Морфометрические показатели листьев Syringa josikaea Jacq. в оценке качества городской среды

Введение. Сегодня проблема загрязнения атмосферы и почвы на планете все еще далека от ее разрешения. Особенно это актуально для городских территорий, где техногенный пресс на окружающую среду в последнее время не ослабевает [3]. Источниками такого загрязнения являются как промышленные объекты, так и автотранспорт. При этом роль последнего в ухудшении качества городской среды постоянно увеличивается [20].

Для принятия эффективных управленческих решений необходима информация о степени загрязнения конкретных городских территорий. Такие данные могут быть получены с помощью приборного слежения за содержанием тех или иных опасных химических веществ в атмосфере (почве) либо с применением методов биоиндикации. Второй подход к мониторингу качества окружающей среды, особенно с привлечением растений, является во многом предпочтительнее. В этом плане по своей оперативности, низкой трудоемкости и простоте следует выделить способ оценки состояния среды на основе морфометрических параметров листьев растений.

В литературе экспериментально найдены зависимости линейных размеров листьев – длины [1, 11, 13, 29], ширины [1, 7, 11, 17, 18, 22], толщины [1, 11, 22, 30], величины площади листьев [1, 29], их геометриче- ской формы [21, 24], удельной площади [26], длины жилок листьев [1, 21], флуктуирующей асимметрии листьев [4–6, 8], длины черешка [1] от уровня загрязненности окружающей среды. Из перечисленных морфометрических показателей для целей биоиндикации наиболее удобными являются длина, ширина и толщина листьев. Их можно легко и непосредственно измерить с помощью простейших приборов, они не требуют последующих громоздких вычислений, при этом не происходит повреждения и тем более уничтожения листьев. Однако в литературе встречается противоречивая информация о направленности изменения рассматриваемых морфометрических параметров листа в условиях загрязнения окружающей среды. Так, одни авторы [2, 22] нашли, что при увеличении антропогенной нагрузки на растения толщина листа падает, другие в таких условиях продемонстрировали ее рост [11, 12]. Кроме того, отмечена недостаточная чувствительность в ответ на действие стресс-факторов длины листа [1, 24] или его площади [16].

Цель исследований . Анализ возможности выполнения мониторинга качества городской среды по показателям ширины и толщины листьев сирени венгерской.

Объект и методы исследований . В работе измеряли морфометрические параметры листовых пластинок сирени венгерской ( Syringa josikaea Jacq.), произрастающей в условиях г. Красноярска. Этот вид растений широко распространен в городских и поселковых зеленых насаждениях нашей страны [15]. Участки, подвергавшиеся обследованию, были представлены, во-первых, относительно чистой, условно фоновой территорией с отсутствием промышленных объектов и очень низкой интенсивностью движения автотранспорта, расположенной на окраине города вблизи лесного массива (микрорайон Академгородок [14, 19, 23]) и, во-вторых, территориями с высоким общим уровнем загрязнения – в основном выхлопными газами автотранспорта – Железнодорожным районом (Красная площадь [14, 24]) и Октябрьским районом (проспект Свободный [9, 14, 24]). В каждом исследуемом участке города для анализа реакции растений сирени венгерской отбирали не менее чем по 100 шт. листьев (табл.). Эту операцию выполняли в нижней части кроны в среднем с 10 растений для каждого выбранного участка. Собранные листья помещали в полиэтиленовые пакеты и сразу доставляли в лабораторию, где на листовых пластинках делали промеры ширины и толщины листа. Измерения ширины выполняли линейкой с точностью 1,0 мм, а толщины – с помощью прибора Тургоромер-1, точность определения – 0,01 мм [10]. Для этого на листовой пластинке ровно посередине делали сгиб и в этом месте измеряли ширину листа и толщину правой и левой половин листа. Показатель толщины листа представлял собой среднюю арифметическую измерений обеих половин листа. Исследования были выполнены на полностью сформированных листьях сирени в сентябре 2013 года.

Результаты исследований и их обсуждение. Из данных, приведенных в таблице 1, можно видеть, что максимальные значения ширины и минимальные значения толщины листьев зарегистрированы у сирени, произрастающей на территории микрорайона Академгородок. Различия в величине рассматриваемых морфометрических параметров листьев между растениями из этого фонового участка и двух исследуемых загрязненных территорий г. Красноярска были существенными (р ≤0,05). Минимальное значение ширины листьев было отмечено для растений, произрастающих на городской территории Красная площадь, что может косвенно свидетельствовать о наибольшей степени загрязнения среды в этом участке. При этом взятые для анализа из насаждений участков Красной площади и проспекта Свободного листья сирени отличались между собой достоверно по ширине, но по толщине между ними различия не зарегистрированы.

Показатели ширины и толщины листьев сирени венгерской, произрастающей в различных по уровню загрязнения участках территории г. Красноярска

* – значения в строках с разными буквами различаются достоверно между собой в пределах каждой колонки по t-критерию при р ≤0,05; ** – количество листьев, взятых для измерения ширины, *** – количество листьев, взятых для измерения толщины.

Относительные значения ширины листьев растений, произрастающих на загрязненных территориях, уменьшились по сравнению с фоновым участком в среднем на 22 %, а значения толщины листьев возросли на 43 %. Величина безразмерного коэффициента, показывающего отношение ширины листа к его толщине (мм/мм), снизилась в условиях техногенного загрязнения по сравнению с фоном почти вдвое, а именно на 85 %.

В иностранной литературе при изучении реакции растений на загрязнение окружающей среды часто используется показатель удельной площади листа (specific leaf area, SLA) [26 и др.]., который представляет собой отношение площади листа к его сухой массе (см2/г) или, другими словами, площадь единицы массы листа. Этот параметр обычно возрастает при затенении растений (адаптивная реакция на ухудшение условий облучения, проявляющаяся в росте листовой поверхности и снижении толщины листа) и уменьшается при увеличении концентрации в атмосфере некоторых поллютантов (защитная реакция, выражающаяся в сокращении поверхности листа и повышении плотности его тканей) [30–32]. Как показано на нескольких сельскохозяйственных видах, листья растений, выращенных в более благоприятных (лабораторных или тепличных) условиях, характеризуются большей величиной удельной площади листа по сравнению с полевыми растениями [25, 27, 28].

В нашей работе в качестве критерия оценки степени загрязнения городской среды использовалось отношение ширины листа к его толщине. Априори известно, что площадь листа связана положительной зависимостью с его шириной, а на массу листа положительно влияет его толщина. Поэтому можно заключить, что два морфометрических параметра – удельная площадь листа и отношение ширины листа к его толщине – являются близкими, однотипными показателями и должны проявлять сходную ответную реакцию на действие стресс-факторов. Как было показано выше, в работе был зарегистрирован факт значительного снижения отношения ширины листа к его толщине у растений сирени венгерской, произрастающей в загрязненных районах г. Красноярска, по сравнению с относительно чистой городской территорией, что совпадает с данными по удельной площади листьев, опубликованными в литературе [32 и др.].

Заключение. Итак, в работе показана реакция листьев сирени венгерской на загрязнение городской среды (участки Красной площади, проспекта Свободного г. Красноярска по сравнению с фоновой территорией – микрорайоном Академгородок), выражающаяся в закономерном уменьшении ширины листа и увеличении его толщины. Толщина листьев реагировала на условия загрязнения среды относительно вдвое сильнее, чем их ширина. Продемонстрировано, что величина отношения ширины листьев к их толщине является чувствительным показателем состояния растений, произрастающих на загрязненных участках г. Красноярска, и может быть использована для оценки качества окружающей среды.