ECOLOGICAL AND BIOLOGICAL FEATURES OF TILIA CORDATA MILL. IN THE URBAN ENVIRONMENT OF THE KOLA NORTH (ON THE EXAMPLE OF MURMANSK)

Full Text

ВВЕДЕНИЕ Оптимизация урбанизированной среды при существующем уровне загрязнения городов возможна при успешном использовании зеленых насаждений [1, 2]. Большая роль в озеленении северных городов принадлежит декоративным дендроинтродуцентам. Огромный интерес для изучения представляет Tilia cordata Mill. В природе она распространена до 63° с.ш. по Европейскому континенту до юга Карелии, за исключением районов Крайнего Севера. В Полярно-альпийском ботаническом саду (г. Кировск Мурманской области) её испытания начаты с 1934 года [3]. В условиях региона в большинстве случаев, она приобретает кустовидную форму, в 2008 году включена в ограниченный ассортимент для озеленения населенных мест Крайнего Севера [4]. Мурманск - областной центр с развитой промышленностью (судоремонт, металлообработка, геологическая разведка недр и др.) и городским транспортом. В экономике города не маловажную роль играет Октябрьская железная дорога. Несмотря на развитие автомобильного и морского транспорта большая часть грузов перевозится именно железнодорожным транспортом. Данный вид по сравнению с другим транспортом не является самым активным источником загрязнения природной среды, но в совокупности с объектами-загрязнителями других отраслей промышленности создает для нее серьезную угрозу [5]. При обследовании зеленых насаждений г. Мурманск Tilia cordata обнаружена на привокзальной территории, также её посадки встречаются на улице Карла Маркса. В урбоэкосистемах большинство растений адаптируется к неблагоприятным экологическим условиям. В качестве диагностических параметров физиологического состояния древесных растений в городе выступает активность фотосинтетического аппарата [6-8]. Функциональное состояние Tilia cordata в условиях урбаносреды Кольского Севера ранее не изучалось, поэтому этот вопрос весьма актуален. Целью нашей работы стало изучение состояния и фотосинтетической активности листьев Tilia cordata на территории железнодорожного вокзала Мурманска. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ В июле - августе 2018 г. на привокзальной территории города было оценено состояние Tilia cordata, определяемое визуально по сумме основных биоморфологических признаков по методике В.С. Николаевского, Х.Г. Якубова [9]. В конце вегетационного периода (конец августа) отобраны пробы срединных листьев растения. В спиртовых экстрактах (96% этанол) свежих образцов было определено содержание фотосинтетических пигментов: хлорофиллов a, b и каротиноидов спектрофотометрическим методом (спектрофотометр ПЭ-5400 ВИ, Россия) при длинах волн λ = 665, 649 и 470 соответственно, расчеты сделаны по формулам для сырого веса [10]. Выполнено агрохимическое обследование почв и оценена степень загрязнения их тяжелыми металлами (Fe, Ni, Cu, Cd, Pb). Глубина слоя опробования составила 0-10 см, который достаточно информативен [11]. Содержание металлов в почве определялось методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии после полного разложения навески смесью кислот. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Мурманск - город за Северным полярным кругом, находится в атлантико-арктической зоне умеренного климата. Климат города определяется близостью Баренцева моря, влияние которого усиливает тёплое Северо-Атлантическое течение. Среднегодовая температура воздуха (2009-2018 гг.) составляет 1,6°C [12]. Годовое количество осадков примерно 500 мм в год, большая часть которых выпадает преимущественно с июня по сентябрь. Ветер в Мурманске имеет муссонный характер, зимой преобладают южные ветра с материка, несущие сухую морозную погоду в город, а летом - северные ветра с Баренцева моря, приносящие в Мурманск повышенную влажность воздуха и довольно прохладную летнюю погоду. Смена ветров происходит примерно в июне и сентябре. Средняя температура июля +12…+13 °C. Снег лежит в городе в среднем 210 дней и полностью сходит к маю (в окрестностях города снег к июню). Полярная ночь на широте Мурманска длится со 2 декабря по 11 января, полярный день - с 22 мая по 22 июля. Одной из экологических проблем города является деятельность Мурманского морского торгового порта, осуществляющую перевалку угля открытым способом и расположенного менее 1 км от железнодорожного вокзала. При определенных силе и направлении ветров часть угольной пыли распространяется на город. Негативное воздействие на окружающую среду также оказывает перевозка угольной продукции железнодорожным транспортом. Tilia cordata достаточно распространена в озеленении городов средней полосы, но крайне редко встречается в городах Мурманской области. Из-за ежегодного подмерзания верхушечных и боковых побегов в большинстве случаев принимает кустовидную форму. При соответствующих погодных условиях центральный ствол сохраняется, и в более взрослом состоянии зимостойкость дерева увеличивается. Предпочитает плодородные, дренированные и достаточно увлажненные почвы. Лучше сохраняется в окружении других деревьев, в менее ветреных местах. Цветение Tilia cordata происходит в сентябре и только в благоприятные для этого годы. Последнее цветение было отмечено в 2017 году. Более теплые климатические условия Мурманска способствуют тому, что Tilia cordata встречается на некоторых объектах в виде деревьев, тогда как в дендрарии ПАБСИ (г. Апатиты) она принимает только кустовидную форму. При обследовании зеленых насаждений на территории железнодорожного вокзала в Мурманске выявлено, что Tilia cordata представлена как средневозрастными, так и старовозрастными экземплярами, соотношение которых примерно одинаково (47 и 53% соответственно). Молодых посадок не отмечено. Выделено две жизненные формы растений, деревья высотой от 6 до 8 м и экземпляры, имеющие кустовидную форму высотой 3 - 4 м. Диаметр ствола у растений первой категории 15 - 24 см, у второй - 3-12 см. Посадочный материал на данный объект был привезен из питомников средней полосы. Анализ результатов обследования Tilia cordata по состоянию показал, что доля растений, не имеющих признаков ослабления, очень низкая и составляет всего 5%. Наиболее высокий процент имеет категория сильноослабленные (рис.1). Характерными признаками ослабленности растений являются изреженность кроны и наличие сухих ветвей, уменьшенная поверхность листовых пластинок. Достаточно высок процент усыхающих экземпляров (16%) и сухостоя (11%). При обследовании обнаружено, что листовые пластинки Tilia cordata сильно повреждены вредителями, некротические повреждения отсутствовали. Естественного возобновления не обнаружено, поскольку семена не успевают образоваться. Проведенный агрохимический анализ показал, что почвы на привокзальной территории города по кислотности близки к нейтральной среде (pH KCl - 6,61-6,70), для них характерны низкие содержания нитратных и аммонийных форм азота (NO3 - 0,51-0,60; NH4 - 0,62 -0,70 мг/100г а.с.н.), очень высокие содержания подвижного фосфора (140,0-152,7 мг/100 г а.с.н.) и калия (23,0-40,0 мг/100 г а.с.н.). По содержанию тяжелых металлов в почве (Ni - 41,43 мг/кг, Cu <20 мг/кг, Cd - 0,18 мг/кг, Pb - 11,52 мг/кг, Fe - 25,74 мг/кг) превышение ОДК [13] выявлено только для никеля (в 2 раза). Для продуктивного функционирования фотосинтетического аппарата необходимо поддержание пропорции между количествами различных пигментов. Это связано с их неодинаковой ролью в метаболических процессах. Анализ содержания фотосинтетических пигментов в листьях Tilia cordata на изучаемом объекте продемонстрировал, что более всего в пигментном комплексе представлен хлорофилл а, в меньшей степени - каротиноиды (рис. 2). В состав светособирающих комплексов входят все три определявшиеся группы веществ - хлорофиллы а, b, каротиноиды. Однако, только хлорофилл a может выступать в качестве активного центра фотосистем, что определяет его более высокое содержание по сравнению с хлорофиллом b. При нормальном функционировании соотношение между количествами хлорофиллов а и b, а также между содержанием хлорофиллов и суммой каротиноидов варьирует в диапазоне 2-3 [14]. В нашем исследовании соотношение хлорофиллов а/b в листьях Tilia cordata в среднем составило 3,61, а соотношение суммы хлорофиллов к каротиноидам 5,18. Таким образом, выявлено, что оба показателя не соответствуют условной физиологической норме, при этом второй отклоняется в большей степени. Это может быть связано либо с увеличением содержания хлорофилла а, либо со снижением количества каротиноидов. Вероятные потери каротиноидов могли произойти вследствие их разрушения при процессах фотоокисления, поскольку роль каротиноидов не исчерпывается дополнительным поглощением света для фотосинтеза, они также являются частью антиоксидантной системы растений [15]. Условия роста для Tilia cordata на привокзальной территории города способствовали ее успешному сохранению, несмотря на неблагоприятную почвенную среду и экологическую обстановку в целом. В настоящий момент практически все экземпляры находятся преимущественно в сильноослабленном состоянии, обусловленным, в первую очередь, возрастом самих растений. Можно констатировать, что в условиях Мурманска целесообразно использование Tilia cordata как высоко декоративного и устойчивого вида. ВЫВОДЫ Впервые проведенное изучение некоторых эколого-биологических особенностей Tilia cordata в условиях урбанизированной среды г. Мурманска при дополнительном негативном влиянии железнодорожного транспорта показало, что: - на Крайнем Севере возможно существование двух жизненных форм данного вида: древесной и кустовидной; - по состоянию Tilia cordata преобладают сильноослабленные экземпляры, высок процент усыхающих растений и сухостоя, процент здоровых растений очень низок и составляет всего 5%; - в фотосинтетическом пигментном комплексе доминирует хлорофилл а, его содержание оценивается от 2,52 до 3,45 мг/г, хлорофилла b от 0,7 до 0,97 мг/г, количество каротиноидов наименьшее и варьирует от 0,63 до 0,85 мг/г. Два типа соотношения хлорофилла а к b и суммы хлорофиллов к каротиноидам не соответствовали физиологической норме и превышали этот показатель. - почвенные условия роста для Tilia cordata не являются благоприятными, вследствие низких содержаний азотистых соединений (NO3 - 0,51-0,60; NH4 - 0,62 -0,70 мг/100г а.с.н.) и загрязнения почвы никелем (превышение ориентировочно-допустимых концентраций Ni в 2 раза), содержание других тяжелых металлов (Cu, Cd, Pb) в пределах допустимого. В целом, Tilia cordata адаптировалась к климатическим условиям и уровню загрязнения окружающей среды г. Мурманск. Рис. 1. Состояние Tilia cordata на привокзальной территории г. Мурманска Рис. 2. Содержание пигментов в листьях Tilia cordata (мг/г сырого веса)

About the authors

Natalya Vladimirovna Saltan

Polar Alpine Botanical Garden and Institute

Email: saltan.natalya@mail.ru
Candidate of Biological Sciences, Researcher at the Laboratory for Plant Introduction and Acclimatization, PABSI KSC RAS Kirovsk, Murmansk Region

Ekaterina Aleksandrovna Svyatkovskaya

Polar Alpine Botanical Garden and Institute

Email: sviatkovskaya@mail.ru
Researcher, Laboratory for Plant Introduction and Acclimatization, PABSI KSC RAS Kirovsk, Murmansk Region

Nadezhda Nikolaevna Trostenyuk

Polar Alpine Botanical Garden and Institute

Email: tnn_aprec@mail.ru
Researcher at the Laboratory of Plant Introduction and Acclimatization Kirovsk, Murmansk Region

References

Supplementary files