Необходимо вычислить площадь поля зрения микроскопа по формуле:

S=рrІ

где: S -площадь поля зрения,

r-радиус поля зрения микроскопа

d-диаметр поля зрения микроскопа

р-3,1416

Диаметр поля зрения микроскопа измеряется объект-микрометром. Зная цену деления объект - микрометра(см. маркировку на пластинке объект-микрометра), легко вычислить диаметр поля зрения микроскопа. Затем подсчитывали количество изучаемых структурных элементов в поле зрения микроскопа(при условии, что изучаемая ткань или орган занимают все поле зрение микроскопа). Количество изучаемых структурных элементов =Количество их в поле зренияx1ммІ/площадь поля зрения на ед. пл. в 1 ммІ (1ммІ). Отношение - 1 мм І/площадь поля зрения микроскопа(ммІ) является постоянным коэффициентом для данной оптики, на который можно умножать подсчитанное количество структурных элементов в поле зрения, не составляя каждый раз уравнения.

ГЛАВА 4. ЭКОЛОГО - БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ АДАПТАЦИИ MALUS BACCATA (L ), ULMUS PUMILA (L.), SYRINGA VULGARIS (L.) К ВОЗДЕЙСТВИЮ ФАКТОРОВ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ

4.1 Дисперсность и запыленность листьев

Древесные породы, для которых естественно произрастание в сомкнутых ценозах, на городских улицах, в скверах и парках представляют собой растительные группировки. Это приводит к перестройке, то есть структура и жизнедеятельность лесного дерева, оказавшегося на открытом местообитании, перестраиваются, и увеличивает опасность перегрева листовой поверхности, потерю воды путем транспирации, значительно возрастает доля листьев световой структуры даже в глубине кроны. Уровень пылевого загрязнения листьев является показателем напряженности экосистемы, поэтому по степени загрязнения листьев можно судить о степени загрязнения экосистемы.

Нами проведены исследования по изучению дисперсности и запыленности листьев, как показателей, способствующих отбору древесных и кустарниковых пород, обладающих наибольшими пыле, газо- и дымоустойчивыми свойствами в условиях загрязнения атмосферного воздуха г. Улан-Удэ. Разные виды деревьев и кустарников, произрастающих в городе Улан-Удэ, неодинаково реагируют на действие пыли, газа и дыма, а в городских выбросах чаще содержатся примеси тяжелых металлов свинец, ртуть и другие.

При отборе проб (листьев) для определения учитывали возраст и ярус растения. Запыленность листьев определяли по разнице в весе запыленной и чистой листовой пластинки. Данные исследований приведены в таблице 6.

Табл.6

Показатели запыленности листьев Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgaris за 2011-2012гг на 3-х ключевых участках в сравнении с контролем

Рис.9. Запыленность листьев(%) Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgaris за 2011-2012г на 3-х ключевых и контрольном участках

Результаты наблюдений свидетельствуют, что существует заметное различие. За 2011 г. дисперсность у яблони на 1 участке снижена (57,4) и имеет сравнительно одинаковые показатели на 2 и 3 участках. У сирени (56,05) снижена на 1 участке и повышена на 3 участке (69,3),у ильма(83,3) на втором участке (рис.9) повышена и снижена на 1 участке (53,01). За 2012 г. напротив дисперсность у яблони снижается на 2 участке (52,81), а на первом - повышается (58,1).Низкий показатель у ильма зафиксирован на 1 участке, на 2 и 3 показатели относительно одинаковые. Сирень имеет повышенные показатели на 3 участке (58,42) и снижает значение на 1 участке (43,08).Такое различие связано с разницей по годам температурного режима и количества осадков. Так как в 2011 году была более высокая температура(+20,3), чем в 2012 г.(+19,6).А количество осадков в 2012 г. преобладало (выше нормы на 191%). Запыленность в 2012 году у всех видов снижена в связи с повышенными осадками.

Как видно из данных таблицы 1, в 2011 году показатель запыленности листьев на всех ключевых участках был выше у всех видов растений в сравнении с 2012 годом. Это объясняется тем, что 2011 год был более сухим, чем 2012 год. Сезон 2012 года отличался повышенной влажностью и частым выпадением осадков в виде дождя. Атмосферные осадки смывали накопившуюся пыль, что и привело к уменьшению запыленности листьев. В 2011 году сравнение показателей запыленности листьев по видам растений, показало, что процент запыленности листьев отличается по участкам. На первом участке у яблони и ильма он примерно одинаков и составляет 7 и 6,% соответственно, тогда как у сирени он составляет 9,6%. На втором участке процент запыленности листьев наоборот, больше у яблони и ильма, а у сирени меньше, но такой же, как и на первом участке. На третьем участке показатель запыленности неравномерен и составляет 23,3 % у яблони, 13,65%% у ильма, 5,3%. Интересно отметить, что запыленность у двух видов - яблони и ильма- на первом участке ниже, чем на втором и третьем, несмотря на то, что основными загрязнителями являются пылегазовыбросы ЛВРЗ (1 участок) текстильные и деревообрабатывающие предприятия (второй участок). Это, видимо, объясняется тем, что на тубах ЛВРЗ имеются защитные фильтры, а предприятия второго участка небольшие и особо атмосферу не загрязняют. Сравнение исследуемого показателя запыленности у разных жизненных форм исследуемых видов, показало, что у древесных видов яблони и ильма приземистого показатели меняются в зависимости от участка исследования - низкие на первом участке и высокие на втором и третьем участках. В то же время у сирени, которая относится к кустарникам, показатели запыления одинаковы на первом и втором участках и немного ниже - на третьем. Это может объясняться морфологическими особенностями строения листовой пластинки сирени. В отличие от листовых пластинок яблони и ильма, листовые пластинки сирени гладкие, поэтому пыль может сдуваться ветром. Опушение листьев яблони и ильма способствует удержанию пыли, поэтому, яблоню и ильм можно рекомендовать для озеленения территорий с повышенной запыленностью. При рассмотрении показателей запыленности листьев исследуемых видов, проведенных в 2012 году, выявилась интересная закономерность: показатели запыления были значительно ниже в сравнении с 2011 годом у всех трех видов. При этом процент запыления и у древесных форм яблони и ильма, и у кустарниковой формы - сирени был примерно одинаков на всех трех участках. Видимо, это связано с более влажной и дождливой погодой вегетационного периода 2012 года, когда осадки смывали всю пыль.

Сравнение показателей запыления листьев яблони, ильма и сирени показало, что процент запыления был ниже на эталонном участке. На основании данных о запылении листьев древесных и кустарниковых видов на трех ключевых участках, можно сделать вывод о том, что в 2011 году, наиболее экологически напряженным был третий участок, а наименее - первый. В 2012 году все три ключевых участка в связи со специфическими климатическими условиями экологического напряжения не испытывали. В сложной и взаимообусловленной системе «растения-промышленная среда» наблюдается не только воздействие растений на окружающую среду, но неизбежное обратное влияние среды на растения. Загрязнение среды отрицательно влияет на зеленые растения, приводя к нарушениям физиологических и биохимических процессов, вызывая повреждения листьев, общее ухудшение функционирования растительного организма и даже его гибель. Однако, некоторые растения могут произрастать на территории, подвергающейся техногенному загрязнению, адаптируясь к пылегазовыбросам. Каждый вид растений обладает разной устойчивостью к вредным воздействиям. Обычно в зоне повреждений одни виды сильно повреждаются, другие снижают продуктивность, третьи не имеют признаков повреждения и успешно выполняют функции очистки воздуха. Выращивание растений в среде с техногенным загрязнением приводит к успеху, если растения способны без существенного ущерба переносить это загрязнение.

Такие растения должны эффективно вырабатывать действующие механизмы адаптации к загрязнению среды. Поэтому проблема изучения механизмов адаптации растений к техногенному загрязнению в последнее время стала очень актуальной. Это связано с тем, что в условиях загрязненной атмосферы недостаточно создавать какие-то зеленые насаждения. Они должны быть устойчивыми, производительными, и служить надежным и емким фильтром, эффективно очищающим воздух. Поскольку функцию очищения воздуха выполняют листья, мы исследовали, как изменяется дисперсность листьев растений, обитающих в техногенной среде. Дисперсность листьев - это показатель количества листьев на 1 кв.м.

По этому показателю можно судить испытывает ли растение угнетающее воздействие окружающей среды и стрессовое состояние. Данные по изучению дисперсности приведены в таблице 7.

Табл.7

Средние показатели дисперсности листьев (мг/смІ) Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgaris за 2011-2012гг на 3-х ключевых и контрольном участках

Рис.10. Дисперсность листьев (мг/смІ) Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgaris за 2011-2012 гг на 3-х ключевых и контрольном участках

Из данных таблицы видно, что в сравнении с контрольным участком, в условиях техногенного загрязнения у всех видов растений уменьшается дисперсность листьев в среднем: у яблони - на 7 %, ильма - на 39%, сирени - на 6%. Особенно резкое уменьшения количества листьев на 1 кв.м наблюдается у ильма, что может означать более сильную стрессовую реакцию ильма на загрязнение. В то же время у яблони и сирени ответная реакция на загрязнение примерно одинакова и составляет 7 и 6%. Сравнение показателей дисперсности листьев за 2011 и 2012 годы показали, что у яблони этот показатель на первом участке не изменился. А на втором и третьем снизился в 2012 году на 8%. У ильма на первом участке немного повысился, в сравнении с 2011 годом, а на втором изменился незначительно, на третьем - повысился примерно на 7%. У сирени на всех участках отмечается примерно одинаковое снижение. В целом, можно отметить, что исследуемые виды растений реагируют на загрязнение среды неодинаково. Наиболее устойчивыми оказались яблоня и ильм. Так дисперсность листьев в сравнении с эталонным участком в городской среде, у них снизилась от 6 до 7%, тогда как у ильма наблюдалось резкое снижение дисперсности листьев.

Таким образом, на первом участке, наиболее неблагополучном по выбросам в атмосферу (повышенная концентрация оксида углерода), концентрации свинца и ртути, вид M. baccata выработал адаптивные приспособления (увеличение массы листьев за счет изменения анатомической структуры листа, плотное расположение клеток палисадного мезофилла, а это способствует увеличению хлорофилла в клетках и устойчивость за счет вегетативной массы). А ильм в этих же условиях приспосабливается снижением дисперсности за счет увеличения размеров клеток палисадной паренхимы, и довольно высоких показателей массы и площади листовой пластины.

4.2 Масса и площадь и листовых пластинок

Изучение морфологических особенностей органов растений является одним из признанных методов выявления адаптивных особенностей к различным условиям существования. Наиболее пластичным органом, реагирующим на изменение условий окружающей среды является лист, в котором осуществляются важнейшие функции (транспирация, газообмен). Выполнение этих функций связано со строением листа, которое представляет собой комплекс приспособительных структур (Буинова и др., 2002). Листовая пластинка - самая важная часть типичного листа. Ее пластинчатая форма создает наибольшую поверхность на единицу объема тканей, что наилучшим образом способствует выполнению всех указанных функций зеленого листа. Масса единицы площади представляет собой сумму удельных масс функциональных, живых частей клеток и их механических компонентов, по соотношению вклада которых можно судить о функциональном состоянии растения в целом. Листья видов, произрастающих на более освещенных участках, имеют обычно меньшую площадь, но большую массу, так как свет способствует росту палисадной паренхимы.

Для определения эколого-биологических адаптаций деревьев и кустарников нами была изучена площадь и масса листовой пластинки Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgaris. В природных фитоценозах ильм является ксерофитом, яблоня - мезоксерофитом, сирень - культурный вид мезофит. Поэтому изменения площади и массы листьев в условиях городской среды могут быть проявлением адаптивных механизмов к изменению условий среды (рис.11).

Рис 11. Масса листьев (г) Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgaris за 2011-2012г.

Табл.8

Масса листа Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgaris за 2011-2012гг на 3-х ключевых и контрольном участках

Увеличение массы листьев у сирени в 2011 и 2012 году в сравнении с яблоней и ильмом на всех исследуемых участках, и в среднем по 3 участкам составил 273 г за 2011 г, и 265 за 2012г. Тогда как у яблони и ильма он был 189 (2011) и 183 (2011), также 198 (2012) и 144 (2012).

Таким образом, сирень, как культурный вид, длительное время обитал в городской среде и в отличие от природных ценозов, более адаптирован к условиям городской среды. В сравнении с яблоней и ильмом, у сирени наблюдалось увеличение массы листьев в сравнении с эталонным участком. Кроме того, у всех видов наблюдалось повышение массы листьев в сравнении с эталонным участком. Это может объяснить тем, что в городской среде увеличение массы листьев может происходить по двум причинам- 1.Отсутствие конкуренции с другими видами, т.к. в городской среде нет четкой ярусности растений; 2.Большая масса листьев является следствием экологической пластичности листьев и адаптации фотосинтетического аппарата к загрязнению атмосферы.

Размеры листовой пластинки находятся в прямой зависимости от условий обитания. Измерения параметров листовой пластины изучаемых видов показало, что в 2011 году масса листа яблони больше всего на участке 1 (227±0,6),в 2012г.- на 2 -ом участке (203±0,1). В 2011 году масса листа больше именно на первом участке вследствие благоприятного температурного режима (самый высокий показатель за июль +20,3),хотя условия по освещенности участка были менее благоприятными. В 2012 году масса листьев яблони была больше на 2 участке благодаря тому , что осадков выпало свыше нормы 191% и положению участка в междуречье р. Уда и ее протоки. Это способствовало повышенной влажности воздуха на данном участке. Яблоня ягодная имеет повышенную адаптивную способность, о чем свидетельствует увеличение массы листа (рис. 12, табл. 9).

Рис. 12. Площадь листовой пластины (смІ) Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgaris за 2011 -2012 гг.

В данном микрорайоне проходит оживленное транспортное движение с ул. Бабушкина и обратно. Данная дорога соединяет все улицы города.

Табл.9

Площадь листа Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgaris за 2011-2012гг на 3-х ключевых и контрольном участках

Необходимо отметить, что у всех исследуемых нами видов площадь листовой пластины варьирует по годам, что свидетельствует о повышенной пластичности и адаптивности, так как при сравнении с контрольным участком показатели увеличиваются. Условия ключевых участков сильно различаются по характеру воздействующих факторов.

На первом участке ильм и сирень имеют сниженные показатели площади листа, а яблоня - сравнительно высокое значение. Виды Ulmus pumila и Syringa vulgaris не проявляют реакции на изменения температуры и количества осадков, так и в 2011 и 2012 годах одинаково повышенную массу имеют на 2 участке. Второй участок наиболее благоприятен по условиям концентрации тяжелых металлов - минимальное по сравнению с остальными участками содержание ртути и свинца (ртуть-0,3-1,4мг\кг; свинец в минимальных количествах). В городских насаждениях у ильма площадь и масса листовой пластинки выше на 2 участке, чем на 1 и 3 участках. Возможно, это свидетельствует о том, что Ulmus pumila на 2 -м участке адаптировался как мезоксерофит, но, как природный ксерофит, имеет более высокую массу листовой пластины при относительно небольшой площади, а сирень как мезофит, более высокие показатели и массы и площади листа. Самым неблагоприятным для всех исследуемых видов является 3 участок, где в связи с функционировавшими ранее предприятиями (завод металлоизделий, стеклозавод и т.д.) сохраняется неблагоприятная обстановка по содержанию свинца и ртути в почве (свинца-15мг\кг, ртути 9,3мг\кг) и доминированию северо-западного направления ветра (нанос атмосферных выбросов с основных загрязнителей Железнодорожного района.)

4.3 Анатомическая структура листьев (Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgaris)

У Ulmus pumila на участке 1 и 2 наблюдается увеличение размеров клеток палисадной паренхимы, листовая пластина на этих участках имеет довольно высокие показатели массы и площади. Это происходит благодаря тому, что условия участка 1 являются неблагоприятными по расположению ТЭЦ-1 и ЛВРЗ, вследствие чего повышенной сухости воздуха, т.е. вид адаптирует анатомическую структуру листа для увеличения интенсивности транспирации, что предохраняет растение от перегрева. Участок 2 является самым напряженным по близости автодорог и концентрации выхлопных газов, что отражается на Ulmus pumila .(рис. 13).

А

Б

В

Г

Рис 13.Анатомическая структура листа Ulmus pumila на трех ключевых и контрольном участках: А- 1, Б-2, В-3,Г-контроль (Оз. Щучье).

У Malus baccata на участке 1 при сравнительно одинаковой площади листовой пластинки со 2 участком, лист имеет самую высокую массу. Увеличение массы листа связано с увеличением размеров клеток палисадной паренхимы возрастает число клеток богатых хлорофиллом, что способствует увеличению интенсивности фотосинтеза и нарастанию вегетативной массы. Это происходит в связи с тем, что условия 1 участка более располагают к образованию ксерофитных признаков - высокая концентрация свинца и ртути (1,5-9,3 мг\кг, свинец-5мг\кг), более низкая влажность в связи с близостью ТЭЦ-1. На 3 участке за счет мелкоклеточности клеток рыхлой паренхимы (рис.14) увеличивается площадь листовой пластинки, клеток становится больше.Malus baccata на участке 3 - типичный мезоксерофит, и для нее это наиболее благоприятные условия.

А Б В Г

Рис.14 Анатомические показатели Malusbaccata на трех ключевых и контрольном участках: А-1, Б-2, В-3, Г- контроль (оз.Щучье)

У Syringa vulgaris при небольшой массе листа - крупные листовые пластинки на 2 участке (рис.15). Вид является типичным мезофитом, структура палисадной паренхимы однорядная. На 3-м участке за счет увеличения числа клеток рыхлой паренхимы масса листа уменьшается. Этот признак проявляется как свидетельство мезофитности и соответствия требованиям вида к экологическим условиям участков. На третьем и втором участке наблюдалась недостаточная освещенность. Площадь листа на 1 участке небольшая, а масса увеличивается за счет уплотнения структуры листа, возможно, это связано с приспособлением Syringa vulgaris к условиям среды.

А

Б

В

Г

Рис.15 Анатомическая структура листа Syringa vulgaris на трех ключевых и контрольном участках: А-1, Б-2, В-3,Г-контроль.

Таким образом, проведенный анализ анатомической структуры листа показывает, что на 1 участке, который самый неблагоприятный: высокая концентрация Pb и Hg, низкая влажность, у исследуемых видов происходят изменения в анатомической структуре листа. У U.pumila увеличиваются размеры клеток палисадной паренхимы, за счет этого идет увеличение хлорофильных клеток, увеличивается масса листа.

У M.baccata развивается мелкоклеточность, большая часть листовой пластины занята рыхлой паренхимой. Мелкоклеточность способствует повышению ксерофитных признаков.

У S.vulgaris такая же структура листа, клетки листовой паренхимы (палисадной и губчатой) мелкие.

На 2 участке, в связи с близостью автомагистралей, вследствие повышенной концентрации выхлопных газов, у ильма происходят некоторые изменения в анатомической структуре листовой пластины - развивается рыхлая структура листа, но клетки палисадной паренхимы крупные, однорядные, так как участок находился в затененности от жилой постройки. Это проявление ксеромезофитных признаков как адаптации к условиям участка. (затененность, расположение в междуречье р.Уда и ее протоки, близость автодороги).

У яблони палисадная паренхима двурядная, клетки мелкие. Эти признаки появляются под воздействием недостатка света и повышенной запыленности листьев.

У сирени клетки крупные, при небольшой массе листа палисадная паренхима однорядная и расположена под верхней и нижней эпидермой. Сирень образует с двух сторон палисадную паренхиму для наилучшего улавливания солнечного света.

На 3 участке, который находится на возвышении, в тени жилого дома, в Октябрьском районе, где неблагоприятная обстановка по концентрации свинца и ртути, у ильма внутренняя структура рыхлая. Палисадные клетки расположены в один ряд. Это отражает проявление видом ксеромезофитной природы, что можно объяснить как приспособление к факторам среды.

У яблони проявляются в еще большей мере черты мезофитной структуры. Двурядная палисадная паренхима, соотношение палисадной и губчатой мелкоклеточной ткани примерно одинаково. Условия этого участка соответствуют экологическим требованиям вида-мезоксерофита.

Сирень развивает двурядную палисадную паренхиму. У S.vulgaris масса листа увеличивается за счет уплотнения клеток листовой паренхимы, структура листовой пластины, где мелкоклеточность, разное расположение и соотношение палисадной и губчатой паренхимы - это приспособления к условиям обитания, где вид испытывает недостаток влаги в силу мезофитной природы.

4.4 Количество устьиц

Известно, что загрязнение среды, в первую очередь, влияет на устьичный аппарат растений. Основными функциями устьиц являются газообмен и транспирация. Нарушение функций этих устьиц может привести к гибели листьев, и, в целом, к гибели всего растения (Лыкшитова, 2013). Мы подсчитали количество устьиц на листовых пластинках исследуемых видов растений на ключевых участках в сравнении с контролем. Данные исследований приведены на рис.16.

Рис. 16 Количество устьиц на листовых пластинах Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgarisна 1 мм І площади листа

Подсчёт числа устьиц на единицу площади листовой пластинки у древесных растений, произрастающих в городских условиях, показал, что действительно, при приближении к автомагистрали количество устьиц возрастает. Влияние атмосферного загрязнения нарушает целостность клеток устьиц, и замыкающие клетки устьиц теряют способность регулировать ширину устьичной щели.

При постоянно открытых устьичных щелях, расход влаги растительным организмом на физиологические процессы особенно влияет на интенсивность транспирации.

Уменьшение общей оводнённости тканей и увеличение количества связанной воды над количеством свободной воды может свидетельствовать об адаптации растений к условиям городской среды. В качестве биоиндикационных показателей городской среды можно использовать морфобиологические показатели древесных растений, процент пылевого загрязнения и особенности фракционного состава воды.

Из представленного рисунка видно, на контрольном участке наибольшее количество устьиц отмечается у ильма приземистого и составляет 138, у яблони -127, у сирени -100. В условиях загрязнения среды количество устьиц на листовых пластинках всех исследуемых видов резко увеличивается. Это является морфологическим адаптивным приспособлением к выживанию растений в условиях загрязнения атмосферы. Увеличение количества устьиц на листовых пластинках компенсирует уменьшение дисперсности листьев, как было показано ранее. Это связано с тем, что уменьшение площади листьев, приводит к сокращению устьичного аппарата, поэтому увеличение количества устьиц при уменьшении общей площади листовых пластинок, способствует сохранению функций газообмена и транспирации листьев. Данные о количестве устьиц хорошо коррелируют с данными о дисперсности листьев. Как было указано ранее, наибольшее уменьшение дисперсности листьев отмечалось у ильма. Данные о количестве устьиц свидетельствуют о том, что у ильма уменьшение количества листьев на кв.м, компенсировалось более резким увеличением количества устьиц. Так, в среднем по трем участкам у ильма приземистого количество устьиц возросло в сравнении с эталонным участком, на 321, тогда как у яблони и сирени 175 и 106 соответственно.

Это свидетельствует о том, ильм хорошо адаптируется к неблагоприятным условиям среды.

Таким образом, можно отметить, что в условиях техногенного загрязнения атмосферы города Улан-Удэ, как древесные жизненные формы (яблоня и ильм), так и кустарниковые (сирень), довольно хорошо адаптируются к загрязнению атмосферы. У всех видов активизируются морфологические механизмы адаптации. В условиях более сильного пылевого загрязнения можно рекомендовать древесные формы - яблоня и ильм.

ГЛАВА 5. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АДАПТАЦИИ MALUS BACCATA (L.), ULMUS PUMILA (L.), SYRINGA VULGARIS (L.) К ВОЗДЕЙСТВИЮ ФАКТОРОВ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ

Данные, полученные нами в ходе исследования, представлены на рис.17 и в табл.10.

Рис.17. Содержание свободной и связанной воды в листьях Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgaris за 2011-2012г. (%)

Табл.10

Показатели содержания свободной и связанной воды в листьях за 2011-2012 г. на 3-х ключевых участках и эталонном,(%).

У всех исследуемых видов содержание свободной воды и связанной воды имеет различия по годам. За 2011 год содержание свободной воды у ильма больше на 3 участке, меньше - на 1 участке, у яблони более на 3 участке, менее на 1 участке, у сирени показатель повышен на 1 участке, снижен на 2 участке. Содержание связанной воды у ильма выше на 2 участке, ниже на 3 участке. На третьем участке и в 2011 и в 2012 годах ильм содержит в листьях повышенное содержание свободной воды и сниженное количество связанной. Самый низкий показатель связанной воды можно соотнести с повышенными значениями свободной воды. Это связано с условиями произрастания ильма, так как первый участок отличается напряженной обстановкой в отношении концентрации тяжелых металлов и наличии основной автомагистрали, второй участок также имеет основные автомагистрали и находится в неблагоприятном ветровом режиме. У яблони больше содержание связанной воды на 1 участке, меньше на 2. Показатели свободной и связанной воды за 2012 год яблоня ягодная имеет более высокие в сравнении с сухим 2011 годом. В 2012 году содержание свободной воды на 1 участке выше, чем на остальных участках, интенсивность транспирации повышена. Это связано с тем, что участок 1 находится вблизи с ТЭЦ-1, что обуславливает сухость воздуха, тем самым необходимость в охлаждении листьев возрастает.

В 2011 году на третьем участке самый высокий показатель содержания свободной воды у сирени, что обусловлено развитием клеток рыхлой паренхимы. Этот признак проявляется как свидетельство мезофитности и соответствия требованиям вида к экологическим условиям участков.

За 2012 год на 1 участке ильм и яблоня имеют повышенные показатели по содержанию свободной воды, это связано с повышенным количеством осадков по сравнению с 2011 годом. А сирень снижает уровень свободной воды в 2012 году, в связи с влиянием более низких температур, нежели в 2011г. А также на первом участке в 2011 году интенсивность транспирации у сирени была ниже и повысилась в 2012, что обуславливают осадки, и условия Железнодорожного района, отличающиеся напряженностью по атмосферным выбросам и сухостью воздуха из-за близости ТЭЦ-1.На третьем участке сирень в 2012 году снижает показатели свободной и связанной воды и интенсивность транспирации также вследствие повышения количества осадков, а в 2011 году эти показатели были более высокими в сравнении с остальными районами. Это можно объяснить более низким количеством осадочной влаги и неблагополучными условиями по концентрации свинца и ртути в связи с ранее функционировавшими предприятиями -загрязнителями. В условиях неблагоприятных для произрастания растения увеличивают содержание связанной воды в клетках. Количество связанной воды по сравнению со свободной у всех видов больше на первом участке. ( от 0,4 до 1,1% ). Участок 1 можно охарактеризовать как самый неблагоприятный для произрастания.

5.2 Интенсивность транспирации

Данные по транспирации листьев у исследуемых видов представлено на рис. 18. Из данных рис.18 видно, что интенсивность транспирации ильма на разных участках колеблется от 9,5 до 49,5г/дмІ/г. Наибольшее значение зафиксировано на участке 1 (Железнодорожный район), наименьшее - на 3 участке (Советский район, центральная часть, сквер Балтахинова). На участке 1 интенсивность транспирации у ильма самая высокая, что говорит о повышенной степени адаптации вида к условиям окружающей среды обитания. Интенсивность транспирации Malus baccata находится в пределах от 8,5до18,5 г/дмІ/г. Самая высокая интенсивность транспирации у яблони на участке 1 (18,5г/дмІ/г), а наименьшая (8,5 г/дмІ/г) на 3 участке. Значения интенсивности транспирации у Syringa vulgaris колеблются в пределах от 8 до 19,5 г/дмІ/г). В Железнодорожном районе у сирени обыкновенной интенсивность транспирации в сравнении с другими участками повышена, что говорит, возможно, об адаптации вида к условиям загрязнения. Наиболее высокая интенсивность транспирации у всех видов исследуемых растений, наблюдается на участке 1. Показатели интенсивности транспирации у сирени на участке 1 самые высокие, соответственно содержание свободной воды повышено, а связанной, наоборот, снижено. Самый низкий показатель интенсивности транспирации Syringa vulgaris на 3 участке, так как наблюдается увеличение фракции связанной воды (табл.11 ).

Рис. 18. Средние показатели интенсивности транспирации листьев(Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgarisза 2012 г на 3-х ключевых участках и эталонном (г/дмІ/г)

Табл.11.

Интенсивность транспирации в листьях (Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgaris) за 2011-2012 гг. (г/дмІ/г)

Интенсивность транспирации в более влажном 2012 году на затененном 3 участке снижается, на остальных же она более высокая, чем в 2011 году. Об этом свидетельствуют довольно высокие данные по содержанию свободной воды в листьях. Это связано с тем, что участок 1 находится вблизи с ТЭЦ-1, что обуславливает сухость воздуха, тем самым необходимость в охлаждении листьев возрастает. Показатели интенсивности транспирации на 2 участке у сирени и яблони в 2012 году снижены по сравнению с более сухим 2011 годом, а интенсивность транспирации у ильма повышена. Участок отличается неблагоприятным расположением с точки зрения близости автодороги, потому сирень и яблоня имеют более высокие показатели ит. Условия более влажного 2012 года способствовали повышению интенсивности транспирации у ксерофитного вида-ильма. Все виды в 2011 году на 3 участке имеют показатели интенсивности транспирации выше, чем в 2012 году, в связи с расположением участка на возвышенном рельефе и неблагоприятными условиями по содержанию свинца и ртути. В 2012 году показатели всех видов на 3 участке снижены. Это связано с увеличением уровня осадков и расположением участка от автомагистрали (400 м). Высокая интенсивность транспирации это показатель повышенной степени адаптации вида к условиям обитания. Все виды имеют повышенную интенсивность транспирации на первом участке, что связано с загазованностью и сухостью воздуха, чтобы сохранить листья от перегрева, виды активно транспирируют за счет повышенного содержания свободной воды.

5.3 Влияние запыленности и дисперсности листьев на водный режим U.pumila, M.baccata,S.vulgaris

Отрицательное воздействие загрязнения сказывается на листьях растений. Листовая масса задерживает городскую пыль, очищает воздух. Химическое действие пыли определяется составом, количеством и токсичность для данного растения. Физическое действие пыли проявляется, прежде всего, в образовании чехла, препятствующего нормальному тепло- и влагообмену листа с атмосферой и уменьшающего интенсивность доступного для растений света. Температура листа повышается на 8-10С, соответственно увеличивается скорость транспирации. При сплошном покрытии листьев пылью испарение воды прекращается, и растения погибают. Иногда физиологические повреждения не сопровождаются внешними изменениями, но обычно признаки поражения растений токсикантами выражаются в некрозах края листа, побурении листьев, уродливых формах листа («смятые листья»), скручивании, «ожогах», а в тяжелейших случаях - засыхании и опадании листьев, отмирании растений.

Сильное повреждение листового аппарата не всегда приводит к гибели растения. Благодаря регенерационной способности растения восстанавливают новые листья и побеги взамен поврежденных , как отмечали Якушевская, Якимова ( 2013).

Влияние различных факторов городской среды вызывает изменение внешнего облика растений. У деревьев и кустарников на промышленных площадках листья мелкие, иногда сморщенные или необычной формы - гофрированные, свёрнутые, количество листьев увеличивается и т. д. Но не только наличие промышленных предприятий влияет отрицательно на внешний облик растений. По мнению Якушевской, Якимовой (20130 это может быть и массированное действие выхлопных газов, засоление и загрязнение почвы и т. д.

Пыль является одним из факторов, влияющих на рост и развитие растений. Пылевидные частицы оказывают на растение как физическое, так и химическое воздействие. Запылённость нарушает работу устьичного аппарата, ограничивает процесс транспирации, способствует повышению температуры листьев на 2-4 єС, а иногда на 8-10є. Влияние различных факторов городской среды вызывает изменение внешнего облика растений. Вся структура растения подчинена основной задаче - получить необходимое количество солнечной энергии и углекислого газа. Для этого нужна большая поверхность, воспринимающая солнечные лучи и контактирующая с воздушной средой. У придорожных растений происходит усиленное развитие механических тканей. Формируются листья с мелкими клетками и весьма плотной их упаковкой, малым развитием межклетников, благодаря чему сильно сокращается внутренняя испаряющая поверхность листа (Бухарина И.Л, Поварницына Т.М., Ведерников К.Е., 2007).

Таким образом, данные изменения на уровне листовой пластинки можно рассматривать в качестве адаптационных показателей. Замечено Бухариной, Поварницыной, Ведерниковым (2007), что многие растения в промышленных районах характеризуются меньшей оводненностью тканей и пониженной интенсивностью транспирации, что нарушает тепловой режим листа.

Использование воды растениями зависит от факторов, обусловливающих специфичность физиологической реакции растений на водный стресс. Закономерное перераспределение в тканях фракционного состава воды сказывается на интенсивности ряда физиолого-биохимических процессов в растительном организме (фотосинтез, дыхание, транспирации, передвижение веществ), на устойчивости его к внешним условиям и т. п. По данным М. Д. Кушниренко (1966), увеличение с возрастом растений связанной воды в них происходит в основном за счет осмотически связанной. Устойчивость растений к различным факторам среды напрямую связана с водоудерживающей способностью тканей, так как одним из способов снижения потерь воды в неблагоприятных условиях является перевод ее в осмотически неактивную, связанную форму (Кайбияйнен, 1984; Николаевский, 1998; Поварницина, 2007).

Природно-климатические факторы влияют на содержание воды в растениях, а именно загрязнение атмосферного воздуха, минеральное питание, метерологические явления. Изменения водного баланса растений, вызванные ухудшением экологической обстановки самый мощный фактор ограничивающий рост и развитие растений. В связи с различиями в строении листьев ксерофита и мезофита, многим ксерофитам и присуща более высокая интенсивность транспирации, чем мезофитам. Транспирация является одним из процессов, которые осуществляют связь между поступлением влаги из почвы и отдачей воды в атмосферу. Интенсивность транспирации и содержание воды связаны со свободными пространствами листьев, т.е. в основе транспирационного тока воды лежит диффузия ее через клетки мезофилла листа. Так, А.А. Заялов (1984) отмечает, что при пониженной влажности межклетников падает проводимость, затормаживаются поступление воды к устьицам и околоустьичным клеткам и, следовательно, снижается интенсивность транспирации. Локализация большого количества воды в межклетниках, таким образом, должна приводить к очень тесной взаимосвязи между оводненностью листьев и транспирацией в подавляющем большинстве случаев. Кроме того, такая локализация зависит от плотности сложения ассимилирующих органов. Растения с более плотным мезофиллом испаряют воду медленнее, чем виды с большим количеством свободных пространств в листьях (Шереметьев, 2005).

При проведении корреляционного анализа изучаемых параметров - содержания свободной и связанной воды, дисперсности и запыленности, нами установлены общие для всех видов закономерности: 1) Прямая корреляция между дисперсностью и содержанием свободной воды в листьях Ulmus pumila(r=0,61), Malus baccata (r = 0,86), Syringa vulgaris ( r = 0,57 ); между запыленностью и содержанием связанной воды Ulmus pumila(r=0,85), Malus baccata (r = 0,44) Syringa vulgaris (r = 0,83). 2) Обратная корреляционная связь между дисперсностью и показателем связанной воды в листьях Ulmus pumila ( r =-0,99) Malus baccata ( r =- 0,76 ) Syringa vulgaris (r = - 0,63 ); между запыленностью и фракцией свободной воды в листьях Ulmus pumila( r=- 0,81 ), Malus baccata ( r =-0,99) Syringa vulgaris (r = - 0,94 ).

Исходя из представленных данных можно сделать вывод, что виды, имея довольно низкий водный потенциал, это происходит в связи с повышением загазованности, испытывают недостаток воды в листьях. Это результат негативного воздействия окружающей среды, но при наступлении более благоприятных условий поступление воды в растительный организм усиливается, так как водный потенциал у растений был низким. Увеличение дисперсности (о чем свидетельствуют корреляционные связи между дисперсностью и фракционным составом воды) является защитным механизмом для обеспечения нормального водного баланса в растительном организме. Увеличение массы и площади листьев компенсирует потерю воды, потому что именно в клетках листовой пластины сохраняется нормальное соотношение свободной и связанной воды.

В условиях повышенной запыленности нарушается механизм поступления воды в растение (это иллюстрируют корреляции между запыленностью и содержанием воды), так как тормозится работа верхнего концевого двигателя воды в растении.

Корреляционный анализ показал: 1) прямые связи между дисперсностью и содержанием свободной воды в листьях, что самый высокий коэффициент корреляции имеет Malus baccata (r = 0,86); между запыленностью и содержанием связанной воды в листьях повышенный коэффициент у Ulmus pumila (r= 0,85). 2) обратные связи между дисперсностью и показателем связанной воды в листьях, самый высокий коэффициент имеет Ulmus pumila ( r = -0,99 ); между запыленностью и фракцией свободной воды в листьях высокий коэффициент зафиксирован у Malus baccata ( r =-0,99 ). К условиям атмосферного загрязнения (пыль, газы), содержанию свинца и ртути в почве г. Улан-Удэ наилучшим образом адаптировались Ulmus pumila и Malus baccata.

ГЛАВА 6. РОЛЬ И ОХРАНА ЗЕЛЕНЫХ НАСАЖДЕНИЙ

Растительный покров - неотъемлемая часть природной среды, благодаря которой осуществляется обмен веществ в природе, обеспечивающей возможность самого существования жизни. При оценке последствий влияния любой антропогенной деятельности на виды нужно исходить из ее прямой и косвенной роли в функционировании экосистемы города.

6.1 Влияние древесно-кустарниковых насаждений в создании условий городской среды

Зеленые насаждения, - важнейший элемент градостроительства, фактор, имеющий большое значение в санитарном и архитектурно-планировочном и социальном отношении. Санитарное значение зеленых насаждений заключается в том, что они являются мощным фактором защиты населенных мест от пыли, газов, ветра и шума. (О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения Республики Бурятия в 2011 году, 2011). Зеленые насаждения смягчают температурный режим открытых пространств. Следует учитывать большое значение пылезащитных и газозащитных свойств зеленых насаждений. Пылевые частицы загрязненного воздуха, встречая на своем пути зеленый массив, под влиянием силы тяжести вследствие уменьшения скорости движения воздуха; выпадают из воздуха, наталкиваясь на стволы, ветви и листья деревьев; наконец, значительное количество пыли задерживается на поверхности листьев и хвои. Запыленность воздуха среди зеленых насаждений в 2-3 раза меньше, чем на открытых городских территориях. Влияние древесных и кустарниковых пород на снижение концентраций в воздухе вредных газов происходит, по мнению Литвинова (1986), главным образом путем рассеивания этих газов в верхние слои атмосферы кронами деревьев, и в некоторой степени путем поглощения газов листьями через устьица и клеточную оболочку листьев. Известно, что зеленые насаждения улавливают из атмосферного воздуха сернистый газ и накапливают его в виде сульфатов в своих тканях. При наличии зеленых насаждений в городе человек защищается от прямой солнечной радиации благодаря большой поверхности листьев, стволов, а так же почвы, имеющей более низкую температуру, чем температура воздуха. В связи с этим облегчаются условия теплоотдачи, улучшается теплообмен. Известны эффективные средства борьбы с вредными выбросами автомобильного транспорта - это полосы зеленых насаждений, эффективность которых может варьироваться в довольно широких пределах - от 7 % до 35%. На ионизацию воздуха влияет степень озеленения и природный состав растений. Наблюдается большое влияние антропогенных факторов на озеленение. В летние жаркие дни асфальтовое покрытие, нагреваясь, отдает тепло не только приземному слою воздуха, но и почве. При температуре воздуха 26-27 °С температура почвы на глубине 20 см достигает 34-37 °С, а на глубине 40 см - 29-32 °С. Для уличных растений создается необычная тепловая ситуация: температура подземных органов у них нередко выше, чем надземных. В естественных же условиях, наоборот, жизненные процессы у большинства растений умеренных широт протекают при обратном температурном режиме. Из-за уборки опавших листьев осенью и снега зимой в холодный зимний период городские почвы сильнее выхолаживаются и глубже промерзают, чем в лесных массивах. Все это отрицательно сказывается на состоянии корневой системы растений. Но не только микроклимат ухудшает жизнь растений в городе. Важнейший экологический фактор в жизни растений - вода. В городах растения часто испытывают недостаток в почвенной влаге из-за стекания ее в канализационную сеть. Сложная экологическая обстановка. Этим и объясняется тот факт, что видовой состав наиболее часто высаживаемых вдоль дорог и на улицах деревьев не слишком разнообразен. Основными породами являются тополь, ильм, яблоня, сирень, черемуха. Последние часто используются для создания живых изгородей. Сложнейшая экологическая обстановка оказывает отрицательное действие на всю живую и неживую природу, включая человека. Так как в городах уровень загрязнений выше, то и влияние на природу сильнее. Непосредственные воздействия на растения могут принимать различные формы, как отмечала Горышина (1979): 1)генетические изменения;2) видовые изменения; 3) нанесение прямого вреда растительности. В зависимости от чувствительности вида и размеров нагрузки масштаб воздействия может простираться от восполнимого (обратимого) ущерба до полной гибели растения. Защитные свойства растений во многом зависят от тех экологических условий, в которых они находятся. В городских условиях оптимальными для роста и развития многих растений являются парки площадью 50-100 га и сады, несколько худшими - бульвары и скверы и неблагоприятными - асфальтированные улицы. В составе парковых насаждений у растений наблюдаются более интенсивные процессы фотосинтеза и дыхание по сравнению с теми, которые произрастают на асфальтированных улицах и вблизи магистралей. По мере накопления загрязняющих веществ в почвах и тканях растений, лесные насаждения теряют свою биологическую устойчивость и при сохранении существующего в городе уровня промышленных и автотранспортных выбросов могут уже в короткие сроки деградировать как лесные экосистемы. Под влиянием антропогенного влияния в зеленой массе растительности уменьшается содержание хлорофилла. Ткани растения изменяют цвет на желтый, охристый, растение поражает хлороз. Степень поражения зеленых насаждений существенно отличается в разных районах. Большой вред наносит пыль (распыляемый в воздухе асфальт и бетон дорог, резина покрышек автомобилей) и сажа сильно ослабляют газообмен, процессы дыхания и ассимиляции, вызывает угнетение растений и ослабления их роста, затрудняет процессы фотосинтеза и дыхания, что также не может не сказываться на состоянии растительности. (Бухарина И.Л., Поварницына Т.М., Ведерников К.Е., 2013). Причина летнего листопада - высокое содержание свинца в воздухе. Деревья тяжело переносят свинцовое отравление. Kонцентрируя свинец, они тем самым очищают воздух. Заметное влияние на растения оказывается в районах с повышенным содержанием оксидов азота в атмосфере. В воздухе города оксидов азота способствует интенсивному разрастанию на коре деревьев мелких водорослей зеленого цвета. Они получают необходимое им обильное азотное питание непосредственно из воздуха. Содержание свинца в растениях, выращенных на почвах легкого механического состава (песчаных и супесчаных) колеблется от 0,13 до 0,96 мк/кг; в почвах тяжелосуглинистых (с рН< 5,5) 0,22 - 0,96 мк/гк; в почвах тяжелосуглинистых (рН >5,5) в более широких пределах 0,34 - 7,0 мк/гк. Более высокие концентрации свинца (до 1000 мк/гк) характерны для растительности на техногенно загрязненных территориях: в окрестностях металлургических предприятий, рудников по добыче полиметаллов и главным образом вдоль автострад согласно исследованиям Сергейчика (1997) Значительное негативное воздействие на растительность лесов и парков оказывают возрастающие рекреационные нагрузки. Переуплотнение почвы в местах массовых гуляний ухудшает ее водно-воздушные свойства и сопровождается гибелью растений, в том числе и деревьев. Для того чтобы уберечь растения от подобных воздействий, в лесах и парках следует прокладывать дорожки с твердым покрытием. Они принимают на себя основной поток отдыхающих и тем самым защищают растительность от повреждений (Жуков А.Г., 2007).