Влияние промышленных выбросов на морфологические признаки листьев озеленяемых растений

DOI:

Цитирование. Рахимов Т. У., Юсупов И., Боиров З. Р. Влияние промышленных выбросов на морфологические признаки листьев озеленяемых растений // Природные системы и ресурсы. – 2020. – Т. 10, № 2. – С. 26–32. – DOI:

Введение. Интенсивное развитие промышленности и сельского хозяйства требует всестороннего учета загрязнения атмосферы, природных вод, почв, его влияния на растительный и животный мир, на здоровье и благосостояние человека, а также и прогнозной оценки влияния загрязнений на различные экосистемы и биосферу в целом. Эта проблема может быть успешно решена только совместными усилиями специалистов самых разных отраслей науки и техники.

В решении проблемы сохранения чистоты окружающей среды один из несомненных приоритетов принадлежит мониторингу древесных пород-озеленителей, которые являются основными биологическими фильтрами для крупных городов и промышленных центров. В Узбекистане для озеленения городов и промышленных объектов используются более 100 видов декоративных древесных и кустарниковых пород. На основе комплексных исследований их биологических признаков, включая морфолого-анатомические и физиологобиохимические, можно выявить степень устойчивости тех или иных видов к различным загрязнителям с целью использования в оптимизации экологической обстановки региона и снижения последствий антропогенной деятельности.

Биомониторинг является составной частью экологического мониторинга слежения за состоянием окружающей среды по морфометрическим показателям особенно растений. В задачи биомониторинга входит регулярно проводимая оценка качества окружающей среды с помощью широко распространенных в промышленных зонах эндемичных и акли-матизированных древесных пород по морфометрическим признакам.

В настоящее время исследования промышленной среды и связанные с ними теоретические и прикладные экологические проблемы, несомненно актуальны. В последние десятилетия наблюдается интенсивное насыщение атмосферы газообразными и пылевидными отходами промышленных предприятий [2]. Они вызывают ухудшение условий существования биоты, создавая угрозу здоровью населения, нарушению климата в локальных и глобальных масштабах [4]. В связи с этим остро ощущается потребность в научно-обоснованных и практических мероприятиях по предотвращению загрязнения атмосферы и сохранению оптимальных условий существованию биосферы в целом [3].

Если рассматривать фитоценоз загрязняющее вещество первоначально поступает в растение через устьица – отверстия, имеющееся на листьях, в нормальных условиях, использующихся для газообмена. Диоксид серы, прежде всего, воздействует на клетки, которые регулируют открывание этих отверстий. Степень их открывания и факторы, влияющие на нее, в начальный период являются основными параметрами, определяющими интенсивность воздействия загрязнителей. Даже при очень малых концентрациях диоксид серы способен оказывать стимулирующее действие, в результате которого при достаточно высокой относительной влажности устьица остаются постоянно открытыми. В то же время при высоких концентрациях диоксида углерода устьица закрываются. Кроме того, в случае высокой влажности устьица открываются, в случае низкой – закрываются.

Однако сера необходима для нормального роста растений, и присутствие SO2 может оказывать влияние и на усвояемость серы. Растения потребляют серу в восстановленном состоянии. В присутствии SO2 основным продуктом становится сульфат; присутствует также цистеин, глютатион, и, по меньшей мере, одно не идентифицированное вещество. Основными промежуточными соединениями при восстановлении сульфатов являются сульфиты.

Растения как продуценты экосистем в течение всей жизни, привязанные к локальной территории и подверженные влиянию двух сред – почвенной и воздушной, наиболее полно отражают весь комплекс воздействий на систему [6]. Наглядными морфометрическими показателями состояния древесных популяций являются: длина и ширина листовой пластинки, площадь листовой поверхности и удельная плотность листа, отражающие все многообразие действующих факторов. Морфометрические измерение листовых пластинок проводилось по стандартной методике А.Е. Васильева [2].

Анализ литературных данных показал вместе, что ранее практически не было изучено влияние промышленных выбросов на важнейшие биологические признаки таких пород деревьев как Acer negundo L . (клен ясенелистный), Fraxinus syriaca Boiss . (ясень сирийский) и Ulmus pumila L. (вяз приземистый), перспективных для озеленения промышленных зон в Узбекистане, в частности – в аридных условиях Кашкадарьинской области (на примере промышленных объектов).

Нами было проанализировано изменение этих показателей на примере плодовых Cydonia oblonga Mill. – Айва обыкновенная, и озеленяемых (Ulmus pumila L. – Вяз приземистый, Fraxinus syriaca Boiss. – Ясень сирийский разных по устойчивости древесных пород произрастающих на территории Мубарекско-го газоперерабатывающего завода (Опыт-1), Шуртаннефтгаз УДП (Опыт-2), Шуртанского газохимического комплекса (Опыт-3) под влиянием SО2 и относительно чистая санитарная зона города Карши (Контроль) [8]. Кроме того, нами была исследована агроклиматическая и производственная характеристика районов исследования (см. табл. 1). Основным загрязнителем окружающей среды исследуемых промышленных зон является сернистый ангидрид.

Уже давно исследователями замечено, что вблизи предприятий, выбрасываемых в атмосферу большое количество пылевидных частиц, линейные размеры ассимиляционных органов и прирост побегов растений меньше в 2–5 раз по сравнению с растениями вне зоны запыления [3].

Проведенные нами измерения длины сложного листа ясеня и простых листовых пластинок айвы и вяза показывают, что мак- симальная длина листовой пластинки отмечена у деревьев, произрастающих в контрольной зоне города Карши и в Опыт-3 ( в Карши вяз – 6,2 мм; ясень – 4,7 мм; айва – 7,9 мм и в участках ШГХК вяз – 6,1 мм; ясень – 4,5 мм; айва – 7,5мм), и разница между этими точками незначима (табл. 2). На этих же исследуемых районах нами выявлено самое минимальное содержание сернистого ангидрида в воздухе (табл. 1). Относительно близкие значения имеют показатели, полученные на Опыт-1 (вяз – 5,8 мм; ясень – 4,4 мм; айва – 7,2 мм) и Опыт-2 (вяз – 5,9 мм; ясень – 4,5 мм; айва – 7,5 мм).

Достоверная разница в изменении длины листа на этих объектах статистически относительно значимо отличается от условного контроля. И самая минимальная длина листовой пластинки была замечена в самых загрязненных районах исследования, на участке Опыт-1 (вяз – 5,8 см; ясень – 4,4 см; айва –

7,2 см) и Опыт-2 (вяз – 5,9 см; ясень – 4,5 см; айва – 7,5 см), где установлено самое высокое содержание SO2. Эти значения статистически значимо различаются от всех остальных.

Аналогичная картина характерна и для признака – ширина листовой пластинки. Также нами установлено, что наиболее широкие листья на деревьях в контроле и в Опыт-3 (вяз – 4,3 см; ясень – 2,6 см; айва – 4,6 см и соответственно вяз – 4,4 см; ясень – 2,4 см; айва – 4,1 см). А наименьший размер ширины листовой пластинки исследуемых пород снова отмечен на участке Опыт-1 (вяз – 4,1 см; ясень – 2,3 см; айва – 4,1 см) и Опыт-2 (вяз – 4,1 см; ясень – 2,3 см; айва – 4,3 см). Двухфакторный дисперсионный анализ показал относительно статистически значимую разницу по ширине листа древесных пород между двумя последними опытными районами исследования и остальными районами.

Таблица 1

Краткая характеристика районов исследования, 2016 г.

Районы исследования	Концентрация SO 2 в атмосфере, г/м3	Гумус, мг/кг	Среднегодовая тем-ра воздуха, ОС	Осадки, мм	Вегетационный период, дни
Санитарная зона г. Карши	0,005±0,0015	0,9–1,6	14,3	240	298
Опыт-1 (МГПЗ)	0,043±0,018	0,6–0,8	14,9	165	283
Опыт-2 (Шуртаннефтгаз УДП)	0,036±0,015	0,9–1,1	15,7	210	301
Опыт-3 Шуртан ГХК	0,024±0,009	0,8–1,3	15,7	210	301
ПДК (для древесных видов)	0,03	1,9–2,4	–	–	–

Таблица 2

Средние значения морфометрических показателей исследуемых пород

	Районы исследования	Контроль	Опыт-1	Опыт-2	Опыт-3
	Концентрация SO 2 , мг/м3	0,005±0,0015	0,043±0,018	0,036±0,015	0,024±0,009
я м	Прирост годичного побега,(см)	53,4±1,92	46,7±2,28	48,1±2,45	50,8±2,43
	Длина листа, (см)	6,2±0,71	5,8±0,65	5,9±0,89	6,1±0,67
	Ширина листа, (см)	4,3±0,92	4,1±0,71	4,1±0,75	4,2±0,086
	Площадь лист. пл., (см2)	26,6±1,23	23,8±1,02	24,8±0,94	25,0±0,70
	Уд. пов. плотн. листа, (гр/см2)	0,024±0,0011	0,021±0,0018	0,024±0,0010	0,023±0,0009
	Длина черешка, (см)	2,1±0,044	1,97±0,045	2,08±0,05	2,1±0,058
s	Прирост годичного побега,(см)	28,8±1,06	25,7±0,97	25,3±1,23	25,9±1,52
	Длина листа, (см)	4,7±0,073	4,4±0,061	4,5±0,051	4,5±0,086
	Ширина листа, (см)	2,6±0,061	2,3±0,41	2,3±0,39	2,4±0,040
	Площадь лист. пл., (см2)	36,60±1,56	30,36±1,42	31,05±1,33	32,4±1,06
	Уд. поверх. плот. листа, (гр/см2)	0,036±0,0012	0,031±0,0011	0,033±0,0022	0,031±0,0031
	Длина черешка, (см)	5,6±0,11	5,2±0,088	5,3±0,11	5,3±0,12
	Прирост годичного побега,(см)	31,8±1,32	28,6±1,01	29,8±0,99	29,7±1,13
	Длина листа, (см)	7,9±0,14	7,2±0,072	7,5±0,18	7,5±0,20
	Ширина листа, (см)	4,6±0,071	4,1±0,065	4,3±0,051	4,4±0,061
	Площадь лист. пл., (см2)	36,34±1,28	29,52±1,32	32,25±0,93	30,75±0,64
	Уд. поверх. плот. листа, (гр/см2)	0,019±0,0054	0,017±0,0052	0,017±0,0024	0,017±0,0021
	Длина черешка, (см)	2,1±0,051	1,9±0,022	2,09±0,037	1,9±0,041

Таким образом, данные двухфакторного дисперсионного анализа показывают статистически значимое влияние района исследования на длину и ширину листовой пластинки исследуемых пород.

Также нами установлена обратная корреляционная зависимость между содержанием сернистого ангидрида в атмосферном воздухе и изменением параметров длины (r = – 0,85) и ширины (r = – 0,79) листа у вяза, длины (r = – 0,89) и ширины (r = – 0,84) листа у ясеня и длины (r = – 0,87) и ширины (r = – 0,82) листа у айвы. Кроме того, мы видим, что эти признаки коррелируют между собой (r = 0,90).

По литературным данным известно, что площадь листовой поверхности и удельная поверхностная плотность листа (УППЛ) являются диагностическими признаками устойчивости древесных растений в условиях городской среды [1]. Интенсивность фотосинтеза зависит от площади листовой пластинки, которая влияет и на продуктивность [9; 10; 11]. Косвенным показателем продуктивности является УППЛ.

При изучении такого морфометрического показателя, как площадь листовой пластинки нами получены следующие результаты: наименьшее значение площади листа характерно для участков Опыт-1 (вяз – 23,8 см2; ясень – 30,36 см2; айва – 29,52см2), где и обнаружено относительно высокое содержание диоксида серы, затем по возрастанию площади и уменьшению содержания SO2 в воздухе идут участок Опыт-2 (вяз – 24,8 см2; ясень – 31,05 см2; айва – 30,75 см2) и Опыт-3 (вяз – 25,0 см2; ясень – 32,4 см2; айва – 30,75 см2) с почти одинаковыми результатами и контрольный участок с наибольшей площадью листовой пластинки и наименьшим количеством сернистого ангидрида в воздухе.

Существуют сведения, что удельная поверхностная плотность листа связывает процессы роста и фотосинтеза, так как отражает накопление сухого вещества единицей поверхности. Чем выше УППЛ, тем эффективнее идут процессы фотосинтеза, так как в расчете на единицу поверхности листа синтезируется большая биомасса [5; 7].

Наши исследования по измерению УППЛ показали, что с увеличением содержания сернистого ангидрида и пыли в возду- 30

хе увеличивается плотность листа. Так, на контрольных участках и Опыт-3 отмечены относительно максимальные значения УППЛ, которые составили соответственно у вяза – 0,024 гр/см2; у ясеня – 0,036 гр/см2; у айвы – 0,019 гр/см2 и у вяза – 0,023 гр/см2; у ясеня – 0,031 гр/см2; у айвы – 0,017гр/см2 соответственно, тогда как в Опыте-1 всего у вяза 0,021 гр/см2; у ясеня – 0,031 гр/см2; у айвы – 0,017 гр/см2 и Опыте-2 у вяза – 0,024 гр/см2; у ясеня – 0,033 гр/см2; у айвы – 0,017гр/см2. Кроме того, именно на Опыт-1 и Опыт-2 нами обнаружено самое высокое содержание SO2 и пыли. Также мы видим, что на контрольных участках плотность листа составила у вяза – 0,024 гр/см2; у ясеня – 0,036 гр/см2; у айвы – 0,019 гр/см2, что примерно в 1,15–1,2 раза больше чем в Опыте-1. Двухфакторный дисперсионный анализ показал достоверную разницу в изменении удельной поверхностной плотности листа и влияния районов исследования (Р < 0,10). Проведя корреляционный анализ данного признака, мы определили, что существует обратная зависимость между УППЛ листовой пластинки и содержанием диоксида серы в воздухе. (r = – 0,79). При построении графика зависимости взят десятичный логарифм УППЛ листовой поверхности.

Заключение. На основании изменений морфолого-анатомических и некоторых биологических показателей выявлены степень устойчивости озеленяемых пород. Полученные результаты работы могут быть использованы в мониторинге зеленых насаждений промышленных регионов, а также для прогнозирования последствий загрязнения окружающей среды. Результаты исследований могут служить научной основой при подборе и районирования древесных пород для озеленения промышленных центров аридной зоны.

Изменение признаков в сторону ксеро-морфности, по нашим наблюдениям, проявляет прямую взаимосвязь с газоустойчивостью, так как, эти показатели зависят от структурных особенностей листовой пластинки. В частности, ксероморфными являются такие признаки как: уменьшение листовой пластинки, увеличение опушения, возрастание числа устьиц на мм2, длина жилкования и др.

Для озеленения улиц и парков в условиях аридной зоны рекомендуем использовать ясень. Благодаря высоким декоративным и засухоустойчивым свойствам их следует использовать в групповых, линейных, аллейных, а также смешанных посадках. Учитывая га-зоустойчивость, засухоустойчивость, а также солевыносливость вяза и айвы, рекомендуем использовать его для озеленения промышленных регионов, а также для полезащитных насаждений.

Рекомендуем смешанные посадки с сосной эльдарской и сафорой японской, клена ясенелистного и ясеня сирийского, так как. они обладают относительно высокими фитонцидными, пылезадерживающими свойствами, а также соответствующей устойчивостью к промышленным выбросам. Такая комбинация насаждений способствует очистке воздуха от патогенных микроорганизмов, пыли и токсикантов. Использование этих пород мы рекомендуем для озеленения лечебных и рекреационных пансионатов, школ и детских садов.

В крупных промышленных центрах рекомендуем для озеленения использовать клен, ясень и вяз, так как они обладают более устойчивыми признаками к токсикантам, в особенности – к сернистому ангидриду.