Эколого-биологическая характеристика ели колючей (Picea pungens Engelm.) в условиях городской среды (на примере г. Ижевска)

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Биология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

© 2008 И.Л. Бухарина*, Т.М. Поварницина** ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЕЛИ КОЛЮЧЕЙ (PICEA PUNGENS ENGELM.) В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ (НА ПРИМЕРЕ Г. ИЖЕВСКА)
Ель колючая (Picea pungens Engelm.) является одним из перспективных видов в озеленении промышленных центров Уральского региона. Обладая высокой декоративностью, ель колючая весьма устойчива к техногенному загрязнению, имеет стабильные морфометрические параметры годичного прироста и проявляет лабильность физиологических и биохимических показателей.
Bukharina I.L., Povarnitsina Т. M.
EKOLOGO-BIOLOGICAL HCARACTERISTIC OF THE PICEA PUNGENS ENGELM. IN THE CONDITIONS OF THE CITY ENVIRONMENT (BY THE EXAMPLE OF IZHEVSK)
Fur-tree prickly (Picea pungens Engelm.) is one of perspective kinds in gardening of industrial centers of the Ural region. Possessing high decorative effect, the fur-tree prickly is rather steady against technogenic pollution, has stable morphological parameters of a year gain and shows lability of physiological and biochemical indicators.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в озеленении городов широко используются хвойные растения, благодаря высокой декоративности в течение всего года, длительной вегетации, отсутствия резко выраженного листопадного периода (что снижает затраты по уходу за насаждениями). Но применение хвойные растений в зеленом строительстве ограничивается их чувствительностью к техногенному загрязнению. Одним из видов перспективных для создания городских насаждений является ель колючая (Picea pungens Engelm.).
На родине — в горах Северной Америки — это дерево 30−40 м высотой. Продолжительность жизни хвои ели колючей составляет 4−7 лет, а продолжительность жизни особей — 100 лет. В Европе этот вид разводится с 1863 г. В России широко распространен в культуре. Ель колючая отличается зимо- и морозоустойчивостью, теневыносливостью, ветроустойчивостью, засухоустойчивостью, выдерживает загазованность и запыленность
* ФГОУВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия», Ижевск
ГОУ ВПО «Удмуртский государственный университет», г. Ижевск
воздуха, относительно неприхотлива к почвенному плодородию, но не яв ляется солеустойчивым видом. В городских условиях у ели колючей отмечается замедленный рост, особенно на сухих почвах. Особой устойчивостью в условиях промышленной среды отличается ель колючая серебристой формы (P. pungens f. Argentea) (Шиманюк, 1957- Колесников, 195S- Мамаев, 19S3- Антипов, 2000- Булыгин, Ярмишко, 2001).
Благодаря плотной конусовидной низкоопушенной кроне ель колючая обладает высокой декоративностью. Кроме того, для этого вида характерно большое внутривидовое разнообразие: как по форме кроны (существуют плакучие, шаровидные, конусовидные, карликовые и другие формы), так и по окраске хвои (различают голубовато-зеленую, серебристо-белую, серебристо-синюю, беловато-желтую, голубоватую, зеленую, золотистожелтую формы). В молодом возрасте ель колючая хорошо переносит стрижку, во взрослом состоянии — пересадку, возможно ее вегетативное размножение (Северова, 195S- Мамаев, 19S3). Ель колючая голубая и близкие к ней формы являются исключительно ценным материалом для одиночных посадок и небольших групп, для акцентирования входов в сады и парки, на партерах, у парковых сооружений, водоемов. Ель колючая рекомендована для живых изгородей в лесной и лесостепной зонах России. Имеет снегозащитное значение.
В Ижевске ель колючая не получила широкого применения в озеленении, существуют лишь разрозненные разновозрастные посадки. Перед нами стояла цель изучить особенности роста и развития, физиологии и биохимического состава ели колючей в условиях крупного промышленного центра (на примере г. Ижевска), с целью выработки рекомендаций по ее применению в насаждениях разных экологических категорий.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Ижевск является крупным промышленным центром Уральского региона с преобладанием тяжелой промышленности и хорошо развитой транспортной сетью, что создает напряженную экологическую ситуацию по уровню загрязнения атмосферного воздуха (индекс загрязнения атмосферного воздуха в отдельных районах достигает 15, S4) и почв (Zc = 1б-32 и 32−12S, т. е. умеренно опасный и опасный уровень).
Наблюдения проведены нами за особями ели колючей, произрастающими в насаждениях разных экологических категорий: в посадках вдоль крупнейших магистральных улиц К. Либкнехта и Удмуртская (поток автотранспорта составляет 9б0−1200 шт. авт. /ч) — насаждениях санитарнозащитных зон (СЗЗ) предприятий & quot-Ижсталь"- и & quot-Автозавод"-, являющихся основными загрязнителями города. В качестве зон условного контроля (ЗУК) выбраны территория крупнейшего городского парка ландшафтного типа (ЦПКиО им. С.М. Кирова) и пригородная зона, что согласуется с методическими подходами Н. С. Краснощековой (19S7).
В районах исследования на основе таксационных описаний (Соколов, 199S, ГОСТ 2140-S1) мы установили класс жизнеустойчивости (по пяти-
балльной шкале) и эстетическую оценку (по трехбалльной шкале) особе ели колючей. Выделили по 5−10 учетных особей хорошего жизненного и среднегенеративного онтогенетического состояния для изучения экологобиологических особенностей.
В течение вегетации анализировали показатели интенсивности фотосинтеза (бескамерным методом О. Д. Быкова (1974)) и содержания аскорбиновой кислоты в листьях (ГОСТ 24 556−89, титрометрический метод). После окончания периода зимнего покоя и в подготовительный к нему пе -риод определили содержание таннинов (по методу Нейбауэра-Лёвенталя) и основных элементов минерального питания в побегах растений (азот -фотоколориметрически, с использованием реактива Несслера- фосфор — по Труогу — Мейеру- калий — методом пламенной фотометрии, расчет содержания элементов — в % абс. сух. массы (Практикум по агрохимии, 1987)).
После прекращения ростовых процессов провели биометрический анализ верхушечного годичного прироста (по 20 побегов северной и южной экспозиции кроны учетных растений), измеряя их длину и биомассу в абсолютно сухом состоянии.
Математическую обработку материала провели с применением пакета '-^айБйеа 5,5& quot-, используя методы описательной статистики.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Ель колючая показала высокую жизнеустойчивость (III балла) в условиях города. Отмечены хороший рост по высоте, развитая крона, насыщенная окраска хвои, благодаря чему ель колючая характеризуется высокой эстетической оценкой (II балла). Зафиксированы отдельные пороки ствола, но в сравнении с другими хвойными и лиственными породами они менее развиты.
При проведении морфометрического анализа годичного прироста ели колючей мы не обнаружили явление ксерофитизации побегов, в тоже время отмечено существенное увеличение биомассы побегов у особей, произрастающих в защитных насаждениях предприятия & quot-Автозавод"- (табл.). В магистральных насаждениях ул. Удмуртской (где концентрация СО в воздухе & gt- 0,5 ПДК), наоборот, отмечено увеличение длины годичного побега при уменьшении его биомассы. Последнее можно характеризовать как явление & quot-кислого роста& quot- - роста побега за счет растяжения клеток. У особей в защитных насаждениях предприятия & quot-Ижсталь"- длина побегов не имеет различий с контрольными зонами, но возрастает их биомасса (побеги северной экспозиции), что может быть аналогом высокой конструкционной цены листьев у лиственных пород в условиях техногенного загрязнения, формирующейся за счет увеличения синтеза веществ, обладающих защитными свойствами.
Изучение динамики ассимиляционной активности ели колючей выявило высокий уровень изменчивости показателя интенсивности фотосинтеза (ИФ) у этого вида (1426%), что свидетельствует о его экологической пластичности.
По сравнению с лиственными породами ель колючая обладает сред ней интенсивностью фотосинтеза — 21,72 мгт-1-ч-1. К примеру, ИФ у лиственных пород, по данным И. Л. Бухариной, Т. М. Поварнициной, К. Е. Ведерникова (2007), составляет 14,62−45,75 мгт-1-ч-1. В тоже время по сравнению с аборигенными видами елей, значения этого показателя у ели колючей достаточно высоки, что, на наш взгляд, связано с использованием в озеленении города адаптированного к антропогенным условиям сортового посадочного материала. Следует указать, что хвойные, характеризующиеся более длительным по сравнению с лиственными породами периодом вегетации, обладают невысокой интенсивностью фотосинтеза, но более высокими показателями продуктивности фотосинтеза. В наших исследованиях установлено, что у ели колючей в насаждениях санитарно-защитных зон, показатель ИФ (17,68 мгт-1-ч-1) даже несколько возрастает по сравнению с условно контрольными зонами (4,69 мгт-1-ч-1). Наиболее высокие значения зафиксированы в СЗЗ предприятия & quot-Ижсталь"-. Максимальная ассимиляционная активность хвои ели колючей в насаждения промышленных зон наблюдается в июле и составляет 23,08 мгт-1-ч-1 (рис. 1), что немаловажно, т.к. другие виды древесных растений в этот период, как правило, снижают интенсивность фотосинтеза из-за высоких температур и уровня загрязнения среды (Поварницина, 2007).
Таблица
Морфометрические показатели годичного побега ели колючей в насаждениях разных функциональных зон (г. Ижевск)
Место произрастания Зоны условного контроля СЗЗ промышленных предприятий Магистральные посадки
& quot-Автозавод"- & quot-Ижсталь"-
Длина годичного 4,7+0,4* 6,2+0,5 9,7+1.9 10,8+0,8
прироста, см 3,3−6,1** 4,6−7,8 3,1−16,3 8,0−13,6
4,6+0,5 6,2+0,7 5,4+0,1 12,4+1,7
3,1−6,2 3,8−8.7 3,3−6,5 6,7−18,2
Биомасса годичного 0,71+0,01 1,16+0,01 0,86+0,01 0,67+0,01
прироста, г (абс. 0,70−0,72 1,15−1,17 0,85−0,87 0,65−0,69
сух.) 0,86+0,01 0,95+0,01 0,27+0,01 0,80+0,01
0,83−0,89 0,91−0,99 0,25−0,29 0,79−0,81
Примечание. * в верхней строке указаны параметры побега северной экспозиции кроны, в
нижней строке — южной-
доверительный интервал для среднего значения.
Интенсивность фотосинтеза ели колючей, произрастающей в магистральных посадках ниже, чем в СЗЗ промпредприятий, но в то же время остается на уровне показателей парковой и пригородной зоны, что позволяет сделать вывод о достаточно высокой устойчивости ассимиляционного аппарата к антропогенному загрязнению. По данным О. А. Неверовой,
Е. Ю. Колмогоровой (2003), исследовавших фотосинтез ели сибирской магистральных посадках г. Кемерово, его показатели составляют 1,70−3,90 мгт-1^ч-1, что значительно ниже установленных нами для ели колючей.
Обобщая полученные данные, можно заключить, что динамика ассимиляционной активности ели колючей в течение вегетационного периода довольно стабильна, что характеризует относительно высокую устойчивость изучаемого вида.
В условиях окислительного стресса, характерного для промышленных зон, возрастает роль антиоксидантной системы защиты растений, которая обеспечивается специальными ферментами и низкомолекулярными соединениями (аскорбиновой кислотой, фенольными соединениями, пигментами), выполняющими роль антиоксидантов (Чупахина, 1997, Фукс-ман, 2001).
Рис. 1. Интенсивность фотосинтеза ели колючей, произрастающей в насаждениях разных функциональных зон г. Ижевска
Содержание аскорбиновой кислоты в хвое ели колючей весьма изменчиво (более 50 000%). Концентрация данного метаболита в условиях интенсивной техногенной нагрузки увеличивается. К примеру, в магистральных посадках в июне она составляет 1279,7 мг% (рис. 2). В июле и августе содержание аскорбиновой кислоты в хвое резко снижается и, возможно, связано не только с накоплением поллютантов в ходе вегетации, но и с периодом плодоношения (Илькун, 1971).
У ели колючей содержание таннинов в побегах после периода зимнего покоя превышает показатели ЗУК. К концу вегетации во всех типах насаждений их концентрация возрастает: при этом у растений в СЗЗ пред-
приятий наибольшее количество таннинов накапливается в хвое прошлы лет (2,36−3,07%), а в магистральных посадках — в побегах текущего года (4,40%). Таким образом, физиологической особенностью вида является способность перераспределять эти вещества в своих структурных частях, что может быть одной из причин устойчивости ели колючей к условиям городской среды.
Рис. 2. Содержание аскорбиновой кислоты в хвое ели колючей, произрастающей в насаждениях разных функциональных зон
г. Ижевска
Большое значение в формировании устойчивости имеет обеспеченность растений основными элементами минерального питания. Проведя анализ содержания основных элементов минерального питания в побегах ели колючей, мы выявили, что в городских насаждениях наибольшему изменению подвержен обмен калия: у растений наблюдается достоверное снижение концентрации калия в побегах прошлых лет и ее возрастание в хвое текущего года и прошлых лет. Это, на наш взгляд, связано с усилением водообмена хвои, поскольку в городской среде, отличающейся пониженной влажностью атмосферного воздуха и почв, усиливается скорость передвижения воды по растению. Также установлено, что азот концентрируется в побегах текущего года у особей, произрастающих в насаждениях зон с интенсивной техногенной нагрузкой. Достоверных изменений в обмене фосфора нами не выявлено.
ВЫВОДЫ
В городской среде ель колючая имеет высокую жизнеустойчивость и декоративность. У данного вида установлена изменчивость физиолого-
биохимических показателей и относительная стабильность морфологиче ских структур в условиях интенсивной техногенной нагрузки. Ель колючая имеет довольно высокую интенсивность фотосинтеза, которая максимально реализуется в насаждениях промышленных зон, что можно объяснить невысоким уровнем загрязнения, стимулирующим фотосинтез. Хвоя ели колючей отличается повышенными концентрациями аскорбиновой кислоты и таннинов в магистральных посадках, что обеспечивает антиоксидантную защиту ее ассимиляционного аппарата.
Условия городской среды вызывают изменение содержания основных элементов минерального питания в побегах ели колючей, что в большей степени сказывается на обмене азота и калия.
Таким образом, адаптивный потенциал ели колючей, позволяющий ей произрастать в условиях урбанизированной среды, складывается из относительно стабильных составляющих, таких как морфометрические показатели побега и обмен основных элементов минерального питания, формирующих устойчивость- так и из вариабельных параметров, таких как физиологические и биохимические показатели, которые обеспечивают экологическую пластичность вида.
Ель колючая может быть рекомендована к широкому применению в разных экологических категориях городских насаждений, и ограниченно -в магистральных посадках.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Антипов В. Г. Декоративная дендрология. Минск: «Дизайн ПРО», 2000. 279 с.
Булыгин Н. Е., Ярмишко В. Т. Дендрология. М.: МГУЛ, 2001. 528 с. — Бухарина И. Л., Поварницина Т. М., Ведерников К. Е. Эколого-биологические особенности древесных растений в урбанизированной среде. Ижевск: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2007. 216 с. — Быков О. Д. Бескамерный способ изучения фотосинтеза: метод. указания. Л.: ВНИИР им. Н. И. Вавилова, 1974. 17 с.
Илькун Г. М. Газоустойчивость растений: вопросы экологии и физиологии. Киев: Наукова думка, 1971.
Колесников А. И. Декоративные формы древесных пород. М., 1958. 164 с. — Крас-нощекова Н.С. Эколого-экономическая эффективность зеленых насаждений: Обзорная информация. М.: ЦЕНТИ Минжилкомхоза РСФСР, 1987. 44 с.
Мамаев С. А. Виды хвойных на Урале и их использование в озеленении. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. 33 с.
Неверова О. А., Колмогорова Е. Ю. Древесные растения и урбанизированная среда: экологические и биотехнологические аспекты. Новосибирск: Наука, 2003. 222 с.
Поварницина Т. М. Эколого-физиологические особенности адаптации древесных растений к условиям крупных промышленных центров (на примере г. Ижевска): Авто-реф. дис. … канд. биол. наук. Тольятти, 2007. 174 с. — Практикум по агрохимии / Сост. Б. А. Ягодин, И. П. Дерюгин, Ю. П. Жуков и др. / под ред. Б. Я. Ягодина. М.: Агропром-издат, 1987. 512 с.
Северова А. И. Вегетативное размножение хвойных древесных пород. М.- Л.: Гос-лесбумиздат, 1958. 144 с. — Соколов П. А. Таксация леса. Ч.1. Таксация отдельных деревьев. Йошкар-Ола: МарГТУ, 1998. 32 с.
Фуксман И. Л. Роль вторичных метаболитов в физиолого-биохимических механизмах реакции сосны обыкновенной на стресс // Вестник Башкирского университета. 2001. № 2. С. 131−133.
Чупахина Г. Н. Система аскорбиновой кислоты растений. Калининград: КГУ, 1997. С. 90−120.
Шиманюк А. П. Биология древесных и кустарниковых пород СССР. М., 1957. 84
с.
Поступила в редакцию 14 июня 2008 г.
РЕФЕРАТЫ
Трулевич Н. В., Алферова З. Р., Виноградова Ю. К., Гутовская Н. И., Двораковская В. М., Костылева Н. В., Куклина В. Г., Павлова И. В., Шатько В. Г., Швецов А. Н. Ботанико=-географические экспозиции растений природной флоры. Итоги сохрарения биоресурсов ex situ. М.: ГЕОС, 2007. 226 с.
В Главном ботаническом саду им. Н. В. Цицина собрана коллекция растений природной флоры, исходным материалом для которой послужили семена и живые растения, привезенные из естественных местообитаний. Коллекция занимает площадь около 30 га и представлена в виде ботаникогеографических экспозиций- Восточной Европы, Сибири, Дальнего Вотсо-ка, Кавказа, Средней Азии.
Шереметьева И. С., Хорун Л. В., Щербаков А. В. Конспект флоры сосудистых растений Тульской области / Под ред. проф. В. С. Новикова. М.: Изд. Бот. сада Моск. ун-та- Тула: Гриф и К, 2008. 274 с.
Приведен аннотированный список видов сосудистых растений, известных с современной территории Тульской области или указанных для нее. Применительно к каждому таксону даны особенности его распространения по территории области, предпочитаемые им экотопы, а для адвентивных растений — краткая история освоения территории региона.
Всего в конспекте упомянуто 1422 вида сосудистых растений.
Ильина В. Н. Мониторинг ценотических популяций растений: Учебное пособие. Самара: Изд-во СГПУ, 2008. 92 с.
В учебном пособии излагаются основные положения популяционноонтогенетического направления в экологической ботанике и методика проведения наблюдений за ценотическими популяциями растений для выполнения исследований в рамках учебных практик по ботанике и экологии.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой