Статья: Биоэкологический мониторинг деревьев в условиях городской среды

Биоэкологический мониторинг деревьев в условиях городской среды

И.В. Савенкова,

С.В. Пашков

В статье изучены анатомическое строение и структура эпидермального комплекса листовой пластинки лиственных древесных пород г. Петропавловска. Выявлены особенности строения эпидермы листьев деревьев и кустарников, являющихся основой зеленого строительства. Виды отличаются типом листа, морфологией основных эпидермальных клеток. Выявленные особенности строения эпидермы могут использоваться в качестве дополнительных диагностических признаков примониторинговых анатомо-морфологических исследований по живым образцам.

Ключевые слова: дополнительные диагностические признаки; индикаторы; методы биоиндикации; отпечаток (слепок) эпидермиса листьев; эпидермальный комплекс.

V. Savenkova,

S.V Pashkov

Bioecological Monitoring of Trees in Urban Environments

The anatomical structure and structure of the epidermal complex of the leaf plate of hardwood species in Petropavlovsk are studied. Peculiarities of the structure of the epidermal leaves of trees and shrubs, which makes green construction, have been revealed. Species differ in leaf type, morphology of major epidermal cells. The detected features of the epidermal structure can be used as additional diagnostic signs in monitoring anatomic and morphological studies on living samples.

Keywords: additional diagnostic indicators; indicators; bioindication methods; print (mold) of leaves epidermis; epidermic complex.

Введение

Мониторинг состояния древесных растений урбоэкосистем -- это относительно новое направление, имеющее большое прикладное значение. Алгоритм мониторинга был предложен рабочей группой при Европейской экономической комиссии ООН в 1985 г. [1]. Необходимость такого масштабного мероприятия в первую очередь связана с увеличением антропогенных воздействий на древесные растения, наиболее агрессивным из которых является загрязнение воздуха.

Основной целью системы мониторинга является сбор репрезентативных и сопоставимых данных об изменениях, происходящих в городских растениях под воздействием загрязнения атмосферы и других неблагоприятных факторов. Оценочные исследования состояния городских экосистем позволяют разрабатывать меры по повышению устойчивости и их рациональному использованию.

Исследования по выявлению характера приспособительных реакций древесных пород городских насаждений в условиях техногенного загрязнения территории г. Петропавловска посредством определения параметров биоиндикативных сигнальных признаков в условиях Северо-Казахстанской области (СКО) проведены впервые за продолжительное время.

Результаты исследований позволят выработать рекомендации по обследованию городских древесных насаждений (их созданию и реконструкции).

Целью исследований являлось изучение реакции основных сигнальных признаков зеленых насаждений в свете всевозрастающего техногенного загрязнения территории г. Петропавловска.

Материал и методы исследований

Объектами исследования послужили 19 видов (листьевая/хвойная часть), как аборигенных, так и интродуцированных древесных растений, являющихся элементами зеленой зоны города: барбарис обыкновенный (Berberis vulgaris L., 1753), береза бородавчатая (Betula verrucosa Roth), береза пушистая (B.pubescens Ehrh, 1789), боярышник обыкновенный (Crataegus laevigata (Poir) DC. 1825)), вяз гладкий (Ulmus laevis Pall.), вяз мелколистный (U.parvifolia Jacq.), дуб черешчатый (Quercus robur L. 1753), ель обыкновенная (Picea abies (L.) H. Karst., 1881)), ива белая (Salix alba L. 1753), карагана древовидная (Caragana arborescens Lam. 1785), клен ясенелистный (Acer negundo L. 1753), лиственница сибирская (Larix sibirica Ledeb. 1783), рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L. 1753), сирень обыкновенная (Syringa vulgaris L. 1753), сосна обыкновенная (Binus silvestris L. 1753), тополь бальзамический (Bopulus balsamifera L. 1753), тополь белый (B.alba L. 1753), тополь пирамидальный (B. nigraf. pyramidalis Rozier), шиповник собачий (Rosa canina L. 1753), яблоня сибирская (Malus baccata L. (Borkh) 1803)).

Сбор материала и получение практического подтверждения актуальности мониторинга состояния зеленой зоны г. Петропавловска осуществлялись по методикам ICP-Forest [2] с использованием метода Пирсона-Фишера [3]; оценка состояния деревьев и степени нарушенности дендроморфы проводили визуально по шкалам, характеризующим степень загрязненности атмосферного воздуха [4]; изучение эпидермального комплекса листьев проводили методом слепков (отпечатков), по Н.А. Анели [5] (см. рис. 1); типы устьичных аппаратов определяли по классификации М.А. Барановой [6]; устьичный индекс рассчитывали по формуле A. Kastner [7]; описание эпидермального аппарата проводили по С.Ф. Захаревич [8] и М.Н. Прозиной [9].

Рис. 1. Микроскопическое изучение эпидермы листовых пластинок методом Анели

Обсуждение результатов исследований

Обследование зеленых насаждений в пределах городской черты показало, что большая часть изучаемых объектов (древесные растения) не показала признаков ослабленности, явных повреждений или изменений не отмечалось. Среди фракции хвойных деревьев сухостоя не обнаружено (коммунальные службы города оперативно удаляют такие деревья), однако среди лиственных встречались деревья -- свежий сухостой (тополь пирамидальный, клен, яблони). Эти объекты имели желтые листья с некротическими пятнами, многие ветви не имели листвы вообще (табл. 1).

Среди лиственниц, насаждений барбариса, березы, ив и тополей встречались усыхающие деревья. Среди признаков нарушенности можно отметить в различной степени поврежденные кроны, на отдельных ветвях установлено усыхание листвы до 75 %. Листья большинства деревьев в нижней части кроны имели признаки хлоротичности, цветовая гамма некрозных участков имела вариации от коричневого до черного (см. рис. 2).

Таблица 1. Общее состояние модельных деревьев

Адаптивная жизнеспособность 21,4 %

Рис. 2. Повреждение листьев тополя бальзамического (июль, 2019 г.; район ТЭЦ - 2)

Среди всех обследованных объектов выявлены сильно ослабленные деревья, причем среди хвойных частота встречаемости таких деревьев на 8,6% меньше, чем среди лиственных. У этих деревьев повсеместно фиксировалась ажурность кроны, ее разреженность, повреждение и усыхание достигало до 70 % листьевой (хвойной) части, наблюдалась начинающаяся суховершинность, усыхание скелетных ветвей в средней и верхней частях кроны. Наиболее подверженными ослаблению оказались тополя.

Значительную долю от общего числа обследованных объектов составляли особи со слабоажурной кроной, отмечалось усыхание отдельных ветвей в нижней трети кроны. Порядка 15 % листьев имели обширные хлоротичные и некротические участки. Такие нарушения обнаружены у 18,1% хвойных и 15,0 % лиственных растений.

И все же основная доля деревьев (66,2 %) не имела явных признаков ослабленности и отмечена в полевом журнале как категория внешне здоровых объектов: хвойные -- 75,0 % и лиственных -- 60,8 %.

Адаптивная жизнеспособность деревьев урбоэкосистем невысока -- 28,3 % у хвойных и 21,4 % у лиственных пород. Индивидуальная выносливость среди обследованных объектов сильно варьирует -- лучше переносят условия техногенного загрязнения боярышник, сирень, шиповник (индивидуальная выносливость составляет 83,3 %), дуб (87,5 %), карагана, рябина (91,6 %). Наименее приспособленными к условиям города оказались тополя пирамидальный и бальзамический (41,7-54,2 % соответственно) и яблоня (54,2 %). Это обусловлено экологическими характеристиками как самих объектов, так и условий произрастания.

Степень дефолиации

Изменения биоморфологических показателей ассимиляционного аппарата влечет за собой изменения формы кроны, ее сомкнутость, дефолиацию и ежегодный опад. При оценке процесса дефолиации необходимо обращать особое внимание на форму кроны (с учетом «окон») [10].

Дефолиация отмечается у всех изучаемых объектов, причем лиственные породы по показателям сомкнутости кроны и проценту дефолиации превосходят хвойные на 1,8%. Наибольший процент дефолиации отмечается у тополей бальзамического (6,7 %) и пирамидального (5,7%). Наименьший процент дефолиации зафиксирован у ели обыкновенной (1,3 %) и березы повислой (2,3 %). Среди объектов исследования деревьев с сильной степенью дефолиации не выявлено.

Изменчивость листовой пластинки

Фоновым признаком нарушения состояния дерева является изменение размеров листа/хвои. Полученные данные при ранжировании величин составили вариационный ряд, показатели которого отличаются друг от друга на десятую долю единицы у ели, лиственницы; и на единицу -- у остальных объектов (табл. 2).

Таблица 2. Классы вариант длины листовой пластинки (часть объектов)