Балашовский институт (филиал)
Саратовского университета
Антропометрические показатели детей
в зависимости от уровня загрязнения среды
В связи с усилением техногенного прессинга на природные и антропогенно измененные экосистемы наблюдается развитие и распространение патологических состояний у детей. Они подвержены воздействию экопатологических факторов, особенно в критический подростковый период роста и развития (16—17 лет), в силу возрастной незрелости обменных процессов [1].
Общая доля воздействия техногенных загрязнений в структуру заболеваемости детей-подростков Саратовской области составляет в среднем 26,5 % [2].
Резкое несоответствие массы тела его длине, а также обхватов частей тела продольным размерам указывает на дисгармоничность физического развития подростков и зачастую является проявлением отклонений в эндокринной регуляции роста.
На рисунке представлено процентное соотношение мальчиков (А)
и девочек (Б) с соответствующими антропометрическими показателями, проживающих на различных территориях Саратовской области.
При мощном воздействии химических загрязнителей и повышенном радиационном фоне (г. Саратов) средневзвешенный ростовый показатель мальчиков группы III превосходит таковой у мальчиков других групп
и составляет 178,1 ± 0,3 (Р < 0,05). Вариабельность роста и физического развития данных испытуемых выявляет явную дисгармоничность их развития: увеличивается количество мальчиков с ростом ниже среднего — 15,9 %; доля мальчиков со средним ростом резко снижается — 48,2 %; возрастает число мальчиков с ростом выше среднего — 23,5 % и с высоким ростом — 10,4 %. Исследуемые антропометрические показатели
девочек (группа III), проживающих в условиях г. Саратова, менее выражено, но повторяют внутригрупповое распределение ростового показателя девочек с более выраженными отклонениями средневзвешенного ростового показателя от экологически благополучного района (г. Балашов) (различия достоверны, P < 0,05). Масса тела достоверно снижена по сравнению со всеми тремя группами территорий с антропогенной нагрузкой, кроме I группы (г. Балашов).
А
I
II
III
IV
Б
I
II
III
IV
Сравнительная диаграмма физического развития мальчиков (А) и девочек (Б) (2005—2009 гг.): I — г. Балашов (экологически чистый район), II — г. Балаково,
III — г. Саратов, IV — г. Энгельс; 1 — дефицит массы, 2 — избыток массы,
3 — низкий рост
Ростовый показатель мальчиков IV группы, проживающих на территории г. Энгельса, находится на 2-м месте после группы III мальчиков по максимальной величине и составляет 178,3 ± 2,4 (Р < 0,05). Регистрируется минимальное количество лиц со среднестандартным физическим развитием (норма) — 70,2, при этом выявлено 12,6 % обследуемых с дефицитом массы тела, 11,5 % — с ее избытком. Различия достоверны (Р < 0,05). Высокие концентрации химических загрязнителей среды вызывают
у мальчиков увеличение роста и массы в целом.
Высокая химическая загрязненность среды г. Энгельса ведет к стимуляции процессов роста у девочек. Ростовый показатель девочек IV группы выше, чем в г. Балашове (на 0,4 см), но ниже, чем в городах Балаково и Саратов. Вариационный анализ роста выявил большой процент девочек с ростом выше среднего — 19,6 %. Вместе с тем в отличие от районов преимущественно радиационного загрязнения, выявлено максимальное количество обследуемых с низким ростом — 4,9 %, при этом регистрируется 14,1 % девочек с дефицитом массы тела, 7,4 % — с избытком массы тела. Разнонаправленность реакций указывает на очевидный вклад токсичности среды в дисгармоничность адаптационных процессов роста
и физического развития подростковых групп девочек в условиях сочетанных высоких токсико-химических изменений среды.
Таким образом, в популяции подростков выявились возрастные, половые и территориальные адаптационные особенности в формировании антропометрических показателей к различным вариантам воздействия среды. У мальчиков радиационный фактор вызывает в большей степени разнонаправленность реакций (г. Балаково), а химический фактор по мере усиления своего влияния (г. Саратов, Энгельс) в целом для популяции мальчиков стимулирует увеличение массы тела и рост. Для девочек характерно, что радиационный фактор стимулирует увеличение массы тела, а химический фактор активизирует рост.
Литература
1. Дорожнова К. П. Роль социальных и биологических факторов в развитии ребенка. М.: Медицина, 1983. 160 с.
2. Государственный доклад «О санитарно-эпидемиологической обстановке
в Саратовской области в 2008 году». Саратов: Изд-во Управления Роспотребнадзора по Саратовской области, 2009. 279 с.
В. Б. Любимов1, Н. П. Котова2, Е. В. Мельников3,
В. Ю. Петрак4, В. В. Солдатова5
1, 3 ,4) Брянский государственный университет
им. акад. И. Г. Петровского,
2, 5) Балашовский институт (филиал) Саратовского университета
Компоненты гидротермического режима
и их влияние на рост и развитие интродуцентов
Установлено, что температура гибели листьев у растений, в независимости от вида и природных условий их естественного обитания, составляет +50 С. Основными, лимитирующими интродукцию растений, их рост и развитие факторами среды является не высокая, а низкая температура атмосферного воздуха и дефицит влаги.
Ключевые слова: растения, интродукция, методы, жароустойчивость, экологический фактор, температура, дефицит, абсолютная влажность почвы.
Исключительно большое значение для создания насаждений с целью оздоровления окружающей среды в городах и населенных пунктах, защиты агроэкосистем и обеспечения населения экологически чистой сельскохозяйственной продукцией, сохранения биоразнообразия, повышения его продуктивности, сохранения экологической безопасности имеет интродукция растений, предусматривающая разработку прогрессивных технологий, обеспечивающих оптимальные условия для роста и развития растений. Экстремальные температуры, напряженный ветровой режим, дефицит влаги в почве, зарегистрированные в течение вегетационного периода 2010 г. во многих регионах России, вскрыли многие недостатки
в сельском и лесном хозяйстве (лесные питомники), в плодоводстве
и овощеводстве. Анализ результатов, полученных в 2010 г., позволяет сделать заключение, что при использовании современных, прогрессивных агротехнических приемов, их модернизации, особенно в области орошения, правильном районировании культур, можно было бы не только избежать огромные потери урожая, но и повысить его за счет моделирования оптимального гидротермического режима, нейтрализации дефицита влаги в корнеобитаемом горизонте почвы. Следует отметить, что небывалый рост температур в 2010 г., зарегистрированный в пределах наших регионов (Саратовская, Брянская и другие области), при достаточном водообеспечении благоприятно влияет на рост и развитие растений, повышение их продуктивности.
В настоящее время накоплен значительный объем исследований
и практического опыта по созданию насаждений в сложных экологических условиях. В зависимости от поставленных задач исследователями решались те или иные вопросы, связанные с интродукцией растений и их адаптацией к абиотическим факторам, дифференцированно природным условиям района исследований. Предлагаемые методы интродукции были направлены на поиск в природных условиях устойчивых и вместе с тем характеризующихся высокой продуктивностью, декоративностью, а часто и габитусом видов, отвечающих экологическим условиям района интродукции. В связи с этим, физиологи уделяли большое внимание поиску физиологических показателей устойчивости растений, анатомы — структурным особенностям различных органов растений в связи с их приспособленностью к окружающей среде, биохимики — биохимическим процессам и их динамике в условиях района интродукции. Основной целью исследований был поиск диагностических показателей для определения перспективности интродуцента, показатель, характеризующий степень его солевыносливости, жароустойчивости, засухоустойчивости, зимостойкости и морозоустойчивости. В качестве такого показателя исследователями предлагалось, например, использование интенсивности транспирации, стабильности оводненности листьев и побегов в течение вегетации, скорости потери воды листьями (водоудерживающей способности), жароустойчивости листьев и другие [5]. Наиболее широкое распространение получил показатель характеризующий жароустойчивость растений, которая оценивалась и оценивается чаще всего по летальной температуре листьев, выдерживаемых в водяной бане при разной температуре [4]. Зимостойкость и морозоустойчивость определялась на основе изучения оводненности побегов в зимний период и визуальных наблюдений за состоянием перезимовавших растений [8]. Исследования такого плана — без учета эволюции ландшафтов, экосистем, биоценозов и фитоценозов, формирования экологического спектра вида, его биологической продуктивности, жизненной формы и ареала — не могли принести успех для интродукции. Вместе с тем такие исследования имели большое значение для развития фундаментальных наук, создания богатейших коллекций растений в ботанических организациях. В 1984 г. на Всесоюзном совещании «Актуальные задачи физиологии и биохимии растений в ботанических садах СССР» председатель Совета ботанических садов СССР Л. Н. Андреев отмечает, что усилия физиологов и биохимиков должны быть направлены на ускорение, повышение эффективности и экономичности интродукции растений. Л. Н. Андреев заостряет внимание на том, что большим преимуществом ученых, работающих в системе ботанических садов, является объединение их усилий на решение единой научной проблемы — интродукции и акклиматизации растений, но это преимущество до сих пор используется еще недостаточно [1]. Из доклада Л. Н. Андреева следует сделать заключение, что практически до конца прошлого столетия не был разработан метод интродукции, удовлетворяющий запросы декоративного садоводства, защитного лесоразведения, создания лесных культур, озеленения городов, сел, промышленных и сельскохозяйственных объектов, не было найдено и универсального физиологического показателя, позволяющего оценить степень перспективности интродуцента. Более критично на этой конференции прозвучало выступление А. М. Гродзинского. Ученый говорил о том, что использование для характеристики интродуцентов, так называемых «физиологических показателей», например, интенсивности фотосинтеза, активности отдельных ферментов и т. п., не приносит ничего нового в интродукцию растений [6].
Нами проблема толерантности растений к абиотическим факторам изучается на протяжении всего периода исследовательской работы. Начиная с 1972 г. исследования проводились лабораторными и полевыми методами в условиях северных и южных пустынь, затем, с 1990 г. и по настоящее время, — в степном, лесостепном и лесном регионах. Методологической основой наших исследований являлась синтетическая теория эволюции и вытекающие из этой теории экологические законы, закономерности, правила и явления, а также аксиома Ч. Дарвина об адаптивности вида к абиотическим факторам среды и формировании его естественного ареала [9—11]. Полученная в результате исследований информация анализируется на фоне визуальных наблюдений за состоянием, ростом
и развитием интродуцентов на фоне погодных условий и динамики водно-солевого режима почв. Особое внимание уделяется сопоставлению физиологических показателей, изученных у интродуцированных видов,
с показателями, характерными для представителей природной флоры.
Основополагающими факторами, влияющими на эволюцию ландшафтов Земли, ее экосистем, биоценозов, их видовое разнообразие являются влага и тепло. Под воздействием этих факторов сформировались современные ландшафты Земного шара. Продуктивность любой экосистемы тем выше, чем благоприятнее сочетание абиотических факторов, составляющих гидротермический режим. Гидротермический коэффициент (ГТК) представляет собой отношение валового увлажнения к радиационному балансу. Под воздействием ГТК формируются и другие факторы: ветровой режим, морфологические, физические и химические свойства почв, их плодородие, степень засоленности и т. д. Таким образом, основными, лимитирующими интродукцию растений факторами являются, прежде всего, дефицит влаги и величина радиационного баланса. В связи с этим при интродукции растений большое значение имеет изучение толерантности вида к высоким и низким температурам атмосферного воздуха, атмосферной и почвенной засухе, засоленности почв. Полученные знания позволяют выявить лимитирующие интродукцию факторы и определить возможность в районе интродукции нейтрализовать их отрицательное влияние на растения. Эти знания составляют основу для моделирования в районе интродукции условий, обеспечивающих нормальный рост и развитие интродуцента, реализацию его биологического потенциала.
Высокая температура воздуха является важнейшим компонентом засухи. Ее влияние на растения изучается в течение многих десятилетий многими исследователями. В соответствии с экологическим законом
о взаимодействии факторов, экстремальные температуры усиливают атмосферную и почвенную засухи, что приводит к обезвоживанию растений. Здесь проявляется и влияние экологического закона о неоднозначности действия факторов на разные функции. Например, высокий рост температур вызывает снижение скорости фотосинтеза и увеличение интенсивности дыхания, что ведет к истощению организмов и их гибели. Некоторые исследователи считали возможным для определения перспективности интродуцентов использование в качестве показателя жароустой-чивости видов показателя летальной температуры листьев [2; 5; 12; 14]. Вместе с тем анализ литературных данных показывает на большую разницу летальных температур у одних и тех же видов, определенную разными методами. Например, И. Д. Зелепухиным и Р. А. Дуровой североамериканские виды древесных растений, интродуцированные в Казахстан, разделены на три группы по степени их жароустойчивости [7]. Жароустойчивость определялась методом, разработанным Ф. Ф. Мацковым [12]. Авторами к жароустойчивым видам отнесены интродуценты
с летальной температурой листьев от +70 до +80 С, к средней степени жароустойчивости — от +50 до +60 С и к нежароустойчивым — от +45 до +48 С. Как видим, по утверждению авторов, амплитуда летальных температур для листьев у разных видов древесных растений составляет 35 — от +45 до +80 С. К. А. Ахматов отмечает, что листья древесных растений, интродуцированные в Киргизию, погибают в температурном промежутке от +51 до +58 С — с амплитудой в 7. В. П. Тарабриным определена жароустойчивость древесных растений, интродуцированных на Украину. По данным автора, летальная температура листьев составляет от +46 до +50 С, с разницей между видами в 4. В качестве примера приведем опубликованные результаты исследований по определению летальной температуры листьев у Quercus robur L.: по методике Ф. Ф. Мацкова +69,2 С, по методике К. А. Ахматова +58 С, по методике В. П. Тарабрина +50 С [11; 14]. Как видим, амплитуда летальной температуры листьев Q. robur L. составляет 19,2. Такое расхождение летальных температур
у одного вида не может остаться без внимания. Далеко не равнозначны показатели жароустойчивости, определенные методом Ф. Ф. Мацкова и у других исследователей для травянистых растений. Например, в работе К. А. Бадановой, Н. А. Томахина и Н. В. Балиной летальная температура пшеницы, ячменя и овса составляет от +58 до +69 С. Н. Д. Пронина пишет, что для наиболее засухоустойчивых пшенично-пырейных гибридов температура гибели составляет от +49,5 до +53,5 С, т. е. совершенно несопоставимые результаты для травяных растений [3; 13].
В течение ряда лет мы провели серию опытов по определению летальной температуры листьев у древесных растений, обитающих в разных природных зонах. Цель исследований заключалась в определении объективности результатов по определению летальной температуры листьев существующими методами и целесообразности использования этого показателя при интродукции растений.
Анализ результатов исследований показал, что получить идентичные результаты по методикам, разработанным Ф. Ф. Мацковым, К. А. Ахматовым и В. П. Тарабриным, невозможно. В 1974 и 1975 гг. методом Ф. Ф. Мацкова нами изучена жароустойчивость листьев у 22 видов из рода Salix L.
и 14 видов из рода Populus L. В эксперимент были включены виды, естественно обитающие в разных экологических условиях. В соответствии
с диагностическими признаками, описанными в методике, летальная температура листьев у разных видов из рода Salix L. была зарегистрирована
в пределах от +48 до +64 С, а у представителей из рода Populus L. — от +47 до +62 С. Однако четко определить температуру летального исхода было практически невозможно. Листья видов по-разному реагировали на действие высоких температур водяной бани. У одних видов с повышением температуры появлялся буроватый оттенок, у других — серый,
у третьих — голубоватый. Наблюдалось частое несоответствие между физиологическим показателем жароустойчивости и экологическими условиями естественного обитания вида. Например, неперспективная для аридного климата Salix integra Thunb., естественно обитающая на сырых лугах и выдерживающая частичное заболачивание, имеет летальную температуру листьев +52 С как и перспективная, обитающая в степных
и полупустынных районах S. caspica Pall. S. cinerea L., естественно произрастающая в низинах, на болотах и малопроточных понижениях, повреждающаяся в условиях пустынь в периоды высоких температур и засух, имеет летальную температуру +62 С, т. е. на 10 выше, чем абориген Мангышлака — S. caspica Pall. Неперспективный для пустынь европейский гибрид Populus berolinensis Dipp. и перспективный вид P. bolleana Lauche, обитающий в аридных регионах Средней Азии, имеют одинаковый показатель летальной температуры листьев +57 С. Идея определения летальной температуры для листьев путем повышения температуры водяной бани не вызывает сомнений и отвечает экологическим законам оптимума и толерантности, по которым, как недостаточная, так и избыточная сила воздействия экологического фактора или ресурса приведет организм к гибели. Повышение температуры водяной бани, в конечном счете, вызовет гибель листьев. Однако визуальное определение летальной температуры листьев методом Ф. Ф. Мацкова не дает объективных результатов, т. е. предложенная диагностика не позволяет точно определить температуру гибели листа. Убедившись на основе большого фактического материала, полученного в результате многолетних исследований о невозможности получения объективных результатов по определению летальной температуре листьев методом, разработанным Ф. Ф. Мацковым, в 1975 г. были проведены исследования по определению этого показателя методом К. А. Ахматова [2]. Метод основан на выдерживании срезанных стеблей
с листьями в бытовых термосах, заполненных водой, нагретой до определенной температуры. В отличие от метода Ф. Ф. Мацкова, летальная температура определяется не по изменению цвета листьев, а по их гибели (засыханию листьев и неодревесневших побегов). Показатели летальной температуры, полученные методом К. А. Ахматова, значительно отличались от показателей, определенных методом Ф. Ф. Мацкова. Листья включенных в эксперимент видов погибли при температуре +49…+50 С. Нами были продолжены исследования и по методу, предложенному В. П. Та-рабриным, заключающемуся в выдерживании облиственных побегов
(не отделенных от материнских растений) в термосах, наполненных водой с определенной температурой. Листья ряда видов из рода Crataegus L. и Rosa L. погибли при температуре +49…+50 С. В дальнейшем в опыт были включены виды аридных областей — Populus diversifolia Schrenk
и Tamarix ramosissima Ldb. Летальная температура для листьев составила +50 С. В результате исследований мы пришли к заключению, что объективную температуру гибели листьев можно получить методами К. А. Ахматова и В. П. Тарабрина. Нами была изучена температура гибели листьев у 90 видов из числа покрытосеменных растений, относящихся к различным природным зонам, включая пустыни и полупустыни. Опыт проводился в пятикратной повторности в течение трех лет. Объем выборки составил 450 вариантов. Среднее арифметическое значение летальной температуры листьев составило +49,8 ± 0,4 С, дисперсия — 70,5, критерий достоверности среднего арифметического значения — 124,5, коэффициент вариации — 16,8 % и показатель точности опыта — 0,8 %. Для средней арифметической температуры гибели листьев получены параметры с большей достоверностью этой величины и значением показателя точности опыта, значительно меньшего 5 %.
Анализ исследований показал, что растения, независимо от их флористической принадлежности и условий естественного обитания, имеют для листьев летальную температуру, заключенную в очень узких пределах. Листья всех включенных в эксперимент видов выдерживали температуру +47 С и погибали при температуре +50 С. Исследованными методами определить разницу между видами по степени их жароустойчивости не представляется возможным. Например, в наших экспериментах, при температуре +49 С зарегистрирована гибель листьев у Hippophae rhamnoides L., Tamarix ramosissima Ldb., Calligonum caput Medusae Schrenk., Maclura aurantiaca Nutt., Robinia pseudoacacia L., Lycium ruthenicum Murr., а при температуре +50 С погибли листья Quercus robur L., Symphoricarpos albus (L.) Blake, Acer semenovii Regel. et Herd., Crataegus transcaspica Pojark., Amorpha californica Nutt., Populus diversifolia Schrenk, Haloxylon aphyllum (Minkw.) Iljin и др. Как видим, некоторые виды пустынной флоры имеют летальную температуру для листьев + 49 С, другие +50 С. Аналогичный результат наблюдается и у представителей Северной Америки, Дальнего Востока, Сибири и Европы. Четко выраженной тенденции повышения летальной температуры листьев у видов в зависимости от условий их естественного местообитания не прослеживается. Включенные в эксперимент виды мы анализировали и по зонам А. Редера [15]. Представители второй зоны, характеризующейся минимальными температурами воздуха от –40 до –46 С— Acer negundo L., Amelanchier alnifolia Nutt. имеют летальную температуру листьев +50 С, а Elaeagnus orientalis L., Fraxinus lanceolata Boerkh., Padus virginiana (L.) Mill. и др. +49 С; представители пятой зоны с минимальными температурами от
–23 до –29 С — Acer henryi Pax, А. truncatum Bge., Amygdalus triloba (Lindl.) Ricker., имеют летальную температуру листьев +50 С, другие виды — A. croceolanata Wats., A. fruticosa L., Berberis aristata DC., B. integerrima Bunge — +49 С. Результаты исследований показывают на отсутствие коррелятивной связи изменения летальной температуры листьев в связи с приспособленностью вида к аридному климату. Достоверность исследований подтверждается не только математической обработкой результатов исследований, но и проведенным нами экспериментом, который основан на выдерживании растений, с закрытыми корневыми системами (в контейнерах), в сушильных шкафах с нагретым воздухом.
В 1987 г. трехлетние сеянцы Tamarix leptostachys Bge. и Cotoneaster apiculatus Rehd. et Wils помещались в термостат с различной температурой воздуха (46, 48, 50, 52, 54 С). После получасового выдерживания при определенной температуре (варьирование температуры в течение опыта составляло около 1,0) растения возвращались в обычные для них условия питомника. Поврежденные температурой листья и молодые побеги отмирали, неповрежденные функционировали. Естественное местообитание T. leptostachys Bge.— пустыни Ср. Азии, Казахстана, Западной Монголии и Китая. У C. apiculatus Rehd. et Wils ареал иной — территория Западного Китая. Начало повреждения листьев и неодревесневших побегов у T. leptostachys Bge. зарегистрировано при температуре +46 С, а у C. Api-culatus Rehd. et Wils +48 С. Летальный исход листьев и молодых побегов у того и другого вида наступил при температуре +50 С. Анализ исследований позволяет сделать заключение, что методы В. П. Тарабрина и К. А. Ахматова, основанные на выдерживании растений в водяной бане, и метод, основанный на воздействии высокой температурой воздуха, дают близкие по величине результаты. Аналогичные исследования проведены в 2000—2007 гг. Изучен показатель летальной температуры листьев у 30 видов древесных растений, широко введенных в озеленение Саратовской области, отличающейся по климатическим условиям от полуострова Мангышлак. Результаты показали, что амплитуда летальных температур для листьев, определенная методом К. А. Ахматова, составляет всего три градуса (+48…+50 С). Амплитуда, определенная методом В. П. Тарабрина для тех же видов, составляет два градуса (от +49 до +50 С). Аналогичные результаты были получены и при определении летальной температуры листьев для ряда видов, введенных в озеленение г. Брянска. Как видим, летальные температуры листьев у разных видов, определенные в Брянской и Саратовской областях, а также на полуострове Мангышлак, близки по величине. Некоторую разницу в температуре гибели листьев у разных видов (+48…+50 С) относим к погрешностям в методах, например, из-за трудности поддержания стабильной температуры в водяной бане, термосе, разной продолжительности выдерживания листьев и побегов, возрасту листьев и степени одревеснения побегов. На наш взгляд, высокие температуры усиливают действие атмосферной и почвенной засух, что способствует нарушению водообмена у растений, приводящему к нагреванию листьев до летального исхода. Однако максимальные температуры воздуха, наблюдаемые в условиях даже пустынь, тем более в Саратовской
и Брянской областях, не являются прямым фактором, вызывающим гибель деревьев и кустарников. Дефицит воды является основным экологическим фактором, лимитирующим интродукцию деревьев и кустарников в засушливые регионы.
В процессе исследований 2002—2008 гг. была определена жароустойчивость 28 видов из числа травяных растений, природной флоры Саратовского региона. В независимости от вида и места его естественного обитания угнетение растений зарегистрировано при температуре +47 С,
а гибель — при температуре +48…–49 С. Максимальная температура атмосферного воздуха в районе исследований значительно ниже летальной температуры для травяных растений. Как известно, температура поверхности почвы в разные сезоны года и даже в течение суток значительно изменяется. Кроме того, температура поверхности почвы и приземного слоя отличается от температуры атмосферного воздуха. В связи с этим была поставлена задача, заключающаяся в определении, не является ли максимальная температура нагрева поверхности почвы и приземного слоя летальной для растений?
К высоким температурам атмосферного воздуха и его сухости травяные растения, как и древесные, адаптировались не за счет повышения жароустойчивости клеток, а прежде всего путем эволюции механизмов гомеостаза, обеспечивающих равновесное состояние организмов в изменяющихся условиях среды, и, прежде всего, обеспечивающих оптимальный водный баланс растений. Циркуляция воды (почва — растение — атмосфера) позволяет поддерживать температуру зеленой клетки на уровне не выше температуры окружающей среды. Зависимость температуры атмосферного воздуха от высоты над уровнем почвы отражена
в табл. 1.
Таблица 1
Зависимость температуры воздуха от высоты над уровнем почвы
(Балашовский район, 2006 г.)
Точка измерения
|
Время, часы
|
9.00
|
11.00
|
13.00
|
16 августа (t C)
|
Влажное место
|
На поверхности почвы
|
22
|
24
|
27
|
На высоте 5 см от почвы
|
24
|
25
|
28
|
На высоте 10 см от почвы
|
26
|
27
|
29
|
На высоте 15 см от почвы
|
27
|
28
|
30
|
Солнечное, сухое открытое место
|
На поверхности почвы
|
24
|
26
|
27
|
На высоте 5 см от почвы
|
25
|
27
|
29
|
На высоте 10 см от почвы
|
26
|
28
|
30
|
На высоте 15 см от почвы
|
28
|
30
|
31
|
В тени насаждения
|
На поверхности почвы
|
23
|
25
|
26
|
На высоте 5 см от почвы
|
24
|
25
|
27
|
На высоте 10 см от почвы
|
25
|
26
|
29
|
На высоте 15 см от почвы
|
26
|
28
|
30
|
26 августа (t C)
|
Влажное место
|
На поверхности почвы
|
20
|
21
|
23
|
На высоте 5 см от почвы
|
23
|
24
|
26
|
На высоте 10 см от почвы
|
26
|
27
|
28
|
На высоте 15 см от почвы
|
27
|
28
|
29
|
Солнечное место
|
На поверхности почвы
|
24
|
26
|
27
|
На высоте 5 см от почвы
|
25
|
28
|
30
|
На высоте 10 см от почвы
|
27
|
29
|
31
|
На высоте 15 см от почвы
|
30
|
31
|
32
|
В тени
|
На поверхности почвы
|
21
|
24
|
26
|
На высоте 5 см от почвы
|
23
|
26
|
27
|
На высоте 10 см от почвы
|
26
|
28
|
27
|
На высоте 15 см от почвы
|
27
|
29
|
29
|
Как видим из табл. 1, температура на поверхности почвы значительно ниже температуры атмосферного воздуха и летальной для растений температур.
Определение абсолютной влажности почвы в периоды экстремальных температур и сухости атмосферного воздуха в Саратовской и Брянской областях осуществлено по методике, приведенной в работе В. Б. Любимова, Л. Г. Горковенко и Е. Б. Смирновой [17].
В самый экстремальный период (июнь — август 2010 г.) температура на поверхности почвы и приземного слоя атмосферного воздуха была значительно ниже летальной температуры для растений. Параллельно температуры нами изучена абсолютная влажность почвы в корнеобитаемом горизонте на территории питомников (городов Балашов, Аркадак Саратовской области и Брянск). Результаты исследований отражены
в табл. 2.
Таблица 2
Абсолютная влажность почвы (август 2010 г.)
Глубина взятия образца, см
|
Масса сырой почвы, г
|
Абсолютно сухая почва, г
|
Количество воды
в образце, г
|
Абсолютная влажность почвы, %
W =  ⃰
|
Аркадакский район Саратовской области 18 августа 2010 г.
0—5
|
224
|
210
|
14
|
6,7
|
10—15
|
238
|
219
|
19
|
8,6
|
20—25
|
209
|
189
|
20
|
10,6
|
Балашовский район Саратовской области 16 августа 2010 г.
0—5
|
192
|
180
|
12
|
6,7
|
10—15
|
204
|
190
|
14
|
7,4
|
20—25
|
208
|
186
|
22
|
11,8
|
Экспериментальный участок Брянского государственного университета
имени академика И. Г. Петровского 15 августа 2010 г.
0—5
|
186,4
|
174,14
|
12,26
|
7,0
|
10—15
|
185,8
|
169,5
|
16,3
|
9,6
|
20—25
|
186,0
|
164,0
|
22,0
|
13,4
|
⃰W — абсолютная влажность почвы, а — кол-во воды в образце, р — масса абсолютно сухой почвы.
Как видим, с глубиной абсолютная влажность почвы повышается с 6,7 % в поверхностном горизонте до 11,8 % на глубине 20—25 см (г. Балашов) и, соответственно, с 7,0 до 13,4 % (г. Брянск). Здесь следует отметить, что 1—2-летние растения при такой абсолютной влажности корнеобитаемого горизонта не испытывали угнетения в течение вегетации.
Приведем годичный прирост за 2010 г. у ряда интродуцентов (самый неблагоприятный по погодным условиям год за все время наблюдений метеоданных), зарегистрированный в городах Брянске (Брянская область) и Балашове и Аркадаке (Саратовская область).
Исследовалась в г. Балашове: высота 1- и 2-летних сеянцев дуба красного (Quercus rubra L.) — листопадное дерево, естественно обитающее на востоке Северной Америки, от Новой Шотландии до Флориды и на запад — до Миннесоты и Техаса; высота 2-летних сеянцев магонии падуболистной (Mahonia aquifolium (Pursh) Nutt. — вечнозеленый кустарник, естественно обитающий на западе Северной Америки, от Британской Колумбии и до Калифорнии.
В г. Брянске: высота 1- и 2-летних растений дуба красного (Q. rubra L.); высота прироста 1-летних укоренившихся черенков форзиции свисающей (Forsythia europaea Deg. et. Bald.) — прямостоячий кустарник, естественно обитающий в Юго-Восточной Европе (Албания). Результаты отражены в табл. 3. Полученные основные параметры дают довольно полное представление о средних арифметических значениях и заслуживают доверия на 95%-м доверительном уровне ввиду большой достоверности средних арифметических (t > 3) и значений показателя точности опыта меньшего 5 % (Р < 5 %).
Следует отметить, что, несмотря на экстремальные погодные условия, рост и развитие растений в середине августа 2010 г. продолжался. Вегетирующие побеги и листья у включенных в эксперимент видов не были повреждены высокими температурами, падения тургора в дневные часы не наблюдалось. Абсолютная влажность почвы в питомнике г. Балашова составила в корнеобитаемом горизонте 11,8 %, а в г. Брянске — 13,4 %. Таким образом, с глубиной абсолютная влажность почвы увеличивается, и растения с хорошо развитыми корневыми системами обеспечивают надземную часть достаточным количеством влаги. Более интенсивный рост растений в г. Брянске по сравнению с ростом растений в г. Балашове подтверждает важность для роста и развития влаги (табл. 3). Сравнение средних высот 1- и 2-летних растений Quercus rubra L. показало на достоверность превышения растений, выращиваемых в г. Брянске, над растениями, выращиваемыми в г. Балашове:
1) определение достоверности превышения однолетних растений, выращиваемых в более благоприятных природных условиях в г. Брянске, над однолетними растениями, выращиваемых в г. Балашове, с более низкой абсолютной влажностью корнеобитаемого горизонта почвы:
2) определение достоверности превышения двухлетних растений, выращиваемых в более благоприятных природных условиях в г. Брянске над двухлетними растениями, выращиваемых в г. Балашове, с более низкой абсолютной влажностью корнеобитаемого горизонта почвы:
Число степеней свободы для наших вариационных рядов вычисляем по формуле: = N1 + N2 – 2 + 32 + 32 – 2 = 62. Табличное значение критерия Стьюдента для наших вариационных рядов t = 2, что значительно ниже вычисленных значений. Следовательно, средние арифметические значения, полученные для высот растений в г. Брянске, достоверно превышают средние арифметические значения, полученные для высот растений, выращиваемых в г. Балашове.
В августе 2010 г. был проведен лабораторный опыт по определению влажности завядания (ВЗ) методом вегетационных миниатюр для проростков пузыреплодника калинолистного — Physocarpus opulifolius (L.) Maxim. и клена остролистного — Acer platanoides L. Результаты отражены в табл. 4.
Таблица 4
Определение абсолютной влажности почвы и абсолютной влажности завядания (ВЗ) для проростков Physocarpus opulifolius (L.) Maxim.
Балашов, 2010 г. (посев 3 августа 2010 г.)
Дата
|
19.8
|
20.8
|
21.8
|
22.8
|
23.8
|
24.8
|
25.8
|
26.8
|
t С
|
32
|
30
|
29
|
29
|
27
|
27
|
27
|
26
|
Масса образца почвы, г
|
174,8
|
164,9
|
162,5
|
152,7
|
138,5
|
115,6
|
100,8
|
85,5
|
Масса воды, г
|
98,2
|
88,3
|
85,9
|
76,1
|
61,9
|
39,0
|
24,2
|
8,9
|
Абсолютная влажность почвы, %
|
128
|
115
|
112
|
99
|
80
|
50,9
|
31,0
|
11,6
|
Абсолютно сухая почва составила 76,6 г. 26 августа зарегистрировано интенсивное падение тургора, что оценено нами как ВЗ. 27 августа все проростки погибли. Абсолютная влажность завядания для проростков составляет 11,6 %. Аналогичные результаты получены и в условиях
г. Брянска. Абсолютная влажность почвы (%) определялась по формуле: W =  ; а — кол-во воды в образце, р — масса абсолютно сухой почвы.
При размножении растений, безусловно, необходимо анализировать экологический спектр вида, выявлять экологические факторы, лимитирующие его интродукцию и моделировать условия, обеспечивающие, прежде всего, оптимальный гидротермический режим, соответствующий условиям его естественного обитания. В условиях стабильного, регулярного обеспечения водой у интродуцентов в результате транспирации температура листьев близка к температуре окружающей среды и значительно ниже температуры, приводящей к летальному исходу. Однако в периоды экстремальных температур, сухости воздуха и почв, при отсутствии регулярного орошения, нарушение водного баланса у растений приводит
к нагреванию листьев до летального исхода, что часто наблюдается в насаждениях южной и юго-восточной части территории Саратовской области, относящейся к сухой степи и граничащей с полупустыней.
Максимальная температура атмосферного воздуха на поверхности почвы в районах исследований значительно ниже летальной температуры, зарегистрированной для растений. На основании изученности вопроса исследований и полученных собственных результатов следует сделать заключение о том, что к высоким температурам атмосферного воздуха
и его сухости растения адаптировались в процессе эволюции не путем повышения жароустойчивости клеток и их органелл, а, прежде всего, путем эволюции механизмов обеспечения организма водой. Циркуляция воды (почва — растение — атмосфера) позволяет поддерживать температуру листьев, побегов, всего организма, близкую к температуре окружающей среды, благодаря водному балансу. Однако его нарушение, безусловно, ведет к нагреву растений до летальных температур, что необходимо учитывать при разработке агротехнических приемов их размножения и содержания в культуре. Используя современные достижения в области орошения, их дальнейшая модернизация, применительно к тем или иным видам растений, позволит не только избежать потери урожая в экстремальные годы, но и обеспечит стабильное ежегодное получение высокого урожая, в том числе и сельскохозяйственных культур.
Литература
1. Андреев Л. Н. Роль физиологических исследований в разработке проблемы интродукции растений // Актуальные задачи физиологии и биохимии растений
в ботанических садах СССР. Пущино: АНСССР, 1984. С. 3—4.
2. Ахматов К. А. Полевой метод определения жароустойчивости растений // Бюл. Гл. ботан. сада. М.: Наука, 1972. Вып. 86. С. 24—26.
3. Баданова К. А. Испытания закаленных к засухе растений в полевых опытах // Проблемы засухоустойчивости растений. М.: Наука, 1978. С. 218—223.
4. Викторов Д. П. Малый практикум по физиологии растений. М.: Высш. шк., 1983. 136 с.
5. Генкель П. А. О состоянии и направлении работ по физиологии жаро- и засухоустойчивости растений // Проблемы засухоустойчивости растений. М.: Наука, 1978. С. 5—20.
6. Гродзинский А. М. Уровни физиологических и биохимических исследований растений в ботанических садах // Актуальные задачи физиологии и биохимии растений в ботанических садах СССР. Пущино: АНСССР, 1984.С. 49—50.
7. Зелепухин И. Д. Жароустойчивость североамериканских деревьев и кустарников в Алма-Ате // Труды ботан. сада АН Каз ССР. Алма-Ата: Наука, 1969. Т. 11. С. 113.
8. Лапин П. И.Древесные растения ГБС АН СССР. М.: Наука, 1975. 547 с.
9. Любимов В. Б. К вопросу о методах определения жароустойчивости древесных растений. Шевченко: МЦНТИ, 1988. 4 с.
10. Любимов В. Б. Экологическая валентность древесных растений к температурному фактору. Волгоград: Учитель, 1997. 11 с.
11. Любимов В.Б. Интродукции деревьев и кустарников в засушливые регионы. Воронеж; Белгород: БГУ, 2002. 224 с.
12. Мацков Ф. Ф. К вопросу о физиологической характеристике сортов яровой пшеницы. М.: Сов. ботан., 1936. С. 98.
13. Пронина Н. Д. Оценка засухоустойчивости новых сортов пшенично-пырейных гибридов с помощью физиологических методов // Проблемы засухоустойчивости растений. М.: Наука, 1978. С. 223—228.
14. Тарабрин В. П. Жароустойчивость древесных растений и методы ее определения в полевых условиях // Бюл. Гл. ботан. сада. М.: Наука, 1969. Вып. 74.
С. 53—56.
15. Иванов В. Б. Практикум по физиологии растений: учеб. пособие для студентов высш. пед. учеб. заведений. М.: Изд. Центо «Академия», 2001. 144 с.
16. Rehder A. Manual of cultivated trees and shrubs. New York, 1949. 725 p.
17. Любимов В. Б., ГорковенкоЛ.Г., Смирнова Е. Б. Методика изучения в полевых условиях третьей среды обитания живых организмов — почвы. Балашов: Николаев, 1998. 13 с.
Достарыңызбен бөлісу: |
