1) имеется высокая вариабельность содержания токсических соединений в различных видах растений, что объясняется различиями в процессе поглощения токсикантов и их соединений из воздушной среды или почвы, особенностями перераспределения их между тканями и органами.
2) Величина аккумуляции загрязняющих веществ сильно различается между органами растений. Кора, например, сильно накапливает токсические соединения, древесина – очень слабо.
3) Имеются более тонкие различия в концентрации химических веществ растениями в зависимости от возраста частей растений, а также возраста самой особи.
Поступающие в растительный организм вредные компоненты выбросов промышленных предприятий вызывают широкий спектр изменений, которые можно характеризовать как стресс - индуцируемые.
Различные виды древесных растений по-разному реагируют, прежде всего, на загазованность и задымленность воздушного бассейна. Одни из них сравнительно дымо- и газостойкие, другие же очень чувствительны к загрязнению атмосферы, из-за чего сильно страдают или даже гибнут, - это негазостойкие растения (виды пихты, ель европейская и сибирская, сосны обыкновенная и веймутова, береза повислая и ясень обыкновенный). Для озеленения промышленных городов, посадок в пригородных зонах и вдоль автомагистралей следует применять только дымо- и газостойкие древесные растения, сравнительные данные о газостойкости которых содержаться в специальных эколого-дендрологических работах [5,12], где можно найти списки древесных и кустарниковых пород, ранжированные по степени устойчивости к приоритетным загрязняющим веществам. Н.Е. Булыгин и В.Т. Ярмишко (2003) приводят обобщенные материалы, касающиеся чувствительности к атмосферным загрязняющим веществам основных лесообразующих пород для ряда регионов России, которые отличаются климатическими и лесорастительными условиями [2] (приложение 2).
Таким образом, исследование роли древесных растений в оптимизации техногенно загрязненной среды и реакции этих растениях на высокое содержание поллютантов позволит на основе научно достоверной и обоснованной теории разработать практические рекомендации по восстановлению нарушенных экосистем, а также создать систему мер, предупреждающих бесконтрольное распространение токсических соединений в результате хозяйственной деятельности человека. Кроме того, изучение генотипически обусловленной экофизиологической реакции видов растений особенно ценно для выявления доноров хозяйственно-ценных признаков, в подборе исходного материала в селекции и интродукции растений и при разработке систем адаптивного земледелия.
В связи с чем, целью работы являлось изучение роли древесных растений в оптимизации придорожных территорий и их реакции в этих условиях.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
- провести флористическое изучение древесных сообществ придорожных территорий для выявления доминантных форм и последующего изучения их реакции;
- оценить транспортную нагрузку в пределах изучаемых точек пробоотбора и объем поступающих в результате работы автотранспорта поллютантов;
- провести исследование загрязненности почвенного покрова придорожных территорий методом биоиндикации с использованием всхожести семян кресс-салата;
- исследовать пылезадерживающую способность древесных растений – озеленителей, произрастающих в условиях придорожных зон;
- изучить влияние автотранспортной эмиссии выхлопов на морфологическую структуру листа древесных растений, как реакцию на органном уровне организации жизни;
- определить экологическое состояние древостоя придорожных территорий, как комплексную реакцию на воздействие транспортной нагрузки;
- на основе полученных данных выделить виды, наиболее устойчивые к воздействию транспортной эмиссии, рекомендовать выявленные виды для создания санитарно-защитных насаждений придорожных территорий.
1. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Материалы и методы
1.1.1. Объекты исследования
Работа проводилась в течение весеннее-летних сезонов 2008 и 2009 годов. Материал для исследования был собран на придорожных территориях Плавского района, отличающихся друг от друга по уровню автотранспортной нагрузки на прилегающих дорогах (приложение 3).
Территория санитарно-защитных насаждений придорожных территорий находилась на удалении 5-15 м от дорожной полосы. Контрольные образцы были собраны в парке (Контроль), расположенном на юго-западе пос. Октябрьский Плавского района. Уровень антропогенной нагрузки в контрольной точке минимален, что связанно с отсутствием вблизи парка автодорог, а ближайшие промышленные предприятия находятся на удалении свыше 3 км.
В качестве объекта исследования были выбраны 5 доминантных в урбоэкосистемах Плавского района видов древесных растений: клён остролистный Acer platanoides L, тополь черный Populus nigra L, липа сердцевидная (мелколистная) Tilia cordata Miller, береза повислая (бородавчатая) Betula pendula Roth, клен ясенелистный Acer negundo L.
1.1.1.1. Береза повислая (бородавчатая)
(Betula pendula Roth.)
Сем. Березовые. Однодомное дерево высотой до 20 м, с белой корой (у старых деревьев у основания ствола – черно-серая), нередко с повислыми ветвями, годовалые ветки красно-бурые. Образует насаждения чистые или смешанные с другими породами в лесной области и колки в лесостепной зоне [20]. Листопадное анемофильное дерево первой величины. Мезоксерофит, олиготроф, светолюбива, хотя и растет иногда в нижних ярусах древостоев, образованных светлохвойными и реже темнохвойными породами. Размножается семенами и порослью от пней.
Листорасположение очередное. Молодые листья голые, усеянные смолистыми бородавками. Листья треугольно-ромбические с усеченным или ширококлиновидным основанием, заостренной верхушкой и двоякоострозубчатым краем и без опушения.
Плод – односеменной орешек. Во взрослом состоянии корневая система косо уходящая вглубь или поверхностная. В первые годы развития не очень быстрое, позже скорость роста увеличивается, особенно к 10-20 годам; рост, как правило, прекращается к 50-60 годам. Побегопроизводительная способность сохраняется до 60-80 лет, хотя к 40 уже снижается. Плодоношение в насаждениях с 15-30 лет, у отдельно стоящих деревьев – с 7-10 лет; плодоношение обычно обильно и регулярно. Предельный возраст не превышает 100-120 лет. Древесина крепкая, упругая, среднетвердая.
Ареал растений охватывает европейскую часть России, Западную Сибирь, Алтай, Кавказ, Дальний Восток, Западную Европу, Среднюю Азию, Монголию, Китай, Корею, Японию.
Береза бородавчатая – вид полиморфный, неприхотлива к почве и вполне морозоустойчива. В культуре используется повсеместно в озеленении, защитном лесоразведении и лесном хозяйстве. Долговечна, хорошо растет при задымлении. Отличается высокой пластичностью, способна расти на солонцеватых почвах, где содержание Na+ достигает 15%, Mg2+ - 30-40% емкости катионного обмена, а легкорастворимые соли, в основном, сульфаты и бикарбонаты, находятся на глубине 30-80 см. В целом, данный вид оправдывает себя как один из основных при защитном лесоразведении [8].
1.1.1.2. Тополь черный
(Populus nigra L.)
Сем. Ивовые. Дерево около 25 м высотой. Кора у старых деревьев буровато-серая, с неправильной глубокой продольной трещиноватостью. Под корой древесина с наплывами. Ветви сероватые или серые с желтоватым оттенком, цилиндрические, без пробковых прожилок, блестящие. Почки удлиненные, красновато-коричневые, прилегающие к побегу, но с отогнутой в сторону верхушкой. Листья ромбические, яйцевидные или округло-треугольные, кверху заостренные, по краю пильчатые, без ресничек и без железок в основании пластинки, сверху темно-зеленые, снизу более светлые, с голым зеленым черешком. В период цветения пыльники красные, рыльца желтоватые. Цветение в апреле – мае.
Предпочитает влажные, периодически затопляемые почвы над глубоколежащим песком или галькой. Ареал вида размещен в самых южных районах лесной зоны и в степной зоне. Он охватывает большинство стран Западной Европы, территорию России на восток до низовьев Енисея, Малую Азию, северную Африку [7].
Осокорь хорошо приспособлен к жизни в пойме. При засыпании оснований стволов песком на них образуются придаточные корни. На поверхностных горизонтальных корнях возникают многочисленные корневые отпрыски. Растет очень быстро и широко используется в культуре как в пределах своего обширного ареала, так и за его границами (Средняя Азия, Северная Америка). Его размножают посевом семян, посадкой кольев, прививкой на другие легко укореняющиеся виды тополей [20].
1.1.1.3. Клен остролистный
(Acer platanoides L.)
Сем. Кленовые. Дерево со стройным стволом 20-30 м высотой и до 1 м в диаметре. Корневая система состоит из неглубоко идущего главного корня и многочисленных далеко расходящихся боковых корней, основная масса которых расположена на глубине до 20 см. В неблагоприятных условиях близ северных границ ареала иногда имеет форму крупного кустарника. Кора на стволе буровато-серая, растрескивающаяся вдоль. Молодые побеги красновато-бурые или зеленовато-бурые, более старые ветви – буровато-серые с рассеянными чечевичками. Древесина белая с розоватым или желтоватым оттенком, твердая, блестящая. Верхушечные почки, расположенные на концах побегов, яйцевидно-овальные, покрытые 8-12 плотно прижатыми чешуями. Боковые почки располагаются супротивно и защищены всего 2-6 чешуями. Чешуи всех почек заостренные, красновато-бурого цвета, наружные – блестящие, а внутренние покрыты желтоватыми волосками. Листья супротивные, блестящие, темно-зеленые, снизу более светлые, голые или с нижней стороны с волосками по жилкам и бородками волосков в углах их. Пятилопастные (реже 3-х или 7-лопастные), три верхние лопасти почти ровные, нижние значительно мельче, все лопасти выемчато-зубчатые, тонко заостренные, выемки между ними округленные, основание листьев широко сердцевидные, черешки длиной до 20 см, часто красноватые, с млечным соком.