Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-биологическая характеристика тополей в условиях загрязнения окружающей среды

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Эколого-биологическая характеристика тополей в условиях загрязнения окружающей среды"

л о '.'.л ■а С 3 «>-•

На правах рукописи УДК630*17:528.623.2]:630*164

УРАЗГИЛЬДИН РУСЛАН ВИЛИСОВИЧ

ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПОЛЕЙ

В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (НА ПРИМЕРЕ УФИМСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЦЕНТРА)

03.00.05 - Ботаника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Уфа-1998

Работа выполнена в лаборатории лесоведения Института биологии Уфимского научного центра Российской академии наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, чл.-корр. М Кулагин А.Ю.

Официальные'оппоненты:

д.б.н., профессор, академик МПА Никитин И.Ю. к.с.-х.к., доцент Коновалов В.Ф.

Ведущая организация: Саратовский государственный университет

4

Защита состоится " £ 'г " (.1. <• > >• ? 19Э8 г. в

на заседании диссертационного Совета К 064.13.09

по защите диссертаций на соискание ученой степени

кандидата биологических наук при Башкирском

государственном университете по адресу:

450074, г.Уфа, ул.Фрунзе, 32, биологический факультет, ауд. 332.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке БГ

у т~

Автореферат разослан "7У " ь-лЛ-Ъ1998 г.

Ученый секретарь ч|. Ц,

диссертационного совета ч) ' ' Г.Г.Кузяхмето

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Превышение предельно допустимых кон-ентраций токсикантов в промышленных выброса:: нефтехимиче-ких предприятий города негативно сказывается не только на здо-овье населения, но и на жизненном состоянии защитных лесона-аждений (Николаевский, 1979, 1998; Кулагин, 1980, 1985; Алексе-в, 1990). В сипу этого и других причин (критический возраст значи-эльной части защитных насаждений, отсутствие лесохозяйстве ых мероприятий и т.д.) представляются необходимыми выявление аиболее устойчивых к загрязнению лёсообразующих пород, анализ х адаптивного потенциала и разработка рекомендаций по лесовос-гановлению и реконструкции существующих насаждений.

Цель и задачи исследований. Цель работы - охарактеризовать эстояние видов тополей в насаждениях Уфимского промышленного ентра и определить пути создания и реконструкции защитных ле-энасаждений в условиях сложного нефтехимического загрязнения.

В связи с этим решались следующие задачи:

- оценка жизненного состояния насаждений тополей;

- изучение сезонной динамики изменения морфологических ха-актеристик вегетативных органов тополей в условиях промышлен-ого загрязнения;

- оценка радиального прироста и прироста побегов первого по-ядка у тополей в различных условиях произрастания;

- изучение особенностей водного режима тополей в различных словиях произрастания;

- характеристика фитопатологических повреждений листьев то-олей; ; .

- выявление экологической видоспецифччности видов тополей о отношению к промышленному загрязнению в зависимости от сте-ени загрязнения и положения в рельефе;

- обоснование использования различных видов тополей при ре-энструкции и создании защитных насаждений в условиях промыш-енного загрязнения.

Научная новизна. Впервые в условиях Предуралья проведены, сследования, в результате которых:

- выявлены закономерности сезонной динамики развития топо-ей в условиях смешанного нефтехимического загрязнения Уфим-кого промышленного центра;

- оценено жизненное состояния тополевых насаждений сани-арно-защитной и зеленой зоны г.Уфы;

- выявлена экологическая видоспецифичность видов тополей г отношению к увеличению степени атмосферного загрязнения и П1 ложению в рельефе.

Практическая 'значимость. Выработаны рекомендации по со данию и реконструкции насаждений з условиях промышленного з; грязнения с учетом биологических особенностей тополей.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы обе: ждались на следующих конференциях: Международной научн! практической конференции "Геоэкология в Урало-Каспийском р* гионе" (Уфа, сентябрь 1996 г.); Научной конференции студентов молодых ученых биологического факультета Башкирского госуда| ственного университета (Уфа, апрель 1997 г;); Региональной нау» но-лрактической конференции молодых ученых и специалисте "Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Пс волжье" (Уфа, апрель 1997 г.); Конгрессе молодых ученых и специг листов Урала и Поволжья "Проблемы региональной экологт (Оренбург, июнь 1997 г.); Научно-практической конференции "Лес Башкортостана: современное состояние и перспективы" (Уфа, сеь тябрь 1997 г.); Съезде ВБО "Проблемы ботаники на рубеже ХХ-Х) веков" (Санкт-Петербург, май 1998 г.); Международной научно конференции "Промислова ботатка: стан та перспективи розвитк^ (Донецк, сентябрь 1998 г.).

По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, вь водов, списка использованной литературы (228 наименований, том числе 34 работы на иностранных языках) и приложения. Иэлс жена на 172. страницах, включает 31 таблицу, 38 рисунков.

{ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ

Кратко оценена техногенная обстановка в республике Башкор тостан и в Уфимском промышленном центре. Рассмотрено действи промышленных выбросов на растительные организмы. Обоснован ' актуальность выбранной темы, изложены цель, задачи исследовг ний, научная новизна и практическая значимость работы.

1. ДРЕВЕСНЫЕ РАСТЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ (ОБЗОР)

Выполнен обзор работ отечественных и зарубежных авторо£ касающихся проблем настоящей диссертационной работы. Охг

актеризованы методологические подходы к решению сходных за-зч и основные выводы, к которым пришли авторы работ (Положен-эв, Ханисламов, 1948; Красинский, Побединская, 1950; Илькун, отрук, 1968; Рубцов, 1968; Шаверножук, 1968; Антипов, 1979; Гу-эриан, 1979; Кулагин, 1980; Тйрабрин, 1984; Кулагин, 1988; Гетко, 389; Алексеев, 1990; Крючков, 1991; Коршиков, 1996; Ярмиижо, 396; Николаевский, 1998; Fensom, 1963; Wilhelmi, 1969; Dochinger, jnsen, 1975; Dessler, 1981; Smith, 1981 и т.д.). На основе критик coro анализа литературного обзора выдвинут ряд принципиальных эложений.

2. РАЙОН, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Дана краткая характеристика района исследований. Кратко ос-эщены климатические, географические, эдафические, гидрологи-эские особенности района, приводится перечень лесс образующих ород. На основании картографического .материала по полям кон-ентрации токсичных веществ в районе исследований и карт рель-фа местности выделены зоны загрязнения и положения в рельефе, ойма делится на: I зона - зона сильного уровня загрязнения, II зо-а - зона среднего уровня загрязнения, III зона - зона слабого

уровня загрязнения. Водораздел делится на: I зона -территория промышленных предприятий с сильным уровнем загрязнения, II зона - зона среднего уровня загрязнения, III зона - зона со слабым и эпизодически средним уровнем промышленного' и автотранспортного загрязнения (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема разделения г.Уфы на зоны и элементы рельефа

На основании литературных данных приводится биоэкологическая характеристика исследуемых видов тополей: дрожащего (Populus trémula L.), черного (P. nigra L.) и бальзамического (P. balsamifera L.).

Методические подход!.; к изучению биологиче

е

ских особенностей тополей были определены с учетом поставле> ных зздач и имеющихся методических рекомендаций.

В течение вегетационного периода (июнь - июль - август) прс водился сбор образцов листьев для морфометрических, фитопатс логических и морфологических исследований.

Морфометрические исследования проводились на гербарио, материале собранных образцов. У каждой партии листьев измеру лись следующие параметры: длина черешка (мм), длина листа (мм длина оттяжки (мм), ширина листа (мм), расстояние до наиболе широкой части листа (мм), площадь листа (см2).

В морфологических исследованиях на основе фиксированны образцов листьев изучались суммарная длина жилок на единиц поверхности в трех, условно разделяемых, частях листа (annKant ной, серединной и базальнай с последующим усреднением) и Koni чество устьиц на единице поверхности листа в нижней его час™ Измерения и подсчеты проводились с использованием микроскоп Amplival (Carl Zeiss Jena, Germany).

Важными характеристиками водного режима растений являютс транспирация воды листьями и водный дефицит. В период активно ассимиляционной деятельности растений (июнь-июль) определя лись транспирация и утренний водный дефицит (утро - с 8— до 10-день - с 1225 до 1440) листьев тополей-методом быстрого взвешивэ ния (Иванов и др., 1950) на торзионных весах Techniprot (Pruszkov Poland) с последующим экспонированием на рассеянном? свету. I опытах использовались листья из нижней части кроны с иеекол'ьки экземпляров растений.

Для проведения фитопатологических исследований отбиралис листья с наиболее характерными повреждениями фитопатогенам!' Оценивалось поражение отдельными патогенами по площади лист; , а также общее поражение листовой поверхности. Определена ви довая принадлежность фитопатогенов (Флора споровых растени СССР, 1957; Журавлев, Селиванова, Черемисинов, 1979; Семенко ва, Соколова, 1992).

Изучение особенностей сезонной динамики прироста побего, первого порядка тополей проводилось путем промера на модельны побегах, ежемесячно в течение вегетационного периода.

Для исследования особенностей изменения радиального при роста древесины исследуемых вкдов тополей были взяты и обрабс таны (микроскоп МБС-10) древесные керны (Ваганов, Шиятов, Ма зепа, 1996). За базовый год резкого снижения объема нефтехими ческого производства и соответственно снижения объема промыш ленных выбросов взят 1990 г.

Проведена работа по оценке жизненного состояния насаждений ополей Уфимского промышленного центра. За осниву исследова-шй взята методика В.А.Алексеева (1990), модифицированная применительно к лиственным древесным породам и биологическим )Собенноетям тополей.

Статистическая обработка полученных данных проводилась об-цепринятыми способами (Плохинский, 1970) с применением про-раммы Excel 8.0.

3. ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПОЛЯ ДРОЖАЩЕГО (Populus trémula L.)

Насаждения тополя дрожащего в районе Уфимского промыш-юнного центра как правило представляют собой куртины естественного происхождения, располагающиеся на пойменных террасах, ю опушкам лесов или входящие в один из ярусов псд пологом ле-¡ообразующей породы. Насаждения характеризуются как молодые и фиспевающие, возраст не превышает 33 года (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Месторасположение и характеристика пробных площадей (ПП) в насаждениях тополя дрожащего Уфимского промышленного центра

№ Положение Зо- Расположение ПП Характер Возраст

ПП в рельефе на насаждения лет

2 I Городская свалка № 2 куртина 17

6 I Завод УЗСС куртина «10-15

7 водо- I Ж/д станция "Загородная" куртина «8-10

9 раздел I БОС ПО "Уфанефтехим" куртина »8

4 II Пойма р.Шугуровка, м/р-ь ВАЗ куртина 33

26 II Парким. М.И.Калинина куртина 19

16 III Парк им. Лесоводов Башкирии куртина 25

11 I Пос. Апексеевка куртина 18

20 пойма II Дер. Дудкино куртина 19

17 III Предпр-е "Мелькомбинат" куртина 27

Насаждения тополя дрожащего в районе исследований характе->изуются низким годичным радиальным приростом (до 6 мм) и низ-:им варьированием величины радиального прироста в течение ис-:ледуемого периода жизни. Выявлено влияние положения в релье |эе на величину прироста: в пойме прирост несколько выше, чем ь юдоразделе. Не обнаружено значительного влияния

пени атмосферного загрязнения на радиальный прирост. Сниженй объемов выбросов нефтехимической промышленности (1990 г.) сс провождается непродолжительным (3-4 года) увеличением, а зате! падением радиального прироста.

Выявлено влияние степени загрязнения атмосферы промын ленными токсикантами и положения насаждений в'рельефе на экс лого-биологические характеристики насаждений тополя дрожащег в Уфимском промышленном центре. Увеличение степени атмс сферного загрязнения на водоразделе и в пойме сопровождаете увеличением видового разнообразия и проективного покрытия pat тительности в насаждениях, уменьшением линейных размера морфомет|5ических признаков листьев, уменьшением длины жилок количества устьиц на единицу площади листа. При этом в пойм морфометрические и морфологические показатели характеризуютс большими величинами по сравнению с водоразделом.

Морфометрические и морфологические признаки листьев топол дрожащего характеризуются отсутствием высокой чувствительности действию внешних стрессовых факторов. Коэффициент вариации npi знаков находится в пределах нормы для биологических объектов (д 30%). Исключение составляют такие морфометрические показател! как длина оттяжки (до 61,3%), реже - площадь листа (до 32,6%).

Зарегистрированы сроки повторного облиствения кроны в насг ждениях тополя дрожащего: на водоразделе эти процессы сдвинут! ближе к концу вегетационного периода, а в пойме зарегистрирован! в середине вегетационного периода.

Жизненное состояние насаждений тополя дрожащего Уфимскс го промышленного центра оценено как здоровое. Деревья в наса» дениях характеризуются хорошо сформированной кроной, слабо поврежденностью листьев, хорошей очищаемостЬю стволов с мертвых сучьев. ,

4. ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПОЛ.Т ЧЕРНОГО (Populus nigra L.)

Насаждения тополя черного в р&йоне Уфимского промышленнс го центра (табл. .4.1) представляют собой древостой естественног происхождения, низкополнотные куртины, реже лесные культуры характеризуются как молодые и приспевающие насаждения (во: раст в пределах 17-34 лет), только в зоне слабого уровня атм< сферного загрязнения врдораздела и поймы встречаются nepecToi н,ые насаждения в критическом возрасте (до 104 лет). Древосто характеризуются разным количеством ярусов, их вид<

ш составом и сомкнутостью. В водораздельной части прослежи-1втся тенденция к увеличению количества ярусов, их видоаого со-ава и проективного покрытия с ростом уровня атмосферного за-язнения. В пойменной части во всех зонах загрязнения указанные рактеристики сохраняются приблизительно на одинаковом уров-!, причем видовой состав богаче, а проективное покрытие ярусов в ¡лом значительно больше, чем на водоразделе.

Таблица 4.1

Месторасположение и характеристика пробных площадей (ПП) -в насаждениях тополя черного Уфимского промышленного центра

ш п Положение в рельефе Зона Месторасположение ПП Характер насаждения Возраст, лет

> I Городская свалка № 2 лесополоса 25

3 I Завод УЗСС низкополн. куртина 17

) I БОС ПО "Уфанефтехим" куртина -

8 1 Парк им. Н.Гастелло низкополн. куртина 34

\ водо- II Курочкина гора, м/р-н ВАЗ куртина 25

3 раздел III. Парк им. И.Якутова куртина 23

4 III Баш. гос. Драмтеатр низкополн.куртина 92

5 111 Госцирк низкополн.куртина 24

9 III Ботсад низкополн.куртина 19

1 1 Пос. Алексеевка куртина 32

7 1 Парк Победы куртина -

0 пойма II Дер. Дудкино куртина -

8 III Предпр-е "Мелькомбинат" куртина 27

2 III Устье р. Дема естеств. древостой 105

Насаждения тополя черного во всех зонах ^положениях в рельсе характеризуются высоким годичным радиальным приростом и 1ачительным его варьированием в течение жизни. На водоразделе >ирост в целом больше, чем в пойме. Не обнаружено значительно-i влияния степени загрязнения атмосферы на величину npnpocTá. нижение объема промышленных выбросов (с 1990 г.) солровожда-гся резким, но непродолжительным (3-4 года) его увеличением.

Выявлено влияние степени атмосферного загрязнения и поло-эния в рельефе насаждений тополя черного на их зколого-юлогические характеристики. На водоразделе усиление степени гмосфе'рного загрязнения сопровождается уменьшением линей-

ных размеров морфометрических признаков листьев, увеличение* длины жилок и количества устьиц на единицу площади листа, ухуд шением жизненного состояния насаждений. В пойме увеличена степени атмосферного загрязнения сопровождается увеличение* линейных размеров морфометрических признаков листьев, умень шением длины жилок и количества устьиц на единицу площади лис та. В зоне сильного загрязнения поймы жизненное состояние наса ждений сохраняется на уровне здоровых. При этом в пойме указан ные признаки характеризуются значительно большими величинами чем на водоразделе.

Морфометрические и морфологические признаки листьев топо ля черного характеризуются отсутствием высокой чувствительное^ к действию внешних стрессовых факторов. Коэффициент 'вариацм признаков находится в пределах нормы для биологических объектоЕ (до 30%). Исключение составляют такие морфометрические признаки, как длина оттяжки и площадь листа (до 39,9%).

Определены сроки повторного облиствения кроны тополя чер ного: на водоразделе этот процесс смещен ближе к концу вегетаци онного периода, а в пойме - не выражен.

Жизненное состояние насаждений тополя черного на водоразделе характеризуется как ослабленное, а в пойме - как здоровое Основными диагностическими признаками ухудшения жизненногс состояния насаждений тополя черного являются снижение густоть кроны и ухудшение очищаемости стволов от мертвых сучьев.

5. ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПОЛЯ БАЛЬЗАМИЧЕСКОГО (Рори1иэ Ьа^апг^ега и.)

Насаждения топол,^ бальзамического Уфимского промышленного центра представляет собой лесные культуры спелого и перестойного возраста (табл. 5.1), характеризуются разным количеством ярусов, видовым составом этих ярусов и их проективным покрыти ем. Прослеживается зависимость указанных характеристик от степени загрязнения атмосферы промышленными токсикантами: увеличение степени загрязнения сопровождается уменьшением количества ярусов в насаждениях, уменьшением их видового состава ¡> проективного покрытия.

Тополь бальзамический в районе исследований характеризуется высоким годичным радиальным приростом и значительным варьированием его в течение исследуемого периода жизни. Не выявлено значительного влияния степени атмосферного загрязнения на величину радиального прироста тополя бальзамического.

С другой стороны на водоразделе величина прироста в целом больше, чем в пойме. Снижение объема промышленных выбросов (с 1990 г.) сопровождается резким, но непродолжительным (3-4 года) увеличением прироста.

Таблица 5.1

Месторасположение и характеристика пробных площадей в насаждениях тополя бальзамического Уфимского промышленного центра

№ Положение Зо- Месторасположение Характер 03h 1

П в рельефе на пробных площадей насаждения лет

4 I Курочкина гора в м/р-не ВАЗ культуры 30

5 I Пос. Новоалександровка культуры 37

8 I Ж/д станция "Загородная" аллея 38

9 I БОС ПО "Уфанефтехим" низкополн.куртина 34

13 II Парк им. М.И.Калинина кулы/ры 61

28 водо- П Парк им. Н.Гастелло аллея 27

14 раздел III Кинотеатр им. Ю.Гагарина низкополн.куртина 26

15 III П-к им. Лесоводов Башкирии культуры 46

21 III . Д/к "Юбилейный" культуры 33

23 III Парк им. И.Якутова низкополн.куртина 45

25 III Госцирк низкополн.куртина 27

29 III Ботсад. коллекц. участок 13

3 I Р.Шугуровка у пос.Тимашево культуры 47

27 I Парк Победы культуры 44

20 пойма II Дер. Дудкино культуры 41

10 II 1 км от пос. 8 марта культуры 47

18 III Предпр-е "Мелькомбинат" культуры 29

19 III А/дор. мост через р. Дем? культуры 47

Выявлено влияние степени атмосферного загрязнения и положения в рельефе насаждений тополя бальзамического на его биологические характеристики. На водоразделе усиление степени атмосферного загрязнения сопровождается увеличением длины побегов, уменьшением разницы между полуденной и утренней транспирацией и слабые ростом интенсивности транспирации листьев в динамике вегетационного периода (рис.. 5.1), снижением водного дефицита листьев в зональном плане, но увеличением в динамике вегетационного периода (рис. 5.2), увеличением линейных размеров морфометрических признаков, уменьшением длины жилок и увеличением количества устьиц на единицу площади лис-

Водораздел

«/■//"•час

750

600

450

300 ■ 194,9

150 Г,:1']

0 !•,.....!

418,3

315,9

х--

435,9

-

зона

ш/счас

750

боа-

490

300

150 ■ 1

0 •

Пойма

161,7

261,9

г -г ,

286.1

,-Х--,

эоо.в

Г л

утро день июнь

Водораздел

утро день июль

утра день июнь

III зона

утро де»ь июль

Пойма

и г/г'час 750-, 600 450 ЗОО-150 0

429,2

7*Т

1_1

625,9

407,6

Г--1-Г

143,3

г -X

«г/г-час 760-

еоо-

450 ЗОО 150

о

508,4

I -

191,6

И.

11?,9 I !

238,9

I 1 !

утро день июнь

утро д*нь июль

утро день июнь

утро день июль

Рис. 5.1; Динамика утренней и полуденной транспирации листье (мг/г'час) тополя бальзамического в насаждениях Уфимского промышленнс го центра (здесь и далее в рисунках значок I обозначает величину ошибк средней).

Водораздел I зона Пойма

1.33

I

■я

№

0,97

-0,06

Водораздел

2,04

1,39 Г I.-

Ш зона

3 1 2 1 0 -1 • -2-3-

%

-1,48

Пойма

0,99

Рис. 5.2. Динамика утреннего водного дефицита (%) листьев топог бальзамического в насаждениях Уфимского промышленного центра.

%

та. В пойме усиление степени атмосферного загрязнения сопровождается уменьшением длины побегов, уменьшением разницы между полуденной и утренней транслирацией и слабым ростом интенсивности транспирации листьев в динамике вегетационного периода, снижением водного дефицита листьев в зональном плане и в динамике . вегетационного периода, увеличением линейных размеров морфометрических признаков/увеличением длины жилок и уменьшением количества устьиц на единицу площади листа. При этом на водоразделе меньше длина побегов, больше величина транспирации и водного дефицита листьев, меньше линейные размеры морфометрических признаков, меньше длина жилок и количество устьиц на единицу площади листа. Следует отметить, что у листьев тополя бальзамического в районе исследований водный дефицит как таковой отсутствует (менее 3%, см. рис. 5.2), но в опытах в ряде случаев зафиксировано наличие водного дефицита.

Выявлены сроки повторного облиствения крон у деревьев тополя бальзамического: на водоразделе исследуемое явление отмечается в середине вегетационного периода, а в пойме смещено к началу вегетационного периода.

Установлены признаки наиболее чутко реагирующие на действие внешних стрессовых факторов. К ним относятся: прирост побегов в длину, интенсивность транспирации и водный дефицит листьев, длина оттяжки листа. У этих признаков наблюдается повышенный коэффициент вариации.

Жизненное состояние насаждений тополя бальзамического в Уфимском промышленном центре оценено как сильно ослабленное. Насаждения характеризуются слабо развитой кроной, плохой очи-щаемостью от мертвых сучьев л сильным поражением листьев (чаще всего фитолатогенами).

6. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭКОЛОГО-бИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАСАЖДЕНИЙ ТОПОЛЕЙ УФИМСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЦЕНТРА

На основании проведенных исследований можно отметить, что тополя дрожащий, черный и бальзамический характеризуются определенной экологической еидоспецифичностью в отношении воздействия на них промышленного загрязнения и положения в рельефе. Проявляется это в риде изменений 6 структуре и процессах жизнедеятельности органов при усилении степени атмосферного загрязнения.

Наибольшими линейными размерами морфометрических признаков из исследуемых видов тополей. - характеризуется тополь баль-

замический, а наименьшими - тополь дрожащий (рис. 6.1). На водоразделе усиление морфометрических признаков ксероморфности листовой пластинки при увеличении степени загрязнения наблюдается у тополей дрожащего и черного, а у тополя бальзамического -уменьшение ксероморфности, В пойме усиление морфометрических признаков ксероморфности при увеличении степени загрязнения наблюдается у тополя дрожащего, а у тополей черного и бальзамического - уменьшение ксероморфности. В пойменных условиях линейные размеры морфометрических показателей листьев у всех трех видов тополей значительно больше, чем на водоразделе.

40 35 3025 -2015 -10 -5 -О

29,5

31,6

20,9

22,9

Ьт

п ; :'

23,5 21,4

- I т ; | Ч q

25,0

х pb2"

I..I ...... .и'_["■ ■"«*l'liwl-..

-Ь ■ ■ F"' -

тополь дрожащий

40-' 35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 -

тополь черный Б

27,4 '27,3 25?

I • Г.-Г-.1

!■ I .

тополь бальзамический

29,7 30,5

J 25,2 ргг^Ь^

Ш:

7T-I"

'" И"',-4

тополь дрожащи Г. тополь черный тополь бальзамический

Рис. 6.1. Площадь листа (среднее, см2) тополей дрожащего,, черного и бальзамического в конце вегетационного периода в зонах сильного (I), среднего (II) и слабого (III) уровней загрязнения в Уфимском промышленном центре: А - водораздел, Б - пойма.

Из исследуемых видов тополей наибольшая длина жилок на единицу площади листа зарегистрирована у тополя дрожащего, а наименьшая - у тополя бальзамического (рис. 6.2.). На водоразде-

ле увеличение степени ксероморфности проводящей системы листьев при увеличении загрязнения наблюдается у тополя черного, а у листьев тополей дрожащего и бальзамического происходят уменьшение степени ксероморфности. В пойме увеличение длины жилок при усилении загрязнения наблюдается у тополя бальзамического, а у листьев тополей дрожащего и черного - уменьшение длины жилок. В пойме длина жилок у всех трех видов тополей больше, чем на водоразделе.

12-ю -8 -6 -4 -2 -

мм/мм

8,4

9,1

8,8

• I

. i.'

7,4

7,1 7,1

6,9

7,4 7,2

i^L

^мм/мм'

10 -8

6 -I

4

2-

0

тополь дрожащим ,2

10,4

8,4

тополь черный тополь бальзамический Б

9,1

»

! |н

7,0 7>4

га

7,6

7,2 7,1

I

!Г

'I

тополь дрожащий . тополь черный тополь бальзамический

Рис. 6.2. Суммарная длина жилок на единицу площади листьев (мм/мм2) тополей дрожащего, черного и бальзамического в зонах сильного (I), среднего (II) и слабого (III) уровней загрязнения в Уфимском промышленном центре: А - водораздел, Б - пойма.

Наибольшим количеством устьиц на единицу площади листа характеризуется тополь дрожащий, а у тополей черного и бальзамического отмечается практически одинаковое количество устьиц (рис. 6.3). На водоразделе увеличение ксероморфности при усилении загрязнения наблюдается у листьев тополей черного и баль-

замического, а у листьев тополя дрожащего - уменьшение. В пойме у всех трех видов тополей наблюдается уменьшение степени ксе-роморфности признака при усилении загрязнения.

500 400

зоо 200 ^ 100

шт/мм'

,г

424

322

■г—1 278

310

289

323 307 299

286 Г —ЭЕ— н рг-Э?«»--.

I I II j III I !"! I . ! ':!: -

тополь дрожащий

500 л 400 300 Н 200 100

шт/мм2 510

322 I

тополь черный тополь бальзамический Б

i';^i 402

298 X

318 329

14 !

'Г4!

332 338

295 ....-I-. - г*■■ з^тп

1 ■ ■К"''1

I

тополь дрожащий тополь черный тополь бальзамический

Рис. 6.3. Количество устьиц на единицу площади листьев (шт/мм2) тополей дрожащего, черного и бальзамического в зонах сильного (I), среднего (II) и слабого (III) уровней загрязнения в Уфимском промышленном центре: А - водораздел, Б -пойма.

Исследования водного режима на примере тополя бальзамического позволили выявить следующие особенности. Усиление атмосферного загрязнения сопровождается уменьшением разницы между полуденной и утренней транспирацией и снижением интенсивности транспирации в течение вегетационного периода. Кроме того, усиление атмосферного загрязнения сопровождается снижением. водного дефицита листьев в пойме и увеличением на водоразделе. При этом в пойме интенсивность транспирации и величина водного дефицита меньше, чем на водоразделе.

Выявлены сроки повторного облиствения крон тополей (табл. ^ 6.1). Прослеживается тенденция к смещению процессов повторно-

■о облиствения в сторону более ранних сроков вегетационного пе-зиода при усилении атмосферного загрязнения. В целом регенера-дионные процессы тополя дрожащего смещены ближе к концу, то-юля черного - к середине, тополя бальзамического - к началу вегетационного периода.

Таблица 6.1

Повторное облиствение крон тополей Уфимского промцентра .

Вид тополя Водораздел Пойма

1 зона II зона III зона 1 зона н зона III зона

Тополь июль август август июль июль, июль

дрожащий август

Тополь июль, август июль не вы- август не вы-

черный август ражено ражено

Тополь июль июль июль июнь июнь июнь

бальзамический ■ - август

Исследования прироста побегов на примере тополя бальзамического позволили выявить следующие особенности. На водоразделе наблюдается увеличении длины побегов при усилении атмосферного загрязнения (углеводородного типа). В пойме напротив, усиление загрязнения сопровождается уменьшением длины побе-гов.В пойме длина побегов в целом больше, чем на водоразделе.

. Наибольшим радиальным приростом из исследуемых видов тополей характеризуется тополь бальзамический, а наименьшим - тополь дрожащий (рис. 6.4), Наибольшее варьирование величины годичного прироста отмечено у тополей бальзамического и черного. Выявлено влияние положения в рельефе на величину радиального прироста исследуемых видов тополей. У тополей черного и бальзамического в условиях водораздела радиальный прирост выше, чем в пойме, а у тополя дрожащего, напротив, в пойме прирост выше, чем на водоразделе. Не обнаружено значительного влияния уровня атмосферного загрязнения на величину годичного радиального прироста у исследуемых видов тополей.

Снижение в последние годы (с 1990 г.) объемов выбросов нефтехимического производства оказало влияние на годичный радиальный прирост исследуемых видов тополей: после снижения объемов выбросов у тополей наблюдается непродолжительное (3-4 года) увеличение годичного прироста, после чего снова наступает спад прироста.

Сравнительная характеристика жизненного состояния насаждений тополей выявляет следующие особенности (рис. 6.5). В ряду ухудшения жизненного состояния виды тополей располагаются: тополь дрожащий (здоровые), тополь черный (встречаются здоровые, ослабленные и сильно ослабленные насаждения), тополь бальзамический (сильно ослабленные).-Жизненное состояние насаждений' тополей различается в зависимости от положения в рельефе. В условиях поймы жизненное состояние' насаждений в целом лучше, чем на водоразделе, что связано с более благоприятными условиями произрастания.

зо

25 20 15 А ю 5 0

1970 74

78

82

1990 г.

86 1990

1996

30 25 20 1 5

Б ю

5 0

1970 74

78

32

1990 г.

86 1990

1996

30 25 20 15 10 Ь 0

м м

1970 74

78

82

1990 г.

86 1990

1996

Рис. 6.4. Динамика годичного радиального прироста (мм) стволовой древесины тополей дрожащего (А), черного (Б) и бальзамического (В) в водораздельных насаждениях Уфимского промышленного центра в зоне сильного уровня загрязнения (на высоте до 0,5 м).

Часто причиной ухудшения состояния листьев тополей являются . фитопатогенные поражения, распространенные в различной степени во всех зонах и условиях произрастания. В целом инвазии носят вспышечный и очаговый характер. Больше всего патогенами поражаются насаждения тополя*бальзамического (до 90% листовой поверхности и выше), меньше ^поля черного ( . до 80%), и

В

редко тополя дрожащего (до 20-30%). Установлены некротрофные болезни чаще всего поражающие листья тополей: бурая пятнистость (вызывают несовершенные грибы из рода Alternaria sp.), белая пятнистость (вызывают несовершенные грибы Cladosporium martianoffianum Fr., Phyllostica populina Sacc. и Septoria populi Desm., относящиеся к порядку пикнидиальные.) и ржавчина (вызывается грибом из рода Melampsora - M.larici populina Kleb.). При обнаружении нескольких фитопатогенов на одной листовой пластинке наибольшее распространение по пораженной площади наблюдается у бурой пятнистости (до 92%) и ржавчины (до 80%). Отмечается, что с увеличением атмосферного загрязнения возрастает поражение листьев патогенами.

зд

ОС

сос

ПР

г......■"! г"-; ! ■ S Vi '

! kill , > Г ¡I-::-, ..... . I Ii 'I'M , 1

зд

ОС

сос

ПР

тополь дрожащим

, - - • , ■ ■,

!

тополь черный

I Б

тополь бальзамический

I

I

i_lIL

тополь бальзамический

тополь дрожащий тополь черный

Рис. 6.5. Жизненное состояние (ЗД - здоровое, ОС - ослабленное, СОС -сильно ослабленное, ПР - полностью разрушенное) насаждений тополей дрожащего, черного и бальзамического в зонах сильного (I), среднего (II) и.слабого (III) уровней загрязнения в Уфимском промышленном центре: А - водораздел, Б -пойма. .

7. ВЫВОДЫ

1. Сравнительная характеристика жизненного состояния насаж,-дений тополей выявляет следующие особенности. В ряду ухудшения жизненного состояния виды тополей располагаются: тополь дрожащий (здоровые), тополь черный (встречаются здоровые, ослабленные и сильно ослабленные насаждения), тополь бальзамический (сильно ослабленные). Жизненное состояние насаждений, тополей различается в зависимости or положения в рельефе. В условиях поймы жизненное состояние насаждений в

целом лучше, чем на водоразделе, что связано с более благоприятными условиями произрастания.

2. Инвазии фитопатогенов в районе исследований носят вспы-шечный и очаговый характер. Больше всего патогенами поражаются насаждения тополя бальзамического, меньше тополя черного, И редко тополя дрожащего. Листья тополей поражаются, в основном, тремя видами некротрофных болезней: бурой пятнистостью, белой пятнистостью и ржавчиной. В условиях сильного загрязнения тополя поражаются сильнее, чем в условиях слабого загрязнения.

3. Наибольшим радиальным приростом из исследуемых видов тополей характеризуется тополь бальзамический, а наименьшим -тополь дрожащий. У тополей черного, и бальзамического в условиях водораздела прирост рыше, чем в пойме, а у тополя дрожащего, напротив, в пойме прирост выше, чем на водоразделе. С другой стороны, не обнаружено значительного влияния уровня атмосферного загрязнения на величину прироста у исследуемых видов тополей/ Снижение объемов выбросов нефтехимического производства (с 1990 г.) сопровождается непродолжительным (3-4 года) увеличением (не более чем на 300%) прироста,

4. Выявлены отклонения в характере изменения прироста побегов первого порядка тополя бальзамического при усилении атмосферного (с преобладанием углеводородного) загрязнения. В пойме при усилении атмосферного загрязнения происходит уменьшение длины побегов. В целом в пойме длина побегов больше, чем на водоразделе.

5. Выявлены отклонения в характере изменения линейных размеров морфометрическйх признаков листьев тополей в условиях промышленного загрязнения (с преобладанием углеводородного загрязнения). Ни водоразделе увеличение линейных размеров мор-фометрических признаков при усилении атмосферного загрязнения наблюдается у тополя бальзамического, В пойме указанным увеличением линейных размеров характеризуются тополь черный и тополь бальзамический.

6. Выявлены отклонения в характере изменения' длины жилок и количества устьиц листьев тополей в условиях промышленного загрязнения. На водоразделе уменьшение длины жилок листьев при увеличении степени атмосферного загрязнения наблюдается у тополя дрожащего и тополя бальзамического, а в пойме - у тополя дрожащего и тополя черного. Уменьшение количества устьиц при увеличении степени загрязнения на водоразделе наблюдается у листьев тополя дрожащего, а в пойме - у всех трех видов тополей.

7. В выявленных отклонениях морфометрмческих и морфологических признаков прослеживается проявление экологической видос-пецифичности исследуемых видов тополей. Это свидетельствует о том, что общепринятые положения о реакции древесных растений на воздействие промышленных токсикантов применимы для общей характеристики видов, но не отражают особенностей отдельных видов тополей в конкретных условиях произрастания и загрязнения в силу их экологической видоспецифичности. Для характеристики состояния лесных насаждений предпочтение следует отдавать "оценке относительного жизненного состояния древостоев" (Алексеев В.А. и др. 1990).

8. В целях улучшения жизненного состояния имеющихся насаждений тополя бальзамического рекомендуется проведение лесохо-зяйственных мероприятий, направленных на снижение полноты загущенных насаждений. В первую очередь в разреживание необходимо назначать молодняки и приспевающие насаждения, в которых проведение лесохозяйстяенных мероприятий еще может гарантировать обеспечение желаемого результата. При зтом следует удалять из насаждений деревья с поражениями стволов морозобойными трещинами и фитоповреждениями, деревья с недостаточно развитой кроной.

9. Рекомендуется увеличение площадей защитных насаждений буферного назначения вокруг предприятий нефтехимической промышленности. При создании лесных культур, а особенно при закладке защитных насаждений вблизи промышленных предприятий следует отдавать предпочтение аборигенным видам тополей,, так как в условиях сильного атмосферного загрязнения они характеризуются значительно лучшим жизненным состоянием по сравнению с интро-дуцентом - тополем бальзамическим. Кроме того, в ряде случаев усиление атмосферного загрязнения не вызывает у них увеличения ксероморфности ассимиляционных органов, что свидетельствует о значительном потенциале устойчивости этих древесных пород.

Не следует полностью исключать из лесокультурной практики тополь бальзамический. Чаще всего причиной ухудшения жизненного состояния деревьев тополя бальзамического является отсутствие своевременных песоводственных мероприятий. В результате сильная загущенность насаждений приводит к формированию у деревьев недоразвитой кроны, непропорционально тонкого ствола - тонкомера (что в свЬю очередь является причиной частых ветровалов), плохой очищаемости от мертвых сучьев, высокой степени поражения листьев ослабленных деревьев, появлению большого количества сухостоя.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кагарманов И.Р., Уразгильдин Р.В. Насаждения тополей в городе Уфе: биологические особенности и перспективы использования // Тезисы докладов международной научно-практической конференции. Ч. II .- Уфа, 1995,- С. 18-20.

2. Уразгильдин Р.В., Кагарманов И.Р. Особенности использования тополей в зеленом строительстве в г. Уфе // Тезисы докладов научной конференции студентов и молодых ученых биологического факультета,-Уфа, 1997,-С. 10-11.

3. Уразгильдин Р.В. Длина жилок листа у тополей в течение вегетации в г. Уфе // Проблемы агропромышленного комплекса на Южном ypatie и Поволжье,-Уфа, 1997.-4 с.

4. Кагарманов И.Р., Уразгильдин Р.В. Лесонасаждения города Уфы: состояние и перспективы реконструкции с применением тополей II Вертикаль,- Оренбург, 1997, Т. 2, № 2.- С. 97-101.

5. Уразгильдин Р.В., Кагарманов И.Р., Кужлева Н.Г. Рост листьев представителей рода Populus L. в городе Уфе II Леса Башкортостана: современное состояние и перспективы.- Уфа: Автор, 1997,-С. 70-72.

6. Уразгильдин Р.В., Кагарманов И.Р.,Гиниятуллин P.P., Кулагин A.A. Оценка состояния насаждений тополя бальзамического сани-тарно-защитной зоны Уфимского промышленного центра II Современные проблемы учета и рационального использования лесных ресурсов,- Йошкар-Ола: Оргтехника, 1998.- С. 78-80.

7. Уразгильдин Р.В./Кагарманов И.Р., Кужлева Н.Г. Анатомо-морфологические особенности листьев тополей в условиях загрязнения (Предуралье) II Проблемы ботаники на рубеже ХХ-ХХ1 веков, Т.1.- СПб.: Ботанический институт РАН, 1998.- С. 83.

8. Уразгильдин Р.В., Кужлева Н.Г. Особенности формирования листьев Populus trémula L. в условиях промышленного загрязнения II Промислова ботанта: стан та перспективи розвитку,- Донецк: Мультипресс, 1998 -С. 311-312..

9. Уразгильдин Р.В., кагарманов И.Р., Максимов И.В., Хисматул-лина Г.С., Федяев В. Фитопатологическая оценка насаждений тополей Уфимского промышленного центра И Итоги научных исследований биологического факультета Башкирского государственного университета за 1997 год-Уфа: БГУ, 1998,- С. 107-110. л /

______ /Ж

Подписано к печати 27.10.98. Формат бОх-QÓ J/íe- Объем 1 п.л.

Тираж 100 экз. Уфа, БГАУ. Зака-з № 189

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Уразгильдин, Руслан Вилисович, Уфа

, РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УФИМСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ

На правах рукописи УДК 630*17:528.623.2]:630* 164

УРАЗГИЛЬДИН РУСЛАН ВИЛИСОВИЧ

ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПОЛЕЙ

В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (НА ПРИМЕРЕ УФИМСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЦЕНТРА)

03.00.05 - Ботаника

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук Кулагин А.Ю.

Уфа - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

1. Древесные растения в условиях техногенного загрязнения (обзор) 9

1.1 Оценка жизненного состояния отдельных деревьев и лесных 9 насаждений

1.2. Регенерация кроны древесных растений 12

1.3. Морфо-физиологические особенности древесных растений в 14 условиях техногенного загрязнения

1.4. Морфологические особенности древесных растений в условиях 17 техногенного загрязнения

1.5. Особенности водного режима древесных растений в условиях 20

техногенного загрязнения

2. Район, объекты м методика исследований 23

2.1. Характеристика района исследований 23

2.2. Объекты исследований 41

2.3. Методика исследований 44

3. Эколого-биологическая характеристика тополя дрожащего 50

3.1. Характеристика пробных площадей 50

3.2. Оценка годичного радиального прироста стволовой древесины 56 тополя дрожащего в условиях атмосферного загрязнения

3.3. Характеоистика морфометрических признаков листьев тополя 58 дрожащего з условиях атмосферного загрязнения

3.4. Характеристика некоторых морфологических признаков листьев 63

тополя дрожащего в условиях атмосферного загрязнения

3.4.1. Длина жилок на единицу площади листа 63

3.4.2. Количество устьиц на единицу площади листа 66

3.5. Оценка жизненного состояния насаждений тополя дрожащего 68

4. Эколого-биолоп/ческая характеристика тополя черного 72

4.1. Характеристика пробных площадей 72

4.2. Оценка годичного радиального прироста стволовой древесины 78 тополя черного в условиях атмосферного загрязнения

4.3. Характеристика морфометрических признаков листьев тополя 82 черного в условиях атмосферного загрязнения

4.4. Характеристика некоторых морфологических признаков листьев 86 тополя черного в условиях атмосферного загрязнения

4.4.1. Длина жилок на единицу площади листа 86

4.4.2. Количество устьиц на единицу площади листа 88

4.5. Оценка жизненного состояния насаждений тополя черного 90

4.6. Выводы 94 5. Эколого-биологическая характеристика тополя бальзамического 97

5.1. Характеристика пробных площадей 97

5.2. Оценка годичного радиального прироста стволовой древесины 103 тополя бальзамического в условиях атмосферного загрязнения

5.3. Динамика прироста побегов тополя бальзамического 108

5.4. Особенности водного режима листьев тополя бальзамического в 110 условиях загрязнения

5.4.1. Особенности транспирации листьев тополя бальзамического 110

5.4.2 Особенности водного дефицита листьев тополя бальзамического 113

5.5. Характеристика морфометрических признаков листьев тополя 115 бальзамического в условиях атмосферного загрязнения

5.6. Характеристика некоторых морфологических признаков листьев 119

тополя бальзе-мического э условиях атмосферного загрязнения

5.6.1. Дл 1на жилок на единицу площади листа 119

5.6.2. Количество устьиц на единицу площади листа 121

5.7. Оценка жизненного состояния насаждений тополя бальзамического 124

5.8. Выводы 128

6. Сравнительная зколого-биологическая характеристика насаждений тополей 131 Уфимского промышленного центра

6.1. Морфо-функциональные особенности тополей 131

6.2. ^ Жизненное состояние и фитопатологическая характеристика 135 насаждений тополей

Выводы 138

Список литературы 141

Приложения 160

ВВЕДЕНИЕ

Техногенез определяется как процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека (Реймерс, 1992). Наиболее значимым последствием этой деятельности является загрязнение окружающей среды разнообразными химическими веществами. Данный фактор, по-видимому, является для растений не столько качественно новым, сколько количественно значимым, то есть существенно превышающим возможности механизмов устойчивости (Тарабрин и др., 1986; Коршиков, 1994).

У большинства растений отсутствуют какие-либо специальные приспособления для защиты от губительного действия токсичных газов и значительную роль в обеспечении устойчивости растений к условиям загрязнения окружающей среды играют преадаптации (Кулагин, 1980, 1985).

Загрязнение окружающей среды токсикантами оказывает негативное влияние на рост и развитие древесных растений, процессы фотосинтеза, дыхание и т.д.

Наиболее опасные для растений газообразные вещества - сернистый газ (двуокись

»

серы), фтор, хлор, аммиак, окислы азота, сероводород, уксусная кислота, пары ртути, хлористый водород, окись углерода (Безуглая и др., 1991). Отмечается, что находящиеся в зоне хронического загрязнения растения подвергаются мутациям, которые передаются наследственно (Николаевский, 1990).

Вместе с тем древесные растения являются эффективным средством снижения загрязнения окружающей среды промышленными выбросами (Князева, 1950; Красинский, 1950а; Николаевский, 1965а; Мамаев, 1969; Илькун, 1971; Applied ..., 1976; Антипов, 1979; Гудериан, 1979; Dassler, 1981; Smith, 1981; Хайретдинов, 1984; Hoffman, Gronlberg, 1990; Кулагин, 1985; Биоиндикация ..., 1988; Загрязнение ..., 1988; Ситникова, 1990; Scheiber, 1990; Концепция ...,1993; Коршиков, 1994). В частности тополя отличаются способностью поглощать из воздуха значительное количество токсикантов. К примеру, за вегетационный период в зонах сильной постоянной загазованности тополь бальзамический способен накапливать серу без заметного вреда до 19.6 мг/г сухого веса, что намного больше, чем у других

древесных пород (Кулагин, 1967). Отмечается способность тополя бальзамического накапливать значительное количество некоторых металлов в листьях и ветвях (Гиниятуллин и др.,1998). Тополь черный активно поглощает фенолы, цианиды, соединения серы (Борзенец, 1983). Способность древесных растений аккумулировать газообразные токсиканты можно использовать в целях снижения негативного воздействия техногенеза на природную среду.

Республика Башкортостан - регион с большими запасами нефти и других полезных ископаемых, высокой концентрацией мощных промышленных комплексов по переработке углеводородного сырья, разнообразных химических производств, предприятий добывающей промышленности. Столь интенсивная промышленная деятельность привела к появлению техногенно нарушенных ландшафтов: отвалов, территорий вокруг буровых скважин, территорий индустриальных пустынь вокруг промышленных предприятий, участков, нарушенных в результате аварий и т.д.

Своеобразие района исследований заключается в уникальном сочетании природных и техногенных факторов. На территории Предуралья представлено более 20 видов лиственных и Жойных древесных пород, проходят границы ареалов ряда лесообразующих видов. Все это обусловливает необходимость изучения состояния насаждений, произрастающих в условиях загрязнения окружающей среды токсикантами, выявления наиболее устойчивых к промышленному загрязнению древесных пород для использования их в лесокультурной и озеленительной практике.

Город Уфа является крупным промышленным центром Предуралья с общей численностью населения более 1 млн. 92 тыс. жителей (Безуглая, Расторгуева, Смирнова, 1991). Основные производственные предприятия, влияющие на экологическую обстановку города, располагаются в северной части города (рис. 2.1). Нефтехимический профиль производства, устаревшие технологии и изношенное оборудование обусловливают выброс в окружающую среду ряда токсикантов, концентрации которых превышают ПДК в несколько раз.

Уфимского лесхоза, входящего в зеленую зону города занимает 13 841 тыс.га, что составляет всего около 23% от требуемой по нормативам (Хайретдинов и др, 1981). Значительная площадь зеленых насаждений города находится в ведении различных организаций нелесохозяйственного профиля, не проводящих должного ухода за насаждениями или не имеющих единых рекомендаций по уходу.

Основные площади санитарно-защитных лесных насаждений находятся в критическом возрасте (посадки 40-50-х годов) и требуют реконструкции либо замены. Так, тополя занимают 12,9% (1791 тыс. га.) от указанной выше площади зеленой зоны, причем 69,1% от занимаемой ими площади приходится на приспевающие, спелые и перестойные насаждения (Проект организации ..., 1996).

Вышеизложенное свидетельствует о необходимости выявления наиболее устойчивых к загрязнению лесообразующих пород, анализа их адаптивного потенциала и разработки рекомендаций по лесовосстановлению и реконструкции существующих насаждений. ф

Цель настоящей работы - охарактеризовать состояние насаждений тополей Уфимского промышленного центра и определить пути создания и реконструкции защитных лесонасаждений в условиях нефтехимического загрязнения.

В связи с этим решались следующие задачи: 1) оценка жизненного состояния насаждений тополей; 2) изучение сезонной динамики изменения морфологических характеристик вегетативных органов тополей в условиях промышленного

загрязнения; 3) оценка годичного радиального прироста стволовой древесины

*

тополей в различных условиях произрастания; 4) анализ водного режима листьев тополей в различных условиях произрастания; 5) характеристика фитопатологического состояния листьев тополей; 6) обоснование использования различных видов тополей при реконструкции и создании защитных насаждений в условиях промышленного загрязнения.

характеристики биологических особенностей тополевых насаждений, произрастающих в условиях нарастающего (в 40-60-е годы) и постепенно снижающегося (в 90-е годы) нефтехимического загрязнения; в выявлении экологической видоспецифичности видов тополей по отношению к увеличению степени атмосферного загрязнения и положению в рельефе.

Работа имеет целью на основании анализа литературы в данной области исследований и полученных данных выработать ряд рекомендаций по созданию и реконструкции насаждений в условиях промышленного загрязнения с учетом климатических, рельефных, гидрологических особенностей района исследований и биологических особенностей тополей.

Выражаю глубокую благодарность своему научному руководителю, доктору биологических наук А.Ю.Кулагину, коллегам из Института биологии УНЦ РАН за содействие в работе и полезные советы при подготовке диссертации.

Настоящая работа была выполнена благодаря практической помощи со стороны И.Р.Кагарманова, Н.Г.Кужлевой, А.А.Баталова, Н.А.Мартьянова, С.Е.Кучерова, Р.Х.Гиниятуллина, И.В.Максимова, Г.С.Хисматуллиной, А.В.Денисовой, Н.В.Уразгильдиной, которым автор выражает глубокую признательность.

1. ДРЕВЕСНЫЕ РАСТЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

(ОБЗОР)

»

В этой главе рассматриваются общие положения о реакции растительных организмов на воздействие промышленного загрязнения на основе анализа результатов различных исследований отечественных и зарубежных авторов. В частности обращено внимание на исследования жизненного состояния отдельных деревьев и лесных насаждений, способность древесных растений к регенерации поврежденной кроны, морфо-физиологические, морфологические особенности и особенности водного режима древесных растений в условиях техногенного загрязнения.

1.1. ОЦЕНКА ЖИЗНЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ДЕРЕВЬЕВ И

ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ

Для оценки стадии дигрессии насаждения важно знать его жизненное состояние. Исследователи применяют различные подходы к прижизненной оценке состояния и устойчивости к действию токсикантов как отдельных деревьев, так и всего насаждения или экосистемы в целом (Положенцев, Ханисламов, 1948; Красинский, Победииская, 1950; Ходасевич, 1964; Захаров, и др, 1997; Илькун, Мотрук, 1968; Рубцов, 1968; Шеверножук, 1968; Балахонов, Кишенков, 1969; Рутковский, 1973; Захаров, Кларк 1993, 1993; Антипов, 1979; Гудериан, 1979; Кулагин, 1980; Тарабрин, 1984; Кулагин, 1988; Алексеев, 1990; Крючков, 1991; Коршиков, 1996; Ярмишко. 1996; Николаевский, 1998; Fensom, 1963; Wilhelmi, 1969; Dochinger, Jensen, 1S75; Dassler, 1981; Smith, 1981).

Наиболее просты в применении и информативны различные методы визуальной оценки успешности произрастания растений в определенных условиях, которые часто находят применение в различных исследованиях и незаменимы для практической проверки результатов исследований, полученных другими методами (Илькун, 1978).

Чаще всего при исследовании состояния деревьев или насаждений методом визуальной оценки используются в различных сочетаниях следующие наиболее достоверные и легко различимые признаки: уменьшение количества и размеров листьев, верхушечный и краевой хлороз или некроз листьев, сворачивание или гофрированность листовой пластинки, рассеянные по листовой пластинке некротические точки или пятна, изменение цвета листьев, потеря тургора листьев, преждевременное опадание листьев, формирование укороченных побегов, сокращение плодоношения или формирование нежизнеспособных семян, формирование флагообразной кроны и т.д. (Антипов, 1957; Кулагин, 1965; Илькун, 1968; Илькун, Миронова, Михайленко, 1969; Антипов, 1975; Илькун, 1978; Taylor, 1959; Thomas, 1951 ). ,

Для оценки текущего состояния'растения, изучения процессов, протекающих в нем, или установления связи с изучаемыми факторами или явлениями некоторые авторы используют результаты исследований биоэлектрического потенциала (Ходасевич, 1964; Шеверножук, 1968; Коловский, 1968; Рубцов, 1968; Балахонов, Кишенков, 1969; Рутковский, 1973; Fensom, 1963; Wilhelmi, 1969).

Разработаны несложные приборы, позволяющие изучить состояние отдельных деревьев на основе их водных показателей (количество прикамбиальной влаги, испарение воды прикамбиальной поверхностью, количество сока в единице объема древесины и т.д.), а также на основе гальваноэлектрических характеристик древесины (Положенцев, Ханислэмов, 1948).

В качестве общей и неспецифической меры состояния организма была предложена оценка гсмеостаза развития древесных растений (Захаров, Кларк, 1993). При проведении этих исследований общее представление строится на основе характеристик морфогенетических, цитогенетических, физиологических, биохимических и иммунологических показателей гомеостаза развития. Показано, что возможно использование морфогенетических показателей для оценки общего состояния организма (Захаров, и др, 1997).

Система классификации при оценке состояния насаждений у разных авторов отличается. ВАЛипаткин (1996) предлагает различать следующие состояния древостоев: устойчивое невозмущенное, устойчивое слабо возмущенное, устойчивое средне возмущенное, устойчивое сильно возмущенное, терминальное, состояние распада (умирание) и необратимое прекращение жизнедеятельности (смерть).

При изучении деградирующих насаждений рекомендуется пользоваться следующей системой оценок стадий (Цветков, 1996): фоновая (естественное состояние), преддигрессивная, дигрессивная при сохранении эдификаторной роли древесного яруса, дигрессивная при разрушении древесного яруса, редина, пустошь, техногенная эродированная пустыня.

А.К.Ибрагимовым (1996) выделено четыре критических уровня в процессе поэтапного разукомплектования и дигрессивной метастабилизации лесных экосистем: О - потеря полночленной разновозрастной структуры кпимаксовой древесной ценопопуляции (формирование условно-коренного антропогенного типа леса с одновозрастными древостоями, что обусловлено хозяйственным оборотом рубки); 1 -

Л

трансформация условно-коренного типа леса (с практически ненарушенным живым напочвенным покровом и подлеском) в устойчиво-антропогеннопроизводный тип леса с полурудеральным живым напочвенным покровом; 2 - полулесной полностью рудерализированный амфиценоз с отсутствием подлеска и естественного лесовозобновления; 3 - отсутствие сомкнутой растительности, угнетение рудеральных видов, отсутствие возможности для нормального укоренения новой растительности (полный кризис локальной системы).

Рекомендуется уделять существенное место в мониторинге лесов дендрохронологическим методам исследований (Комин, 1990). Дендрохронологические методы получают все большее и большее распространение в исследованиях так как очень информативны и дают возможность оценить динамику роста насаждения в течение всей его жизни. Кроме того, эти методы с успехом используются для выяснения степени загазованности территорий и учета ущерба, наносимого лесам вредными промышленными выбросами (Комин, 1968).

Указывается, что промышленное загрязнение вызывает резкое падение продуктивности лесов, выражающееся в снижении прироста и увеличении отпада в древостоях (Комин, 1990). С другой стороны высказывается мнение, что под влиянием загрязнения воздуха (пуск предприятия) возможно увеличение радиального прироста деревьев, однако это увеличение сопровождается ростом амплитуды колебаний величины прироста (Алексеев, 19