На підставі проведених польових і експериментальних з експозицією діоксидом сірки і нанесенням розчинів сірчаної кислоти на листя рослин, досліджень акумулюючої здатності ряду рослин, а також їх газоустойчівості, яка визначається за ступенем пошкодження листової пластинки, реакції пігментного комплексу, активності окислювальних ферментів, зміни кислотності листової пластинки, вперше для кліматичних і грунтових умов Омської області визначені деревні рослини найбільш перспективні для очищення атмосфери від сірковмісних токсикантів. Дані досліджень можуть застосовуватися при озелененні санітарно-захисних зон підприємств

Анотація наукової статті з біологічних наук, автор наукової роботи - Денисова Олена Сергіївна


Accumulation of sulfur dioxide atmospheric impurities in plants of Western Siberia

On the account of the results in the field and laboratory research (such as using sulfur dioxide and embossing of sulfuric acid on the leaf of plants) of the accumulating capacity of a number of plants and their gas resistance, defined by reaction of the pigment complex of oxidative enthatyme activity of the degree of plate in jury, and modification of the acid of lamina as well, the wood plants mostly promising for cleaning the atmosphere of sulfur containing toxin where defined for the first time for climatic and soil conditions of Omsk region. The results of the experiment can be used while planting of greenery in factory's control area


Область наук:

  • біологічні науки

  • Рік видавництва: 2009


    Журнал: Омський науковий вісник


    Наукова стаття на тему 'Акумуляція рослинами сірковмісних домішок атмосфери в умовах Західного Сибіру'

    Текст наукової роботи на тему «Акумуляція рослинами сірковмісних домішок атмосфери в умовах Західного Сибіру»

    ?УДК 502 5 U03): 581.5 Е. С. ДЕНИСОВА

    Омський державний технічний університет

    Акумуляція РОСЛИНАМИ серосодержащими ДОМІШОК АТМОСФЕРИ В УМОВАХ ЗАХІДНОЇ СИБИРИ

    На підставі проведених польових і експериментальних з експозицією діоксидом сірки і нанесенням розчинів сірчаної кислоти на листя рослин, досліджень акумулюючої здатності ряду рослин, а також їх газоустойчівості, яка визначається за ступенем пошкодження листової пластинки, реакції пігментного комплексу, активності окислювальних ферментів, зміни кислотності листової пластинки, вперше для кліматичних і грунтових умов Омської області визначені деревні рослини найбільш перспективні для очищення атмосфери від сірковмісних токсикантів. Дані досліджень можуть застосовуватися при озелененні санітарно-захисних зон підприємств.

    Ключові слова: забруднення атмосфери, биоиндикация.

    У районах з високорозвиненою промисловістю, до яких зараховується р Омськ, деревні рослини виконують не тільки художньо-естетичну, але і санітарно-гігієнічну роль. Для озеленення промислових центрів необхідно застосовувати асортимент рослин з високою газопоглотітельной і регенераційної здатністю і стійкістю до промислового забруднення.

    Як відомо, в різних грунтово-кліматичних умовах рослини виконують свою роль з різною ефективністю, тому рекомендації з озеленення промислових об'єктів повинні мати точний екологічний адреса.

    Особливої ​​актуальності набувають ці питання в умовах Омської області - району з щільним населенням і розвинутою промисловістю. Промисловий потенціал міста і пов'язані з високою концентрацією виробництва екологічні проблеми стійко закріпили місто Омськ в першій десятці найбільш неблагополучних міст країни.

    Сірчистий газ є одним з найбільш поширених токсикантів атмосферного повітря, крім того, це з'єднання найбільш токсична для рослин. Найбільш важливими серосодержащими компонентами забрудненої атмосфери є двоокис сірки ^ 02) і сірководень (Н ^ З).

    За наявними в літературі даними про вплив аеротехногенного забруднення на рослини, загальна характеристика порушень виглядає наступним чином: в першій фазі настає зміна в буферній системі, в другій - гальмування фотосинтезу, в наступних - зниження ферментативної активності [1,2]. Сірчистий газ підвищує кислотність клітинного соку рослин, що призводить до подальших фізіологічних порушень. Про газопоглотітельной здатності рослин судять за кількістю накопиченої листям сірки [1,2].

    У зв'язку з цим нами проведено порівняльне дослідження акумулюючої здатності і стійкості по відношенню до серосодержащим токсикантів деяких деревних рослин, широко використовуваних для озеленення міст і промислових районів Омської області.

    Матеріал і методи дослідження

    Об'єктами дослідження були деревні рослини, широко використовувані для озеленення міст і промислових районів Омської області: береза ​​повисла - Betula pendula Roth., Верба біла - Salix alba L., клен - Acer negundo L., сосна звичайна - Pinus sylvestris L., тополя чорний - Populus nigra L., яблуня ягідна - Malus baccata (L.) Borkh.

    Польові дослідження проводилися протягом вегетаційного періоду (червень, липень, серпень) 2000 - 2007 рр. в посадках рослин одного віку (дерева 10-15 років), розташованих на відстані приблизно одного кілометра від ТЕЦ-5, а також на різному видаленні від підприємства технічного вуглецю (ТОВ «Омський завод технічного вуглецю»). Всі зони розміщені по вектору панівних вітрів (влітку - північно-західний). Для контролю взято одновікові рослини, що знаходяться поза зоною дії промислових підприємств і які ростуть в районі населеного пункту Сиропятское, в 24 км на південний схід від межі міста Омська. З метою уникнення впливу на результати досліджень викидів автотранспорту вибиралися досвідчені рослини, які ростуть не менше ніж в 300 м від дороги. Для досліджень у всіх зонах вибиралося по 10 модельних дерев кожного виду. Відбір листя проводився кожен літній місяць в 9-10 годин ранку одночасно з усіх зон для визначення конкретного показника. Листя (15-20 шт. З одного дерева) відбиралися в одній частині крони, зверненої до джерела забруднення.

    Експериментальні дослідження включали в себе експозицію листя рослин сірчистим газом в ексикаторі і обприскування гілок розчином сірчаної кислоти. Процес експозиції рослин сірчистим газом відбувався в ексикаторі за формулою: Na2SO3 + H2SO4 = SO2 + Na2SO4 + H2O. У ексикаторі створювалися концентрації SO2 0,5%, 1% і 2% шляхом додавання певної навішування Na2SO3 і H2SO4. Контрольні листи перебували в ексикаторі протягом такого ж часу без токсиканти.

    Оскільки сірчистий газ в клітинах перетворюється в сульфат і штучне обприскування слабким

    «ОМСКИЙ НАУКОВИЙ ВІСНИК» № 1 (84), 2009 ЕКОЛОГІЯ

    ЕКОЛОГІЯ «ОМСКИЙ НАУКОВИЙ ВІСНИК» № 1 (84), 2009

    розчином сірчаної кислоти у вигляді аерозолю викликає порушення за ознаками, ідентичним тим, які утворюються від відповідного газу, а характер і послідовність проявів порушень в клітинах від дії кислот і газів, що містять однакову діючу речовину, аналогічні [1, 2], нами були проведені експерименти з обприскуванням рослин трьома розчинами сірчаної кислоти різної концентрації. Так як відомо, що видимі ознаки ураження листя, оброблених слабкими розчинами кислот, проявляються через кілька годин, і зміни в забарвленні і зменшення розмірів тканин, що встановлюються в них через добу, в подальшому залишаються майже стабільними, фізіолого-БіоХім-вів показники рослин були вивчені нами через 24 і 72 години після обробки. Експерименти проводилися в липні і в серпні, коли листя рослин володіють найбільшою газоустойчівості [1]. Модельним експериментів було піддано по 5 рослин кожного виду, що росте на агростанции ОмГПУ. Для проведення досліджень вибиралися ясні, безхмарні дні. Для обприскування листя рослин використовувалися слабкі розчини сірчаної кислоти: 0,25%, 0,5% і 1,0%. На дереві вибиралися чотири гілки - три досвідчені і контрольна. Контрольну гілка обприскували дистильованою водою. У клена половину листа до черешка обробляли кислотою, іншу - обприскували водою, і вона служила контролем. Щоб уникнути попадання кислоти на контрольну частину листа, її під час обприскування прикривали папером.

    У польових експериментах, а також після обробки листя визначали: ступінь пошкодження листової пластинки, рН гомогената, активність ферментів каталази, пероксидази і поліфенолоксідази, вміст пігментів і загальної сірки в листі.

    Пошкоджуваність листя визначали бальним методом (відношення довжини пошкодженої частини до загальної довжини листа) за п'ятибальною системою Н.П. Красинского. рН гомогената листя знімали на іономірі універсальному ЕВ-74, для приготування гомогенату брали наважку 5 г листків і розтирали з 50 мл дистильованої води до однорідної маси. Активність ферменту каталази визначали титруванням неразложившихся перекису водню перманганатом калію по Баху і Опаріну; активність ферментів полі-фенолоксідази і пероксидази - йодометричним методом [3]. Кількісний аналіз фотосінтеті-чеських пігментів проводили в ацетоновій витяжці на спектрофотометрі «Спекол» [3].

    Всі вимірювання проводилися в триразовою повторності у кожного модельного рослини. Для перевірки достовірності відмінностей між двома вибірками використовувався критерій Стьюдента. Дані натурних і експериментальних досліджень оброблялися також методом однофакторного дисперсійного аналізу за допомогою пакету програм Microsoft Exsel.

    Результати та їх обговорення

    Сероаккумулірующая здатність рослин. У польових дослідженнях кількість сірки в листі рослин достовірно збільшувалася в задимленому повітрі. Сила впливу забрудненого повітря згідно дисперсійного аналізу становила 0,6-0,92 (р < 0,01 - 0,001). Високим поглинанням володіє тополя чорна. Вміст сірки поблизу джерел забруднення у рослин кількість сірки в листі збільшується від червня до серпня, що пов'язано з поступовим накопиченням сірки протягом вегетаційного періоду. Також високою серопогло-

    щающую здатністю володіють яблуня ягідна і верба біла. У яблуні кількість уловленной в забруднених зонах сірки становить 130 - 330% від контролю (р < 0,001), у верби - 110 - 200% (р < 0,05 - < 0,001). У верби і поза задимлення міститься в листі більше сірки ніж у інших видів (0,36% від повітряно сухого ваги). Найбільш низька інтенсивність поглинання сірки в наших дослідженнях виявилася у клена ясенелистного (в забруднених зонах до 133% від контролю) і берези повислої (максимум 144% до контролю).

    Однофакторний дисперсійний аналіз показав існування достовірного впливу обробки сірчаною кислотою і експозицією діоксидом сірки на кількість загальної сірки в листі досвідчених рослин (д = 0,80-0,95; р < 0,001). Результати порівняльного аналізу ефективності рослин в поглинанні сірки після обробки кислотою виявилися протилежними тим, що були отримані в польових дослідженнях. Виявилося, що при високих концентраціях найкращими серопоглощающімі властивостями володіють клен, береза ​​бородавчаста і яблуня ягідна, найменш ефективні тополя і яблуня (рис.1). У багатьох рослин немає чіткої залежності між дозою і ефектом. У берези і верби при обробці кислотою різної концентрації поглинається приблизно однакову кількість сірки. У більшості рослин кількість сірки, поглиненої через 24 години після обробки, перевищує кількість сірки, уловленной через 72 години. Виняток становить тополя, який взагалі вловлює невелику кількість сірки. У всіх досліджуваних рослин, за винятком сосни, сірка після обробки поглиналася більше в липні, ніж у серпні. Що пояснюється старінням листя, зниженням фізіологічної активності рослин в серпні. Виняток становить сосна, вічнозелена рослина, і зниження активності у неї не настільки виражено.

    Газостойчівость рослин. Спостереження за рослинами, ростуть в забруднених зонах не виявили ніяких морфологічних змін. Тільки у берези повислої в забруднених зонах гальмівну дію повітряних полютантів відбилося на молодих, зростаючих листі, які були злегка деформовані і мали вигляд човники, тобто підняті краї при опущеною нижній частині. Це відбувалося, мабуть, від опіку країв молодих листочків, в результаті чого затримувався ріст крайової зони при продовженні зростання серединної частини листової пластинки. Листя у інших досліджуваних рослин мали більш світле забарвлення і невеликий розмір в порівнянні з фоновими аналогами. Негативний вплив виникло як наслідок хронічного пошкодження листя.

    Найбільші зміни рН гомогената відзначені у берези повислої і тополі чорної (до 20%). У яблуні ягідної, клена ясенелистного і верби білої зміщення рН були незначні, в деяких випадках виявляється навіть збільшення цього показника в порівнянні з фоном.

    Найменш чутливий пігментний комплекс у тополі чорної і яблуні ягідної. Невелике зниження пігментів в червні змінюється у них деяким підвищенням в липні і в серпні. Невеликий вміст в повітрі газів стимулює фотосинтез і збільшує число пігментів у стійких видів рослин. Зміни в пігментному комплексі під впливом забруднення відбуваються головним чином за рахунок зміни вмісту хлорофілу в. Відомо, що вільна форма хлорофілу менш стійка до впливу різних агентів, ніж пов'язана з

    сірчана кислота,%

    клен

    0,4

    0,35

    0,3

    0,25

    0,2

    0,15

    0,1

    0,05

    0

    сосна звичайна

    * Г-'

    контроль 0,25%

    сірчана кислота, %

    0,50% 1,00%

    сірчана кислота,%

    Тополя чорна

    сірчана кислота, %

    яблуня ягідна

    сірчана кислота, %

    Вміст сірки в липні - через 24 години після обприскування, I 1 - через 72 години після обприскування

    Вміст сірки в серпні | - через 24 години після обприскування, - -через 72 години після обприскування

    Мал. 1. Динаміка вмісту сірки в листі деревних рослин після обробки сірчаною кислотою

    білком. Мабуть, цим можна пояснити переважне зниження вмісту хлорофілу в в наших дослідах - як хлорофілу, менш міцно пов'язаного з білком.

    Дослідження активності каталази в різних газодинамічних зонах показало її статистично достовірне зниження під впливом викидів. Найбільш чутливою до дії газів виявилася каталаза у клена ясенелистного: зниження в максимумі доходило до 80% від контрольних аналогів. У нього ж найнижчий показник активності цього ферменту - 0,2-3 одиниці (мл 0,1 н Н2О2), у інших рослин він коливається в середньому від 5 до 20 одиниць. У тополі зниження активності ферменту часто не спостерігалося (статистично достовірно). Активність же поліфенолоксідази і пероксидази в забруднених зонах підвищується (д = 0,36-0,99; р < 0,05 - 0,001). У берези повислої і верби білої збільшення активності поліфенолоксідази змінюється її пригніченням. Так само як і у випадку з каталазой, активність поліфенолоксідази найбільш сильно схильна до змін у клена ясенеліс-

    тного. Найбільш стійкою досліджуваної породою знову виявляється тополя чорна. У всіх рослин в зонах забруднення відзначено активування пероксі-дази. Найбільшою величини підвищення досягає у клена ясенелистного (101 - 132%) і берези повислої (110 - 533%), найменшою - у тополі чорної і яблуні ягідної (101 - 110%). Однією з істотних фізіологічних причин стійкості до газам при диханні є відповідна перебудова всієї дихальної системи і, зокрема, збільшення активності пероксидази і поліфенолоксідази, які дають рослинам можливість в несприятливих умовах добувати енергію, необхідну для підтримання життєдіяльності. Зниження активності ферментів, мабуть, пов'язано зі зниженням фізіологічної активності рослинного організму під впливом газів.

    Виявлено достовірний вплив обробки сірчаною кислотою і експозиція діоксидом сірки на всі показники рослин (д = 0,83 - 0,99; р < 0,001). Обприскування листя досліджуваних видів навіть 0,25-процентним розчином сірчаної кислоти призвело

    «ОМСКИЙ НАУКОВИЙ ВІСНИК» № 1 (84), 2009 ЕКОЛОГІЯ

    ЕКОЛОГІЯ «ОМСКИЙ НАУКОВИЙ ВІСНИК» № 1 (84), 2009

    до значного ураження листя, що особливо було помітно у берези бородавчастої і сосни звичайної. У концентрації 1,0% сірчана кислота призводить до практично повної загибелі листя берези і сосни. У решти видів ця концентрація викликає побуріння окремих ділянок, у вигляді цяток з чітко окресленою межею між живими і відмерлими клітинами і тканинами. Пошкоджені ділянки листа зазвичай локалізовані на периферії і в середині між жилками. У сосни некротичні ділянки найбільш часто зустрічаються в середніх і верхніх ділянках голок.

    Видиме пошкодження листя відповідає зміні активності каталази. Найбільшою мірою активність цього ферменту відзначено зниження у сосни звичайної, за нею йде береза ​​бородавчаста, далі - тополя чорна, яблуня ягідна і верба біла. У тополі через 72 години активність каталази частково повертається до норми, в середньому на 10 - 50%, мабуть, газоустойчівості тополі пов'язана з його здатністю відновлювати активність ферментів після пошкодження. У тополі, яблуні обприскування викликало зниження активності поліфенолоксідази - з подальшим підвищенням рівня активності при збільшенні концентрації. Мабуть, у цих видів зі збільшенням впливу йде поступове наростання фізіолого-біохімічних порушень. І зростання активності оксидаз - захисна реакція на токсиканти, яка забезпечує опірність організму і сприяє знешкодженню шкідливих сполук. У берези ж і верби відразу спостерігалося підвищення активності поліфенолоксідази, яка падала при нанесенні сірчаної кислоти високої концентрації. Це падіння ми обгрунтовуємо необоротністю порушень, що ведуть до загибелі листя, порушень, з якими поліфенолоксидаза не в змозі впоратися.

    Досліджувані види можна розташувати за ступенем зниження рН в такий спосіб: тополя чорна і яблуня ягідна < верба біла < береза ​​бородавчаста < клен < сосна звичайна. Результати видовий стійкості тут повністю збігаються з результатами даних щодо зміни активності ферментів.

    Відповідна реакція пігментного комплексу рослин на дію сірчаної кислоти укладена в достовірному (при р < 0,05 - 0,001) зниження кількості хлорофілів і каротиноїдів прямо пропорційно наноситься концентрації. Найбільшою мірою зменшується кількість пігментів у сосни звичайної: хлорофілів - до 80 - 56% до контрольних листів, каротиноїдів - до 90 - 50%. У всіх інших видів зниження приблизно однаково - до 92 - 70%. Співвідношення пігментів а / в підвищується у рослин до 110 - 140% до контролю.

    висновки

    Таким чином, аналіз отриманих даних підтверджує видові відмінності рослин по газоус-тойчивости і газопоглотітельності. Тополя чорна і верба біла поглинають меншу кількість сірки і в результаті мають більшу стійкість.

    Відсутність у них вираженої реакції вивчених фізіолого-біохімічних показників на невисокі концентрації сірчаної кислоти можна пояснити тим, що ці концентрації не так токсичні для них, зважаючи на великий фізіологічного резерву.

    У безпосередній близькості до джерел забруднення на території Західного Сибіру можна рекомендувати висаджувати стійкі породи: тополя чорна і вербу білу, а потім сосну сибірську, березу бородавчасту і клен, оскільки вони здатні поглинати досить велика кількість токсикантів.

    Наукова новизна роботи. Вперше в умовах Західного Сибіру проведена комплексна оцінка газоустойчівості рослин в техногенному середовищі на основі їх фізіолого-біохімічних і морфологічних показників, із застосуванням натурних і експериментальних досліджень проведена порівняльна характеристика рослин за їхньою здатністю до поглинання сірчистого газу та розроблено рекомендації щодо підбору рослин для санітарно-захисних зон підприємств Західного Сибіру ».

    Практичне значення. Виявлено видовий склад деревних рослин, перспективних для озеленення територій підприємств. Ці дані, а також відомості про можливі прийомах підвищення газоустойчив-вості рослин увійшли в рекомендації з озеленення території підприємства ВАТ «Техуглерод» та Інституту проблем переробки вуглеводнів Сибірського відділення Російської академії наук. Отримані результати можуть бути використані в якості наукової основи при зеленому будівництві міст Західного Сибіру, ​​при підборі видів рослин для різного типу посадок, в тому числі для створення насаджень з підвищеною санітарно-гігієнічної активністю в районах з високою загазованістю і запиленістю атмосферного повітря. З цією метою дані досліджень використані ЗАТ «Декоративні культури». Оцінка рослин по фізіолого-біохімічними показниками може бути використана для визначення рівня забруднення атмосферного повітря.

    бібліографічний список

    1. Фролов, А.К. Навколишнє середовище великого міста і життя рослин в ньому [Текст] / А.К. Фролов - СПб. : Наука, 1998. - 328 с.

    2. Сергейчик С.А. Рослини і екологія [Текст] / С.А. Сергейчик - Мінськ: Ураджай, 1997 - 224 с.

    3. Федорова А. І. Практикум з екології та охорони навколишнього середовища [Текст] / А. І. Федорова, А. Н. Нікольська - М.: Владос, 2003 - 286 с.

    ДЕНИСОВА Олена Сергіївна, кандидат біологічних наук, доцент кафедри фізичної хімії.

    E-mail: malachova_rambler.ru

    Дата надходження статті до редакції: 20.09.2009 р.

    © Денисова Е.С.


    Ключові слова: ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРИ /біоіндикації /AIR POLLUTION /BIO INDICATION

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити