Еколого-біологічні характеристики платанів: Platanus orientalis L. i Platanus acerifolia Willd. урботехногенних територій (на прикладі міста Запоріжжя)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Еколого-біологічні характеристики платанів: Platanus orientalis L. i Platanus acerifolia Willd. урботехногенних територій (на прикладі міста Запоріжжя)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Проблеми екології та охорони життєвого оточення людини мають глобальний характер та набувають більшої гостроти в усьому світі. Урбоекосистему можна розглядати як техногенний субрегіон біосфери. У ній складається свій світ урбанізованої природи, що не схожа на дику ні за складом багатства, різноманітністю, ні за масою і законом формування. Поряд із природними біотичними та геологічними круговоротами речовин у біосфері виник і став більш вагомим третій круговорот речовин - антропогенний, що несе техногенні потоки речовин та енергії, які порушують рівновагу в біосфері. Початковим етапом у трофічному ланцюзі накопичення й розподілення речовин та енергії є рослини, які першими приймають токсичні речовини з ґрунту та повітря, чітко фіксують зміни екологічної обстановки (Бессонова, 1991; Коршиков и др.; 1995, Глухов та ін., 2006). Забруднення міст перевищує можливості самоочищення природних систем. За таких умов зелені насадження, що повинні бути засобом запобігання шкідливим наслідкам забруднень або хоч пом'якшення їх, самі зазнають згубної дії агресивних факторів урбанізованого середовища й потребують захисту (Ількун, 1974; Тарабрин, 1980; Сергійчик, 1984; Коршиков, 1995; Поляков, 1996; Бессонова, 1999; Лихолат, 2000).

Тому для оздоровлення природного середовища необхідне створення найбільш стійких та довговічних зелених насаджень із більш різноманітним видовим складом. Із цієї точки зору треба досліджувати перспективність застосування інтродукованих рослин, зокрема представників роду Platanus L. - платана східного, чинари (Platanus orientalis L.) і платана кленолистого, або лондонського (Platanus acerifolia Willd.). З одного боку, відомо про їхню декоративність при створенні загального архітектурного ансамблю різних міст (Давленбаев, 1987; Искандеров, 1993; Грабовий, 2000), з іншого - обмеженість відомостей про реакцію цих деревних порід на техногенне забруднення міст. Отже, з огляду на вищенаведене, набувають актуальності дослідження екології цих видів за умов промислового міста з високим рівнем забруднення атмосферного повітря.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася згідно з плановими дослідженнями Запорізького національного університету за держбюджетною темою „Фотосинтез і продуктивність фітоценозів при дії на рослини комплексу забруднювачів довкілля” (2003-2005 рр., № ДР 0103U000728) та Дніпропетровського державного аграрного університету за держбюджетною темою „Еколого-біологічні аспекти фітооптимізації антропогенно трансформованого середовища Придніпровського економічного регіону за участю інтродуцентів та аборигенних видів” (2005-2007 рр., № ДР 0105U001441).

Мета і завдання дослідження. Мета дисертаційної роботи - надати аналіз еколого-біологічних характеристик P. orientalis та P. acerifolia і оцінити їхню середоперетворюючу роль за умов урботехногенних територій (на прикладі міста Запоріжжя).

Для досягнення мети були поставлені такі завдання:

– виявити специфіку дії різноякісного промислового та автомобільного забруднення на ритми росту та розвитку P. orientalis та P. acerifolia;

– з'ясувати характер дії інгредієнтів промислових та автомобільних викидів на репродуктивний розвиток досліджуваних видів;

– дослідити вплив промислових та автомобільних емісій на морфо-анатомічні та функціональні характеристики асиміляційного апарату P. orientalis та P. acerifolia;

– за екофізіологічними показниками проаналізувати вплив техногенного середовища на зимостійкість та морозостійкість P. orientalis та P. acerifolia;

– надати оцінку середоперетворюючої ролі P. orientalis та P. acerifolia для екологічного нормування урботехногенного середовища, виділити критерії для фітоконтролю забруднення оточуючого середовища.

Об'єкт дослідження - рослини роду Platanus: P. orientalis та P. acerifolia.

Предмет дослідження - аутекологічні реакції та середоперетворююча роль P. orientalis та P. acerifolia в техногенному середовищі.

Методи дослідження. Стандартні методи польових та лабораторних еколого-анатомічних, екофізіологічних та фенологічних досліджень, метод атомно-абсорбційної спектрофотометрії, спектрофотометричні, гістохімічні методи, біометричний метод обліку результатів.

Наукова новизна одержаних результатів. Виконані оригінальні дослідження з екології представників роду Platanus - P. orientalis та P. аcerifolia за умов урботехногенних територій, встановлено вплив інгредієнтів промислових та автомобільних викидів на фенологічні ритми і процеси росту. Оцінено вплив забруднення на показники репродуктивного розвитку, особливості цвітіння та якість пилкових зерен P. orientalis та P. аcerifolia, на характеристики плодів і насіння, насіннєве розмноження представників роду Platanus. Розглянуто вплив забруднення середовища на ростові процеси листків та розвиток асиміляційного апарату, зміни морфо-анатомічної будови, вмісту хлорофілу та каротиноїдів листків платанів. Уперше надана оцінка морозостійкості та зимостійкості рослин роду Platanus у модельному та польовому дослідах за умов впливу урбанізованого середовища. Проаналізовано динаміку цукрів як кріопротекторів, систему взаємоперетворень крохмаль-цукри в пагонах рослин та лігніфікацію за умов впливу забруднення довкілля. Представлено аналіз поглинання важких металів та газоподібних промислових токсикантів, седиментації пилу, змін мікрокліматичних показників урботехногенних територій рослинами P. orientalis та P. acerifolia. Розглянуто формування консортивних зв'язків рослин роду Platanus міста Запоріжжя. Виявлено показники для фітоіндикації забруднення.

Практичне значення одержаних результатів. Уперше обґрунтовано можливість використання видів роду Platanus для озеленення урботехногенних територій із різним рівнем та якістю забруднення. Розроблені та впроваджені рекомендації щодо використання видів роду Platanus L. в озелененні промислових територій. Результати дослідження використовуються в науковій і навчальній роботі на кафедрі загальної та прикладної екології і зоології Запорізького національного університету, кафедрі садово-паркового господарства Дніпропетровського державного аграрного університету. Дослідження закономірностей трансформації росту, розвитку рослин P. orientalis та P. acerifolia в техногенному середовищі дозволяє виділити критерії для фітоконтролю забруднення оточуючого середовища та екологічного прогнозування.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота виконана автором і є самостійним завершеним дослідженням. Здобувачем розроблена програма, відпрацьовано методи досліджень, виконано експеримент, аналіз та статистичну обробку даних, зроблено узагальнення, проведено інтерпретація одержаних даних, сформульовано висновки і практичні рекомендації, проведено апробацію матеріалів дисертації та підготовку до друку наукових праць.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, основні положення і висновки з дисертації викладено на: Міжнародній науковій конференції з екології „Україна наукова 2003” (Дніпропетровськ, 2003), IV Міжнародній науковій конференції „Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку” (Донецьк, 2003), VII Міжнародній науково-практичній конференції з екології „Наука і освіта 2004” (Дніпропетровськ, 2004), І міжнародній конференції молодих вчених „Сучасні проблеми екології” (Запоріжжя, 2005), VII Міжнародній науково-практичній конференції з біологія „Наука і освіта 2004” (Дніпропетровськ, 2004), Науково-практичній конференції „Природничі науки на межі століть” (Ніжин, 2004), Міжнародній науково-практичній конференції «Актуальные вопросы ботаники и физиологии растений» (Саранськ, 2004), Міжнародній конференції „Проблеми інтродукції, збереження біорізноманіття та раціонального використання рослин в сільському господарстві” (Ялта, НБС-ННЦ, 2004), Міжнародній науковій конференції „Проблеми збереження, відновлення та збагачення біорізноманітності в умовах антропогенно зміненого середовища” (Кривий Ріг, 2005), ІІІ Міжнародній конференції молодих вчених „Біорізноманіття. Екологія. Еволюція. Адаптація” (Одеса, 2007), Міжнародній конференції „Сучасні проблеми біології, екології та хімії” (Запоріжжя, 2007).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 21 друкована праця,

з них 10 - у фахових наукових виданнях, що входять до переліку, затвердженого ВАК України, 11 - у тезах конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 259 сторінках комп'ютерного набору й складається із вступу, 6 розділів, рекомендацій, висновків, 18 додатків, списку використаної літератури (327 джерел). Робота містить 57 таблиць та 59 рисунків.

Основний зміст

автомобільний екологічний урботехногенного платан

Техногенне забруднення, стан і перспективи озеленення урбанізованих територій

Аналізуються літературні дані впливу викидів підприємств та автотранспорту на стан деревних рослин у промисловому місті, розглядається їхня екологічна роль, адаптивні реакції на забруднення та перспективи екологічних і фітоценотичних підходів для створення зелених насаджень з метою покращення життєвого простору в техногенно трансформованому середовищі.

Актуальність таких досліджень цілком очевидна. Значний інтерес у зв'язку з цим становлять рослини роду Platanus, екологія яких та середоперетворююча роль у техногенно трансформованому середовищі промислових міст не досліджена. Є тільки окремі роботи, які торкаються лише деяких сторін цієї проблеми на рівні оцінки загального вигляду рослин.

Екологічна характеристика району досліджень, об'єкти і методи

Характеристика ґрунтово-кліматичних умов природних ареалів Platanus orientalis й Platanus acerifolia та місця їх інтродукції. Дослідження проводилися в період 2002-2006 рр. у польових та лабораторних умовах. Польові експерименти виконувалися на стаціонарних ділянках міста Запоріжжя. Зроблено порівняльний аналіз клімату міста Запоріжжя та природних районів розповсюдження P. orientalis та P. acerifolia. Обмежуючим чинником росту рослин є сильні морози взимку, ранньоосінні та пізньовесняні заморозки. На фоні цих чинників діє такий несприятливий екологічний фактор, як забруднення довкілля урботехногенного середовища.

Екологічна характеристика дослідних ділянок. Контрольні рослини зростали в умовно чистій зоні Запорізької області на значній відстані від промислових підприємств. Дослідні рослини зростали на ділянках, що відрізнялися рівнем запиленості та якісним складом забруднювачів. Для цих ділянок характерні також разові підвищення концентрацій забруднювачів у наслідок неорганізованих викидів. Дослідна ділянка 1 знаходилася в зоні прямого впливу емісій промислових підприємств чорної металургії (ВАТ „Запоріжсталь”, ВАТ „Дніпроспецсталь”). Перевищення ГДК за сірчаним газом, оксидом азоту, оксидом вуглецю, пилом та іншими агресивними речовинами на цій ділянці було в 3,1-12,1 рази. Ділянка 2 розташована біля алюмінієвого заводу, де перевищення ГДК встановлено в 5,1-21,3 разів, двооксиду нітрогену - в 3,6-5,3 рази, фенолу - в 1,5 рази, сірчаного ангідриду - в 2,2-4,3 рази. Ділянка 3 знаходилася поряд із трансформаторним заводом, максимальну концентрацію у його викидах складають оксид нітрогену (у 1,4-6,1 рази перевищує ГДК), оксид вуглецю (у 1,4-5,2 рази перевищує ГДК) та сірчаний ангідрид (у 1,4-1,6 рази перевищує ГДК). Ділянки 4 та 5 характеризувалися середньою та високою інтенсивністю руху автотранспорту. На цих ділянках у повітрі кількість оксиду вуглецю, двооксиду азоту перевищували ГДК у 2,6-4,2 рази, сполуки свинцю - у 4,8-5,2 рази. Ґрунтово-кліматичні умови контрольної та дослідних ділянок істотно не відрізнялися.

Об'єкти та методи дослідження. Обєктами досліджень були деревні рослини роду Platanus L.: платан східний (Platanus orientalis) та платан кленолистий (Platanus acerifolia Willd.) у віці 25-35 років. Вивчення ритму проходження фенологічних фаз проводилося згідно з методиками І.Н. Бейдемана (1974) та інших. Морфометричні виміри та анатомічні дослідження проводили за загальноприйнятими методиками. Кількість продихів підраховували методом відбитків у 30 полях зору для кожного варіанта. Визначали коефіцієнт палісадності, ксероморфності (Жалдак, 2000) та продиховий показник (Вехов, Лотова, Филин, 1980). Кількість плодів модельної гілки розраховували за методикою Н.Д. Нестеровича (1958), характеристики плодів та насіння визначали згідно з загальноприйнятими методиками. Модельні експерименти з фумігації насіння під час проростання проводили за методикою В.С. Ніколаєвського (1979).

Вміст крохмалю та цукрів визначали за методикою Х.Н. Починка (1976), лігнін - титрометричним (Практикум, 1982), активність пероксидази - спектрофотометричним методом (Гавриленко, 1975), важкі метали, сірку та феноли - за загальноприйнятими методиками (Бессонова, 2001). Концентрацію хлорофілу в листках визначали на спектрофотометрі СФ-46, каротиноїди після розподілу на хроматографічному папері - спектрофотометрично (Гавриленко та ін., 1975).

Морозостійкість визначали проморожуванням (Сергеев, 1953, Сергеева, 1971), зимостійкість - за методикою І.А. Добровольського (1968). Оцінювання ступеня ушкодження тканин на поперечних зрізах проводили за 6-ти бальною шкалою (Соловйова, 1982). Формування консортивних зв'язків визначали та відображали схематично за працями В.В. Мазинга (1966), Т.А. Работнова (1970). Систематичну приналежність комах визначали за В.М. Єрмоленко, З.Ф. Клочко (1971).

Еколого-морфологічні та анатомічні дослідження проводились у 50-100, еколого-фізіологічні - у 3-4 повтореннях. Отримані результати опрацьовували статистично (Лакін, 1990).

Вплив ЗАБРУднювачів довкілля урбанізованого середовища на ріст та розвиток представників роду Platanus L.

Екологічні умови Запорізької області і фенологічні ритми Platanus orientalis та Platanus acerifolia в урбанізованому середовищі. За умов урботехногенного середовища в рослин P. orientalis та P. acerifolia спостерігається скорочення тривалості фази лінійного росту пагонів та цвітіння, більш ранній початок фаз зміни забарвлення та обпадання листків на відміну від контрольних рослин. Посуха 2003 року посилювала несприятливу дію забруднювачів на проходження вищевказаних фаз. Інгредієнти промислового забруднення значніше впливають на фенологічні ритми дослідних рослин, ніж вихлопи автотранспорту, при цьому меншу стійкість показали рослини P. orientalis.

Забруднення навколишнього середовища як екологічний фактор і процеси росту в P. orientalis і P. acerifolia. Забруднення довкілля зменшує величину річного приросту пагонів P. orientalis та P. acerifolia порівняно з контролем за рахунок скорочення числа міжвузлів, найбільше ріст пригнічується викидами алюмінієвого комбінату, значно менше - біля трансформаторного заводу та у вуличному насадженні. Співставлення рівня інгібування росту з цим показником в інших видів рослин свідчить про відносну толерантність досліджуваних нами видів роду Platanus.

Вплив забруднення довкілля на репродуктивний розвиток представників роду Platanus. Кількість суцвіть весною залежить від вологості та кількості опадів у літній та осінній періоди, а також від зимових температур. Найменшою кількість суцвіть у контролі виявилася весною 2004 року, бо закладання бруньок відбулося у 2003 - найпосушливішому році. Мінімальна кількість суцвіть була відмічена на ділянці 2 у 2006 році, коли поєдналися негативні чинники: сувора зима та забруднення довкілля викидами підприємства кольорової металургії на цій ділянці. Інгредієнти промислових викидів та вихлопів автотранспорту призводять до порушення формування пилку, у результаті чого зростає його морфометрична різноякісність, стерильність.

За показниками якості насіння найбільш чутливими до атмосферного забруднення в обох досліджуваних видів є маса 1000 насінин, діаметр насіння, ґрунтова схожість та енергія проростання. Практично не впливають інгредієнти промислових викидів на довжину насінин.

Проростання насінин є критичною фазою репродуктивного розвитку рослин. Нами досліджено в модельних дослідах характер дії газів HF, SO₂ та NO₂ на проростання насінин і початкові стадії онтогенезу дослідних об'єктів. Токсичні гази НF, SO₂ та NO₂ у визначених концентраціях пригнічують проростання насінин досліджених видів, що проявляється в затримці цього процесу і меншій кількості пророслого насіння. Найбільш токсичним та агресивним є НF. Менше негативна дія токсичних газів на процес проростання насінин відмічена у P. acerifolia.

Забруднення середовища як екологічний фактор і Стан асиміляційного апарату представників роду Platanus

Ушкодження листків рослин роду Platanus та модифікація їхньої форми у міському середовищі. За рівнем ушкодженості листків під впливом викидів підприємств та автотранспорту рослини P. оrientalis та P. аcerifolia відносяться до достатньо стійких деревних порід. За негативною дією емісій промислові підприємства можна розташувати у ряд: алюмінієвий комбінат > металургійний комбінат > трансформаторний завод. Шкідливість викидів автомобільного транспорту дещо більша, ніж забруднювачів трансформаторного заводу.

Забруднення середовища і ростові процеси листків та розвиток асиміляційного апарату P. оrientalis та P. аcerifolia. Різноякісне забруднення довкілля промисловими викидами та інгредієнтами вихлопів автомобілів мало змінює площу асиміляційного апарату листків та асиміляційної поверхні модельної гілки досліджуваних видів, ушкодження проявляються лише наприкінці вегетації, що свідчить про відносну стійкість P. orientalis та P. acerifolia.

Вплив урбанізованого середовища на морфо-анатомічну будову листка платанів. На всіх дослідних ділянках урбанізованого середовища спостерігається збільшення товщини листової пластинки, кількості продихів, продихового індексу. Найсуттєвіші зміни відмічено біля металургійних заводів та шляхів з високою інтенсивністю автомобільного руху.

Збільшення щільності продихів на одиницю площі епідермісу в листків дослідних рослин за хронічної дії техногенних емісій є пристосувальною реакцією до зростання в цих умовах.

На дослідних ділянках відмічено зростання індексу ксероморфності, це свідчить про посилення ксероморфних рис у листків рослин P. orientalis та P. acerifolia за умов забруднення як промисловими, так і автомобільними викидами. Найсильніше ці зміни відбуваються за дії інгредієнтів промислових викидів металургійних підприємств. Для рослин P. orientalis встановлена більша ступінь ксероморфності, це пояснює меншу пошкодженість їхніх листків за умов забруднення та більшу стійкість до посухи.

Вплив забруднення довкілля на вміст пластидних пігментів P. orientalis та P. acerifolia. Вміст пігментів та їхній стан визначають продуктивність, життєздатність та стійкість рослин. В обох досліджуваних видів у середині вегетації відбувається деяке збільшення суми зелених пігментів за рахунок підвищення частки кількості хлорофілу b від загальної кількості хлорофілу. Лише наприкінці вегетації у листках відбувається достовірне зменшення суми зелених пігментів. Інтенсивний рух автомобілів спричиняє зміщення рівня пігментів віолоксантинового циклу: вміст віолаксантину зростає, а кількість каротину і зеаксантину падає. Це можна вважати адаптивною реакцією на забруднення довкілля полікомпонентними викидами автотранспорту. Каротиноїди більш чутливі до полікомпонентного забруднення, ніж хлорофіл.

Зимостійкість рослин роду Platanus за умов міста запоріжжя та вплив урботехногенного середовища на її прояв

Оцінка морозостійкості платанів під час польового та модельного дослідів. Забруднення оточуючого середовища посилює дію морозів та знижує морозостійкість рослин порівняно з контролем. Залежно від температурних умов взимку за роками досліджень кількість вимерзлих пагонів сильно різниться. Як правило, вимерзають тільки кінцівки пагонів. Але взимку 2005/2006 років, коли температура знижувалася до -38,7єС, вимерзли окремі гілки і майже всі зимуючі бруньки. Найбільше постраждали рослини біля металургійних підприємств, але вже в кінці травня дерева вкрилися листками. Відновлення крони дерев P. acerifolia та P. оrientalis після пошкодження взимку відбувається за рахунок розвитку в непошкодженій частині сплячих бруньок. Пагони, що утворилися знову вже в червні, зростали досить швидко та відновлювали декоративність крони. Отже, платани характеризуються високою здатністю відновлювати крону.

Досліди зі штучним проморожуванням пагонів платанів у період спокою показали, що значніше пошкоджувалися під впливом низьких температур живі клітини деревини й серцевина. Дещо менше ушкоджуються бруньки. У фазі глибокого спокою температура -40°С є згубною як для тканин, так і для вегетативних бруньок, у той час як при -20°С ушкодження незначні. У період цвітіння температура нижча за -5°С, негативно впливає на подальший розвиток бруньок, вони розкриваються із запізненням, а при температурі -10°С - більше 50% бруньок в обох видів ушкоджуються та не розкриваються.

Лігніфікація як показник морозостійкості рослин роду Platanus і вплив забруднення довкілля на цей процес. Важливим фактором морозостійкості рослин є лігнін. Відкладання лігніну в пагонах дослідних рослин прискорюється, порівняно з контролем. Це узгоджується з підвищенням активності пероксидази, якій належить важлива роль у процесах лігніфікації. У корі й живих клітинах деревини пагонів платанів виявлено два максимуми активності пероксидази: перший - у період інтенсивної лігніфікації (серпень), другий - у період найнижчих температур повітря у лютому, хоча він і менший за перший. Забруднення довкілля призводить до збільшення активності пероксидази щодо контрольних значень, особливо в період вегетації, що узгоджується з активацією лігніфікації.

Забруднення довкілля і динаміка цукрів у листках в осінній період як показник морозостійкості рослин. Співставлення вмісту суми цукрів у листках рослин різних варіантів свідчить, що як промислове, так і автомобільне забруднення негативно впливають на їх накопичення. У зв'язку з неповним проходженням фази обпадання листків значна їх кількість замерзає на деревах. Порівняння вмісту цукрів в опалому і замерзлому на деревах листі свідчить, що велика їх кількість залишається в листках при їхньому замерзанні, тобто не відтікає в пагони і втрачається для рослин. Кількість цукрів у замерзлому листі значно перевищує цей показник у листках на деревах у всіх варіантах у листопаді перед сильним зниженням температур й після цього. Це може бути одним із чинників меншої зимостійкості рослин, що зазнають хронічного впливу інгредієнтів промислових та автомобільних викидів стосовно контролю.

Вплив забруднення довкілля на динаміку вуглеводів у пагонах представників роду Platanus у зв'язку з їхньою морозостійкістю. У першу фазу кріоадаптації в пагонах P. orientalis і P. acerifolia міститься менше цукрів, оскільки не відбувається повного гідролізу крохмалю. Це викликає зменшення вмісту кріопротекторних цукрів, глюкози і сахарози порівняно з контролем, що може бути однією з причин вимерзання пагонів у суворі зими. Отже, забруднення довкілля в промисловому місті призводить не тільки до меншого накопичення крохмалю в пагонах, але й порушує динаміку взаємоперетворень крохмаль-цукри в осінньо-зимовий період, уповільнюючи цей процес, особливо в P. orientalis.

Середоперетворююча роль рослин P. orientalis та P. acerifolia за умов урботехногенного середовища

Середоочищувальна роль P. orientalis та P. acerifolia в урбанізованому середовищі. Крони P. orientalis і P. acerifolia видаляють з атмосферного повітря значну кількість пилу (рис. 3), що містить токсичні для здоров'я людини елементи. Визначення кількості пилу, що осів на листки рослин платанів за добу, свідчить, що найбільша вона в зоні емісій алюмінієвого комбінату (ділянка 2). Високий рівень цього показника виявлено на листках дерев у зоні металургійних підприємств (ділянка 1), менший - біля трансформаторного заводу (ділянка 3) та автомобільних шляхів із різною інтенсивністю руху (ділянка 4 та 5).

Платанові дерева мають високі показники пилоосадження. Найвища пилозатримуюча здатність листків рослин роду Platanus встановлена нами в травні, коли опушеність листків виражена найсильніше. У зоні дії емісій металургійних підприємств поверхня листків осаджує велику кількість Fe, Mg та Ca, у менших кількостях - Mn, Pb, Zn, Cr. Це залежить від співвідношення металів в аерозолях викидів підприємств.

У листках рослин роду Platanus накопичується значна кількість важких металів, що є аерогенними забруднювачами довкілля (рис. 4). Найсуттєвіше кількість важких металів Fe, Ca, Mg, Pb щодо контролю підвищується в листках дослідних рослин ділянок 1 й 2, де діють викиди заводів чорної та кольорової металургії. Наступною за накопиченням Pb, Cd, Ni можна виділити ділянку, яка знаходиться в зоні дії викидів автомобільного транспорту з високою інтенсивністю руху. Найменшими значеннями коефіцієнтів накопичення металів характеризуються листки рослин біля ВАТ “Трансформаторний завод”.

Листки платанів є ефективними акумуляторами небезпечних фітотоксикантів таких, як фториди, хлориди, газоподібні сполуки сірки, фенол. Найвищі показники вмісту сірки в листках рослин дослідних варіантів виявлені в кінці вегетаційного періоду на ділянці 2 (біля алюмінієвого комбінату), де забруднення повітря сполуками сірки - найзначніше. У рослин цього варіанта її кількість на одиницю маси листка зростає майже в 3,6 рази порівняно з контролем.

Найзначніше накопичення хлору за вегетацію на одиницю маси виявлено в рослин біля алюмінієвого комбінату. Аналіз накопичення фтору за вегетацію на одиницю маси показує, що за ступенем збільшення його в листках платанів дослідні ділянки розташовуються так: контроль < ділянка 5 < ділянка 3 < ділянка 1 < ділянка 2.

Найбільше накопичення фенолу за вегетацію на одиницю маси визначено в листках рослин ділянки 2 (біля алюмінієвого заводу) та ділянки 1 (зона дії підприємств чорної металургії). Наші дослідження дають можливість визначити дерева P. orientalis та P. acerifolia як особливо цінні в якості санітарно-гігієнічних насаджень за показниками очищення повітря від забруднюючих елементів.

Роль P. orientalis та P. acerifolia в оптимізації екологічних факторів урбанізованого середовища. Завдяки структурі крони, розмірам та розташуванню листків платанові дерева мають значну перевагу перед такими аборигенними видами, як Acer platanoides та Tilia сordata, бо значно покращують мікрокліматичні умови довкілля. Вони від 2 до 22 разів знижують денний показник сонячної радіації, на 6-11°С знижують температуру повітря в найспекотніші години та істотно підвищують відсоток вологості повітря під кроною. P. acerifolia та P. orientalis можна рекомендувати для покращення мікрокліматичного та санітарно-гігієнічного режиму промислових районів. Оптимальніше ці функції виконують досліджувані види у групових насадженнях на міських територіях та промислових майданчиках, хоча й поодинокі екземпляри суттєво оптимізують санітарно-гігієнічні показники.

Консортивні зв'язки рослин роду Platanus. За умов забруднення довкілля представникам роду Platanus належить певна роль у збереженні біоценозів урбанізованих територій. Нами досліджено консортивні зв'язки дерев роду Platanus. Встановлено, що консорція роду Platanus складається з двох концентрів, до складу яких входить 16-19 консортів, залежно від забруднення довкілля. У перший концентр досліджуваної консорції входять організми, які пов'язані з основою консорції трофічними зв'язками. У другий концентр входять організми, які живуть за рахунок організмів першого концентра, це, в основному, зоофаги. При цьому, за умов урбанізованого середовища, кількість паразитичних видів на платанах збільшується, що позначається на видовому різноманітті консорції, детермінантом якої є дерева роду Platanus.

Висновки

1. Найважливішим науковим результатом дисертаційної роботи є комплексне вивчення аутекологічних реакцій P. orientalis та P. acerifolia на спектр забруднювачів довкілля та їхньої середоперетворюючої ролі в урботехногенному середовищі, встановлення доцільності використання цих видів для озеленення територій промислового міста з різним рівнем аерогенного забруднення, виявлення інформативних тест-параметрів із використанням цих рослин як тест-об'єктів для фітоіндикації.

2. За умов урботехногенного середовища і в P. orientalis, і в P. acerifolia спостерігається скорочення тривалості фаз лінійного росту пагонів та цвітіння, більш ранній початок фаз зміни забарвлення та обпадання листків на відміну від контрольних рослин. Хронічний вплив забруднювачів, особливо інгредієнтів металургійних підприємств, пригнічує ріст пагонів досліджуваних видів, але навіть на найбільш забрудненій ділянці різниця з контрольними показниками не перевищує 30%, за винятком найпосушливішого 2003 року, що свідчить про відносну стійкість P. orientalis та P. acerifolia.

3. Забруднення довкілля інгредієнтами промислових й автомобільних викидів викликає зростання морфометричної різноякісності та стерильності пилкових зерен порівняно з контролем, особливо в P. orientalis. За показниками якості насіння найбільш чутливими до забруднення атмосферного повітря в обох досліджуваних видів є маса 1000 насінин, діаметр насіння, ґрунтова схожість та енергія проростання. Діаметр насіння та його виповненість змінюється менше в P. acerifolia.

4. На всіх дослідних ділянках урботехногенного середовища спостерігається збільшення товщини листкової пластинки, кількості продихів, продихового індексу та індексу ксероморфності листків досліджуваних видів порівняно з контролем. Певні зміни структури листків у бік ксероморфності виявлені в P. orientalis, що узгоджується з рівнем ушкодженості цих органів, декоративність яких знижується за рахунок ураженості лише в другій половині вересня.

5. Починаючи із середини вегетації відбувається незначне збільшення суми зелених пігментів за рахунок підвищення частки хлорофілу b від загальної кількості хлорофілу в листках досліджуваних видів рослин. Лише наприкінці вегетації спостерігається невелике достовірне зменшення суми зелених пігментів. Високий рівень забруднення довкілля призводить до падіння кількості каротину та зеаксантину і підвищення вмісту віолаксантину в дослідних рослин, що можна вважати адаптивною реакцією.

6. В умовах урботехногенних територій більшою зимостійкістю та морозостійкістю і у польових, і в модельних дослідах за екофізіологічними показниками характеризуються рослини P. acerifolia. В умовах забруднення довкілля менша кількість цукрів відтікає з листків у пагони рослин, гальмується гідроліз крохмалю порівняно з контролем. Це зменшує кількість кріопротекторних цукрів, особливо сахарози, що може бути причиною зниження морозостійкості рослин за цих умов.

7. За показниками росту, станом асиміляційного апарату рослини P. orientalis виявляють більшу толерантність до забруднення в роки з сильними посухами і високими температурами у вегетаційний період (2003, 2005 рр.), P. acerifolia - у роки з суворими зимами.

8. Як P. orientalis, так і P. acerifolia характеризуються високими показниками седиментації на листках крони пилу, що містить велику кількість токсичних для здоров'я людини важких металів (Cd, Pb, Cu, Ni, Mn, Fe i Cr), та значною ємністю поглинання газоподібних токсикантів (SO₂, Cl, F, феноли), що вказує на безперечну середоочищувальну роль дослідних видів.

9. Завдяки структурі крони, розмірам та розташуванню листків рослини роду Platanus значно покращують мікрокліматичні умови довкілля влітку. Вони від 2 до 22 разів, залежно від сезону року, знижують денний показник сонячної радіації, на 6-11°С зменшують температуру повітря в найспекотніші години та досить суттєво підвищують вологість повітря під кроною. Більш оптимальному виконанню цих функцій деревами P. acerifolia та P. orientalis сприяють їхні групові насадження, хоча й поодинокі екземпляри суттєво оптимізують санітарно-гігієнічні показники.

10. В умовах міста Запоріжжя відбувається формування консортивних відношень дерев роду Platanus. В урботехногенному середовищі кількість паразитичних видів на платанах збільшується порівняно з контролем, що позначається на видовому різноманітті консорції, детермінантом якої є дерева роду Platanus.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Капелюш Н.В. Накопичення важких металів в листках Platanus orientalis L. в умовах техногенного забруднення // Питання біоіндикації та екології. - Запоріжжя, 2003. - Вип. 8. - № 2. - С. 86-94.

2. Бессонова В.П., Капелюш Н.В., Овчаренко С.В., Письменчук В.Д. Влияние поликомпонентных выбросов автомобильного транспорта на содержание хлорофилла в листьях древесных растений // Бюл. Никитского бот. сада. - Ялта, 2004. - Вып. 89. - С. 73-75 (здобувачем проведено експеримент, статистичну обробку даних, зроблено висновки та узагальнення стосовно виду P. orientalis, 60%).

3. Капелюш Н.В. Вплив інгредієнтів промислових викидів на характеристики плодів і насіння Platanus orientalis L. // Питання біоіндикації та екології. - Запоріжжя, 2004. - Вип. 9. - № 2. - С. 119-127.

4. Капелюш Н.В. Динаміка хлорофілу у листках Platanus orientalis L. та P. acerifolia Willd. за умов забруднення середовища // Вісник Дніпропетровського університету. - Дніпропетровськ, 2006. - № 3/1. - С. 76-80.

5. Капелюш Н.В. Вплив фумігації НF, SO₂ та NO₂ на проростання насіння та розвиток вегетативних органів рослин Platanus orientalis L. // Вісник Запорізького національного університету. - Запоріжжя, 2005. - № 1. -

6. С. 95-99.

7. Капелюш Н.В., Бессонова В.П. Динаміка каротиноїдів в листках рослин Platanus orientalis L., що знаходяться під впливом викидів

8. автотранспорту // Питання біоіндикації та екології. - Запоріжжя, 2004. - Вип. 9. - № 1. - С. 95-104 (дисертантом самостійно проведено експеримент, статистичну обробку даних, зроблено висновки, оформлено роботу, 70%).

9. Капелюш Н.В., Бессонова В.П. Зміна анатомічних показників листків Platanus orientalis L. під дією промислових емісій (техногенного навантаження) // Інтродукція рослин. - К., 2005. - № 1. - С. 81-87 (дисертантом проведено експеримент, статистичну обробку, зроблено висновки та узагальнення, оформлено роботу, 80%).

10. Капелюш Н.В. Вплив викидів автомобільного транспорту на ритми сезонного розвитку видів роду Platanus L. в умовах південного сходу України // Питання біоіндикації та екології. - Запоріжжя, 2006. - Вип. 11. - № 1. - С. 95-107.

11. Капелюш Н.В., Бессонова В.П. Особливості реакції рослин роду Platanus, що зростають біля автошляхів, на обрізання крони (за умов промислового міста) // Зб. наук. праць Полтавського держ. педагог. університету. - Серія „Екологія. Біологічні науки”. - Полтава, 2006. - Вип. 5 (52). - С. 117-124 (здобувачем проведено експеримент, зібрано та проаналізовано фактичний матеріал, проведено статистичну обробку результатів, зроблено висновки та оформлено роботу, 80%).

12. Капелюш Н.В., Бессонова В.П. Середоочищувальна роль Platanus orientalis у насадженнях санітарно-гігієнічного призначення // Вісник Дніпропетровського університету, 2007. - Вип. 15, т. 1. - С. 59-66 (здобувачем проведено експеримент, статистичну обробку даних, оформлено роботу, 60%).

13. Капелюш Н.В., Бессонова В.П. Платан восточный в насаждениях города Запорожье // Проблемы содержания зеленых насаждений и городских лесов в условиях Москвы: Материалы общегородской конференции. - М.: Прима-М, 2003. - С. 119-122 (дисертантом проведено експеримент, аналітичну обробку результатів, оформлено роботу, 70%).

14. Капелюш Н.В. Платан східний в озелененні міста Запоріжжя // Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку: Матеріали ІV Міжнар. наук.

15. конф. - Донецьк: ТОВ “Лебідь”, 2003. - С. 325-327.

16. Капелюш Н.В. Семенное размножение и развитие платана восточного в Запорожье // «Україна наукова 2003». Матеріали Міжнародної науково-практичної конф. Дніпропетровськ, 16-20 червня 2003 р. - Дніпропетровськ, 2003. - Т. 15. - С. 12-13.

17. Капелюш Н.В. Вплив викидів автотранспорту на накопичення важких металів у листках Platanus orientalis L. // «Наука і освіта 2004». Матеріали VІІ Міжнародної науково-практичної конф. - Т. 60, Екологія. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2004. - С. 5-6.

18. Бессонова В.П., Капелюш Н.В., Овчаренко С.В., Письменчук В.Д. Влияние загрязнения выбросами автотранспорта на содержание форм каротиноидов в листьях древесных растений // «Наука і освіта 2004». Матеріали VІІ Міжнародної науково-практичної конф. - Том 55. Екологія. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2004. - С. 15-16 (Здобувачем проведено експеримент, статистичну обробку даних, оформлено роботу, 60%).

19. Капелюш Н.В. Особливості використання Platanus orientalis L. в очищенні повітря міста Запоріжжя // Природничі науки на межі століть: Матеріали науково-практичної конф. - Ніжин, 2004. - С. 42.

20. Капелюш Н.В. Platanus orientalis L. на участках с различной интенсивностью движения автотранспорта // Актуальные вопросы ботаники и физиологии растений: Материалы Междунар. наук. конф., посвященной 100-летию со дня рождения проф. В.Н.Ржавина. - Саранськ: Изд-во Мордов. ун-та, 2004. - С. 109-110.

21. Приступа И.В., Капелюш Н.В. Некоторые аспекты метаболизма углеводов в связи с использованием представителей родов Magnolia L. и Platanus L. в озеленении техногенных территорий юго-востока Украины // Проблеми збереження, відновлення та збагачення біорізноманітності в умовах антропогенно зміненого середовища: Матеріали міжнар. наук. конференції. Кривий Ріг, 16-19 травня 2005 р. - Кривий Ріг, 2005. - С. 478-480 (здобувачем зібрано та проаналізовано фактичний матеріал, проведено статистичну обробку результатів, зроблено висновки та оформлено роботу, 80%).

22. Капелюш Н.В. Загрязнение среды выхлопами автотранспорта и лигнификация побегов Platanus orientalis L. // Сучасні проблеми екології: Збірка матеріалів Першої Міжнародної конференції молодих вчених. - Запоріжжя, 2005. - С. 121-122.

23. Капелюш Н.В. Фитосанитарное состояние P. orientalis та P. acerifolia в условиях города Запорожье // Розмаїття живого. Екологія. Адаптація. Еволюція: Матеріали ІІІ Міжнародної конференції молодих вчених, присвяченої 100-річчю з дня народження видатного українського лихенолога М.Ф. Макарович. Одеса, 15-18 травня 2007 р. - Одеса: Печатний дом, 2007. - С. 29-30.

24. Капелюш Н.В. Вплив інгредієнтів викидів промислових підприємств на ритми сезонного розвитку видів роду Platanus L. за умов Південного Сходу України // Сучасні проблеми біології, екології та хімії: Збірка матеріалів Міжнародної конференції, присвяченої 20-річчю біологічного факультету ЗНУ. Запоріжжя, 20 березня - 1 квітня 2007 р. - Запоріжжя, 2007. - С. 35-37.

Размещено на Allbest.ru