Экология/6.Экологический мониторинг

Магомедова М.Х.-М., Алиева М.Ю.

Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН,

г. Махачкала, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОЗАВИСИМОСТИ СОСТОЯНИЯ ПОЧВЫ И РАСТЕНИЙ МЕТОДОМ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАМЕДЛЕННОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ.

Деградация почвы своего рода цепная реакция, которую со временем все труднее остановить или обратить. При мониторинге состояния почвенной экосистемы, используемые методы должны удовлетворять ряду требований, основными из которых являются информативность и быстрота обработки результатов [1]. Растения обеспечивают пищей почвенную экосистему, которая нужна для поддержания пахотного слоя в состоянии, наиболее подходящем для развития растений. Фотосинтетический аппарат наиболее чувствителен к действию повреждающих факторов среды [4], поэтому методы анализа состояния фотосинтетического аппарата, основанные на измерении параметров флуоресценции растения, широко применяется в экологических исследованиях. Засоление препятствует нормальному росту растений, а сильно засоленные почвы совсем непригодны для земледелия. В связи с проблемой аридизации большой интерес вызывает изучение солеустойчивости растений, основанное на измерении индукционной кривой замедленной флуоресценции для быстрого обнаружения изменений в фотосинтетическом аппарате и своевременного принятия мер по устранению, по возможности, повреждающих факторов в среды.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объектом изучения служили листья третьего сверху яруса растений Кермек Мейера (Limonium meyeri). Растения и образцы почв отбирались на трех участках с предположительно разным уровнем засоления. Разрезы 1, 2, 3 были заложены на бессточной равнине, прилегающей к северо-западной окраине с. Н. Хушет, с юго-запада пролегает железная дорога, с севера р. Талгинка, за ней расположена южная окраина г. Махачкала. Почва – луговая, солончаковая, слабо-среднезасоленная. Травостой в некоторых местах имеет высоту 30-40см. Проективное покрытие в среднем – 60-70%.

Средняя температура воздуха составляла свыше 30⁰С, влажность воздуха 70-80%. Анализ почв проводили по отраслевому стандарту ОСТ 46-52-76 «Методы агрохимических анализов почв. Определение химического состава водных вытяжек и состава грунтовых вод для засоленных почв» (введен в действие приказом Министерства сельского хозяйства СССР от 20 августа 1976г. № 173).

Параметры флуоресценции хлорофилла. Перед экспериментом исследуемый образец выдерживали в темноте 10 мин. Темновой уровень флуоресценции хлорофилла при открытых реакционных центрах (F₀) определяли у адаптированных к темноте (10 мин) растений. При дополнительном кратковременном освещении интенсивным постоянным светом, которое вызывает переход всех хинонных акцепторов ФС2 в восстановленное состояние (закрытое состояние реакционных центров ФС2), регистрировали максимальный выход флуоресценции (F_m). В ходе экспериментов эффективность использования света в реакциях фотосистемы 2 рассчитывали по формуле F_v/F_m=(F_m -F₀)/F_m) отношение переменной флуоресценции к максимальной [5].

Стационарную (F₀), максимальную (F_m) и вариабельную (F_v) флуоресценцию регистрировали с помощью однодискового фосфороскопа на установке нашей конструкции [3] с регистрацией свечения на пропускание лучей через объект изучения. Каждый опыт проводили в 30 аналитических повторностях с одной опытной площадки.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Наибольшая концентрация основных солей наблюдалась в почве с участка № 3 и наименьшее количество с участка № 1 за исключением бикарбонатов, которые распределены таким образом: наибольшее количество на участке № 2 и № 1, наименьшее - на участке № 3 (Рис.1.). По плотности растительных сообществ наибольшей густотой растительного покрова отличался участок №2, наименьшей плотностью растительного покрова обладал участок в точке №3.

Таблица №1. Химический состав водных вытяжек почв с опытных участков 1,2,3(мг/экв,%).

Разрез №	Сухой остаток	Сумма солей	рН	НСО3^-	Cl^-	SO4^--	Ca^++	Mg⁺⁺	K⁺+N⁺
1				0,76	0,175	0,2	0,76	0,18	0,18
	0,072	0,083	7,9	0,046	0,0062	0,0096	0,0152	0,0022	0,0042
2				0,8	1,2	1,4	1,3	0,7	1,5
	0,21	0,223	7,5	0,0488	0,043	0,62	0,026	0,0084	0,0345
3				0,45	3,12	6,42	3	2	5,6
	0,65	0,659	7,5	0,027	0,11	0,308	0,06	0,024	0,13

На рис.2 наибольшее значение максимальной (F_m) и вариабельной (F_v) флуоресценции отмечено у растений с участка №1, наименьшее значение с площадки №3. Т.о. обнаружена обратная корреляция флуоресцентного ответа растений и степени засоленности почвы (Табл. 1), чем меньше содержание солей в почве, тем выше показания замедленной флуоресценции.

Эффективность фотохимического преобразования энергии в ФС II в адаптированных к темноте образцах наиболее высока у растений, собранных с участка № 3, наименьшее значение данного параметра у образцов с площадки №2 (Рис.3) и с концентрацией общей суммы солей в почве (Рис. 4) практически не связано. Сравнительный анализ показаний фотосинтетической активности (Рис.3) и фоновой F₀ (Рис.5) выдает нам обратную корреляцию, наибольшее значение фоновой флуоресценции (F₀) у растений, произраставших на площадке №2, наименьшее значения у растений с участка № 3. Т.к. F₀ является показателем суммарного содержания светособирающих пигментов фотосинтетического аппарата растений [2, 5], мы можем предполагать, что наибольшее количество этих пигментов в листьях растений на участке №2, здесь и травостой гуще, и видов растений больше, и сами растения выглядят зеленее. Если значение F₀ является показателем суммарного содержания светособирающих пигментов фотосинтетического аппарата и их концентрация выше других в растениях

с участка №2, то эффективность фотохимического преобразования энергии в ФС II в листьях этих же растений (Рис. 3) ниже, чем у растений с других площадок. Сопоставив степень распределения солей угольной кислоты (Рис. 6) на трех исследуемых участках и фотосинтетическую активность растений с этих же площадок (Рис. 3) обнаружена обратная зависимость, чем больше бикарбонатов в почве, тем ниже фотосинтетическая активность. Прямой зависимости фотосинтетической активности от концентрации других солей в почве (Табл. 1.) не наблюдалось тогда, как замедленная флуоресценция чутко реагирует на различия общей суммы всех солей в почве. Т. о, можно предположить, что в то время, когда показания фотосинтетической активности еще не могут служить отражением солевого дисбаланса в почве, различия в индукции замедленной флуоресценции уже выдает четкую закономерность в реакции растений на разность концентрации солей в почвах. Различные растения по-разному реагируют на содержание и качественный состав солей в почвенном растворе. Т.к. растение Кермек Мейера (Limonium Meyeri), которое являлось объектом нашего изучения - галофит, устойчивое к повышенным концентрациям солей в почвах, представляется интересным исследовать в дальнейшем зависимость флуоресценции культурных растений от солевого стресса.

ЛИТЕРАТУРА

1. Волгушева А.А., Яковлева О.В., Кукарских Г.П., Ризниченко Г.Ю., Кренделева Т.Е. Использование показателя PI для оценки физиологического состояния деревьев в городских экосистемах //Биофизика. – 2011. - Т.56, вып. 1.- С. 105-112.

2. Магомедова М.Х.-М., Алиева М.Ю. Флуоресцентная реакция растений на различия в минеральном питании // Известия ДГПУ Естественные и точные науки.-2010, №3. – С. 60-65.

3. Маммаев А.Т. Флуоресценция растений при экстремальных условиях экологических воздействий // Сб. Биофизические методы изучения растений, микроорганизмов и почв. / Под ред. А.Т. Маммаева. - Махачкала: Наука, 2007. - 149с.

4. Маторин Д.Н., Венедиктов П.С., Рубин А.Б. Замедленная флуоресценция и ее использование для оценки состояния растительного организма // Изв. АН, сер биол. - 1985, № 4. - С. 508-520.

5. Рубин А.Б. Биофизические методы в экологическом мониторинге // Соросовкий Образовательный Журнал, 2000, № 4. - С. 7-13