ИЗУЧЕНИЕ ЖИЗНЕННОГО СОСТОЯНИЯ ХВОИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В ЛЕСАХ СЕБЕЖСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА Котенко М. А., 11 класс, МБОУ «Псковский технический лицей», г. Псков Руководитель: Хмелевская И. А., доцент кафедры ботаники и экологии растений ПсковГУ, кандидат с/х наук Чувствительность видов растений к загрязняющим веществам различна. Как правило, подавляющее большинство всех растений является относительно толерантными и поражается только в случаях очень сильного загрязнения. Однако незначительное число видов растений очень чувствительно и поражается при концентрациях, слегка превосходящих фоновые. Такие растения часто называют биологическими индикаторами. Индикаторные растения могут использоваться как для выявления отдельных загрязнений воздуха, так и для оценки общего состояния воздушной среды (Биологический контроль окружающей среды, 2007). Сосна является одним из основных природных тест-систем в общеэкологических исследованиях. Большинство выявленных морфологических изменений сосны, которая произрастала в загрязненных районах, связаны с изменениями в меристемных тканях. При загрязнениях разного рода наблюдается: гибель почек, хвои, побегов, двойной прирост в течение одного года вегетации, неравномерный рост хвои на побегах, Укороченность побегов при интенсивном росте хвои («метлообразные» побеги), многопочечность (появление на побегах верхних мутовок до 30 почек вместо 5-6 в норме), нарушение ориентации хвои и побегов в пространстве, искривление побегов, изменение формы хвои, появление гигантизма и карликовости побегов хвои (Биологический контроль окружающей среды, 2007). Продолжительность жизни хвои сосны в зонах сильного загрязнения составляет один год, тогда как в норме 3-4 года (Артамонов, 1986). У хвойных пород хвоя недолговечна, да и хвоинок на побеге образуется мало. Поэтому кроны хвойных в таких условиях постепенно «лысеют» (Горошина, 1991). Себежский национальный парк является особо охраняемой природной территорией с условиями, благоприятными для обитания живых организмов. Жизненное состояние хвои сосны обыкновенной в этих условиях не изучалось. Поэтому настоящее исследование является актуальным. Цель исследования: изучить жизненное состояние сосны обыкновенной в условиях Себежского национального парка. Для достижения цели были поставлены следующие задачи: 1. Определить морфологические показатели хвои сосны обыкновенной в условиях Себежского национального парка. 2. Выявить возрастные особенности состояния хвои сосны обыкновенной. 3. Изучить степень повреждения хвои сосны обыкновенной в исследуемых условиях. 4. Сравнить жизненное состояние хвои сосны обыкновенной в исследуемых условиях. Материалы и методы исследования Исследования проводились в июле 2015 года в Себежском национальном парке (Фото 1). Для изучения жизненного состояния сосны обыкновенной были выбраны по 3 модельных дерева сосны обыкновенной на территории кемпинга Шкреды и дер. Забелье. Расстояние между исследуемыми районами составило 6 км. Средний возраст деревьев в кемпинге Шкреды составил 3040 лет, а в дер. Забелье – 20-30 лет. Определение морфологических показателей хвои. С каждого модельного дерева были взяты средние пробы ста хвоинок первого, второго и третьего года жизни. Всего с каждого дерева исследовалось 300 хвоинок. Были проведены замеры длины укороченного стебля, длины и ширины хвоинок при помощи линейки. На каждой исследуемой территории было обследовано по 900 листьев сосны обыкновенной. Всего исследовано 1800 хвоинок. Фото 1. Анализ собранного материала. Кемпинг Шкреды, июль 2015 г, фото Е. Рыжовой. Определение степени повреждения хвои. Определение степени повреждения хвои проводилось визуально, за основу был взят метод оценки повреждения хвои по шестибальной шкале с учетом площади повреждения (Рис.1) и жизненного состояния хвои сосны обыкновенной по степени повреждения атмосферными загрязнениями (Приложение 1) (Андреева,2002). Также исследуемая хвоя анализировалась по количеству поврежденных хвоинок (различного характера) в выборке из 100 штук. С каждого дерева изучалось 300 хвоинок: 100 хвоинок первого года, 100 хвоинок второго года и 100 хвоинок третьего года. Всего было исследовано 1800 хвоинок. 0 1 2 3 4 5 Рис.1. Степень повреждения хвои. Результаты исследования Изучение морфологических показателей хвои сосны обыкновенной таких, как длина укороченного стебля, длина и ширина хвои отличаются в разные годы жизни. Данные об этих показателях у хвои первого года жизни в кемпинге Шкреды и деревне Забелье у разных модельных деревьев представлены в таблице 1. Из таблицы 1 видно, что в условиях кемпинга Шкреды длина укороченного стебля находится в пределах 0,88-1,26 см, в условиях деревни Забелье в пределах 0,71-1,09 см. Длина исследуемых хвоинок первого года жизни в кемпинге Шкреды принимает значения от 3,74-5,73 см у разных модельных деревьев. Различия, возможно, связаны с возрастом модельных деревьев. Одно модельное дерево в кемпинге Шкреды более молодое -10-15 лет. В деревне Забелье наблюдается похожая картинка: на одном из модельных деревьев длина хвоинок достигает 6 см, что также связано с возрастом растения (10-12 лет). Ширина хвои является менее изменчивой величиной и, как в Шкредах, так и в Забелье у хвоинок 1 года не превышает 0,2 см: в Шкредах разброс составляет 0,1-0,18 см, в Забелье – 0,13-1,5 см. Что касается морфологических показателей второго года жизни, то они закономерно увеличиваются по сравнению с хвоей первого года жизни. Исключение составляет длина укороченного стебля, которая закономерно ниже и у разных модельных деревьев находится в пределах 0,27-0,35 см. В деревне Забелье этот показатель у хвои второго года чуть выше 0,34-0,4. Длина хвои в кемпинге Шкреды у двух модельных деревьев имеет близкие значения, у трёх модельных деревьев почти в 2 раза больше. Это связано также с возрастными особенностями модельного дерева. В деревне Забелье длина хвои у всех модельных деревьев в пределах 6-7 см. Ширина хвои второго года жизни практически не изменяется по сравнению с первым годом жизни и находится в пределах 0,1-0,2 см во всех изученных случаях как в кемпинге Шкреды так и в дер. Забелье. Морфологические показания хвои третьего года жизни представлены в таблице 3. Что касается длины укороченного стебля, то у сосны, произрастающей на территории кемпинга Шкреды этот показатель принимает более низкие значения, чем у сосны, произрастающей в деревне Забелье. Как и ожидалось, длина хвои третьего года жизни безусловно выше чем у хвои первого и второго года жизни и коррелирует с данными по соответствующим модельным деревьям, как в деревне Забелье, так и в кемпинге Шкреды. Ширина хвои практически на третьем году не изменяется. Средние показатели по всем модельным деревьям первого - третьего года жизни сведены в таблицу 4. Приведенные данные подтверждают вышеуказанную информацию. Таблица 1. Показатели жизненного состояния хвои первого года жизни сосны обыкновенной в лесах Себежского национального парка. № Показатели 1 Длина укороченного стебля, см Длина хвои, см Ширина хвои, см Площадь повреждения хвои, % Количество поврежденных иголок, % 2 3 4 5 Кемпинг Шкреды Первое Второе Третье модельное модельно модельно дерево е дерево е дерево 1,26 0,88 0,88 дер. Забелье Первое Второе Третье модельно модельно модельно е дерево е дерево е дерево 0,86 0,71 1,09 5,73 0,14 0,4 4,50 0,10 0 3,74 0,18 0,01 3,74 0,15 0 3,18 0,13 0 6,01 0,13 0,14 3 0 1 0 0 6 Таблица 2. Показатели жизненного состояния хвои второго года жизни сосны обыкновенной в лесах Себежского национального парка. № Показатели 1 Длина укороченного стебля, см Длина хвои, см 2 Кемпинг Шкреды Первое Второе Третье модельное модельно модельно дерево е дерево е дерево 0,35 0,35 0,27 11,45 6,07 6,52 дер. Забелье Первое Второе Третье модельно модельно модельно е дерево е дерево е дерево 0,34 0,38 0,40 5,94 7,13 6,54 3 4 5 Ширина хвои, см Площадь повреждения хвои, % Количество поврежденных иголок, % 0,20 1,71 0,10 0,63 0,12 4,08 0,15 4,85 0,17 5,01 0,14 3,94 17 3 67 16 67 89 Таблица 3. Показатели жизненного состояния хвои тртьего года жизни сосны обыкновенной в лесах Себежского национального парка. № 1 2 3 4 5 Показатели Длина укороченного стебля, см Длина хвои, см Ширина хвои, см Площадь повреждения хвои, % Количество поврежденных иголок, % Кемпинг Шкреды Первое Второе Третье модельное модельно модельно дерево е дерево е дерево 1,26 0,88 0,88 Первое модельно е дерево 0,86 дер. Забелье Второе Третье модельно модельно е дерево е дерево 0,71 1,09 5,73 0,14 0,4 4,50 0,10 0 3,74 0,18 0,01 3,74 0,15 0 3,18 0,13 0 6,01 0,13 0,14 3 0 1 0 0 6 Таблица 4. Средние показатели жизненного состояния хвои первого - третьего года жизни сосны обыкновенной в лесах Себежского национального парка. № 1 2 3 4 5 Показатели Длина укороченного стебля, см Длина хвои, см Ширина хвои, см Площадь повреждения хвои, % Количество поврежденных иголок, % Кемпинг «Шкреды» Первого Второго Третьего года хвоя года хвоя года хвоя 1,01 0,32 0,21 Первого года хвоя 0,89 дер. Забелье Второго Третьего года хвоя года хвоя 0,37 0,3 4,66 0,14 0,14 8,01 0,14 2,14 8,72 0,13 5,14 4,31 0,14 0,05 6,54 0,15 4,60 7,22 0,13 6,1 1 29 71 2 57 75 У сосны обыкновенной, произрастающей на территории кемпинга Шкреды длина укороченного стебля снижается от 1,01 см в первый год жизни до 0,21 см в третий год жизни, а у растений в условиях деревни Забелье – от 0,89 в первый год жизни к 0,3 в третий год жизни. Следует заметить, что резкое снижение данного показателя происходит сразу на втором год жизни, между вторым и третьим годами жизни различия незначительны. Эта же закономерность проявляется и в отношении длины хвои. Так, в кемпинге Шкреды длина хвои сосны первого года в среднем равна 4,66 см, во второй год она резко увеличивается до 8 см. На третий год её размеры составляют 8,7см, то есть значительного увеличения размеров хвои на третий год жизни не происходит. Аналогичная картина наблюдается у сосны в деревне Забелье: нарастание происходит от 4,3см до 6,5см во втором году жизни, в третий год жизни длина хвои достигает 7,2см. Обращает на себя внимание тот факт, что в среднем длина хвои у исследуемых деревьев в кемпинге Шкреды больше, чем в деревне Забелье. Из таблицы 4 также видно, что ширина хвои на протяжении всех лет жизни практически одинакова, наблюдается лишь незначительная тенденция к её уменьшению на третий год жизни. Нами изучалась степень повреждения хвои по наличию пятен различного характера, усыханию и погрызам. Площадь повреждения отдельно взятых хвоинок в разные годы жизни могла варьировать от нуля до 100%. В случае 100% повреждения мы сталкивались с полным усыханием. У хвои первого года жизни таких листьев не встречалось ни у одного модельного дерева ни в кемпинге Шкреды, ни в деревне Забелье. Усредненные данные о степени повреждения одной хвоинки с учетом проанализированных 100 хвоинок, а также количество поврежденных иголок представлены в таблицах 1-4. В таблице 1 приведены данные о степени повреждения хвои первого года жизни в деревне Забелье и кемпинге Шкреды. На одном из деревьев степень повреждения 0, на двух других незначительно 0,4 и 0,01. Это касается сосны, произрастающей в Шкредах. В дер. Забелье степень повреждения сосны ещё ниже – на двух деревьях 0%, на 3-0,14%. Что касается количества поврежденных иголок (с разной площадью), то из 300 хвоинок первого года в кемпинге Шкреды только 4 хвоинки имели какие-либо повреждения, а в деревне Забелье из 300 – 6 хвоинок имели повреждения. Как видно из таблиц 2 и 3, площадь повреждения хвоинок второго и третьего годов жизни закономерно нарастает. Чем, старея хвои, тем выше площадь повреждения во всех районах исследования. В кемпинге Шкреды площадь повреждения хвои второго года варьирует от 0,63 % до 4,08% у разных модельных деревьев, а в деревне Забелье в пределах 4-5% соответственно. В кемпинге Шкреды из 300 исследованных хвоинок второго года жизни 87 имеют повреждения хоть и незначительные. У сосны в деревне Забелье имеют повреждения 172 хвоинки из 300. Количество поврежденных хвоинок на разных деревьях различна. Из таблицы 3 видно, что степень повреждения хвои третьего года жизни у разных модельных деревьев в кемпинге Шкреды варьирует от 2,64 до 7,68%. У растений в деревне Забелье этот показатель колеблется от 3,77% до 8,75%, то есть несколько выше. Соответственно выше у сосны обыкновенной в деревне Забелье и количество поврежденных хвоинок: из 300 исследованных хвоинок третьего года 226 хвоинок имели какие-либо повреждения. В кемпинге Шкреды этот показатель составляет 221 из 300 хвоинок, то есть практически одинаково. Большая степень повреждения хвои третьего года жизни объясняется старением и постепенным её отмиранием, так как продолжительность жизни хвои составляет 3-4 года. Сводные данные по степени повреждения хвои первого – третьего годов жизни, а также по количеству поврежденных иголок в разных районах исследования представлены в таблице 4. Из таблицы 4 видно, что степень повреждения хвои первого года практически стремиться к нулю. В кемпинге Шкреды в среднем она составляет 0,14%, а в деревне Забелье – 0,05%, также невелико и число поврежденных иголок первого года – 1% в кемпинге Шкреды и 2% в дер. Забелье. Хвоя второго года в кемпинге Шкреды имеет площадь повреждения 2,14, а в дер. Забелье - 4,6. У хвои третьего года степень повреждения достигает 5,14 в кемпинге Шкреды и 6,1 в дер. Забелье. Такая же тенденция отмечена и в отношении количества поврежденных иголок. В кемпинге Шкреды хвоя второго года повреждена на 29%, а в деревне Забелье на 57%, хвоя третьего года повреждена практически в одинаковой степени 71% и 75% соответственно. Характер и площадь повреждения хвои в соответствии с шестибальной шкалой повреждения Андреевой позволяет заключить, что жизненное состояние хвои во всех изученных случаях оценивается, как здоровое в случае площади повреждения от 0 до 5% соответствует классу 0. Это зеленая, без видимых признаков изменения цвета или повреждения хвоя. Такую хвою имеют растения сосны в кемпинге Шкреды. При повреждении хвои на 6-10% класс повреждения – 1. Это тоже здоровая хвоя, основной цвет зеленый, но могут встречаться микроскопические светло-зеленые точки (Андреева 2002 г.). В наших исследованиях площадь повреждения 6% имеет хвоя третьего года жизни у сосны произрастающий в деревне Забелье. В обоих случаях хвоя здоровая. Проведенные исследования позволяют нам сделать следующие выводы: 1. Максимальная длина хвои у сосны в условиях кемпинга Шкреды достигает 8,7 см, в деревне Забелье 7,2 см. Ширина хвои достигает максимального значения в среднем 0,15 см в деревне Забелье. В целом данный показатель является мало изменчивой величиной для всех модельных деревьев. 2. Морфологические показатели хвои изменяются в соответствии с её возрастом: длина укороченного стебля уменьшается по мере старения хвои. Максимальный прирост хвои наблюдается на второй год жизни. Ширина хвои практически не изменяется в разные годы жизни хвои. 3. Площадь повреждения хвои сосны обыкновенной достигает максимума на третий год жизни – 5% в кемпинге Шкреды, в деревне Забелье – 6%. Максимальное количество поврежденных иголок в кемпинге Шкреды и дер. Забелье достигает максимума на третий год жизни – 71 и 75% соответственно. 4. Состояние хвои сосны обыкновенной в кемпинге Шкреды соответствует классу 0, в дер. Забелье – 1. В обоих случаях хвоя классифицируется как здоровая. Литература 1. Андреева Е.Н., Баккая И.Ю. и др. Методы изучения лесных сообществ. СПб.: НИИ Химии СПбГУ. 2002- 240с. 2. Артамонов В.И. Растения и чистота природной среды. М.: Наука, 1986 -172с. 3. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, О.П. Мелехова, Е.И. Егорова, Т.И. Евсеева и др.; под ред. О.П. Мелеховой, Е.И. Егоровой. М.: Академия, 2007 – 288 с. Приложение 1. Классификация хвои сосны обыкновенной по степени повреждения атмосферным загрязнением (Андреева, 2002). Площадь повреждения хвои % 0-5 Класс повреждения хвои 0 6-10 1 11-25 2 26-50 3 51-75 4 76-100 5 Жизненное состояние хвои здоровая Краткое описание признаков повреждения хвои (изменение цвета) Зеленая, без видимы признаков изменения цвета или повреждения хвои здоровая Основной цвет хвои зеленый, но могут встречаться микроскопические светло-зеленые точки Слабо Встречаются некрозы кончиков хвои и хлорозы в виде поврежденная пятен. Возможны рассеянные точечные некрозы. Умеренно Цвет кончиков хвои с зеленого постепенно меняется на поврежденная красно-коричневый или бурый. Распространены верхушечные, краевые, пятнистые и точечные некрозы Сильно Начинает преобладать коричневый и серый цвет хвои. поврежденная Встречаются все виды некрозов. Отмирающая Зеленого цвета практически нет, хвоинки или сухая деформированы, засыхают на побегах.
