Антропогенная трансформация растительности в зоне влияния промышленных объектов г. Павлодара (стр. 4 )

1	2	3
Медь (Cu)	Участвует в фотосинтезе, дыхании, перераспределении углеводов, восстановлении и фиксации азота, метаболизме протеинов и клеточных стенок. Может вызывать повреждение тканей, изменение проницаемости мембран. У разных видов концентрации меди в побегах редко превышают 20мг/кг сухой массы (рассматривается как граница избыточных содержаний). Многие растения могут содержать больше Cu, особенно в корнях (Cu чаще связана с клеточными стенками и малоподвижна).	Низким содержанием меди характеризуются почвообразующие субстраты легкого гранулометрического состава. Тонкодисперсные материнские породы депонируют меди больше, чем грубодисперсные: глины – 26-34мг/кг, суглинки – 14-25мг/кг.
Цинк (Zn)	в больших количествах вызывает мутагенный, канцерогенный и токсичный эффект, угнетение растительности. Влияет на формирование генеративных органов и плодоношение. Недостаток цинка задерживает рост растений.	Активен в слабокислых и кислых почвенных условиях.
Стронций (Sr)	Геохимические и биохимические свойства близки к свойствам кальция. Содержание Sr варьирует от <1 до 10 000мг/кг сухой массы и до 15 000мг/кг золы (чаще – 10-1500мг/кг сух. массы). Sr переносится из корней в побеги медленно, но большие содержания его фиксируются чаще в наземных частях растений. Токсичный уровень Sr для растений составляет 30мг/кг золы.	Содержание Sr в почве в большей степени контролируется составом материнских пород и климатом. Интервал его содержаний в поверхностных горизонтах составляет 18-3500мг/кг.
Свинец (Pb)	Роли Pb в метаболизме не выявлено. Ингибирует дыхание и фотосинтез в ткани растения. Даже очень низкие концентрации Pb могут замедлять некоторые жизненные процессы, но свинцовые отравления у растений в естественных условиях редки. Естественные уровни содержаний Pb в съедобных частях растений незагрязненных областей - 0,001-0,08мг/кг влажной массы, 0,05-3,0мг/кг сухой массы и 2,7 - 94,0мг/кг золы.	Поглощение растениями солей Pb происходит и из воздуха, и из почвы, но больше всего его накапливается в тканях корней, откуда в стебель перемещается только около 3% Pb. Он извлекается корнями растений из почвы при любых концентрациях, в зависимости от почвенных и растительных факторов.
Хром (Cr)	Может как стимулировать развитие растений, так и являться фитотоксичным (для овса на почвах с содержанием хрома в 634мг/кг и 49мг/кг сухой растительной массы). Содержание хрома в растительном материале обычно составляет 0,02-0,20мг/кг сухой массы, но в пищевых растениях концентрации зависят от характера растительной ткани и стадии роста. Наиболее высокие концентрации хрома наблюдаются в корнях.	Увеличение содержания хрома в растениях связано с антропогенными источниками, но доступны чаще растворимые формы. Поведение хрома зависит от рН и от окислительно-восстановительного потенциала почв. Общее среднее содержание Cr в поверхностном слое почв мира оценивается в 65мг/кг.

Продолжение Таблицы 2

1	2	3
Титан (Ti)	Уровни содержания Ti в растениях изменяются в пределах 0,15-80мг/кг сухой массы, в некоторых видах, особенно в хвощах и крапиве, накопление интенсивнее. Может быть токсичен.	Легкие органические почвы содержат малое количество Ti. Накопление этого элемента не создает опасно для окружающей среды.
Марганец (Mn)	Участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Недостаток Mn в растениях вызывает хлороз, некроз, потемнение корней. Активно поглощается и быстро переносится в растениях, способен накапливаться (в основном в растворимой форме, важен вид растения, стадия его развития). Может быть токсичен для растений (при содержании около 500мг/кг сухой массы). Значительные концентрации Mn отмечаются чаще в молодых органах растений, но наиболее высокие – в зрелых листьях.	Марганец не считается загрязняющим почву металлом. Общее среднее содержание для почв земного шара – 545мг/кг. Распределение Mn в почве неоднородно, чаще аккумулируется в верхнем горизонте почв Окислительные условия могут снижать доступность Mn, а восстановительные увеличивают доступность для растений даже до токсичных значений.
Железо (Fe)	Участвует в преобразовании энергии, необходимой для синтеза и других клеточных процессов в растении. Поглощение и перенос железа в органах и тканях растений затруднен, во многом зависит от ряда факторов и условий среды – рН, содержания Ca и P, соотношения других ТМ, поэтому нехватка наблюдается, прежде всего, в молодых частях растений. Природное содержание Fe в кормовых растениях – от 01.01.01мг/кг сухой массы, в травах (на серпентитах) - от 2127 до 3580мг/кг сухой массы.	Накопление Fe происходит преимущественно из почвы, недостаточность Fe для растений обусловлена почвенными факторами. Чем выше дефицит Fe, тем больше способность корней к его извлечению. Содержание Fe в почвах изменяется в основном от 0,5 до 5%.
Никель (Ni)	Благотворно влияет на процессы роста. Легко извлекается из почв. В растениях подвижен, может отмечаться значительная аккумуляция в листьях, в семенах и ягодах, но его распределение четко увеличивается в акропетальном направлении. Средние уровни содержания Ni в травах - от 0,1 до 1,7мг/кг сухой массы. Фитотоксичные концентрации для разных видов - от 40 до 246мг/кг сухой массы. Устойчивы виды семейств Boraginaceae, Brassicaceae, Fabaceae и Caryophyllaceae. Техногенное загрязнение сильно влияет на содержание Ni в растениях.	Уровень концентрации Ni в верхних горизонтах зависит как от материнских пород, так и от почвообразующих процессов и техногенного загрязнения. Содержание Ni в почвах мира – от 1 до 100мг/кг (общее среднее – 20мг/кг), Самые высокие содержания – в глинистых и суглинистых почвах, на основных породах и с органикой; низкие – на песчаниках. Много Ni в угле и нефти, он выделяется при их сжигании и от металлообрабатывающих предприятий.

Наши исследования показали, что на растительный покров района работ влияет в основном пыль разной степени дисперсности, содержащиеся в ней тяжелые металлы, газовая составляющая выбросов промышленных предприятий и тепловое загрязнение. Это подтверждают многие исследователи состояния растительности промышленных центров [14,с.31; 16,с.40; 46, с. 38; 115, с. 101-103; 126,127,132]. Поскольку в одной работе все это невозможно охватить, в своих исследованиях мы концентрировались на изучении влияния тяжелых металлов на почвенно-растительный покров (cистема почва-растение очень информативна для изучения, поскольку находится в приграничной зоне взаимодействия четырех геосфер – лито -, гидро-, атмо - и биосферы).

Степень отрицательного воздействия атмосферной пыли на растения зависит от многих факторов: ее химического состава и растворимости в воде, количества и токсичности для данного организма растворенных в воде веществ, входящих в состав пыли, плотности оседания на поверхности и продолжительности удерживания, устойчивости растений к проникающим токсикантам.

Результатом воздействия металлургических предприятий являются такие нарушения роста и развития растений (в т. ч. - под влиянием зольного субстрата), как неотения, ослабление кущения злаков, снижение габитуса, уменьшение количества листьев на однолетних побегах, сокращение площади листовой пластинки, усиление жилкования. По некоторым данным [128, с. 79-87; 133,134,135,136] также меняется анатомическая структура, происходит уменьшение размеров устьичного аппарата (при этом возрастает число устьиц на нижнем эпидермисе, на верхнем – уменьшается); увеличение толщины эпидермиса, палисадной и столбчатой паренхимы, уменьшение толщины губчатой паренхимы и объема межклетников – то есть отмечается ксерофитизация растений.

В результате химического воздействия снижается устойчивость растений загрязненных территорий к неблагоприятным факторам – климатическим, биотическим, антропогенным. Внешние проявления воздействия отсутствовуют или выражаются в побурении листьев, скручивании, ожогах, уродливых формах роста, некрозе края листа некрозе или дехромации хвои.

Поврежденные листья деревьев содержат в 10-11 раз больше Fe, в 2-3 раза больше Mn, Zn, Cu [137]. Увеличение площади повреждения листьев (или хвои) вызвает преждевременную дефолиацию; в тяжелых случаях происходит отмирание растений.

Длительное воздействие совокупности антропогенных факторов приводит к изменению состава фитоценозов до малопродуктивных и маловидовых сообществ, в итоге - до образования индустриальных пустошей.

В наших условиях, в радиусе 0,5 км от промышленных предприятий наблюдалось преждевременное подсыхание и увядание листьев деревьев (Populus alba), хвои сосны, некроз листьев мезофитных растений (Rumex confertus, Limonium gmelinii), хлороз и ослабление пигментации листьев растений, имеющих тонкую листовую пластинку, не защищенную от внешних воздействий (Spiraea hypericifolia и др.)

5 ТРАНСФОРМАЦИЯ ФЛОРЫ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Естественный растительный покров территории до активного освоения и промышленного развития региона был представлен разнотравно-дерновиннозлаковыми (Stipa lessingiana, Stipa capillata, Festuca valesiaca, Artemisia marschalliana, Medicago falcata) и типчаково-ковыльными (Stipa capillata, Festuca valesiaca) сухими степями. В связи с многолетним интенсивным воздействием разного рода трансформирующих факторов сейчас на рассматриваемой территории представлены в основном антропогенные модификации условно-коренных степных сообществ (злаково-полынные, лапчатково-полынные со злаками и т. п.), в разной степени утративших свой эколого-ресурсный потенциал и флористическое разнообразие. В настоящее время в регионе преобладают, как правило, устойчивые к механическому воздействию виды злаков (Agropyron pectinatum, Festuca valesiaca), полыней (Artemisia austriaca, A. marschalliana, A. dracunculus, A. absinthium, A. scoparia) и сорные однолетние растения – Polygonum aviculare, Chenopodium album, Bassia sedoides, Atriplex sagittata, Lepidium ruderale.

Особенности флоры проанализированы на основе состава трансформированных в разной степени сообществ. В районе исследований нами зарегистрировано 250 видов высших растений из 41 семейства и 142 родов, из них 12 видов - интродуценты, которые входят в состав искусственных насаждений. Ведущим семейством (Рисунок 3) на рассматриваемой территории является Asteraceae, оно представлено 55 видами (22%), из которых 18 – полыни. Затем следуют Poaceae - 29 видов (12%), Chenopodiaceae – 22 вида (9%), Brassicaceae – 19 видов (8%), Fabaceae – 18 видов (7%), Rosaceae – 16 видов (6%), Caryophyllaceae – 10 (4%), Scrophulariaceae – 8 (3%), Lamiaceae – 6 (2,4%), Polygonaceae – 6 (2,4%). Другие семейства представлены небольшим количеством видов, в совокупности - 24,4% на 31 семейство.

Рисунок 3 – Спектр ведущих семейств

Чтобы рассмотреть нарушенность растительного покрова, необходимо сравнить полученный нами спектр флоры со спектром естественной степной растительности (Таблица 3), описанным [138].

Таблица 3 – Сравнительный анализ спектра ведущих семейств коренной и трансформированной растительности

№	Преобладающие семейства (коренная растительность)	№	Преобладающие семейства (трансформированная растительность)
1	Asteraceae	1	Asteraceae
2	Poaceae	2	Poaceae
3	Fabaceae	3	Chenopodiaceae
4	Caryophyllaceae	4	Brassicaceae
5	Rosaceae	5	Fabaceae
6	Chenopodiaceae	6	Rosaceae
7	Brassicaceae	7	Caryophyllaceae
8	Lamiaceae	8	Scrophulariaceae
9	Scrophulariaceae	9	Lamiaceae
10	Boraginaceae	10	Polygonaceae

Таким образом, очевидно, что на рассматриваемой территории, в результате длительного интенсивного антропогенного воздействия, наблюдается трансформация флоры. Ведущая роль таких семейств, как Chenopodiaceae и Brassicaceae, означает, что в сообществах велика доля сорных растений. Значительное уменьшение роли кормовых растений семейства Fabaceae в сообществах свидетельствует о длительном перевыпасе скота. Увеличение видов семейства Polygonaceae показывает, что для территории характерна значительная дорожная дигрессия. Смещение позиций семейств Rosaceae и Lamiaceae свидетельствует о ксерофитизации растительности и опустынивании территории.

Особую группу трансформированной флоры составляют дигрессионно-активные растения, или апофиты. К ним относятся виды природной флоры, которые, благодаря широкой экологической амплитуде мест произрастания и биологическим особенностям (хорошее семенное и вегетативное размножение, устойчивость к изменению природных факторов, доминирующая роль в травостое и т. п.) при нарушенности меняют свою экологическую стратегию и быстро занимают свободные ниши в сообществах. Это все виды полыней, особенно Artemisia austriaca, A. scoparia, A. sieversiana, A. dracunculus, A. marschalliana, некоторые дерновинные злаки (Agropyron pectinatum, Festuca valesiaca, Stipa capillata), солянки (Ceratocarpus arenarius, Kochia prostrata) и, как показали наши исследования, некоторые виды лапчатки (Potentilla bifurca, Potentilla anserina) и тысячелистника (Achillea millefolium, Achillea nobilis).