Особенности водного режима березы бородавчатой (Betula pendula Roth) в течение вегетационного периода на территории города Уфы Республики Башкортостан

В настоящее время антропогенные факторы и техногенез определяют состояние органического мира и перспективы его развития [1-6] и оказывают негативное влияние на живые организмы, которое сравнимо по своим масштабам и значению с такими важнейшими факторами, как температура, свет, вода. В современных крупных городах с высоким уровнем техногенного загрязнения лесная растительность и лесообразующие виды оказываются критических экологических условиях. Для определения степени воздействия негативных факторов на растительный организм, а также направленности и стратегии адаптивных изменений изучались особенности водного режима растений [7].

Цель работы : изучение особенностей адаптивных реакций древесных растений в условиях нефтехимического загрязнения г. Уфы.

Методика исследования. В ходе исследования был изучен водный режим березы бородавчатой (Betula pendula Roth) в условиях нефтехимического загрязнения в течение вегетационных периодов (2010-2012 гг.). Эти древесные растения были выбраны в качестве объектов исследований ввиду их широкого использования для создания санитарно-защитных насаждений. Пробные площади находятся на разном удалении от основных объектов нефтехимического загрязнения (группа Уфимских НПЗ в северной части города). Относительным контролем были выбраны насаждения

Рыбакова Екатерина Александровна, аспирантка на территории Юматовского лесничества Уфимского лесхоз-техникума, пос. Уптино. Расположение пробных площадей показано на рис. 1.

Для определения параметров водного режима образцы растительного материала отбирали из средней части кроны не менее чем с 20 деревьев, произрастающих в средних рядах лесонасаждений. Отбор листьев производили в течение дня 6 раз (в 8.00, 12.00, 15.00, 18.00, 21.00, 24.00 часов). Исследование водного режима ассимиляционных органов древесных растений проводили следующим образом. Листья взвешивались непосредственно после сбора (m 1 ), затем через 3 минуты, в течение которых ассимиляционные органы лежали на рассеянном свету (m 2 ), затем помещали их в закрытый сосуд с водой (черешки погружены в воду) и через 3 часа производили повторное взвешивание для определения массы полностью насыщенных водой листьев (m 3 ), последнее взвешивание производилось после сушки листьев в термостате, и определялась масса абсолютно сухих листьев (m 4 ). Взвешивание ассимиляционных органов во всех случаях производилось на весах Waga torsyjNA – WT (Poland). Для расчета ИТ использовались значения m 1 и m 2, при определении ВД m 1 и m 3, при определении ОСВ m 1, m 3, m 4. Для определения особенностей изменения водного режима в течение суток, значения, полученные в зонах с различной степенью загрязнения, сравнивались со значениями зоны «условного контроля». В последующем многолетние данные определяемых параметров усредняли, таким образом, на рисунках представлены средние значения за все годы исследований.

Рис. 1. Карта-схема расположения пробных площадей на территории г. Уфы:

1 – группа Уфимских НПЗ – зона II повышенного загрязнения, 2 – Республиканский выставочный центр (РВЦ), Октябрьский р-н г. Уфы, 3 – парк имени «Лесоводов Башкирии», Октябрьский р-н г. Уфы – зона I умеренного загрязнения, 4 – Юматовское лесничество Уфимского лесхоз-техникума, д. Уптино – зона «относительного» контроля

Результаты и их обсуждение. В начале вегетационного периода получены следующие результаты. В зоне слабого загрязнения атмосферного воздуха (зона I) значения интенсивности транспирации (ИТ) чаще ниже контроля (19-79%). Исключением стало превышение, которое определилось в ночные часы (172%). Влияние загрязнения отмечено и на водный дефицит (ВД). В 8.00 часов утра отклонения отсутствуют. Последующие измерения показывают увеличение ВД относительно контроля от 115-373% до максимального значения, зафиксированного в 18.00 часов, которое составило 3523%. Относительное содержание воды

(ОСВ) в большинстве случаев ниже контроля. Наблюдается постепенное снижение значений с 100,1% до 80,2%.

В зоне II наблюдается увеличение отклонений по всем параметрам. По значениям ИТ отмечены значительные колебания относительно контроля: как в сторону снижения 30-42%, так и в сторону увеличения 113-567%. Как и в зоне I диапазон значений ВД также очень широк: от 46-83% до 5751%. Значения ОСВ чаще выше контроля 100,9105,6%, но отмечены и понижения 82,4-95,1% (рис. 2).

Рис. 2. Изменение параметров водного режима березы бородавчатой (Betula pendula Roth) в течение суток в условиях загрязнения. Июнь

В середине вегетационного периода в зоне I полученные результаты чаще показывают снижение значений ИТ относительно контроля (19-93%), но в 15.00 часов наблюдается небольшое превышение – 119%. ВД в большинстве случаев значительно ниже контроля (11-58%). Единственное увеличение относительно контрольных значений (287%) отмечено в 21.00 час. ОСВ в утренние и дневные часы выше, чем в контроле и составляет от 115,3 до

142,0%. С 21.00 часа наблюдается постепенное снижение параметра до 91,6 % контроля.

В зоне II отмечаются низкие значения ИТ в утренние и вечерние часы – от 34 до 52% от контроля и значительное отклонение в сторону увеличения в 12.00 часов дня (381%). Значения ВД выше контрольных значений утром (117%) и вечером

(238-250%), в дневные часы отмечено снижение относительно контроля (19-72%). Значения ОСВ незначительно ниже контроля в утренние часы (94%). С 12.00 до 18.00 часов наблюдались значения выше контрольных (145,1-108,1%). Постепенное снижение параметра до 70,7% отмечается к ночи.

Рис. 3. Изменение параметров водного режима березы бородавчатой (Betula pendula Roth) в течение суток в условиях загрязнения. Июль

В конце вегетационного периода в зоне I в течение суток ИТ в большинстве случаев превышает контроль: в утренние и дневные часы изменения параметра довольно велики (41-449%), а с 18.00 часов отмечается постепенное снижение диапазона колебаний (137-150%). Чередование снижений (56-93%) и повышений (145-194%) значений относительно контроля характерны в течение суток для такого параметра как ВД. ОСВ воды в листьях чаще фиксировалось выше контроля (101,3-118,9%), снижение отмечалось дважды до

94,6-95,3%. В зоне II для параметров ИТ и ВД получены похожие результаты. Так, ИТ в течение суток постоянно изменяется от 47-89% до 180-419% от контрольных значений. Результаты, показывающие увеличение частоты колебаний, как в сторону снижения, так и в сторону увеличения от контроля, отмечаются и для параметра ВД. В целом за сутки наблюдений эти изменения составили от 17-83% до 107-131%. Изменения относительно контроля наблюдались и в значениях ОСВ от 87,7-99,0% до 105,9-108,9%.

Рис. 4. Изменение параметров водного режима в листьях березы бородавчатой (Betula pendula Roth) в течение суток в условиях загрязнения. Август

Выводы: исследования, проведенные в течение вегетационного периода, показали влияние степени загрязнения на водный режим березы повислой. Начало вегетационного периода в зоне I характеризуется снижением значений ИТ, увеличением значений ВД и снижением ОСВ в листьях относительно контрольных значений. При увеличении степени загрязнения в зоне II отклонения по параметрам ИТ и ВД значительно усиливаются как в сторону понижения, так и в сторону увеличения значений относительно контроля. Еще одной особенностью водного режима в обеих зонах является то, что максимальные отклонения по всем параметрам наблюдаются во второй половине дня.

Середина вегетации также характеризуется снижением интенсивности транспирации в зоне I. С увеличением загрязнения возрастает и количество отклонений параметра от контроля. Большое влияние, не зависящее от степени загрязнения, отмечается на водный дефицит в ассимиляционных органах. Это проявляется в значительных отклонениях параметра от контроля, как в сторону повышения, так и в сторону понижения. Отмечено, что от степени загрязнения незначительно зависит ОСВ: значения выше контроля днем и ниже контроля вечером наблюдаются в зоне I и II. Особенностью является то, что в обеих зонах в утренние и дневные часы наблюдается снижение ВД и увеличение ОСВ относительно контрольных значений.

В конце вегетационного периода в зонах с различной степенью загрязнения наблюдается увеличение частоты и диапазона колебаний таких параметров как ИТ и ВД. Интенсивность транспирации относительно контроля возрастает. ОСВ относительно контрольных значений в зоне I возрастает, а в зоне II снижается.