Состояние древесных растений в разных экологических зонах сибирского города

Проблеме устойчивости древесных растений в урбанизированной среде посвящено значительное число работ [1-3, 5, 6], однако эти исследования остаются актуальными ввиду специфичности условий разных промышленных городов и объектов . Некоторые аспекты взаимодействия «растения – городская среда» недостаточно изучены, в частности, особенности развития листового аппарата древесных растений. Параметры листа как специализированного ассимилирующего органа, с одной стороны, отличаются эволюционным консерватизмом и достаточно устойчивы к модифицирующему влиянию среды, с другой, обладают высокой степенью морфологической адаптации, играя важнейшую роль в приспособлении растений к многообразным условиям, включая зоны с техногенным загрязнением [1–3].

Цель исследований: анализ жизненного состояния Betula pendula Roth. и Тilia cordata Mill. и сравнительная оценка показателей вегетативных органов растений в различных экологических условиях г. Новосибирска.

Методы исследования. Исследования B. pendula и Т. cordata проводились в течение вегетационного периода 2015 г. на территории г. Новосибирска. Для сравнительной оценки выделено 10 объектов озеленения в разных экологических зонах города (табл. 1). Экологическая обстановка проанализирована по литературным данным [3, 4] и на основе интегральной экологической карты г. Новосибирска (рис. 1). В качестве контроля использованы насаждения в экологически благоприятных условиях на территории Центрального сибирского ботанического сада (ЦСБС СО РАН).

Жизненное состояние древесных растений оценивалось по степени повреждения (изменения) ассимиляционного аппарата и крон растений согласно методике В.С. Николаевского с соавторами [5]. Учитывалось количество живых ветвей в кроне и степень

облиственности крон, количество поврежденных листьев. По результатам оценки деревья B. pendula и Т. cordata разделены на три категории – хорошего (3 балла), удовлетворительного (2) и неудовлетворительного состояния (1 балл).

Рис. 1. Интегральная экологическая карта г. Новосибирска (2006 г.)

Сбор материала для изучения морфологических показателей листьев проводился каждые десять дней, дата первого сбора – 10 июня, последнего – 20 июля. С 10 модельных особей, отобранных методом случайной выборки, из средней части кроны отбирали 10 листьев для замера абсолютных и относительных параметров листовой пластинки: длины (А), ширины (В), площади (S), листового коэффициента (В/А). Общий объем выборки для анализа морфометрических показателей составил 4500 листьев. Для измерений использовали комплекс анализа изображений «SIAMS». Обработка полученных данных проведена с использованием общепринятых методов статистики.

Таблица 1. Характеристика объектов проведения исследований

№ объекта озеленения	Название объекта	Экологическая обстановка
1	бульвар на Красном проспекте	крайне неблагоприятная
2	ул. Богдана Хмельницкого	крайне неблагоприятная
3	ул. Центральная (п. Краснообск)	неблагоприятная
4	ул. Восточная (п. Краснообск)	неблагоприятная
5	Морской проспект (Академгородок)	неблагоприятная
6	Проспект акад. Лаврентьева (Академгородок)	неблагоприятная
7	Первомайский сквер	крайне неблагоприятная
8	сквер Славы	крайне неблагоприятная
9	парк на набережной р. Обь	крайне неблагоприятная
10	ПКиО «Березовая Роща»	крайне неблагоприятная
11	дендрарий ЦСБС (контроль)	относительно благоприятная

Результаты и их обсуждение. Территория г. Новосибирска неоднородна по экологическим условиям. Значительная часть города подвержена техногенному загрязнению, где экологическая обстановка характеризуется как неблагоприятная или критическая, опасная или крайне опасная для здоровья населения [1, 2]. Высокий уровень загрязнения воздушного бассейна во многом обусловлен выбросами теплоэнергетических предприятий и автомобильного транспорта, на долю которых приходится более ¾ всех эмиссий. Подавляющий вклад (более 80%) в загрязнение воздушной среды формальдегидом, бенз(а)пиреном и некоторыми другими токсическими веществами вносит автотранспорт [2]. Насаждения улиц и магистралей подвержены особо сильному техногенному воздействию, вызывающему угнетение ростовых и физиологобиохимических процессов, снижение устойчивости растений, нарушения декоративного облика деревьев и кустарников. Значительный стресс испытывает растительность городских садов и парков, подвергаясь влиянию загрязняющих веществ и высокой антропогенной нагрузке.

Исследование особей Betula pendula на бульваре Красного проспекта показало, что 14% из общего числа деревьев березы имеют хорошее жизненное состояние, 80% – удовлетворительное и 6% – неудовлетворительное (табл. 2). Выявлено, что отмирание ветвей кроны происходит по вершинному типу, что свидетельствует о дефиците влаги. На стволах деревьев зафиксированы морозобойные трещины, не зарастающие раны (прорости), сухобочины. Такого рода пороки возникают в результате нарушения деятельности камбия, разрыва тканей дерева при резкой смене температур и увеличения механического напряжения на границах разных групп клеток [6]. Наличие у древесных растений незарастающих ран (прорость открытая, сухобокость, трещины) косвенно свидетельствует о дефиците питательных веществ [1].

У 90% растений Betula pendula , произрастающих на главной магистрали города в зоне высокого экологического риска, отмечены изменения формы листовой пластинки без изменения ее окраски (рис. 2г), что обусловлено постоянным поступлением токсичных газов невысокой концентрации в приземные слои воздуха [7]. Имеются данные [8], что основные отклонения от нормы лист приобретает на стадии внутрипочечного развития, наиболее значительное влияние городские условия оказывают на деятельность меристемы в период заложения и формирования листа. У 10% исследованных растений на бульваре Красного проспекта выявлена незначительная деформация листовой пластинки, что, вероятно, связано с различной генотипической устойчивостью форм.

В отдаленных районах г. Новосибирска (п. Крас-нообск , Академгородок) большинство экземпляров B. pendula (80-82%) имели хорошее жизненное состояние, 20-22% – удовлетворительное. Суховершинные деревья не превышали 8% от числа обследованных, в основном эти растения произрастали вблизи парковок автотранспорта. Особей с неудовлетворительным жизненным состоянием не зафиксировано. На магистралях деформация листовых пластинок отмечена не более чем у 15% особей B. pendula . В парках и скверах г. Новосибирска, независимо от экологической обстановки, преобладали растения B. pendula хорошего жизненного состояния, лишь у некоторых деревьев отмечены морозобоины, открытые и закрытые прорости, сухие ветви в кроне. Изменение формы листовых пластинок не обнаружено (рис. 2б, рис. 2в).

Таблица 2. Характеристика насаждений Betula pendula на объектах разных эколого-функциональных групп

Объект озеленения	Жизненное состояние растений (%)			Суховершинные деревья (%)	Деревья с деформацией* листьев (%)
	неуд.	уд.	хор.
1	6	80	14	50	90
3	-	18	82	4	5
5	-	20	80	8	15
7	-	20	80	2	-
8	-	15	85	-	-
9	-	20	80	-	-
10	-	10	90	-	-
11	-	10	90	-	-

Примечание: номер объекта озеленения здесь и далее соответствует таблице 1; * – видоизменение формы, асимметрия и скручивание листовой пластинки

Рис. 2. Листья Betula pendula :

а – в зоне контроля, б – в парке на набережной р. Обь, в – в Первомайском сквере, г – на бульваре Красного проспекта

У контрольных экземпляров B. pendula из дендрария ЦСБС суховершинность не обнаружена, жизненное состояние растений оценивалось как хорошее. Листья имели форму, характерную для данного вида, морфологических отклонений не выявлено. При этом в экологически чистой зоне на листьях зафиксированы интенсивные энтомоповреждения, что косвенно может свидетельствовать о слабом техногенном воздействии (рис. 2а). Сравнительный анализ параметров листовых пластинок деревьев B. pendula, произрастающих на магистралях и в контроле, показал, что в более загрязненных условиях происходит уменьшение листовой пластинки (рис. 3). Полученные данные согласуются с имеющимися сведениями о том, что явление мелколистности возникает в результате торможения роста ассимиляционного аппарата при техногенной нагрузке [7]. Также выявлено увеличение вариабельности признаков листьев растений вдоль магистралей, особенно по длине и ширине листовых пластинок (табл. 3).

■ длина ширина

Красный       ул.       Морской    Дендра рий проспект Центральная   проспект       ЦСБС

(контроль)

Рис. 3. Параметры листовых пластинок B. Pendula

Площадь листьев, собранных на бульваре Красного проспекта в зоне с крайне неблагоприятной экологической обстановкой, не превышала 76%, в зоне средней опасности – 96% от площади листьев контрольных экземпляров. Наименьший листовой коэффициент так же отмечен для зоны с крайне неблагоприятной экологической обстановкой. При этом, как уже отмечалось выше, несмотря на крайне неблагоприятный общий фон отдельных районов города, в парках и скверах (объекты № 7, 10) обстановка достаточно благоприятная для формирования нормальных вегетативных органов, в частности, здесь наблюдаются растений с максимальной площадью листьев (табл. 4).

Таблица 3. Варьирование параметров листовых пластинок B. pendula

Коэффициент вариации параметров листовой пластинки, V(%)	Красный проспект	ул. Центральная	Морской проспект	Контроль
А	19,52	19,61	13,14	17,16
В	22,36	21,14	14,3	16,26
В/А	18,35	11,49	10,67	11,69
S	14,34	12	13,51	10,23

Анализ сезонной динамики листовой пластинки показал, что на бульваре Красного проспекта (крайне неблагоприятная экологическая обстановка) рост листьев прекратился раньше, чем в зоне неблагоприятной экологической обстановке и в контроле (рис. 4). Сокращение продолжительности роста ассимиляционного аппарата является приспособительной реакцией растений к неблагоприятным условиям города [7]. Нарушения, выявленные у особей B. pendula, произрастающих на магистралях города, указывают на то, что растения не могут выполнять необходимые функции в полном объеме. Снижение плотности крон, уменьшение размеров ассимиляционных органов являются характерными признаками хронического поражения растений абиотическими факторами городской среды [7, 9]. Таким образом, вид B. pendula в большей степени пригоден для озеленения скверов и парков, а также для широкого использования в экологически благоприятных зонах.

Таблица 4. Параметры листовых пластинок B. pendula на городских объектах в разных экологических зонах города

Объект озеленения	B/A	S, см2		Экологическая обстановка
		M±m M	Lim
1	0,71	9,88±0,43	6,49–14,34	крайне неблагоприятная
3	0,73	11,28±0,59	7,26–16,13	неблагоприятная
5	0,73	12,59±0,74	8,11–14,88	неблагоприятная
7	0,79	15,83±0,67	13,38–20,65	крайне неблагоприятная
8	0,76	13,34±0,68	10,77–16,62	неблагоприятная
9	0,77	14,3±0,91	10,59–19,14	крайне неблагоприятная
10	0,78	17,34±1,33	11,09–24,75	крайне неблагоприятная
11	0,8	13,08±0,77	9,16–16,02	относительно благоприятная

Рис. 4. Динамика роста листовой пластинки B. pendula

Исследование особей Тilia cordata , произрастающих на магистралях показало, что в зонах с крайне неблагоприятной экологической обстановкой неудовлетворительное жизненное состояние имеют 2% растений, остальные – хорошее и удовлетворительное. В кроне деревьев удовлетворительного состояния отмечено до 10-30% сухих ветвей. В зонах с неблагоприятной обстановкой растения имели хорошее (92%) и удовлетворительное (8%) жизненное состояние, суховершинных деревьев не обнаружено (табл. 5). У нескольких особей отмечены морозобоины, открытые и закрытые прорости. Изменение формы листьев не обнаружено. В садах и парках отклонений в росте и развитии особей Т. cordata не выявлено. У некоторых деревьев зафиксированы морозобоины, открытые прорости, сухие ветви в кроне (до 10-20%). Аномалий в форме и размерах листьев не обнаружено, жизненное состояние 90–92% особей оценивалось как хорошее, у 8–10% – удовлетворительное. В контроле суховершинных деревьев также не обнаружено. Жизненное состояние всех растений оценивалось как хорошее. Однако в этих насаждениях на листьях Т. cordata отмечены более интенсивные, чем на городских объектах, повреждения фитофагами.

Таблица 5. Характеристика насаждений Т. cordata на объектах озеленения

Объект озеленения	Жизненное состояние растений (%)			Суховершинны е особи (%)
	неуд.	уд.	хор.
2	2	68	30	2
4	-	8	92
6	-	8	92
7	-	8	92	-
8	-	8	92	-
9	-	10	90	-
11	-	-	100	-

Явления мелколистности на магистралях города для липы не выявлено. Напротив, в зонах с крайне неблагоприятной экологической обстановкой (ул. Богдана Хмельницкого) наблюдалось увеличение всех параметров листовой пластинки в сравнении с контролем (рис. 5, табл. 6). Кроме того, в данной зоне наблюдалось уменьшение вариабельности по длине и ширине листовой пластинки (V A, B < 18%), в сравнении с контролем (Va =24%,Vb =22%). Увеличение вегетативных органов, в частности, длины побегов, в условиях повышенной концентрации токсичных газов, неоднократно отмечалось другими исследователями [7, 10].

ул. Богдана      пр. акад.     ул. Восточная Дендрарий

Хмельницкого Лаврентьева

ЦСБС

Рис. 5. Параметры листовых пластинок Т. сordata

Таблица 6. Параметры листовых пластинок Т. cordata на объектах города

Объект озеленения	B/A	S, см2		Экологическая обстановка
		M±m M	Lim
2	0,83	31,82±2,1	41,6–17,6	крайне неблагоприятная
4	0,84	27,6±1,63	30,1–14,36	неблагоприятная
6	0,83	28,03±1,47	36,94–22,15	неблагоприятная
7	0,8	32,64±1,99	41,75–21,73	крайне неблагоприятная
8	0,82	28,55±2,11	39,19–18,39	крайне неблагоприятная
9	0,82	31,78±2,25	46,04–24,52	крайне неблагоприятная
11	0,8	28,66±2,2	35–18,34	относительно благоприятная

Выводы: результаты проведенных исследований показали, что изменения, вызванные негативным влиянием факторов городской среды, в большей степени проявляются у особей B. pendula, произрастающих на магистралях в зонах с крайне неблагоприятной экологической обстановкой. У деревьев наблюдаются признаки хронического поражения: снижение плотности крон, уменьшение размеров ассимиляционных органов. У растений Т. cordata таких признаков не выявлено, напротив, наблюдалось увеличение размеров параметров листьев в зоне техногенного загрязнения. Это указывает на видоспецифичность растений и их адаптационные особенности. Вид Т. cordata пригоден для более широкого применения в озеленении городских территорий, включая улицы и магистрали. Использование B. pendula целесообразно в зонах с благоприятной экологической обстановкой, в загрязненных районах этот вид в большей степени пригоден для садов, парков и скверов.