Эколого-биологические особенности вяза приземистого ( ulmus pumila l.) и яблони ягодной ( malus baccata (l.) borkh.) в условиях города читы

На правах рукописи

Ковалёва Светлана Владимировна

ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВЯЗА ПРИЗЕМИСТОГО (Ulmus pumila L.) И ЯБЛОНИ ЯГОДНОЙ (Malus baccata (L.) Borkh.) В УСЛОВИЯХ ГОРОДА ЧИТЫ

Специальность 03.00.16 – экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Улан-Удэ – 2009

Работа выполнена в Институте природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения РАН, г. Читы

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Намзалов Бимба-Цырен Батомункуевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Анцупова Татьяна Петровна

кандидат биологических наук, с.н.с.

Сэкулич Ирина Романовна

Ведущее учреждение: Забайкальский государственный гуманитарно-педагогический университет (г. Чита)

Защита состоится «25 ноября» 2009 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.022.03 по защите докторских диссертаций при Бурятском государственном университете по адресу: 670000, г. Улан-Удэ ул. Смолина, 24а, конференц-зал.

Факс: (3012) 210588, e-mail: [email protected]; [email protected]

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке

Бурятского государственного университета

Автореферат разослан «23» октября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук Н.А. Шорноева

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы: заключается в необходимости планирования зеленого благоустройства при строительстве крупного населенного пункта. В связи с высокими темпами урбанизации, обусловливающими рост городов, изменяется качество среды, в которой находится население. Негативное воздействие так же испытывает дендрофлора данного населенного пункта, выполняющая рад функций: эстетическую, оздоровление санитарно-гигиенического состояния и улучшение качества атмосферы, повышение уровня влажности, пылеулавливание, шумовых барьеров.

При сложившейся планировочной инфраструктуре города, выделяются участки с различным уровнем загрязнения почвенного и снежного покрова, атмосферного воздуха. Совокупность условий урбанизированной среды негативно сказывается на состоянии габитуса, росте и развитии растений, а так же выполняемых ими функциях. Работы по изучению влияния условий произрастания на разных участках на объекты, используемые в качестве озеленения, не проводились. Таким образом, возникает необходимость подбора растительности, с учетом воздействующих факторов, для озеленения города при его благоустройстве.

Работы по изучению городской среды проводились недостаточно, ограничиваясь химическим составом почвенного и снегового покрова, атмосферного воздуха (Волосиков и др., 1999). Существует недостаток в изученности отдельных представителей дендрофлоры при различных условиях произрастания. В частности, в пределах Читы приоритет принадлежит Populus balsamifera, Ulmus pumila, Malus baccata, Padus avium, несмотря на различие ландшафтов внутри самого города. Отсутствуют работы благоустройства города при различных условиях произрастания.

Цель работы – провести комплексные эколого-биологические исследования Ulmus pumila и Malus baccata в условиях крупного города.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

• дать характеристику изучаемым объектам исследования, учитывая специфику природных условий, ландшафта и уровня загрязнения почвенного и снежного покрова;
• изучить влияние урбанизированной среды на эколого-биологические особенности изучаемых видов, на примере фенологического развития, морфометрических показателей вегетативных и генеративных органов и качественных особенностей семян;
• оценить факторы среды, оказывающие угнетающее воздействие на рост и развитие исследуемых объектов;
• рекомендовать наиболее пригодные для данных условий произрастания объекты, для дальнейшего использования их в качестве элементов озеленения.

Научная новизна. Комплексные биоэкологические исследования яблони ягодной и вяза приземистого по уровню загрязнения почвенного и снежного покрова в различных районах г. Читы проводятся впервые. Новизна работы заключается в проведении фенологических наблюдений и морфометрических исследований яблони ягодной и вяза приземистого с учетом различных условий произрастания на территории города. Выявлено, что сроки вступления в последующую из фенологических фаз развития и характер их протекания различаются в зависимости от экспозиции и суммарного загрязнения почвенного и снегового покрова. Морфометрические исследования вегетативных и генеративных органов растений позволили выделить признаки изменчивости наиболее и наименее подверженные воздействию окружающей среды. Проведение анализа биологии семян исследуемых объектов, позволило установить их качественные характеристики: при каких условиях окружающей среды развиваются наиболее жизнеспособные семена яблони ягодной, а также при каких условиях произрастания формируются семена, обладающие лучшими качественными показателями – энергией прорастания и всхожестью.

Практическая значимость.

1. Полученные данные могут быть использованы при озеленении различных районов с разным уровнем загазованности атмосферного воздуха.
2. Даны предложения и рекомендации для замены некоторых посадок, подверженных значительному влиянию поллютантов, находящихся в воздухе и оседающих на поверхности почвы, на идентичные виды растений; возможны предложения по замене некоторых экземпляров растений, длительно произрастающих на определенной территории, в меньшей степени приспособленных к условиям урбанизированной среды.
3. Возможное использование полученных результатов в качестве рекомендаций при озеленении территорий различной нагрузки (парки, скверы, детские сады, школы, живые изгороди).
4. Материалы проведенных исследований могут быть использованы в учебном процессе преподавателями педагогических институтов, лесотехнических колледжей.

Защищаемые положения:

1. Ритмы фенологического развития яблони ягодной и вяза приземистого отражают различную степень приспособленности к условиям произрастания в пределах города, которые отражаются в характере и степени протекания фенологических ритмов развития, в частности сроках вступления и завершения фенофаз развития, обилии цветения и плодоношения, завершении листопада.
2. Морфометрические показатели вегетативных и генеративных органов объектов озеленения могут служить дополнительными данными при определении влияния урбанизированной среды на их рост и развитие. При этом наиболее информативными признаками изменчивости подверженными воздействию окружающей среды являются лист и годичный прирост побега яблони ягодной и вяза приземистого.
3. Качественные показатели семян яблони ягодной и вяза приземистого отражают степень воздействия урбанизированной среды при различных условиях произрастания. Они выражаются в степени жизнеспособности семян при трех категориях СПЗ (суммарного показателя загрязнения) от допустимого до чрезвычайно опасного на различных экспозициях в пределах города. При этом наиболее информативны отличия в показателях энергии прорастания и всхожести семян.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на ряде международных, всероссийских и региональных конференций, в том числе: «Географические исследования в Забайкалье: материалы II региональной конференции» (Чита, 2006); «Природные ресурсы Забайкалья и проблемы геосферных исследований: Материалы научной конференции» (Чита, 2006); «Экология в современном мире: взгляд научной молодежи» (Улан-Удэ, 2007); «Биоморфометрические исследования в современной ботанике. Материалы международной конференции» (Владивосток, 2007); «Биоразнообразие: проблемы и перспективы сохранения»: Материалы международной конференции, посвященной 135-летию со дня рождения И.И. Спрыгина» (Пенза, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе одна в издании из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, приложения. Работа изложена на 142 страницах, содержит 42 таблицы и 36 рисунков. Список литературы включает 121 источник, из них 6 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. Воздействие городской среды на зеленые насаждения

Проведен обзор литературных данных по влиянию урбанизированной среды на состояние древесных растений города, описаны функции, выполняемые растительностью. Выявлены наиболее и наименее устойчивые объекты к пыли и газам, находящимся в атмосфере и оседающим на поверхности почвы (Андреев и др., 1992, Herbert, 1961). Выделены компоненты урбанизированной среды, оказывающие особенно негативное влияние на дендрологический состав насаждений города (Ярославцев, 1954, Илькунин, 1971, 1978, Гудериан, 1979, Николаевский, 1979,1983,1988, Пастернак и др., 1985, Чельцова, 1987, Гавриленко, 1992, Черненькова, 2002). Дано описание характерным повреждениям в зависимости от концентрации и категории поллютантов, поступающим в воздух от многофакторного антропогенного воздействия. Показано, что в работах по изучению растительности в пределах города исследование протекало по одному или нескольким параметрам, при этом в меньшей степени учитывалась степень техногенного загрязнения (Поповичев, 1980, Пащенко, 1984, Jurasek, 1993, Ведерников и др., 2007).

Городская среда, оказывающая воздействие на состояние зеленых насаждений, складывается из ряда факторов, к которым относятся особенности рельефа, перепады температур и инверсии, различные условия увлажнения атмосферными осадками и отличным уровнем залегания грунтовых вод, а также удаленность и приближенность к естественным водоемам. (Бурова, 1975, Ильин и др., 1980, Алексеев, 1982, Журкова, 2003, Кухта, 2003, Павлов, 2006). В пределах города Чита выделяется несколько природных зон, при этом дендрофлора представлена малым видовым разнообразием (Бобринев и др., 1991). Таким образом, все ландшафтное сочетание природных зон и сложившаяся планировочная структура обязывают к более полному изучению элементов озеленения, как естественно произрастающих в пределах данных условий, так и интродуцентов. В работе дана При этом дана эколого-биологическая характеристика вяза приземистой и яблони ягодной, отображая их функциональные свойства, достоинства и недостатки при введении их в городские условия (Тахтаджян, 1980, Жуковский, 1982, Коропачинский, 1983, Мартынов, 1992, Неверова, 2001, Кузнецов, 2005).

ГЛАВА 2. Район, объекты и методы исследования

2.1 Характеристика района и объектов исследования

Исследования, касающиеся изучению эколого-биологических особенностей вяза приземистого и яблони ягодной, проведены на территории г. Читы Забайкальского края. Город расположен на территории Читино-Ингодинской впадины, приподнят над уровнем моря на 640-650 м., окаймлен Яблоневым хребтом и хребтом Черского. Рельеф местности в районе Читы разнообразен, колебания высот в черте города составляют более 100 м. Наиболее низкая центральная и южная части города расположены у берегов рек Читы и Ингоды. Климат резко континентальный. Для города характерна температурная инверсия и низкая рассеивающая способность, особенно в зимнее время года (Напрасников и др., 1968, Швер и др., 1982, Дёгтев, 1991).

Выделенные пробные площадки отличаются между собой по уровню загрязнения почвенного и снежного покрова, согласно эколого-геохимической карты города Читы (Волосиков и др., 1999), а так же географическим положением экспозиций: терраса долины реки Чита, подножье юго-восточного склона Титовской сопки, пологий предгорный шлейф хребта Черского северо-западного склона (Кулаков, 2001).

В качестве объектов наблюдения выбраны яблоня ягодная и вяз приземистый широко используемые в качестве озеленения города. Возраст растений варьирует в пределах 30-35 лет. Насаждения формируют однорядные аллеи около изгородей предприятий, одиночные посадки в скверах и парках, в местах ограниченного пользования (дошкольные и школьные учреждения). К числу достоинств вяза и яблони, используемых при озеленении относятся: подходящий к условиям среды вегетационный период развития, экономичность в посадке, быстрая приживаемость, толерантность к условиям урбанизированной среды, способность поддаваться обрезке при дизайнерской обработке, декоративность видов в период цветения и плодоношения. Отрицательной чертой использования яблони в качестве элемента озеленения является значительное повреждение яблоневой молью.

Для наблюдений за вязом приземистым выделено десять, а за яблоней ягодной девять пробных площадок. С 2007 года выделена контрольная площадка терраса в долине реки Ингода, где растения находятся в естественных условиях произрастания.

2.2 Методика проведения работ

Влияние урбанизированной среды на эколого-биологические особенности вяза и яблони изучалось по нескольким методикам. Фенологическое наблюдение проводилось по методическим рекомендациям Б.И. Иваненко (1962), И.Н. Бейдеман (1974), В.А. Морякиной (1975) и др. Сбор и изучение морфологических признаков побега, листа, плодов и семян осуществлялось по методикам Ю.А. Злобина (1989), Г.И. Соколовой (1993) с использованием практикума О.А. Поповой (2002) и рекомендациям лесной таксации (1967). Осуществлялось морфометрическое измерение семян вяза с крылатками и без них, длины и ширины плодов яблонь, длины семян яблонь, взвешивание 1000 штук семян по ГОСТу 13056.4-67 и плодов. Глазомерная оценка цветения и плодоношения, дана по шкале В.Г. Каппера (Наставления…, 1980), ежегодно производилось определение количества цветков и плодов на исследуемых объектах. Изучение биологии семян яблони и вяза проходило на лесосеменной станции. Проращивание семян вяза приземистого для определения энергии прорастания и всхожести осуществлялось по ГОСТу 13056.6-97 (1998) с соблюдением всех требований. Определение жизнеспособности семян яблони ягодной проводилось по ГОСТу 13056.7-93 (1995). Статистическая обработка полученных данных реализовывалась с использованием пакета программ Microsoft Excel-2000 и Statistica 6.0.

ГЛАВА 3. Зависимость фенологического развития исследуемых объектов от абиотических и антропогенных факторов среды

Анализ ритмов фенологического развития у вяза и яблони при различных условиях произрастания показал, что большинство деревьев развивается по типу, характерному для растений естественных условий произрастания, но с более ранним вступлением в последующую из фаз развития.

Наблюдения зафиксировали, что фенологическое развитие вяза начинается на 10-15 дней раньше, чем яблони, при этом осеннее расцвечивание листвы и листопад протекают практически одновременно.

Период фенологического развития вяза приземистого в среднем составляет 178 дней. Распускание цветочных почек отмечается с 15 по 29 апреля в зависимости от погодных условий. Развитие и созревание семян продолжается с начала второй декады мая по конец третьей декады июня – начала первой декады июля. На протяжении 55-65 дней происходит рост и развитие листовой пластины. Начало изменения окраски листвы приходится с завершения третьей декады августа до середины сентября. Фаза листопада продолжается до конца октября.

Фенологические наблюдения за исследуемый период позволили определить степень зависимости фенофаз развития от погодных условий (рис. 1) и от мест произрастания (рис. 2). Отмечено более раннее набухание и распускание цветочных почек у вяза в 2008 году, по сравнению с предыдущими годами, что связано с ранним (первая декада апреля) установлением безморозного периода и лучшим увлажнением. У растений, подверженных очень высоким показателям загрязнения почвенного и снежного покрова, а также воздуха, наблюдаются более поздние сроки вступления в каждую из фенофаз развития, сокращенные сроки и характер протекания данной фазы.