Определение площади листьев у древесных растений

В загрязненной и чистой зонах

Все метамерные органы растений реагируют на загрязнение сре­ды или абиотические факторы. Ростовые процессы у растений вклю­чают в себя множество подпроцессов и фактически являются суммирующими. Растения подвержены очень большой изменчиво­сти (особенно размеры листьев) и диапазон их нормы реакции очень широк. Так, размеры листьев могут сильно увеличиваться после обрезки деревьев, т.к. приток пластических веществ и фитогормо-нов из корневых систем распределяется на оставшиеся после обрез­ки листья, а также стимулирует пробуждение спящих почек. В то же время размер листьев может сильно уменьшаться в результате длительной весенней засухи. В связи с этим при биоиндикации загрязнения наземных экосистем для научных целей требуется ис­ключение указанных вариантов и при взятии листьев нужно при­менять большую выборку (50-60 образцов). В санитарных зонах предприятий, в уличных посадках в большинстве случаев разме­ры листьев уменьшены по сравнению с более чистой загородной территорией. Исключением являются выбросы азотно-туковых заводов, в зоне влияния которых размеры листьев могут быть уве­личены из-за включения азота в метаболические процессы (обра­зование белков и др.).

Существует несколько способов измерения площади листьев. По методикам М.С. Миллера (Летние практические... 1973) - это весо­вой, при помощи светочувствительной бумаги, подсчета квадрати­ков на миллиметровой бумаге, планиметрический. Модификацией весового метода является разработка Л. В. Дорогань-( 1994), где пред­варительно для древесной породы определяют переводной коэффи­циент, а затем путем измерения длины и ширины листа производят массовые вычисления площади листьев. Это значительно ускоряет работу при больших выборках, что необходимо при выполнении дипломных и научных работ, когда в измерения включается боль­шое число образцов.

Оборудование, материалы

1) писчая бумага; 2) ножницы; 3) линейка; 4) весы торзионные или аптекарские с разновесами; 5) листья древесных растений с про­стой и небольшой листовой пластинкой: липы, клена полевого или американского, березы, тополя.

Ход работы

Во время экскурсии по городу (ее разумнее проводить в самом начале сентября) студенты срезают по 20-25 листьев каждой дре­весной породы с деревьев, растущих в разных экологических усло­виях, складывают в пакеты, а затем засушивают между листами газетной бумаги в лабораторных условиях. Это дает возможность провести работу в зимний период.

Установление переводного коэффициента основано на сравне­нии массы квадрата бумаги с массой листа, имеющего такую же дли­ну и ширину. Для этого берут бумагу (лучше в клеточку) и очерчивают квадрат, равный длине и ширине листа, а затем акку­ратно обрисовывают его контур. Вычисляют площадь квадрата бу­маги, вырезают и взвешивают его, затем вырезают контур листа и также взвешивают.

Из полученных данных вычисляют переводной коэффициент по формулам 1 и 2:

К = ——

где:

К - переводной коэффициент,

S - площадь листа (л) или квадрата бумаги (кв),

Р - масса квадрата бумаги или листа.

Вычисление коэффициента производится на основании изме­рения 7-8 листьев. Таким же расчетом он устанавливается отдель­но для каждого вида растений. Примерно он равен для березы - 0,64; для яблони - 0,71-0,72; для тополей - 0,60-0,66.

Затем измеряют длину (А) и ширину (В) каждого листа и умно­жают на переводной коэффициент (К):

S = A ∙ B ∙ K

Получаем ряд значений изменчивости площади листьев для каж­дой древесной породы в разных экологических условиях.

Для каждого ряда вычисляют среднеарифметические величины, сравнивают между собой.

В случае большой выборки строят вариационные кривые встре­чаемости листьев определенной площади в разных условиях среды.

При этом все ряды по площади листьев разбивают на классы от самого маленького листа до самого большого с одинаковым шагом между классами. В учеб­ной работе при наличии 25 листьев достаточно 5 классов. Соответ­ственно По каждому классу производят определение встречаемости. Кривые сравнивают, делают выводы относительно различий в из­менчивости площади листьев в зависимости от экологических ус­ловий. Устанавливают разницу в диапазоне изменчивости для маленьких и больших листьев.

Лабораторная работа № 8.

Обследование состояния придорожных по­садок древесных растений на центральных улицах города (I), в защитных зонах пред­приятий, работающих на органическом топ­ливе (II)

1. Обследование на улицах города.Представленную работу луч­ше проводить в самом начале осени, когда четко видны все повреж­дения листьев на том или ином участке улицы. Это дает информацию о состоянии древесных растений в конце вегетации в разных усло­виях среды. В качестве сравнения очень удобно взять дворовые по­садки, окруженные плотной застройкой без гаражей и автостоянок, а также загородные парки.

Оборудование

1) секатор садовый со штангой для подъема его в крону дере­ва; 2) бумажные пакеты большого размера; 3) морилка для сбора насекомых.

Ход работы

Проводят сбор показателей по следующим параметрам: 1) направ­ление улицы по сторонам света и увязка его с розой ветров; 2) опреде­ление стороны улицы (солнечная, теневая); 3) ширина улицы; 4) тип транспорта (одновременно можно подсчитать загруженность автотран­спортом 5) наличие высоких домов с обеих сторон ули­цы; 6) наличие продувов между домами. (Последние два положения особенно важны, т.к. при плотной застройке и сильной загруженности улиц автотранспортом поток газов и пыли будет ударяться о стены до­мов и возвращаться назад на зеленые насаждения, вызывая тем их по­вышенную повреждаемость); 7) усиленный продув на перекрестках расширенных улиц; 8) наличие стоянок автобусов, автотранспорта, све­тофоров на перекрестках (особенно на узких улицах, т.к. при замедле­нии движения автотранспорта, на холостых оборотах происходит неполное сгорание топлива - сильный выброс токсических веществ); 9) близость зеленых насаждений к дороге (число рядов, номер ряда); 10)вид насаждения (уличная одно-, двух-, трехрядная посадка,
сквер, парк, двор); 11) наиболее устойчивые и неустойчивые виды древесных пород.

Оценка состояния самих зеленых насаждений производится по следующим положениям (в обследование должны быть включены не менее 10-15 экземпляров одной древесной породы).

1. Фенологическое состояние (фенофаза). Обычно это состоя­ние сильно различается в загрязненной зоне и в парках.

2. Наличие хлорозов, визуальная оценка процента хлорозной ткани (пожелтение ткани листа вследствие разрушения хлорофил­ла). Отмечается расположение повреждений на дереве (по отношению к дороге, по отношению к поверхности земли - низ кроны, средняя часть, верх кроны).

3. Наличие и процент точечного или краевого изменения пиг­ментации листьев (появление красных, желтых, сине-фиолетовых, синих точек и пятен), вызванного попаданием на листья капелек серной и азотной кислот, солей тех или иных тяжелых металлов. В условиях защитных зон такие изменения может вызвать небольшая утечка радиоактивных веществ (например, в зоне влияния АЭС).

4. Наличие некрозов (отмершей ткани), их процент по сравнению с общей поверхностью листьев. Типы некроза: а) точечный; б) краевой; в) межжилковый; г) идущий лучами от жилок листа. Часто наибольший процент пораженной ткани наблюдается непосредственно у жилок листа, ближе к черешку.

Точечные некрозы возникают вследствие попадания на лист ка­пелек серной или азотной кислот (особенно первой), что возмож­но во время смога, тумана и выпадения на обследуемой территории кислотных дождей: Одно из объяснений образования краевых некрозов - это скопление солей тяжелых металлов по краю листовой пластинки; этим же объясняется отмирание кончиков хвоинок. Межжилковый некроз возникает в результате попадания в лист через устьица либо мельчайших капелек серной кислоты, либо окислов серы, которые в цитоплазме превращаются в серную кис­лоту. Последняя - сильно гигроскопическое вещество - весьма бы­стро отнимает воду от углеводов, которые образуются в процессе фотосинтеза.

С₁₂Н₂₂О₁₁ ^HS04 > 12 С+11Н_гО

В результате образования свободного углерода часть листа (точка или участок) обугливается, свободная вода испаряется, уголь вы­мывается осадками и в результате получается сухая черновато-ко­ричневая ткань (вследствие образования из фенольных соединений опорной ткани листа окисленных форм - хинонов).

В случае, если хлорозы, а потом и некрозы идут лучами от жил­ки листа и их площадь увеличивается к жилке и черешку (что очень наглядно видно у каштана, клена) можно предположить с опреде­ленной долей вероятности, что эти изменения вызваны либо дви­жением токсичных растворов из корневой системы по проводящим путям, либо большой концентрацией этих растворов при ксилемном транспорте.

5. Очень информативным признаком состояния древесных насаждений в городской среде (по сравнению с чистой зоной) являет­ся их поражение фито- и энтомовредителями, т.к. обычно вредители поражают особи, у которых нарушен иммунитет. Так, в условиях средней полосы России даже относительно устойчивые к загазован­ности тополя поражены рядом насекомых, среди которых наиболь­шее распространение имеет минирующая моль. Что касается
фитовредителей, то их оценка не однозначна. Так, в модельных опы­тах с выхлопными газами автотранспорта нами было замечено, что процент поражения лиственницы чернью и другими заболевания­ми в условиях загрязнения снижается по сравнению с относительно чистым воздухом (в условиях достаточного увлажнения).

В то же время появились сообщения о поражении каштанов на улицах

гг. Минска и Москвы бурой пятнистостью листьев, которая влечет преждевременное их опадение, ослабление и дальнейшую гибель деревьев. Не исключено, что это заболевание встречается и в уличных посадках каштанов в Черноземье.

6.Полезно срезать секатором листья с той или иной степенью поражения, собрать энтомовредителей в морилку, чтобы более де­тально разобраться в характере и причинах повреждений.

2. В зоне влияния различных предприятийобследование зеленых насаждений производится аналогично. Собирают дополнительные данные о характере и количестве атмосферных выбросов того или иного предприятия, высоте труб, возможной дальности разноса заг­рязнителей в связи с типом климата, преобладающими ветрами и другими факторами.

В результате проведенного обследования и обмена информаци­ей между группами студентов или школьников им дается домашнее

Задание: оформить данную работу, учитывая все выявленные пара­метры, описать на 1-2 страницах картину повреждений и оценить устойчивость различных древесных пород в тех или иных экологи­ческих условиях, обосновать причины выявленных повреждений.

Лабораторная работа № 9.

Определение поражения и омертвления тка­ней листа при антропогенном загрязнении воздушной среды: А) по проценту поражен­ной ткани, Б) по диагностике живых и мерт­вых тканей

Ткани листьев древесных растений, поврежденные в результате антропогенного загрязнения воздушной среды, выбывают из про­цесса фотосинтеза и перестают выполнять свои основные функции: синтеза органических веществ, выделения кислорода и фитонцидов. Ослаблена и их пылезадерживающая роль, т. к. основная масса пыли оседает на слегка влажной поверхности живого листа.

Функция фотосинтеза в огромной мере зависит от площади ли­стовой поверхности (листового индекса). Визуальные методы оцен­ки площади листьев и процента повреждений листовой ткани имеют очень малую точность, хотя в целом и отражают общую картину повреждений.

Предлагаемые методы оценки дают более точное определение пораженной и мертвой ткани, т. к. желтеющая ткань, определенная визуально как живая, может быть оценена как мертвая диагности­ческими методами.

Для объективной характеристики повреждений требуется сбор большого количества листьев (более 50 с каждой точки), точное взя­тие проб, характеризующее всю совокупность, выделение частей дерева по степени соприкосновения с загрязнителями (например, крона дерева направлена в сторону дороги или в противоположную сторону: первый ряд, второй, третий и т. д.).

Для учебных целей достаточно 10-20 листьев с полной характе­ристикой места взятия образца.