1.4 Сосна обыкновенная как биоиндикатор загрязнения атмосферного воздуха

Известно, что на загрязнение среды наиболее сильно реагируют хвойные растения. Использование хвойных пород даёт возможность проводить биоиндикацию на огромных территориях, но их использование также весьма информативно на малых территориях (например, при изучении влияния автодороги на прилегающую территорию, а также при исследовании состояния окружающей среды в городских экосистемах разного ранга).

Род Сосна (Pinus L.) включает более 100 видов. Все они светолюбивы, характеризуются низкой дымо- и газоустойчивостью. Виды сосен имеют неоценимое биосферное, санитарно-гигиеническое, рекреационное и курортно-оздоровительное значение.

Сосна обыкновенная (P. silvestris L.) – крупное дерево высотой до 40 м с рыхлой кроной, сохраняющейся у взрослых растений только на вершине дерева. Является быстрорастущей породой. Живёт до 300 лет. К почве неприхотлива, но лучше всего развивается на свежих супесях (Николаевский, 1998)

Сосна обыкновенная относится к зимостойким, светолюбивым, засухоустойчивым породам, что позволяет виду иметь много климатических форм с различной требовательностью к условиям внешней среды. Обладает весьма пластичной корневой системой, меняющейся в зависимости от эдафических условий (Булыгин, 1991).

Биоиндикационными признаками являются особенности хвои сосны обыкновенной. Размер хвои сосны изменяется в пределах кроны одного дерева, является показателем погодных условий вегетационного периода и условий среды, в которых развивается корневая система. Длина хвои варьирует также в зависимости от географической широты и высоты произрастания, расположения на побегах и ярусах кроны (Виноградов, 1964).

При изучении анатомического строения во внимание берутся форма хвои, покровные и ассимиляционные ткани, центральный проводящий пучок, смоляные каналы. В хвое сосны обыкновенной смоляные каналы примыкают непосредственно к гиподерме и расположены периферически и паренхимно. Окраска хвои меняется в зависимости от сезона, происхождения семян, характера климата (Миркин, 1995).

Растения являются хорошими индикаторами загрязнения воздушного бассейна. Действие газовых поллютантов на растения зависит от вида вредных веществ, их концентрации, длительности воздействия, восприимчивости растений и стадии физиологического развития, на которой они находятся.

Токсичные газы проникают в мезофилл листа через устьица, вызывают повреждения клеточных мембран, что приводит к изменениям обмена веществ и сдвигам в количестве ионов и низкомолекулярных веществ (Маслов, 2002).

Нарушения в анатомическом строении проявляются в изменении строения хлоропластов: идёт их округление, редукция гран, разрушение оболочки, появление включений, растяжение оболочки. Выделяют три стадии повреждения хвои ели и сосны: повреждаются только хлоропласты; повреждаются и другие органеллы; органеллы превращаются в бесструктурную массу.

Интенсивность воздействия кислотных осадков зависит от смачиваемости поверхности растений. Смачиваемость определяется рельефом кутикулы, наличием кроющих волосков, тургором листа, характером покрытия эпикулярным воском.

У сосны обыкновенной при воздействии кислотных осадков наблюдается разрушение воскового налёта. В нормальных условиях естественное разрушение воскового слоя хвои наступает на 4-5 год, при воздействии кислотных осадков этот процесс проходит в 2-5 раз быстрее, поэтому вокруг устьиц восковой налёт отсутствует даже на 1-2-летней хвое. Так как разрушение воскового покрова необратимо, это приводит к резкому снижению жизненности хвои.

Хорошим индикатором интенсивности воздействия кислотных осадков является кора сосны обыкновенной. Выпадение кислотных осадков снижает величину рН коры с 5,0 до 3,5 – 4,0 и более, поэтому изменение величины рН успешно используется для оценки загрязнения атмосферного воздуха и интенсивности выпадения кислотных дождей.

Широко распространённым индикатором является наличие хлорозов и некрозов. Хлороз – преждевременное пожелтение листьев, вызывается нарушением соотношения в организме Fe и Ca. В результате поражения хлорозами и некрозами происходит преждевременное опадение листвы - дефолиация.

Хвойные породы, имеющие многолетнюю хвою, в этом отношении являются удобным объектом исследования. В чистых природных экосистемах средний возраст хвои составляет у южных форм 3-4 года, у северных – 8-9 лет.

При воздействии токсичных газов возраст хвои сокращается, в отдельных случаях на деревьях остаётся только однолетняя хвоя. По продолжительности жизни ассимиляционных органов составляются шкалы, применяющиеся для оценки интенсивности воздействия и масштабов распространения загрязнения.

Смесь О₃ и SO₂ приводит к появлению низкорослых деревьев с угнетёнными верхушками и корнями, короткими скрученными пятнистыми иглами и преждевременной дефолиацией. Воздействие SO₂ может вызвать изменение цвета концов игл на красный, а затем буровато-серый, может проявиться мозаичность хвои (Опекунова, 2004).

Таким образом, многие авторы считают возможным использовать сосну обыкновенную в качестве биоиндикатора состояния окружающей среды, и прежде всего, загрязнения атмосферного воздуха.

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ