УДК [581.145.2+502.211:581.1](477.63)

З. В. Грицай, О. Г. Денисенко

Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара

НАСІННЄВА ПРОДУКТИВНІСТЬ ДЕРЕВНИХ РОСЛИН В УМОВАХ ЗАБРУДНЕННЯ ДОВКІЛЛЯ ВИКИДАМИ МЕТАЛУРГІЙНОГО ПІДПРИЄМСТВА

Вивчено вплив забруднення довкілля викидами металургійного підприємства на показники плодоношення деревних рослин. Результати дослідження свідчать про зниження інтенсивності плодоношення, зменшення розмірів плодів, насіння, насіннєвих камер у деревних порід за дії техногенних емісій. Встановлено зниження маси 1000 насінин. Виявлено збільшення кількості плодів із порушеннями розвитку – недорозвиток і аномальна форма крилатки в ясенів і айланта, викривлення та звуження або розширення окремих ділянок коробочки в катальпи. Надані рекомендації щодо використання чутливих показників насіннєвої продуктивності деревних рослин у моніторингових дослідженнях за умов техногенного навантаження.

З. В. Грицай, А. Г. Денисенко

Днепропетровский национальный университет им. Олеся Гончара

СЕМЕННАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ВЫБРОСАМИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Изучено влияние загрязнения окружающей среды выбросами металлургического предприятия на показатели плодоношения древесных растений. Результаты исследования свидетельствуют о снижении интенсивности плодоношения, уменьшении размеров плодов, семян, семенных камер у древесных растений в сфере влияния техногенных эмиссий. Установлено снижение массы 1000 семян. Обнаружено возрастание количества плодов с нарушениями развития – недоразвитие и аномальная форма крылатки у ясеней и айланта, искривление и сужение либо расширение отдельных участков коробочки у катальпы. Даны рекомендации по использованию чувствительных показателей семенной продуктивности древесных растений в мониторинговых исследованиях в условиях техногенной нагрузки.

Z. V. Gritzay, A. G. Denisenko

Oles’ Honchar Dnipropetrovsk National University

SEED PRODUCTION OF WOODY PLANTS IN CONDITIONS OF ENVIRONMENT POLLUTION BY METALLURGICAL INDUSTRY EMISSIONS

The influence of environment pollution by metallurgical industry emissions on woody plants bearing parameters was examined. The result obtained show decrease of bearing rate, diminution of seeds, fruit and seed cells size in woody plants affected by technogenic emissions. Attenuation of 1000 seeds weight was established. Growing amount of fruit having development deviations was ascertained, including aplasia and abnormal form of samara fruit of ash and ailanthus trees, arcuation and narrowing of some parts of catalpa seeds. Practical recommendations were suggested as to bearing sensitive parameters usage in monitoring research to further estimate woody phytocenosis state under technogenic stress conditions.

Вступ

В оптимізації довкілля суттєва роль належить деревним насадженням. Природні та штучні лісові фітоценози виконують суттєву кліматоутворюючу, рекреаційну, санітарно-гігієнічну функції. В індустріально розвинених містах деревна рослинність є доповненням до технологічних засобів боротьби з забрудненням повітря, оскільки дерева поглинають практично всі види хімічних сполук, що надходять у атмосферу з викидами промисловості, енергетики, автотранспорту, тощо [7;13]. Однак, виконуючи очистну функцію, рослини піддаються негативній дії токсичних речовин, наслідком чого є пригнічення процесів їхнього росту та розвитку. Посилення антропогенного впливу призводить до швидкої деградації фітоценозів, особливо тих, що розташовані в зелених зонах індустріально розвинених міст [13; 14].

Одним із показників екологічної рівноваги в екосистемі є успішне проходження процесів її самовідтворення. Отримання рослин із насіння місцевої репродукції є важливою умовою стійкості лісових фітоценозів. Це повязане з тим, що насіннєве розмноження деревних рослин відіграє провідну роль у збереженні генетичної гнучкості більшості видів у лісових угрупованнях [13;16]. Тому показник насіннєвої продуктивності має суттєве значення для оцінки стійкості деревних насаджень, підбору асортименту рослин, перспективних у озелененні техногенно забруднених територій [2; 3; 18]. Окрім того, характеристики плодоношення дерев можна використовувати для діагностики стану лісових фітоценозів і забруднення довкілля в моніторингових дослідженнях [1; 4].

Із вищевказаного витікає важливість вивчення впливу техногенного забруднення навколишнього середовища на насіннєву продуктивність дерев. Мета даної роботи – дослідити показники плодоношення деревних рослин за дії на них викидів металургійного підприємства.

Матеріал і методи дослідження

Об’єкти дослідження – катальпа бігнонієвидна (Catalpa bignonioides Walt.), айлант найвищий (Ailanthus altissima Mill.), ясен звичайний (Fraxinus excelsior L.), ясен пенсільванський (Fraxinus pennsylvanica L.), липа широколиста (Tilia platyphyllos Scop.).

Вплив викидів металургійного підприємства досліджували в деревних насадженнях санітарно-захисної зони навколо Нижньодніпровського трубопрокатного заводу ім. К. Лібкнехта м. Дніпропетровськ. Контрольна ділянка розташована в умовно чистій зоні, де концентрація забруднюючих речовин не перевищує ГДК.

Проби плодів і насіння відбирали з декількох модельних дерев, гілок одного порядку галуження середньої частини крони, з південно-східного боку. Дослідження інтенсивності плодоношення, морфобіометричних показників плодів і насіння проводили за методиками Н. Д. Нестеровича [11], М. С. Зоріної, С. П. Кабанова [6], Міжнародними правилами [10], ГОСТами [12]. Отримані результати опрацьовані статистично [8].

Результати та їх обговорення

Встановлено, що в умовах забруднення довкілля викидами металургійного підприємства у деревних рослин спостерігається зниження показника інтенсивності плодоношення. В усіх досліджених видів, що зростали на техногенно забрудненій території, виявлено зменшення як кількості суплідь на модельній гілці, так і числа плодів у суплідді. Наслідком зниження цих параметрів є зменшення загальної кількості плодів на модельній гілці (табл. 1). Серед досліджуваних об’єктів показник інтенсивності плодоношення найсуттєвіше знижується в зоні забруднення в C. bignonioides і T. platyphyllos (на 33,8 % та 27,0 %, порівняно з контролем, відповідно) (див. табл. 1). Зменшення інтенсивності плодоношення в деревних порід за дії техногенних емісій відмічають також К. Томпсон у цитрусових [17], Т. Фактеа у Prunus avium i Prunus аmericana [15], З. В. Грицай у представників роду Acer [5], В. П. Безсонова, С.О. Яковлєва-Носар у представників родів Acer, Robinia, Fraxinus, Ulmus [4].

Таблиця 1. Вплив викидів металургійного підприємства на кількість плодів на модельній гілці деревних рослин

Вид	Кількість плодів на модельній гілці, шт.		% від контролю	t
	Контроль	Санітарно-захисна зона навколо НТЗ ім. К. Лібкнехта
Catalpa bignonioides Walt.	28,7 ± 0,91	19,0 ± 0,74	66,2	8,27
Ailanthus altissima Mill.	1838,8 ± 34,2	1370,0 ± 41,6	74,5	8,71
Fraxinus excelsior L.	112,3 ± 3,28	95,3 ± 2,40	84,8	4,18
Fraxinus pennsylvanica L.	89,1 ± 2,41	72,3 ± 2,08	81,1	5,28
Tilia platyphyllos Scop.	142,4 ± 3,12	103,6 ± 2,96	72,8	9,02

Оскільки процеси формування, росту та розвитку плодів і насіння значною мірою залежать від чинників довкілля, нами досліджено вплив викидів металургійного заводу на морфометричні показники цих органів. Встановлено зменшення довжини та ширини плодів у дерев дослідної ділянки порівняно з контрольною. Як видно з табл. 2, даний параметр у зоні промислового забруднення в найбільшій мірі знижується в T. platyphyllos. У F. excelsior і F. pennsylvanica за цим показником відмінність між контрольною й дослідною ділянками недостовірна (див. табл. 2). В умовах техногенного забруднення в досліджених деревних рослин виявлено збільшення кількості плодів з порушеннями розвитку – недорозвиток та аномальна форма крилатки в ясенів і айланта, викривлення та звуження або розширення окремих ділянок коробочки в катальпи. Вплив на дерева викидів металургійного заводу спричинює також зниження розмірів насіннєвих гнізд у A. altissima, F. excelsior, F. pennsylvanica. У перелічених порід зменшується як довжина, так і ширина насіннєвої камери (див. табл. 2). Зниження розмірів плода і насіннєвого гнізда супроводжується зменшенням довжини й ширини насінини, які найсуттєвіше змінюються в C. bignonioides (довжина на 30,5 %, ширина на 29,1 % на дослідній ділянці відносно контрольної) і в T. platyphyllos (на 36,0 % та 31,8 % відповідно) (див. табл. 2). Слід відзначити, що в рослин із багатонасінними плодами (C. bignonioides) встановлено зменшення числа насінин у коробочці з середнього значення 101,1 шт. у контролі до 88,2 шт. на дослідній ділянці, що на 12,8 % менше ніж у контрольному варіанті. На зниження інтенсивності плодоношення та зменшення кількості насіння в плодах C. bignonioides вказує також М. В. Леппік за дії на рослини викидів Новомосковського трубного заводу [9].

Таблиця 2. Вплив викидів металургійного підприємства на морфометричні показники плодів деревних рослин

Параметри	Вид	Контроль	Санітарно-захисна зона навколо НТЗ ім. К. Лібкнехта	% від контролю	t
Довжина плода, мм	C. bignonioides	340,5 ± 4,13	274,1 ± 4,42	80,5	10,9
	A. altissima	38,7 ± 1,67	30,7 ± 1,91	79,3	3,15
	F. excelsior	40,0 ± 2,08	39,3 ± 1,57	98,3	0,27
	F. pennsylvanica	31,6 ± 1,72	28,8 ± 1,19	91,1	1,39
	T. platyphyllos	8,12 ± 0,28	6,34 ± 0,52	78,1	3,0
Ширина плода, мм	C. bignonioides	9,36 ± 0,41	7,21 ± 0,48	77,0	3,25
	A. altissima	10,0 ± 0,62	7,25 ± 0,76	72,5	2,80
	F. excelsior	6,10 ± 0,38	6,04 ± 0,47	99,0	0,09
	F. pennsylvanica	6,83 ± 0,58	6,22 ± 0,33	91,0	0,91
	T. platyphyllos	7,34 ± 0,44	5,16 ± 0,26	70,3	4,27
Довжина насіннєвої камери, мм	C. bignonioides	6,42 ± 0,09	4,63 ± 0,29	72,1	5,90
	A. altissima	16,8 ± 0,22	14,9 ± 0,16	88,7	6,84
	F. excelsior	15,3 ± 0,76	12,7 ± 0,53	83,0	2,88
Ширина насіннєвої камери, мм	C. bignonioides	4,56 ± 0,07	3,38 ± 0,06	74,1	12,8
	A. altissima	4,19 ± 0,04	3,77 ± 0,06	90,0	5,83
	F. excelsior	5,14 ± 0,07	4,43 ± 0,04	86,2	8,81
Довжина насінини, мм	C. bignonioides	15,4 ± 0,82	10,7 ± 0,36	69,5	5,24
	A. altissima	5,09 ± 0,07	3,70 ± 0,08	72,7	13,0
	F. excelsior	8,24 ± 0,09	7,15 ± 0,06	86,8	10,1
	F. pennsylvanica	8,51 ± 0,08	6,92 ± 0,04	81,3	17,8
	T. platyphyllos	4,28 ± 0,04	2,72 ± 0,03	63,6	3,08
Ширина насінини, мм	C. bignonioides	7,06 ± 0,12	4,30 ± 0,09	60,9	18,4
	A. altissima	3,73 ± 0,06	2,82 ± 0,08	75,6	8,90
	F. excelsior	1,42 ± 0,01	1,27 ± 0,03	89,4	4,75
	F. pennsylvanica	3,86 ± 0,04	3,18 ± 0,05	82,4	10,6
	T. platyphyllos	3,72 ± 0,08	2,54 ± 0,08	68,3	10,4
Кількість насінин у плоді, шт..	C. bignonioides	101,1 ± 2,71	88,2 ± 2,36	87,2	3,60

Для характеристики якості насіння, а отже, й послідуючого насіннєвого відновлення важливе значення має показник маси 1000 насінин. Даний параметр у всіх досліджених видів зменшується (рис. 1), найсуттєвіше – в C. bignonioides (на 32,7 % порівняно з контролем).

Рис. 1. Вплив викидів металургійного підприємства на масу 1000 насінин, % до контролю.

Виявлені нами порушення показників плодоношення деревних рослин у майбутньому можуть негативно позначитись на процесах насіннєвого розмноження та самовідтворення лісових фітоценозів.

Висновки

Забруднення довкілля викидами металургійного підприємства негативно впливає на показники насіннєвої продуктивності деревних рослин. За дії техногенних емісій у досліджених видів знижується інтенсивність плодоношення, зменшуються розміри плодів, насіння, насіннєвих гнізд, падає маса 1000 насінин. Збільшується кількість плодів із порушеннями розвитку – недорозвиток і аномальна форма крилатки в ясенів і айланта, викривлення та звуження або розширення окремих ділянок коробочки в катальпи. Згідно з отриманими результатами, найбільш вразливими до забруднення за переліченими параметрами є C. bignonioides і T. platyphyllos. Зниження інтенсивності плодоношення та маси 1000 насінин рекомендуємо використовувати як тест-параметри в моніторингових дослідженнях для оцінки стану деревних фітоценозів на техногенно забруднених територіях. Найбільш інформативними об’єктами за цими показниками є C. bignonioides і T.рlatyphyllos.

Бібліографічні посилання

1. Бессонова В. П. Влияние загрязнения природной среды на плодоношение древесных растений / В. П. Бессонова, Т. И. Юсыпива // Лесн. хоз-во. – 1998. - № 2. – С. 39–40.
2. Бессонова В. П. Семенное возобновление древесных растений и промышленные поллютанты (SO₂ и NO₂) / В. П. Бессонова, Т. И. Юсыпива. – Запорожье. Изд-во Запорож. гос. ун-та, 2001. – 193 с.
3. Безсонова В. П. Комплексна проблема «Рослини та урбанізація», актуальні питання, головні задачі // Рослини та урбанізація: Матер. І Міжнарод. наук.-практ. конф. – Дніпропетровськ, 2007. – С. 11–15.
4. Безсонова В. П. Насіннєва продуктивність деревних рослин в умовах забруднення довкілля хлором та його сполуками / В. П. Безсонова, С. О. Яковлєва-Носар // Укр. ботан. журн. – 2007. – Т. 64. № 1. – С. 115–121.
5. Грицай З. В. Влияние загрязнения окружающей среды на интенсивность плодоношения кленов // Франция и Украина, научно-практический опыт в контексте диалога национальных культур: Матер. ІІ Международ. конф. – Днепропетровск, 1995. – С. 85.
6. Зорина М. С. Определение семенной продуктивности и качества семян интродуцентов / М. С. Зорина, С. П. Кабанова // Методы интродуц. исслед. – Алма-Ата: Наука Казахской ССР, 1987. – С. 75–85.
7. Илькун Г. М. Загрязнители атмосферы и растения. – К.: Наукова думка, 1978. – 274 с.
8. Приседський Ю. Г. Статистична обробка результатів біологічних експериментів. – М.: Высш.шк., 1990. – 352 с.
9. Леппік М. В. Вплив забруднення довкілля на характеристики плодоношення Catalpa bignonioides Walt // Інтродукція та захист рослин у ботанічних садах і дендропарках: Матер. Міжнарод. наук. конф. – Донецьк, 2006. – С. 250–251.
10. Международные правила определения качества семян. – М.: Колос, 1969. – 184 с.
11. Нестерович Н. Д. Плодоношение интродуцированных древесных растений в БССР. – Минск: Изд-во АН БССР, 1958. – С. 116–118.
12. Семена деревьев и кустарников. Правила отбора образцов, методы определения посевных качеств семян. ГОСТы. – М., 1977. – 25 с.
13. Смит У. Х. Лес и атмосфера. – М.: Прогресс, 1985. – 429 с.
14. Cudin P. Degradation and restoration processes in crowns and fine roots of polluted montane Norway spruce ecosystems / P. Cudin, E. Chmelikova // Phyton. – 1996. – 36. – №3. – P. 69–76.
15. Facteau T. G. Effect of hydrogen fluoride and hydrogen chluoride on pollen tube growth and sodium fluoride on pollen germination in «Filton», apicot / T.G. Facteau, K.E. Rowe // I. Amer. Soc. Hort. Sci. – 1977. – Vol. 102. – P. 95–96.
16. Karnosky D. F. The effects of SO2 on in vitro forest tree pollen germination and tube elongatson / D.F. Karnoski, G.R. Stairs // Journal of Envir. Quality. – 1974. – №3. – P. 406–409.
17. Thompson C. R. Effects of ambient concentrations of peroxycetyenitrate on navel orange trees / C.R. Thompson, G.P. Kats // Enwiron. Sci. Technol. – 1975. - №9. – P. 35–38.
18. Turner A. P. How do trees and other long-lived plants sirvive in polluted environments / A.P. Turner, N.M. Dickinson, N.W. Lepp // Funct. Ecol. – 1991. - №1. – P. 5–11.