В результате хронических и острых поражений снижается плотность облиственности крон деревьев вплоть до полной потери листьев всей или частью кроны со стороны источника газов. На таких деревьях резко сокращается прирост, формируются укороченные побеги или флагообразная крона (Илькун, 1978).
Под действием значительных концентраций вредных газов, особенно двуокиси серы и фтора, клетки мезофилла сплющиваются, их стенки спадают, pH клеточного сока снижается, нарушается углеводно – азотный режим, сама клетка деформируется, хлоропласты и хлорофилл разрушаются – всё это в мезофилле происходит довольно быстро.
Сосудистая ткань повреждается несколько меньше, а одревесневшие, лигнифицированные клетки почти не меняются. Поэтому ксилема повреждается обычно мало, но флоэма – нежная «живая» ткань – повреждается довольно сильно. Кроме того, газы подавляют движение протоплазмы и растяжение клеток (Кулагин, 1974).
Даже невысокие концентрации промышленных газов влияют на физиологические функции, снижая, например, интенсивность транспирации почти в 1,5 – 2 раза. У деревьев в верхней части кроны транспирация падает быстро, верхушки побегов подсыхают. Дневной ход транспирации у поврежденных деревьев становится более изменчивым, что связано с нарушением регулярной деятельности устьиц. Дымовые газы угнетают фотосинтез, причем у сосны, например, он снижается более чем в 2 раза. Значительное повышение концентрации вредных веществ в клеточном соке может вызвать «острую реакцию» - некрозы участков листа. Но длительное более низких концентраций вызывает хронические повреждения. Токсичность SO2 сильно варьирует в зависимости от температуры и светового режима. Максимальные повреждения проявляются в полуденное время при наибольшей освещенности и высокой температуре, а минимальные ночью, при затемнение газовые повреждения слабее, чем на открытом месте, газочувствительность листьев снижается с усилением их ксероморфность (Илькун,1978).
Угнетение роста и развития зависит от чувствительности породы: из хвойных пород сильнее всего подавляется рост у лиственницы, несколько меньше у ели, а у лиственных - сильнее у осины.
Воздействие дымовых газов неблагоприятно сказывается и на развитии корневой системы: сильно снижается общая масса корней, а физиологически активных корней становится в 2 – 4 раза меньше, чем у неповрежденных растений. Однако одно и то же вещество у разных видов может вызвать неодинаковые эффекты, и наоборот, сходные повреждения могут быть вызваны различными веществами.
Представители разных семейств повреждаются газами по-разному, но в пределах одного семейства имеются значительные колебания по устойчивости отдельных родов и видов. Особенно чувствительны к газовым загрязнителям лишайники: 0,01 концентрации SO2, вредной для высших растений, уже нарушает дыхание лишайников, угнетает рост. В последнее время имеется много работ, показывающих, что распространение лишайников, например, по территории города, четко отражает степень загрязнения атмосферы. Травянистые растения повреждаются сернистым и другими газами обычно слабее, чем древесные (Барахтенова, 1988).
2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования проводились в сентябре 2004 года на 3-х участках: территории школы №36 г. Саранска, завода «Резинотехника» и Атемарского леса.
В качестве объекта исследования использовалась береза бородавчатая (Betula pendula L.) сем. Березовые (Betulaceae), которая встречается в достаточном количестве на выбранных площадках. В связи с тем, что ростовые процессы у древесных растений завершаются к концу лета - началу осени, именно осенний период времени (до листопада) был выбран для сбора материала.
Исследовательская работа включала ряд этапов:
1. Определение экспериментальных площадок.
2.Сбор древесных побегов берёзы с исследуемых площадок.
3.Измерение длины годичного прироста побегов.
4 Определение массы побегов.
5.Определение количества листьев на них и листвой площади.
6 Статистическая обработка полученного материала.
7. Анализ полученных данных и их обсуждение.
2.1 Биологическая характеристика исследуемого вида
Класс: Магнолиопсиды или Двудольные – МАGNOLIOPSIDA или DICOTYLEDONES
Порядок: Буковые – FAGALES
Семейство: Березовые – Betulaceae
Род: Береза – Betula L.
Вид Береза бородавчатая (повислая) – В. рendula
Род береза включает около 65 видов (Тахтаджян, 1991). Березовые – типичные бореальные растения, расположенные во всех умеренных, внетропических областях северного полушария. В Евразии наибольшим ареалом обладает береза повислая (бородавчатая) – B. рendula, распространенная во всей лесной и лесостепной зоне. Она образует, чистые насаждения и входит в состав смешанного леса.
Береза повислая (бородавчатая) – однодомное, листопадное, ветроопыляемое дерево, с мощной корневой системой. Листья очередные, с перистонервным жилкованием, с более или менее длинными черешками, голые, треугольно-ромбические. Основание листа клиновидное, цельнокрайное.
Молодые ветви берез покрыты пробкой. Наружные слои пробки, содержащие характерные крупные, горизонтально вытянутые чечевички, легко отслаиваются. Своеобразный белый цвет коры березы связан с наличием в ее клетках особого белого порошкообразного вещества – бетулина, высыпающегося из клеток при отшелушевании коры.
Весной по мере раскрывания вегетативных почек и развертывания молодых листьев на двухгодичном побеге становятся все более заметными почки последующего года вегетации. Их развитие продолжается все лето, приостанавливается зимой и возобновляется весной следующего года. В одних почках содержится только побег с листьями, в других с соцветиями того или иного пола и листьями, а в третьих – только с соцветиями.
По внешнему виду мужские и женские соцветия обычно хорошо различаются: мужские соцветия длинные, сережковидные, во время цветения висячие; женские – короткие, прямостоячие, шишковидные. Цветет одновременно с распусканием листьев.
После опыления мужские сережки усыхают и отваливаются, женские продолжаются развиваться, видоизменяются и превращаются в соплодия.
Плод – орешек, с 2 перепончатыми крыльями по сторонам. Созревает к концу лета или осенью.
2.2 Характеристика исследуемых площадок
Для проведения исследований влияния загрязнения на некоторые морфофизиологические особенности березы, нами было выбраны три участка в г. Саранске, различных в экологическом отношении.
Площадка №1 – Саранская средняя школа №36 расположена в северо-восточной части города. Её территория с южной стороны ограничена ул. Проспект 70 лет Октября, с северной ул. Гожувской, с восточной ул. Косарева, с западной ул. Севастопольская. Наиболее интенсивное движение транспорта осуществляется по улицам Севастопольская и Косарева, но вторая более удалена от территории школы.
Площадка №2 – аллея Саранского завода «Резинотехника», расположенного также в северо-восточной части на окраине города, от территории школы он удалён примерно на 5 км. Недалеко от территории завода проходит шоссейная дорога. Площадка №3 участок
лесного массива «Атемарский лес», расположенный в восточной части города Саранска, удалённый от жилого района Заречный примерно на 10 км., относится к территории Лямбирьского района Республики Мордовия.
2.3 Определение морфологических параметров годичных
побегов растений
На вышеуказанных площадках выбирали объект исследования – древесные растения березы бородавчатой (B. pendula).
Сравнительное изучение проводилось на 5 произвольно выбранных растениях в каждом варианте. С каждого дерева срезали по 10 побегов одного возраста первого яруса. У срезанных побегов с помощью линейки измеряли высоту годичного прироста. Определяли количество листьев. Взвешивание побегов производили на аптечных весах. Площадь листовой поверхности с помощью миллиметровой бумаги. Все данные заносили в таблицу 1 (Приложения).
Статистическую обработку данных проводили по методике Б.А. Доспехова (1985).
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Известно, что растения являются индикаторами загрязнения воздуха и реагируют на те концентрации, которые для животных еще не опасны. Таким индикационным показателем загрязнения воздуха может служить ежегодный прирост побегов, который на загрязненных участках может быть на 20-50 % ниже, чем на контрольных (Ашихмина, 2000).
Проведенное исследование показало, что деревья, растущие в черте города, испытывают явный антропогенный стресс по сравнению с деревьями, растущими в лесу. У них в большей степени наблюдались изменения в окраске листьев (хлороз), деформация листовых пластинок, преждевременное опадение листьев, что можно косвенно рассматривать как действие загрязняющих веществ на эти растения.
Морфологические параметры годичных побегов березы также изменялись в зависимости от условий обитания (Табл. 1). Данные таблицы 1 получены на основе статистической обработки результатов исследования, приведенных в таблице 1 Приложения.
Максимальные размеры имели исследованные растения на площадке №3 (территория Атемарского леса), что позволяет использовать эту площадку в качестве контроля. Так, в этих условиях у березы длина годичного побега составила 262,4 мм, масса побегов – 2,7 г, число листьев у березы – 9,5 шт. На этой же площадке наблюдалась наибольшая площадь листовой поверхности – 1373 мм2.
Таблица 1. – Влияние окружающей среды на некоторые биоморфологические признаки березы бородавчатой в условиях г. Саранска (2004 г.)