Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-биологическая оценка устойчивости основных лесообразующих пород БССР к органогенным загрязнителям ароматической природы

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Эколого-биологическая оценка устойчивости основных лесообразующих пород БССР к органогенным загрязнителям ароматической природы"

8 ; 0 914

/АКАДЕМИЯ НАУК СССР ' ГЛАВНЫЙ БОТАНШЕСКИЙ САД

На Правах рукопйой ■

ШОБАНОВА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА

УДК 581.:581,5:630.1(476)5504

ЖОЛОГО-БИОЛОПНВСКАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОСНОВНЫХ ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ ПОРОД БССР К ОРГАНОГЕННЫМ ЗАГРЯЗНИТЕЛЯМ АРОМАТИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ

03.00.05 - Ботаника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в лаборатории экологической физиология Центрального ботанического оада АН БССР (г. Минск)

Научный руководитель - доктор биологических наук СИДОРОВИЧ Е.А.

Официальные оппоненты - доктор, биологических Паук КОРОВИН С.Е., • кандидат биологических наук КОФ Э.М.

Ведущее учреждейие - Донецкий ботанический сад АН УССР

Защита состоится . 1991 г. в

часов на заседании специализированного совета Д 003. 03.01 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук в Главном ботаническом саду АН СССР (127276, г. Москва, ул. Ботаническая, 4).

С Диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Славного ботанического сада АН СССР.

Автореферат разослан ". . .......1891 г.

Ученый оекретарь / специализированного совета / доктор биологических наук

. ни п

ТЛЦИЙ

0БЦ1АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темЬ. Широков развитие таких отраслей производства как нефтехимия, создание крупнейших центров по производству продукции нефтехимического синтеза, пластмасс, новых искусственных и синтетических волокон приводит к появлению комплекса загрязнителей атмосферы веществами углеводородного типа. .Занимая значительные территории и образуя единые комплексы производств* предприятия данного типа резко меняют экологический режим окружающей среды. При этом как отдельные группы древесных растений, так и целые лесные массивы попадают в зону интенсивного влияния.промышленных атмосферных выбросов.

• В связи с возрастающими масштабами промышленного загрязнения среды данными ингредиентами оценка степени их воздействия на жизнедеятельность растительных сообществ, подверженных антропогенному воздействию приобретает особое значение и требует разработки научно обоснованных методов для диагностики состояния лесНьбс биоценозов, мониторинга и оценки эффективности лесохозяйствешшх мероприятий в зонах промышленного воздействия.

Доказаны широкие возможности растений в поглощении и детокси-кации соединений углеводородного типа (ЛурМишидзе, 1979; Никитин, 1987). Важным и актуальным с этой точки зрения является исследование степени адаптированности лессобразующих пород к.комплексу новых техногенных выбросов углеводородного происхождения с целно реорганизации естественного растительного покрова и созданию искусственных фитоценозов, которые в максимальной степени оказались бы адекватными местным экологическим условиям И в наибольшей мере . соответствовали насаждениям данного региона.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось исследование малоизученных вопросов эколого-физйологических особенностей устойчивости основных лесообразующих пород Белоруссии по отношению к сложному комплексу техногепшх эмиссий с преиму-' щесгвенным содержанием веществ ароматической природы.

Перед нами стояли следующие задачи:

I. С помощью закладки пробных площадей й сосноеом, еловом, березовом и дубовом фитоценогах на различно,-! расстоянии от источ-

пика органогенных эмиссий определить интенсивность воздействия •фактора техногенной нагрузки. . ,

2. Дать оценку адаптивного потенциала основных леоообразую-тх. пород в условглх техногенной нагрузки нь $лзиолого-биохимв-чеиком у ровно.

3. Пыявг.ть взаимосвязи иекду структургаши и. физиолого-био-химпческтш параметрами древесиш: растений в связи с их газоус-топчкяосгю.

4. Провести количественную характеристик основных этапов биопродукционного процесса, посредством которого можно охарактеризовать степонь устойчивости каждого растительного сообщества к' 'органогенным поллютантам.

Научная новизна работы. Получены, данные об эколого-физиоло-пг1о'.:ком оостонжги раст1ггслы;их сообществ, образованных сспсвгаыя леоообра^/зсдагш вгдама, к слолюА;у комплексу техногенных аагрпз-нвтелей ч npu-cMïissciTisc-fliisJM садсдааиием оргаиогенннх ооедкае/ий ароматической природы» Вскрыты особенности биспродукциошохчэ процесса d данных условиях для хвойных и лиственных фитоцслозод и сшзшипю с наая i;oau& учодокия о состояний ассимшишиовиого аппарат.:! лэдсюфчгсущис ¿идое, Предложи! оригинальный метод биоинди-кш^ь; cai'jvï'.iiitiiiijj углсАЮдо^дииго -наш. Считывая состояние асск-mi:";'au!0nt;c'i'0 aav.fr»n ¿.".vjyw wtcoociiron. 'л по-:а ^ц'.чтгьцуо

v:--'.•v.'v о-:--- лес--з-гелзй l уолоз:ыл эаздва-

HCiiw; ог.р;'« ::гк';.; оргьногешшш ксенобиотиками рекомендуется

fIc-f,;v:,-ror.aHM'!; m оснсв« олозивзегося сс^егатад видов, нооа*-. дьнрй «йнвм'яг» р.^йчьцг я вочтет прсдпригп?]! о данном типе/.: ваб- ■

Цл-^-у^ч-^'г^ иАдм. Газраоотсашие на основе про-

ведении* исследований .рекомендации но оптимизации и деяцроилдика-' ции качества окдуяамщзЬ среда в зонах техногенного загрязнения.ее 0рп.,иСГ6ИИгШЦ нодтьти.ч? "М-д яри«г:ы г. иоиааььопзндо Республиканским ппнгром г: цис1.'':-о.чкгг:> кгнтрол'. i. {¡«(СдозочиЯ за загразнсназА! природной ^р-д::.

tot^viBJ'j диссертации, ощобврозин ira науч-нс-г1ракгйчсо:»о;5 KOKlœpeiKuw я& вкгуаиьннм проблемам охрани и раци-

онального использования природных и растительных ресурсов (Уфа,' 1987), на Республиканском семинаре по экотоксикологии и охране природы (Юрмала, 1988) и международном совещании по экофизиология хвойных (Таллинн, 1988).

Публикации. По материалам'диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 159' страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора.литературы, 5 глав, заключения и выводов. Работа содержит 51 таблицу, список цитируемой литературы, включающий 146 ссылок, в том числе 43 иностранных.

РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЯ, СОСТОЯНИЕ' ВОЗДУШНОЙ СРДШ, ОБЪШЫ И МЕТОДЫ ЖХЭДОЕАНШ

Исследования проводились в районе действия крупнейшего в Европе Могилевокого производственного объединения "Химволокно". Мо-гидевская область ¿ходит в Северно-Центральный интродукционяый район (Нестеровяч, 1982), характеризующийся определенными почвен-но-климатическими условиями, исторически сложившимися растительным покровом,•совокупностью дикорастущих видов и т.д. В районе преобладают дерново-подзолистые, шлевато-сутлинистые, безвалунные и валунно-песчаные почвы.. Произрастают дуоово-елово-грабовые леса. Значительный удельный'вес имеют- широколиственные породы (дуб, ясень, клен, липа). Широко распространены сосновые леса (55,8$).

По данным статистической, отчетности Могилезским ПО "Химволокно" в атмосферу выбрасывается за год 1874 т метанрла, 447 т пара-ксилола, 496 .т этилеягликоля, свыше 100 т полимеров и др. токсических эмиссий. Критериями качества атмосферы приняты максимально разовые ЦБК доминирующих ингредиентов в атмосферном воздухе прилегающих к предприятию территорий. До .туянянм падфакельных наблюдений на сопредельной территории .объеданеязая на расстоянии I км', концентрация динлла превышает ПДК в 20 раз, параксилола в 2 раза, диметилтерефталата в 3 раза. В радиусе до 3 км с од ерзание ддаетил-терефталата снижается до уровня ДОС, ' а загрязнение дкндлаз яоддер-

зшвается в пределах 10 ПДК на расстоянии до 5 км от источника омиссии»

Исследования проводились в лесных фитоценозах: сосновых (Pineta), еловых (Picesta). дубовых (Quercetd, березовых (ßetuleta), расположенных на различном удалении от источника выбросов. С учетом экологической обстановки и направления ветрового режима пробные площади были заложены в четырех пунктах: на юго-восток -2 км (I зона), северо-восток - 10 км (II зона), юг - 25 км Ш зона) и контрольные аналоги на расстоянии SO км в северном направлении С 3-У зона). По характеру загазованности эти зоны определялась нами: I - зона постоянной загазованности; П - зона слабой периодической загазованности; Ш зона, учитывая преимущественное юго-западное•направление ветра в данной местности, определялась как зона экологического влияния комплекса.

С цельа установления идентичности почвеяно-грунтовых и лесо-растительных условий на фоне различий по фактору загазованности Еозлукасй среды, было проведено лесотаксационное и почвеяно-грун-ювое обследование данных площадей. 3 качестве основной методической базы ^итоценотнчес.чкх исследовании приняты "Программа и методика бпогеоценслогических исследований" (1266), а также разработки В.Н. Сзтсачева, C.B. Зонна (IS6I), В.Н. Сукачева (IS64), И.Д. Щркевича (.980). Исследования леоотаксационяых параметров дровостоя проведены по общепринятой в лесной таксации и геоботанике методам, определение биологической продуктивности - по методикам A.A. Молчанова, В.В. Смирнова (1967), U.E. Родина, H.H. Ре-мезова, Н.Ь. Базялеьич (1968), Н.И. Базилевич, A.A. Титляновой, В.В. Смирнова 7. др. (1978).

Пробы хвои и листьев дал аяагомо-морфологических и физиоло-го-биохиыяческнх исследований отбирала с пяти средневозрастных модельнкх деревьев каждого вида. Хвою и листья без видимых признаков повреждения брали с незатененной средней части древесного яруса.

Изучение анатомических параметров проводили на поперечных срезах листа, взятых из срединной его части. Для измерения размеров клеток мезофилла и хлоропластов использовали микроскоп марш "AaplivaX" 'увеличение 400 х, 600 х соответственно).

¿.тину хлоропластов измеряли по продольной, ширину по попереч-

ной оси. Объем хлоропластов рассчитывали по формуле Чезаре (Цель-никер, 1978; Кахнович, 1980).

Уотьща подсчитывали в поле зрения микроскопа (увеличение " 200 х) с каллоидкых матриц эпидермиса никней стороны листа. Повторное ть измерений 50-ти кратная.

Содержание пигментов в суммарной знтяжке определяли спектро-фотометрически (Годнев, 1963),-каротиноиды изЕ1екали из нее генсеком и очшцали по методу Virgin et al., (1981), экстлнцио полученных элюатов измеряли при 285 нм на СФ-16.

Активность окислительных ферментов (пероксцдаза, лсшифенол-оксида'за) определяли по А.Н. Бояркиву. Буферную способность гомо-генатов ткаяя хвои и листьев исследовали по методу, разработанному р. So'aola, S. Reck (1977) и стандартизированному S. Sidhy s. Zafcrevsky (1982) на образцах, фиксированных в жидком азоте. Белковые фракции выделяли по методу Х.Н. Починка (1976) и анализировали в них белок шшрометодоы (Hesse et al., 1971).

Полученные данные обрабатывали статистически на ЭВМ с использованием пакета программ "Анализ данных". Установить меру согласованности в изменении признаков помогает метод, корреляционного анализа, который широко используется в данной работе.-Бее коэффи-.циенты корреляции рассчитывались на ЭВМ при уровне значимости -0,050.

■ РЕЗУЛЬТАТЫ И.ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние ароматических техногенных эмиссий на структуру .ассимиляционных органов 'лесообразувщпх пород

Под действием техногенных эмиссий отмечаются.структурные изменения покровных и хлорофиллоносных тканей. Наибольшая изменчивость анатомических параметров наблюдается в.зоне хронического загрязнения (Г зона) у березы повислой. У растений происходит уменьшение толщины листовой пластинки (до 165,4 мкм против 179,4 в контроле), уменьшение кутакулярного слоя (до 5,33 мхм против ; 7,16). Под давлением стрессового фактора увеличивается степень • падисадности мезофилла (от 1,14 до 0,91 соответственно в I и Ш зонах проткз 0,77 у контрольных образцов), а также отношение продольного диаметра глетог. к поперечному. У столбчатой пароиххоы

этот показатель, варьирует в указанных зонах в пределах от 6,15 до 5,42, в контроле он составил 4,68» В губчатой паренхиме значения этого коэффициента изменяются в меньшей степени: от 1,58 до 1,5.4 против 1,44 в контроле.

У дуба в этих условиях отмечается более стабильное отношение, палисадной паренхимы к губчатой. Что касается покровных тканей, то ответной реакцией на присутствие токсикантов является увеличение кутикулярного слоя эпидермиса до 4,65 мкм в I зоне против 3,08 мкм в контроле. При относительно постоянной степени палисад-яости мезофилла,для всех, зон, у данного вида отмечается уменьшение растяжки клеток псд действием ксенобиотиков. Общая толщина, листа также уменьшается за счет торможения роста клеток в длину как столбчатой, так и губчатой паренхимы. Толщина листа в I зоне составила 124,4 мкм, во П - 102,8' против 130,3 мкм в контрольном аналоге 90 км зоны. Объем клеток при этом уменьшается от 23,15 до 27,9 по сравнению с контролем, где значение этого показателя составило 31,4 мем3.

Изменение числа и размеров хлоро^яастов, коррелирующее с из-менеяия.ми размеров клеток хлорофиллоноскоц паренхимы, также, следует отнести.к числу адаптивных механизмов, саморегулирующих; фи- ' зизлого-биохшическиз процессы в растении и их направленность. Так, у березы в- условиях максимальной техногенной нагрузки (I зона), объем, а следовательно и параметры хлоропластов столбчатой ткани находятся в обратной зависимости с высотой этой ткани (-т = -0,413; г = -0,440; г = -0,378)', а также с толщиной листа ( г = -0,384). При низком уровне загрязнения (Ш зона) характер этой связи становятся прямой {.г. = 0,649; г- = 0,449; г = 0,651). ■

Из данных, приведенных в табл. I, следует, что у березы, в условиях экологического стресса параметры и число хлоропластов в клетке отличаются более высокой" стабильностью, чем мезоструктура листа. При малой лабильности морфометрических показателей хлоропластов изменение фотосинтетической активности единицы площади листа в техногенной среде у данного вида в большей степени регулируется за счет, изменения параметров хлорофиллоносной паренхимы.. 7 дуба клеточная и тканевая организация Соле а стабильна, а оптимальная фотояктявная поверхность регулируется числом я размерами самих хлоропластов. 3 хвое сосны под влиянием техногенных эмиссий

Таблица I

Параметры и число хлоропластов в метках мезофилла лесообразующх пород в условиях техногенной нагрузки

Зона

отбора Ткань проб, км

Число хлоропластов в клетке, шт

Параметры хлоропластов

Длина, мкм

Ширина, мкм

Объем, мкм3

90

90

Столбч. Губчат.

Столбч. Губчат.

Столбч. Тузчат.

•Столбч. Зубчат.

Betula pendula Roth.

17 3,40 + 0,12 14 3,10 Т 0,11

18 3,50 + 0,12 13 3,50 + 0,П Quercus robur'X.

14 8

20 II

4,26 + 0,11 4,36 + 0,11

4,33 + 0,11 4,01 + 0,12

2 Мезофилл 90 Мезофилл

. Pirna sylvestris X.

103 4,11 +0,77 101 .4,43 7 0,90

2,90 + 0Д1 2,66 ¿ 0,11

2-,68 + 0,11 2,93 + 0,11

3,70.+ 0,10 3,43 + 0,09

3,63 +/0Д0 3,70 3 0Д0

3,53 + 0,61 4,03 i 0,76

Picea abies Karst. (Ii.)

2

90

Мезофилл Мезофилл

89 80

4,61 + 0,80 4,60 ¿- 0,81

4,08 +-0,79 4,26 J 0,82

17,40 13,40

16,82 17,58

52,11 '27,93

29,79 '31,42

29,00 41,90

43,88 47,98

объем хлоропластов уменьшается, хотя число их в клетках мезофилла остается почти неизмененным. В хвое ели фотоактивная поверхность клетки в условиях максимальной нагрузки поддеркпвается оптимальной за счет стабильности числа хлоропластов и сохранения их объема.

I

Состояние дластидных пигментов в лесоббразувда: породах под влиянием органогенных эмиссий

Хлорофилл. Согласно полученным даяшм увеличение содерг&шя

2

2

хлорофиллов под действием, опганогенньсс ксенобиотиков наиболее от-четлизо проявляется у ели обыкновенной. В хвое текущего прироста, во время становления ассимиляционного аппарата данного вида, эффект действия комплекса ароматических аэрозолей проявляется в однозначном увеличении содержания зеленых пигментов на протяжении ■ всего периода наблзденпя, что подтверждается наличием достоверных корреляционных связей между уровнем содержания хлорофнллов а и ъ и расстоянием опытных моделей от источника эмиссий ( г = -0,497, г = -0,604). Изменения количественного содержания хлорофилла в хвое ели обыкновенной второго срока вегетации под дейст-злегл органогекныг ксенобиотиков носят презде всего сезонный характер с незначительный уменьшением в соке. В последующе сроки происходит замэтное возрастание содержания зеленых пигментов в ассимиляционном аппарате ели под действием ароматических загрязнителей, что особенно характерно для растений I, П гон. Так, в нале этот показатель дал I зоны составил 120,5 %, для П - 141,1 % от коэтрольного значения, а в августе - 172,8 к 124,0 % соответственно.

Характер ответной реахлип сосны обыкновенной на присутствие органических, поллитантов наиболее отчетливо проявляется к концу вегетации в хвое второго год¿, зизнп. Незначительное превышение контрольного значения суммы хлорофиллов в летний период для рас-тенкЗ, пролзраставидос ь техногенной среде, сменяется резким увеличением этого показателя в сентябре. В I зоне на 57,5 %, во П на 56,2 %, в Hi на 46,0 % от уровня лонтрпля. Зги данные подтверадают факт стимулирования процессов биосинтеза и аккумуляции зеленых шггкгнтоп в ассимиляционном аппарате хвойных под действие.".] орга-аогеншве загрязнителей.

У лиственных пород в начальны:! период вегетации (конь) отмечается пениленное содераанде зеленях пигментов. В ходе дальнейиге-го развития концентрация хлорофилла возрастает, что особенно характерно для растений П и L зон со слабы;.; уровнем загрязнения. У березы количественное содержание пигментов во II зоне превышало контрольное значение на 50,2, в Ш зоне на и4,5 у дуба соответственно на-22,0 и G5,G %. Но второй половине периода летней вегетации аккуму.гяцля в листьях значительного количества продуктов загрязнения вызывает резкое умен^енке содержания :сллро$оалов.

Нарушение функционального состояния пигментного аппарата лиственных растений монет внступать з качестве одной из причин снижения биологической продуктивности растительных комплексов в условилх загрязнения окружающей среды органогенными ксенобиотиками.

Каротиноиды. Фитоиндикадионные аспекты изменений в пигментном комплексе растений. В литературе есть сведения с том, что контакт растений с высокши дозами ароматических соединений вызывает нарушение процессов циклизации и десатурации предшественников каротиноидов, что приводит к накоплению интермедиатов, в основном, фитоина (Зеп-Аз1г, Копт, 1974). йсследования, проведенные на территории ПО "Химзолокно" в услозиях Белоруссии, показали, что среда испытанных пород древесных раст'енлй в этом отношении ассимиляционный аппарат хвойных оказался наиболее чувствительным (Гетко, 1989).

Данные наших исследований такке показали, что у хвойных пород в зоне с повышенным содержанием органогенных эмиссий наблюдается усиленный синтез желтых пигментов - каротинолдов, а накопление в хвое бесцветного их предшественника фитоина следует рассматривать как специфический показатель и рекомендовать его для индикации.и контроля за качеством воздушной среды, загрязненной поллютантамп ароматической природы.

На рис. I представлена динамика содержания пигментов кароти-яоидного•комплекса в двулетней хвое ели -обыкновенной и сосны обыкновенной, произрастающих на различном удалении от источника техногенных эмиссий (2 и 90 км).. Как видно-из этих данных у ели наиболее активное накопление каротдноидоз и их предшественника -фитоина в 2-км зоне происходит в июле - августе; у сосны таких периода два: первый - в .июне - июле, второй в сентябре. Наличие периодов активного накопления каротиноидов у хвойных позволяет рекомендовать данный показатель в качестве теста за тенденциями изменения техногенной нагрузки на природную среду и оценки пространственной протяженности фактора загрязнения ароматическими эмиссиями.

Изменения физиолого-биохимических параметров ассимиляционного аппарата лесообразующих пород

Буферная способность тканей. Буферная способность раститель-

Рис. I. Сезонная динамика содзряання пигментов каротшояд-ного комплекса и их предшественника фитоина в двулетней хвое Picea abi.ea - (А) Z Pinua sylvestris — (В) ПОД влиянием органогенных ксенобиотиков: I - расстояние от источника эмиссии 2 км, 2 - контрольная зона, расстояние 90 км; S22- период активного накопления каротинаидов и их предшественника фитоина.

- L2 г-

ных клеток характеризует возможность организма поддерживать зндо-генную среду в определенном режиме ей. Поглощение ксенобютяксв создает значительную нагрузку на буферную емкость клетки, что может привести к нарушению метаболических процессов.

Полученные результаты показали, что величина буферной способности клеток ассимиляционного аппарата исследованных зидсз показатель достаточно лабильный, изменяющийся в зависимость, от периода вегетации и климатических условий года. Сравнительное изучение степени воздействия атмосферных поллютантов на величину буферной способности позволяет сказать, что данные лесообсазсва-тели достаточно толерантны к органогенным эмиссиям. Прлс-.угстзие органогенных ксенобиотиков в атмосфере не призодит к значительному снижению буферной способности клеток, а з ряде случаев у растений, произрастающих в техногенной среде отмечается повышенное значение этого показателя по сравнению с контролем.

Проведение корреляционного анализа взаимосвязей этого параметра с другими физиолого-биохиыическими показателями позволило установить наличие обратной зависимости с суммой зеленых пигментов и рН эндогенной среды. Обнаруженная обратная связь между количеством пигментов, участвующих з фотосинтезе, и буферной способностью хлорофиллоносных тканей, вероятно, свидетельствует о тем, что метаболические процессы, направленные на биосинтез пигментов в условиях загрязнения атмосферы ароматическими эмиссиями, снижают ее способность противостоять неблагоприятным факторам среды.

Знзиматаческая активность тканей. Способность еысших растений к окислительному расщеплению ароматических структур получила широкое экспериментальное подтверждение в работах отечественных и зарубежных авторов (Дурмпшидзе, 1979, 1588; Запрометов, 1Э76; Хар-боря^ 1985). В качестве основных гидроксилируэщах ферментов в связи с детоксикацйей ксенобиотиков в растении чаще других рассматривается пероксядаза и полифенолоксидаза.

Среди исследованных пород наиболее активной пероксидазой обладают хвойные (рис. 2). Реакция ассимиляционного аппарата сосны обыкновенной (хвоя второго года) на присутствие органогенных загрязнителей а первой половине летнего периода вегетации характеризуется незначительным превышением активности от уровня конт-

о о

-i 2i

X

а о

■ Рис. 2. Активность перокспдазы в листьях и хвое лесообразую-щих пород з условию: различной техногенной нагрузки; А - P±nus-cylvestriB Б - Picea abies, В - Quercua гоЪаг , Г - Setula pendula ; расстояние от источника эмиссии: 2 .км , 10 ил - ИВ, 25 км -ES , контрольная зона (90 км) -Ш ; I - в июне, 2 -

б августе.

роля. 3 августе у растений, произрастающих з 2 км зоне, отмечается резкое возрастание активности ПО, тогда как з д¡¡утих зонах ее активность остается на уровне контроля. 3 дальнейшем у растений

2 км зоны-наблюдается резкий спад активности фермента, 1 других сслах этот показатель остается на уровне контрольного зя.зчеяая

незначительно превышает его. Ус.илеиис пероксидазнсй активности з зсне постоянного загрязнения связано, по всей зидимсстл, о г-:текспзнымл склсллтельяылш процессами, вызванными исступленьем

3 ассимиляционные органы растения органогенных ксенобиотиков, "мэста с тэм, значительное повыпекие активности НО ксзот ашдзес-тл к образованию суперокслдккх радикалов и лаиаяности :\изнеяных систем клетки, что наблюдается в конце периода зегата-гши, после резкого увеличения активности фермента. У ели осыглс-зе:шсй тскше отмечается активизация ПО под действием загрязнителе.'; ка протяжении зсего периода вегетации, причем наибольшая активность фермента присутствует у растений, произрастающих в I пене. Среди лиственны:: 7 ,пуба чарешчатого увеличение активности Фермента каблздается только в конце летнего периода вегетации, ¿= у березн позпелей увел:гггние ПО .многократно превышает контрольное значение. Позмсзво, возрастание перокелдазкей актазностя з зоне связано с тем, что органогенные ксенобиотики ускоряют процессы старения тканей, что наиболее отчетливо проявляется у березы повислой. ' "

В ассимиляционном аппарате древесных лесосбразуюших пород активлость пеллфенолакелдазы Ш50) более чем на порядок низе активности пероксидазы. Так кок сравнение степени воздействия органогенных поллатаятоз на акт-гзяоеть полифенолоксидазы в различных зенах загрязнения не выязкло каких-либо четких закономерностей' в изменении этого параметра, целесообразно было применить метод корреляционного анализа для оценки степени согласованности в изменении данного показателя о другими физиологически:.::! показатз-лями. Полученные коэффициенты корреляции показали наличие достоверных связей активности ИГО с оо-еш^-рие:.: зеленых пигментов, для хвои первого года хизни значения положительных коэффициентов корреляции между этими показателя:.«! составили: у сосны - 0,501, у ели - 0,57;. ,;ля хвеи ели второго года эта связь проелех'зается ка солее высоком уровне при г - 0,719. В хзое сссяы зторого сро-

ка вегетация активность в основном латентна и не подвержена колебаниям в связи с другими'физиологическими показателями, ровно как и под влиянием атмосферных поллютантов. Такое же состояние ЕЮ отмечается и у лиственных пород. Вместе с тем .увеличение активности фермента лиственных к концу периода -вегетации в 2 км зоне скорее всего вызвано ускоренными процессами старении тканей под действием ксенобиотиков.

Белки. Связывание с молекулами белков является наиболее распространенным актом взаимодействия ксенобиотиков с компонентами . клетки. Предполагается, что после энзиматического расщепления экзогенных углеводородов происходит необратимое присоединение продуктов окисления к молекуле белка (Угрехелидзе, Дурмившдзе, 2984).

Полученные данные свидетельствуют о том, "что в начальный период активной вегетации у хвойных, произрастающих в зонах техногенной нагрузки происходит заметное увеличение легкорастворимых фракций .белков - альбуминов и глобулинов. У сосны обыкновенной' количественное содержание альбуминов в мг/г скрой массы для .каждой из зон составило: I - 2,33; П - 1,81; Ш - 1,68; 1У - 0,81. У ели обыкновенной увеличение количественного содержания фракции альбуминов отмечается только для 2 и 10 км зон и составляет соответственно 0,82 и 0,86 мг/г против 0,54 контрольного значения. Растворимые в воде альбумины являются преимущественно ферментами, с которыми связаны ваянейшие процессы обмена в-клетке, что сви-. детельствует об активизации этих.процессов в техногенной среде.

Присутствие в атмосфере углеводородных загрязнителей 'приводи:? такке к заметному возрастанию фракции труднорастворимых бел-коз - глютелинов и проламинов у хвойных пород. Максимальное содержание глателинов у сосны обыкновенной отмечалось в августе и составило для I зоны - 2,34; П - 2,54; Ш - 0,81 ж 1У контрольной - С,64 мг/г. Г ели заметное возрастание данного показателя для этого периода имело место только в 1 и П зонах и составило 1/47 д 1,87 мг/г против 0,55 мг/г контрольного значения.

Белковые фракции лиственных пород представлены главным образом легкорастворимыми фракцийми. В условиях хронического загрязнения (I зона) у листзешаос. 'пород отмечается относительное увеличение фракции глобулинов к содержанию альбуминов, что выражается в более низкой величине отношения фракций. Спецификой компо-

яентного состава, белковых, фракций листьев дуба чере.ичатсго является лабильность фракции альбушяоз. Именно с этой фракцией коррелируют такие физиологические параметры жизнедеятельности растения как рН эндогенной среды, биосинтез зеленых, и желтке пигментов, активность перокевдазы с которыми выявлены достоверные корреляции. В листьях березы повислой достоверных связей ммхду основными физиологическими параметрами не обнаружено, что позволяет сделать вывод о снижении жизнедеятельности данного вида з условиях загрязнения окружающей среды органогенными ксенобиотиками.

Особенности накопления органического зецестза в фитоценозах, произрастающих в условиях техяогекнел среды

Структурная перестройка ассимиляционного аппарата, изменение скоростей и направленности метаболизма прямо иди косвеняо связаны с величиной биологической продуктивности фитоценозов. ¡1ы остановились на таких показателях- биопродукшюяного процесса, как образование общих запасов фитомассы, годичной продукции древесного яруса, годичного опада и отпада, а также продуктивности работы хвои (листьев) или отношения годичной продукции древостоя к общим запасам хвои (листьев).

При сходных лесотаксационных характеристиках исследуемые древостой различаются величиной накопления органической массы. Хзой-ные фитоценоза в зонах влияния, промышленных органических выбросов •характеризуются увеличением этого показателя (табл. 2). Показатели их-текущего годичного прироота в зонах--влияния техногенных эмиссий также несколько знше, чем в природном аналоге, расположенном в £0 км от источника выбросов и взятом, з качестве контроля. Первичная биологическая продуктивность является производной величиной от процессов, фотоойнтееа, следовательно, можно заключить, что в хвойных фитоценозах, расположенных в непосредственной близости от.предприятия, они протекают намного интенсивнее, чем з контрольном аналоге. Подтвераденйем чему является превышение в яге показателя продуктивности работы хвои,, а также установление факта стимулирования биосинтеза пигментов под действием ксенобиотиков органической природы»

В лиственных фитоценозах при сходстве возрастных параметров отмечается большее накопление органической массы в контрольных

- 17 -

Таблице 2

Основные показатели накопления органического вещества в лесных ¡рнтоценозах, произрастающим б условиях техногенной нагрузки различной интенсивности

л,Годичный Продуктивность Относитель- Опад, Зоны прирост листьев (хвои) ный прирост,отпад

т/'га С /о т/га

Сосновые

- .» т Л. Ч, 1 1 2,1 Ь,Б 11,62

± С , О* Г Г\ 9,0 9,64

' Г') с с 07. 0 п ** , 9,0 7,39

--- 1 » ° ^ >< 2,6 9,62

Ьловые '

— 4 у ^ -К,64 0,82 7,5 • 7,66

1^, с 13,91 0,84 4,63

1 ГГ., с- Т^ ТС; 0,67 8,1 1,73

ГУ ' 1*17 Д 1С, 43 0,57 6,5 0,85

дуоовые

1С,13 3,2 9,6 14,93

' * 7,35 .3,6 8,9 ' . 12,25

— V - | . £, 46 Су и . 8,9 Б,14

:: И7.3- -1 пт 0 у 0 М 9,32

Березовые

_ 14с • с» Г, Г- О..БО 3,5 3,34

{ 9 - 4, С 6, 0 1,75

. 1: 185,6 ■ 11,75 4,6 6,2 3,02

230,5. ■' 14,91 л т 6,5 3,31

древостоя?:. Вместе с тем, ь насаждениях, прилегающих к ПО "Химв'о-■локно" отмечается относительно высокий уровень накопления органического вещества, подтверждением чему.служат показатели продук-тсаности.раооты их ассимиляционного аппарата, вполне соизмеримые с данкьмл показателями контрольного аналога. При сравнении показателей продукции асашаждующак органов дубравы 2 км зоны и кон- IЬ -

трального аналога относительное долевое участие их в формирований ежегодного прироста несколько ^ыые в насаждениях прочитанных зон. Значительное снижение биомассы и годичного прироста в береговых фитоценозах молено объяснить уменьшением массы асслывлл чгзагх органов и несбалансированности основных флзлолого-биохимичееккх параметров, определяющих их функциональную активность.

Заканчивая рассмотрение двух важнейших составляющих сиспрс-дукционногс процесса: общего запаса к годичной продукции растительных ссобщестз, испытывающих длительное время негативное влияние промышленных Еыбросоз ПО "Хпмволскно" можно сделать следующее заключение:

Лесные фитоценоза, расположенные вблизи источника загрязнения обладают несколько большей, чем их контрольные аналоги, емкостью биологического круговорота, ежегодно вовлекая в ::его и трансформируя значительные объемы органического вещества. Особенно отчетливо эта тенденция прослеживается в хвойных насаждениях. Эта активизация биопродукцаонного процесса является своеобразной защитной реакцией фатоценозов на изменение экологической обстановки, возникающей в результате хозяйственной деятельности. Такое состояние фитоценозов метет быть достаточно продолжительным по времени благодаря ежегодному сбрасыванию (частично в хвойких и полному в лиственных) ассимиляционного аппарата с аккумулированными в нем за сезон соединениями. Однако, у хеойшх древостоев 'из-за более ограниченных возможностей обновления фотосинтетнчес-кого'аппарата продолжительность сохранения данного состояния будет значительно меньшей, чем.у лиственных. Подтверждением данному заключению могут служить показатели.относительного прироста (в сравнении с запасами фитомассы), которые у хвойных фитеценозоз э техногенной среде несколько низе, чем в контрольном аналоге, а также максимальные запасы отмирающих частей фитомассы в насаждениях 2 км зоны»

Загрязнение окружающей среды' органическими веществами в данном случае относится к региональному типу загрязнения, функциональная роль зеленых насаждений, попадающих под влияние источника загрязнения, состоит в фильтрации и доочистке атмосферного воздуха от техногенных эмиссий. Так как лесной массив формируется на основе самсструктурирования а самовозобновления, биогруппы из естественно сложившегося сочетания биологически совместимых видов

являются основными элементами лесных фитоценозов. Учитывая состояние ассимиляционного аппарата.лесообразователей, их долговечность и санитарно-гигиенические свойства., на основе естественно сложившегося сочетания видов можао прийти к формировании .насаждений целевого назначения вокруг действующего предприятия. При этом создается прочная основа для фитоценотического равновесия внутри растительного сообщества, что определяется понятием фитоценотк- , ческой устойчивости, которое включает в себя структурную и физио-лого-оиохимическую устойчивость ассимиляционного аппарата отдельных лесосбразуйщих пород.

ВЫВОДЫ

1. действие техногенных, ароматических соединений на растительные сообщества лри локальном источнике загрязнения распространяется по направлению господствующих ветров на расстояние до ' 25 к.'.;, иьиозлее характерные признаки воздействия на ассимиляционный аппарат растений органогенных ксенобиотиков проявляются на территории непосредственно прилегающей к источнику эмиссий, в двухкилометровой зоне.

; . Устойчивость основных лесообразующих пород к органогенным кзенос;-;отикам проявляется на различных уровнях организации фито- . ценоза и тесно связана с реализацией защитно-приспособительных возможностей ассимиляционного аппарата к неблагоприятным условиям среди г его поглотительной способности.

3. Структура листа играет валкую роль Ь регулировании физиологических процессов. В ходе приспособления растений к техногенным нагрузкам важным звеном в структурной перестройке ассимиляционного аппарата следует считать изменение числа и объема хлоро-пластов, коррелирующее с изменением, размеров клетки хлорофкллонос-ной паренхимы, -

■ 4. Основными системами обеспечивающими устойчивость ассимиляционного аппарата растений к органогенным ксенобиотикам следует считать состояние пигментной и ферментной систем, а также сбалансированность основных физиолсго-биохпьшческих параметров, определяющих функциональную активность'ассимиляционных органов в условиях техногенной среды. Присутствие органогенных эмиссий стшфтш-гзует накопление фбт'осинтетяческих шзгмейтое и ¡увеличивает катали-.

• - 20 - ' .

тпческуто активность пероксвдаз, основных ферментов, участвующих в метаболических"превращениях поглощенных ксенобиотиков. Специфич-иость действия органических загрязнителей в этом отношении наиболее отчетливо проявляется у хвойных пород, •

Г), Установлен факт накопления нециклического предшественника каротиноцдов - фитоина во внешне неповрежденном ассимиляционном аппарате растений. Зтот Показатель целесообразно использовать в фитоиндикационных целях загрязнения окружающей среди ароматическими эмиссиями.

6. Хвойные фитоценозы, произрастающие в зонах техногенной Нагрузки обладают большими запасами фитомассы, чем их контрольные аналоги. Присутствие органогенных аэрозолей в атмосфере, наряду с достаточно высоким содержанием элементов питания в почве оказывает биостимулирующее влияние на накопление органической массы. Наиболее активно этот процесс протекает в сосновых древос-тсях.

Лиственные фитоценоз» характеризуются уменьшением общих запасов фитомассы по отношению к контрольному аналогу. Значительное снижение биомассы и годичного прироста в березовых древостоях обменяется-уменьшением массы ассимилирующих органов и несбалансированностью основных физиолого-биохимических параметров, определяющих их функциональную активность.

Список работ, опубликованных по материалам, диссертации

1. Гетко Н.В., Шобанова И.А., Жданец С.Ф. 'Гизиолого-биохими-ческие исследования толерантности древесных растений к промышленным аэрозолям ароматической природы// Тезисы Псессюзн. конференции "Эколого-биохимические аспекты антронотолерэнтностп растений". Таллин. 1986. С. 2У - 32.

2. Сидорович Е.Л., Гетко II.В., Шобанова И.А. Аккумуляция и детоксшсация в растениях промышленных аэрозолей ароматической природы// Тезисы докладов Всесоюзного совещания по проблемам охраны воздушного бассейна от выбросов предприятий химической промышленности и промышленности стройматериалов. Ереван. 1986. С. 29.'

3. Шобанова И.Л. Активность окислительных ферментов в листьях

древесных растений под влиянием промышленных аэрозолей органогенНой природы// Тезисы докладов научно-практической конф. "Актуальные проблемы охраны и рационального использования природных ь растительных ресурсов". Уфа. 1987. С. 103 - 104. ?

4. Шабанова И.А. Активность окислительных ферментов древеог них растений под влиянием промышленных аэрозолей органогенной' природы// Тезисы Докладов республ» семинара "Экотокоикология И охрана природы". Рига. 1988. С. 214 - 216*

. 5. Гетко Н.В., Шсбанова И.А. Рекомендации по оптимизации н дендроийдикащш качества окруяагащей среды в зонах техногенного ' загрязнения ее органогенными поллазтантами. Ротапринт. Минок. 1991. 19 с.

Формат 60x84 1/16

Подписано к печати 30.05.91. Усл. печ. л. 1,3

Уч. 1,3.2 Тг,ра£ КО &наз » Ш4 Босшгаш>

ЦектралышУ ботчжчао&иИ сад АН БССР 220600, г.Минск, ГСП, ул. Сургакот, 2а

Отпечатано на ротапринте Института проблем надежности и долговечности шен-; АН ВиСР, г.Менск, ул. Скорины, 12