Фитоиндикация лесных фитоцинозов по состоянию сосны обыкновенной

Временнaя  структура фитоценоза выражается в  том, что на одной территории в  разные сроки вегетационного периода развиваются сезонные группы растений, называемые синузиями, которые объединяют виды растений со сходным ритмом развития. Ярким примером временнoй синузии являются синузия эфемеров и эфемероидов в пустынях, степях, широколиственных лесах. В наших лесах на дерново-карбонатных почвах с близким залеганием известняков ранней весной такую синузию образуют обильно цветущие первоцветы: ветренница лютичная (Anemone ranunculoides), медуница неясная, (Pulmonaria obscura), перелеска благородная (Hepatica nobilis) и др.

Разнообразные формы структуры растительного  сообщества имеют большое значение не только для функционирования конкретного  фитоценоза, но и для биогеоценоза (экосистемы) в целом. Благодаря сложности  структуры фитоценоза более полно  используется разнообразие условий среды, что обеспечивает полночленность фитоценоза и увеличивает его устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды и к конкурентным взаимоотношениям с соседними сообществами.

Условия существования в пределах разных ярусов различны. Верхний ярус находится под наибольшим воздействием климатических условий. Условия существования растений нижних ярусов (кустарникового, травяно-кустарничкового, или травянистого, мохово-лишайникового) существенно трансформируются фитосредой, особенности которой определяются верхним ярусом. Таким образом, верхний ярус играет средообразующую роль в формировании расположенных под ним других структурных элементов сообщества (ценоэлементов), т. е. является эдификаторным. В эдификаторном ярусе выделяется основная древесная порода, образующая конкретное сообщество, – эдификатор (строитель сообщества). По средообразующей роли эдификаторы отличаются различной фитоценотической мощью. Наиболее сильным эдификатором в наших климатических условиях является ель европейская, формирующая коренные бореальные (таежные) еловые леса. Сосновые леса, за исключением сосняков лишайниковых на боровых террасах, камах и озах, сложенных песчаными отложениями, березняки, сероольшанники являются вторичными лесами, возникшими на месте ельников. Их существование в природе поддерживается хозяйственной деятельностью человека. В противном случае еловые леса восстановились бы на прежних местообитаниях.

На основе указанных выше показателей определяются фитоценотипы растительных сообществ: эдификаторы – строители сообществ, формируют эдификаторный ярус, основные средообразующие растения, победители в борьбе за существования 1-го ранга; ассектаторы – сопутствующие растения, образующие второстепенные ярусы. Среди ассектаторов выделяются доминанты – группы видов высокого обилия (преобладающие растения).

Таким образом, экологический анализ видового состава растений позволит выявить  растения-индикаторы, указывающие на особенности природной среды и протекающих в ней процессов.[6,9]. 
 

     2.2. Вещества, загрязняющие атмосферный воздух.

     Сильнейшее  антропогенное воздействие на фитоценозы оказывают загрязняющие вещества в  окружающем воздухе, такие, как диоксид  серы, оксиды азота, углеводороды и  др. Среди них наиболее типичным является диоксид серы, образующийся при сгорании серо содержащего топлива (работа предприятий теплоэнергетики, котельных, отопительных печей населения, а также транспорта, особенно дизельного).

     Устойчивость  растений к диоксиду серы различна. Даже незначительное наличие диоксида серы в воздухе хорошо диагностируется лишайниками – сначала исчезают кустистые, потом листоватые и, наконец, накипные формы. Из высших растений повышенную чувствительность к S02 имеют хвойные (кедр, ель, сосна). Устойчивы к загрязнению бересклет, бирючина, клен ясенелистный.

     Для ряда растений установлены границы  их жизнедеятельности и предельно  допустимые концентрации диоксида серы в воздухе. Величины ПДК (мг/куб. м): для  тимофеевки луговой, сирени обыкновенной - 0,2; барбариса - 0,5; овсяницы луговой, смородины  золотистой - 1,0; клена ясенелистного - 2,0 .

     Чувствительны к содержанию в воздухе других загрязнителей (например, хлороводорода, фтороводорода) такие растения, как  пшеница, кукуруза, пихта, ель, земляника садовая, береза бородавчатая.[1,8].

     Стойкими  к содержанию фтороводорода в воздухе являются хлопчатник, одуванчик, картофель, роза, табак, томаты, виноград, а к хлороводороду - крестоцветные, зонтичные, тыквенные, гераниевые, гвоздичные, вересковые, сложноцветные.

           Воздух как природный  ресурс представляет собой общечеловеческое достояние. Постоянство его состава (чистота) - важнейшее  условие существования человечества. Поэтому любые изменения состава рассматриваются как загрязнение атмосферы.

           Основными ингредиентами  загрязнения атмосферы являются оксиды углерода (СО), азота (NOX) и серы (SO2), углеводороды (СnHm) и взвешенные частицы (пыль).

     Загрязняющие  вещества, выброшенные в воздушный  бассейн в виде газов или аэрозолей, могут:

     -  оседать под действием силы  тяжести (крупнодисперсные пыли  и аэрозоли);

     -  физически захватываться оседающими частицами (осадками) и поступать в лито- и гидросферу;

     - включаться в биосферный круговорот  соответствующих веществ (углекислый  газ, пары воды, оксиды серы  и азота и прочие);

     -изменять  свое агрегатное состояние (конденсироваться, испаряться, кристаллизоваться и т.п.) или химически взаимодействовать с другими компонентами воздуха, после чего пойти одним из вышеуказанных путей;

     -о  находиться в атмосфере относительно  длительное время, переносясь  циркуляционными потоками в различные слои тропо- и стратосферы и в разные географические области планеты до тех пор, пока не создадутся условия для их физической или химической трансформации (например, фреоны).

     Сильнейшее  антропогенное воздействие на фитоценозы оказывают загрязняющие вещества в окружающем воздухе, такие, как диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и др. Среди них наиболее типичным является диоксид серы, образующийся при сгорании серо содержащего топлива (работа предприятий теплоэнергетики, котельных, отопительных печей населения, а также транспорта, особенно дизельного).

     Устойчивость  растений к диоксиду серы различна. Даже незначительное наличие диоксида серы в воздухе хорошо диагностируется  лишайниками – сначала исчезают кустистые, потом листоватые и, наконец, накипные формы. Из высших растений повышенную чувствительность к S0₂ имеют хвойные (кедр, ель, сосна). Устойчивы к загрязнению бересклет, бирючина, клен ясенелистный.

     Для ряда растений установлены границы  их жизнедеятельности и предельно допустимые концентрации диоксида серы в воздухе. Величины ПДК (мг/куб. м): для тимофеевки луговой, сирени обыкновенной - 0,2; барбариса - 0,5; овсяницы луговой, смородины золотистой - 1,0; клена ясенелистного - 2,0 .

     Чувствительны к содержанию в воздухе других загрязнителей (например, хлороводорода, фтороводорода) такие растения, как пшеница, кукуруза, пихта, ель, земляника садовая, береза бородавчатая.

     Стойкими  к содержанию фтороводорода в  воздухе являются хлопчатник, одуванчик, картофель, роза, табак, томаты, виноград, а к хлороводороду - крестоцветные, зонтичные, тыквенные, гераниевые, гвоздичные, вересковые, сложноцветные.[1].

     Сернистый ангидрид (SO2) – бесцветный газ с  резким запахом горелой серы.  Нормальная концентрация в тропосфере составляет 0,2. Главным антропогенным  источником является сжигание нефти, угля и ископаемого топлива.

     Диоксид серы токсичен и для растений, и  для животных. Так же диоксид серы влияет и на здоровье человека, приводя  к заболеванию дыхательных путей, воспалению носоглотки, слизистой оболочки и бронхиту.

     Растениями  индикаторами являются: ячмень – реагирует  при 0,3-0,5, погибает при такой концентрации за 2-3 часа; при концентрации 0,5 погибают все виды лишайников; у смородины  и гортензии наблюдается покраснение  листьев при 0,22-0,26.

     У хвойных видов (сосна, ель, пихта) при концентрации 0,04 начинается пожелтение и побурение хвои с верхушки.[5]. 
 
 
 

     2.3. Биоиндикационное исследование лесного сообщества зеленой    зоны г. Тольятти.

     Диоксид серы SO₂ входит в группу основных загрязнителей, его концентрация особенно возрастает в пасмурную погоду и при тумане (в 2-5 раз). Максимальная разовая ПДК на SO₂ составляет 0,5 мг/м³, среднесуточная ПДК – 0,05 0,5 мг/м³, класс опасности вещества – третий. В концентрациях, превышающих ПДК, вызывает воспаление носоглотки, слизистой оболочки, бронхиты, кашель, хрипоту и боли в горле. Не смотря на то, что выбросы предприятий по диоксиду серы возросли с 1997-го по 2005 год примерно в 2-2,5 раза до 5,8 тыс. тонн, превышения ПДК, по данным стационарных постов, расположенных в селитебной части города, выявлено не было. Однако состояние хвойной растительности на рассматриваемом участке говорит об обратном. Причем данные 2004-го и 2005 годов позволяют выявить нарастание кумулятивного эффекта. Сернистый ангидрид выделяется в процессах горения, будь то технологические процессы ТЭЦ, других промышленных предприятий или сгорание топлива в двигателях внутреннего сгорания автомобилей. Как говорилось выше, сернистый ангидрид вызывает пожелтение и отмирание хвои, начиная с кончиков хвоинок и затрагивая в дальнейшем последующие части. Нужно отметить, что существуют и другие виды-биоиндикаторы данного загрязнителя.  SO₂ вызывает покраснения на листьях смородины и гортензии, потерю листьев у крыжовника, омертвевшие беловатые пятна у тюльпанов, лука, гладиолусов, на листьях салата – разрывы, как от «работы» грызунов, на листьях многих других деревьев также появляются сначала грязно-зеленые, потом бурые пятна. Выбор сосны обыкновенной как биоиндикатора диоксида серы обосновался выше. 
 
 
 
 

     Рисунок 3. Данные наблюдений за 2005 год 
 

     Известно, что если поврежденные образцы составляют до 15 процентов в общей массе, то это можно отнести к естественным процессам биологического отмирания, если эти цифры выше, то налицо наличие влияния загрязнения.

     Таким образом, в исследовании лесного сообщества зеленой  зоны г. Тольятти были выявлены растения-биоиндикаторы, установлено вещество-загрязнитель, выявлены источники загрязнения. Это прежде всего автотрасса, но обнаруживается и общее влияние фоновых концентраций SO₂ . С учетом того, что в теплый период года, период вегетации, для г. Тольятти характерно преобладающее направление ветровых потоков северо-запад, запад, ветер дует с промышленной зоны Центрального и Автозаводского районов. Влияние промышленных концентраций диоксида серы от автомагистрали достоверно установлено. Улица Комзина, находясь в зеленой зоне города, имеет недопустимую для данного вида территорий интенсивность автотранспорта, что оказывает свое отрицательное влияние на флористический состав и здоровье населения. Мониторинговое исследование проводилось с учетом пространственного (расстояния от источника) и временного (с ретроспективностью в один год, в один и то же период года) фактора. Данные за два года свидетельствуют о нарастании аккумулятивного эффекта от загрязнения. Предполагается продолжить исследование в последующие годы. 
 
 

     2.4. Влияние продуктов сжигания попутного газа при добыче нефти на репродуктивное состояние сосновых  древостоев в северотаежной подзоне.

     Большинство признаков женской репродуктивной сферы сосны обыкновенной находится  под значительным генотипическим контролем (рис. 4). В тоже время в насаждениях, испытывающих различную степень влияния выбросов факела, доля изменчивости того или иного признака, обусловленная генетическими причинами, различна.