Морфологическая адаптация деревьев и кустарников к загрязнению атмосферного воздуха г. Улан-Удэ

Одной из наиболее сложных форм воздействия городов на окружающую среду является загрязнение атмосферы промышленными предприятиями, транспортом, ТЭЦ и другими объектами. Однако установление баланса между развивающейся современной промышленностью и природной средой разрешимо в рамках построения экологического каркаса урбанизированной территории, в котором основную роль играют зеленые насаждения. Загрязнение атмосферы г. Улан-Удэ носит техногенный характер.

Необходимо выявить те породы древесной и кустарниковой растительности, которые наиболее приспособлены к экологическим условиям города и обладают газо- и пылепоглощающими свойствами.

Нами изучена дисперсность и запыленность листьев как показатели, способствующие отбору древесных и кустарниковых пород, обладающих наибольшими пыле-, газо- и дымоустойчивыми свойствами в условиях загрязнения атмосферного воздуха. В качестве объекта исследований взяты Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgaris. Ключевые участки были определены на основе данных эколого-геохимической карты города.

Участок 1. Железнодорожный район. Северная часть города. Предприятия-загрязнители – ТЭЦ-1 (1 класс опасности), ЛВРЗ (2 класс опасности). Источник загрязнения – пылегазовые выбросы ЛВРЗ. Загрязняющие вещества – ртуть, свинец.

Участок 2. Октябрьский район. Южная часть города. Является зоной устойчивого загрязнения, так как находится вблизи автомобильных дорог ул. Бабушкина. Предприятия-загрязнители – карьер строительных материалов, ЗСК, текстильные и деревообрабатывающие предприятия, мелькомбинат. Загрязняющие вещества – ртуть, свинец.

Участок 3. Советский район. Центральная часть. Предприятия-загрязнители – завод металлоизделий, судостроительный завод, склады энергоносителей. Загрязняющие вещества – ртуть, свинец. В качестве эталонного участка был взят участок в Селенгинском районе, на территории, примыкающей к оз. Щучье. Он находится в естественной экосистеме недалеко от города, а в районе эталонного участка отсутствуют предприятия, загрязняющего среду. Исследования проводились в течение двух сезонов (2011–2012).

Исследования запыленности листьев. Уровень пылевого загрязнения листьев является показателем напряженности экосистемы, поэтому по степени загрязнения листьев можно судить о степени загрязнения экосистемы. При отборе проб (листьев) учитывали возраст и ярус растения. Запыленность листьев определяли по разнице в весе запыленной и чистой листовой пластинки. Данные исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1

Динамика показателей запыленности листьев древесных и кустарниковых видов (в %)

Как видно из данных таблицы 1, в 2011 г. показатель запыленности листьев на всех ключевых участках был выше у всех видов растений. Это объясняется тем, что 2011 г. был более сухим, чем 2012 г. Сезон 2012 г. отличался повышенной влажностью и частыми осадками в виде дождя. Они смывали накопившуюся пыль, что и привело к уменьшению запыленности листьев. В 2011 г. сравнение показателей запыленности листьев по видам растений показало, что процент запыленности листьев отличается по участкам. На первом участке у яблони и ильма он примерно одинаков и составляет 7 и 6% соответственно, тогда как у сирени – 9,6%. На втором участке процент запыленности листьев, наоборот, выше у яблони и ильма, а у сирени ниже, но такой же, как и на первом участке. На третьем участке показатель запыленности неравномерен и составляет 23,3% у яблони, 13,65% у ильма, 5,3% у сирени. Интересно отметить, что запыленность у двух видов – яблони и ильма – на первом участке ниже, чем на втором и третьем, несмотря на то что основными загрязнителями являются пылегазовые выбросы ЛВРЗ (первый участок), текстильные и деревообрабатывающие предприятия (второй участок). Это, видимо, объясняется тем, что на трубах ЛВРЗ имеются защитные фильтры, а предприятия второго участка небольшие и особо атмосферу не загрязняют. Сравнение исследуемого показателя запыленности у исследуемых видов показало, что у древесных видов яблони и ильма приземистого они меняются в зависимости от участка исследования – низкие на первом участке и высокие на втором и третьем участках. В то же время у сирени, которая относится к кустарникам, показатели запыления одинаковы на первом и втором участках и немного ниже – на третьем. Это может объясняться морфологическими особенностями строения листовой пластинки сирени. В отличие от листовых пластинок яблони и ильма, у сирени они гладкие, поэтому пыль может сдуваться ветром. Опушение листьев яблони и ильма способствует удержанию пыли, поэтому их можно рекомендовать для озеленения территорий с повышенной запы- ленностью. При рассмотрении показателей запыленности листьев исследуемых видов, проведенных в 2012 г., выявилась интересная закономерность: показатели запыления были значительно ниже в сравнении с 2011 г. у всех трех видов. При этом процент запыления и у яблони и ильма различается, а у сирени был примерно одинаков на всех трех участках. Видимо, это связано с более влажной и дождливой погодой вегетационного периода 2012 г., когда осадки смывали всю пыль. Сравнение показало, что процент запыления был ниже на эталонном участке. На основании данных о запылении листьев древесных и кустарниковых видов на трех ключевых участках можно сделать вывод о том, что в 2011 г. наиболее экологически напряженным был третий участок, а наименее – первый. В 2012 г. все три ключевых участка в связи со специфическими климатическими условиями экологического напряжения не испытывали. В сложной и взаимообусловленной системе «растения – промышленная среда» наблюдается не только воздействие растений на окружающую среду, но и неизбежное обратное влияние среды на растения. Загрязнение среды отрицательно сказывается на зеленых растениях, приводя к нарушениям физиологических и биохимических процессов. Однако некоторые растения могут произрастать на территории, подвергающейся техногенному загрязнению, адаптируясь к пылегазовым выбросам. Каждый вид растений обладает разной устойчивостью к вредным воздействиям. Обычно в зоне повреждения одни виды сильно повреждаются, другие снижают продуктивность, третьи не имеют признаков повреждения и успешно выполняют функции очистки воздуха. Такие растения должны эффективно вырабатывать действующие механизмы адаптации к загрязнению среды. Поэтому проблема изучения таких механизмов в последнее время стала очень актуальной. Поскольку функцию очищения воздуха выполняют листья, мы исследовали, как изменяется дисперсность листьев растений, обитающих в техногенной среде. Дисперсность листьев – это показатель количества листьев на 1 м2. По этому показателю можно судить, испытывает ли растение угнетающее   состояние. Данные по изучению дисперсности воздействие окружающей среды и стрессовое приведены в таблице 2.

Таблица 2

Динамика дисперсности листьев древесных и кустарниковых видов (кол-во листьев на м2)

Из данных таблицы видно, что по сравнению с эталонным участком в условиях техногенного загрязнения у всех видов растений уменьшается дисперсность листьев: у яблони – на 7%, ильма – на 39%, сирени – на 6%. Особенно резкое уменьшение количества листьев на 1 м2 наблюдается у ильма, что может означать более сильную стрессовую реакцию на загрязнение. В то же время у яблони и сирени ответная реакция примерно одинакова и составляет 7 и 6%. Сравнение показателей дисперсности листьев за 2011 г. и 2012 г. выявило, что у яблони этот показатель на первом участке не изменился. А на втором и третьем снизился в 2012 г. на 8%. У ильма на первом участке немного повысился по сравнению с 2011 г., на втором изменился незначительно, на третьем – увеличился примерно на 7%. У сирени на всех участках отмечается примерно одинаковое снижение. В целом можно отметить, что исследуемые виды растений реагируют на загрязнение среды неодинаково. Наиболее устойчивыми оказались яблоня и ильм. Так, дисперсность листьев в сравнении с эталонным участком в городской среде у них снизилась до 6–7%, тогда как у ильма наблюдалось резкое снижение дисперсности листьев. Известно, что загрязнение среды в первую очередь влияет на устьичный аппарат растений. Основными функциями устьиц являются газообмен и транспирация. Нарушение функций этих устьиц может привести к гибели листьев и всего растения в целом [Лыкшитова, 2013].

Мы подсчитали количество устьиц на листовых пластинках исследуемых видов растений на ключевых и эталонном участках. Данные исследований приведены в таблице 3.

Количество устьиц (к-во устьиц на 1 мм2)

Таблица 3

Из данных таблицы видно, на эталонном участке наибольшее количество устьиц отмечается у ильма приземистого и составляет 138, у яблони – 127, у сирени – 100. В условиях загрязнения среды их число на листовых пластинках всех исследуемых видов резко увеличивается. Это является морфологическим адаптивным приспособлением к выживанию растений в условиях загрязнения атмосферы. Увеличение количества устьиц на листовых пластинках компенсирует уменьшение дисперсности листьев, как было показано ранее. Это связано с тем, что уменьшение площади листьев приводит к сокращению устьичного аппарата, поэтому увели- чение количества устьиц при уменьшении общей площади листовых пластинок способствует сохранению функций газообмена и транспирации листьев. Данные о количестве устьиц хорошо коррелируют с данными о дисперсности листьев. Как было указано ранее, наибольшее уменьшение дисперсности листьев отмечалось у ильма. Данные о количестве устьиц свидетельствуют о том, что у ильма уменьшение количества листьев на м2, компенсировалось более резким увеличением количества устьиц. Так, в среднем по трем участкам у ильма приземистого количество устьиц возросло в сравнении с эталонным участком на 321, тогда как у яблони и сирени 175 и 106 соответственно. Это свидетельствует о том, что ильм хорошо адаптируется к неблагоприятным условиям среды. Таким образом, можно отметить, что в условиях техногенного загрязнения атмосферы г. Улан-Удэ как древесные жизненные формы (яблоня и ильм), так и кустарниковые (сирень) довольно хорошо адаптируются к загрязнению атмосферы. У всех видов активизируются морфологические механизмы адаптации. В условиях более сильного пылевого загрязнения можно рекомендовать древесные формы – яблоня и ильм.