Эколого-биологические особенности сосны обыкновенной (Pinus sylvestris l.) в условиях техногенного загрязнения (на примере Липецкой области)

ВВЕДЕНИЕ

Раскрыта актуальность темы диссертационной работы, поставлены цель и
задачи исследований, отмечена научная новизна, показана практическая и
теоретическая значимость работы. Даны положения, выносимые на защиту.

ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА
ДРЕВЕСНЫЕ РАСТЕНИЯ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

Проведен анализ работ отечественных и зарубежных исследователей по
теме диссертационной работы. Подробно рассмотрены вопросы влияния
промышленного загрязнения на рост и развитие древесных растений (Алексеев,
1987; Гетко, 1989; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Ярмишко, 1997;
Николаевский, 1999; Битюцкий, 1999; Безуглова, Орлов, 2000; Неверова, 2002;
Веселкин, 2002; Кулагин, Шагиева, 2005; Ростунов, Кончина, 2016; Гиниятуллин
и др., 2018; Spieker, 1991; Qadir et al., 2004; Wenzel et al., 2007; Ayeni et al., 2014;
Mohsin et al., 2014; Kaznina et al., 2017; Saaltink et al., 2017; Huang et al., 2017; Hou
et al., 2018 и др.). Отмечена слабая изученность влияния промышленного
загрязнения на органы сосны обыкновенной текущего года развития (однолетние
побеги и хвоя, поглощающие корни). Также отсутствуют исследования
особенностей формирования корневых систем древесных растений в условиях
промышленного загрязнения в Липецкой области.

ГЛАВА 2. РАЙОН, ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Физико-географическая характеристика района исследования.
Приведена характеристика района исследований (приводится описание рельефа,
климатических особенностей региона, почв и растительности). Представлена
характеристика промышленного загрязнения окружающей среды в районе
проведения исследований.
Объект исследования. Дана подробная характеристика объекта
исследования – сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) (Правдин, 1964; Орлов,
1977; Смирнов, 1980; Маркова, 2000; Farjon, 2010).
Методика исследования. Работы по изучению эколого-биологических
особенностей сосны обыкновенной проводили в 35-45-летних древостоях
искусственного происхождения в пределах Липецкой области (Липецкий и
Елецкий промышленный центр) (рис.1). Основным источником загрязнения в
Липецке являются выбросы металлургического комбината, в Ельце – выбросы
автомобильного транспорта. Было заложено четыре временных и восемь
постоянных пробных площадей (ПП). При закладке ПП руководствовались
общепринятыми методиками (Сукачев, 1966; Forest ecology…, 2007; Forest
inventory…, 2007).
Для таксационного описания использовалось оборудование фирмы Haglof
(Sweden): высотомер Electronic Clinometer и мерная вилка Mantax Precision MA
800. Высота деревьев определялась с точностью до 0,1 м, диаметр определялся
на высоте 1,3 м с точностью до 0,5 см. Для определения возраста древостоев
отбирались древесные керны при помощи возрастного бурава Haglof (Sweden)
(Дендрохронология…, 1986; Ваганов и др., 1996; Ваганов, Шашкин, 2000;
Шиятов, и др., 2000; Methods…, 1990). Определение возраста (путем подсчета
годовых колец) проводили с использованием измерителя параметров древесных
кернов Corim Maxi (Preisser Messtechnik GmbH, Germany).
Описание нижних ярусов леса проводили с использованием общепринятых
методов (Полевая геоботаника…, 1976). Относительное жизненное состояние
древостоя (индекс Lv) определяли по общепринятой в эколого-биологических
исследованиях методике (Алексеев, 1990; Бебия, 2000).

Рис. 1. Месторасположение пробных площадей в санитарно-защитных
насаждениях Липецкого и Елецкого промышленных центров (Липецк, 1-2 –
загрязнение, 3-4 – контроль; Елец, 5-6 – загрязнение, 7-8 – контроль)

Для биометрических исследований на каждой ПП срезали сучкорезом
(Gardena 08773) ветви, имеющих текущий годичный прирост. Побеги и хвоя
произвольно отбирались из базальной части короны независимо от направления
горизонта или подверженной загрязнению стороны (Cornelissen et al., 2003).
Длину однолетней хвои и прирост однолетних побегов определяли при помощи
цифрового штангенциркуля (Калиброн, Россия) с точностью до 0,01 мм. Массу
хвои определяли в воздушно-сухом состоянии на электронных лабораторных
весах I класса точности AND GF-200 (A&D, Япония) с точностью до 0,001 г.
Пигментный состав хвои определяли по стандартной методике (Клейн,
Клейн, 1974; Силаева, 1978; Полевой, 1991). Относительное содержание
хлорофилла (a и b) и каротиноидов определяли при помощи спектрофотометра
КФК-5М (Россия), путем троекратного измерения оптической плотности
спиртовой вытяжки при λ=440,5 нм – каротиноидов, при λ=665 нм – хлорофилл
а, при λ=649 нм – хлорофилл b.
Для определения уровня химического загрязнения почв проводили
определение содержания тяжелых металлов (свинца, кадмия, никеля, кобальта,
меди, цинка, марганца) в почвенном профиле. Образцы отбирали почвенным
буром до глубины 50 см. Уровень химического загрязнения почвенного покрова
рассчитывали через суммарный показатель загрязнения (Zc) по формуле:
n
Z c =  K c  n  1
i=1
,
где Kc – коэффициент концентрации i-го химического элемента, n – число,
равное количеству элементов, входящих в геохимическую ассоциацию. К с
определяется отношением фактического содержания определяемого вещества в
почве (Сi) в мг/кг почвы к региональному фону (Сфон):
Ci
Kc =
Cфон
При расчете Kc учитывались все обнаруженные химические вещества-
токсиканты, относящиеся к 1, 2 и 3 классам опасности.
Перед оценкой содержания металлов почву, органический и
неорганический материал тщательно смывали с корней проточной
водопроводной водой. Корни перед анализами тщательно сортировали по
диаметру на поглощающие (тонкие) (<1 мм) и крупные (>1 мм). В дальнейшем в
исследованиях анализировались только поглощающие (тонкие) корни (<1 мм). Для удаления ионов металлов с поверхности корней корни погружали на 15 минут в 25 mM раствор этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), затем промывали деионизированной водой (Foy et al., 1981; Taylor, Crowder, 1983; Yang et al., 2004; Li et al., 2005; Khan et al., 2016; Dong et al., 2019). Хвою и побеги отмывали от пыли дистиллированной водой в течение 1 мин (Przybysz et al., 2014; Xu et al., 2019). Затем образцы доводились до воздушно-сухого состояния. Минерализацию проб проводили методом сухого озоления по ГОСТ 26657-85. Подвижные формы металлов экстрагировали с помощью 1М HNO3. Определение содержанияметалловпроводилисьметодоматомно-абсорбционной спектрометрии (Брицке, 1982; Пупышев, 2009; Pelly, 1998) на спектрофотометре «Спектр-5», в пламени ацетилен-воздух. Определялось содержание железа, марганца, кадмия и цинка в однолетних побегах и хвое, а также в поглощающих корнях. Для описания поглощения металлов в тонких корнях сосны использовали коэффициент биологического поглощения (КБП), рассчитываемый как отношение содержания металлов в корнях к содержанию металлов в почве (Alloway et al., 1988; Kumar et al., 1995; Dinelli, Lombini, 1996). Для определения миграции металлов в сосне использовали коэффициент биологической миграции (КБМ), который рассчитывали, как отношение содержания элементов в органах растений к содержанию элементов в корнях (Гиниятуллин и др., 2018). Отбор проб для определения насыщенности почвы поглощающими корнями проводили методом бура (Rosário de Oliveira et al., 2000; Addo-Danso et al., 2016) с использованием стандартного почвенного бура с внутренним диаметром 3,5 см. Отбор почвенных кернов (в 10-кратной повторности для каждой пробной площади) производился до глубины 50 см. Корни разделяли на фракции: поглощающие (тонкие) (<1 мм) и крупные (>1 мм). В работе
определялась только масса поглощающих корней (<1 мм). Образцы корней доводили до воздушно-сухого состояния в сушильном шкафу при температуре 80°C. Вес корней определялся на электронных лабораторных весах ВЛТЭ-150 (Госметр, Россия) с точностью до 0,001 г. Корненасыщенность почвы определяли на единицу площади горизонтальной поверхности (г/м2). Математическая обработка полученных данных (описательная статистика, корреляционный анализ, расчеты коэффициентов) проводилась стандартными методами статистического анализа (Зайцев, 1984; Mathematics…, 2007; Ross, 2009) с использованием программных пакетов MS Excel 8.0, Statistica 7.0 и GraphPad 4.00. В таблицах и на графиках представлены средние значения и стандартная ошибка средней. ГЛАВА 3. ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В УСЛОВИЯХ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ Жизненное состояние древостоев сосны обыкновенной Оценка относительного жизненного состояния (ОЖС) сосновых насаждений в пределах Липецкого и Елецкого промышленных центров показала, что ОЖС древостоев сосны в пределах Липецкого и Елецкого промышленных центров оценивается как «ослабленное» (Lv=70% и Lv=75% соответственно). В относительном контроле (для Липецкого промцентра) ОЖС насаждений сосны оценивается как «здоровое» (Lv=85%). В пределах Елецкого промышленного центра насаждения в контроле за пять лет перешли из категории «здоровые» (Lv=80%) в категорию «ослабленные» (Lv=75%). Данное снижение жизненного состояния произошло вследствие загущенности древостоев, и как следствие, слабой очищаемости стволов от мертвых сучьев и усыхания хвои (табл. 1). Таблица 1. Диагностические признаки жизненного состояния насаждений сосны обыкновенной РасположениеГустота кроны, %Наличие на стволеСтепень повреждения мертвых сучьев, %хвои, % 201420192014201920142019 Липецкий промышленный центр Загрязнение55-8555-8515-4515-4510-4510-45 Контроль85-10085-10015-4515-450-100-10 Елецкий промышленный центр Загрязнение85-10085-10015-4515-4510-4510-45 Контроль85-10085-10045-6555-700-1010-20 Индекс загрязненности почв в насаждениях сосны обыкновенной В зоне влияния выбросов НЛМК отмечается значительное загрязнение почвы тяжелыми металлами. Суммарный индекс загрязнения верхнего (0-10 см) слоя почвы составляет 214,34, т.е. уровень загрязнения оценивается как «очень высокий» (табл. 2). В пределах Елецкого промышленного центра также отмечается значительное загрязнение почвы тяжелыми металлами (табл. 2). Суммарный индекс загрязнения верхнего (0-10 см) слоя почвы составляет 165,87, т.е. уровень загрязнения оценивается как «очень высокий». Основной вклад в загрязнение почвы вносят медь, никель, марганец. Таблица 2. Коэффициенты концентрации химических элементов и индекс загрязненности почв Глубина,Коэффициент концентрации (Kc)Суммарный индекс смCoMnCuNiPbZnCdзагрязненности Липецкий промышленный центр (загрязнение) 0-102,232,72 87,38 62,536,2113,25 16,06214,34 10-2018,1327,637,974,2 3,942,170,8958,94 20-307,3311,482,56,4 1,120,560,1723,56 30-4005,356,692,37 2,331,680,9413,36 40-505,322,792,344,9 1,690,880,2212,14 Липецкий промышленный центр (контроль) 0-107,0230,255,756,63 2,621,180,6748,12 10-204,3927,205,283,37 1,980,760,3937,37 20-304,7611,296,753,40 0,970,430,3821,97 30-403,167,520,002,71 0,870,400,399,04 40-500,005,203,561,25 0,900,410,335,66 Елецкий промышленный центр (загрязнение) 0-101,7630,41 76,47 52,535,633,531,56165,87 10-205,5229,65 55,03 56,105,312,441,00149,05 20-302,9725,00 45,69 53,034,251,891,06127,88 30-402,9722,37 39,88 53,475,021,911,78121,38 40-501,5222,43 35,97 56,404,251,910,78117,26 Елецкий промышленный центр (контроль) 0-102,7227,54 34,53 38,933,403,191,14105,46 10-200,0024,23 25,19 37,333,564,420,8989,62 20-300,0023,76 27,81 38,333,372,330,7890,38 30-400,0022,09 25,31 39,273,613,060,9488,29 40-500,0020,02 18,91 35,932,712,220,6174,40 Сезонный прирост побегов сосны обыкновенной Однолетние побеги сосны в условиях Липецкого промышленного центра (рис. 2) растут достаточно интенсивно, за май-август их прирост в контроле составляет в среднем 20,42 мм, в условиях загрязнения – 10,25 мм. 7Липецкий промышленный центр7Елецкий промышленный центр 55 Длина побегов, см Длина побегов, см 33 2Липецкий промышленный2Елецкий промышленный центр центр Относительный контрольОтносительный контроль 1(Капитанщино)1(Паниковец) МайИюньИюльАвгустМайИюньИюльАвгуст Рис.2. Ход роста однолетних побегов сосны В условиях Елецкого промышленного центра динамика роста побегов сосны выше. Длина побегов ниже по сравнению с контролем (данные достоверно отличаются (P<0,01-0,007) за исключением мая). Характеристика морфологических параметров ассимиляционного аппарата сосны обыкновенной Средняя длина однолетней хвои в Липецком промышленном центре (рис. 3А) за вегетационный период изменяется в пределах 1,14±0,037 - 5,27±0,093 см (загрязнение) и 1,24±0,05 - 5,11±0,084 см (контроль); масса однолетней хвои в условиях загрязнения меньше по сравнению с контролем (рис. 4А). Различия длины (рис. 3Б) и массы (рис. 4Б) хвои в пределах Елецкого промышленного центра свидетельствуют о том, что эти показатели возрастают со снижением загрязнения атмосферы. АБ 8Хвоя 1-го года8Хвоя 1-го года 66 Длина хвои, см Длина хвои, см 44 Липецкий промышленный центрЕлецкий промышленный центр Относительный контрольОтносительный контроль 1(Капитанщино)1(Паниковец) МайИюньИюльАвгустМайИюньИюльАвгуст Рис. 3. Длина однолетней хвои сосны обыкновенной (А – Липецк, Б – Елец) АБ 0.02Липецкий промышленный центр0.02Елецкий промышленный центр Масса 1 шт. хвои, г Масса 1 шт. хвои, г 0.0150.015 Загрязнение Контроль Загрязнение 0.010.01 Контроль 0.0050.005 МайИюньИюльАвгустМайИюньИюльАвгуст Рис. 4. Масса однолетней хвои сосны обыкновенной (А – Липецк, Б – Елец) Содержание пигментов фотосинтеза в хвое сосны обыкновенной Установлено, что содержание хлорофилла a и b и каротиноидов в однолетней хвое сосны в условиях загрязнения ниже, чем в контроле (табл. 3). Характер формирования пигментного комплекса в однолетней хвое свидетельствуют о наличии ответной реакции пигментной системы ассимиляционного аппарата сосны обыкновенной на техногенную нагрузку. Следовательно, пигментный комплекс сосны обыкновенной может служить маркером уровня антропогенной загрязненности территории. Таблица 3. Содержание фотосинтетических пигментов (мг/г сырого веса) в однолетней хвое сосны обыкновенной ВариантМесяцы отбора хвои МайИюньИюльАвгуст Хлорофилл a Липецк (загрязнение)0,154±0,00010,284±0,00050,409±0,00040,455±0,0011 Липецк (контроль)0,257±0,00070,348±0,00030,460±0,00080,497±0,0083 Елец (загрязнение)0,177±0,00030,308±0,00500,436±0,00240,464±0,0285 Елец (контроль)0,288±0,00100,406±0,00080,482±0,00160,505±0,0104 НСР050,010,0080,010,006 НСР%5,562,412,131,24 Хлорофилл b Липецк (загрязнение)0,061±0,00020,109±0,00110,151±0,00370,168±0,0019 Липецк (контроль)0,136±0,00010,229±0,00250,231±0,00040,248±0,0046 Елец (загрязнение)0,077±0,00060,128±0,00670,174±0,00510,178±0,0081 Елец (контроль)0,145±0,00180,193±0,00040,219±0,01120,230±0,0110 НСР050,0050,0030,0040,025 НСР%4,61,662,052,55 Сумма каротиноидов Липецк (загрязнение)0,054±0,00010,105±0,00010,168±0,00260,188±0,0009 Липецк (контроль)0,073±0,00090,134±0,00070,182±0,00010,204±0,0035 Елец (загрязнение)0,056±0,00010,104±0,00320,145±0,00150,169±0,0130 Елец (контроль)0,084±0,00030,117±0,00130,155±0,00290,084±0,0003 НСР050,0020,0030,0020,003 НСР%3,132,581,231,81 Строение корневых систем сосны обыкновенной Насыщенность слоя почвы (0-50 см) в условиях загрязнения Липецкого промышленного центра составляет 648,36 г/м2, в условиях контроля – 527,69 г/м2; в условиях загрязнения Елецкого промышленного центра составляет 582,05 г/м2, в условиях контроля – 595,93 г/м2 (рис. 5). Максимальная корненасыщенность во всех изученных местообитаниях отмечается на глубине 0-10 см. Насыщенность почвы поглощающими корнями во всех слоях (кроме слоя 0- 10 см) выше в условиях загрязнения. При этом различия в содержании поглощающих корней между условиями загрязнения и контролем статистически недостоверны. Липецкий промышленный центрЕлецкий промышленный центр гр/м2гр/м2 0.0100.0200.0300.0400.00.0100.0200.0300.0400.0 254.13230.95 10272.84 ns10276.164 ns 106.85ns105.08ns 2077.5420138.134 Глубина, см Глубина, см 106.95ns30 88.66ns 67.0469.639 102.80ns85.96ns 4063.714053.268 77.64ns71.41ns 5046.565058.725 ЗагрязнениеЗагрязнение Variances significantly different:Variances significantly different: КонтрольКонтроль ns - nons - no Рис. 5. Насыщенность почвы поглощающими корнями сосны обыкновенной ГЛАВА 4. ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ МЕТАЛЛОВ В НАДЗЕМНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ОРГАНАХ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ Анализ содержания тяжелых металлов в различных органах сосны обыкновенной в условиях загрязнения в пределах Липецкого и Елецкого промышленного центра позволил установить, что сосна избирательно поглощает различные тяжелые металлы из окружающей среды (табл. 4-6). Их содержание в однолетних органах (хвоя, побеги, поглощающие корни) изменяется в зависимости от местопроизрастания (загрязнение или контроль). Таблица 4. Содержание металлов (мг/кг) в однолетней хвое и однолетних побегах сосны обыкновенной (в числителе – загрязнение, в знаменателе – контроль) МесяцОднолетняя хвояОднолетние побеги CdZnMnFeCdZnMnFe Липецкий промышленный центр Май0,0626,1339,2124,990,0426,9533,8519,30 0,0524,0425,7622,000,0323,1718,0521,14 Июнь0,1525,6069,6827,030,1029,6361,7919,03 0,0521,6528,4623,110,0323,9610,9921,13 Июль0,2026,9564,3535,930,1129,0434,9128,89 0,1127,1527,5124,240,0623,2615,0023,51 Август0,1523,2873,7840,200,0628,3646,0840,06 0,1123,9826,7526,640,0926,8216,6624,71 Елецкий промышленный центр Май0,0624,9141,9027,330,0927,0643,1122,18 0,0417,1824,0310,830,0318,1910,6310,18 Июнь0,0621,5780,7536,030,1619,0555,0830,01 0,0518,4722,0519,410,0418,4711,4811,03 Июль0,0621,7179,2336,930,0925,7648,6131,50 0,0518,4138,0219,660,0520,4429,2811,04 Август0,0925,04 130,3339,590,1825,1465,0328,94 0,0519,96 52,6119,640,0120,6629,8914,75 Жирным шрифтом выделены значения, достоверно отличающиеся между местообитаниями (загрязнение и контроль) Установлена корреляционная связь (табл. 6) между распределением тяжелых металлов по профилю почвы, а также их содержанием в поглощающих корнях сосны обыкновенной с кислотностью почвы и количеством гумуса. Анализ значений коэффициентов биологического поглощения и биологической миграции тяжелых металлов (рис. 6-9) показал, что однолетняя хвоя и побеги активно накапливают цинк. Эта значительная миграция цинка из поглощающих корней в хвою и побеги может объясняется тем, что цинк необходим для здорового роста растений. Но из-за низкого содержания цинка в почве в исследуемых условиях и вследствие его низкой абсорбции поглощающими корнями, можно предположить, что цинк, поглощенный корнями, мигрирует, прежде всего, в однолетнюю хвою, где он участвует в различных физиологических процессах. Кадмий также мигрирует из поглощающих корней в хвою и побеги, но в отличии от цинка, эта миграция незначительна. Таблица 5. Содержание металлов (мг/кг) в почве и поглощающих корнях сосны обыкновенной (в числителе – загрязнение, в знаменателе – контроль) Глубина,ПочваПоглощающие корни смCdZnMnFeCdZnMnFe Липецкий промышленный центр 0-101,4534,7315,76476,64 0,1312,932,17176,41 0,063,08291,94454,54 0,072,90 23,2239,77 10-200,085,69266,65429,57 0,0412,595,9450,46 0,042,00262,5449,63 0,011,60 16,7723,42 20-300,021,47110,76203,54 0,0411,158,3553,9 0,031,12108,99338,84 0,041,04 34,8124,37 30-400,094,4151,63441,92 0,0612,39 12,0667,41 0,041,0572,545407,91 0,010,707,6616,82 40-500,022,3226,89338,49 0,0512,868,0946,33 0,031,0850,185409,81 0,071,29 31,5331,54 Елецкий промышленный центр 0-100,149,24293,41491,86 0,144,39 31,5743,88 0,108,37265,76491,66 0,010,696,6745,51 10-200,096,39286,08491,95 0,033,12 10,7235,21 0,0811,59233,81489,28 0,040,477,5154,71 20-300,104,95241,25492,45 0,053,346,0239,99 0,076,11229,26489,48 0,050,402,8435,3 30-400,165,00215,88492,89 0,064,998,6657,40 0,098,02213,21489,35 0,040,484,4622,02 40-500,075,03216,42494,01 0,042,585,0048,75 0,065,83193,16478,65 0,040,452,7645,47 Жирным шрифтом выделены значения, достоверно отличающиеся между местообитаниями (загрязнение и контроль) Установлено, что железо не накапливается в значительных количествах в органах сосны. Но при этом в условиях загрязнения железо более интенсивно накапливается в корнях. Марганец в поглощающих корнях в условиях загрязнения накапливается меньше, чем в контроле. Исходя из значений КБП и КБМ можно отметить, что в условиях загрязнения повышается мобильность марганца, а особенности его миграции смещается в сторону увеличения его содержания в надземной части сосны. Установлена корреляционная связь (табл. 7) между значениями коэффициента биологического поглощения металлов и кислотностью почвы, и количеством гумуса. Таблица 6. Корреляция содержания металлов в почве и поглощающих корнях сосны обыкновенной с кислотностью и количеством гумуса Точки отбораСодержание элемента ПочваКорневая система рНгумусрНгумус Кадмий загрязнениеr = 0,4877r = 0,7422r = 0,3352r = 0,6229 ЛПЦ контрольr = 0,9587r = 0,9238r = 0,2210r = 0,2967 загрязнениеr = 0,2316r = 0,1146r = 0,7146r = 0,4959 ЕПЦ контрольr = 0,8169r = 0,8093r = -0,8980r = -0,9265 Цинк загрязнениеr = 0,5124r = 0,7838r = -0,1603r = 0,5286 ЛПЦ контрольr = 0,9595r = 0,9992r = 0,8985r = 0,9621 загрязнениеr = 0,9562r = 0,8442r = 0,2023r = 0,0891 ЕПЦ контрольr = 0,2408r = 0,2026r = 0,9554r = 0,9701 Марганец загрязнениеr = 0,7661r = 0,9607r = -0,3893r = -0,8454 ЛПЦ контрольr = 0,8829r = 0,9115r = -0,0958r = -0,1114 загрязнениеr = 0,9598r = 0,9930r = 0,8963r = 0,7456 ЕПЦ контрольr = 0,8883r = 0,8567r = 0,5903r = 0,5607 Железо загрязнениеr = 0,3545r = 0,6824r = 0,5159r = 0,6900 ЛПЦ контрольr = 0,5308r = 0,7158r = 0,6241r = 0,7113 загрязнениеr = -0,8029r = -0,8479r = -0,5197r = -0,6573 ЕПЦ контрольr = 0,5342r = 0,4980r = 0,3034r = 0,2715 Жирным шрифтом выделены значения, имеющие высокий уровень корреляции, подчеркнутые – средний уровень корреляции Рис. 6. Коэффициенты биологического поглощения и биологической миграции для кадмия Рис. 7. Коэффициенты биологического поглощения и биологической миграции для цинка Рис. 8. Коэффициенты биологического поглощения и биологической миграции для марганца Рис. 9. Коэффициенты биологического поглощения и биологической миграции для железа Таблица 7. Зависимость коэффициента биологического поглощения от кислотности и количества гумуса Точки отбораКБП рНгумус Кадмий загрязнениеr = -0,7342r = -0,7873 ЛПЦ контрольr = -0,2573r = -0,0295 загрязнениеr = 0,6404r = 0,4145 ЕПЦ контрольr = -0,8974r = -0,9123 Цинк загрязнениеr = -0,5453r = -0,8312 ЛПЦ контрольr = -0,1590r = -0,0306 загрязнениеr = -0,5858r = -0,6013 ЕПЦ контрольr = 0,3206r = 0,3646 Марганец загрязнениеr = -0,8670r = -0,7616 ЛПЦ контрольr = -0,6465r = -0,5574 загрязнениеr = 0,8685r = 0,7182 ЕПЦ контрольr = 0,6631r = 0,6422 Железо загрязнениеr = 0,4743r = 0,4176 ЛПЦ контрольr = 0,4293r = 0,5286 загрязнениеr = -0,4998r = -0,6385 ЕПЦ контрольr = 0,2962r = 0,2629 Жирным шрифтом выделены значения, имеющие высокий уровень корреляции, подчеркнутые – средний уровень корреляции ГЛАВА 5. АДАПТИВНЫЕ РЕАКЦИИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В УСЛОВИЯХ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ Обобщены результаты исследования влияния выбросов металлургического комбината и автомобильного транспорта на жизненное состояние древостоев сосны обыкновенной и динамику роста однолетних побегов и хвои (в пределах Липецкой области). Дана оценка пигментного отклика в однолетней хвое на промышленное загрязнение. Рассчитана категория загрязнения (Zс) почвы комплексом химических веществ-токсикантов на изучаемых территориях. Оценено влияние загрязнение на насыщенность почвы поглощающими корнями сосны. Показаны особенности накопления в подземных органах и миграции кадмия, цинка, железа и марганца в надземные органы сосны обыкновенной по коэффициентам биологического накопления и миграции. Суммируя результаты исследований, делается вывод о том, что сосна обыкновенная является достаточно устойчивой древесной породой к действию загрязнения выбросами черной металлургии в пределах Липецкой области. Данный факт позволяет прогнозировать успешность выполнения данной древесной породой своих санитарно-защитных функций по отношению к промышленному загрязнению от предприятий черной металлургии. ВЫВОДЫ 1. Промышленное загрязнение выбросами металлургического комбината и автомобильного транспорта не фатально влияет на рост и развитие сосны обыкновенной, наблюдается лишь снижение общего жизненного состояния древостоев. В Липецком и Елецком промышленных центрах ОЖС насаждений сосны оценивается как «ослабленное» и за 5 лет исследований не изменили свой статус. В пределах Елецкого промышленного центра насаждения в контроле за 5 лет перешли из категории «здоровые» в категорию «ослабленные» из-за загущенности древостоев, и как следствие, за счет слабой очищаемости стволов от мертвых сучьев и усыхания хвои. 2. В условиях загрязнения отмечается значительное содержание тяжелых металлов в почвах. Суммарный индекс загрязнения верхнего (0-10 см) в пределах Липецкого промышленного центра составляет 214,34 (уровень – «очень высокий»). В пределах Елецкого промышленного центра – 165,87 (уровень – «очень высокий»). Основной вклад в загрязнение почвы вносят медь, никель, марганец, цинк и кадмий. 3. Не установлено значительного влияния загрязнения на динамику роста однолетних побегов. Однолетние побеги сосны в условиях Липецкого промышленного центра достаточно интенсивно растут. В условиях Елецкого промышленного центра динамика роста побегов сосны выше, что объясняется меньшим объемом выбросов токсикантов в атмосферу. 4. Промышленное загрязнение значительно не влияет на рост однолетней хвои сосны в сезонной динамике. В условиях Елецкого промышленного центра длина и масса хвои выше, чем в Липецком промышленном центре. 5. Характер сезонной динамики содержания пигментов в хвое в условиях загрязнения в Липецком и Елецком промышленных центрах показал уменьшение содержания общего фонда хлорофиллов и каротиноидов по сравнению с контролем. 6. Не установлено значительного изменения насыщенности почвы поглощающими корнями сосны обыкновенной в условиях промышленного загрязнения Липецкой области. Различия в содержании поглощающих корней между условиями загрязнения и контролем статистически недостоверны. Во всех случаях максимальная корненасыщенность отмечается на глубине 0-10 см, где сосредоточено от 39,2% до 51,7% массы всех поглощающих корней. 7. Поверхностные слои почвы менее загрязнены цинком, чем кадмием. Марганец по профилю почв распределяется неравномерно (с максимальной концентрацией в верхних слоях), железо по глубине распределяется более равномерно. Установлена корреляционная связь между распределением данных металлов по профилю почвы с кислотностью и гумусом в почве. 8. Поглощающие корни и однолетние побеги сосны адсорбируют цинк больше, чем кадмий, т.е. цинк мигрирует из поглощающих корней в побеги более интенсивно, чем кадмий. Это позволяет сосне обыкновенной интенсивнее накапливать «менее токсичный» и более необходимый для растительного организма цинк, чем кадмий. 9. Увеличение абсорбции железа поглощающими корнями сосны уменьшает поступление в корневую систему более токсичного для растений марганца, но это не ограничивает миграцию марганца в надземную часть сосны обыкновенной. Основываясь на значениях коэффициентов биологического поглощения и миграции, можно отметить, что железо для сосны обыкновенной не является элементом, который активно накапливается. Для марганца это применимо только для поглощающих корней, в условиях загрязнения марганец более подвижен и происходит увеличение накопления марганца в надземной части сосны обыкновенной. 10. Анализ адаптивных реакций сосны обыкновенной на действие техногенных факторов показал, что она является достаточно устойчивой древесной породой к действию загрязнения в пределах крупных промышленных центров Липецкой области. При своевременном проведении необходимых лесоводственных мероприятий можно прогнозировать устойчивый рост и развитие санитарно-защитных насаждений сосны обыкновенной в условиях промышленного загрязнения в пределах Липецкой области.