Экология/2. Экологические и метеорологические проблемы  больших городов и промышленных зон. 6. Экологический мониторинг

Анпилогов В. Н. *, Злотникова О. В.**, Герасимова Л.А. *

*Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф Решетнева,

** Красноярский государственный аграрный университет

г.Красноярск, Россия

ОЦЕНКА ЖИЗНЕННОГО СОСТОЯНИЯ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ

In the article estimation of wood cultures vital condition in suburban zone of Kedrovy-township Krasnoyarsk region is considered on an example of Pínus sylvéstris. As key parametres the basic morphological indicators of a year linear amount of growth are chosen: length of one year’s growth shoots and their diameter, quantity and length of needles on them. Morphometric indicators of Pínus sylvéstris are studied. Change of one year’s growth shoots, quantity and length of needles is noted under the influence of mineral oil.

Из года в год в мире увеличивается загрязнение окружающей среды нефтью и нефтепродуктами, при этом вода и почвенный покров испытывают максимальное давление от органических поллютантов. Сложный химический состав нефти и нефтепродуктов приводит к ряду экологических проблем, связанных с изменением биологических и микробиологических свойств почвы и воды. В частности, в почве увеличивается содержание таких тяжелых металлов, как Pb, V, As, Ni, входящих в состав нефти. Часто их концентрации превышают предельно допустимую норму (ПДК). Тяжелые металлы отрицательно действуют на растения, замедляют их развитие, в несколько раз уменьшают общее содержание микроорганизмов почвы, замедляют действие более 15 ферментов, содержащихся в организме человека [1].

При оценке состояния окружающей среды многими учеными используется в качестве биоиндикатора сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.). Общеизвестно, что она является видом, реагирующим на загрязнение среды обитания продуктами техногенеза [3]. Этот фитоиндикатор широко распространен на всей территории Красноярского края, произрастает как на сухих песках, так и в условиях избыточной влажности. В связи с этим сосна обыкновенная представляет собой удобный объект для биоиндикации уровня загрязнения в любом районе Красноярского края.

Реакции Pinus sylvestris L. на наличие загрязняющих веществ в воздухе и почве неспецифичны и отражают общий уровень загрязнения среды химическими веществами различной природы. Для оценки химической нагрузки на фитоиндикатор используют разные его признаки (характеристики). Самым распространенным и наиболее простым в исполнении является морфологический подход. В различных литературных источниках в качестве индикационных признаков рекомендуется использовать величину годового прироста основного побега, длину листовой пластинки, размеры генеративных органов. Годичный линейный прирост древесных растений предложено использовать как показатель мониторинга последствий антропогенного воздействия на природную среду [4].

Хвоя сосны используется и как биоаккумулятор аэрогенных загрязнений. Это связано с тем, что хвоя сосны обладает способностью эффективно поглощать загрязняющие вещества, в частности, соединения металлов, в виде аэрозолей за счет диффузионного осаждения последних в полостях и воздушных каналах листовой пластинки [5]. Сосна обладает также биоаккумулирующей способностью для ряда металлов, соединения которых поглощаются корневой системой из почвы. Поглощение может быть как метаболическим, так и пассивным [2]. Ввиду малой поверхности листа, утолщенной кожицы и малого количества устьиц вынос поглощенных микроэлементов с поверхности листовой пластинки сосны при испарении влаги и газообмене с атмосферой очень мал. За время жизни хвои (4-6 лет в зависимости от условий произрастания дерева) в ее массе накапливаются характерные для данной местности микроэлементы в количествах, достаточных для аналитического определения.

Таким образом, в настоящее время Pinus sylvestris L. как биоиндикатор изучается в основном для определения аэрогенных загрязнений. Нами была предпринята попытка использования сосны как индикатор нефтяных загрязнений почв.

Объектом исследований была выбрана подлежащая рекультивации, заброшенная мазутная котельная жилого городка ракетной дивизии ликвидированной в 2003 году. Мазутная котельная, далее по тексту – объект исследований, располагается на северо-восточной окраине поселка Кедровый (высота над уровнем моря – 278 метров), Емельяновского района, Красноярского края.

Объект исследований представляет собой мазутную ловушку выведенной из эксплуатации мазутной котельной, на территории которой находятся две емкости для хранения мазута по пять тысяч тонн. Мазутная ловушка, площадью 5000 м² заполнена мазутом на площади примерно 2000 м².

Грунт на данном объекте насыпной, завозился на территорию объекта с 1965 года, поэтому присутствует недостаток древесных форм растительности. Основной древесной формой соприкасающейся непосредственно с нефтезагрязнениями является сосна обыкновенная (Pinus silvestris L), которая и стала основным объектом исследований.

Целью данных исследований является изучение и оценка жизненного состояния деревьев сосны обыкновенной при воздействии нефтепродуктов (мазута).

В качестве основных параметров выбраны морфологические показатели годичного линейного прироста [7]: длина годичного прироста, количество хвои побега первого порядка, длина хвои, диаметр осевого побега.

Для реализации намеченных целей в полевой период 2009 г. было проведено обследование сосны обыкновенной. Обследование проводили по общепринятой методике на двух пробных площадях (20х25 м), заложенных на большом расстоянии друг от друга, отличающихся уровнем антропогенного воздействия. На каждой пробной площади обследовали по 10 деревьев. Первая пробная площадь заложена на объекте исследований; вторая - является контрольной точкой, которая заложена в том же населенном пункте, при равных природных условиях (состав грунта, освещенность и т.п.), но без воздействия нефтепродуктов.

Все материалы статистически обработаны по общепринятой методике.

Исследования морфометрических показателей Pinus silvestris L. показали, что средняя длина годичного прироста (первого и второго порядка) подверженной воздействию нефтепродуктов на 37% меньше чем на контрольной точке, что возможно связано с ухудшением жизненного состояния сосны вследствие влияния нефтеуглеводородов.

Рис.1 Средние морфометрические показатели Pinus silvestris L.

на территории объекта исследований в начале вегетативного периода.

Количество хвои у побега первого порядка в контрольной точке на 9% больше чем на объекте исследований. Но если годичный прирост на контрольной точке был больше на 37%, то количество хвои всего на 9%. Данный показатель может говорить о том, что адаптация сосны в загрязненных районах может сопровождаться увеличением количества хвои и их длины.

Средняя длина хвои на объекте исследований на 18% больше чем в контрольной точке. Данный показатель очень интересен, так как при аэрогенных загрязнениях в контрольных точках длина хвои всегда выше. Возможно при воздействии нефтепродуктов на корневую систему у Pinus silvestris L., хвоя развивается активнее.

Диаметр осевого побега на объекте на 21% больше чем в контрольной точке. Получается, что при воздействии нефтепродуктов на сосну, ее рост увеличивается не в длину, а в диаметре молодого стебля.

Для сравнительной оценки образцов можно ввести коэффициент редукции ростовых функций органов тестируемых растений относительно контрольных [6]:

K_ред= (Kl + Kn + Klh + Kd)/4, где

Kl (длина годичного прироста); Kn (количество хвои); Klh (длина хвои; Kd (диаметр осевого побега) – частные коэффициенты редукции, равные отношению среднего значения показателя в стрессовых условиях к среднему его значению в контрольных. Чем выше данный коэффициент, тем более устойчив образец.

K_ред сосны в начале вегетативного периода составил 1,01.

При изучении в динамике морфометрических показателей сосны в конце вегетативного периода (Рис.2), измерялись те же показатели.

Рис.2 Средние морфометрические показатели Pinus silvestris L.

на территории объекта исследований в конце вегетативного периода.

Средняя длина побегов годичного прироста сосны на объекте исследований меньше на 24%, чем в контрольной точке. Хотя данный показатель в начале вегетативного периода отличался на 37%.

Количество хвои побега первого порядка на объекте исследований меньше на 11% чем в контрольной точке. При пересчете количества хвои на 10 см длины стебля, получается на объекте – 66.3, а в контрольной точке – 56.8. Таким образом, плотность хвои так и осталась выше у сосны подверженной влиянию нефтепродуктов.

Длина хвои на объекте исследований больше на 3% чем в контрольной точке. Таким образом, к концу вегетативного периода разница длины хвои стала незначительной.

Диаметр осевого стебля в конце вегетативного периода остался больше на объекте исследований на 16%.

K_ред сосны в конце вегетативного периода составил 0,97. Из коэффициента редукции видно, что сосна подверженная воздействию нефтепродуктов имеет слабые ростовые функции.

Перед вегетативным сезоном наблюдалось старение и повреждение хвои, которые показывали, что хвоя сосны на объекте исследовании стареет уже на трех летнем годичном приросте и имеет более высокое количество поврежденных хвоинок – 11.6%, а на контрольной точке – 3.4%.

Таким образом, по результатам исследований можно сделать следующие выводы:

- Сосна подверженная влиянию нефтепродуктов отстает в росте и быстрее стареет. В процессе адаптации к нефтепродуктам у сосны увеличивается плотность и длина хвои у молодых побегов.

- Коэффициент редукции можно использовать как общий показатель техногенного воздействия, при проведении биомониторинга окружающей среды.

Литература.

1. Давыдова, С.Л. Тяжелые металлы как супертоксиканты XXI века / С. Л. Давыдова, В. И. Тагасов. – Москва: Изд-во РУДН, 2002.

2. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. - М.: Мир. – 1989. – 439 с.

3. Ковылина, О.П. Оценка жизненного состояния сосны обыкновенной в зоне техногенного загрязнения /О.П. Ковылина, И.А.Зарубина, А.Н.Ковылин// Хвойные бореальной зоны – №3, - 2008. С.284-289.

4. Кухта А.Е. Линейный прирост деревьев как индикатор состояния среды // Сибирский экологический журнал. – 2003. -№6. С.767-771.

5. Проблемы экологического мониторинга и моделирование экосистем / Б.И. Фомин [и др.]. – СПб. 1992. – 103 с.

6. Ступко, В.Ю. Культура растительных тканей In Vitro как метод повышения стрессоустойчивости яровой мягкой пшеницы сибирской селекции / В.Ю. Ступко // автореферат диссертации. – Красноярск, 2009. 14-15 с.

7. Федорова, А.И. Практикум по экологии и охране окружающей среды / А.И. Федорова, А.Н. Никольская – М.: 2001. – 288 с.