Особенности содержания фотосинтетических пигментов в хвое сосны обыкновенной в условиях нефтяного загрязнения

Лесные экосистемы на территории Нижневартовского района ХМАО-Югры, находятся в условиях интенсивного антропогенного воздей-ствия в связи с развитием нефтедобывающего комплекса [3]. Для рационального использования лесных ресурсов на территории округа необходимы данные об особенностях влияния и устойчивости древесных растений к антропогенным факторам среды. Поэтому изучение этой проблемы является весьма актуальным.

Важным показателем жизнеспособности древесных растений является развитие и функциональное состояние их ассимиляционного аппарата. Особенности его развития определяют процессы фотосинтеза, транспирации, дыхания и биологическую их продуктивность. Одним из маркеров уровня антропогенной загрязненности территории может служить пигментный состав листьев.

Исследования выполнены на лицензионной территории Самотлорского месторождения (Ханты-Мансийский автономный округ, Нижневартовский район, на расстоянии 30 км от г. Нижневартовска). Почвенный покров в районе проведения исследований отличаются специфичностью условий почвообразований. Большую часть территории занимают болотные верховые, переходные и низинные почвы. Они формируются в условиях постоянного увлажнения под болотной растительностью. Характерной особенностью данных почв является накопление мощного слоя торфа. Эти почвы характеризуются кислой реакцией среды, с неблагоприятным воздушным, тепловым, водным режимами и обеспеченностью питательными веществами. Почвообразующие породы представлены четвертичными отложениями различной мощности – песком, супесями, суглинками [4]. Пробные площади (ПП) закладывались в естественных насаждениях сосны обыкновенной в условиях нефтяного загрязнения почвы (рис. 1). Отбор образцов хвои (1-4 года жизни) проводили с 25-30-летних деревьев в июле 2015 г.

Геоботаническое описание растительных сообществ проводилось по стандартной методике

Раменского [7]. Все исследуемые ПП были проанализированы, сходные по своим параметрам – объединены по видовому составу и проективному покрытию. Названия видов высших растений даны по С.К. Черепанову [10]. Расчет проективного покрытия приведен в процентах (%). Определялось содержания пигментов в хвое сосны обыкновенной, произрастающей в условиях нефтяного загрязнения почвы. Содержание хлорофиллов (Chl a и b) и каротиноидов (Car) в хвое Pinus sylvestris (L.) определяли на спектрофотометре SPECORD 30 Analytik jena (Германия) в ацетоновых экстрактах (поглощение 662, 644 и 470 нм, соответственно) по общепринятой методике [1, 8]. Концентрацию пигментов рассчитывали по формуле Хольма-Веттштейна [14].

Сообщества верхового болота представлены сосново-кустарничково-сфагновыми (Sphag-netum pineto-fruticulosum) ассоциациями (табл. 1). Древесный ярус представлен в основном молодым сосняком, с примесью сосны сибирской и березы повислой. Кустарниковый ярус состоит из березы карликовой. Травянокустарничковый ярус составлен кустарничками: клюква болотная, брусника, мирт болотный, подбел обыкновенный, морошка, чуть меньше покрытие у пушицы влагалищной, пушицы узколистной, багульника болотного, голубки; по понижениям встречаются сабельник болотный, вахта трехлистная, хвощ топяной, а из осок: осока волосистоплодная, осока плетевидная, осока топяная, а также вейник незамеченый. Моховолишайниковый ярус состоит из сфагнума бурого, сфагнума узколистного, сфагнума Руссова, плевроциум Шребера, кладонии альпийской, кладонии мягкой.

При сопоставлении уровня содержания нефтепродуктов в почве (табл. 2) и содержания пигментов в хвое сосны (рис. 3) установлены некоторые особенности. Показано, что суммарное содержание хлорофиллов выше на участках с низким уровнем содержания нефтепродуктов в почвенном покрове. Наиболее высокое содержание Chl a было зафиксировано на контрольном участке (0,57 мг/г), а в условиях среднего и сильного нефтяного загрязнения почв (концентрация нефтепродуктов 29,45%, 35,93%) данный показатель достоверно снижался 0,11-0,06 мг/г (рис. 3). Такая же закономерность проявляется в содержание Chl b. В условиях среднего и сильного нефтяного загрязнения снижается в на 0,38-0,23 мг/г в сравнении с показателем в контроле (2,08 мг/г). На участке со слабым нефтяным загрязнением содержание Chl b держится практически на одном уровне (1,93-1,71 мг/г). Полученные результаты свидетельствуют о чувствительности Chl a сосны обыкновенной по сравнению с Chl b. Ранее, отмечалось, что у сосны в большей степени происходит снижение концентрации хлорофилла b и суммы хлорофиллов, а в меньшей степени – хлорофилла а [6].

Рис.1. Расположение ПП на территории Самотлорского месторождения

Таблица 1. Видовой состав растений исследуемых сообществ (июль 2015 г.)

Таблица 2. Содержание загрязняющих веществ в почвах на участках исследования (02.07.2015)

Рис. 3. Общее содержание пигментов в хвое Pinus sylvestris (L.) в условиях нефтяного загрязнения почвы

В публикациях А.А. Шлык, С.Е. Аллен, Н.К. Бордман и др. мы можем найти объяснение полученных нами результатов, в которых говорится о возможности Chl b выполнять защитную функцию. Избыточное поступление токсичных веществ, перегрев листовой пластинки неизбежно приводят к водному дефициту. Возможно, что недостаток воды и приводит к изменению отношения хлорофиллов. В рамках экспериментальных исследований ими установлено, что субстратом для формирования молекул Chl b являются вновь образованные, лабильные, так называемые «молодые» молекулы Chl a , которые в темноте, при действии специального фермента, превращаются в молекулы Chl b [9, 11, 12]. Это, с нашей точки зрения, может быть еще одним объяснением преобладающего разрушения Chl a.

Анализируя содержание каротиноидов в хвое сосны, можно сказать, что их содержание, произрастающей в условиях нефтяного загрязнения, достоверно снижается от 0,32 до 0,43 мг/г, соответственно, в сравнении с аналогичным показателем у сосны в условиях контроля (1,01 мг/г). У ряда авторов [2, 5] показано, что нефтяной стресс приводил к увеличению содержания каротиноидов, что является свидетельством адаптации растений к поллютанту. В наших исследованиях такой закономерности обнаружено не было.

У сосны обыкновенной в условиях среднего и сильного нефтяного загрязнения почв (концентрация нефтепродуктов 29,45%; 35,93%) по сравнению с контролем наблюдается уменьшение соотношения концентрации хлорофиллов а и b (рис. 4). На участках со слабым загрязнением почвы (концентрация нефтепродуктов 2,58%, 8, 87%) данный показатель выходит почти на уровене с контрольным. Соотношение суммы хлорофиллов а и b к каротиноидам у сосны на исследуемых участках со средним и сильным уровнем загрязнения почвы превышает контрольный, тогда как на участках со слабым загрязнением почвы оно находится с ним практически на одном уровне.

Рис. 4. Соотношения хлорофиллов и суммы хлорофиллов к каротиноидам в хвое Pinus sylvestris (L.) в условиях нефтяного загрязнения почвы

Выводы: загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами приводит к снижению общего содержания пигментов в хвое сосны обыкновенной. Рекультивация нефтяных загрязнений и оборудование шламовых амбаров не способствуют полной их изоляции.

Исследование выполнено при финансовой поддержки Минобрнауки РФ (проект № 2148).