ и соединений, поступающих в атмосферу из различных источников в виде газопылевых выбросов, основную долю составляет диоксид серы, оксиды азота и пыли различного химического состава. В связи с возрастанием автотранспортной нагрузки озеленение придорожных тер- риторий Новосибирской области требует особого внимания. Данных о накоплении загрязняющих веществ в вегетативных органах цветочнодекоративных растений, которые используются в озеленении придорожных и промышленных территорий, пока недостаточно, что послужило основанием для данного исследования.

Цель исследования : сравнительное изучение содержания общего азота и серы в вегетативных органах красоднева гибридного ( Hemerocallis hybrida) в урбанизированной среде Советского района гг. Новосибирска и Бердска.

Материалы и методы исследования . Объектом исследования служил красоднев гибридный – Hemerocallis hybrida hort. (сорта Speak to me и Regal Air ), сем. Красодневовых ( Hemero-calliaceae ) – корневищный длительновегетирую-щий, летне-осеннецветущий многолетник. Для анализа взяты надземные (листья) и подземные (корневища с корнями) органы в период окончания осенней вегетации (16.09.2014 г.). Опытные растения выращивали в течение 2014 г. на расстоянии 30–50 м от автодорог главного назначения и промышленных зон Советского района Новосибирска и Бердска. Контролем служили растения, выращиваемые на экспозиционном участке лаборатории интродукции декоративных растений Центрального сибирского ботанического сада СО РАН. Участок расположен в районе п. Кирова, в 30–50 м от дороги второстепенного значения.

Использовано восемь вариантов, которые представлены в таблицах 1–4: 1 – контроль; 2 – Бердск, ул. Боровая; 3 – Бердск, ул. Южная; Советский район, г. Новосибирск; 4 – ул. Шлюзовая; 5 – завод Железобетонных изделий (ЖБИ); 6 – Опытный завод; 7 – лесной массив Наукограда Кольцово; 8 – район Научнопроизводственного объединения (НПО) «Вектор» (Кольцово).

Собранные образцы сушили, перемалывали в молотилке до мелкой фракции и определяли содержание общего азота (N) методом Кьельдаля, модифицированным З.В. Чмелевой и С.Л. Тютеревым [12]. Количественное содержание общей серы (S) определяли спектрофотометрическим методом [13]. Анализы проведены в лаборатории экологического биомониторинга Института экологии человека СО РАН (г. Кемерово). Статистический анализ данных выполнен с использованием пакета прикладных программ Statistica 6.1 и Microsoft Office Excel 2007.

Результаты исследования и их обсуждение . При анализе данных по накоплению общего азота и серы в надземных и подземных органах нами рассмотрены их индивидуальные различия по сортам. Так, по содержанию азота в надземных органах все опытные образцы сорта

Speak ty me превышали контроль, особенно в вариантах 3, 5, 6 (в зонах с высокой нагрузкой автотранспортного движения и расположенными к дороге промышленными комплексами) – были выше в 1,5–1,9 раза (табл. 1).

Таблица 1

Средние значения (M±m) содержания общего азота в вегетативных органах сорта Speak to me, % массы сухого вещества

Номер варианта	Место произрастания	Органы
		Надземные	Подземные
1	Контроль	0,83±0,080	1,39±0,067
2	Бердск, ул. Боровая	1,00±0,047	0,87±0,038
3	Бердск, ул. Южная	1,65±0,054	0,84±0,084
4	Новосибирск, ул. Шлюзовая	1,21±0,089	1,54±0,050
5	Новосибирск, завод ЖБИ	1,29±0,033	0,76±0,042
6	Новосибирск, Опытный завод	1,50±0,095	1,21±0,029
7	Кольцово, лесной массив	0,98±0,061	1,21±0,058
8	Кольцово, НПО «Вектор»	1,24±0,124	1,68±0,064

Отмечено, что в подземных органах аккумулирующая способность азота меньше в 1,1–1,8 раза в вариантах 2, 3, 5–7, а в вариантах 4 и 8 – в 1,1–1,2 раза больше, чем в контроле. Причем вблизи Научно-производственного объединения (НПО) «Вектор» (Кольцово) содержание азота в подземных органах наибольшее (1,68 %) по сравнению с другими вариантами. При сравнении данных по содержанию азота в вегетативных органах сорта Speak to me установлено, что если аккумулирующая способность листьев этого сорта была в 1,4–2 раза меньше в пределах

Таблица 2

Средние значения (M±m) содержания общего серы в вегетативных органах сорта Speak to me, % массы сухого вещества

как контрольного, так и опытных вариантов, то во столько же раз она была больше в корневищах с корнями и наоборот. Что касается аккумулирующей способности листьев серы у сорта Speak to me в условиях урбанизированной среды, то она повышалась во всех опытных вариантах. Наибольшее значение серы (0,107–0,125 %) установлено в вариантах 3, 4, 6 (соответственно ул. Южная, ул. Шлюзовая, Опытный завод), что в 2–2,3 раза выше по сравнению с контролем (табл. 2).

Номер варианта	Место произрастания	Органы
		Надземные	Подземные
1	Контроль	0,054±0,002	0,107±0,002
2	Бердск, ул. Боровая	0,102±0,002	0,065±0,003
3	Бердск, ул. Южная	0,110±0,006	0,074±0,002
4	Новосибирск, ул. Шлюзовая	0,107±0,006	0,115±0,005
5	Новосибирск, завод ЖБИ	0,104±0,003	0,036±0,004
6	Новосибирск, Опытный завод	0,125±0,003	0,061±0,002
7	Кольцово, лесной массив	0,065±0,002	0,070±0,002
8	Кольцово, НПО «Вектор»	0,074±0,002	0,064±0,003

В вариантах 2, 3, 5–8 отмечено в 1,4–2,9 раза меньше серы в корневищах, однако в варианте 3, где растения произрастали в условиях более загрязненной среды, ее накопление больше в 1,4–3 раза относительно других вариантов и контроля. Выявлена противоположная зависимость по содержанию серы в надземных и подземных органах. Так, если в надземных органах содержание серы больше в 1,2–1,8 раза, то в подземных – в 1,5–2,0 раза меньше, и наоборот (см. табл. 2).

Сорт Regal Air по содержанию азота в надземных органах имел наибольшие показания, чем в подземных, что в 1,6–1,7 раза выше в районе автодороги по направлению по ул. Южная (г.

Бердск), вблизи завода ЖБИ и Опытного завода (табл. 3). Наименьшее его содержание было в районе Кольцово – НПО «Вектор» (0,87 %). В остальных опытных вариантах в листьях содержание азота было выше, чем в контроле. В подземных органах сорта Regal Air отмечено повышение содержания элемента в 5,1 раза в районе завода ЖБИ, в остальных направлениях вблизи автодорог – его снижение в 1,3–2,1 раза относительно контроля.

Содержание серы в надземных органах сорта Regal Air во всех опытных вариантах было выше относительно контроля, особенно в вариантах 4 и 5 (в 1,6–1,8 раза) (табл. 4).

Таблица 3

Средние значения (M±m) содержания общего азота в вегетативных органах сорта Regal Air, % массы сухого вещества

Номер варианта	Место произрастания	Органы
		Надземные	Подземные
1	Контроль	0,92±0,072	2,18±0,056
2	Бердск, ул. Боровая	1,40±0,052	1,31±0,089
3	Бердск, ул. Южная	1,61±0,051	1,15±0,104
4	Новосибирск, ул. Шлюзовая	1,55±0,079	1,57±0,034
5	Новосибирск, завод ЖБИ	1,62±0,093	11,15±0,104
6	Новосибирск, Опытный завод	1,18±0,046	0,72±0,064
7	Кольцово, лесной массив	1,14±0,050	1,60±0,070
8	Кольцово, НПО «Вектор»	0,87±0,054	1,10±0,033

Таблица 4

Средние значения (M±m) содержания общего серы в вегетативных органах сорта Regal Air, % массы сухого вещества

Номер варианта	Место произрастания	Органы
		Надземные	Подземные
1	Контроль	0,064±0,003	0,066±0,003
2	Бердск, ул. Боровая	0,088±0,003	0,122±0,004
3	Бердск, ул. Южная	0,078±0,003	0,107±0,002
4	Новосибирск, ул. Шлюзовая	0,103±0,004	0,100±0,007
5	Новосибирск, завод ЖБИ	0,121±0,002	0,096±0,002
6	Новосибирск, Опытный завод	0,086±0,003	0,096±0,004
6	Кольцово, лесной массив	0,064±0,001	0,093±0,003
7	Кольцово, НПО «Вектор»	0,065±0,003	0,110±0,003

У подземных органов аккумулирующая способность серы выше в корневищах, чем в листьях. Максимальные значения выявлены в вариантах 2, 3 и 7, что в 1,5–1,8 раза больше, чем в контроле. Отмечена индивидуальная особенность по содержанию данных веществ в органах при выращивании сортов в условиях урбанизированной среды. Так, у раннецветущего сорта Regal Air аккумулирующая способность серы в подземных органах была выше в 1,4–1,7 раза во всех опытных вариантах по сравнению с данными по надземным органам. У сорта Speak to me наблюдали варьирование содержания серы и азота по органам: если их было больше в листьях, то тогда меньше в корневищах относительно всех вариантов, и наоборот. Аккумулирующая способность у данного сорта была меньше в надземных органах, однако в подземных органах она была в 1,5–1,9 раза больше по сравнению с данными в одном и том же варианте. Оба сорта, используемые в озеленении, отличались устойчивостью к внешним факторам среды, однако сорт Regal Air обладает более высокими декоративными качествами.

Таким образом, анализ экспериментальных данных показал, что у H. hybrida аккумулирующая способность в городской среде выше по содержанию общего азота и серы, причем наибольшее накопление в листьях растений отмечено по азоту. В зоне воздействия выбросов автотранспорта наибольшее усиление наблюдали в районе автомагистрали по Бердскому шоссе, которое более нагружено автотранспортом, особенно по ул. Шлюзовая, в районе завода ЖБИ, Опытного завода. Известно, что ПДК диоксида азота в Советском районе составляла 0,04 [14]. Аккумулирующая способность листовой поверхности по сере и азоту способствовала, в некоторой степени, очищению и восстановительному балансу городской среды. В связи с этим, широкое использование Hemerocallis hybrida не только во внутриквартальном озеленении, но и вдоль автомобильных дорог значительно улучшит экологическую обстановку, благоустройство и здоровый эмоциональный жизненный уровень населения. Широкое исследование механизмов устойчивости цветочнодекоративных растений с помощью постоянного мониторинга значительно усилит санитарногигиеническое состояние техногенных зон Новосибирской области.

Выводы

• 1.    В содержании общего азота и серы в подземных и надземных органах сортов Speak to me и Regal Air отмечена сортоспецифичность. Наибольшее содержание азота (1,29–1,65 %) и серы (0,107–0,125 %) наблюдалось в листьях сортов Speak to me и Regal Air (1,55–1,62 и 1,31–1,6 % соответственно) в наиболее напряженных и загруженных автотранспортом дорожных участках (ул. Южная, Шлюзовая, Опытный завод), что в 2–2,3 раза выше по сравнению с контролем.

• 2.    Накопление общего азота и серы в листьях и корневищах у данных сортов происходит аддитивно, однако аккумулирующая способность листьев повышена в 1,5–2 раза вблизи автотранспортных магистралей Советского района г. Новосибирска.

• 3 .    Количественное накопление общей серы и общего азота в листьях и корневищах Speak to me и Regal Air служит биотестированием при оценке состояния в условиях антропогенного воздействия на окружающую среду выбросами автотранспорта.