Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Анатомические изменения стебля сосны обыкновенной и дуба черешчатого при загрязнении атмосферы

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Анатомические изменения стебля сосны обыкновенной и дуба черешчатого при загрязнении атмосферы"

о з. ,

ВОРОНЕЖСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛШЕРСЛТЕТ'' ИМЕНИ ЛЕНИНСКОГО К01.ХШ0ЛА

". На правах рукояйси

ЛУГОВСКОЙ Александр Михайлович•

' АНАТОМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТЕКДЯ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ И ДУБА ЧЕРЕШ1АТОГО ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ АТМОСФЕРЫ

03.00.05 - ботшктка

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Bopor.es - 1992

Работа выполнена на кафедре.ботаники Воронежского государственного педагогического института

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор, В.М.Еремин

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

старший научный сотрудник БИН АН России, • Е.С. 1авчавадзе доктор биологических наук,-профессор, ■ . В.И.Таранков

Ведущая организация: Санкт-Петербургская лесотехническая

академия

Защита диссертаций состоится " Я " 1992

года в /Г часов ца заседании специализированного Совета К 063.48.05 по защите диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук при Воронежском госунизарситето по адресу: 394693, г.Вороне:«, Университетская'пл., 1, госуниверситет, биолого-почвенныП факультет, аул. 190.

С диссертацией монно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан __ 1П9Й г.

Ученый секретарь.

г~Г-:' ' п

специализированного Совета 4 ъЬ-ШЬШ! Г.И.Барабан!

.. • ---------- 1 ч

Отдол I - о - . .

• Л^^Щ^ал'ьностъ теш.

Проблема влияния техногенных выбросов на биосферу в цсдок и в том числе на один из ее элементов -'древесные растения,приобре- ■ ла глобальный характер. Для решения этой проблемы необходимо выявления реакции растений на загрязнение на различных уровнях организации, разработка на основе этих дачных методов оценки состояния воздуха с помощъю-древесных растений, испытывающих совместное действие всех компонентез и отражающих комплексную оценку состояния окружающей среды. Необходимо' обоснование с учетом реакции биологических объектов научно обоснованных предельно допустимых концентраций загрязнителей в атмосфере с учетом различных условий в праде-'лад'природных зон. . ' ■

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССДШШАНИЯ, • '

Целью данной работы являлось изучение реакции.сосцы обыкновенной и дуба■черешчатого на,выбросы предприятий, производящие азотные удобрения и сопутствующую продукцию.В соответствии с поставленной целью в программу исследований были включены следующие задачи:

1.Изучение структурной реакции стебля сосны обыкновенной и . дуба черешчатого под влиянием выбросов прецприятий,

2.Выявление закономерностей изменения анатомических структур под действием фитотоксикантов в различных природных зонах:

3.Выявление возможностей использования погсучрнных данных для оценки степени загрязнения атмосферного воздуха.

4.Рекомендация на этой основе значений ПДКсс для некоторых загрязнителей.

НАПНАЛ НОВИЗНА РАБОТЫ.'

Проведен анализ анатомического строения стебля сосны обыкновенной и дуба черешчатого в условиях различной степени загрязнения .

•атмосферы в разных природных зонах.Выявлены закономерности структурной реакции стебля древеиных растений п устансазека возможность использове ния ее для диагностики состояния атмосферы.Установлена независимость ' направленности структурных изменений под влиянием фитотоксикантов от климатических условий к видрвой принадлежности.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ.

Тема диссертации является частью научно-исследовательской работы ■ кафедры ботаники ВГПИ и включена в &>ордннациснный план по направлении "Научные основы переработки и использования древесины"Научного Созета по проблеме "Химия древесины и ее основных компонентов"--тема 2.14.1, регистрационный Ш1.86.0080511. На основе полученных результатов предл! таится критерии оценки состояния воздуха по анатомическим показателям стебля доены обыкновенной и дуба черешчатого,разработаны рекомендации для Комитетов -по охране природы, ЮВЛСП при Госкомяесе,Россошанского химкомбината, предложено обоснование норм ЦЦКс.с. и ее величины для отдельных ингредиентов.Результаты исследования используются в процесс преподавания ботаники в Воронежском и Брестском пединститутах.Получен ные данные могут быть использованы для мониторинга окружающей среды.

' АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

' Основные положения диссертации докладывались на конференциях по итогам научной работы преподавателей ВШИ с Борола*' 1988,1989,1990;,на заседаниях Воронежского отделения Всесоюзного ботанического общества (Воронеж 1908,1989,1990),на ХХУ, ХХУ1 Сессиях комиссии им.'Л.А.Иванова по анатомии,физиологии и экологии лесных растений (Ленинград 1989,192 на -Всесоюзном совещании по экологической анато. ;<и растений (ЗладиЕОст 1990,), на Сеьяшаре-совещании преподавателей фязг/'логии растений и заве дующих кафедрами иотшшкп -пединститутов ГС^СР(Зоцогда,1990> ,н;а Зсесок ном соминарй"00разование и строение древесной ткани ('Рига, 1091).

ПУБЛИКАЦИИ.

По тема диссертации опубликовано 6 научных работ.

- 5 -

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы 275 названий, в тон числя 89 иностранных авторов и приложения. Работа изложена на 210 страницах машинописного текста и оюшчает 25 таблиц, ¿4 рисунка, В приложении приведена /Л таблица.

СОДЕРЖАНИИ РАБОТЫ. '

ГЛАЗА 1. Фитотокошлнты и речкция растений на итс воздействие (обзор яитературы) .

3 обзоре проанализированы литературное источники по истории изучения вопроса о влиянии загрязнения атмосфер? на растения СНелюбов Д.Н. ,1900; Сабашников В., 1911; КрасинскиЯ Л.IT. ,1937,1939, 1950; Холлиде.1 Е.С., 1962; Николаевски,1 B.C. ,1979; Трешоу М. ,1988), по особенностям поступления и преобразования основних фитотоксикан-тов в атмосфера (Jini^oC, 1963; i'ao<iuiU P. ,1974; Garland л.A., 1978; Постхумус A.C. ,1988; БандЬан А.Л.и пр. ,1988,1989,1990; БретштИдер Б. ,КурТ»рст И.,1989; проаяализ1грованы литературное данные по использовании растительных объектов для организации мониторинга (Qul.u-h^ J.-Г., 1975? Vak.-xi:i&i Г i, r.nkinncii А., 1976; LÖiiicho'.' ■„,, Kolli I п'.-J., 1977 ' ; Дямянопа Л.Г., Валиков В.Д. ,1980; ? U.Y. ,i?aj ; Мартин U.Л., 1984j Ог-тар Б. ,1988 ).Рас-

смотрены литературные данные -по реакции растений на биоценотичес-ком(Вг.1ц,1'д лр,,19?5{ фишерс Д. и др., 1980; Оттар Б.,1988 ),организ-менном (КрасинскиЯ Н.П.,1937,1950; Николаевский В.С%, 1979,Трешоу М.,1988 на тканевом (ЛаЯранд Н.И.ч лр.,1981; Еромии З.М. и лр., 1987, 1988, 1989, 1990 ), на клеточном и уяьтрагтруктурноч уровнях ('■■о | "Um..' : v.r. и чр,, .1972 Сайкквяи 0., Кярй.нлшши Л. ,1988) и связи с концентрацией и составов загрязниталей атмос-Х-орн (Кулагин ¡0.0.,1974; Клькун Г.М.,1978; Николаевский B.C. ,1979,-1983; Гудерлан .Р.,1979; Ранкелз В,С.,1988) . Показана'недостаточная изученность

- 6 -

вопросов 'структурной реакции стебля на загрязнение атмосферы,возможности использования анатомических показателей для целей биоин-дпкации и.научного обоснования предельно допустимых концентраций \-загрязнителей атмосферы.

ГЛАВА- 2. Материал и методика исследования.

Для исследования реакции стебля на загрязнение атмосферы отбор объектов сосны обыкновенной (паю иу.ЬезЬг1з ь.)произ во пился в степно? (район г.Северояонецка Луганской области, г.Россошъ Воронежской области). , лесостепной (г.Воронеж; и лесно* (в районе г.Дорогойуж Смоленском области) . Деревья ду^а черешчатого'^иегсик 1-ьЬаг Ь.)были отобраны в зоне смешанных лесов (Г.Щакино и Ясная Поляна.Тульской области) . Указанный пункты выбраны в связи с расположением в ни однотипных предприятий по выпуску азотной продукции и характеризующихся примерно одинаковым спектром выбрасываемых., загрязнителей.

Пространство от источника загрязнения расчленяюсь на четыре зоны: первая - 5 км от источника загрязнения, вторая 5-10 км, третья - 10-20 км и четвертая - евшие 20 км. Во всех пунктах на .. примерно одинаковом расстояния от источника загрязнения по направлению господствующих ветров закладывались временные прооные площа-'ди 100x100 м, на которых производилась глазомерная таксация" и отбор трех модельных деревьев. Оценка состояния насаждения в целом и модельных деревьев производилась согласно "Рекомендациям УкрНИИЛХА" (1987) . ''

Отбор микрообразцов для анатомического анализа осуществляли из середины оиЕга-, двухлетних, приростов главного стебля, середины ствола и с'вИсоты 1,3-метра над уровнем почвы с наветренной стороны по направлен™ господствующих ветров.

Модельные деревья отбирались без'признаков внешнего повреждения вредителями и болезнями, одной и той же морФоногическо? формы.

Почленно-груя?- ч - гл:^ п рв*чч увлшшенпя а местах отборч модельных дереяьез з качкой зоне указанных пунктов были припярно

Препарата приготавливались ло миг.-общепринятой в анато-■мии -растения г Наумов Ч.А. , Хоълиэ .1254; Прозмна М.Н.,1969 ; Паламарчук И.А., «селова Т.Д., 1969; Фурзт Г.Г.,-379} .

Анализ препаратов осуществляли на световых микроскопах МШ-6, 'ЖИ-15,1.В-30,Г.ЕК-.3 в проходяще свете. Сдементы измеряли по трем направления'/, (пертикальпо^, рац-мльноч и тангентальном) винтовым •окуляр-микрогготром .ЧСЗ - 1—1С-. Для вычисления основных статиоти-ческ;:.- показателей в каждом кс-третиом случае определяли' размеры .элементов р результате 25-49 измерений в зависимости от степени варьирования признака. Результаты измерений были сведены в вариа--ционные ряды, для которых определяли показатели: среднюю величину (М) , сроднее квядратическов отклонение (о) .коэффициент вариации (с) , ошибку срелной величины (¡0 , показат'" п. точности (р) .В необходимых случаях определял:« степень достоверности 'различий между средними (I).

Основные климатические показатели л 5 лет получены на метеостанциях соответствующих пунктов, значен: ^ предельно допустимых концентраций взяты из действующих ориц/а лиге нормативных документов. Данные о содержании };итотокснкантов ь аозлухе получены в С?С и химлабораториях соответствующих пунктов,

ГЛАВ/1 3. Структурная реакция стебля сосьи обыкновенно?! '

О^ су1 \'с„ !•!:: ь.)на загрязнение ап.изфэрч.

Проанализировав состав загрязнителей в разг-гшых пунктах сбора полового материала можно сделать вывод э. примерно одинаковом ¡'л наборе, причем самими распостраненными явлчгатся соединения азота, углерода,серы, формальдегид, Их концентрация в разных

- в -

пунктах колеблется в пределах первой зоны от 1,1 до 4,5 ЦПКс.с. По маре удаления от источника загрязнения наблюдается довольно сильное снижение содержания фитотоксикаятов в атмосфере (до 10 : и более раз в третьей зоне; . 3 четвертой зоне обнаруживаются,как правило, их следы й концентрация не превышает 0,1 ЦЦКс.о.

На первый взгляд содержание фитотоксикаятов в атмосфере по отдельным загрязнителям не создает угрожающей опасности пля растений 2-3 зоны, так как отсутствует превышение ЦДКс.с. Однако, учитывая синергирующие действие целого ряда загрязнителе'/ (сернистый ангидрид и сероводород; сернистый ангидрид и гтиоксид азота; озон, диоксид азота и формальдегид; сернистый ангидрид и -фенол; сернистый ангидрид, серный ангидрид, аммиак, оксиды азота и др.), эффект суммации расчитывается то формуле (Сигал И.Я.,1988) : (

С* Со Сп : -+ -—й— +.... + —2— <; 1, где 1

11ДК1 ■ ДДК2 . ГЩКд

с1. .С,,, Сд - фактические концентрации вредных веществ в воздухе, ПЛК^1ПДК2,ЩКЦ- предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе. Если проанализировать согласно птой формуле состояние атмосфе-

4

ры в пунктах сбора, то полученное значение для третьей зон:.- превышает содержание кошдонтрации отдельных пещеот дана в первой зоне. Причем,оперируя значениями ПДКс.п. слелуот по.мить о том, что они приняты. £ля человека, тогда как растения явд;лтоя более чувствительными к действию загрязнения (Трешоу !'.. ,1908) . Таким образом, лаже небольшая концентрация отдяиыгпс {'итотоксикя.л-ов в -юздухо п итоге образует'среду неблагоприятную для обитания ра.;тзни.'\ поскольку совместное действие нескольких загрязнхтпло'! -.-скишпет отр^гчтоль- . ное влияние. Уже этот факт говорит о том, чт- использован:'« ¡Ц1Л по" отдельным фитотоксикэнтам не целесообразно, !о тач, чач опрояо-лпть общую концентрацию не пролста^ляртпя »о: •.'••• тлыи, то знпадшн

ПДК лоляик приниматься с учетом их синергирутацего действия.

Анализируя реакцию стебля на действие фитотоксикантор мы себе четко представляем, что она является вторичной, тал как ■первым испытывает отрицательное влияние ассимиляционный аппар«:, следствием чего является резкое снижение интенсивности процесса -фотосинтеза. итрицательное воздействие фитотоксикантов наглядно * выражаотся на количественных показателях дерева: диаметр, высота, прирост. В четвертой зоне, по сравнению с первой, яч 30 - 5U % увеличивается диаметр, "почти вдвоо высота, в два, а иногда и более раз прирост.

В основе внеших различий, безусловно, лежат различия структурные. Pea сияя тканей стебля на действие фитотоксикантов носит количественный характер, на- затрагивающий основных качественных признаков: количество и структура горизонтальных смоляных хсдов, . количество и форма кристаллов оксалата кальция, форма ситовидных полей на стенках ситовидных меток, структура феллемы повторных * лсриперм, форма трахеид, тип поровости на продольных стенках и полях. перекреста, структур"1, и тип лучей. Основными параметрами, проявляющими заметную связь с концентрацией фитотоксикантов являются: об"|;ш ширина коры однолетних стебле?. По мере снижения концентрации загрязнителей изменяется степень развития всех составных частей коры, но в большей мере и практически в одинаково?! степени во всех пунктах увеличивается ширина луба, в меньшей степени первичной коры (соответственно в три раза и на 20 - 25 - } .Это связано с различной функциональной направленностью тканей: являясь ассимиляционное, первичная кора имеет больше возможностей увеличивать параметра клеток и ткани в целом за счет 'фотосинтез?, протекающего в най самой. Луб же, несмотря на то, что строится за счет веществ, синтезируемых в листовом аппарате, должен обеспечивать отток асси-милятов от листьев. Улучшение условии для гТхэтосинтеза по мере удаления от источника загрязнения и увеличение его штенсивяопти,безус-

- ю -

ловно, определяет и более интенсивное развитие луба по мере снижения концентрации фитотоксикантов. Обращает на себя внимание довольно значительное увеличение ширкни перидермы, что можно расценивать как усиление защитных функций этой ткани в более благоприятных условиях . . . ■

Такая же закономерность просматривается и в коре двулетнего стебля, хотя и в меньших- масштабах. Анализируя качественное состояние коры, следует отметить:

1. почти в два раза меньшую толщину стенок клеток "эпидермы <р гиподермы в перво" зоне по сравнен™ с четвертой;

2.более сильную деформацию клеток пробки в перво" зоне;

3.более крупные по размерам клетки первичной коры в стеблях растений, произрастающих в третьей и четвертой зонах, по сравнению с первой;

4. больший процент мертвых клеток в составе первичной коры в первой зоне. Разрушаясь, они способствуют образованию крупных полостей, что обуславливает более рыхлое сложение первично'! кори.

По мере снижения степени загрязнения нроисход-т увеличение количества смоляных ходов в 1,5 - 2 раза и более,их радиальных к т&нгентальннх размеров, при. этом упетгчепие радиальных размеров происходит на большую величину. При этом, подтверждается правило Еремина В.М. (1987,1988.) о постоянстве соотношения суммарной величины тангп.чталышх размеров ходов и длины о:- г/жности на которой они располагаются. Это говорит о координации процесса фор;тирова-' ния стебля в целом под действием как природных, так и антропогенного факторов '( табл.2) . Отмоченные закономерности справедливы и для двулетнего стебля.

Наблюдаются и некоторые особенности в < руктурчом отношении, обусловленные влиянием фитотоксикантов. 3 перг.ой зоне смоляные ходы имеют, как правило, более мелкие, часто ранг дюнные клетки апито -лия, обычно один слой клеток сопровождающей чаретсимы, граничащий с мертвыми толстостенными клетками. У*е во итэро? зоне рпитолий

- U -

представлен сплошным, плотно сложенным кольцом клеток, а сс~-~2С.ч-дащай паронхяма располагается в виде двух, а иногда и треп :тзщ-ных слоев меток. К ней примыкают большей частьп яивые клетки лер-вичной коры. .

Анализ флоэмы показал, что ни в гистологическом составе, ни в структуре годичного слоя под действием фитотоксихаятов изменониЛ но» наблпдается, но для всех пунктов справедлива общая закономерность: резкое увеличение в 2-3 раза ширины проводящего луба во второй зоне но срзчиетго с первой!' Этот показатель тесно связан с увеличением количества ситовидных клеток к их радиального размера.Причем по мзре уменьшения концентрации загрязнителей в атмосфере количество ситовидных клеток в проводящем лубе однолетнего стебля увеличивается в 2 и более раз и несколько меньше в нижней части ствола. Радиальный размер, наоборот, значительно увеличивается по мере удаления от источника загрязнения в-стволовой части, где увеличение составляет 1,5 - 1,8 риза.

1:,п>г роста в высоту, который осуществляется за счет готстнчес-;wiX веществ в основном отложенных в запас в году,лродшествовшему воготацлонному периоду с Храмip П., Козловский Т., 19G3} .большое значение имеет степень запасающих тканей. ¡Зо вторично-й флоэме к ним относятся в первута очередь флозмние лучи. В однолетних стеблях это:! ткани преобладают 1 - 5-ти слойные лучи при любых концентрациях Гцтотоксикантов. Есть 6 - 10-ти слойные и лучи более 10 слоев. Однако такие лучи образуют явную тенденции г. увеличению числа по мере снижения концентрации загрязнителей. 3 первой и второй зонах лучи более 10 слоев отсутствуют совершенно, и появляются в кора деревьев только третье" зоны. Дуче К- с высотой 6-10 слоев у деревьев н контрольной зоне в 8-10 раз больше, чел: у деревьев первой зоны.

Зчгрязнеиие атмосферы угнетает ррзвития защитных структур стебля (перидерма и готтолермя) . ¡Сирина 'корки до '40,? больше в третье £

зоне по сравнению с первой. Структурно, по мере удаления от первой зоны, корка характеризуется:

. 1.большей шириной повторных перидерм, которая также больше у деревьев, произрастающих в третьей и четвертой зонах по сравнению с деревьями, растущими в первой зоне;

2.большим расстоянием ( в два раза) между повторными перидермами.

Увеличение ширины повторных перидерм происходит в основном за счет большего' количества слоев клеток пробки. Феллема повторнух перидерм у деревьев всех зон гомогенная, только тонкостенная, сложена плотно.

Анализируя анатомическое строение дровес'шш следует отметить сильное увеличение (в 2-8 раз) ширины годичного слоя. Безусловно, Наблюдаются различия в величине годичного кольца по голам в разных пунктах, что вполне объяснимо.различиями в условиях обитания и концентраций загрязнителей. Однако общая закономерность проявляется везде достаточно четко. Увеличение гаиршш годичного кольца по море снижения концентрации столь велико, что различие между ниш в 1 и 2 зонах всегда достоверно. Изменение этого показателя в одно-, двулетних стеблях и стволовой части происходит примерно одинаково. В стволовой части, где четко.вир-жены различия между ранне" и поздней древесиной, прослеживается более тесная зависимость ширины • -

поздней части годичного кольца от концентрации загрязнителей, чем ранней. Если- ширина ранней части увел.ичиваетсл в 3-8 раз (в зависимости от пункта) , то поздней в 7-10 раз.

Таким образом, фитотоксиканты, подавляя деятельность камбия ВО второй половине вегетационного сезона, резк?' ухудшают качество древесины. Во второй зоне, по сравнения с пер:ширина поздней части возрастает не очннь значительно. И тольк > на расстоянии 10 км от источника загрязнения происходит за.летчое у:сличение годичного кольца в целом и его пэздпей части.

Ширина годичного кольца древесины обусловлена количеством

Таблица 1

Характеристика смоляных ходов в однолетнем стебле г.Россошь

•:Кдин;ща "Показатель измерения ' . Зона

•1 г а 4

Общее чисто шт 11 22 25 30

основных ' шт 9 16 17 20

дополнительных гат 2 е 8 10

Г-'адиатьн. размер •

■основных мкм 110,0 110,0 143,0 330,0

дополнительных гаем 88,0 99,0 .121,0 198,0

Тангеятальн.размер .

•основных мкм 180,4 201,3 249; 7 440,0

дсдолн::т'эл1.!5УХ мкм 99,0, 121,0 154,0 242,0

Длина окружности мкм 7046,6 • 13746,7 17615,4 35921,6

Сумма длин смоляных ходов мкм 1623,6 3227,4 4244,9 8800,0

Отношение длины окружности и - суммы длин смоляных ходов 4,34 4,26 4,15 ' . 4,08

трахеит в радиальном ряду годичного слоя и гос радиальным размером. Эти показатели, как и сама ширина годичного слоя также не одинаковы в различных пункта-'. Но везде прослеживается одна и тале закономерность: по мере удаления от источника загрязнения увеличивается количество трахеид.

Изменение с уменьшением концентрации фитотоксикантов в количестве трахеид в ранней и поздней частях годичного слоя коррелирует с изменениями ширины птих частой годичного кольца: то есть более интенсивно увеличивается кол1тчество поздних трахеид, чем ранних. Если в четвертой зоне по сравнению с первой годичное кольцо, содержит ранних трахеид примерно в 3 раза больше, то поздних в &-10 раз. При ятом по второй зоне это увеличение не очонь значительно. Что говорит

о том, что во второй зоне концентрация фитотоксикантов в атмосфере довольно высока и подавляет деятельность камбия во второй половине вегетационного сезона.

- и -

Радиальный размер трахекц так*е .увеличивается по мере снж&-ння концентрации фитотокси'тантов, однако степень увеличения значительно меньше, чем у ширина годичного кольца и количества траяеид. Анализ изменения этого -показателя у ранних и поздних трахвид позволяет выявить, закономерность, противоположную той, которая наблюдается в изменении ширины годичного кольца и количества трахеид: радиальный'размер, поздних трахеид по мере удаления от источника загрязнения увеличивается в меньоей степени, чем у.ранних.

Трахеиды поздней древесины годичного кольца характеризуются увеличением толщины стенок по мерз снижения концентрации фито'токси-кантов в атмосфере, тогда как у ранних трахеид то глина стенок не изменяется. Толщина- стенок поздних трахеид во всех пункты? четвертой зоны более чем в 2 раза больше, че?' в перао* (табл2 ) .

Таблица 2

Толщина стенок поздних трахеид,мкм г.Россошь

Год

Зона

.1980 2,6 0,22 3: ,1 + 3,20 5, Д + 0,31 5,7 + 0,30

1987 2,3 и 0,33 4 ,3 + 0,32 4, ,8 4 0,20 6,3 + 6,21

1985 2,6 + 0,21 4 ,1 0,22 4, ,7 0,22 6,4 0,20

1985 « 2,5 + 0,20 4 Д + 0,21- •5, (7 + 0,30 6,2 + 0,22

1984 + 0,31 4 ,4 0,22 5, ,4 и. 0,30 5,8 + 0,20

Если количество трахеид и сиговншшх юл--ток в радиальном ряду деревьев разных зон можно объяснить отрицательным воздействием загрязнителей но интенсивность деления камбк 1 ->ьних клеток, то из-монение их размеров, толщины стенок моуио об: -енпть уменьшением объема и нарушением функции ассшплядарнпог-) аппарата,

В изменении-количества и высоты сердчев.нльге лучей в дроиесн- | не с изменением концентрации загрязиугепел н . г-тдалаотся точно тзктг |

- 15 -

же картина, как и в изменении флоэмиих лучей.

Как и в первичной коре, действию Фитотоксикантов в древесине сильно чодвержена смолоносная система. При ятом количество горизонтальных смоляных ходов практически не,изменяется,а количество вертикальных по мере удаления о'п источника загрязнения увеличивается, так как увеличивается количество древесины.Большое значение имеет распределение смоляных ходов: если з древесине колоти стеблей в первой зоне они расположены в самом начале годичного слоя, то в стеблях растений последующих зон они распределены более пли менее равномерно. •

Анализируя данные о количестве ситовидных клеток и трахеяд, ' образованных камбием в течении года в разных пунктах и.в зонах с различной степень® загрязнения, мы на обширном материале подтвердили правило Еремина В.М. С1978) об уменьшении соотношения количества элементов дрзвосины и луба в экстремальных условиях природной среды, до 1,Этот показатель .увеличивается по мере удаления от источника загрязнения, что говорит об улучшении условий среды.Более показательной в отом отношении является стволовая часть (.табл.3).Обнаруженная закономерность подтверждает ,что действие загрязнителей на структуру стебля не специфично и является аналогичным тому,который наблюдается при ияменеии природных Факторов среды.

Таблица 3

Соотношение количества трахеид и ситовиднчх клеток,г.Россогсь

Год, побег

»

Зона

2

1988

1 - лот.

2 - лет. 1,3 м

25 9 ц 10 = 2'5

16 - 1 п

59 о »7 22 = 2,7

й - 4.3

§.1,0

- 2 7 7В - '

69 - 2 9

39 л л Ш = 1(6

130 о « ~зв = 3,6

120

-

70 _

¿с

4.3

2.7

1

4

3

Таким образом, изменение анатомической структуры стебля имеет

- 16 -

одинаковую закономерность в разил географических точка". Климатические условия несколько сглэяплалт проявление реакции, что должно учитываться при обосновании ПДК, то есть они должны быаъ якффереи-

■ ' цированьг по природным зонам.

ГЛАВА 4.Структурная реакция стебля дуба черешчатого (Чиегсип гоЬиг Ь.) на загрязнение атмосферы.

Анализ состояния атмосферы в местах отбора Модельных дерева®® показач, что в пределах первой и второй зон срешесуточнои знаякние ' загрязнения но превышает ныне существующих значений 7ЩК для четпгаз-ка. В пределах третьей зоны уровень загрязнение близок к контролю, что объясняется частичным закрытием и перепрофилированием в1987 в • гозле месяце некоторых производств Министерства химической промышленности, Значение максимально разовых концентраций была превышена в первой зоне от 12,5 до 29,6 % за вегетационный период в 2-7 раз, в пределах второй зоны залповые выбросы значительно ниже, и нормы превышались по оксидам азота до трех и более ПД.К до 6% и аммиаку более 1 1ЩК б 9,9? за вегетационный период. В пределах третьей зоны значение концетраций при залповых выбросах не превышало 50%

■ среднесуточных значений ПДК,'. что при ныне существующих значениях ПДК для человека соответствует норме состояния атмосферного воздуха.

Используя ранее приведенную формулу синеррического взаимодей-, ствия загрязнителей, получим значения среднесуточных ПДК не вдаю 1. Однако, проведенные последовать морфотсгичес игх признаков, измерения параметров тканей, гистологических апеменив позволили выявить ту же закономерность, что и для ссснч обыкновенной в пунктах обора, где значения ПДК'^Р. и ПДКс.с. были внтаа существующих норм. Ото . говорит о проявлении общей закономерности изменения параметров гистологических элементоп тканей и о неприоияг .'.ости принятых значений ПДК для растоний.

Анализируя количественные показатели гистологических тов и тканой коры (табл. 4) , следует отметить реакцию одполетгшх стеблей дуба черешчатого как наиболее ярко выраженную по сравнению со стебля-га старшего возраста и стволовой частью. Так, разница в ширине коры однолетних стеблей первой зоны по сравнению с контро- " лем составляет 4öt; тогда как на высоте 1,3 м она менее 20%.

Различие в ширине коры обусловлено неодинаковым развитием слагаи'пнх ее тканей: сильно изменяется ширина механического кольца, проводящего луба. Эти показатели могут быть положены в основу индикации состояния атмосферного воздуха.

Таблица. 4

Количественные показатели параметров гистологических элементов Я

тканей кори

Показатель :Един.:_Зона

:измер: 1 2 3 . 4

1-летний побег

ширина коры мкм 402+35,7 484+43,2 550+47,8 660+56,4

перидерма мкм 49,5 49,5 60,5 60,5

ширина мех. |

кольца мкм 64,9+2,9 72,0+3,1 88,1+3,4 121x4,8

кол-во клеток шт 6+0,1 6+0,1 7+0,1 9x0,2

толщина стенок мкм 3, 3J.0,1 3,8x0,1 4,2+0,2 .4,3x0,2

срелн,диаметр клеток мкм 10,840,6 11,9+0,7 12,6+0,7 13,4x0,8

проводят.луб мкм 75x4,8 ' 110x5,8 143+9,3 165x10,1

кол-во клеток проводят.луба шт 9+0,5 11+0,6 14x0,6 i5x0,7 .

ралиальн. размер ситозид. клеток мкм 8,4+0,6 10,0+0,61 10,2+0,69 11,0+0,8

1,3 метра

ширина коры мкм 3740+240,7 2970+182,1 4180+220,4 4510x263,7 •

проведет, луб мкм 149+6,3 143x5,9 ' 121x5,4 165x7,1.

ко л-по клеток проедят.лу5а шт 12+0,5 11+0,6 10x0,5 14x0,6

ралиальн. размер ситолили.трубок мкм 12,4x0,51 13,0+0,56 12,1x0,48 11,8x0,43 ■

- 18 -

По мере .удаления от "/ /очника загрязнения увеличивается ширина проводящей флоэмы. Однако, часто различия не носят достоверного характера, что говорит о меньшей чувствительности коры .•.стволовой части к загрязнению атмосферы и невозможности исполь -зозания этого показателя для индикации.

Таким образом*•более чувствительными являются молодые,особенно. однолетние стебли дуба черешчатого, причем особенно чутко реагирует нгрина коры однолетних стеблей и юиряна первичного.механического кольца, что делает эти признает ценными деля -индикации уровня загрязнения атмосферы.

Анализируя реакцию древесины на действие фитотоксикантов, ' следует отметить общую закономерность:также, как и древесина соо-йы обыкновенной, древесина дуба чорешчатого под воздействием загрязнения атмосферы не претерпевает качественных изменений,Остаит-ся неизменными форма сосудов, сосудистых трахеид и либриформз, перфорация и тип поровости, форма кристаллов оксалата кальция, колъцесосудистнй тип организации. •

Анализируя ширину годичного кольца молодых стеблей и стволовой части следует отметить большую чувствительность древесины Йолодих стеблей по сравнению со стволовой частью, что иллюстрируется следующим примером: в связи с частичным перепрофилированием ряда химических цроизводств в 1988 году уменьшился уровень 'загрязнения атмосферы, что привело к нормализации камбиальной деятельности стволовой частя, тогда как разлития в ширине годичного кольца древесины у молодых побегов состав чет 30 .

При анализе соотношении ранней и поздней части в го пи том слое древесины взрослого ствола следует отметить более значительное сокр-здбнис поздней древесины, что приводит к ухудшен™ Физико-моханических свойств древесины п целом.

Большое диагностическое значимее ;глсст сосни ранней лревесшш

- 19 - *

в связи с уменьшением диаметра просветов у молодых стеблей до 40& в 1 зоне по сравнению скконтрол'ом. В стволовой части это изменение незначительно и носит недостоверный характер. •

Таким образом, для исследований в целях индикации степени •загрязнения следует рекомендовать признаки однолетнего стебля: ширину коры, механического кольца, луба, годичного слоя древесины, диа-• метр просветов сосудов ранней дре'весины. '

ГЛАВА 5. О возможности применения структурных особенностей •стебля .для целей индикации.

. Отсутствие исследований об использовании анатомических признаков стебля в связи с их изменениями под.влиянием фитотоксикантов для целей идентификации степени загрязнения связано прежде всего-о трудностям готодического характера'. Однако, имея в. виду, что древесные растения в природных условиях находятся в атмосфере, содержащей большое количество компонентов и испытывают пх одновременное воздействие, разработка способов.индикаций имеет важное значение. Отдавая себе отчет в том, что гтервче поптгки анализа не являются бесспорными, считаем важным дальнейшее исследование в этом-направлении, так как реакция дерева является интзгральннм выражением совокупного действия-загрязнителей и фиксирует их наличие постоянно. , • .

• Проанализировав реакция анатомической структуры стебля счита - . ем возможным рекомендовать, шкалу оценки загрязнения по анатомическим признакам (табл.Б, 6.) . ' • •

Необходимо установить предельно допустимые концентрации заг- . рязтьелеЯ в атмосфере с среднесуточная величина) для растений такие*' при которых только начинается .:;змензниа количественных показателей. А так как при концентрации загрязнителей 0,1-0,3 ныне существующих ПДК ужо происходи? снижение показателей на 15-20Й, то совершенно • логично ¿'станочйть Щ'.Кс.с. для растений п пределах ^0,1 от ныне

• ' Таблица 5 ' •

Примерная икала оценки загрязнения но анатометэским показателям стебля сосны обыкновенной

Показатель Единица ! -Зеличияа ! Зеличняа' показа-се^я в % от •контроля .

измерения! показателя ! 80 - 90 ' 80-65 65-- 45''

! в норме■ !Степень загрязнения в долях от •

г . ! ртне сутаестяуггттгх ЛГКс-, с,.

1 - летний побег

Яисло основных смоляных холов •щт 12 - 22

Количество .ситовидных клеток ■ проэод.тзего луз'а 12 - 36

Ралиалкь'Л размен сптозкдных кле-тек провоналего луба мкм ■ 10,7 11,1

Радиальный размер трахеил ,-мкм 20,5 - 24 „0

Стзоловая часть 0.,5 — 1,5 2,5-4,0 более 5

Раг.пачьный размер ситовидных • клеток лроводяде'го луба • мкм •14,0 - 21,, С

Обдее число' фдоэмных луче* • шт 21 - 26

Радиальный размер поздних тоахепп мкм 16., 5 - 22,5

Го тайна стенки поздних трахеит ;км . 5,7 - 6.,1

го О

существующих ПДКс.с.

Таблица- 6

Примерная ткала оценки степени загрязнения по анатомическим показателям однолетних стеблей дуба черешчатого

Показатель :Еди-: Величина показателя в % от контроля

,:ница:показателя:тгтп;-.¿ir. —■ fie—

:изме: в норме • bt> : ре низ : '¡ггшшаь аагризнынии и дииях1 ______: :_:от ннне существующих ПДК

Общая ширина кора мкм 660 - 700

Ширина первичного

механического кольца мкм 120 - 130 Ширина луба мкм 165 - 180

Диаметр просзетов 0,1-0,3 0,4-0,8 0,9-1,4

сосудов ранней

древесины мкм 100 - 110

Ширина годичного

слоя древесины мкм 275 - 290.

ВЫВОДА

1.Структурная реакция стеблей древесных растений на загрязнение атмосферы выбросами промышленных предприятий имеет количественный -характер и проявляется в уменьшении степени.развития тканей и размеров слагающих их элементов. Наибольшие изменения претерпевают.-степень развития (ширина) коры, ширина годичных слоев луба и древесины, радиальный размер ситовидных элементов и диаметр сосудов,количество смоляных ходов, количество-проводящих элементов в радиальном ряду годичного слоя, ширина кольца механических тканей в молодых стеблях,тотщина стенки поздних трахеид, соотношение сердцевинных лучей луба; и древесины по группам слойности.

2.Не попоержсны влиянию фитотоксккантов гистологический сос-т тав древесины и коры, топография тканой, тип пор и поровости.тич сердцевинных лучей, тип перфорации и форма ситовидных полей и пластинок, характер расположения просветов сосудов на поперечном .срезе, форма кристаллов оксалата кальция в первичной коре' и флоэмной

- 22 -

паренхиме и др. . ..

3.Структурная реакция стеилей на действие фитотоксикантов вторична, а потому не является специфичной.Характер ее проявления аналогичен тому, который наблюдается при изменении факторов среды: освещенности, уровня грунтовых вод, географ:яеского положения,высоты над уровнем моря и т.д. ■ • •

4.Реакция стебля древесного.растения проявляется независимо от состава фитотоксикантов, их количества и природной зоны в радиусе до 30 :ш от источника загрязнения.

5.К наиболее общим и типичным закономерностям реакции древесных стеблей следует отнести: неспецифичность структурных изменений независимость направленности структурных изменений от природных усЛоврй, видовой принадлежности и концентрации фитотоксикантов; . независимость качественных структурных признаков от характера и степени загрязнения; независимость ох характера и-степанк загрязнения соотношения тканей в стебло и структур в тканях; меньшая ■ зависимость камбиальной активности от фитотоксикантов на рашвх этапах формирования стебля, чём на поздних. '

б.Зылвленнач зависимость глубины реакции от концентрации фитотоксикантов в воздухе дает возможность-рекомендовать для испо ЗОвания в целях диагностики степени загрязнения в основном структурные показатели .однолетних стеблей-, позволяющие выяснить комп-* лексную характеристику состояния воздуха и прогнозировать состояние лесных каседдвний.

7.Изменение анатомической структуры стеблей под влиянием промышленных выбросов даже в пределах' допустимых ныне существттощ] норм свидетельствует о неприемлимосг/ для использования действую щих ДЯКс.с. для растений,

Мы предяогаем определять 1ЩКс.с.:1.Едиными для человека и растен 2.Нижним пределом брать значения, при которых исчезает рв!\кция р

- 23 -

тений. '

3.ПДКс.с. определять исходя из концентрации синергирующего д-тХст-вия загрязнителей.

4.С учетом синергирующегс действия, ПДКс.6, по отдельным загрязнителям не должна превышать 0,1-0,2 ныне действующих ПДКс.с.

СПИСОК РАБОТ,ОПУБЛИКОВАНИЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Еремин В.М., Лутовской A.M.Реакция древесины сосны обыкновенной на загрязнение атмосферы./Ворон, гос. пед. ин-т. - Воронеж, 1989. - 10 с. - Деп. .в ВИНИТИ 25.04.139, Я 2708 - В89

2. Еремин В.М., Луговско:! A.M. Влияние промышленных "выбросов на структуру однолетнего стебля сосны о б ыкно в е иной./Брест. гос. пед. ин-т. - Брест, 1990. - 12 с. - Деп. в ВИНИТИ 17.05.90, Я-2687 - В90 ' .

3. Лутовской A.M., Еремин В.М. Рост.по диаметру сосны обыкновенной в районе придонского химкомбината./Брест, гос. пед. ип-т.-Брест, 1990. - 11 с. - Деп. в ВИНИТИ 17.05.90", й 2686 - В90'

4. Лутовской к.и\'., Еремин В.М. Структурная реакция стебля сосны обыкновенной на загрязнение атмосферы.//Современные проблемы экологическом анатомии растений. - Владивосток: Изд-во Дальневосточ. ун-та, 1990. - С. 90 - 91 .' . •

5. Еремин З.М., Лутовской A.M. Структурная я>еаяция■ коры и древесины на загрязнение атмос$еры./Всесоюзн. семинар "Образование и

. строение древесной ткани" - Рига: Зинатие, 1990. - С.53-54

6. Лутовской A.M., Bodoh В.П-., Еремин В.М. О росте стебля .сосны обыкновенной в окрестностях Северодонецка./Брест, гос. пед. ин-т. -Брест, 1991. -'8'с.; библиогр. 10 назв. - Деп. в ВИНИТИ -15.05.91, ' а 2001 - В91 . . •

Заказ 47 от 7.2.92г.' тир. КМэкз. формат 60x90 1/16, Объим Гп. л. Офсетная хвб... ВГУ. _ •'