Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние монооксида углерода (CO) и микозов на состояние древесных и кустарниковых растений парковых зон города Воронежа

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Влияние монооксида углерода (CO) и микозов на состояние древесных и кустарниковых растений парковых зон города Воронежа"

На правах рукописи

1

МЕЛЬКУМОВ Гавриил Михайлович

ВЛИЯНИЕ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА (СО) И МИКОЗОВ НА СОСТОЯНИЕ ДРЕВЕСНЫХ И КУСТАРНИКОВЫХ РАСТЕНИЙ ПАРКОВЫХ ЗОН ГОРОДА ВОРОНЕЖА

Шифр и наименование специальности: 03.02.08 - экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

г о кон ¿00

005061799

Воронеж 2013

005061799

Диссертационная работа выполнена на кафедре ботаники и микологии в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ВГУ»)

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент

Агафонов Владимир Александрович

Официальные оппоненты: Грабович Маргарита Юрьевна

доктор биологических наук, профессор, Воронежский государственный университет, доцент кафедры биохимии и физиологии клетки

Терехова Наталья Алексеевна

кандидат биологических наук, Воронежский государственный педагогический университет, доцент кафедры биологии растений и животных

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный

аграрный университет им. Н.И. Вавилова»

Защита диссертации состоится «19» июня 2013 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.038.05 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет» по адресу: 394006, г. Воронеж, Университетская пл., д. 1, ауд. 333.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежского государственного университета

Автореферат разослан « Ц-» мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент ч ' Барабаш Г.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В структуре крупных промышленных городов, к которым относится г. Воронеж, парки, скверы и ботанические сады являются неотъемлемой частью экологической составляющей, поскольку позволяют сдерживать негативное воздействие абиотических факторов среды. К ним относятся уровень загрязнения, включая выхлопные газы автотранспорта, стрессклиматические градиенты и другие факторы, снижающие иммунные свойства древесно-кустарниковых растений и предрасполагающие к возникновению патологического процесса. В результате нарушается экологическое равновесие, что приводит к деградации древесного и кустарникового компонента. В Воронежской и сопредельных областях изучением вопросов влияния абиотических и биотических стрессоров на состояние растений занимались С.А. Сашенкова (1999), H.A. Терехова (2001), Л.Г. Гамова (2004), Т.Ю. Светашева (2004), О.В. Азарова (2006), A.C. Хатунцева (2007), H.H. Драчева (2011) и др.

Ряд авторов отмечает, что сложившиеся неблагоприятные условия окружающей среды приводят древесные и кустарниковые растения в состояние абиотического стресса (Маслова, 2008; Ищенко, 2010), вызывая энерго- и иммунодефицит, характеризующиеся нарушением гомеостазиса и паранекрозом, что негативно отражается на росте и развитии растений. Нарастающий антропогенный прессинг приводит к трансформации среды обитания (атмосферный воздух, водные и эдафические условия и др.), ухудшает ее параметры и тем самым способствует росту заболеваемости населения.

Для города Воронежа важной и актуальной проблемой является оценка современного состояния древесно-кустарниковых растений, составляющих эколого-фитоценотическое ядро парковых зон, выявление особенностей воздействия абиотических и биотических факторов на них, с последующей разработкой мероприятий, направленных на поддержание эффективного защитного и средообразующего функционирования этого важного компонента урбоэкосистемы.

Цель и задачи исследования. Целью работы явилось изучение влияния монооксида углерода (СО) и микозов на состояние древесного и кустарникового компонента в парковых зонах.

Для реализации цели поставлены следующие задачи:

1. Провести визуальную оценку воздействия монооксида углерода (СО) на состояние древесно-кустарникового компонента городской среды.

2. Изучить видовой состав фитопатогенов в парковых зонах города Воронежа.

3. Выявить наиболее вредоносные микозы древесно-кустарниковых растений.

4. Проанализировать субстратную специализацию возбудителей болезней дендрофлоры.

5. Разработать мероприятия, направленные на снижение воздействий монооксида углерода и микозов на состояние древесных и кустарниковых растений парковых зон г. Воронежа. Научная новизна. Впервые проведена ревизия древесно-кустарниковых растений в парковых зонах г. Воронежа, в ходе которой установлено количество видов растений и категория их жизненного состояния. Дана визуальная оценка воздействия монооксида углерода, выделяемого автотранспортом (по концентрации СО), на древесно-кустарниковый компонент паркоценозов. Впервые дан подробный обзор современного состава, субстратной специализации и экологических особенностей фитопатогенов, выявлены наиболее вредоносные болезни дендрофлоры, описаны их симптомы и диагностические признаки. Установлено, что обнаруженные виды грибов по трофической специализации относятся к сапротрофам (11 видов), паразитам (43), а 12 видов патогенов при определенных условиях меняют тип питания с сапротрофного на паразитический, и наоборот. В ходе исследований выявлено 66 видов фитопатогенов, из которых 43 относятся к микромицетам, а остальные 23 — к макромицетам. Выделены наиболее перспективные древесные и кустарниковые растения для озеленения парковых зон г. Воронежа.

Содержание диссертации соответствует п. 1 «Факториальная экология», п. 3 «Экология сообществ» и п. 5 «Прикладная экология» специальности 03.02.08 - «Экология» Паспорта специальностей.

Практическая значимость исследования.

- Проведенная комплексная оценка состояния древесных и кустарниковых растений паркоценозов города Воронежа к некоторым абиотическим и биотическим стрессорам позволила выделить виды растений, рекомендованных нами к высаживанию в парковых зонах.

- Выявлены виды микро- и макромицетов, являющиеся возбудителями болезней древесного и кустарникового компонента, и определена их трофическая приуроченность.

- Установлены разные категории древесно-кустарниковых растений по степени устойчивости к воздействию монооксида углерода, что может быть использовано в системе слежения за их состоянием.

- Оптимизированы мероприятия по защите древесного и кустарникового компонента в паркоценозах г. Воронежа, переданные в Департамент природных ресурсов и экологии Воронежской области.

Полученный материал может использоваться при мониторинге абиотических и биотических факторов, влияющих на зеленую зону урбосистемы, для решения проблем озеленения и оптимизации парковых сообществ не только г. Воронежа, но и других крупных городов Центрального Черноземья. Результаты исследования используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплинам «Экология»

и «Фитопатология» факультета агрономии, агрохимии и экологии Воронежского госагроуниверситета им. императора Петра I, а также в практической работе экологов, микологов, фитопатологов и сотрудников организаций, занимающихся озеленением города Воронежа.

Осповные положения, выносимые на защиту:

1. Анализ влияния монооксида углерода (СО), выделяемого автотранспортом, на характер устойчивости дендрофлоры, позволяет выявить и рекомендовать к высаживанию в парковых зонах г. Воронежа виды растений, проявляющих высокую устойчивость к этому фактору.

2. Выявление микобиоты древесно-кустарникового компонента и анализ ее субстратной специализации дает возможность определить наиболее вредоносные виды грибов и выявить малоустойчивые к ним виды древесных и кустарниковых растений в городских насаждениях г. Воронежа.

3. Оценка состояния древесно-кустарниковых растений к негативным факторам внешней среды (монооксиду углерода) и микозам позволяет разработать стратегию использования устойчивых видов растений для улучшения состояния парковых зон.

Личный вклад соискателя. Автором осуществлен сбор материала, обобщение и обработка литературных сведений по теме, анализ и интерпретация полученных результатов, оформлена диссертация.

Апробация работы. Результаты исследований представлены на конференциях различного уровня: Международных - «Современное состояние, проблемы и перспективы региональных исследований» (Воронеж, 2008); «Проблемы мониторинга природных процессов на особо охраняемых природных территориях» (Воронеж, 2010); «Значение научного наследия академика ВАСХНИЛ и Россельхозакадемии М.С. Дунина в современных работах ученых России» (Москва, 2011); I Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы природных и антропогенных территорий» (Чебоксары, 2011); «Современные проблемы эволюции. XXVI Любищевские чтения» (Ульяновск, 2012); II (X) Международной ботанической конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2012); «Биоразнообразие: проблемы изучения и сохранения» (Тверь, 2012); Всероссийских - «Роль естественных наук в решении проблем современного общества» (Липецк, 2009); «Современные аспекты структурно-функциональной биологии растений и грибов» (Орел, 2010); IV Всероссийском с международным участием конгрессе студентов и аспирантов-биологов (Воронеж, 2011); Межрегиональных - «Проблемы и перспективы экологической безопасности» (Воронеж, 2010); «Актуальные вопросы экологии» (Воронеж, 2012); II междисциплинарном микологическом форуме (Москва, 2010); II и III съезде микологов России «Современная микология в России» (Москва, 2008, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 статьи, в том числе 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 215 страницах машинописного текста, иллюстрирована 101 рисунком, снабжена 23 таблицами. Список литературы включает 321 источник, в том числе 32 на иностранных языках.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю Д.6.Н., доц. В.А. Агафонову, заведующему лабораторией систематики и географии грибов, д.б.н., проф. А.Е. Коваленко (Ботанический институт им. B.JI. Комарова РАН), аспиранту кафедры ботаники биолого-почвенного факультета Южного федерального университета Т.С. Булгакову (Ростов-на-Дону) за консультационную помощь.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, кратко изложена структура и содержание диссертации, определены научная новизна и практическая значимость полученных результатов. Сформулированы цель работы и задачи для ее достижения.

ГЛАВА 1. КРАТКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

На основе ряда публикаций (Козлов, 1999; Федорова, 1999; Ищенко, 2010; Драчева, 2011 и др.) приводится анализ экологического состояния древесных и кустарниковых растений парковых зон в разных регионах России и ближнего Зарубежья, и намечаются некоторые возможные направления их изучения.

ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Эколого-юишатическая обстановка города Воронежа за период проведения работы

Приводятся сведения о физико-географических особенностях и климатических условиях г. Воронежа, характере рельефа, почвенном покрове и административном делении (Агроклиматические.., 1972; Швер, Павлова, 1986; Физико-географическое районирование.., 1961; Ахтырцев, Ахтырцев 1993 и др.). Согласно анализу метеорологических условий (20092012 гг.) установлены среднегодовые градиенты температуры, которые варьировали незначительно, в то время как среднемесячные колебания летних месяцев резко разнились. Это связано со стрессзасушливым летним периодом 2010 года.

2.2. Характеристика объектов исследования Объектами исследования явились 56 видов древесных и кустарниковых растений, являющиеся доминантами дендрофлоры в парковых зонах г. Воронежа и относящиеся к 2 отделам Покрытосемянные (Ма^оНоркуШ) и Голосемянные (РшорИуШ), 19 семействам и 34 родам. Выявленные виды древесно-кустарникового компонента произрастают в 15 паркоценозах г. Воронежа и занимают площадь около 138,3 га (табл. 1).

Таблица 1

Местоположение объектов исследования на территории г. Воронежа

№ п/п Название парковой зоны Координаты расположения парковой зоны Площадь, га Местоположение объекта (Административный район) 6

1 1 2 Сквер «Кольцовский» 51°39'43"с.ш., 39"12'07"в.д. 1,8 Центральный

2 Сквер «Петровский» 51°40'26"с.ш., 39°12'42"в.д. 0,8 Центральный

3 Парк «Орленок» 51°40'29"с.ш.. 39с,12'22"в.д. 4,8 Центральный

4 Парк «Авиастроителей» 5Г38'25"с.ш„ 39°14'33"в д 7,0 Левобережный

5 Парк им. Дурова 51°39'20"с.ш., 39° 1 Г5"в.д. 3,7 Ленинский

6 Центральный парк Культуры и Отдыха 51°42'3"с.ш., 39°13'Гв.д. 99,9 Центральный

7 Первомайский Сад 51п40'33"с.ш., 39°12'39"в.д. 2,9 Центральный

8 Парк «Технологический» 51°40'32"с.ш., 39>12'48"в.д. 0,9 Центральный

9 Сквер «Есенина» 51°39'45"с.ш.. 39°12'30"в.д. 0,2 Центральный

10 Сквер им. Бунина 5Г39'33"с.ш„ 39"12'8"в.д. 0,3 Ленинский

И Сквер «Платонова» 5Г39'35"с.ш„ 39ЧГ52"в.д. 0,5 Ленинский

12 Сквер им. Пушкина 51°39,42"с.ш„ 39°1Г55"в.д. 0,3 Ленинский

13 Сквер «Молодежный» 51°39'29"с.ш., 39°11'35"в.д. 0,2 Ленинский

14 Ботанический сад Воронежского 5Г42'47"с.ш., 39"12'15"в.д. 11.0 Комиитерноаскнй

15 Дендропарк Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА) 51°43'3"с.ш., 39"13'11"в.д. 4,0 Центральный

2.3. Методика проведения работы При анализе экологической обстановки городской среды (2009-2012 гг.) проводился сезонный количественный учет автотранспорта по категориям (легковой, легкий грузовой и др.) вокруг парковых зон по магистральным улицам, осуществлялась визуальная оценка состояния древесных и кустарниковых растений, выявлялись инфекционные болезни изучаемых объектов.

Загрязнение атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта оценивалось по концентрации монооксида углерода (в мг / куб. м) (Федорова, Никольская, 2003).

s

Устойчивость древесных и кустарниковых растений к монооксиду углерода (СО) определялась согласно работе А.И. Федоровой (1999): ВУ-высокоустойчивые (от 0 до 5%), У-устойчивые (от 6 до 15%), СУ - среднеустойчивые (от 16 до 50%), МУ-малоустойчивые (от 51 до 85%), НУ- неустойчивые (от 86 до 100%).

Определение состояния дендрофлоры осуществлялось с помощью методики, разработанной на кафедре экологии и защиты леса Московского государственного университета леса (Мозолевская, 1990; Методы мониторинга.., 2004): 0 - растения без признаков ослабления; 1 - ослабленные с долей усыхания ветвей менее 25 %; 2 - средне ослабленные с долей усыхания ветвей от 25 до 50 %; 3 - сильно ослабленные с долей усыхания ветвей от 51 до 75 %; 4 - усыхающие с долей усыхания ветвей более 75 %; 5 - сухостой текущего года; 6 - сухостой прошлых лет; 7 - ветровал; 8 - бурелом. Средний балл состояния древесно-кустарниковых растений определялся по стандартной лесопатологической методике, использовавшей комплекс внешних признаков (Мозолевская, Катаева, Соколова, 1984): насаждения считались здоровыми при среднем балле 1-1,5; ослабленными - при балле 1,6-2,5; сильно ослабленными - при балле 2,6-3,5; усыхающими - при балле 3,6 и выше.

Идентификацию возбудителей болезней растений осуществляли с помощью отечественных, современных определителей и атласов (Бондарцев, 1953а; Черемисинов, Негруцкий, Лешковцева, 1970; Журавлев, Селиванова, Черемисинов, 1990; Gilbertson, 1979; Kuz'michev, Sokolova, Kulikova, 2001; Змитрович, 2008; Гарибова, 2009 и др.).

Для определения возбудителей болезней древесно-кустарникового компонента использовался световой микроскоп Микромед-1, фотосъемка микро- и макромицегов осуществлялась фотокамерой Canon EOS 550D с объективом EF 100 mm (f/2,8 Macro USM) и макровспышкой Raylab R-10TTL.

Названия таксонов грибов приводятся в соответствии с данными Интернет-ресурсов www.indexfungorum.org и http://www.mycobank.org (по состоянию на 01.11.2012) и расположены согласно системе, представленной в 10-м издании Словаря грибов Айнсворта и Бисби (Kirk & al., 2001,2008). Названия растений приводятся по П.Ф. Маевскому (2006).

Для оценки обилия каждого вида фитопатогена рассчитывался показатель встречаемости (Pi). Видовое разнообразие возбудителей оценивалось по индексу Шеннона (Н'), доминирование грибов в парковых зонах г. Воронежа - по индексу Симпсона (D) (Новожилов, 2005).

Наличие и степень связи между концентрацией СО и микозами устанавливались посредством коэффициента корреляции (R) и его доверительного интервала (Чумаков и др., 1974, Пересыпкин и др., 1989).

Достоверность обеспечена применением современных методик биологических исследований (Коваленко, 1980; Житин, Зотова, 1996; Федорова, 1999; Морозова, 2001; Негробов и др., 2005) с использованием математической статистики, а также компьютерной обработай карто- и фотографических материалов при помощи пакетов программ Microsoft Excel и PhotoShop.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Состояние древесных и кустарниковых растений городских зеленых насаждений г. Воронежа

В результате проведенной в 2009-2012 гг. ревизии древесно-кустарникового компонента парковых зон г. Воронежа нами установлено, что наиболее благополучны по своему жизненному состоянию (категория 0-1) такие виды растений как Acer campestre L., Catalpa bignonioides Walt., Juniperus communis L.. Juniperus sabina L„ Populus alba L„ Querais robur L.. Quercus rubra L„ Rhus typhina L„ Robinia pseudoacacia L.. Sorbus aucuparia L. и Tilia platyphyllos Scop. Сухостой у этих растений практически отсутствует. Betula pendula Roth., Fraxinus excelsior L.. Picea abies (L.) Karst.. Picea pungens Engehm., Pyrus communis L.. Tilia cordata Mill., Thuja occidentalis L. Ulmus glabra Hudson, и Ulmus pumila l. характеризуются менее высокой жизнеспособностью (категория 5-6). Данная ситуация нами объясняется чувствительностью этих растений, связанной с сильной антропогенной нагрузкой различного уровня (выхлопные газы автотранспорта, механические повреждения и др.). Ослабленные древесно-кустарниковые растения (средний балл состояния (с.б.с.) колеблется в пределах от 1,6 до 2,5) отмечены в парках «Авиастроителей» и «Технологический» (с.б.с.= 1,8), естественных насаждениях Ботанического сада ВГУ (1,7) и сквере им. Бунина (1,6). Эти парковые зоны характеризуются ослаблением жизнедеятельности древесно-кустарниковых растений, которое определяется рядом факторов (старый возраст насаждений, неблагоприятные погодные условия, инфекционные болезни растений и др.). Дендрофлора остальных паркоценозов находится, в целом, в хорошем состоянии, значение среднего балла варьирует от 0,8 до 1,5. Такая благоприятная обстановка определяется кардинальной реконструкцией парковых зон, с проведением санитарно-профилактических мероприятии.

В количественном соотношении в паркоценозах г. Воронежа преобладают виды Acer platanoides L. (745 особей; 20,4 % от общего числа), Т. cordata (649; 17,8 %), В. pendula (197; 5,4 %) и Ulmus laevis Pall. (192; 5,3 %).

Наиболее заметное ухудшение состояния клена остролистного (рис. 1) наблюдается в скверах «Молодежный» (категория 3) и «Петровский» (категория 2), что может быть связано с

влиянием монооксида углерода, выделяемого автотранспортом вследствие высокой здесь интенсивности движения.

Рис. 1. Распределение преобладающих по количеству видов древесных растений в парковых зонах г. Воронежа

В остальных парковых зонах состояние этой породы остается сравнительно стабильным. У березы бородавчатой наблюдалось существенное усыхание в парках «Авиастроителей» (категория 5), «Технологический» (категория 3), Центральном Кио «Динамо», сквере «Кольцовский», Ботаническом саду ВГУ и Дендропарке ВГЛТА (категория 2). Это свидетельствует о недолговечности березы, вызванной механическими повреждениями, ее высокой чувствительностью к аридным условиям в весенне-летние периоды, загрязнением атмосферы. Состояние липы мелколистной и вяза гладкого, в целом, можно считать стабильным, в то же время незначительное его ухудшение наблюдалось в парке «Технологический» и Дендропарке ВГЛТА. Причины этого проявления связаны, вероятно, с близким расположением главных магистральных улиц к этим паркам.

3.2. Влияние абиотического фактора - монооксида углерода (СО) на состояние древесно-кустарникового компонента городской среды Автомобильный транспорт выступает источником аддитивного загрязнения атмосферы. При этом наибольшее количество токсичных веществ выбрасывается автотранспортом в атмосферу на малом ходу, на перекрестках, остановках перед светофорами.

Среди выбросов автотранспортом основных загрязняющих реагентов в атмосферу в городе Воронеже ведущее место занимает монооксид углерода (СО) (Федорова, Никольская, 2003; Доклад о состоянии окружающей среды.., 2011). Повышенное содержание СО в атмосферном воздухе приводит к нарушениям нормального роста (Красинский, 1939; Jahnel, 1954; Гольдберг, 1956; Рябинин, 1962; Berge, 1969; Gilbert, 1970) и развития растений

(изменения в строении и функционировании аппарата газообмена, торможение клеточного дыхания и др.) (Машинский, 1953, 1960; Бабушкин, 1955; Антипов, 1960; Ситникова, 1963; Сидорович. Гетко, 1979; Рудкова, 1981), а также способствует ускорению процессов старения и сокращению сроков их жизни (Шпе1. 1954; Антипов, 1960; Машинский, 1960), что сопровождается появлением симптомов болезней растений разной этиологии (Ыше1, 1954; Кузьмичев, 2004).

В ходе исследований, проводимых в зеленых насаждений в период с января по ноябрь 2009-2012 гг. рассчитывалась концентрация монооксида углерода (Ксо) (мг/ куб. м) на главных магистральных улицах вокруг обследуемых паркоценозов г. Воронежа (рис.2).

ш§

> j «н

"ж;

Рис. 2. Карта автомобильных дорог г. Воронежа

Так, улицы 20 лет ВЛКСМ и Чайковского характеризовались допустимым показателем Ксо, что связано с благоприятными экологическими условиями, а также с видовой принадлежностью зеленых насаждений (A. platanoides, Aesculus hippocastanum L, В. pendula, F. excelsior, T. cordata, U. laevis и др.). Все остальные улицы вокруг анализируемых паркоценозов отличаются повышенным уровнем Ксо, о чем свидетельствует резкое отклонение от нормы (5 мг / куб. м). Это обусловлено тем, что они являются главными магистральными участками, характеризующимися повышенной интенсивностью автомобильного движения, а также ростом застройки прилегающих площадей. Концентрация монооксида углерода значительно увеличивается в зимний и осенний периоды по сравнению с весенним и летним. Это может быть связано с большим выделением СО в приземный слой атмосферы, где скорость ветра

незначительна, и он плохо рассеивается из-за отсутствия зимой и осенью активно вегетирующих растений, аккумулирующих этот реагент.

Установлено, что осенний период отличается более высоким уровнем загруженности автотранспортом улиц вокруг парковых зон исследуемых территорий, чем весенний, летний и зимний. Это приводит к возрастанию уровня загрязнения воздуха, связанного с ростом вероятности «пробок» на дорогах. Улицы 20 лет Октября, Чайковского и Станкевича характеризуются низкой интенсивностью движения автотранспорта. Средняя загруженность оказалась характерной для улиц Студенческая, Фридриха Энгельса, Ленинградская, Полины Осипенко, Карла Маркса, 25 лет Октября и Красноармейская, загруженность остальных магистральных путей движения достигала более высоких показателей. Это объясняется тем, что эти направления следования автотранспорта являются с одной стороны преобладающими, выполняющими ведущую роль в передвижениях населения, а с другой - трассой с грузовым транспортом разного назначения.

Большинство видов дендрофлоры (25 видов; 44,6 % от общего числа) (A. campestre, А. platanoides, Q. robur, U. glabra и др.) относится к категории устойчивых к СО, меньшее число видов растений (P. abies, S. aucuparia и т.д.) - к неустойчивым (5; 8,9 %). Среди малоустойчивых представлено 9 видов (16,1 %) (A. hippocastanum, В. pendula, J. communis и др.), к среднеустойчивым относится 10 видов (17,9 %) (Р. alba, Q. rubra, Salix acutifolia Willd. и т.д.). Такие виды как Cotoneaster lucida Schlecht., Crataegus monogyna Jacq., P. pungens, Populus balsamifera L, R. pseudoacacia и Salix alba L. проявляют высокую устойчивость (12,5 %) к монооксиду углерода. В связи с этим, они могут быть рекомендованы к более широкому использованию в озеленении административных районов г. Воронежа, особенно в местах с повышенным уровнем движения транспорта.

3.3. Влияние биотического фактора - микозов на древесный и кустарниковый компонент

городской среди

3.3.1. Видовой состав макро- и микромицетов древесных и кустарниковых растений В результате проведенных микологических исследований в период с 2009 по 2012 гг. в различных парковых зон г. Воронежа нами обнаружено 66 видов микро- и макромицетов, относящихся к 2 отделам, 6 классам, 15 порядкам, 22 семействам и 40 родам (табл. 2).

Таблица 2

Тахсономическая структура видового состава микобиоты парковых зон города Воронежа

(2009-2012 гг.)

№ Отдел ПородKH Семейства Общее число I

родов видов i

1 2 3 4 5 6 7

1 Ascomycota Dothideomycetes Botryosphaeriales Botryosphaeriaccae 3 11

Capnodiales Mycosphaercllaceae 5 13

Leotiomycetes Hrysiphales Erysiphaceae 4 5

Hetotiales Dermateaccae 2 2

Helotiaceac 1 1

Rhytismataies Rhytismataceae 1 2

Ventunales Venturiaceae 1 г

Sordariomycetes Diaporlhales Gnomoniaceae г

Phyllachorales Phyilochoraceae 1 i

Taphrinomycetes Taphrinalcs Taphrinaceae 1 2

2 Basidiomycota Agaricomycetes Agaricales FistuHnaceae 1 1

Inocybaccae 1 1

Pleurotaceae 1 1

Schizophyllaceac 1 1

Auriculariales Auriculariaceae 1 1

Hymenochaetales Hymenochaetaceae 3

Polyporaies Fomitopsidaceae 3

Ganodcmiataceae 1 1

Meniliaceae 1 2

Polyporaceae 7

Russulales Stereaceae 1 2

Puccmiomycetes Pucciniales Pucciniaceae 1 2

1 Итого: 2 6 IS 22 40 66

Большее число видов фитопатогенов обнаружено в Ботаническом саду ВГУ (37 видов; 27,2 % от общего числа) (доминирующие виды (дв.) - Mycosphaerella millegrana (Cooke) J. Schrot., Phyllosticta aceris Sacc., Septoria negundinis Ellis & Everh, и Teratosphaeria microspore Joanne E. Taylor & Crous.), наименьшим числом видов представлен сквер им. Пушкина (1; 0,7%) с доминированием Rhytisma acerinum (Pers.) Fr.. В Первомайском саду и сквере «Есенина» возбудители болезней древесных растений не выявлены, что связано с основательной санитарной реконструкцией парковых зон и меньшим видовым разнообразием дендрофлоры. В Центральном парке КиО «Динамо» отмечено 27 видов (19,9 %), среди которых чаще других встречались М. millegrana, Ph. aceris и S. negundinis. В Дендропарке ВГЛТА обнаружено 17 видов фитопатогенов (12,5 %) (дв. - М. millegrana и Phyllosticta tiliae Sacc. & Speg.), парках «Авиастроителей»- 12 (8,8 %) (дв - М. millegrana, Ph. aceris и Phloeospora robiniae (Lib.) Höhn.) и им. Дурова - 10 (7,4 %) (дв. - Apiognomonia errabunda (Roberge ex Desm.) Höhn, и M. millegrana), сквере «Кольцовский» - 7 (5,2 %) с доминированием А. errabunda, парке «Орленок» (дв. - Rh. acerinum) и сквере «Петровский» (дв. - A. errabunda) - 6 (4,4 %), парке «Технологический» - 5 (3,7 %) (дв. - Sawadaea tulasnei (Fuckel) Нотта. и Taphrina bullata (Berk. & Broome) Tul.), скверах им. Бунина (дв - A. errabunda и Schizophyllum commune Fr.) и «Платонова» (дв. -A. errabunda, Coniella castaneicola (Ellis & Everh.) В. Stilton, и

Sch. commune) - 3 (2,2 %), «Молодежный» - 2 вида (1,5 %) (Я/г. acerinum и Phellinus pomaceus (Pers.) Maire.).

Чаще всего в парковых зонах встречаются такие грибы как M. millegrana (215 особей; 22,2%), A. errabunda (175; 18,2%), РА. acerà (87; 9,0 %), 5.. negundinis (79; 8,2 %) и Ph. tiliae (62; 6.4 %). Реже остальных в зеленых насаждениях отмечены Asteromella platanoides (Sacc.) Petr., Bjerkandera fumosa (Pers.) P. Karst., Fomitoporia robusta (P. Karst.) Fiasson & Niemela., Fomitopsis pinícola (Sw.) P. Karst., , Laetiporas sulphureus (Bull.) Murrill., Phyllactinia guttata (Wallr.) Lev., Ph. pomaceus, Pseudocercospora shaeriiformis (Cooke) Y. L. Guo & X. J. Liu., Phyllosticta tambowiensis Bubak & Serebrian., Phyllosticta ulmaria Pass., Phyllosticta ulmi Westend., Septoria sorbi Lasch., Taphrina ulmi (Fuckel) Johanson. и Venturia fraxini Aderh., которые представлены только 1 экземпляром (0,1 %).

Фитопатогены A. erabunda, S. tulasnei, M. millegrana и Ph. tiliae встречаются сразу в нескольких городских экосистемах, что определяется сходным их флористическим составом и субстратной специфичностью выявленных видов грибов.

Ботанический сад ВГУ характеризуется наивысшим уровнем разнообразия (Н' = 2,88) и видового богатства (37 видов из 26 родов). Такое проявление тесным образом связано с ослабленным состоянием древесно-кустарниковых растений (средний балл - 1,7), а также с их старым возрастом и отсутствием регулярно проводимых санитарных рубок на анализируемой территории. Наименьшее значение индекса Шеннона отмечено в сквере им. Пушкина (Н' = 0.00), что объясняется наличием всего одного представителя патогенов на исследуемой территории. В остальных парковых зонах индекс разнообразия видов грибов варьировал в пределах от 0,31 до 1,85, а количественно от 2 до 27 видов (рис. 3, а).

Рис. 3. Характер распределения видового разнообразия и доминирования видов грибов древесных кустарниковых растений в парковых зонах г. Воронежа

Значения индекса разнообразия Шеннона в парковых зона* г. Воронежа

Значения индекса доминирования Симпсона в парковых зонах г, Воронежа

б

а

При учете уровня доминирования (рис. 3, б), наибольшее значение данного показателя отмечено в скверах им. Пушкина (D = 1,00), «Кольцовекий» (D = 0,89), им. Бунина (D = 0,61), «Молодежный» (D = 0,50) и парке «Орленок» (D = 0,52), что связано с малой выборкой данных и количественным составом грибов.

3.3.2. Вредоносные болезни древесных и кустарниковых растений

В городских зеленых насаждениях многие древесно-кустарниковые растения, ослабленные в результате воздействия монооксида углерода (СО), чаще поражаются грибными болезнями, снижающими их жизненное состояние.

Часто в парковых зонах г. Воронежа отмечены такие типы болезней растений, как пятнистости (черная пятнистость клена - Rh. acerinum, темно-бурая и коричневая пятнистость листьев липы - М. millegrana и Ph. tiliae), налеты (мучнистая роса дуба - Е. alphitoides), деформации (деформация листьев вяза - Th. ulmi) и гнили (темно-коричневая гниль корней -Fistulina hepata (Schaeff.) With., светло-желтая гниль корней и стволов - Ganoderma aplancitum (Pers.) Pat., белая полосатая ядровая гниль стволов - Phellinis igniarius (L.) Quel, белая мраморная, светло-бурая и красно-бурая ядрово-заболонная гниль стволов - Fornes fomentarais (I.) Fr„ F. pinícola и Piptoporus betulinus (Bull.) P. Karst., красно-бурая призматическая ядровая гниль стволов - L. sulphureus) (рис. 4, 5).

Рис, 4. Темно-бурая пятнистость липы, вызванная Kfycosphaerella millegrana (Cooke) J. Schrot, (фото автора)

Рис. 5. Мучнистая роса листа дуба, вызванная Eiysiphe alphitoides (Griffon & Maubl.) U. Braun & S. Takam. (фото автора)

3.4. Субстратная специализация возбудителей болезней древесно-кустарникового компонента парковых зон

В ходе проведенного микологического обследования нами идентифицировано 66 возбудителей болезней растений, которые используют различных представителей древесно-кустарникового компонента в качестве субстрата (рис. 6).

Рис. 6. Количественное соотношение выявленных видов грибов в зависимости от субстрата

Наибольшее число патогенов представлено на таких растениях, как Q. robiir - 13 видов (19,7 % от общего числа), A. platanoides - 12 видов (18,2 %) и В. pendula - 11 (16,7 %). На Т. cordata обнаружено 8 видов грибов (12,1 %), Populus nigra L. и U. laevis - 6 (9,1 %), A. negundo, Prunus domestica L„ P. communis и T. platyphyllos - 3 (4,5 %), A. hippocastanum и F. excelsior - 2 (3,0 %), в то время как на A. campestre, Acer tatariciim L., Berberís vulgaris L., Cerasus vulgaris Mill., Cornus sanguínea (L.) Opiz., С. lucida, P. balsamifera. R. pseudoacacia, S. aucuparia, S. alba, Sorbus intermedia (Ehrh.) Pers. и U. pumila - по 1 виду (1,5 %). Доминантным видом по встречаемости в паркоценозах г. Воронежа является M. millegrana, представленный 215 особями грибов (22,3 %), из которых 197 (91,6 %) приурочено к Т. cordata, а 18 (8,4 %) - к Т. platyphyllos. На других древесно-кустарниковых растениях данный вид не отмечен, что связано с его узкой субстратной специализацией.

Широкой физиологической специализацией обладают 5 видов грибов: A. errabunda, Sek commune, S. hirsutum, Trámeles hirsuta (Wulfen) Lloyd, и Trámeles versicolor (L.) Lloyd.: круг питающих растений первого вида включает Q. robur, T. codata и Т. platyphyllos, второго - Р. nigra, Q. robur и T. codata, третьего - A. platanoides, P. nigra и Q. robur, четвертого - А. platanoides, В. pendula, F. excelsior, P. balsamifera и Q. robur, пятого - A. platanoides, В. pendula и Q. robur.

Выявленные возбудители болезней распределены по 3 группам поражения растений, включая тип питания и онтогенез питающих растений (рис. 7).

i rpyrata > rpy«n¿ i г|>уи«;»

Рис. 7. Распределе1гае числа видов грибов по группам поражения растений: 1 - молодые растения; 2 - стареющие растения; 3 — промежуточное положение группы

Обнаруженные виды микро- и макромицетов относятся к сапротрофам (11 видов; 16,7 %) и паразитам (43; 65,1 %). 12 видов (18,2 %) грибов способны при определенных условиях менять тип питания с сапротрофного на паразитный, и наоборот (F. fomentarais, F. pinícola, G. applanatum, Polyporus squamosus (Huds.) Fr. и др.).

3.5 Сопряженные болезни древесных и кустарниковых растений

Для нивелирования негативных воздействий в парковых зонах городской среды, нарушающих экологическое равновесие в системе: растение-хозяин - патоген - окружающая среда (Вандерпланк, 1972), нами на протяжении 2009-2012 гг. проводилось исследование по изучению влияния СО (абиотического фактора) на состояние древесных и кустарниковых растений и пораженность их микозами (рис. 8).

Установлено, что для всех обследованных территорий парковой зоны коэффициент СО свидетельствует о неблагоприятном состоянии по этому показателю и превышает норму в 2-6 раз (рис. 8 а). В связи с этим, резко ухудшается жизненное состояние древесно-кустарниковых растений, что приводит к появлению пятнистостей, налетов и деформации листьев, а также стволовых и корневых гнилей и др. (рис. 8 б). Такая ситуация отмечена у P. abies и U. glabra (сквер «Петровский»), Р. communis и S. intermedia (сквер им. Бунина), В. pendula, P. nigra и U. pumila (парк «Авиастроителей»), Th. occidentalis (парк «Технологический»), В. pendula (Ботанический сад ВГУ), В. pendula и P. nigra (Дендропарк ВГЛТА). Дефицит воздушной и почвенной влажности в период исследования (среднее значение - 47,75 %) (рис. 8 в), вызванный повышенной температурой (tcp = 25-29°С), приводит к образованию ожогов листьев, провоцирует появлению механических повреждений, что способствует проникновению инфекций в ткани растений. Чаще всего такое влияние имеет место у Pinus

pallasiana Lamb, и S. intermedia в сквере им. Бунина, Th. occidentalis в парке «Технологический», В. pendula, P. abies и P. nigra в Дендропарке ВГЛТА.

влажности воздуха в наркозах зонахг.

древесно-кустарниковых растений в парковых зонах г. Воронежа

Обобщив имеющиеся сведения (Чумаков и др., 1974; Пересыпкин и др., 1989) и собственные материалы, мы обнаружили прямую корреляционную связь средней степени (К=+0,61) между величиной концентрации СО и степенью повреждения дендрофлоры микозами. Это позволило выявить тенденцию зависимости возрастания пораженное™ растений фитопатогенами от увеличения концентрации монооксида углерода, выделяемого автотранспортом.

ГЛАВА 4. СТРАТЕГИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСТОЙЧИВЫХ РАСТЕНИЙ К ВОЗДЕЙСТВИЮ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА И МИКОЗОВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ПАРКОВЫХ ЗОН Г. ВОРОНЕЖА

Для поддержания экологически благоприятного баланса паркоценозов в настоящее время и на перспективу целесообразным представляется 1) выявление устойчивой дендрофлоры не только к СО, но и к иным абиотическим факторам; 2) слежение за наличием и развитием вредоносной микобиоты; 3) оптимизация системы мероприятий по поддержанию защитного и средообразующего функционирования древесно-кустарникового компонента парковых зон.

Состояние древесных и кустарниковых растений определяется толерантностью к ряду экологических факторов урбосреды (погодно-климатических, эдафических, микогенных), устойчивостью к газу, пыли и дыму, теневыносливостью, морозостойкостью и др. В связи с этим в городских насаждениях следует проводить смешанные посадки различных видов дендрофлоры (Глумов, 1961), с целью поддержания биоэкологического статуса. Так, например, удачны в озеленении сочетания видов из родов Acer, Fraxinus, Picea, Pinns, Queráis, Tilia и Vlmus. Данные представители по сравнению с другими видами растений обладают большей устойчивостью к абиотическим факторам, к тому же, чередование в парковых зонах лиственных и хвойных растений способствует снижению поражения их различными видами фитопатогенов, проявляющих строгую трофическую специализацию. В связи с этим важным является постоянный мониторинг состояния микобиоты паркоценозов.

Зеленые насаждения в парковых зонах г. Воронежа обычно состоят из одиночных или сгруппированных деревьев и кустарников. Для предотвращения поражаемости дендрофлоры болезнями различной локализации следует применять индивидуальный уход и организовать комплексные лечебно-профилактические меры защиты (Журавлев, 1966). С этой целью нами предложена система использования устойчивых растений к воздействию монооксида углерода и микозов, разработаны конкретные мероприятия по оздоровлению экологической ситуации в паркоценозах г. Воронежа:

- проведение регулярного мониторинга и рекогносцировочного контроля за состоянием древесно-кустарниковых растений в паркоценозах г. Воронежа (весенне-осенняя обрезка и удаление засохших, а также пораженных фитопатогенами листьев, ветвей и стволов с последующей их утилизацией);

- сокращение негативного монооксида углерода (СО), выделяемого автотранспортом путем уменьшения транспортного потока на улицах вокруг парковых зон до 350 авт./час;

- проведение в засушливый летний период опрыскивания растений водой в ночное время для нормализации протекания физиолого-биохимических процессов;

- высаживание в парках, скверах и садах г. Воронежа смешанных зеленых насаждений путем сочетания в озеленении посадок Quercus robur с видами родов Acer, Fraxinus, Picea, Pirns, Tilia и Ulmus\

- периодическое проведение сплошной санитарной рубки в Центральном парке КиО «Динамо» и естественных насаждениях Ботанического сада ВГУ для улучшения состояния растений.

ВЫВОДЫ

1. В анализируемых 15 парковых зонах г. Воронежа дендрофлора представлена 56 доминантными видами древесно-кустарниковых растений, относящихся к 2 отделам Magnoíiophyta (Покрытосемянные) и Pinophyta (Голосемянные), 19 семействам и 34 родам. Преобладают в зеленых насаждениях Acer platanoides (745; 21,2 %), Tilia cordata (649; 18,4 %), Bernia pendula (191; 5,6 %) и Uhmis laevis (192; 5,5 %).

2. Наиболее высокие показатели жизненного состояния (категория 0-1) в парковых зонах выявлены у Acer campestre, Catalpa bignonioides, Juniperus communis, J. sabina, Populus alba. Queráis robur, Q. rubra, Robinia pseudoacacia, Sorbas aucuparia, а самые низкие показатели (категория 5-6) оказались характерными для Betula pendula, Fraxinus excelsior. Picea abies, Populus nigra. Pyrus communis, Thuja occidentalis, Tilia cordata, Ulmus glabra и Ulrnus pumila. Ослабленные древесно-кустарниковые растения (значение среднего балла состояния (с.б.с.) варьирует от 1,6 до 2,5) отмечены в парках «Авиастроителей» и «Технологический» (с.б.с.=1,8), Ботаническом саду ВГУ (1,7) и сквере им. Бунина (1,6), что связано с физиологическим ослаблением и усыханием растений в результате воздействия СО, стрессзасушливых периодов и др.

3. Монооксид углерода, выделяемый автотранспортом, существенно влияет на состояние древесно-кустарниковых растений. К числу наиболее устойчивых к этому фактору относятся 25 видов дендрофлоры паркоценозов г. Воронежа (43,9 % от общего числа), к неустойчивым - 6 видов (10,33 %), малоустойчивых - 9 (15,8 %), среднеустойчивых - 10 (17,5 %). Высокую устойчивость к монооксиду углерода (СО) проявляют Cotoneaster lucida, Crataegus monogyna, Picea pungens, Populus balsamifera и Salix alba (12,3 %). Они могут быть рекомендованы к высаживанию в парковых зонах.

4. В зеленых насаждениях г. Воронежа зарегистрировано 66 видов микро- и макромицетов, относящихся к 2 отделам, 6 классам, 15 порядкам, 22 семействам и 40 родам. Наибольшее число патогенов выявлено в естественных насаждениях Ботанического сада ВГУ (37 видов грибов; 27,2 % от общего числа) и Центральном парке КиО «Динамо» (27; 19,9 %), что связано с видовым разнообразием, старым возрастом растений и отсутствием проведения лечебно-профилактических мероприятий. Меньшее число видов грибов выявлено в сквере им.

Пушкина (1; 0,7 %). В Первомайском саду и сквере «Есенина» возбудители болезней древесно-кустарниковых растений не обнаружены, что связано не только с санитарной реконструкцией территории, но и меньшим разнообразием видов дендрофлоры.

5. Преобладающими видами по количеству выявленных особей фитопатогенов в паркоценозах являются Mycosphaerella millegrana (215 экземпляров; 22,2 % от общего числа), Apiognomonia errabunda (175; 18,2 %), Phylloslicta aceris (87; 9,0 %), Septoria negundinis (79; 8,2 %) и Phylloslicta tiliae (62; 6,4 %). Наибольшее число видов выявлено на Quercus robur (13; 19,7 %), Acer platanoides (12; 18,2 %) и Betula péndula (11; 16,2 %). Такое доминирование грибов связано со сходным видовым составом растений парковых зон и субстратной специфичностью микро- и макромицетов.

6. По трофической специализации обнаруженные виды грибов относятся к сапротрофам древесины (11; 16,7 %) и паразитам листьев, ветвей и стволов (43; 65,2 %). 12 видов (18,2 %) способны при определенных условиях менять тип питания с сапротрофного на паразитический, и наоборот.

7. Обнаружена прямая корреляционная связь средней силы (R=+0,61) между величиной концентрации СО и степенью пораженности дендрофлоры фитопатогенами в парковых зонах г. Воронежа. Такая зависимость объясняется увеличением доли проявления микозов от возрастания концентрации монооксида углерода.

8. С целью улучшения состояния древесно-кустарниковых растений к негативным факторам внешней среды (монооксиду углерода, стрессзасушливые периоды) и микозам нами оптимизированы лечебно-профилактические мероприятия (регулярный мониторинг состояния растений; снижение потока магистральных улиц вокруг парковых зон; высаживанием растений, степень устойчивости к абиотическим и биотическим факторам которых выявлена нами).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях перечня ВАК РФ

1. Мелькумов, Г.М. Влияние экологических факторов на древесный компонент паркоценозов города Воронежа / Г.М. Мелькумов, В.А. Агафонов // Вестник Воронежского государственного университета. Серия «География. Геоэкология». - 2010. -№2. - С. 140-143.

2. Мелькумов, Г.М. Распространенные микозы древесных паркоценозов города Воронежа и их возбудители / Г.М. Мелькумов // Иммунопатология. Аллергология. Инфектология. - 2010. - № 1. - С. 118.

3. Мелькумов, Г.М. Зависимость состояния древесных растений парковой зоны города Воронежа от уровня загруженности улиц автотранспортом / Г.М. Мелькумов, В.А. Агафонов //

Вестник Воронежского государственного университета. Серия «Химия. Биология. Фармация». - 2012. - №1. - С. 116-120.

4. Мелькумов, Г.М. Паразитизм как форма взаимоотношений грибов и питающих растений на примере древесного компонента парковых зон города Воронежа / Г.М. Мелькумов, A.A. Афанасьев, В.А. Агафонов // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. - 2012. - Вып. 1 (32). - С. 20-22.

5. Мелькумов, Г.М. Сопряженные болезни древесного компонента парковой зоны города Воронежа / Г.М. Мелькумов, В.А. Агафонов, A.A. Афанасьев // Проблемы региональной экологии. -2012. - № 3. - С. 97-99.

Публикации в сборниках материалов конференций

1. Афанасьев, A.A. Ксилотрофные афиллофоровые макромицеты г. Воронежа / A.A. Афанасьев, Г.М. Мелькумов // Современное состояние, проблемы и перспективы региональных ботанических исследований: материалы Международной научной конф. (г. Воронеж, 6-7 февраля, 2008 г.). - Воронеж: ИПЦ ВГУ, 2008. - С. 25-27.

2. Афанасьев, A.A. Макромицеты урбанизированных биотопов Воронежской области / A.A. Афанасьев, Г.М. Мелькумов, С.С. Кубанкина // Современная микология в России. Второй съезд микологов. Тезисы докладов. - Москва: Национальная академия микологии, 2008. - С. 49-50.

3. Мелькумов, Г.М. Видовой состав и субстратная специфичность афиллофоровых макромицетов города Воронежа / Г.М. Мелькумов, A.A. Афанасьев, В.А. Агафонов // Роль естественных наук в решении проблем современного общества (Материалы Всероссийской студенческой конференции). - Липецк: ЛГПУ, 2009. - С. 25-27.

4. Афанасьев, A.A. Биота базидиальных макромицетов урбанизированных экосистем г. Воронежа / A.A. Афанасьев, Г.М. Мелькумов, В.А. Агафонов // Проблемы и перспективы экологической безопасности: материалы VI Межрегиональной научно-практической конференции 20 мая, 2010 г. - Воронеж: ИПЦ ВГУ, 2010. - С. 226-229.

5. Мелькумов, Г.М. Поражаемость березы повислой (Betula pendula Roth.) афиллофоровыми грибами / Г.М. Мелькумов, В.А. Агафонов // Сб. статей Всеросс. конф. «Современные аспекты структурно-функциональной биологии растений и грибов». Третьи чтения, посвященные памяти проф. Ефремова Степана Ивановича. - Орел: ГОУ ВПО ОГУ, 2010. - С. 211-215.

6. Мелькумов, Г.М. Редкие виды дереворазрушающих грибов парковой зоны города Воронежа / Г.М. Мелькумов, В.А. Агафонов // Проблемы мониторинга природных процессов на особо охраняемых природных территориях: материалы международной научно-практической

конференции, посвященной 75-летию Хоперского государственного природного заповедника (пос. Варварино, Воронежская область, 20-23 сентября 2010 г.). - Воронеж: ВГПУ, 2010. - С. 351-353.

7. Мелькумов, Г.М. Фармацевтические особенности некоторых афиллофоровых грибов / Г.М. Мелькумов // Состояние и проблемы среднерусской лесостепи / гл. ред. Н. И. Простаков. -Воронеж: ИПЦВГУ, 2011.-С. 199-203.

8. Мелькумов, Г.М. Микотрофность древесных растений города Воронежа / Г.М. Мелькумов, В.А. Агафонов // Симбиоз Россия 2011: материалы IV Всероссийского с международным участием конгресса студентов и аспирантов-биологов, Воронеж, 23—27 мая

2011 г.: в 2 т.-Воронеж: ИПЦ ВГУ, 2011. - С. 127-129.

10. Мелькумов, Г.М. Rhytisma acerinum (Р.) Fr-возбудитель черной пятнистости клена в парковой зоне города Воронежа / Г.М. Мелькумов, В.А. Агафонов // Экологические проблемы природных и антропогенных территорий: Сборник научных статей I Международной научно -практической конференции / Под ред. А. В. Дмитриева, Е. А. Синичкина. - Чебоксары: Новое время, 2011.-С. 75-76.

12. Мелькумов, Г.М. Теория иммуногенеза М. С. Дунина как модель биотеста питания грибов / Г.М. Мелькумов // Культурные растения для устойчивого сельского хозяйства в 21 веке (иммунитет, селекция, интродукция). Научные труды. - М.: Россельхозакадемия, 2011. - Т. 4.-С. 511-516.

14. Афанасьев, A.A. Биологическое разнообразие афиллофороидных макромицетов Воронежской области / A.A. Афанасьев, Г.М. Мелькумов // Биоразнообразие: проблемы изучения и сохранения: материалы Международной научной конференции, посвященной 95-летию кафедры ботаники Тверского государственного университета (г. Тверь, 21-24 ноября

2012 г.) - Тверь: ТГУ, 2012. - С. 93-95.

15. Мелькумов, Г.М. Факторы иммунитета древесных растений к инфекционным заболеваниям / Г.М. Мелькумов // Любищевские чтения—2012. Современные проблемы эволюции. Сборник материалов международной конференции (Ульяновск, 5-7 апреля 2012 г.). -Ульяновск: УлГПУ, 2012. - С. 252-254.

16. Мелькумов, Г.М. Экологический мониторинг состояния древесных растений парковых зон города Воронежа / Г.М. Мелькумов // Актуальные вопросы экологии: материалы VIH Межрегиональной научно - практической конференции, 24 мая 2012 года / Администрация городского округа город Воронеж; Управление по охране окружающей среды департамента общественной безопасности. - Воронеж, 2012. — С. 231-233.

' 17. Мелькумов, Г.М. Nectria cinnabarina (Tode) Fr. - возбудитель нектриоза древесных растений города Воронежа / Г.М. Мелькумов // Современная микология в России. Третий съезд микологов. Тезисы докладов. - Москва: Национальная академия микологии, 2012. - С. 296.

18. Мелькумов, Г.М. Поражаемость березы повислой и дуба черешчатого афиллофоровыми грибами в парковой зоне города Воронежа / Г.М. Мелькумов // Тезисы докладов II (X) Международной Ботанической конференции молодых учёных в Санкт-Петербурге (11-16 ноября 2012 г.) - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ ЛЭТИ, 2012. - С. 27-28.

Подписано в печать 13.05.13. Формат 60x84 Vie. Усл. печ. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ 438.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательско-полиграфического центра Воронежского государственного университета. 394000, Воронеж, ул. Пушкинская, 3

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Мелькумов, Гавриил Михайлович, Воронеж

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «ВГУ»)

На правах рукописи

0420135^081

МЕЛЬКУМОВ Гавриил Михайлович

ВЛИЯНИЕ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА (СО) И МИКОЗОВ НА СОСТОЯНИЕ ДРЕВЕСНЫХ И КУСТАРНИКОВЫХ РАСТЕНИЙ ПАРКОВЫХ ЗОН ГОРОДА ВОРОНЕЖА

Шифр и наименование специальности: 03.02.08 - экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент Агафонов Владимир Александрович

Воронеж 2013

Введение........................................

Глава 1 Краткий литературный обзор

4 .9

Глава 2 Условия, объекты и методика исследований.............................19

2.1. Эколого-климатическая обстановка города Воронежа за период проведения работы........................................................................19

2.2. Характеристика объектов исследования.......................................25

2.3. Методика проведения работы...................................................28

Глава 3 Результаты исследования...................................................38

3.1. Состояния древесных и кустарниковых растений городских зеленых насаждений г. Воронежа...........................................................38

3.2. Влияние абиотического фактора - монооксида углерода (СО) на состояние древесно-кустарникового компонент городской среды............................................................................................49

3.3. Влияние биотического фактора - микозов на древесный и кустарниковый компонент городской среды..................................69

3.3.1. Видовой состав макро- и микромицетов древесных и кустарниковых растений..............................................................................69

3.3.2. Вредоносные болезни древесных и кустарниковых растений.............86

3.4. Субстратная специализация возбудителей болезней древесно-кустарникового компонента парковых зон..................................104

3.5. Сопряженные болезни древесных и кустарниковых растений.............................................................................112

Глава 4. Стратегия использования устойчивых растений к воздействию

монооксида углерода и микозов для улучшения состояния парковых зон

г. Воронежа...............................................................................119

Выводы.

130

Список литературы

Приложения

Введение

В структуре крупных промышленных городов, к которым относится г. Воронеж, парки, скверы и ботанические сады являются неотъемлемой частью экологической составляющей, поскольку позволяют сдерживать негативное воздействие абиотических факторов среды. К ним относятся уровень загрязнения, включая выхлопные газы автотранспорта, стрессклиматические градиенты и другие факторы, снижающие иммунные свойства древесно-кустарниковых растений и предрасполагающие к возникновению патологического процесса. В результате нарушается экологическое равновесие, что приводит к деградации древесного и кустарникового компонента. В Воронежской и сопредельных областях изучением вопросов влияния абиотических и биотических стрессоров на состояние растений занимались С.А. Сашенкова (1999), H.A. Терехова (2001), Л.Г. Гамова (2004), Т.Ю. Светашева (2004), О.В. Азарова (2006), A.C. Хатунцева (2007), Н.В. Драчева (2011) и др.

Ряд авторов отмечает, что сложившиеся неблагоприятные условия окружающей среды приводят древесные и кустарниковые растения в состояние абиотического стресса (Маслова, 2008; Ищенко, 2010), вызывая энерго- и иммунодефицит, характеризующиеся нарушением гомеостазиса и паранекрозом, что негативно отражается на росте и развитии растений. Нарастающий антропогенный прессинг приводит к трансформации среды обитания (атмосферный воздух, водные и эдафические условия и др.), ухудшает ее параметры и тем самым способствует росту заболеваемости населения.

Для города Воронежа важной и актуальной проблемой является оценка современного состояния древесно-кустарниковых растений, составляющих эколого-фитоценотическое ядро парковых зон, выявление особенностей воздействия абиотических и биотических факторов на них, с последующей разработкой мероприятий, направленных на поддержание эффективного

защитного и средообразующего функционирования этого важного компонента урбоэкосистемы.

Цель и задачи исследования. Целью работы явилось изучение влияния монооксида углерода (СО) и микозов на состояние древесного и кустарникового компонента в парковых зонах. Для реализации цели поставлены следующие задачи:

1. Провести визуальную оценку воздействия монооксида углерода (СО) на состояние древесно-кустарникового компонента городской среды.

2. Изучить видовой состав фитопатогенов в парковых зонах города Воронежа.

3. Выявить наиболее вредоносные микозы древесно-кустарниковых растений.

4. Проанализировать субстратную специализацию возбудителей болезней дендрофлоры.

5. Разработать мероприятия, направленные на снижение воздействий монооксида углерода и микозов на состояние древесных и кустарниковых растений парковых зон г. Воронежа.

Научная новизна. Впервые проведена ревизия древесно-кустарниковых растений в парковых зонах г. Воронежа, в ходе которой установлено количество видов растений и категория их жизненного состояния. Дана визуальная оценка воздействия монооксида углерода, выделяемого автотранспортом (по концентрации СО), на древесно-кустарниковый компонент паркоценозов. Впервые дан подробный обзор современного состава, субстратной специализации и экологических особенностей фитопатогенов, выявлены наиболее вредоносные болезни дендрофлоры, описаны их симптомы и диагностические признаки. Установлено, что обнаруженные виды грибов по трофической специализации относятся к сапротрофам (11 видов), паразитам (43), а 12 видов патогенов при определенных условиях меняют тип питания с сапротрофного на паразитический, и наоборот. В ходе исследований выявлено 66 видов

фитопатогенов, из которых 43 относятся к микромицетам, а остальные 23 - к макромицетам. Выделены наиболее перспективные древесные и кустарниковые растения для озеленения парковых зон г. Воронежа.

Содержание диссертации соответствует п. 1 «Факториальная экология», п. 3 «Экология сообществ» и п. 5 «Прикладная экология» специальности 03.02.08 - «Экология» Паспорта специальностей. Практическая значимость исследования.

- Проведенная комплексная оценка состояния древесных и кустарниковых растений паркоценозов города Воронежа к некоторым абиотическим и биотическим стрессорам позволила выделить виды растений, рекомендованных нами к высаживанию в парковых зонах.

- Выявлены виды микро- и макромицетов, являющиеся возбудителями болезней древесного и кустарникового компонента, и определена их трофическая приуроченность.

- Установлены разные категории древесно-кустарниковых растений по степени устойчивости к воздействию монооксида углерода, что может быть использовано в системе слежения за их состоянием.

- Оптимизированы мероприятия по защите древесного и кустарникового компонента в паркоценозах г. Воронежа, переданные в Департамент природных ресурсов и экологии Воронежской области.

Полученный материал может использоваться при мониторинге абиотических и биотических факторов, влияющих на зеленую зону урбосистемы, для решения проблем озеленения и оптимизации парковых сообществ не только г. Воронежа, но и других крупных городов Центрального Черноземья. Результаты исследования используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплинам «Экология» и «Фитопатология» факультета агрономии, агрохимии и экологии Воронежского госагроуниверситета им. императора Петра I, а также в практической работе экологов, микологов, фитопатологов и сотрудников организаций, занимающихся озеленением города Воронежа.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Анализ влияния монооксида углерода (СО), выделяемого автотранспортом, на характер устойчивости дендрофлоры, позволяет выявить и рекомендовать к высаживанию в парковых зонах г. Воронежа виды растений, проявляющих высокую устойчивость к этому фактору^

2. Выявление микобиоты древесно-кустарникового компонента и анализ ее субстратной специализации дает возможность определить наиболее вредоносные виды грибов и выявить малоустойчивые к ним виды древесных и кустарниковых растений в городских насаждениях г. Воронежа.

3. Оценка состояния древесно-кустарниковых растений к негативным факторам внешней среды (монооксиду углерода) и микозам позволяет разработать стратегию использования устойчивых видов растений для улучшения состояния парковых зон.

Личный вклад соискателя. Автором осуществлен сбор материала, обобщение и обработка литературных сведений по теме, анализ и интерпретация полученных результатов, оформлена диссертация. Апробация работы. Результаты исследований представлены на конференциях различного уровня: Международных - «Современное состояние, проблемы и перспективы региональных исследований» (Воронеж, 2008); «Проблемы мониторинга природных процессов на особо охраняемых природных территориях» (Воронеж, 2010); «Значение научного наследия академика ВАСХНИЛ и Россельхозакадемии М.С. Дунина в современных работах ученых России» (Москва, 2011); I Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы природных и антропогенных территорий» (Чебоксары, 2011); «Современные проблемы эволюции. XXVI Любищевские чтения» (Ульяновск, 2012); II (X) Международной ботанической конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2012); «Биоразнообразие: проблемы изучения и сохранения» (Тверь, 2012); Всероссийских - «Роль естественных наук в решении проблем современного общества» (Липецк, 2009); «Современные аспекты структурно-

функциональной биологии растений и грибов» (Орел, 2010); IV

Всероссийском с международным участием конгрессе студентов и

» .

аспирантов-биологов (Воронеж, 2011); Межрегиональных - «Проблемы и перспективы экологической безопасности» (Воронеж, 2010); «Актуальные вопросы экологии» (Воронеж, 2012); II междисциплинарном микологическом форуме (Москва, 2010); II и III съезде микологов России «Современная микология в России» (Москва, 2008, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 статьи, в том числе 5 -в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 215 страницах машинописного текста, иллюстрирована 101 рисунком, снабжена 23 таблицами. Список литературы включает 321 источник, в том числе 32 на иностранных языках.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.б.н., доц. В.А. Агафонову, заведующему лабораторией систематики и географии грибов, д.б.н., проф. А.Е. Коваленко (Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН), аспиранту кафедры ботаники биолого-почвенного факультета Южного федерального университета Т.С. Булгакову (Ростов-на-Дону) за консультационную помощь.

ГЛАВА 1. КРАТКИЙ ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

В связи с резко изменяющимися экологическими условиями сосудистые растения стали более подвержены влиянию абиотических и биотических факторов, что ослабляет их и предрасполагает к возникновению патологического процесса различной локализации (стеблевые, стволовые и корневые гнили, поражения листьев, побегов и других вегетативных органов).

Зеленые насаждения являются важнейшим компонентом городского ландшафта, значительно очищающие городскую среду от различного типа загрязнения, играющие ведущую санитарно-гигиеническую, почвозащитную, водорегулирующую и средообразующую роль (Дероян, 1957; Кузьмичев, Соколова, Куликова, 2002; Кузьмичев, Соколова, Мозолевская, 2004) и тем самым способствующие созданию комфортных условий для населения.

Специфические условия произрастания зеленых насаждений в городах резко отличаются от естественных. Находясь под воздействием различных агрессивных факторов, свойственных большим городам, древесные растения испытывают снижения иммунных реакций и поэтому, в большей степени, повергаются негативному воздействию вредных организмов - возбудителей болезней (Горленко, Панько, 1963). Решением данной проблемы занимаются ученые не только в России, но и за рубежом.

Основными абиогенными факторами, влияющими на снижение иммунных свойств растений, являются аномальные климатические условия, выхлопные газы автомобильного транспорта, механические повреждения и др. Экстремальные погодные условия негативно влияют на протекание всех обменных процессов и реакций, в результате чего окислительно-восстановительный баланс в клетках растений сдвигается в сторону окисления, что оказывает негативное влияние на состояние растения-хозяина и приводит к патогенезу, выражающегося в усилении некрозообразования (Рубин, Арциховская, Аксенова, 1975).

Древесные и кустарниковые насаждения чувствительны к резким температурным колебаниям в весенне-летние и зимне-весенние периоды. В результате ослабленные растения подмерзают, что предрасполагает к возникновению поражений болезнями.

В монографии, посвященной эколого-физиологическим и генетическим основам устойчивости плодовых и ягодных растений к болезням, Л.А. Ищенко (2010) отмечает, что наиболее губительными являются внезапные воздействия среды, в особенности, резкие похолодания, которые часто встречаются после жаркой погоды и вынуждают не прошедшие закалку растения к перестройке комплекса внутренних процессов. В ходе адаптации к неблагоприятному внешнему фактору, растение изменяет свои метаболические реакции и отклоняется от первоначального их протекания, что в конечном итоге сказывается на качестве и количестве урожая, устойчивости к патогенам.

В 2011 году Н.В. Драчевой проводился эколого-фитосанитарный анализ жизненного состояния древесных растений в насаждениях г. Самары, в ходе которого определялась комплексная оценка жизненного состояния, влияние погодных условий в период вегетации на повреждение листьев растений в модельных насаждениях. Автором установлено, что первое место по повреждающей силе воздействия принадлежит механическим травмам, способным приводить к существенным морфолого-анатомическим изменениям, а в конечном итоге и к уничтожению деревьев. Несколько меньший прессинг отмечался при воздействии экстремальных морозных зим и механических повреждений ветвей и плодов. Сделан акцент в отношении хронического ослабления растений в результате техногенного загрязнения воздуха и присутствие в урбанизированной среде возбудителей болезней, приводящих к снижению ассимиляции и ускоренному старению растений в целом.

Устойчивость древесных насаждений г. Воронежа к выхлопным газам автотранспорта изучалась А.И. Федоровой (1999). Выделены три категории

растений по этому показателю: малоустойчивые (липа мелколистная, каштан конский обыкновенный, клен платанолистный, осина, сосна обыкновенная), среднеустойчивые (береза повислая, клен ясенелистный, тополь белый, ель колючая, лиственницы сибирская и европейская) и высокоустойчивые (вяз мелколистный, акация белая, тополь черный, тополь бальзамический, туя западная).

Влияние транспортного загрязнения атмосферы г. Воронежа (по концентрации СО) на морфологические показатели крон липы сердцелистной изучалось А.Т. Козловым с соавторами (1999). В ходе исследования установлено изменение показателя ширины кроны ряда деревьев в связи с механическими повреждениями движения общественного транспорта.

Повышенное содержание СО в атмосферном воздухе, выделяемого автотранспортом, приводит к нарушениям нормального роста (Красинский, 1939; Jahnel, 1954; Гольдберг, 1956; Рябинин, 1962; Berge, 1969; Gilbert, 1970) и развития растений (изменения в строении и функционировании аппарата газообмена, торможение клеточного дыхания и др.) (Машинский, 1953, 1960; Бабушкин, 1955; Антипов, 1960; Ситникова, 1963), а также способствует ускорению процессов старения и сокращению сроков их жизни (Jahnel, 1954: Антипов, 1960; Машинский, 1960), что сопровождается появлением симптомов болезней растений различной этиологии (Jahnel, 1954; Кузьмичев, 2004).

Многие авторы отмечают, что голосемянные растения, в частности виды елей, являются индикаторами чистоты воздуха. Под влиянием сернистого ангидрида (S02) листья покрытосемянных покрываются некротическими пятнами, которые сосредоточены по краям и между жилок. При сильном повреждении у древесных и кустарниковых лиственных растений отмечается пожелтение листовых пластинок, а у хвойных - буреют иглы. Под действием окислов азота (NOx) на листьях возникают буровато -чёрные пятна, кончики игл голосемянных приобретают темно-красный оттенок. Соединения фтора оказывают негативное влияние на состояние

древесных и кустарниковых растений. При этом на листьях образуются некрозы -в виде обугленных участков, и наблюдается не только опадение листьев, но и плодов. В результате воздействия озона (03) листья многих культурных растени�