Фитоиндикация лесных фитоцинозов по состоянию сосны обыкновенной

     Оценка  деревьев сосны обыкновенной по категориям жизненного состояния кроны осуществлялась по следующей шкале: здоровые деревья – без видимых признаков ослабления жизнедеятельности, в нижней части крон могут быть отдельные сухие ветви 1-го порядка; ослабленные деревья – крона ажурная, доля сухих или явно усыхающих ветвей в кроне от их общей массы составляет до 25%; сильно ослабленные деревья – крона в сильной степени ажурная, масса сухих или явно усыхающих ветвей до 35%; усыхающие деревья – доля сухих и явно усыхающих ветвей до 75%; сухостой – доля усохших  и явно усыхающих ветвей более 75%.

     В апреле 1998 года с шестидесяти семеносящих  деревьев (по двадцать деревьев на каждой ППП) были собраны образцы шишек. Изучение состояния женской репродуктивной сферы деревьев сосны обыкновенной проводили по комплексу 28 морфофункциональных признаков, список которых приводится в таблице 4. С каждого дерева анализировали по 20-30 шишек. Для опосредованной оценки генетической обусловленности метамерных количественных признаков женской репродуктивной системы сосны обыкновенной рассчитывали коэффициент повторяемости, как соотношение эндогенной и индивидуальной форм изменчивости с использованием модели однофакторного дисперсионногоанализа. Коэффициент повторяемости (Р) служит для опосредованной оценки генетической обусловленности полигенных морфологических признаков, характеризующихся метамерностью, а также позволяет установить верхний порог наследуемости последних и рассчитывается по формуле: 

     P = V₁/ V₁ + V₂ ,

     Где V₁ – межиндивидуальная компонента дисперсии;

     V₂ – внутрииндивидульная компонента дисперсии. 

     Изучение  состояния женской генеративной сферы показало, что за редким исключением  между зонами поражения достоверных  различий в параметрах не наблюдается. По характеру наполненности шишек семенами в зависимости от исходного числа потенциально фертильных семяпочек все семеносящие деревья на ППП представлены исключительно высокочереззерными формами.

     По  мере нарастания уровня загрязнения  прослеживается тенденция к увеличению числа семяпочек, погибших до оплодотворения, а также к уменьшению числа полнозерных семян, выживаемости семяпочек за весь гаметофитный, в первый вегетационный и эмбриональный периоды. В зоне среднего и слабого поражения сохранность семяпочек во 2-й вегетационный период выше, чем в зоне сильного поражения. Наблюдается небольшое снижение массы 1000 шт. семян в зоне сильного поражения. 
 
 
 
 
 
 

2. Результаты  исследований.

 

2.1. Фитоиндикация.

Фитомониториг в отличие от точечных инструментальных методов позволяет оценивать  влияние загрязнителей на сообщества, и давать представление о длительном воздействии загрязнителей, и прогнозировать их дальнейшее влияние. Кроме этого, существующие нормативы ПДК основываются на реакциях животных организмов, в то время как пороговые концентрации ряда растений являются более низкими. Все это позволяет утверждать, что фитомониторинг необходим для объективной оценки экологической ситуации городской среды.[6].

Фитомониторинг  строится на основе ответных реакций  растений на весь комплекс условий  местообитания, несводимый непосредственно  на влияние техногенного загрязнения. Выявление влияния техногенных условий, производится путем сравнения исследуемых городских сообществ с природными аналогами или внесением растений в загрязненную область. В случае наличия в сообществе видов-интродуцентов, необходимо учитывать уровень отклонения условий в данном климате от оптимума. Так как, ответные реакции на загрязнение наблюдается у всех растений, то необходимо выделить наиболее удобные для индикации виды и признаки. Применение фитоиндикации, по сравнению с инструментальными методами имеет ряд недостатков, в частности, в быстро меняющихся условиях -присутствует некоторая необъективность, и отклонение результатов особенно в годы с экстремальными условиями. Ощутимым минусом является, то, что при использовании для анализа урбосреды, нужно следить за всеми компонентами системы, и любое их изменение может привести к сбою системы анализа.[6,9].

Фитоиндикация может осуществляться на разных уровнях  организации. 
 

Уровни  фитоиндикации:

1. биохимические и физиологические реакции растительного организма;
2. анатомические и морфологические изменения;
3. изменение популяции растений;
4. флористические изменения;
5. фитоцинотические изменения;
6. изменения ландшафтов.

В практике фитоиндикации чаще всего учитывают  анатомо-морфологические изменения растений.

Различают микроскопические изменения и макроскопические изменения, применяемые в фитоиндикации. 

Микроскопические  изменения:

1. изменение размеров ветки (у сосен, поврежденных диоксидом серы, отмечается увеличение клеток смоляных каналов);
2. плазмолиз;
3. изменение степени ксероморфизма листьев;
4. изменение структуры древесины.

 

Макроскопические  изменения:

1. изменение  окраски листьев (хлороз) – явление  неспецифичной реакцией на стрессоры:

• хлороз – бледная окраска листьев между жилками (у хвои и сосны – даже при слабой загазованности атмосферы);
• пожелтение краев или участков листьев;
• побурение или побронзовение у лиственных деревьев, что нередко является начальной стадией тяжелых некротических повреждений (у хвойных – это проявляется при значительных дымовых повреждениях).
• покраснение – накопление антоциана в виде пятен на листьях растений;
• изменение окраски, при которой листья создают впечатление, как пропитанные водой.
• серебристая окраска листьев.

2. некрозы  – отмирание ограниченных участков  ткани; 

3. дефолиация, то есть опадение листьев, наблюдается обычно после появления хлорозов и некрозов;

4. изменение  размеров органов растений (у  сосен хвоя удлиняется под  действием нитратов и ускоряется  под действием диоксида серы);

5. изменение  формы, количества и положения органов растения;

6. изменение  направления роста и формы   ветвления (изрежевание кроны  у поврежденных дымом хвойных  деревьев);

7. изменение  прироста;

8. изменение  плодовитости при действии антропогенных  факторов наблюдается у большинства  растений.

При определении  анатомо-морфологических изменений  необходимо учитывать, что некоторые  естественные факторы могут вызывать симптомы, сходные с антропогенными нарушениями. Поэтому при фитоиндикации  следует учитывать предшествующие погодные условия, наличие вредителей и болезней.

При создании системы фитомониторинга нужно  использовать ряд принципов 

позволяющих получать наиболее объективную информацию:  

• Определение генезиса существующих насаждений.
• Составление перечня видов городских насаждений.

 

Все методы фитоиндикации, можно разделить на две группы:

1. Выявление наиболее устойчивых к токсикантам видов.
2. Подбор наиболее чувствительных растений к действию токсикантов и определение степени загрязнения атмосферу по ответным реакциям конкретных видов.

При использовании растительных сообществ в качестве индикаторов условий местообитания и состояния окружающей среды необходимо рассмотреть наиболее существенные свойства фитоценозов. Они раскрываются через описание видового состава сообществ и выявления его структуры на пробных площадях 400–500 м2 для лесного таежного фитоценоза и 100 м2 для травянистых сообществ (лугов). Растительность верховых сфагновых болот, отличающаяся комплексностью, исследуется методом линейной таксации (экологический профиль от окраины болота к его центру) с описанием сообществ на каждом элементе рельефа (понижение на окраине болота. пологий склон. гряда, мочажина) и установления процентного соотношения между различными типами сообществ по их суммарному протяжению на профиле.[7]. 

Структура и состав растительных сообществ. 

Структура растительного сообщества наиболее ярко проявляется в его вертикальной ярусности. Она характерна для всех типов наземной растительности: лесов, лугов, болот и т.д. Ярусы выделяются по жизненным формам (деревья, кустарники, кустарнички, травянистые растения).

Наиболее  сложна структура лесного сообщества, в котором выделяют древесный, кустарниковый, травяно-кустарничковый и мохово-лишайниковый ярусы. 

Древесный ярус объединяет все виды растений, жизненная форма которых дерево. Однако различают деревья 1, 2 и 3 - ей величины.

Можжевельник  обыкновенный (Yuniperus communis) является деревом 3-й величины (при неблагоприятных  условиях можжевельник снижает жизненность, принимая кустарниковую форму).

Рябина  обыкновенная (Sorbus aucuparia), черемуха обыкновенная (Prunus avium), ива козья (Salix caprea) – деревья 2-й величины, все остальные виды (ель европейская Picea abies, сосна обыкновенная Pinus sylvestris, береза повислая Betula pendula, береза пушистая B. pubescens, осина Populus tremula, липа сердцелистная Tilia cordata и др.) - деревья 1-й величины. При одинаково благоприятных условиях деревья 2-й и 3-й величины никогда не достигают высоты деревьев 1-й величины. Величина деревьев, как и других растений, – биологическое свойство, определяющее подразделение ярусов на подъярусы. [7,8].

Одновременно  одна и та же древесная порода в  зависимости от конкретной высоты образует полога – высотные структурные подразделения  древесного яруса. Господствующие и  исключительно господствующие деревья относятся к 1-му пологу, 2-й и 3-й полога включают деревья, высота которых соответственно составляет 3/4 и 1/2 от высоты 1-го полога. Для древостоя в целом и его пологов указывается сомкнутость крон, определяемая глазомерно по соотношению площадей неба, закрытого проекцией крон, и просветов. Выражается сомкнутость в десятых долях от единицы. Составляется также формула древостоя на основе количественного учета стволов всего древостоя и отдельно для каждого полога. Формула древостоя показывает долю участия каждого вида древесной породы в сложении древостоя или его конкретного полога. Например, на пробной площади лесного сообщества зафиксировано 56 стволов ели европейской, 20 стволов сосны обыкновенной и 5 стволов березы повислой – всего 80 стволов, что составляет 100% или 10 единиц, как принято в лесоводстве. На долю ели, сосны, и березы соответственно приходится 68,8%; 25,0% и 6,2 %. Формула древостоя (округляя проценты) выглядит следующим образом: 7Е3С+Б (если доля какой-то древесной породы менее 10%, то указывается ее присутствие знаком (+). Аналогичным образом определяется формула древостоя для каждого полога. Формулы древостоя (и пологов) удобнее для сравнения особенностей структуры различных сообществ, чем сравнение по абсолютному количеству стволов каждой древесной породы.[1,5]. 

Очень важна характеристика подроста, к  которому условно относятся молодые  экземпляры деревьев с высотой, составляющей 1/4 от преобладающей высоты (при высоте древостоя 24 м к подросту относятся  экземпляры до 6 м). В свою очередь подрост также по высоте подразделяется на полога. Между подростом и материнским древостоем существуют сложные взаимоотношения, но подрост – это потенциальный материал для восполнения отпада в материнском древостое и обеспечения его возобновления.[2]. 

Кроме вертикальной структуры многим растительным сообществам характерна также горизонтальная и временнaя (сезонная) структура. Горизонтальная структура фитоценоза проявляется  в мозаичности ценоэлементов, т.е. в наличии мелких групп растений, различающихся по составу, обилию видов, их жизненности. Ценоэлементы горизонтальной структуры называются микрогруппировками. Горизонтальная структура обусловлена 3-мя группами факторов:

• мелкими неоднородностями условий среды в пределах одного экотопа (экотопическая мозаичность);
• прямым и косвенным влиянием хозяйственной деятельности человека (антропогенная мозаичность);
• особенностями биологии самих растений, например, разрастание отдельных видов (фитогенная мозаичность), а также ценобиотическая мозаичность, возникающая как результат взаимодействия растений в сообществе (распределение растений под пологом леса при его неравномерной сомкнутости).