Особенности роста ассимиляционного аппарата клена остролистного (Acer platanoides L.) в условиях загрязнения

На протяжении последних нескольких десятилетий ведутся работы по изучению роли растений в улучшении качества техногенной среды обитания в связи с их способностью поглощать промышленные эксгалаты, включая их в собственные метаболические процессы, и тем самым снижать их содержание в окружающей среде, прежде всего – в атмосферном воздухе. Морфологические данные могут служить индикатором изменчивости популяции в различных условиях произрастания [1]. Из всего комплекса морфологических параметров ассимиляционного аппарата древесных растений наиболее важными в плане оценки устойчивости растения к техногенезу и его адаптивного потенциала являются: линейные размеры и площадь листовой пластинки. Линейные размеры и площадь листовой пластинки служат важнейшими показателями при определении баланса углерода, солнечной энергии, водного режима в лесных экосистемах. Индекс листовой поверхности деревьев тесно связан с общей площадью листьев и другими морфологическими характеристиками, в том числе с линейными размерами листовой пластинки [2]. Удельная площадь листьев зависит не только от интенсивности освещения сезона, густоты насаждений [3], но и от действия техногенных факторов.

Клен остролистный не является основной лесообразующей породой, при этом он широко представлен в подлеске практически во всех типах леса, а также в городских лесах. Но, несмотря на столь широкое распространение, экологобиологические характеристики данного вида в условиях промышленного загрязнения слабо изучены.

Васильева Ксения Анатольевна, аспирантка

Цель работы: изучение особенностей роста ассимиляционного аппарата клена остролистного ( Acer platanoides L.) в условиях преобладающего нефтехимического типа загрязнения окружающей среды.

Исследования проводились в течение вегетационного периода в пределах границ Уфимского промышленного центра. Территория Уфимского промышленного центра была условно поделена на 3 зоны: в непосредственной близости от источника нефтехимического загрязнения (группа Уфимских НПЗ) – зона максимального уровня нефтехимического загрязнения, зона среднего уровня загрязнения в парке им. Гафури и зона условного контроля за чертой города на территории Юматовского лесничества Уфимского лесхоз-техникума, пос. Уптино. В каждой зоне были заложены постоянные и временные пробные площади. Закладка пробных площадей проводилась согласно стандартным методикам [4-7]. Листья для морфологических исследований собирались в течение вегетационного периода (июнь-июль-август). Образцы брались с южной части кроны опушечных деревьев на высоте до 2 м. Собранные листья гербаризировались.

Исследования проводились на гербарном материале. Из каждой партии листьев рандомизировано [5, 6] выбирались листья, у которых измерялись следующие параметры: длина листа (мм), ширина листа (мм), площадь листа (см2). Масса листовой пластинки определялась в воздушносухом состоянии на электронных лабораторных весах ВЛТЭ-150 (Госметр, Россия). Длину и ширину листа определяли при помощи штангенциркуля с точностью до 0,01 мм. Площадь листа измеряли программой по определению площади сложных фигур «AreaS» 2.1 [8], работа которой основана на сканировании двух фигур, площадь одной из которых известна (шаблон), их сравнением с последующим расчетом площади другой фигуры. Погрешность определения площади не превышает 0,001%. Для определения площади фигур с помощью программы «AreaS» было использовано следующие оборудование и программное обеспечение: ПК, сканер, графический редактор с возможностью сканировать изображения (IrfanView).

В результате исследований было установлено, что средняя длина листовой пластинки клена остролистного варьирует от 9,87 до 11,9 см. Максимальная длина листа отмечена в зоне относительного контроля (ПП №3 – 13,7 см), минимальная – в зоне среднего загрязнения (ПП №2 – 8 см) соответственно (табл. 1). Максимальные и минимальные значения длины листовой пластинки в зоне сильного загрязнения меньше по сравнению с условиями относительного контроля. Наибольшая разница в длине листовой пластинки в зонах наблюдается в начале и в конце вегетационного периода. В условиях контроля листья длиннее, чем в зоне сильного и среднего загрязнения в начале вегетации, в то время как в конце наблюдается обратная картина. С июля по август происходит существенное изменение в разнице длины листовой пластинки. Ширина листовой пластинки клена остролистного варьирует от 14,67 до 16,86 см. Наиболее широкие листья характерны для зоны контроля (ПП №3 – 16,86 см). Наименьшая ширина наблюдается у листьев, собранных в зоне сильного загрязнения (ПП №1 – 14,67 см). Аналогично длине максимальные и минимальные значения ширины листвой пластинки зоны контроля выше соответствующих значений зоны сильного загрязнения.

Таблица 1. Средние значения длины (см) и ширины (см) листовой пластинки клена остролистного в условиях Уфимского промышленного центра

Примечание: M* - среднее значение длины и ширины листовой пластинки клена остролистного в условиях Уфимского промышленного центра (см)

Наибольшая разница в ширине листовой пластинки в зонах наблюдается в начале вегетационного периода (табл. 1). В начале вегетационного периода лист существенно шире в контроле (на 2,2 см). В зоне контроля в середине вегетационного периода разница между средней шириной листа не намного больше, чем в зоне среднего и сильного загрязнения (0,2 см). В конце вегетационного периода разница практически отсутствует (0,5 см). Таким образом, на линейные размеры листовой пластинки клена остролистного оказывает влияние промышленное загрязнение, что проявляется в уменьшении значений данных параметров с усилением загрязнения и в увеличении значений длины в конце периода вегетации.

Площадь листовой пластинки колеблется в пределах 112,33-124,86 см2 (рис. 1А). На территории Уфимского промышленного центра наибольшие размеры зафиксированы у листьев, отобранных в зоне сильного загрязнения (124,8 см²). Наименьшие размеры также отмечены в зоне сильного загрязнения (112,3 см²). Масса листовой пластинки (рис. 1Б) в условиях загрязнения изменяется в течение вегетационного периода с 0,294 до 0,317 г, в условиях среднего уровня загрязнения с 0,353 до 0,425 г, в условиях относительного контроля с 0,260 до 0,374 г.

Рис. 1. Площадь (см²) и масса (г) листвой пластинки клена остролистного в условиях Уфимского промышленного центра:

I – зона сильного уровня загрязнения, II – зона среднего уровня загрязнения, III – зона относительного контроля

Исследования показали (рис. 2), что в условиях максимального уровня загрязнения в течение вегетационного периода отмечается снижение коэффициента корреляции между площадью и массой листовой пластинки, что может говорить о нарушении стабильности развития листовой пластинки. Уменьшение морфометрических параметров листа по мере усиления загрязнения может быть объяснено подавлением промышленными загрязнителями деятельности ростовых клеток.

А. Июнь

Площадь, см2

Рис. 2. Отношение площади к массе листвой пластинки клена остролистного в условиях Уфимского промышленного центра. Обозначения те же, то и на рис.1.

Выводы:

• 1.    В условиях нефтехимического загрязнения отмечается уменьшение размеров листовой пластинки (длины и ширины листа) клена остролистного. Соответственно отмечается уменьшение площади и массы листа клена в условиях загрязнения.

• 2.    Уменьшение морфометрических параметров листьев клена остролистного по мере усиления загрязнения можно рассматривать как адаптивные реакции данного вида на действия нефтехимического загрязнения, направленные на обеспечение устойчивого роста и развития в данных экстремальных лесорастительных условиях.

Работа выполнена при поддержке Гранта «Адаптивный потенциал и устойчивость древесных растений в техногенных условиях» (Аналитическая ведомственная целевая программа Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы», регистрационный номер: 2.1.1/11330).