Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Современный город трудно представить без древесных растений и кустарников, которые наряду с важной экологической функцией – очищения приземных слоев атмосферного воздуха, также выполняют эстетическую функцию.

В озеленении города Красноярска в последние десятилетия достаточно активно используются искусственные посадки хвойных растений, в частности, ели сибирской (Picea obovata L.), которая является вечнозеленым растением и с эстетической точки зрения наиболее выигрышным, особенно в продолжительный зимний период. При этом необходимо учитывать, что состояние древесных растений очень сильно зависит от здоровья окружающей среды. Уровень загрязнения атмосферного воздуха города Красноярска, на протяжении последних десятилетий, характеризуется как очень высокий и высокий. Для Красноярска, как и для большинства больших городов, существует острая проблема загрязнения атмосферного воздуха передвижными источниками, вклад которых в валовые выбросы загрязняющих веществ составляет более 40 % [1]. Ранее проводилась оценка стабильности развития тополя бальзамического, произрастающего вдоль автотрассы [2], в связи с чем возник интерес оценить стабильность развития ели сибирской, произрастающей в зоне активного загрязнения транспортной магистрали.

Цель исследования: оценить жизненное состояние ели сибирской, произрастающей в зоне активного загрязнения автотранспорта и в рекреационной зоне Октябрьского района г. Красноярска.

Материалы и методы исследования

Для исследования были выбраны две площади с простыми чистыми искусственными посадками ели сибирской на проспекте Свободном города Красноярска. Первая – в зоне активного загрязнения, на расстоянии менее 50 м от центра дороги (ПП-1), вторая площадь (ПП-2) расположена на территории эко-парка «Гремячая Грива» в этом же районе, вдали от транспортной развязки и туристических троп, в связи с чем ее можно считать условно чистой и отнести к контрольной.

На каждой исследованной площади было выбрано по 10 деревьев, высоту которых измеряли при помощи измерителя VERTEXIY.

Предварительная оценка состояния ели сибирской проводилась в соответствии с приказом Рослесхоза для хвойных пород [3].

Для изучения морфометрических признаков с каждого дерева собирали по 20 пар хвоинок первого, второго и третьего года прироста хвои. Хвоя была собрана из одной и той же части кроны равномерно вокруг дерева на расстоянии вытянутой руки, что соответствует высоте рекомендованной методикой [4]. Длину хвои определяли с помощью штангенциркуля, ширину под микроскопом с помощью объект-микрометра. Материал обрабатывали сразу после сбора.

Для определения флуктуирующей асимметрии необходимо было разделить часть ветки ели пополам, так, чтобы четко можно было наблюдать побег. Затем находили иголки, лежащие симметрично друг перед другом. С каждой пары иголок снимали показатели по двум промерам с левой и правой сторон хвои (рис. 1).

Рис. 1. Схема промеров хвои ели сибирской: 1 – длина хвои, 2 – ширина хвои; 3 и 4 – левая и правая части измерений соответственно

Для оценки флуктуирующей асимметрии использовали два билатеральных признака: длину и ширину хвои [5].

Показатель флуктуирующей асимметрии для каждой пары хвоинок рассчитывали как отношение разности величин слева и справа к их среднему значению, согласно методике [6]:

2|(Wл – Wп)/(Wл + Wп)|, (1)

где Wл, Wп – измеряемое значение признака с левой и правой стороны соответственно.

Распределение билатеральных признаков и их разности должно подчиняться нормальному закону распределения. Необходимо также исключить направленную асимметрию. Для оценки характера распределения использовали критерий Колмогорова – Смирнова (К-С), для оценки направленности – дисперсионный анализ [7]. Обработка результатов проводилась в пакете анализа «Статистика Version10».

Для оценки стабильности деревьев использовали балльную шкалу, предложенную О.Н. Блащинской.

Таблица 1

Шкала балльной оценки показателей стабильности развития

Для оценки выраженности на хвое хлорозов по бонитетным классам с каждого дерева в хаотичном порядке изымалась хвоя (по 160 шт.), и для каждой хвоинки определяли класс хлороза. Хлорозы: нет сухих участков, кончик на 2-5 мм усох, усохла треть хвоинки, вся хвоинка желтая или более половины ее сухая.

Результаты исследования и их обсуждение

Высота деревьев на площади ПП-1 h = = 4,5 ± 0,04 м, на ПП-2 h = 4,45 ± 0,03 м. Достоверных различий по высоте не выявлено.

В целом состояние деревьев соответствует первому баллу: хвоя зеленая, блестящая, крона густая, прирост текущего года для данной породы нормальный, таким образом, их можно отнести к здоровым без признаков ослаблений. У двух деревьев на площади ПП-1 и одного дерева на площади ПП-2 крона светлее обычного, слабо ажурная, прирост уменьшен, но незначительно, в связи с чем данные ели можно отнести к категории ослабленные. Сильно ослабленных или усыхающих деревьев на исследованных площадях нет. В результате визуальной оценки елей, произрастающих на исследуемых площадях, существенных различий не выявлено.

Флуктуирующая асимметрия хвои не должна иметь четко выраженной направленности, и характер ее изменения должен быть случайным. Правая и левая хвоинка, так же как правая и левая стороны листовой пластины, должны изменяться независимо друг от друга, не должно быть направленной асимметрии (НА) и антисимметрии (АС) [8]. Для этого необходимо оценить характер распределения используемых билатеральных признаков и отсутствие достоверных различий между их значениями справа и слева.

Для исключения АС были оценены на нормальность распределения используемых признаков: длина, ширина хвои слева и справа и разность между ними для хвои первого, второго и третьего года для всех исследуемых деревьев. Так как исследовались выборки большого объема (по 200 хвоинок для каждого года жизни), оценивать характер распределения целесообразно с использованием критерия Колмогорова – Смирнова. В нашем случае, если К-С Dкр ˂ 0,155, распределение подчиняется нормальному закону.

В связи с большим объемом статистических данных и графиков для подтверждения полученных результатов приведены материалы для хвои первого года для двух исследованных площадей. В качестве примера на рис. 2 приведены нормальные вероятностные графики для ширины хвои 1-го года деревьев, произрастающих в зоне активного загрязнения.

Полученные графики свидетельствуют о нормальном распределении данных билатеральных признаков, так как присутствуют лишь незначительные отклонения. При этом значения К-С равны для ширины на ПП-1: Dлевая = 0,094 и Dправая = 0,09 для хвои 1 года; Dлевая = 0,119 и Dправая = 0,13 для хвои 2 года; Dлевая = 0,112 и Dправая = 0,11 для хвои 3 года. Для ширины на ПП-2: Dлевая = 0,132 и Dправая = 0,089 для хвои 1 года; Dлевая = 0,028 и Dправая = 0,132 для хвои 2 года; Dлевая = 0,081 и Dправая = 0,11 для хвои 3 года. Во всех случаях статистическое значение К-С для распределения левых и правых хвоинок меньше его критического значения Dст = 0,155, что свидетельствует о нормальном распределении признака.

Результаты статистического анализа, распределения ширины хвои первого года ели сибирской, произрастающей в рекреационной зоне ПП-2, приведены на рис. 3.

Согласно полученным данным статистического анализа, распределение ширины хвои слева и справа (рис. 3) для площади ПП-2 подчиняется закону нормального распределения. Для ширины хвои К-С равны для ПП-1: Dлевая = 0,12 и Dправая = 0,089 для хвои 1 года; Dлевая = 0,111 и Dправая = 0,123 для хвои 2 года; Dлевая = 0,081 и Dправая = 0,101 для хвои 3 года. Для ПП-2: Dлевая = 0,0807 и Dправая = 0,089 для хвои 1 года; Dлевая = 0,068 и Dправая = 0,100 для хвои 2 года; Dлевая = 0,103 и Dправая = 0,08 для хвои 3 года. Во всех случаях статистическое значение К-С для распределения левых и правых хвоинок меньше его критического значения Dст = 0,155, что свидетельствует о нормальном распределении признака ширина хвои.

Наличие или отсутствие направленной асимметрии выявляли с помощью дисперсионного анализа, где в качестве фактора выступала «сторона» (левая, правая).

Таблица 2

Результаты однофакторного дисперсионного анализа билатеральных признаков хвои (Fкр = 3,86)

Для всех лет жизни хвои нет достоверных различий между значениями признаков слева и справа. Все полученные экспериментальные значения критерия меньше его критического значения Fкр = 3,86 (табл. 3). То есть отклонения правой и левой хвоинки для каждого признака относятся к одной выборочной совокупности, следовательно, мы можем считать, что направленная асимметрия (НА) отсутствует.

Усредненные показатели длины и ширины хвои ели, произрастающей на исследуемых участках, приведены в табл. 3. Можно отметить, что эти величины варьируют в зависимости от года жизни хвои и их значения на площади ПП-1 ниже, чем на ПП-2, что совпадает с работами других авторов, отмечавших уменьшение размеров хвои при загрязнении среды [10].

Также можно отметить некую закономерность в изменении морфометрических показателей хвои. Темпы прироста длины хвои на загрязненном участке несколько выше, чем на контрольном. По-видимому, это можно объяснить некоей адаптацией растений к условиям произрастания [10].

Процентное соотношение хвои, пораженной хлорозом на исследованных участках, представлено в табл. 5.

Наибольший процент повреждения хлорозом выявлен у деревьев, относящихся к ослабленным: деревья № 4, 7 (ПП-1) и № 7 (ПП-2) (табл. 5). При этом на условно чистой площади 90 % составляют хлорозы 1 и 2 класса, на площади в зоне активного загрязнения 50 % составляют хлорозы 1 и 2 класса, 10 % – хлорозы 4-го класса, которые в основном выявлены на ослабленных деревьях. Средние показатели поражения хлорозом для площадки ПП-1 составили 22,5 ± 2,21 %, для площадки ПП-2 – 11,5 ± 1,57 %. Степень поражения хвои хлорозом статистически достоверно отличается Fст = 15,02, Fкр = (р = 0,001) для деревьев, произрастающих на различных исследуемых площадях.

Заключение

Проведенные исследования не выявили отличий в состоянии деревьев, произрастающих на различных площадях, по их визуальной оценке.

Проведенный статистический анализ доказал случайный характер изменения билатеральных морфометрических признаков, что позволяет использовать интегральный показатель ФА для оценки состояния изученных древостоев.

Значения интегрального показателя ФА для хвои 1, 2, 3-го годов жизни на условно чистой контрольной площади (ПП-2) не имеют статистически достоверных различий, соответствуют первому баллу по шкале стабильности развития, что соответствует условной норме. Значения интегрального показателя ФА для хвои 1, 2-го годов жизни в зоне активного загрязнения также не имеют статистически достоверных различий и соответствуют третьему баллу по шкале, что свидетельствует о значительном загрязнении, для хвои третьего года на данной площади ФА соответствует четвертому баллу. Среднее значение интегрального показателя для площади ПП-1 можно отнести к третьему баллу и оценить данную территорию как значительно загрязненную.

Длина и ширина хвои 1, 2, 3-го года жизни на площади ПП-1 меньше, чем на площади ПП-2 (р ˂ 0,05), при этом темпы прироста длины хвои выше на площади ПП-1, что также может свидетельствовать о более высоком уровне загрязнения на данной исследуемой площади.

Степень поражения хвои хлорозом статистически достоверна для деревьев, произрастающих на различных исследуемых площадях, и значительно выше на площади в зоне активного загрязнения.

По всем полученным показателям уровень загрязнения вдоль автомобильной трассы (ПП-1) выше, чем в рекреационной зоне (ПП-2), что свидетельствует о возможности использования ели сибирской как индикатора аэрогенного загрязнения городской среды.