Влияние воздушного загрязнения на зеленые растения
Цель работы: оценить благоприятность окружающей среды территории села Пестрецы по асимметрии листьев древесных пород растений.
Объект исследования: Береза повислая (Береза бородавчатая).
Теоретические основы построения ассортиментов газоустойчивых растений
Наблюдения за березой бородавчатой осуществлялись в трех точках: 1 – растения зеленой полосы вдоль улиц Молодежной и Мишанина (опыт 1), 2 – на расстоянии 100 метров от дороги (опыт 2), 3 – в глубине парковой зоны отдыха - 900-1000 метров от дороги (контроль). Элементы учета: длина прироста основного и боковых побегов березы за вегетационный период, размер боковых и верхушечных почек, площадь листовой пластинки, длина и количество жилок в листе, длина черешка листа, длина женского соплодия, виды повреждений листа, качество пыльцевых зерен.
Возраст растений, используемых для наблюдения примерно одинаков, все пробы были взяты на одной высоте от поверхности земли. Измерение длины и ширины учетных объектов осуществлялось сантиметровой лентой, изучение площади листовой пластинки проводилось на аналогах листьев, переведенных на миллиметровую бумагу, что облегчило подсчет площади листа. Методика анализа качества пыльцы заключается в определении процента ненормальных (абортивных) пыльцевых зерен.
Взятие проб осуществлялось один раз в вегетационный период: май 2012, 2013 г.г. – пыльца; июль 2012, 2013 г.г. – побеги березы бородавчатой. Повторность шестикратная.
При наблюдениях и измерениях проводилась статистическая обработка полученных результатов. Это позволило оценить точность и достоверность полученных результатов, избежать ошибочных выводов.
По литературным данным [3,9] в выбросах автомототранспорта преобладают свинец, сажа, оксид азота, оксид углерода, углеводороды, диоксид серы, иногда превышающие ПДК в несколько раз. Наибольшую опасность для растений представляет сернистый ангидрит (SO2), соединения фтора (HF, FSi4), хлористый водород (HCl), оксиды азота (NO, NO2), пылевые частицы, содержащие абсорбированные газы и оксиды различных металлов.
Выбросы автомототранспорта – это комплекс различных инградиентов. Суммарное действие этих веществ на растения иное, чем каждого газа в отдельности.
В первую очередь, отрицательное воздействие воздушного загрязнения сказывается на листьях. Листва задерживает пыль, очищает воздух. Химическое действие пыли определяется составом, количеством и токсичностью для данного растения. Физическое действие пыли проявляется, прежде всего, в образовании чехла, препятствующего нормальному тепло- и влагообмену листа с атмосферой и уменьшающего интенсивность доступного для растений света. Температура листа повышается на 8-10С, соответственно увеличивается скорость транспирации. При сплошном покрытии листьев пылью испарение воды прекращается, и растения погибают. Иногда физиологические повреждения не сопровождаются внешними изменениями, но обычно признаки поражения растений токсикантами выражаются в некрозах края листа, побурении листьев, уродливых формах листа («смятые листья»), скручивании, «ожогах», а в тяжелейших случаях – засыхании и опадании листьев, отмирании растений [2].
Сильное повреждение листового аппарата не всегда приводит к гибели растения. Благодаря регенерационной способности растения восстанавливают новые листья и побеги взамен поврежденных.
Биоиндикационная оценка состояния окружающей среды с. Пестрецы по
ассиметрии листьев деревьев
Методика исследования
Наблюдения за состоянием побега осуществляли на живом растении, без отделения побега от основного растения. При измерении длины побега пользовались сантиметровой лентой. Из полученных измерений произвольно взяли каждое пятое измерение. Таким образом, n = 50. Затем провели статистическую обработку данных.
Результаты исследования
При анализе полученных данных была установлена достоверность в различиях длины основного однолетнего побега в опыте и контроле. В условиях сильного атмосферного загрязнения происходит снижение величины прироста однолетнего побега березы бородавчатой за вегетационный период (диаграмма 1)
Разница в длине побега в зоне сильного загрязнения составляет: основного – 31,4 %, бокового – 42,3 %. В сравнении с 2012 годом происходит снижение средней длины побега в среднем на 1 %. Это может быть связано с увеличением количества загрязняющих веществ в воздухе или с климатическими условиями вегетационного периода, (сравнительный анализ не производился). Изучая данные встречаемости побегов различной длины, было отмечено, что в опыте чаще всего встречаются побеги с длиной 21-23 см, а у контрольных растений – 25-35 см.( диаграмма 2)
В процессе приспособления к условиям загрязненной атмосферы у растений появляется мелкоклеточность, утолщение клеточных оболочек, уменьшение площади листовой пластинки, увеличение жилкования и количества устьиц [7].
Анализируя длину листовой пластинки у растений произрастающих в зоне загрязнения и условно чистом по воздушному загрязнению регионе, мной было обнаружено, что в опыте происходит значительное снижение величины признака (диаграмма 3).
При статистической обработке данных в 2012 году опыт был признан недостоверным, хотя полученное значение t = 1,93 очень близко к достоверному (t = 2). Это позволило предположить, что загрязнение воздуха оказывает влияния на рост листа в длину), а недостоверность опыта вызвана неточностью измерений.
При изучении зависимости ширины листа от величины атмосферного загрязнения было установлено, что растения вдоль автотрассы имеют более узкие листья (диаграмма 4).
Статистическая обработка данных и определение достоверности полученных результатов говорит о высокой точности опыта.
Полученные данные позволяют утверждать об отрицательном воздействии автомобильного транспорта на ширину листовой пластинки березы бородавчатой.
Анализируя длину черешка листовой пластинки у растений разных участков произрастания (опыт и контроль) я получила следующие результаты: у растений, произрастающих в придорожной зоне, происходит уменьшение длины черешка листа (диаграмма 5).
При сравнительной характеристике длины черешка листьев, произрастающих в разных условиях загрязнения воздуха, было отмечено, что у опытных растений чаще встречаются листья с черешком длиной 21-22 мм., а у контрольных растений с черешком длиной 25-30 мм. (диаграмма 6).
Достоверность опыта высокая, что позволяет говорить о прямой зависимости длины черешка от количества загрязняющих веществ в воздухе.
Изучение площади листовой пластинки проводилось на аналогах листьев, переведенных на миллиметровую бумагу, что позволило с большей точностью высчитать их поверхность.
Анализ полученных данных и статистическая обработка результатов позволили установить зависимость между площадью листа и экологическими условиями произрастания .
Сильная загазованность атмосферного воздуха вызывает резкое снижение площади листовой пластинки (диаграмма 7). Этот признак хорошо прослеживается, доступен для изучения, легко просчитывается, что позволяет использовать его как показатель загрязнения воздушной среды.
При изучении количества жилок в листе, величины боковых и верхушечных почек не получено достоверных различий в результатах между данными опыта и контроля, что говорит о возможной устойчивости данных показателей к автомобильному загрязнению воздуха.
Действующая на растения двуокись азота вызывает периферическое повреждение листьев, скручивание их вовнутрь, появление коричневой окраски на завершающем этапе развития листьев. Присутствие в атмосфере NO2 задерживает рост и развитие овощных культур, снижают их урожайность и качество продукции [7, 9, 14].
Большую опасность для растений представляют фтористые соединения, оказывающие фитотоксическое действие в небольших концентрациях (менее 0,6 мкг/ м3). Фтор не является необходимым для развития растений элементом и не участвует в обмене веществ. Поэтому и не происходит его детоксикация в растительной клетке. Фтор накапливается в растениях, создавая опасность для здоровья животных и человека при употреблении растений на корм или в пищу [7,9]. Большая часть фтора в виде пыли, осевшей на поверхности растений, смывается осадками и не проникает внутрь растений.
Появление симптомов повреждений связано с перемещением фторидов, поглощенных из воздуха к верхушкам и краям листьев. В начале на листьях образуются хлоротические пятна, сопровождающиеся некрозами и иссушением тканей. Листья покрываются пятнами светло-коричневого и бурого цвета. Газообразные токсиканты начинают оказывать влияние на растение с момента контакта с покровными тканями. Важную роль в проявлении устойчивости растений играет устьичный аппарат листьев, как механизм, с участием которого происходит проникновение газов внутрь листа [6].
Сернистый газ, повреждая растения, способствует ослаблению их устойчивости к различным факторам среды, болезням, вредителям. Признаки повреждения растений сероводородом – потеря тургора, появление светло-желтых и буро-черных пятен, ожогов преимущественно в середине листовой пластинки. В основе патологических изменений лежит нарушение структуры цитоплазматических мембран, падение интенсивности фотосинтеза и дыхания листьев растений. Молодые листья сильнее поглощают сернистый газ и больше страдают. Наряду со снижением количества хлорофилла сернистый газ вызывает сдвиги в структуре мембран хлоропластов. Они становятся неправильной формы, происходит утоньшение их мембран. Под действием значительных концентраций вредных газов, особенно двуокиси серы и фтора, клетки мезофилла сплющиваются, сама клетка деформируется, разрушаются хлоропласты, и происходит падение интенсивности фотосинтеза [7, 9, 12].
Реакция растительного организма на газообразные токсиканты определяется химической природой токсиканта (реакционностью, концентрацией, продолжительностью взаимодействия с растением), а также индивидуальными особенностями растений (интенсивностью газообмена, способностью нейтрализовать токсикант и регенерировать частично нарушенные клеточные органеллы и функциональные системы) (7,9).
Под влиянием различных веществ, содержащихся в выхлопных газах, происходит видимое повреждение листьев. В процессе изучения поверхности листа было выявлено 5 типов повреждений: точечный и пятнистый некроз, мертвый край листа и мертвая верхушка, изменение этих повреждений показано на диаграммах 8,9,10,11.
Заключение
Известно, что деформация листа связана с действием этилена, содержащегося в выхлопных газах автомобиля. Небольшое уменьшение количества деформированных листьев в 2012году можно объяснить погрешностью опыта.
По степени видимых повреждений листа можно установить интенсивность атмосферного загрязнения. Чем выше количество атмосферных токсикантов, тем больше степень различных повреждений вегетирующих органов. Разница между опытными и контрольными растениями составила 95, 34 %.
От уровня физического и химического загрязнения среды в большой степени зависит качество пыльцевых зерен. Пыльца отличается высокой чувствительностью к действию отрицательных факторов и может являться индикатором загрязнения среды генетически активными компонентами. У плодовых культур затормаживаются процессы созревания пыльцы, повреждаются рыльца пестиков в цветках, вследствие чего снижается плодоношение, ухудшается качество продукции растениеводства, снижается урожайность [9]. Генетически активные факторы среды нарушают процесс образования пыльцы, доводя до полного отсутствия в пыльниках нормальных пыльцевых зерен.
Выводы:
- В процессе приспособления к условиям загрязнённой атмосферы у растений происходит снижение величины прироста побегов , уменьшение длины черешка листа и площади листовой пластинки, листья становятся более узкими , с точечным и пятнистым некрозом , мёртвыми краем листа и верхушкой.
- При изучении количества жилок в листе , величины боковых и верхушечных почек не получено достоверных различий в результатах между данными опыта и контроля , что говорит о возможной устойчивости этих показателей к автомобильному загрязнению воздуха.
- Увеличение количества листьев берёзы с отмирающими в процессе вегетации краев и верхушкой листа - можно предположить , что это вызвано возросшим количеством соединений азота и фтора в воздухе вдоль автомагистралей.
Рекомендации:
- Для улучшения экологической обстановки территории села Пестрецы необходимы новые насаждения древесных культур .
- Пестречинскому лесничеству Лаишевского лесхоза РТ для создания зелёного наряда села использовать рябину обыкновенную , сирень обыкновенную , лиственницу , липу мелколиственную , которые обладают наибольшей газоустойчивостью к атмосферному загрязнению.
