Содержание общего азота в листьях декоративных многолетников в условиях городской среды

Введение. Повсеместное развитие автотранспорта во всех регионах России ведет к загрязнению городской среды. В связи с этим большое значение имеет изучение динамики накопления загрязняющих веществ у растений, которые чаще всего используются в озеленении городской среды. Работы по влиянию техногенного загрязнения на растения проводятся в европейской части России, на Урале, в Кузбасском угольном бассейне и урбанизированных районах Восточного Забайкалья [Алексеев, 1987; Барахтенова, Николаевский, 1988; Матвеев и др., 1997; Мишкина, 1999; Кайдорина, 2009; Цандекова, 2009; Копылова, 2012]. В условиях урбанизированной среды растения, внешне сохраняя декоративное состояние, претерпевают значительные изменения биохимического состава и физиологических процессов. Промышленные газы и аэрозоли могут оказывать на растения комплексное и индивидуальное воздействие. Для оценки и прогноза состояния растений, подвергнутых воздействию газовых токсикантов, необходима ранняя диагностика нарушения их жизнедеятельности. Под действием загрязняющих веществ происходит подавление фотосинтеза, нарушение водообмена, многих биохимических процессов, снижение транспирации, общее угнетение роста и развития растений. Это приводит к изменению окраски листьев, некрозу, опадению листьев, торможению роста и развития растений [Горышина, 1991].

Одним из опасных загрязнителей воздуха является диоксид азота. При незначительных его концентрациях происходит изменение цвета листьев, а при кратковременном действии больших доз обнаруживаются буровато-черные участки, изменения эпидермы листа у растений. Двуокись азота даже в очень слабых концентрациях (0,01 мг/м³) вызывает нарушение азотного обмена у растений, а также влияние окислов азота оказывает отрицательное действие на процесс фотосинтеза. И з работ [Wannaz, 2003; Salemaa, 2004] известно о повышенных показателях серы, азота и тяжелых металлов у сосудистых растений за рубежом. В основном сведения касаются влияния автотранспортной нагрузки на поглотительную способность древеснокустарниковых растений. Однако данных об аккумулирующей способности декоративных травянистых многолетников [Цандекова, Седельникова, 2013], которые используются в озеленении городов, сел и поселков, недостаточно.

Цель работы. Изучение содержания динамики общего азота в листьях некоторых декоративных многолетников в условиях автотранспортной нагрузки.

Материалы и методы исследований . Работа проведена в 2012–2013 гг. в Институте экологии человека СО РАН и Центральном сибирском ботаническом саду СО РАН. Использованы объекты из семейства Касатиковых (Iridaceae) – Iris hybrida (ирис гибридный); Красодневовых (Hemerocalliaceae) – Hemerocallis hybrida (сорт Speak ty me – Спик ту ми); Хостовых (Hostaceae) –– Hosta siboldina, syn. H. glauca (Hook.) Engl . (Х. Зибольда), H. lancifolia Engl. – Х. ланцетолистная, H. fortunei (Baker) Bailey – Х. Форчуна [Декоративные …, 1977]. Это корневищные длительно вегетирующие, летне-осеннецветущие многолетники, широко используемые в озеленении [Седельникова, 2009]. Для анализа взяты надземные органы (листья): в период массового отрастания (07.06–19.06), цветения (23.07–26.07), плодоношения и осенней вегетации (25.09–27.09) для видов рода хоста ( Hosta ). Для ириса гибридного ( I. hybrida ) – в период массового отрастания (07.06–10.06), начала отцветания (23.07–25.07), плодоношения (25.09). Для лилейника гибридного ( H. hybrida ) их брали в период весеннего отрастания (07.06), начала цветения (27.07), отцветания и начала плодоношения (16.09– 25.09). Контролем служили особи, выращиваемые на экспозиционном участке лаборатории интродукции декоративных растений Центрального сибирского ботанического сада СО РАН. Участок расположен в районе п. Кирово, Приобский округ, лесостепная климатическая провинция, в 30–50 м от дороги второстепенного значения. Использовано два варианта: 1 - контроль; 2 - опыт, растения вблизи автомагистрали по ул. Российская (Научный центр СО РАН, Академгородок). Образцы высушивали, перемалывали в молотилке до мелкой фракции. В фиксированных и измельченных листьях определяли содержание общего азота методом Кьельдаля, модифицированным З.В. Чмелевой и С.Л. Тютеревым [Плешков, 1985]. Анализы проведены в лаборатории экологического биомониторинга Института экологии человека СО РАН (г. Кемерово). Статистический анализ данных выполнен с использованием пакета прикладных программ Statistica 6.1 и Microsoft Office Excel 2007.

Результаты исследований и их обсуждение. Анализ данных по накоплению общего азота в надземных органах хост показал некоторые индивидуальные различия у видов (табл.). Установлено, что наибольшее содержание азота у хосты ланцетолистной (H. lancifolia) в период начала цветения и плодоношения, как в контроле, так и вблизи автодороги по ул. Российская (1,8-1,88 % и 1,27-1,55 % соответственно). Наличие азота в листьях к осени изменяется. Так, у хосты ланцетолистной (H. lancifolia) и х. Зибольда (H. sieboldiana) в контроле и городской среде повышается, а у х. Форчуна (H. fortunei) понижается. Однако накопление азота в листьях к осени в 1,5–3,0 раза больше в городских условиях, чем в контроле. Возможно, некоторое понижение содержания азота в надземных органах хост в период цветения и плодоношения свя- зано с их перераспределением в подземные органы (корневища), которые также участвуют в накоплении азота. Очевидно, подвижное распределение азота по органам в соответствии с фенофазами развития хост следует в дальнейшем проанализировать.

Динамика накопления общего азота в листьях некоторых видов хост, % массы сухого вещества (средние данные за 2012 г.)

Примечание: м.отрастание – массовое; н.цветения – начало; опыт – вблизи автотранспорта по ул. Российская.

В листьях ириса гибридного ( I. hybrida ) высокое содержание азота было отмечено в период массового отрастания растений как в контроле, так и в опыте. Причем в месте автотранспортной нагрузки содержание азота было в 1,5 раза больше, чем в контроле. У лилейника гибридного ( H. hybrida ) наблюдали варьирование содержания азота в листьях в течение вегетационного периода как в контроле, так и в опыте (рис.). В контроле высокое содержание азота было в период начала цветения (1,86%), а в опыте в период плодоношения (1,83%). Наличие азота в листьях ириса гибридного ( H. hybrida ) в зоне автотранспортной нагрузки к осени в 2 раза увеличивалось, а в контроле в 1,5 раза понижалось. При сравнении показаний содержания азота у изучаемых растений было установлено, что поглотительная способность листовой поверхности у видов рода хоста ( Hosta ) выше в 1,5 раза, чем у лилейника ( Hemerocallis ), и в 0, 5 раза, чем у ириса ( Iris ). Отмечена видоспецифичность накопления азота в листьях данных объектов исследования вблизи автотранспортной дороги по ул. Российская в 2012 г., которая индивидуальна и связана с сезонным развитием растений. Так, у хосты ланцетолистной ( H. lancifolia ) и х. Зибольда ( H. sieboldiana ) , лилейника гибридного ( H. hybrida ) выявлено повышение содержания азота в листьях к концу вегетации, тогда как у ириса гибридного ( I. hybrida ) и хосты Форчуна ( H. fortunei ) – понижение. Однако эти виды устойчивы и обладают аккумулирующей способностью азота листовой поверхностью в местах автотранспортной нагрузки (ул. Российская), характеризовались различным содержанием общего азота в листьях в условиях автотранспортной нагрузки по ул. Российская, где сильнее выражено загрязнение окислами азота.

□ Ряд1

□ Ряд2

□ Ряд3

% фенодата

Динамика содержания азота в листьях ириса гибридного (I. hybrida) (1 – контроль, 2 – опыт) и лилейника гибридного (H. hybrida) (3 – контроль, 4 – опыт) в вегетационный период 2012 г.

(ряд 1 – 07.06, ряд 2 – 27.07, ряд 3 – 25.09)

Выводы

• 1.    У всех видов хост, произрастающих вблизи главной автотранспортной магистрали по ул. Российская (Научный центр, Академгородок), установлено высокое накопление азота в листьях в период массового отрастания (июнь), у лилейника гибридного ( Hemerocallis hybrida ) и ириса гибридного ( Iris hybrida ) в период плодоношения (сентябрь).

• 2.    Отмечена видоспецифичность в накоплении азота у трех видов рода Хоста ( Hosta ): у хосты Зибольда ( H. sieboldiana ) содержание азота выше в 2–4 раза к осени по сравнению с х. ланцетолистной ( H. lancifolia ) и х. Форчуна ( H. fortunei).

• 3.    Количественное накопление общего азота в листьях представителей родов Хоста ( Hosta ) , Лилейник ( Hemerocallis ) , Ирис ( Iris ) служит биотестированием при оценке состояния в условиях загрязнения окружающей среды выбросами автотранспорта.