Дом  ->  Квартира и дача  | Автор: | Добавлено: 2015-03-23

Влияние электромагнитного излучения на генеративную сферу сосны обыкновенной

Вопросы защиты окружающей среды от антропогенных воздействий постоянно находятся в центре внимания мирового сообщества. В результате глобальных техногенных нагрузок во всех странах отмечается значительное загрязнение среды обитания, которое принимает угрожающий характер для растительного и животного мира .

На урбанизированных территориях древесные растения находятся в условиях постоянных стрессов. От различных загрязнений страдает гидрологический режим, истощаются почвенные богатства, загрязняется атмосфера. Один из стрессов, негативно влияющих на растения - электромагнитное излучение. Наиболее распространенным древесным растением города Дивногорска является сосна обыкновенная. Значение сосновых лесов огромно, поскольку они представляют собой не только источник древесины, но и выполняют водо-охранную, почво- и полезащитную, санитарно- гигиеническую роль. Часто сосна обыкновенная образует пионерные древостои и ее семена используют для закладки маточников. Не редко для их закладки семенной материал в лесхозах собирают со световых форм произрастающих на границах ЛЭП.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ: Влияние электромагнитного излучения на древостои изучено слабо. Исследования проводились главным образом за границей и в Европейской части России. Тогда как, в Красноярском крае, в окрестностях г. Дивногорска, подобные исследования проводились впервые.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ: Оценка качественных показателей семян сосны обыкновенной в насаждениях, находящихся под влиянием электромагнитного излучения. Анализ целесообразности использования данного семенного материала для закладки семенных плантаций.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение состояния генеративной сферы сосны обыкновенной, находящейся под действием электромагнитного излучения в районе г. Дивногорска Красноярского края. Для ее решения были поставлены следующие задачи:

1. Осуществить сбор макростробил в исследуемых участках города Дивногорска.

2. Изучить морфологические особенности женской генеративной сферы сосны обыкновенной из древостоев, находящихся под влиянием электромагнитного излучения.

3. Интерпретировать полученные результаты относительно способности к естественному возобновлению популяции сосны обыкновенной на участках с разной интенсивностью электромагнитного излучения.

Глава 1. Обзор литературы

1. 1. Эколого-биологическая характеристика сосны обыкновенной

Хвойные - самая многочисленная группа современных голосеменных, содержащая более 600 видов из 60 родов. Они широко распространены по всему земному шару и являются основными лесообразующими породами. Особый интерес представляют роды семейства Pinaceae: Larix, Pinus, Picea, Abies.

Род Pinus включает 100 видов, произрастающих в странах умеренного пояса Северного полушария, а также в горах южных широт. В нашей стране имеется более 10 видов сосен. Этот род подразделяется на два подрода: двухвойные сосны с крылатыми семенами (Diploxylon) и пятихвойные, или кедровые, с бескрылыми семенами (Haploxylon). Подрод двухвойных включает сосны: обыкновенную, эльдарскую, пицундскую и др. Подрод пятихвойных: кедр сибирский, сосну корейскую, кедровый стланник, сосну веймутову. Самый распространенный вид сосны, произрастающий в нашей стране — сосна обыкновенная (Pinus silvestris L. ). Общими для этого вида чертами являются, парное расположение хвои на укороченных побегах, плоско-выпуклая форма хвоинок в поперечном разрезе, крепкие деревянистые шишки с характерно утолщенными концами чешуи, полуторагодичный период их созревания, своеобразное сочетание семени с крылом и др. Эти признаки характерны для всех сосен, произрастающих в различных частях ее обширного ареала.

Современный ареал сосны обыкновенной по сравнению с ареалами других древесных пород самый обширный. Особенностью ареала является также интразональность, так как сосна произрастает в таежной, лесостепной и степной зонах. Эти особенности ареала сосны обыкновенной свидетельствуют о том, что этот вид должен проявлять сильно выраженную географическую изменчивость.

Сосна обыкновенная дерево первой величины, в благоприятных условиях достигает высоты 50-55 м. и диаметра 1,5 м. Ее ствол в насаждениях прямой, как правило, высоко очищен от сучьев. Деревья, выращенные на свободе и опушках леса, имеют меньшую высоту, сбежистые, с низко расположенной кроной. Крона у молодых деревьев конусовидная, у взрослых широкая, округлая или зонтиковидная. Это объясняется тем, что с 40-50 лет рост осевого побега деревьев замедляется, а с 100-125 лет прекращается. Прирост боковых побегов хотя и замедляется, но не прекращается, и вследствие этого крона приобретает округлую или зонтиковидную форму. Кора в разных частях дерева отличается по цвету и толщине. Кора сравнительно толстая, достигает у старых деревьев в нижней части ствола толщины 10 см и более. В нижней части ствола кора с серо-красновато-бурой глубокоборозчатой коркой, а в средней и верхней частях тонкая, красновато-желтая, отслаивающаяся тонкими пленками. На молодых ветвях гладкая, серовато-бурая. Побеги зеленоватые. Почки продолговато-яйцевидные, заостренные, часто покрыты смолой, расположены на верхушке побега. Хвоя сизо-зеленого цвета, расположена на побегах спирально по 2 штуки в пучке Длина хвои сосны обыкновенной колеблется от 2 до 8 см. В пределах кроны одного дерева разница в длине хвои составляет 2-3 см.

Семеношение у сосны наступает сравнительно рано. Деревья, растущие на свободе, начинают этот процесс с 10-15 лет. В сомкнутых древостоях семеношение наступает в возрасте 30-40 лет. Урожайные годы повторяются на севере через 5 лет, на юге через 4 года. Мужские колоски и женские шишечки развиваются на одном и том же дереве, иногда наблюдается двудомность. Пыльца мелкая с двумя воздушными мешками, заключена в пыльниках тычинок, способна разноситься на далекие расстояния (до 1 км. ).

Длина зрелых шишек колеблется от 2,5 до 7,6 см. , ширина 2-3см. На одном и том же дереве наиболее крупные шишки находятся в оптимальных условиях освещения, т. е. несколько выше середины кроны. На размер шишек влияет возраст дерева – с его увеличением величина шишек уменьшается. На величину шишек оказывают влияние не только фитоценотические факторы, но и почвенно-климатические условия .

Сосна размножается семенами, которые разносятся ветром и обсеменяют открытые пространства. Созревание семян в шишках сосны обыкновенно наступает через полтора года после ее цветения Установлено, что окраска семян в пределах одного дерева постоянна. Семена сосны отличаются очень высокой всхожестью (90 %), которая при правильном хранении сохраняется в течение 3-6 лет. Средний вес 1000 семян — 5,5 г.

Сосна обыкновенная — быстрорастущая порода. При отсутствии затенения наибольший прирост по высоте в благоприятных условиях произрастания отмечается в возрасте 15-20 лет, в худших условиях произрастания–в 25-30 лет. Годовой прирост сосны в высоту при благоприятных условиях произрастания может составлять 800-100 см. После 40-50 лет прирост по высоте начинает постепенно снижаться, хотя и продолжается весьма значительное время.

Сосна светолюбивая порода и хорошо растет только без затенения. Характерной особенностью сосны обыкновенной является высокая устойчивость к низкой относительной влажности воздуха. Сосна удовлетворительно переносит и высокую влажность воздуха. Она хорошо растет в районах с влажным климатом. Вместе с тем при крайне высокой влажности воздуха наблюдается массовое поражение сосны грибковыми заболеваниями .

Сосна обыкновенная не отличается высокими требованиями к почвенно-грунтовым условиям. В отличии от других пород она обладает исключительной способностью формировать леса на бедных, а также сильно заболоченных почвах. Сосна растет на почвах различного механического состава, однако на легких почвах (песчаных, супесчаных) она растет значительно лучше и быстрее, чем на тяжелых (суглинках, глинах). В лесной зоне на супесях и легких суглинках, а также на песчаных почвах, подстилаемых суглинками сосна формирует высокопродуктивные древостои.

Большое влияние на рост сосны оказывает водный режим. В условиях таежной зоны избыток влаги в почве приводит к уменьшению продолжительности вегетационного периода для корней, снижению аэрации почвы, что ухудшает лесорастительные условия и понижает производительность лесов. Наилучший рост сосны в подзоне южной тайги наблюдается при глубине грунтовых вод 1,5-2 м. С повышением уровня грунтовых вод ухудшается кислородный режим, что приводит к торможению ростовых процессов. Из всех древесных пород произрастающих на песчаных почвах, сосна наиболее устойчива к недостатку влаги. Она может длительное время выдерживать иссушение почвы. В отличие от других пород корни сосны в состоянии покоя очень устойчивы к недостатку кислорода.

Кроме водно-физических свойств и наличия кислорода плодородие почвы во многом зависит от содержания в ней подвижных форм азота, фосфора, калия и других элементов. При низкой концентрации питательных веществ в почве сосна способна накапливать органического вещества больше, чем другие породы. Это обусловлено тем, что сосна более энергично поглощает элементы питания и более экономно их использует. Небольшое содержание в почве подвижных форм минеральных веществ приводит к резкому падению прироста сосны.

Таким образом сосна может произрастать на разных почвах - от сухих песчаных или слаборазвитых каменистых до болотных, от бедных, лишенных подвижных форм азота и других питательных элементов, до богатых черноземов, встречается на сильно заболоченных почвах, на моховых болотах. Засоленности почвы не переносит, но некоторые ее формы, по-видимому, могут расти на почвах с повышенным содержанием легкорастворимых солей. Такая приспособленность обусловлена не только особенностями сосны, но и тем, что эта порода обладает высокой пластичностью корневой системы, интенсивным ростом корней, способностью охватывать ими значительную часть почвенной толщи, проникать в глубокие слои почвогрунта, преодолевать неблагоприятные по своим свойствам горизонты. Корни сосны обладают высокой устойчивостью к неблагоприятным воздействиям: пониженным или повышенным температурам, недостатку влаги и кислорода, избытку солей и т. д.

1. 2. Морфологическая характеристика генеративных органов сосны обыкновенной

Сосна обыкновенная произрастает на обширной территории Евразии от Скандинавии до Дальнего Востока. Она относится к серии Sylvestres подсекции Sylvestres секции Pinus подрода Diploxylon или Pinus. Л. В. Правдин (1964) различает у нее пять подвидов: P. sylvestris subsp. sylvestris, subsp. hamata, subsp. lapponica, subsp. sibirica, subsp. kulundensis.

Сосна обыкновенная (Pinus silvestris) – порода светолюбивая, отличается быстротой роста, малотребовательна к составу почвы и количеству влаги, нечувствительна к заморозкам. По совокупности этих свойств относится к видам-пионерам. Имеет громадное лесохозяйственное значение и обширное применение. Сосна распространена по всей России, живет до 350 лет и более. Различные условия среды в обширном ареале распространения сосны обуславливают обилие ее форм.

Сосна обыкновенная характеризуется парной хвоей, живущей 2-3 года на ветвях, расположенных в мутовках, и красноватой чешуйчатой корой. Размножается, почти как все сосны, только семенами, часто плодоносит. Созревание семян в шишках сосны обыкновенно наступает через полтора года после ее цветения. Семена в шишках созревают не одновременно, полная всхожесть отмечается только в декабре. Разлет семян начинается в марте, максимум в мае (в зависимости от сухости воздуха), последние семена опадают в июле-августе

В различных эколого-географических условиях, при доминирующей роли того или иного фактора среды (на болотах — избыточного увлажнения субстрата корнеобитания), формируются насаждения сосны, своеобразной фенотипической структуры по всем признакам, характеризующим генеративные органы.

Огромный ареал сосны обыкновенной с разнообразными условиями произрастания предполагает существование многих разновидностей и широкого спектра изменчивости. Формы сосны различаются цветом шишек, пыльников, строением кроны и т. д. . Вид отличается исключительно большим полиморфизмом по анатомическим, физиологическим, биохимическим и генетическим признакам

Характеристика макростробил

Шишки, или макростробилы, состоят из кроющих и семенных чешуй. Кроющие чешуи у сосен обычно недоразвиты. Семенные чешуи, представляют собой, вероятно, редуцированные брахибласты, при созревании шишек одревесневают. На внешней поверхности семенных чешуй образуются щитовидные утолщения-апофизы.

Размеры шишек отражают биологические особенности деревьев, их положение в древостое, а также условия произрастания насаждений. Выявлена зависимость между размерами и массой шишек и плодородием почвы

Форму шишки можно рассматривать в качестве диагностического признака, сохраняющего видовое постоянство. Индекс формы шишки определяется как отношение ее длины к ширине (и) либо как отношение диаметра к длине. При изучении формы шишек в болотной популяции сосны обыкновенной установлено, что примерно 70% общего варьирования индекса формы шишек обусловлено действием неслучайных направленных факторов .

Характеристика семян

Семена сосны обыкновенной отличаются большим разнообразием окраски. Ее характер – темная, светлая, пестрая – определяется количеством и локализацией фенол-содержащих пигментов в кожуре. Установлено, что пигментные гранулы, определенным образом расположенные на поверхности различно окрашенных семян, служат фильтрами при трансформации падающего на них светового потока. Для темноокрашенных семян отмечены более глубокий физиологический покой и повышенная устойчивость к инфекциям . В онтогенезе окраска семенной кожуры не изменяется, хотя недоразвитость семян может снижать ее интенсивность. Единого мнения о взаимосвязи между окраской семян и биологическими особенностями деревьев не существует . Вместе с тем, установлено, что в различных условиях произрастания формируются насаждения с определенным процентным соотношением деревьев со светло- и темно-окрашенными семенами . Цвет семенной кожуры у сосны — наследственный признак, имеющий приспособительное значение.

Предполагается, что окраска семенной кожуры сосны обыкновенной связана с цветом субстрата и носит покровительственный характер, предохраняя семена от поедания птицами и животными .

Масса семян у сосны обыкновенной относится к числу высокоинформативных признаков, поскольку связана как с условиями произрастания популяций, так и с биологическими особенностями отдельных деревьев. При этом отмечается общая закономерность – масса семян постепенно повышается с севера на юг. Высокое значение имеет коэффициент корреляции между массой семян и суммой эффективных температур, а также широтой местности и длиной вегетационного периода. Отмечается связь массы семян с морфологическими параметрами макростробилов и их положением в кроне, возрастом дерева и структурой насаждений .

Всхожесть и энергия прорастания семян обуславливаются генотипическими особенностями деревьев, а также локальными экологическими параметрами cреды, создающими определенный уровень гомеостаза в популяциях сосны.

Глава 2. О физико-географическом положении г. Дивногорска

Город Дивногорск расположен в среднем течении реки Енисей на расстоянии 2379км от устья на правом берегу. По административному делению находится в южной части Красноярского края, на расстоянии 36 км выше г. Дивногорска.

Географическая широта – 55о57'

Географическая долгота – 92о24'

Рельеф местности – горный. Площадка, на которой расположен город, имеет ширину от 50 до 3000 м и имеет уклоны в сторону реки от 1:6 до 1:1. К западу, в 8 км от центра города, находится гидроузел, южная сторона окаймлена горами (высота 350 м), с северной протекает р. Енисей, с восточной – г. Красноярск.

Климат района – резко континентальный с малоснежной, холодной, продолжительной зимой и коротким жарким летом. Континентальность климата характеризуется большими перепадами температур воздуха (зимних и летних, дневных и ночных). Влажность воздуха высокая из-за водохранилища ГЭС (до строительства – сухой воздух со среднегодовой относительной влажностью 68%). При среднемноголетней температуре -0,4оС, минимальная температура наблюдалась в январе -54оС, а максимальная в июле +37оС.

Район характерен наличием ветров. Среднемесячная скорость ветра изменяется от 19 м/сек до 3,9 м/сек.

В черте горда отмечены искусственные насаждения деревьев, в основном таких видов, как Populus tristis Fisch, Ulmus pumia L. , U. laevis Pall, Acer negundo L. , Populus alba L. , Malus baccata (L. ) Borkh, Tilia cordata Mill, Padus racemosa (Lam. ) Gilib, P. maackii (Rupr. ) Kom. , Salix acutifolia Willd. , S. cinerea L. , S. capera L. , кустарников Crataegus sanguinea Pall. , Sambucus nigra L. , Swida alba (L. ) Opiz. , Duschekia fruticosa (Rupr. ) Ponzar, Syringa vulgaris L. , Caragana arborescens Lam. , Sarbus sibirica Hedl. Естественная растительность в городе занимает относительно большие площади. Ее составляют в основном Pinus sylvestris, Betula pendula, Populus tremula, род. Picea.

Глава 3. Объекты и методы исследований

3 1. Характеристика объектов исследований

Объектами исследований послужили насаждения сосны обыкновенной, находящиеся под действием электромагнитного излучения в районе г. Дивногорска 2). Исследования проводились на трех участках: 1) непосредственно под ЛЭП; 2) на границе ЛЭП и лесопокрытого участка; 3) контроль: насаждение удаленное на несколько километров от ЛЭП. В каждом из них было взято по 3 шишки с 90 деревьев.

Зона 1. Насаждения находящиеся непосредственно под ЛЭП 220 кВ. Располагается на юго-западном склоне, крутизна 20°. Площадь зоны 1,25 га. К числу доминантов в древесном ярусе относятся: сосна, лиственница, осина. В травяно-кустарничковом ярусе доминируют: кровохлебка, душница, шиповник, тысячелистник, полынь, клевер. Почва серая лесная.

Зона 2. Насаждения, находящиеся на границе ЛЭП 220 кВ (0-15 метров от ЛЭП). Располагается на юго-западном и северо-западном склоне. Крутизна 20°. Площадь зоны 1,25 га. К числу доминантов в древесном ярусе относятся: сосна, лиственница, осина. В травяно-кустарничковом ярусе доминируют: мать-и-мачеха, чубушник, полынь, тысячелистник, мышиный горошек.

Зона 3. Насаждения, не подвергающиеся электромагнитному излучению. Находятся на расстоянии 3 км от ЛЭП 220 кВ. Располагается на восточном склоне. Крутизна 20°. Площадь зоны 2,5 га. Доминирующими видами в древесном ярусе являются: сосна, пихта, береза, рябина. В травяно-кустарничковом: папоротник орляк, хвощ полевой, купальница европейская, лютитки.

32. Характеристика материалов и методов исследования

Изменчивость шишек

В числе признаков, характеризующих морфологию шишек, изучались: длина шишки, ее ширина, строение поверхности семенной чешуи, окраска шишек, раскрываемость. Длина и ширина макростробил измерялись штангенциркулем, для этого зрелая, неповрежденная насекомыми шишка зажималась между ножками циркуля. Ширина определялась в наиболее широком месте, причем только для неоткрывшихся шишек.

Изменчивость окраски зрелой шишки сосны обыкновенной сильно варьирует, поэтому учесть цвета всех оттенков не представлялось возможным. Все разнообразие по их окраске было разделено на серую, светло- серую, темно- серую, серо-зеленую, серо-коричневую и коричневую.

Глава 4 Результаты исследований и их обсуждение

4. 1. Исследование семян

Наибольшее количество семян получено из шишек собранных в зоне 3 ″контроль″ 1841 шт. , в зоне 2 ″граница″ 931 шт. , в зоне 1 ″ЛЭП″ 783 шт.

При проведении настоящих исследований масса и посевные качества семян определялись для контрольного участка, участка под ЛЭП и на границе ЛЭП. Наибольшая масса семян (в расчете на 1000 шт. ) оказалось в зоне 2 ″граница″ - 7,073 гр. , в зоне 1 ″ЛЭП″ - 6,83 гр. , в зоне 3 ″контроль″ - 6,74 гр.

При изучении окраски семенной кожуры выделено 3 основных группы окраски: темная, светлая, пестрая. Во всех трех зонах наблюдается максимальное количество семян темной окраски: в зоне 1 ″ЛЭП″ 73,7%, в зоне 2 ″граница″ 57,9%, в зоне 3 ″контроль″ 62,3%. Меньше всего пестрых семян: в зоне 1 ″ЛЭП″ 5,9%, в зоне 2 ″граница″ 22,6%, в зоне 3 ″контроль″ 16,8%.

По данным лабораторной всхожести энергия прорастания выше у семян из зоны 2 ″граница″ 53% (tф = 8,5–1,0) . Наиболее низкая энергия прорастания наблюдалась в зоне 3 ″контроль″ 41% (tф = 9,25–8,5). Однако в зоне 3 ″контроль″ всходы выглядели более сильными и лучше развитыми. Всхожесть также была выше зоне 2 ″граница″ 55% (tф = 7,85–1,0).

Эксперимент по грунтовой всхожести дал следующие результаты. На 20-й день после посева наибольшую всхожесть показали семена всех окрасок зоны 3“контроль“ (9,8%) а наименьшую всхожесть показали семена зоны 1“ЛЭП“ (6,7%).

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)