Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук Научный консультант: доктор биологических наук, профессор
|
|  Yüklə 6.63 Mb.
|
ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ3.1. Эколого-биологическая характеристика объектов исследованияРод UlmusL. Преимущественно листопадные растения. Высота деревьев иногда достигает 40 м, при диаметре ствола 2 м, некоторые виды растут в виде кустарника. Крона от широко-цилиндрической с закруглённой вершиной до компактно-шаровидной. Ветвление симподиальное; побеги коленчатые. Ветви без колючек и шипов, с тонкими молодыми побегами на главных толстых ветвях. Кора бурая, у молодых деревьев гладкая, позже толстая и грубая, бороздчатая, с продольными трещинами. На ветвях многих южных видов образуются пробковые наросты. Корневая система обычно без стержневого корня, мощная, с отдельными, глубоко идущими корнями и многими боковыми поверхностными. На сильно подзолистых почвах корневая система поверхностная. Почки сидячие, длиной 2—8 мм, овальные, яйцевидные, острые или тупые, опушенные или голые, с черепитчато налегающими чешуями. Листорасположение очерёдное, двурядно-мозаичное, отчего крона почти не просвечивает и дает густую тень. Листья короткочерешковые, цельные, реже в верхней части лопастные, при основании неравнобокие, размерами от 4 до 20 см, двояко- или троякозубчатые, редко просто зубчатые, заострённые. Прилистники ланцетные, рано опадающие. Даже на одном побеге листья могут различаться размерами и очертаниями, образуя красивое кружево — так называемую вязь. До созревания плодов листья почти не развиваются и начинают быстро расти только после пожелтения плодов. Осенью перед листопадом пластинка листьев окрашивается в светло-жёлтый цвет или буреет; опадают листья раньше, чем у многих других древесных пород. Цветки мелкие, невзрачные, собраны пучками, сидящими в пазухах листьев, обоеполые, снабжены простым колокольчатым пятираздельным, реже 4—8, околоцветником и таким же количеством тычинок. Цветки ветроопыляемые, у большинства видов появляются раньше листьев. Цветут обычно до появления листьев, редко осенью. Плод сплющенный, тонкооболочечный, крылатый орешек, перепончатое крыло которого охватывает семя кругом. Семя чечевицеобразное, без эндосперма. Плоды созревают очень рано разносятся ветром, во влажной почве прорастают через несколько дней. Проросток с двумя обратно-яйцевидными, плоскими, толстоватыми семядолями, за которыми следует 2—3 пары супротивных просто зубчатых листьев. Плодоносят растения ежегодно и обильно, давая до 20—30 кг семян на 1 дерево. Размножаются пнёвой порослью, корневыми отпрысками и семенами. В раннем возрасте растут быстро. Продолжительность жизни 80—120 лет, доживают до 400 лет. В первый год всходы достигают высоты 10—15 см; затем ежегодный прирост в высоту составляет 30—40 см, и растения сильно ветвятся. В возрасте 40—60 лет годичный прирост около 20 см, позже прирост в высоту падает. U. pumila.-вяз, ильм приземистый. Дерево до 25-30 м высотой с широкой кроной. Молодые побеги серые или желтовато-бурые, обычно опушенные. Листья очередные, очень мелкие для вязов, до 5-7 см длиной, опушенные, немного кожистые, от широко ланцетных до обратнояйцевидных, с почти равнобоким основанием и треугольной верхушкой, на коротком, 1-3 мм, черешке, по краю дважды. Листорасположение двурядное, что очень хорошо заметно на длинных облиственных побегах. Цветение в апреле, до распускания листьев. Цветки красновато-бурые, мелкие, на коротких цветоносах равной длины. Плоды созревают в мае, крылатки до 2 см в диаметре, округлые, широкие - ширина нередко превышает длину, на коротких плодоножках. Род MalusL. - род листопадных деревьев и кустарников семейства Розовые, насчитывает 36 видов. Деревья с развесистой кроной высотой 2,5—15 м. Ветви укороченные (плодущие), на которых закладываются цветочные почки, и удлинённые (ростовые). У дикорастущих видов на ветвях колючки. Листья черешковые, голые или опушённые, с опадающими или остающимися прилистниками. Цветки белые, розовые или красные, собраны в полузонтики или щитки. Вид M.baccata яблоня ягодная Небольшие, до 10 м высотой, плодово-декоративные деревья, часто с неправильной, округлой кроной, реже кустарники. Кора ствола темно-серая. Листья эллиптические или продолговато-яйцевидные, до 10 см длиной, летом темно-зеленые, осенью желтые или красноватые. Цветки до 3-4 см в диаметре, душистые, белые, розовые или карминовые, на опушенных цветоножках, собраны в зонтиковидные соцветия. Плоды яблокообразные, у многих видов ярко окрашенные, варьируют по форме и величине. Внутри плода находятся 5 гнезд, образованных кожистыми створками, с семенами; мякоть образуется за счет разрастающегося, мясистого цветоложа. Род Syringa L. — род кустарников, принадлежащий семейству Oleaceae. Род включает около десяти видов, распространённых в диком состоянии в Юго-Восточной Европе (Венгрия, Балканы) и в Азии. Листья супротивные, обыкновенно цельные, реже перисто-раздельные, опадающие на зиму. Цветки белые, лиловые или розовые, расположены в метёлках на концах ветвей. Чашечка маленькая, короткая, колокольчатая о четырёх зубчиках. Венчик обыкновенно с длинной цилиндрической трубкой (реже, как, например, у сирени амурской— с укороченной трубкой) и плоским четырёхраздельным отгибом. Тычинок две, прикреплённых к трубке венчика. Завязь одна с двухраздельным рыльцем. Плод сухая двухстворчатая коробочка. S.vulgaris – сирень обыкновенная. Листопадный куст высотой 2-5 м, с раскидистой густой кроной. Диаметр стволов куста может достигать 15-20 см. Корневая система располагается в верхних слоях почвы. Старые стволы с тёмно-серой или серо-коричневой корой, которая отслаивается узкими полосками. Кора молодых растений и молодых ветвей гладкая, серая. Однолетние побеги желтовато-серого или оливково-зелёного цвета, с почти незаметными чечевичками, заканчивающиеся двумя толстыми, четырёхгранными почками, реже одной. На почках крестообразно расположены чешуйки (8 наружных и 4 внутренних). Листья супротивные, простые, черешковые, длиной 4—12 см, шириной 3—8 см, сердцевидные у основания или прямо срезанные, цельнокрайние, заострённые к вершине, зелёные, плотные, голые. Опадают зелёными. Цветки обоеполые, от лиловых до фиолетовых (разных оттенков), также белые, мелкие, ароматные, долго неопадающие, собраны в парные, пирамидальные прямостоячие или поникающие метёлки, длина которых 10—20 см. В метелке от 100 до 400 цветков. Цветёт в мае. Созревание плодов в сентябре-октябре. Плод сирени представляет собой двугнёздную коробочку длиной до 1,5 см с несколькими светло-коричневыми, кожисто-крылатыми продолговатыми семенами. Родиной сирени является Балканский полуостров. Распространена на всей территории СНГ. Предпочитает нейтральные или слабощелочные легко прогреваемые почвы, открытые, освещенные места. Растет в садах и парках, около жилья. Обильное цветение наступает на 6 год. 3.2 Характеристика ключевых участковРазличные виды деревьев и кустарников, произрастающих в г. Улан-Удэ, неодинаково реагируют на действие пыли, дыма и газа, в связи с тем, что необходимо подбирать пыле-,дымо- и газоустойчивые виды. В городских выбросах чаще всего содержатся примеси тяжелых металлов, особенно таких, как свинец и ртуть. Поэтому нами выбраны ключевые участки в трех административных районах города Улан-Удэ в соответствии с эколого-геохимической картой (рис.2). 
Рис.2. Содержание свинца и ртути на ключевых участках:1 участок – Железнодорожный р-н, 2 участок- Октябрьский р-н, 3 участок- Советский р-н.мг/кг.  
Фото 1.Участок 1 .Железнодорожный район Участок 1 (фото1) находится в северной части города, по географическому положению высокие песчаные террасы правобережья р.р.Селенга и Уда, в Железнодорожном административном районе, в окрестностях кинотеатра «Октябрь», вдоль автомобильной дороги, относящейся ко 3 категории. Участок находился в 400 м от дороги. Промышленная зона вытянута вдоль правобережья рр. Селенги и Уды в широтном направлении. Два основных предприятия – загрязнителя расположены в ее центре – ТЭЦ -1, дающая основную массу пыли, и ЛВРЗ, поставляющие повышенные концентрации химических элементов. По данным эколого-геохимической карты участок загрязнен тяжелыми металлами, такими как ртуть, свинец (фото 2). Свинец установлен в аномальных содержаниях 5,0 , ртуть установлена в виде обширной аномалии 1,5 – 9,3 мг\кг. В крупных фракциях почвенных отложений в серии проб в районе остановки Элеватор установлены очень высокие (100-1000) содержания. Источником загрязнения являются пылегазовыбросы ЛВРЗ.  
Фото2. Участок 2, Октябрьский район Участок 2 по географическому положению –южная часть города, высокие террасы правобережья р. Селенга и левобережье р.Уда. Основные типы почв боровые пески, озерно-речные пески, супеси мощностью 30-70 м. расположен в Октябрьском районе (улица Бабушкина) – зона устойчивого загрязнения, находящаяся вблизи автомобильных дорог 2 категории (фото 3). Участок находился в 50 м от автомобильной дороги. В данном районе выделяется вторая промышленная зона, вытянутая также в широтном направлении вдоль левобережья р.Уды и Селенги. В нее входят карьер строительных материалов, ЗСК, текстильные, деревообрабатывающие предприятия, мелькомбинат и т.д. Содержание ртути на участке составляет 0,3-1,4 мг\кг, содержания свинца минимальны., так как район является относительно молодым и лишь частично расположен в подветренном направлении промышленной зоны центральной части города .  
Фото3.Участок 3 , Советский район Участок3 по географическому положению –часть правобережья р.Селенга вместе впадения р.Уда. Основные типы почв – аллювиальные. Находится в Советском районе г. Улан-Удэ, в центральной части, наиболее насыщен промышленным производством различного профиля (машиностроение, энергетика, и др.). Это бывшие стеклозавод, завод металлоизделий, судостроительный завод, склады энергоносителей и т.д. Основные транспортные пути совпадают с положением промышленных зон. Участок находился в 100 метрах от автомобильной дороги. Они являются источниками шума, негативно влияющего на рост и развитие древесных и кустарниковых видов. Особенно сильный шум производят тяжелые самосвалы и трамваи. На предприятиях проводятся мероприятия по шумозащите. Железнодорожные и трамвайные линии и дороги, по которым проходит грузовой транспорт, нужно выносить из центральных частей городов в малонаселенные районы и создавать вокруг них зеленые насаждения, хорошо поглощающие шум. Автомагистрали могут представлять опасность для растительного организма и как загрязнитель тяжелыми металлами. В районе автомагистраль относится ко 2 категории. Если автомобили используют бензин, содержащий свинец, то почвы вдоль дорог загрязняются токсичным металлам, выбрасываемым вместе с выхлопными газами. При вымывании этих токсичных веществ из почвы они попадают в грунтовые воды и вызывают тем самым их химическое загрязнение. Советский район можно считать самым неблагополучным по содержанию в почвах тяжелых металлов. Он имеет самую высокую концентрацию ртути и свинца, что неблагоприятно влияет на состояние зеленых насаждений, находящихся на его территории, о чем говорит наименьшая интенсивность транспирации в сравнении с другими районами. Октябрьский район напротив, имеет самый благоприятный фон для произрастания насаждений - относительно низкую загрязненность почв тяжелыми металлами. Загрязнение среды тяжелыми металлами происходит в результате сжигания топлива, деятельности промышленности, сбрасывания сточных вод и внесения в почву удобрений. В условиях увеличения техногенных нагрузок санитарно-гигиеническая роль покрытых растительностью пространств города является мощным средством нейтрализации вредных последствий техногенного загрязнения для городского населения. Озелененные территории влияют на микроклиматические характеристики городской среды, в том числе задерживают десятки тонн пыли, концентрируют в листьях тяжелые металлы, участвуют в формировании температурно-влажностных режимов, химического состава воздуха, биотрансформируют и рассеивают сотни тысячи тонн загрязняющих веществ, обогащают воздух кислородом. Они оказывают воздействие на скорость движения воздушных потоков, величину инсоляции поверхностей на уровне земли, зданий и сооружений, а также снижают шумовую нагрузку от автомобилей и других объектов, являются источниками эстетического восприятия и факторами благотворного психологического воздействия на человека. В связи с тем, что одной из важнейших функций зеленых насаждений городов, наряду с рекреационной, структурно-планировочной и декоративно-художественной, является санитарно-гигиеническая функция, заключающаяся в очистке окружающей среды от токсических веществ, поэтому для озеленения городов следует отбирать такие растения, которые не только декоративны, но и способны активно поглощать загрязнители, адсорбировать пыль, и еще при этом обладающие достаточно высокой устойчивостью к разным поллютантам.В то же время выполнено недостаточное количество работ, в которых бы изучались особенности физиологических процессов на разных этапах онтогенеза. Без физиологической оценки отдельных этапов онтогенеза невозможно в полной мере представить себе общую картину протекания процессов роста и развития растений в целом, т.к. именно эффективность энергетических и метаболических процессов определяет конкурентноспособность вида, темп его развития и, в конечном счете, устойчивость растений к антропогенному загрязнению. Табл. 4 Характеристика ключевых участков по неблагоприятным факторам экологической обстановки г. Улан-Удэ (по данным БелоголововаВ.Ф.,1989)
Климатические условия за годы наблюдения(2011-2012) показаны в рис.3-8. 
Рис.3. Климатические данные за июнь 2011 г. Норма среднемесячной температуры июня: 16.9°. Фактическая температура месяца по данным наблюдений: 20.3°. Отклонение от нормы: +3.4°. Норма суммы осадков в июне: 43 мм. Выпало осадков: 18 мм. Эта сумма составляет 42% от нормы. Самая низкая температура воздуха (3.6°) была 2 июня. Самая высокая температура воздуха (33.2°) была 16 июня.
Рис. 4. Климатические данные за июль 2011 г. Пояснения к графику. Текущие минимальная, средняя, максимальная температура воздуха представлены на графике сплошными линиями соответственно синего, зеленого и красного цветов. Нормальные значения показаны сплошными тонкими линиями. Абсолютные максимумы и минимумы для каждого дня обозначены жирными точками соответственно красного и синего цвета. Норма среднемесячной температуры июля: 19.8°. Фактическая температура месяца по данным наблюдений: 19.3°. Отклонение от нормы: -0.5°. Норма суммы осадков в июле: 65 мм. Выпало осадков: 66 мм. Эта сумма составляет 102% от нормы. Самая низкая температура воздуха (7.3°) была 10 июля. Самая высокая температура воздуха (36.3°) была 15 июля. 
Рис.5. Климатические данные за август 2011 г. Норма среднемесячной температуры августа: 17.1°. Фактическая температура месяца по данным наблюдений: 18.5°. Отклонение от нормы: +1.4°. Норма суммы осадков в августе: 68 мм. Выпало осадков: 31 мм. Эта сумма составляет 46% от нормы. Самая низкая температура воздуха (5.6°) была 31 августа. Самая высокая температура воздуха (36.2°) была 20 августа.
Рис.6. Климатические данные за июнь 2012 г. Норма среднемесячной температуры июня: 16.9°. Фактическая температура месяца по данным наблюдений: 18.0°. Отклонение от нормы: +1.1°. Норма суммы осадков в июне: 43 мм. Выпало осадков: 15 мм. Эта сумма составляет 35% от нормы. Самая низкая температура воздуха (5.0°) была 8 июня. Самая высокая температура воздуха (33.9°) была 18 июня.
Рис.7. Климатические данные за июль 2012 г. Норма среднемесячной температуры июля: 19.8°. Фактическая температура месяца по данным наблюдений: 19.6°. Отклонение от нормы: -0.2°.Норма суммы осадков в июле: 65 мм. Выпало осадков: 124 мм. Эта сумма составляет 191% от нормы. Самая низкая температура воздуха (9.7°) была 21 июля. Самая высокая температура воздуха (32.9°) была 2 июля.
Рис.8. Климатические данные за август 2012 г. Норма среднемесячной температуры августа: 17.1°. Фактическая температура месяца по данным наблюдений: 15.9°. Отклонение от нормы: -1.2°. Норма суммы осадков в августе: 68 мм. Выпало осадков: 46 мм. Эта сумма составляет 68% от нормы. Самая низкая температура воздуха (1.7°) была 21 августа. Самая высокая температура воздуха (29.4°) была 4 августа. Табл.5
Показатели температурного режима t и нормы осадков(мм) за июнь, июль, август 2011-2012 гг.
В годы проведения исследований летние месяцы по температурному режиму были приблизительно одинаковыми. Незначительные отклонения от нормы были в 2011 в июле -0,5° и в 2012 году – июле -0,2°, августе -1,2°.Лето было не жаркое. Самыми влажными были июль 2011 года, осадков выпало выше нормы на 102%.И самым влажным был июль 2012 года, осадков выпало выше нормы 191%.Судя, по температурному режиму и норме осадков наиболее благоприятным был 2011 год. 3.3 Методика проведения исследованийДля изучения влияния городской среды на эколого-биологические особенности Ulmus pumilla,Malus baccata, Syringa vulgaris нами проводилось: 1.Измерение интенсивности транспирации. 2.Изучение изменения морфометрических показателей листьев. 3.Определение содержания свободной и связанной воды в листьях 4.Для сравнительного анализа рассмотрена анатомическая структура листа всех видов. Наиболее доступными параметрами, отражающими состояние листа, являются морфометрические показатели, которые определяли по общепринятым методикам (Попова, Уманская, 2000): масса и площадь, дисперсность листьев. Как показатель напряженности экосистемы является уровень пылевого загрязнения у исследуемых видов. Для определения выбранных параметров с каждого экземпляра древесного растения брали по 10 листьев. Повторность троекратная. Массу листьев определяли с помощью взвешивания на торсионных весах (г). По методике подсчета квадратиков на миллиметровой бумаге, планиметрической..Для определения площади листья мы раскладывали на миллиметровой бумаге, обводили контур каждого листа, а затем подсчитывается количество квадратных сантиметров (см²). Если контур (по краю) попадает более половины 1 сантиметра, то это принимается за целый см², а если меньше, то отбрасывается. По результатам подсчетов рассчитывалась средняя площадь листа. Дисперсность листьев это количество листьев на 1 м², для определения брали лист бумаги определенной площади (0,25см²) и плотно на ней укладывали листья исследуемых видов. Результаты пересчитывали на 1 м². По степени загрязнения листьев можно судить о степени загрязнения экосистемы. При отборе проб (листьев) учитывали ярус, возраст растения. У всех исследуемых экземпляров они одинаковы. Для определения пылевого загрязнения с трех растений осторожно срывали 3 листа, быстро взвешивали каждый в отдельности на торсионных весах, затем обтирали с двух сторон ваткой и снова взвешивали. Разница в весе (количество пыли) рассчитывалась в процентах от сырой массы. Измерение интенсивности транспирации проводилось в летний период, с июня по август 2011-2012гг в разные фенологические фазы с помощью торсионных весов по методике Иванова (1950).На торсионных весах взвешивали свежесрезанные листья (10шт.). Вес листа – М1 (мг). Через 5 мин повторяли взвешивание (М2, мг). Разность отсчетов М1–М2 дает представление о количестве испаренной воды в процессе транспирации. Продолжительность транспирации-t (время, затраченное на транспирацию). Затем определяли площадь листовой поверхности S с помощью миллиметровой бумаги с точностью до 0,01 дм². Рассчитывали интенсивность транспирации (ИТ, мг воды/дм²) по формуле (M1-M2)×60×1000 ∕S×t=ИТ. Содержание свободной и связанной воды определяли с использованием водоотнимающих средств по методике Г.А.Сулейманова. Собранный материал взвешивают на весах. Затем навеску материала в коробочке помещали над водоотнимающим реагентом (серная кислота 2N). Через два часа материал в коробочке (вместе с коробочкой) взвешивается, (потеря воды составит свободную воду), и снова помещали над кислотой. По истечении 48 часов навеска с коробочкой взвешивается, разность между первым и последним взвешиванием составляет общую воду в навеске. Связанная вода определяется по разности между общей и свободной водой. Каждая фракция воды выражается в граммах сырой массы или в % от сухой массы растений. Статистическую обработку проводили с помощью пакета прикладных программ Microsoft Excel 2010. Анатомическая структура листа исследована общепринятым методом, на фиксированных образцах, собранных в период вегетации. Для анализа брали листья, достигшие полного развития, и основное внимание уделяли строению эпидермы и мезофилла как наиболее пластичным признакам. Поперечные срезы делали от руки бритвой – временные срезы. Рисунки рисовались самостоятельно от руки. Микроскопические измерения проводились по методике Пронзиной М.Н.. Это пересчет количества структурных элементов (устьиц) на единицу площади(1мм²) листа. Необходимо вычислить площадь поля зрения микроскопа по формуле: S=πr², где: S –площадь поля зрения, r-радиус поля зрения микроскопа d-диаметр поля зрения микроскопа π-3,1416 Диаметр поля зрения микроскопа измеряется объект-микрометром. Зная цену деления объект – микрометра(см. маркировку на пластинке объект-микрометра), легко вычислить диаметр поля зрения микроскопа. Затем подсчитывали количество изучаемых структурных элементов в поле зрения микроскопа(при условии, что изучаемая ткань или орган занимают все поле зрение микроскопа). Количество изучаемых структурных элементов =Количество их в поле зренияx1мм²/площадь поля зрения на ед. пл. в 1 мм² (1мм²). Отношение – 1 мм ²/площадь поля зрения микроскопа(мм²) является постоянным коэффициентом для данной оптики, на который можно умножать подсчитанное количество структурных элементов в поле зрения, не составляя каждый раз уравнения. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
