Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние микроэлементов на устойчивость к антропогенным нагрузкам лиственницы сибирской и каштана конского

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Влияние микроэлементов на устойчивость к антропогенным нагрузкам лиственницы сибирской и каштана конского"



На правах рукописи

АВТУХОВИЧ Ирина Евгеньевна

ВЛИЯНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К АНТРОПОГЕННЫМ НАГРУЗКАМ ЛИСТВЕННИЦЫ СИБИРСКОЙ И КАШТАНА КОНСКОГО

Специальность 03.00.16 — Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1999

Работа выполнена на кафедрах ле^с водгтва и геопогни агрономической и биологической химии Московской ссльско хозяйственной академии им К А Тимирязева

Научные руководители доктор биологччсских наук, про фессор, академик ЧСА, Заслуженный лесовод РФ Н. Г. Васильев; доктор биологических наук, профессор, академик РАСХН, Заслуженный деятель науки РФ Б. А. Ягодин.

Официальные оппоненты доктор сельскохозяйственных наук, профессор академик Р \ЕН В. И. Обыденников; капди дат биологических наук, доцент Н. Г. Ракипов.

Ведущая организация — Всероссийский научно-исследовательский институт химизации лесного хозяйства

Зашита состоится _ ? ¿Д^У^Д^ _1999 г в-^-час

на заседании диссертационного совета Д І20 35 08 в Носков ской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева по адресу 127550 Москва, VI Тимирязевская, 49, кори 17 Ученый совет \\CXA

С диссертацией можно ошакомиться в ЦНБ М.СК\

Автореферат ра юслан_ л -¿^гг^-т^г-аа^- __1499 г

Ученый се^р^тарь диссертационного совета— кандидат биологических наук.

доцент

А. В. Чичев

Актуальность темы.

Проблема охраны окружающей среды, в связи с возрастанием объема техногенных выбросов в атмосферу, является актуальной для многих стран, в том числе и для России. В настоящее время, по данным В А. Ковды и Н.Ф. Глазов-ско«) (1986), в биосферу поступает свыше 500 тысяч различных химических -, веществ. Среди загрязнителей атмосферы, значительное место занимают тяжелые металлы, высокие концентрации которых являются токсичными. Дня нейтрализации промышленных выбросов и защиты окружающей среды, наряду с техническими средствами, в последние годы все шире применяются биологические методы, в том числе метод, базирующийся на создании зеленых зон из лесных насаждений вокруг источников загрязнения. Растения, особенно древесные, успешно выполняют роль специфических зеленых «фильтров», аккумулирующих и детоксицирующих многие компоненты техногенных выбросов. Экспериментально установлено (А.И.Алехно, Н.М.Арабей, Е.Г.Бусько,1992; В .А.Большаков, Н.М.Краснова, Т.И.Борисочкина,1993 и др.), что растения способны поглощать и накапливать из воздуха до 40-48% от суммарного содержания в растениях загрязняющих веществ. Основная нагрузка поглощения промышленных поллютантов, при этом, падает на ассимиляционные органы рас- гений и, в первую очередь, на их листовой аппарат. С помощью листового аппарата растения поглощают и вовлекают в обмен почти все токсические вещества, которые, при этом, обезвреживаются. Однако, древесные растения, при избыточном содержании тяжелых металлов сами страдают от их пагубного воздействия. Симптомы поражения техногенными выбросами проявляются в пожелтении, некротичности, засыхании листьев (хвои) и опадании. Систематическое воздействие высоких доз поллютантов может вызывать однобокость крбны, отмирание ветвей, образование суховершинности, что в итоге, может привести к полной гибели древостоев. Степень накопления растениями поллютантов зависит как от состава и концентрации загрязнителей, так и от вида древесных пород. Внешний вид Дреие^^^а^н^нщшеця лучшим «экраном»,

ПАУЧМ-Ч ЕЧ'ЗПМОТЕКА Моск. ' з .• - *дбмии им. ... ■^■•У

Инв. №А:лс

наглядно отображающим загрязненность окружающей среды Можно отметить, что в последнее время метод биоиндикации приобретает все большее значение Учитывая огромную положительную роль древесных насаждений в условиях города, исключительно важное значение имеет выращивание здорового, устойчивого и высококачественного посадочного материала на основе воздействия на растительный организм сбалансированного минерального питания, в том числе и микроэлементами Опыт многих исследователеч по применению микроэлементов, свидетельствует о многостороннем их влиянии на физиологические процессы, определяющие устойчивость к неблагоприятным усчовиям среды засухе, высокой и низкой температуре, а также техногенным воздействиям Установлено, что положительное влияние микроэлементов на устойчивость растений связано с многообразными изменениями в обмене веществ, которые обусловливают их действие на рост, развитие и водный обмен. Цель и задачи

Целью работы являлось изучение действия микроэлементов и тяжелых металлов на процессы жизнедеятельности и рост взрослых древесных растений в урбанизированной зоне и влияние некорневой подкормки микроудобрениями на саженцы лиственницы сибирской и каштана конского В рамках поставленной цели рассматривались следующие задачи

■ изучение таксационных показателей лиственницы и каштана конского в зонах с различными антропогенными нагрузками,

■ оценка загрязнения тяжелыми металлами почв и растений лиственницы и < каштана;

■ определение интенсивности фотосинтеза и дыхания лиственницы сибирской и каштана конского в условиях разных по напряженности антропогенных нагрузок;

■ сравнительная характеристика процессов жизнедеятельности лиственниц польской и сибирской в условиях Лесной опытной дачи Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева (ЛОД МСХА),

■ изучение влияния микроэлементов на рост надземной части (высоты и диаметра стволиков, ширины кроны) и подземной (длины и ширины корневой системы) частей саженцев; .

■ оценка влияния микроудобрений на размеры листовых пластин саженцев;

■ изучение закономерностей накопления химических элементов в листовом аппарате саженцев по вариантам опыта;

■ изучение влияния микроэлементов, внесенных некорневым способом на ин-. тенсивность фотосинтеза и дыхания саженцев лиственницы и каштана.

Научная новизна.

Впервые нами был применен комплексный подход к изучению и оценке влияния некорневой подкормки микроэлементами на жизнедеятельность и рост саженцев лиственницы сибирской и каштана конского, заключающийся в применении агрохимических, лесоводственно - таксационных и экологических методов оценки состояния и роста этих древесных растений по различным вариантам опыта. При этом, такие характеристики роста саженцев как ширина кроны и корневой системы, а также размеры их листовых пластин по вариантам опыта были отмечены впервые. Впервые нами был использован системный подход к ' анализу жизнедеятельности этих древесных пород в урбанизированной среде при различных удалениях от источника техногенного загрязнения. Исследования проводились в одиночных, аллейных, групповых и массивных посадках этих древесных растений для различных возрастных категорий в городе Москве и Подмосковье (с. Михайловское Подольского района). Практическая значимость работы.

■ Полученные агрохимические, лесоводственные и экологические данные по состоянию и росту древесных растений в городской и лригородной зоне мо: гут служить основой для оценки особенностей их функционирования, экологического мониторинга и прогноза их развития в урбанизированной среде; Метод некорневой подкормки микроэлементами может быть использован

для ускоренного выращивания устойчивого и высококачественного посадочного материала для городских и пригородных условий, ■ Выводы, рекомендации, материалы и метод комплексного подхода могут быть использованы при проведении научно- исследовательских, опытных и производственных работ в зеленом строительстве, лесном хозяйстве и о ко логин, а также в учебном процессе по курсам «Экология», «Охрана окружающей среды» и «Лесоведение» Апробация работы

Результаты работы докладывались на 44-ой и 47-ой конференциях студентов факультета почвоведения, агрохимии и -жологии МСХА (1991 и 1994); на научной конференции посвященной 130-летию академии МСХА (1995); научных конференциях молодых ученых и специалистов МСХА (1995,1997 и 1998), , ежегодных научных конференциях МСХА (1996,1997, 1998), студенческой научно-технической конференции лесного факультета МГУЛ (Москва, 1997); на 2-ой экологической конференции молодых ученых (аспирантов), посвященной Всемирному дню охраны окружающей среды МГГУ (Москва, 1998), научно-

технических конференциях профессорско- преподавательского состава и аспи-

(

рантов МГУЛ (Москва, 1998,1999), Международной научно-студенческой конференции «Проблемы рационального хозяйства и охраны лесных экосистем - 98» (Москва, 1998). Публикации

Основные научные результаты и исследования по теме диссертации опубликованы в 8 статьях. Объем работы.

Работа изложена на 160 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов, рекомендаций, списка литературы, включающего источников, в том числе иностранных - 93, таблиц -18, рисунков - 15, фотографии - 4

б

1. Роль микроэлементов в жизни растений.

Микроэлементы - химические вещества распространенные в природе в очень незначительных количествах. В растениях их содержание составляет обычно тысячные - стотысячные (0,1 «ю 2 - 0,1*10'5%) доли процента и меньше (Б.А. Ягодин и др., 1988). Микроэлементы входят в состав ряда ферментов, витаминов, гормонов, пигментов и многих соединений участвующих в регулировании обмена веществ. Микроэлементы, в зависимости от их концентрации в природной среде, определяют как микроэлементы и тяжелые металлы. К тяжелым металлам относят элементы присутствующие в повышенных концентрациях, имеющие относительную атомную массу более 40 и плотность более 5г/см3. Однако, существует группа металлов, за которыми закрепилось определение «тяжелые», в смысле «токсичные». К ним относят ртуть, кадмий, свинец, талий и некоторые другие элементы. Их считают наиболее опасными загрязнителями для почвы и растений (В.П.Тарабрин, Р.М.Шацкая, Р.И.Пельтихина, А.А.Игнатенко, 1980 и др.;. И.Л.Башаркевич, И.А.Морозова, С.Б.Самаев, 1997, 1998).

К числу основных микроэлементов, необходимых для жизнедеятельности растений относятся железо, медь, цинк, марганец, кобальт, молибден, бор. Каждый из этих микроэлементов выполняет свою строго специфическую роль, и обычно, не может взаимозаменяться. В настоящее время, микроэлементы широко применяются в сельскохозяйственном производстве. Теоретические основы их применения в растениеводстве и вопросы их важной физиологической роли в жизни растений нашли отражение в многочисленных публикациях как отечественных ученых (МЛ.Школьник, 1950; Я.В.Пейве, 1961; П-А.Власюк, 1963; Б.А^Ягодин, 1964; М.В.Каталымов, 1965 и др.), так и зарубежных (Д. Арнон, 1958; Д.Пирсон, 1962 и др.). Положительный эффект от применения микроэлементов в сельском хозяйстве привлек внимание и лесоводов. Работами ряда исследователей по лесоводству (Б.Родемахер,1940 и др.; А.П.Щербаков,! 956; Г.К. Всеволожская,1959; Н.А.Шелухин,1968) показано,

что микроэлементы, внесенные в небольших количествах в почву, способствуют значительному усилению роста и изменению темпов развития и повышению устойчивости многих древесных пород Все большее распространение в лесном хозяйстве получают способы некорневой подкормки. Этот метод часто дает не меньший эффект, чем внесение микроэлементов в почву При этом сокращаются как расходы микроудобрений, так и экономические затраты О перспективности применения метода некорневой подкормки при выращивании посадочного материала древесных растений свидетельствуют и литературные данные (ВВ. Грибков, ВД Сазонов, 1960, А Г. Ганюшкина, 1962, ЛИ Рахтеенко, 1965, 1967 и др.) В то же время, в лесном хозяйстве, многие вопросы, связанные с применением микроэлементов данным способом еще недостаточно изучены и требуют дальнейших исследований. Недостаточно в печати данных о влиянии этого агроприема на рост и развитие отдельных частей древесных растений, размеры листовых пластин, ход физиологических процессов и т. д Кроме того, имеющиеся в публикациях данные о некорневом питании древесных растений часто противоречивы

2. Программа, объекты исследований, методы и методика проведения экспериментов.

В программу наших исследований входило.

1) Оценка содержания микроэлементов и тяжелых металлов в почве и листовом аппарате исследуемых древесных пород (лиственницы сибирскои и каштана конского), произрастающих в массивных, групповых, аллейных и одиночных посадках на территориях различной загрязненности и относительно экологически чистом районе.

2) Проведение исследований по применению некорневой подкормки саженцев лиственницы сибирской и каштана конского солями микроэлементов: МпБ04, Со8С>4, гпБО« на фоне основного удобрения 30Ю0Р30К.

3) Определение приживаемости и оценка устойчивости саженцев, а также протекание основных физиологических процессов (дыхания и фотосинтеза) в

листовом аппарате саженцев по1 вариантам опыта, а также в хвое (листьях) взрослых деревьев на выбранных нами объектах. 4) Изучение и сравнение состояние лиственниц сибирской и польской в почвенных и климатических условиях ЛОД МСХА. В качестве основных объектов исследований нами были выбраны две древесные породы: лиственница сибирская (Larix sibirica Ledb.) и каштан конский (Aesculus hippocastanum L.) . Это ценные фитонцидоносные декоративные древесные породы, обе интродуцированные, естественно в Москве и Московской области не произрастают, но в культуре успешно укореняются и адаптируются в условиях города и пригородной зоны, являются морозо- и ветроустойчивыми, также устойчивыми к техногенным воздействиям. Ярким примером устойчивости данных древесных пород явились последствия ураганов, прошедших над Москвой в 1984 и в 1998гг.

Наши исследования проводились в северной части Москвы (южная часть склона Клинско-Дмитровской гряды, территория которой представляет собой моренную равнину), южной и юго-западной части Москвы и Подмосковья (Москворецко -Окская равнина), где рельеф довольно однородный. Количество осадков на уровне 550-650мм, максимум их приходится на теплый период года, минимум -на холодный, в отдельные годы меняется в пределах 390-850мм. В большинстве случаев годовое количество осадков превышает испарение в 1,10-1,ЗЗраза. При промывном типе водного режима основной фон составляют дерново-подзолистые почвы. Почвы городских бульваров изначально дерново -подзолистые, характеризуются срезанностыо верхнего горизонта, вытоптанностью, опесчаненностыо с полным нарушением генетического сложения, а следовательно тепловых, физических, химических и геохимических и микробиологических характеристик.

Исходя го поставленных нами задач по определению влияния микроэлементов и тяжелых металлов на жизнедеятельность древесных растений были проведены исследования по следующим методикам:

-реакция почвы (рНка.)- определялась потенциометрическим методом; -гидролитическая кислотность и сумма поглощенных оснований определялись-по Каппену и Гильковицу-титрованием,

-содержание органического углерода и гумуса- по И В Тюрину -общий азот в почве определялся по Кьельдалю,

-все микроэлементы- Мп, Со, гп. Ре, Си, РЬ, Сс1, № и некоторые макроэлементы* Са и в почве и в листовом аппарате растений на атомно-адсорбционном спектрофотометре по общепринятым методикам (Б А-Ягодин, 1989 и др ); -коэффициенты, характеризующие степень угнетенности и нарушенности естественного соотношения элементов в растении - К|=Ре/Мп и К2=Мп/РЬ определялись по методу И Л. Башаркевич и др (1997);

-основные физиологические показатели интенсивность фотосинтеза и дыхания * определены по методу Л А. Иванова и НЛ Коссович,

-лесоводственно- таксационные показатели определены по общеизвестным методикам в лесоводстве и в лесной таксации (М.Е Ткаченко,1952; В Н Сукачев,1964; И С .Мелихов, 1980, Н П Анучин,1982).

Обработку результатов исследований проводили методом дисперсионного анализа ( Б А Доспехов,1968; ННСвалов,1977) и другими методами математической статистики с использованием ЭВМ

3. Влияние некорневой подкормки солями микроэлементов на приживаемость и рост саженцев древесных растений.

Для изучения влияния микроэлементов на процессы жизнедеятельности и рост саженцев обеих дречесных пород, нами ежегодно, в питомнике ЛОД МС%А, в течении 3-х лет (для саженцев лиственницы сибирской) и 2-х лет (для саженцев каштана конского) некорневым путем трехкратно за вегетационный период вносились 0,1% растворы солей Мп, Со и 7.п на фоне основного удобрения ЗОЫЗОРЗОК. Опыт состоял из 4-х вариантов, с четырьмя (для саженцев лиственницы) и тремя (для саженцев каштана) повторностями

ю

На основании проведенных исследований установлено, что некорневая подкормка микроудобрениями положительно повлияла на приживаемость и прирост саженцев. Так, по данным первого учета приживаемости саженцев лиственницы, в вариантах с применением удобрения ЫРК, процент погибших экземпляров оказался самым низким и составил 2,7% от общего числа. Несколько больше саженцев погибло в вариантах с применением микроэлементов без фона -7,4% и максимальное количество погибших саженцев в вариантах без применения микроэлементов и ЫРК - 15%. Далее, отпад саженцев постепенно уменьшался и к концу вегетационного сезона стабилизировался. В последующие годы исследований отмеченная тенденция распределения отпада по вариантам опыта сохранилась с явным уменьшением. Для саженцев каштана конского наблюдалась аналогичная закономерность.

Наибольший прирост саженцев по высоте, диаметру, ширине кроны и размерам листовых пластин оказался для лиственницы в варианте с опрыскиванием марганцем, за ним следуют варианты с кобальтом и цинком (табл. 1.). Для каштана наилучшие ростовые показатели отмечены в варианте с применением соли кобальта, за ним следуют варианты с марганцем и цинком (табл.2).

На рост подземной части саженцев обеих древесных пород наибольшее влияние оказал цинк. Действие всех применяемых микроудобрений наилучшим образом проявилось на фоне основного удобрения (табл. 2).

Выявлено, что у саженцев обеих древесных пород при обработке Мп в их хвое и листьях оказалось наибольшее его количество и составило 54,7+73,0 мг/кг, а при обработке Со и Хп, соответственно Со - 1,1+6,0 и 21п -110+121мг/кг. Максимальное количество тяжелых металлов - свинца, кадмия и никеля оказалось в листовом аппарате саженцев контрольных вариантов. Для саженцев лиственницы сибирской их содержание составило: РЬ - 5,0; С<1 - 1,0 и № - 3,0 мг/кг. Далее, в ряду убывания, для каштана конского, соответственно -с цинком, марганцем и кобальтом. В то же время, накопление биофильных эле-

п

Таблица 1.

Лесоводственно-таксационная характеристика роста саженцев лиственницы сибирской в условиях питомника ЛОД VtCXA. 199б-1998гг_

Наиме- Надземная часть Подземная

часть

нование Средние диаметры Средние высо- Ши- Дли- Ши- Длина Ши-

микроэ- стволиков у шеи- ты стволиков по рина на рина кор рина

лемента ки корня, по го- годам см кро- хвои. хвои. невой корне-

дам см ны, сч см см системы, см вой системы, см

1996 1997 1998 1996 1997 1998 1998 1998

Ф •о н - 30 N 30 Р 30 К

МпЬО, 0,8 1,1 1.8 31,5 93,5 151,0 62,0 5,0 1,2 35,5 233

•5ir¡o ±0,3 ±0 3 ±03 ±0 5 ±23 ±0 7 ±02 ±0,1 ±0 1 ±0 2 ±0 1

Caso, 0,7 0,9 1,5 29,0 77,7 112,7 53,0 43 1,1 293 263

•711,0 ±0 1 ±0 1 ±0 1 ±06 ±0 5 ±08 ±1 0 ±01 ±0 1 ±09 ±) 0

£гчОч 0,5 0,7 0,9 28,0 69,0 103,3 41,3 63 13 47,0 313

•7Н,0 ±0 1 ±0 1 ±0 0 ±0 4 ±0 7 ±0 5 ±0 1 ±0 1 ±0,1 ±1 5 ±08

н,о 03 0,5 0.8 24,5 55,4 813 33,4 3,0 1,0 27,5 203

±0,1 ±0,1 ±0 1 ±0 2 +02 ±0 9 ±0 1 ±0,1 ±0.1 +05 ±0 1

В е і фон а

MDSO, 0,7 1,0 1,2 29,1 88,6 139,4 59,0 4,8 U 333 21,4

±0,1 ±0,2 ±0 1 ±0 5 ±0 5 ±0 5 ±1 4 ±0 1 ±00 ±1 0 +02

CoSO, 0.6 0,8 13 26 9 76,0 103.0 45.4 43 1,0 28,1 25,6

•711,0 ±0 1 ±0.1 ±0,1 ±0 5 ±07 ±0 2 ±0 4 ±0,1 ±0,0 ±1,1 ±0 5

ZnSÍ>4 0.5 0,7 0,9 25,5 66,0 91,6 36,5 6,1 13 443 29,4

•7Н,0 ±0,1 ±0,1 ±0,1 ±0,5 ±1.2 ±0,4 ±o,s ±0 1 ±0,1 ±1.4 ±0,9

н,о 0,4 03 0,8 23,1 51,4 78,0 33,0 3,0 0,9 27,0 21,8

±0,2 ±0,1 ±0,1 ±0,3 ±0,5 ±1.0 ±0,5 ±0,1 ±0,1 ±1,6 ±0,6

Таблица 2.

Лесоводстевнно-таксационная характеристика роста саженцев каштана конского в условиях питомника ЛОД МСХА, 1996-1998гг.__

Наи-

мено- Надземная часть Подземная

вание часть

Средние диамет- Средние высоты Ши- Дли- Ши- Длина Шири-

мик- ры стволиков у стволиков. рина на лис- рина кор- на кор-

ро- шейки корня. см кро- та*. лис- невой невой

эле- см ны. см та*. систе- систе-

мен- см см мы. мы.

та см см

1996 | 1997 | 1998 1996 | 1997 | 1998 1998 1998

Фон- 30 N 30 Р 30 К

1 1 2 | 3 4 1 5 | 6 7 « 1 9 10 1 "

продолжение таблицы 2.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

МпвО, •5Н,0 0,4 ±0,0 0,7 ±0,4 133 ±0,1 18,9 ±0,0 14,5 ±0,1 №1-5,5 №2-8,0 №3-9.9 №4-3,0 №-5-5,9 №1-2,2 №2-33 №3-4,0 №4-3,2 №-5-2,4 28,8 ±0,5 223 ±0,3

СовО, •7Н1О 0,4 ±0,0 0,7 ±0,2 15,7 ±0,1 20,4 ±0,4 15,7 ±0,0 №1-6,0 N82-10,0 №3-11,0 №4-10,5 №5-7,0 №1-3,1 №2-4,0 №3-53 №4-4,6 №5-3,2 273 ±1,0 18,7 ±0,5

гпБОч •7Н,0 0,4 ±0,0 0,7 ±0,1 13,2 ±0,0 18,1 ±0,1 10,2 ±0,0 №1-5,0 №2-73 №3-8,0 №4-6,9 №5-5,5 №1-1,6 №2-2,2 №3-2,0 №4-13 №5-1,1 30,6 ±0,8 23,4 ±0,2

н,о оз ±0,1 0,6 ±0,1 10,9 ±0,0 15,2 ±0,1 83 ±0,0 №1-3,0 №2-4,0 №3-6,0 №4-5,0 N¿5-4,0 №1-1.0 №2-1,7 №3-2,1 №4-1,6 №5-1,2 28,0 ±0,5 18,9 ±0,0

Б е з фона

Мпво, •5Н,0 03 ±0,0 0,6 ±0,3 12,8 ±0,1 18,0 ±0,9 13,6 ±0,1 №1-5,3 №2-7,9 №3-8,7 №4-3,0 №-5-5,7 №1-2,1 №2-3/) №3-4,0 №4-3,0 №-5-2,2 27,4 ±0,1 21,9 ±0,0

СоЬ04 •7Н,0 0,4 ±0,1 0,7 ±0,3 14,6 ±0,1 19,1 ±0,5 14,6 ±0,1 №1-53 /62-10,0 №3-10,9 №4-10,3 №5-7,0 №1-3/) №2-4,0 №3-5,0 №4-43 №5-3,0 26,8 ±0,2 17,8 ±0,1

• 7Н..О 03 ±0,0 0,7 ±0,2 12,4 ±0,0 17,5 ±0,3 »3 ±0,1 №1-4,7 №2-73 №3-8,0 №4-6,7 №5-5,4 №1-13 №2-2/) №3-2,0 №4-13 №5-1,0 29,1 ±0,8 22,8 ±0,0

н2о 0,4 ±0.1 0,6 ±0,2 10,6 ±0,1 15,5 ±0,0 83 : ±0,0 №1-3.0 №2-33 №3-5,8 №4-5/) №5-3,9 №1-1/1 №2-13 №3-2,0 №4-13 №5-1/) 27,8 ±0,1 183 ±0,1

"Примечание: № 1-5 - Каждая листовая пластина каштана, ментов - N. Р, К, Са и М§ было наибольшим при некорневой подкормке солями Мп и Со. Для саженцев лиственницы максимальное содержание этих элементов составило, соответственно: № 7,2; Р - 0,7 и К - 0,7%; Са - 10,5 и Кф -1,7г/кг, а для саженцев каштана конского - N - 6,0; Р - 0,6 и К - 0,8%; Са - 8,6 и Мв-1,7г/кг. Л

Интенсивность фотосинтеза для саженцев лиственницы сибирской выше в варианте с Мп и составляет соответственно 10,5 мгСО:/г»час а, для саженцев каштана конского - в варианте с Со - 7,3 мгС02/г«час Интенсивность дыхания для саженцев обеих древесных пород является наибольшей в варианте с 7.п и составила - 0,4мгСО;/г«час

4. Хвойные древесные породы в условиях города.

4.1. Сравнительная характеристика роста и состояния лиственниц польском и сибирской.

В результате изучения жизнедеятельности и роста двух древесных культур лиственницы польской (Ьапх роїопіса Яасю ) и лиственницы сибирской (Ьагіх БіЬігіса І.есІЬ ) выявлено, что изучаемые культуры прекрасно адаптируются и успешно произрастают в условиях ЛОД МСХА Наилучшими лесоводственно-таксационными (табл 3) и физилогическими характеристиками, при этом, отличается лиственница польская.

Таблица 3.

Рост лнственниц польской и сибирской в насаждениях ЛОД МСХА.

пробная площадь. объект Возраст (лет) Число деревьев (пгг) Средний диаметр (см) Средняя высота (м) Состав насажд ений Сумма площадей сечения (и') Полнота Запас (м/га)

<Р> лиственница польская 42 N83 24.2 21.5 9Лц1Лп 5*77 103 448.9

і. С' лнственни ца сибирская 42 1093 16.1 18 Л 7ЛцЗЛп 22,18 0.97 197,0

Благодаря своим генетическим особенностям, ежегодный опад хвои лиственницы польской значительнее обогащает почву питательными веществами N. Р, К, Са, Mg, Мп и Со, способствуя дерновому процессу почвообразования (В П.Тимофеев). На основании проведенных исследований сделан вывод о пригодности обоих видов лиственниц - польской и сибирской для озеленения урбанизированных территорий

4.2. Лиственница как биоиндикатор антропогенных нагрузок.

Для изучения влияния тяжелых металлов на жизненное состояние и рост 1И-ственницы в условиях города Москвы нами взяты массивные, аллейные, групповые и одиночные посадки трех категорий загрязненности срелы К первой катеюрии относили посадки лиственницы непосредственно примыкающие к дорогам - местам интенсивного транспортного влияния (расстояние от источника загрязнения до 50м) Ко второй категории - посадки относительно слабой загрязненности (расстояние от дороги 50-500м) и к третьей категории - посадки при значительной удаленности от источника загрязненности (>500м) Чз основе. Анализа результатов выполненных исследований было установлено, что почвы объектов, находящихся в условиях интенсивного загрязнения, характеризуются высокими значениями рНко. и гидролитической кислотности, содержанием органического углерода, а также высоким накоплением калия, свинца, кадмия, никеля, цинка и железа Такое состояние почв, вероятно связано с влиянием антигололедных солей и транспортных выхлопов

В условиях повышенной техногенной нагрузки (I категория загрязненности) в хвое лиственницы отмечено высокое содержание поллютантов РЬ, Сё, N1, Си, Ре и низкое содержание N. Р, К, Са, Mg, Мп, Со и Тп В листовом аппарате менее загрязненных объектов и контроля наблюдается обрати? ч закономерность (табл. 4)

Отношение К|=Ре/Мп, в хвое характеризующее степень угнетенности деревьев, в условиях интенсивного загрязнения имеет высокие значения (1,6-4,3), а отношение К^Мп/РЬ, имеет большие величины для хвои контроля и менее загрязненных объектов (82,2 - 229,3)

Интенсивность фотосинтеза в 2,7-5,5 раза выше в хвое лиственницы сибирской на контроле и в условиях наибольшего удаления от источника загрязнения а интенсивность дыхания в жаркие дневные часы (12-13часов), в 3,1 - 4,3 раза выше в хвое деревьев подверженных интенсивному загрязнению, чем в хвое деревьев контроля

Таблица 4.

Категории РЬ са N1 Мп Со 7л Ге Си Са Ме N р2о5 к2о,

объкта мг/кг сухого вещества г/кг сух в-ва У.

Стар це посадки

1. 5,3 0,2 2,4 111,4 1.7 563 1783 6,6 19,7 13 2,7 03 0,7

±0,1 ±0,1 ±0,1 ±0,8 ±0,1 ±0,2 ±1.1 ±0,0 ±0,2 ±оз ±0,1 ±0,0 ±0.0

2. 2,0 сл із 126,8 2.1 883 1503 6,4 44,1 1,5 3,9 03 1,0-

±0,1 ±0,1 ±0,1 ±0,5 ±0,1 ±0,1 ±0,0 ±0,8 ±0,2 ±0,1 ±0,1 ±0,0

3. сл сл 0,9 2293 2,6 56,9 100,1 г» 52,0 2,1 4,6 0,4 1.4

±0,1 ±0,1 ±0,1 ±0,1 ±0,01 ±0,3 ±0,2 ±0Д ±0,0 ±0,0 ±0,0

Молодые посадки

1-а 9,0 1,9 3,3 79,7 ОД 363 338,3 93 13 0,4 и 0,1 0,4

±0,1 ±0,1 ±0,0 ±0,6 гО.О ±0,3 ±13,4 ±од ±0.0 ±0,0 ±0,0 ±0,0 ±0,1

1.6 6,6 1.6 2,6 80Д 0,4 51,7 2533 9,0 2,0 и 1.7 0,1 03

±0.0 ±0,0 ±0,1; ±0,0 ±0,0 ±0.1 ±7,4 ±0,0 ±0,3 ±0,4 ±0,2 ±0,0 ±0,0

І.В 6Д 0,6 2,7 81,7 1.0 34,4 202,6 8Д 2,0 1Д 23 од 0,6

±0,13 ±0,1 ±0,0 ±0,0 ±0,0 ±и ±2,2 ±0,1 ±0,2 ±0,0 ±0,1 ±0,0 ±0,0

2-м 2,8 0,1 1.7 90,2 1.4 713 159Д 5,7 10,8 1.4 3,7 03 0,8

±0,1 ±0,0 ±0.1 ±0,4 ±0,2 ±0,7 ±0,0 ±0,0 ±0.2 ±0,0 ±0,1 ±0,0 ±0,0

2.6 1.1 оз 13 91Д 1.7 90,1 105,7 5,0 443 1.6 3,9 «•З 1.0

±0.0 ±0,0 ±0,0 ±0,0 ±0,0 ±0.0 ±0,1 ±0,2 ±0,4 ±0,0 ±0,1 ±0,0 ±0.0

"Примечание:

Старые not. 1дьи

1- Зона интенсивного воздействия загрязнення ( 0-50м от источника загрязнения) ул Лиственничная аллея (алл посадки),

2- Зона относительного воздействия загрязнения (50-500м от источника загряз-неия) ул Каховка (групп посадка),

3- Контроль -с Михайловское (алл посадка) Молодые посадки

1- Зона интенсивного воздействия загрязнения (0-50м от источника загрязнения") 1 а- Симферопольский б-р (одиноч посадка),

I б- Черноморский б-р (груп посадка),

1 в- ул Профсоюзная (групп посадка),

2- Зона относительного воздействия загрязнения (50-500м от источника загрязнени

2 а- ул Новая лиственничная аллея (алл посадка), 2 б- ЛОД ТСХА (массив )

Большие величины ростовых показатетей лиственницы срерние высота и диаметр стволов, длина и ширина хвои, отмечены на контроле и в условиях меньшей загрязненности

По данным фенологических наблюдений, в условиях систематического загрязнения отмечается однобокость крон деревьев, наличие сухих ветвей, обилие шишек и смоляных затеков на коре, раннее (в начале августа) пожелтение хвои, ее хлоротичность и отмирание

На объектах относительной удаленности от источника загрязнения и на контроле -повреждений не обнаружено, окраска хвои имеет темно- зеленый цвет.

5. Лиственные древесные породы в урбанизированной среде. 5.1. Аккумуляция тяжелых металлов и микроэлементов в ластовом аппарате каштана конского и нх влияние на физиологические и ростовые процессы.

Для изучения техногенного влияния тяжелых металлов на лиственные древесные растения, нами были приняты те же 3 категории удаленности от источника загрязнения, что и для лиственницы сибирской. Исследования проводились в одиночных, групповых и аллейных посадках каштана конского.

На основе метода сравнительного анализа результатов исследований, отмечается, что почвы первой категории загрязненности имеют слабощелочную реакцию рНксь и высокое содержание органического углерода, а также, самое высокое, по сравнению с другими объектами, содержание калия = 18,754-23,20±0,16 мг/100г почвы. В почвах этой категории загрязненности накопились также более значительные количества: РЬ, Сс1, Си, Бе и Хп. При изучении элементного состава листьев каштана нами выявлена аналогичная закономерность накопления большинства из них, что и в почве. Так, в листьях деревьев зоны интенсивного загрязнения отмечена самая высокая аккумуляция: РЬ, Сс1, №, Си и Ре и самая низкая N. Р, К, Са, по сравнению с другими объектами.

Наибольшее накопление N. Р, К, Са, Мп, Со и Ха зарегистрировано в листовом аппарате каштанов на контроле .

Соотношение К]=Ре/Мп в листьях каштанов контроля - самое минимальное в эксперименте =1,41, а в зоне повышенного загрязнения- максимальное =26,12. Повышение величины этого показателя свидетельствует об увеличении угнетенности растений. По показателю К2, выражающему соотношение Мп/РЬ, наблюдается обратная закономерность. Так, величина этого показателя на контроле составила 127,5 , а в зоне интенсивного загрязнения - снизилась до 1,9. Снижение этого показателя у древесных растений связано с ухудшением их состояния (ИЛ. Башаркевич и др., 1998) и свидетельствует о нарушении естественного элементного состава листьев.

В листовом аппарате объектов первой категории загрязненности интенсивность фотосинтеза в 1,5-2,2 раза ниже, а интенсивность дыхания в 3,6 раз выше, чем на контроле (рис. 1 и 2 ).

Лесоводственно-таксационные показатели: средние высота, диаметр и средние длина и ширина листовых пластин выше для объектов контроля и относительно удаленных от источника загрязнения.

Рис.1.

Средняя интенсивность фотосинтеза в листовом аппарате посадок каштана конского различных категории загрязненности (мгСО/г час)

Категории обметай

ЮП 1ГП 20П 2ГП ЗАЛ

Рис.2.

Средняя интенсивность дыхания в листовом аппарате посадок хагаатна конского различных категорий загрязненности (мгСО/г час)

ЮП

1ГП

Категории объектов

20П 2ГП

ЗАЛ

» Примечание:

1- Зона интенсивного воздействия (0-50мУ ОП - одиночные посадки (Симфероп. б-р), ГП - групповые посадки (ул Каховка, 15);

2-Зона относительного воздействия (50-500м): ОП-одиночные посадки (ул. Каховка,23), ГП- групповые посадки(ул.Херсонская);

3- Контроль(>500м) АП-аллейные посадки (ВВЦ).

По данным фенологических наблюдений, у листь.в посадок первой категории загрязненности отмечена хлоротично-желтая окраска по центру, с хрупкой темно- коричневой кромкой по краям, а также раннее (в начале августа) их опадание. У объектов наиболее удаленных территорий от источника загрязнения - окраска листовых пластин изменяется от светло- до темно- зеленой. На контроле листья каштана имеют иссиня - зеленый цвет. Выводы:

1. Лиственница и каштан конский являются наиболее перспективными древесными породами для зеленого строительства в городах и населенных пунктах Центральной части России. Они, по сравнению с другими древесными породами, относительно хорошо переносят техногенные загрязнения, холодо-' стойки и ветроустойчивы. Характер-ауются высокой фитонцидностью и декоративностью.

2. Установлено, что культуры лиственницы сибирской и польской в условиях Москвы и Подмосковья отличаются интенсивным ростом по высоте и диаметру. По основным таксационным показателям лиственница польская в 1,5 раза выше, чем лиственница сибирская и характеризуется лучшей адаптацией к почвенно- климатическим условиям Центра европейской части России.

3. Сравнение почвенных характеристик за 42 года жизнедеятельности лиственниц на ЛОД МСХА показало, что мощность лесной подстилки (гор.Ао) и гумусовый горизонт (А|) значительно выше под лиственницей польской, но мощность подзолистого горизонта (А2) на 2,7см меньше, чем под лиственницей сибирской и на бсм более углублен горизонт вмывания (В). В почве под лиственницей польской больше гумуса и биогенных элементов (азота, фосфора, калия, кальция, магния), меньше гидролитическая кислотность, выше рНка. и сумма поглощенных оснований.

4. Отмечено, что хвоя лиственницы польской более обогащена N. Р, К, Са, М§, Мп, Со, 1п и содержит значительно меньше РЬ, СМ, № и Ре, по сравнению с

:о

хвоей лиственницы сибирской, а также имеет менее нарушенные соотношения элементов Ре/Мп, Мп/РЬ, соответственно^равные - 2,5 и 123,7.

Интенсивность фотосинтеза в хвое лиственницы польской я 1,3 раза выше, чем в хвое лиственницы сибирской По интенсивности дыхания наблюдается обратная закономерность - величина этого показателя в 1,1 раз выше в листовом аппарате лиственницы сибирской

5 Выявлено, что при применении некорневой подкормки микроэлементами на фоне основного удобрения КРК, приживаемость саженцев лиственницы сибирской и каштана конского значительно повысилась При этом, для лиственницы сибирской, процент погибших экземпляров от общего числа саженцев посаженных в опыте составил в вариантах с применением микроэлементов на фоне ЫРК - 2,7%, а с применением микроэлементов без фона - 8,8% и в вариантах без микроэлементов и фона составил - 15,2% Для каштана конского процент погибших саженцев в варианте с применением микроэлементов на фоне ЫРК составил всего лишь - 1,1% и с применением только микроэлементов без фона - 3,2%.

6 Отмечено, что в варианте с обработкой солью марганца на фоне ЫРК, ростовые показатели (высота, диаметр у шейки корня и ширина кроны) саженцев лиственницы в 2 раза выше, чем на контроле У саженцев "аштана эти показатели, а также длина и ширина листовых пластин в 1,4 раза больше в варианте с обработкой солью кобальта, чем на контроле. Длина и ширина хвои лиственницы соответственно в 2,1 и 1,.> раза больше в варианте с применением цинка.

Длина и ширина корневой системы саженцев обеих культур - наибольшие в варианте с опрыскиванием солью цинка: для лиственницы эти показатели соответственно - в 1,7 и 1,3 раза, а для каштана конского - в 1,1 и 1,2 раза больше, чем на контроле.

7. Установлено, что интенсивность фотосинтеза для спженцев лиственницы сибирской выше при обработке Мп и составляет 10,5мгСОз/г*час, а для саженцев каштана конского - при обработке Со-7,7мгСОг/»час.

8. Почвы объектов находящихся в условиях интенсивного загрязнения характеризуются более высокими значениями рНксх " 6+9, органического углерода - 6+8%, а также значительным содержанием калия - 11+22мг/100г почвы, свинца - 20+37, кадмия - 2+4, никеля - 4+8, меди - 20+38, цинка - 50+91 и железа - 525+844мг/кг почвы.

В данных условиях в листовом аппарате обеих древесных пород также установлено более высокое содержание поллютантов : Pb, Cd, Ni, Си, Fe и довольно низкое накопление биогенных элементов. При этом, в хвое и листьях менее загрязненных объектов и контроля, отмечена обратная закономерность : накопления соответствующих элементов.

9. Установлено, что отношение Fe/Mn, характеризующее степень угнетенности древесных пород имеет большие величины для хвои и листьев контроля и менее загрязненных объектов, составившие - 127,5+229,3.

10. Интенсивность фотосинтеза в 1,5+5,5 раз выше в хвое лиственницы сибирской и листьях каштана конского на контроле и в условиях наибольшего удаления от источника загрязнения, а интенсивность дяхания в жаркие дневные часы (12 - 13часов), в 3,1+ 4,Зраза выше в листовом аппарате обеих древесных пород в условиях повышенного загрязнения.

11. Ростовые показатели: средняя высота стволов, длина и ширина листовых пластин лиственницы сибирской и каштана конского в 1,3+1,5 раза выше на контроле и в условиях меньшей загрязненности.

Рекомендации:

Полученные нами данные по улучшению роста и жизненного состояния саженцев древесных растений позволяют рекомендовать проведение некорневой подкормки следующими растворами микроэлементов:

1) для саженцев лиственницы сибирской - 0,1% - ный раствор сернокислого маргаца 3 раза за вегетационный период с интервалами 15-20 дней

2) для сажецев каштана конского - 0,1% - ный раствор сернокислого кобальта 3 раза за вегетационный период с интервалами 15 -20 дней

3) для улучшения роста подземной части саженцев обеих древесных культур -0,1% - ный раствор сернокислого цинка 3 раза за вегетационный период с интервалами 15-20 дней

По материалам диссертации опубликованы след) юшис работы:

1 Автухович И Е, Кидин В В, Васильев Н Г Сравнительная характеристика почвенных, лесоводственных, агрохимических и экологических показателей под различными насаждениями ЛОД ТСХА // В сб студенческих робот, М.: Изд-во МСХА, 1995,с 49-58.

2. Автухович И Е , Васильев Н Г. Агрохимические свойства почв сосновых насаждений ЛОД МСХА. // Доклады ТСХА, М. Изд-во МСХА, вып 268, 1997, с 119-124.

3 Автухович И.Е Влияние внекорневой подкормки саженцев лиственницы сибирской солями микроэлементов на их прирост и накопление химических элементов в хвое.//ИзвестияТСХА,М.: Изд-во МСХА,№3,1997,с. 189-194.

Ягодин Г Д.

4 Автухович И Е, Васильев Н ГЛФценка влияния минеральных удобрений и внекорневой подкормки микроэлементами на рост саженцев лиственницы в условиях ЛОД МСХА.// Доклады ТСХА, М.: Изд-во МСХА, вып. 269, 1998. с 347-352

5 Автухович И Е Оценка состояния лиственниц польской и сибирской в условиях Лесной опытной дачи МСХА // Труды международной конференции по

проблемам рационального хоз-ва и охраны при), оды, М.: Изд-во МГУЛ, 1998.С.4. » .

6. Автухович И.Е. Влияние городской среды на состояние зеленых насаждений. // Материалы 2-ой экологической конференции посвященной Всемирному дню охраны окружающей среды, М.: Изд-во МГГУ, 1998.с. 116-117.

7. Автухович И.Е., Ягодин Б А., Васильев НХ. Изучение влияния некоторых микроэлементов на рост надземной и подземной частей саженцев лиственницы сибирской и каштана конского. // Рукопись депонирована в справочно-информационном фонде ВНИИТЭИ агропром №3.1 БД- 98.12 ноября 1998г.

8. Автухович И.Е. Изучение состояния лиственниц польской и сибирской на ЛОД МСХА. // Известия МСХА, М.: Изд-во МСХА, вып.1,1999.

Объем 1 5 п т

Заказ 1 +7

Тираж 10>

Типография Издатоьства Л1СХЛ 127550 Москва И 550 Тимирязевская VI 44

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Автухович, Ирина Евгеньевна, Москва

■J

0

к/ * к/

>У

/

На правах рукописи

АВТУХОВИЧ Ирина Евгеньевна

ВЛИЯНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К АНТРОПОГЕННЫМ НАГРУЗКАМ ЛИСТВЕННИЦЫ СИБИРСКОЙ

И КАШТАНА КОНСКОГО.

Специальность: 03.00.16 — Экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители: Доктор биологических наук, профессор, академик МСА,Заслуженный лесовод РФ

Н.Г. Васильев. Доктор биологических наук, профессор, академик РАСХН,Заслуженный деятель науки РФ Б.А. Ягодин.

МОСКВА 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ--------------------------------------- 4

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ--------------------------------------------- 8

1.1. Современное представление о роли некоторых микроэлементов в жизнедеятельности растений-----------------8

1.1.1. Физиологическая роль марганца в жизни растений— 14

1.1.2. Физиологическая роль кобальта в жизнедеятельности растений------------------------------------------2 4

1.1.3. Физиологическая роль цинка в жизнедеятельности растений---------------------------------------------35

1.1.4. Краткая характеристика основных тяжелых металлов 45

1.2. Значение микроэлементов и тяжелых металлов в жизнедеятельности различных древесных раё¥^ний^^~-----------56

ГЛАВА II. ПРОГРАММА РАБОТЫ, ОБЪЕКТЫ-4Ш&Й&|'0ВАНИЙ И ИХ ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ, МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ------ бб

2.1. Программа работы---------------------------------- б б

2.2. Объекты исследований и их природно-климатические условия------------------------------------------------ 68

2.3. Методы исследований и методика проведения экспери-

метов--------------------------------------------------78

ГЛАВА III. ВЛИЯНИЕ НЕКОРНЕВОЙ ПОДКОРМКИ СОЛЯМИ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА ПРИЖИВАЕМОСТЬ И РОСТ САЖЕНЦЕВ ДРЕВЕСНЫХ ПОРОД---------------------------------------------------81

3.1. Влияние некорневой подкормки солями микроэлементов на состояние и рост саженцев лиственницы сибрской—84

3.2. Влияние некорневой подкормки солями микроэлементов на состояние и рост саженцев каштана конского-----101

ГЛАВА IV. ХВОЙНЫЕ ДРЕВЕСНЫЕ ПОРОДЫ В УСЛОВИЯХ ГОРОДА--114

4.1. Сравнительная характеристика роста и состояния

лиственниц польской и сибирской на ЛОД МСХА----------114

4.2. Лиственница сибирская как биоиндикатор антропогенной нагрузки----------------------------------------- 121

ГЛАВА V. ПОСАДКИ ЛИСТВЕННЫХ НАСАЖДЕНИЙ В УРБАНИЗИРОВАННОЙ

ЗОНЕ-------------------------------------------------142

5.1. Аккумуляция микроэлементов и тяжелых металлов в листовом аппарате каштана конского и их влияние на

физиологические и ростовые процессы------------------142

ВЫВОДЫ-----------------------------------------------157

РЕКОМЕНДАЦИИ-----------------------------------------160

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ---------------------161

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Проблема охраны окружающей среды, в связи с возрастанием доли техногенных выбросов в атмосферу, является актуальной для многих стран, в том числе и для нашей. В настоящее время, по данным В.А.Ковды и Н.Ф. Глазов-ского (1986), в биосферу поступает свыше 500тысяч разновидностей химических веществ техногенеза. Среди загрязнителей атмосферы значительное место -занимают тяжелые металлы, высокие концентрации которых являются токсичными.

Для нейтрализации промышленных выбросов и защиты окружающей среды, наряду с техническими средствами, в последние годы все шире применяются биологические методы, в том числе метод, базирующийся на создании зеленых зон из лесных насаждений вокруг источников загрязнения. Растения, особенно древесные, успешно выполняют роль специфических зеленых «фильтров», аккумулирующих и детоксицирующих многие компоненты техногенных выбросов. Экспериментально установлено (А.И. Алехно, Н.М. Арабей, Е.Г. Бусько, 1992; В.А. Большаков, Н.М. Краснова, Т.И. Борисочкина и др. ,1993), что растения способны поглощать и накапливать из воздуха до 40-48% загрязняющих веществ. Основная нагрузка поглощения промышленных поллютантов, при этом, падает на ассимиляционные органы растений и, в первую очередь, на их листовой аппарат. С помощью листового аппарата растения метаболизируют почти все токсические вещества, которые обезвреживаются, очищаются и вовлекаются в природные биохимические процессы. Однако, древесные растения, при избыточном содержании в воздухе тяжелых металлов сами страдают от их пагубного воздействия. Симптомы поражения техногенными выбросами проявляются в пожелтении, хлоротичности, некротичности, засыхании листьев (хвои) и полной дефолиации. Систематическое отравление вы-

сокими дозами поллютантов может вызывать однобокость кроны, отмирание ветвей, образование суховершинности, что, в итоге, может привести к полной гибели древостоев. Степень накопления растениями поллютантов зависит как от состава и концентрации загрязнителей, так и от вида древесных пород. Жизненное состояние древесных растений является лучшим «экраном», наглядно отображающим загрязненность окружающей среды, в связи с этим, в последнее время метод биоиндикации приобретает все большее значение.

Учитывая огромную положительную роль древесных насаждений в условиях города, исключительно важное значение имеет выращивание здорового, устойчивого и высококачественного посадочного материала на основе воздействия на растительный организм сбалансированного минерального питания, в том числе и микроэлементами. Опыт многих исследователей по применению микроэлементов, свидетельствует о многостороннем их влиянии на физиологические процессы, определяющие устойчивость к неблагоприятным условиям среды: засухе, высокой и низкой температуре, а также к техногенным воздействиям. Установлено, что положительное влияние микроэлементов на устойчивость растений связано с многообразными изменениями в обмене веществ, которые обусловливают их действие на рост, развитие и водный обмен.

Цель и задачи. Целью работы являлось изучение действия микроэлементов и тяжелых металлов на процессы жизнедеятельности и рост взрослых древесных растений в урбанизированной зоне и влияние некорневой подкормки микроудобрениями на саженцы лиственницы сибирской и каштана конского. В рамках поставленной цели рассматривались следующие задачи:

-изучение таксационных показателей лиственницы сибирской и каштана конского в зонах с различными антропогенными на-грузкми;

- оценка загрязнения тяжелыми металлами почв и листового аппарата лиственницы и каштана;

-определение интенсивности фотосинтеза и дыхания лиственницы сибирской и каштана конского в условиях разных по напряженности антропогенных нагрузок;

-сравнительная характеристика процессов жизнедеятельности лиственниц сибирской и польской в условиях Лесной опытной дачи Московской сельскохозяйственной академии

ми.К.А.Тимирязева(ЛОД МСХА);

-изучение влияния микроэлементов на рост надземной части (высоты и диаметра стволиков, ширины кроны) и подземной ( длина и ширина корневой системы) частей саженцев;

-оценка влияния микроудобрений на размеры листовых пластин саженцев;

-изучение закономерностей накопления химических элементов в листовом аппарате саженцев по различным вариантам опыта;

-изучение влияния микроэлементов, внесенных некорневым способом на интенсивность фотосинтеза и дыхания саженцев лиственницы сибирской и каштана конского. Защищаемые положения:

Анализ и оценка влияния микроэлементов и тяжелых металлов на жизненное состояние и рост древесных пород: лиственницы сибирской и каштана конского

Научная новизна. Впервые нами был применен комплексный подход к изучению и оценке влияния некорневой подкормки на жизненное состояние и рост саженцев лиственницы сибирской и каштана конского, заключающающийся в применении агрохимических, лесоводственных-таксационных и экологических методов оценки состояния и роста этих древесных растений по различным вариантам опыта. При этом, такие характеристики роста саженцев как ширина кроны и корневой системы, а также раз-

меры их листовых пластин по вариантам опыта нами были оценены впервые. Впервые нами был использован системный подход к анализу жизненного состояния этих древесных пород в урбанизированной среде при различных удалениях от источника техногенного загрязнения. Исследования проводились в одиночных, аллейных, групповых и массивных посадках древесных растений для различных возрастных категорий в городе Москве и Подмосковье (с. Михайловское Подольского района). Практическая значимость работы.

-Полученные агрохимические, лесоводственные и экологические данные жизненного состояния и роста древесных растений в городской и пригородной зоне могут служить основой для оценки закономерностей их функционирования, экологического мониторинга и прогноза их развития в урбанизированной среде .

-Метод некорневой подкормки может быть использован для ускоренного выращивания устойчивого и высококачественного посадочного материала для городских и пригородных условий; -Выводы,рекомендации,материалы и метод комплексного подхода могут быть использованы при проведении научно- исследовательских и производственных работ в зеленом строительстве, лесном хозяйстве и экологии, а также в учебном процессе по курсу «Экология», «Охрана окружющей среды» и «Лесоведение». Апробация работы. Результаты работы докладывались на 44-ой и 47-ой конференции студентов факультета почвоагрохимэколо-гии МСХА (1991 и 1994); на научной конференции, посвященной 130-летию академии МСХА (1995); научных конференциях молодых ученых и специалистов МСХА (1995,1997и 1998); ежегодных научных конференциях МСХА (1996,1997,1998); студенческой научно-технической конференции лесного факультета МГУЛ (Москва, 1997); на 2-ой экологической конференции молодых ученых (аспирантов), посвященной Всемирному дню охраны ок-

ружающей среды МГГУ (Москва, 1998); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов МГУЛ (Мосаква, 1998,1999), Международной научно-студенческой конференции «Проблемы рационального хозяйства и охраны лесных экосистем - 98» (Москва, 1998). Публикации: Основные научные результаты и исследования по теме диссертации опубликованы в 8 статьях.

Объем работы: Работа изложена на 160 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов, реко-медаций, списка литературы включающего 265 источников (в том числе 93 иностранных), таблиц-18, рисунков-13 (грфики и диаграммы), фотографии-4.

Глава I Литературный обзор. Роль микроэлементов в жизни растений.

Современное представление о роли некоторых микроэлементов в жизнедеятельности растений.

Микроэлементы являются важным источником питания различных растений и широко используются в качестве микроудобрений в сельском и лесном хозяйстве. За более, чем 50-летний период исследований отечественными и зарубежными учеными установлена важная роль микроэлементов в жизнедеятельности растительных организмов. Микроэлементы входят в состав многих ферментов и участвуют в биологических процессах. Они увеличивают не только продуктивность растений, но и повышают их устойчивость к неблагоприятным условиям и сопротивляемость болезням. По изучению биологической роли микроэлементов и разработке мероприятий по их применению, как уже указывалось ранее М.Г. Абуталыбовым, П.А. Власюком, Я.В. Пейве, М.Я. Школьником, Б.А. Ягодиным, В.В. Ковальским и др. Результаты исследований многих ученых по изучению возможности использования микоэлементов в растениеводстве

обобщены на Всесоюзных совещаниях и конференциях. Установлена высокая эффективность микроудобрений в повышении урожайности сельскохозяйственной продукции.

Для обеспечения нормальной жизнедеятельности растений требуются не только свет, тепло, двуокись углерода, вода и семь главнейших макроэлементов- азот, фосфор, калий, сера, кальций, магний, железо, которые растениями извлекаются в больших количествах из почвы, необходимы еще и многочисленные так называемые «следовые элементы» или микроэлементы.

Микроэлементы- химические вещества, распространенные в природе в очень незначительных количествах. Открытие микроэлементов и их значение в жизнедеятельности растений, является крупным достижением биологической науки. В решении теоретических и практических задач, связанных с питанием растений микроэлементами большой вклад внесли Я.В. Пейве, М.В. Каталымов, П.А. Власюк, М.Я. Школьник, А. Пирсон, Б.А. Ягодин и др.исследователи. В растениях их содержание составляет обычно тысячные -стотысячные ( 0,1-10~2- 0,1-10~5%) доли процента и меньше (Б.А.Ягодин и др., 198 9.-639с.). Микроэлементы входят в состав ряда ферментов, витаминов, гормонов, дыхательных пигментов и многих соединений участвующих в регулировании обмена веществ. К числу основных микроэлементов, необходимых для жизни растений относятся железо (Бе), медь (Си), цинк (гп), марганец (Мп), кобальт (Со) , молибден (Мо) , бор (В) . Каждый из этих микроэлементов, выполняют свою строго специфическую роль, и обычно, не могут взаимозаменяться. Так, цинкообразующий фермент карбо-ангидраза обнаруживает специфичность к цинку (Б.А.Ягодин, 1964). С другой стороны, они могут образовывать мостиковые соединения между отдельными структурными группами. В подобных реакциях, выполняя роль связующего звена между фермен-

том и субстратом, различные микроэлементы могут выполнять биохимически сходные функции ( Б.А.Ягодин , 1964). Наиболее предпочтительные соединения микроэлементов с различными структурными группами биологических систем (в клетках организмов) сведены в таблицу 1.1, заимствованной из работы ( Е.А.Бойченко , 1969).

Таблица 1.1.

Ионы микроэлементов и их соединения с некоторыми структурными группами.

Ионы металлов Структурные соединения групп

медь (Си^"1") — БН — гистидин

медь (Си^+) фенолы > алифатические и ароматические амины, БН

цинк [ЪпА+) — БН > — N112

железо (Ре2+) — БНг — Ш2 > ИС02 —

железо (?е3+) — С02, — 1ЯН2, С6Н5ОН, НР042-

молибден (Мо5+) похоже на

марганец (Мп2+) — С02, НР042~ > — БН, РШ3

Как составная часть ферментов и гормонов, микроэлементы участвуют в различных физиологических и биологических процессах: изменяют скорость окислительно- восстановительных реакций, оказывают положительное влияние на процесс фотосинтеза и дыхания растений, участвуют в белковом и углеводном обмене, в синтезе витаминов. Они увеличивают содержание хлорофилла в листьях и азота в корнях растений. Под их влиянием растения становятся более засухоустойчивыми и мо-

розостойкими. Они ускоряют прорастание семян и повышают их всхожесть, задерживают развитие на семенах грибков и бактерий, предохраняя растения от различного рода заболеваний.

Установлено , что разные микроэлементы имеют различные виды аккумуляции в почве. Так, микроэлементы группы почвенных биофилов -цинк, медь, кобальт, никель, молибден и, отчасти, марганец, имеют биогенную аккумуляцию, бор и йод-аккумулируются за счет галогеохимических миграций, титан накапливается остаточным путем и др (Е.А.Бойченко, 1969).

Средние значения биогенных микроэлементов, содержащихся в воздушно-сухой массе подзолистых почв и в растениях по А.П.Виноградову (1957), Я.В.Пейве (1960), В.Б. Ильину (1985) и др., представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2.

Средние значения биогенных микроэлементов в подзолистой

почве и растениях.

Наименование Содержание элементов, мг/кг К-коэф-фициент

элемента в почве в растении концен-

общее количество растворимые в1Н HCL растворимые в1Н HCL трации элемента почва/ растение

железо(Ее) 20000 1200 150 8,0

медь (Си) 15 3 7 0,4

цинк (гп) 30 8 20 0,4

марганец (Мп) 400 200 40 5,0

кобальт (Со) 4 2 0,2 10, 0

молибден (Мо) 1,2 од 1 од

бор (В) 15 1,2 10 од

В этой таблице представлены данные об общем количестве элементов в почве и растениях и отдельно растворимые в 1Н HCL,

а также значения коэффициента К- отношения концентрации этих элементов, содержащихся в почве к таковым в растениях. Отметим, что нельзя производить сравнение общего содержания элементов в почве к таковым в растениях так, как большая часть указанных в таблице микроэлементов находится в почве, входит также в состав структуры минералов, а поэтому недоступна растениям. В связи с этим на практике для сравнения используют только часть микроэлементов, которая растворяется в растворе 1Н HCL. Приведенный в таблице 1.2. коэффициент К в этом случае отражает отношение отношение содержание элемента в почве, к его содержанию в растении. При этом

значения коэффициента (К) меньше единицы К<1, свидетельствует о том, что соответствующих элементов в подзолистых почвах меньше, чем в растениях. К таковым элементам относятся медь, цинк, молибден и бор. Что касается железа, марганца и кобальта, то согласно данным табл.1.2, величина концентрации их в почве значительно больше, чем в растениях. Последнее свидетельствует о том, что в подзолистых почвах растения почти полностью обеспечены этими микроэлементами. Аналогичная зависимость констатируется многочисленными исследователями, которыми чаще всего в качестве микроудобрений в зоне распространения подзолистых почв, рекомендуется вносить медь, молибден и бор. Однако для