Почвоведение и агрохимия №2(49) 2012
222
Почвоведение и агрохимия №2(49) 2012
222
Институт почвоведения и агрохимии
соДерЖанИе И сооТноШенИЯ элеМенТов ПИТанИЯ в лИсТьЯх И хвое зеленых насаЖДенИй (на ПрИМере Г. МИнсКа)
Г.в. Пироговская, с.с. хмелевский
ВВЕДЕНИЕ
Растения играют важную роль в оздоровлении городской среды. Вместе с тем, произрастая в городе, они испытывают стресс, который выражается в изменении биохимического состава, накоплении загрязняющих веществ [1-5]. Изучение ответной реакции растений на ионы водорастворимых соединений или тяжелых металлов, которые при повышенных концентрациях оказывают токсическое действие на их рост и развитие, имеет не только практическое значение, связанное с возрастающим загрязнением окружающей среды, но и важное фундаментальное, связанное с исследованием механизма адаптации и устойчивости растений к загрязнителям.
Известно, что содержание и соотношение элементов питания для каждого растения, в том числе и зеленых насаждений, при нормальных условиях его роста и развития находятся в определенных пределах. При избыточном накоплении как элементов питания (азота, калия, фосфора, кальция, магния), так и тяжелых металлов отмечаются видимые повреждения ассимиляционных органов растений (хлорозные и некрозные пятна на листьях и т.д.) [6-8].
Имеются данные, касающиеся токсического действия тяжелых металлов и их распределения по органам древесных насаждений, меньше известно об изменении содержания элементов питания в результате загрязнения. Состав и содержание элементов питания в фитомассе характеризуются видоспецифичностью, зависят от возраста, состояния растений, почвенно-климатических условий их произрастания, загрязнения окружающей среды [6, 9-11].
По данным Т.М. Поварнициной, содержание азота и калия в листьях большинства видов древесных культур в городских условиях существенно возрастает с увеличением степени техногенной нагрузки, для фосфора же, наоборот, характерно снижение его концентрации. Это свидетельствует о нарушении соотношения основных элементов минерального питания растений в условиях техногенной среды [12].
Изменение химического состава растений также зависит от фазы их развития, а значит, и от сезона года. Как правило, наблюдается снижение содержания ряда элементов (калия, фосфора и нитратного азота) в зеленых частях растений в летний период - период максимальной интенсивности всех физиологических процессов растений [13].
ОБЪЕКТы И МЕТОДИКА ИССлЕДОВАНИй
Для оценки содержания и соотношения химических элементов в листьях и хвое зеленых насаждений, используемых для озеленения вдоль автомобильных дорог в г. Минске, в 2006-2008 гг. был выполнен комплекс лабораторных и полевых исследований.
объекты исследований - древесные насаждения наиболее часто используемых в озеленении г. Минска пород (каштан конский - Aesculus Hippocastanum L., липа мелколистная - Tilia cordata Mill., клен остролистный - Acer platanoides L., туя западная - Thuja occidentalis L.).
Предмет исследований - элементы питания (Nобщ., Р2О5, К2О, Са, Mg, Na) и их соотношения (N/Р, P/Ca, Ca/P, K/(Ca+Mg), (Ca+Mg)/K, Na/К).
на удалении от автомобильной дороги 1-150 м производился отбор почвенных образцов и растительных проб (листьев и хвои) зеленых насаждений (май, сентябрь), в которых определяли агрохимические показатели почв и содержание элементов питания в растениях.
Аналитическая обработка полученных экспериментальных данных выполнялась по общепринятым методикам:
– определение значений контролируемых показателей в почве проводилось по действующим общепринятым в почвоведении и агрохимии методам исследований, соответствующим ГОСТ или ОСТ: органическое вещество - по ГОСТ 26213-91, рН в КС1 суспензии - потенциометрически (ГОСТ 261212-84); подвижные формы Р2О5 и К2О определяли в 0,2 моль/л вытяжке HCl по методу Кирсанова (в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26207-91) с последующим определением фосфора на фотоэлектроколориметре, калия - на пламенном фотометре (ГОСТ 26207-91), обменные катионы (Са++, Мg++) - по Гедройцу К.К. (ГОСТ 26487-85);
– в растительных пробах определяли азот, фосфор, калий, кальций, магний после мокрого озоления (смесью серной кислоты и перекиси водорода) общепринятыми методами: азот - по ГОСТ 13496.4-93, фосфор - спектрофотометрически (ГОСТ 26657-97), калий - на пламенном фотометре, кальций (ГОСТ 26570-95) и магний (ГОСТ 30502-97) - на атомно-адсорбционном спектрофотометре, содержание тяжелых металлов - атомно-абсорбционным методом.
Статистическая обработка результатов исследований проводилась по Б.А. Доспехову с использованием соответствующих программ дисперсионного анализа на ПЭВМ.
резульТаТы ИсслеДованИй И Их оБсуЖДенИе
Почва, будучи основным источником минерального питания зеленых насаждений в городе, влияет на рост, развитие, химический состав растений и декоративность. Городские почвы на исследуемых объектах характеризовались различной обеспеченностью элементами питания.
Агрохимические показатели (2006-2008 гг.) слоя почвы 0-50 см на объектах исследований изменялись в зависимости от удаления от автодороги и были следующие:
– в Центральном ботаническом саду на расстоянии до 40 м от автодороги: рн - 5,30-6,88, содержание Р2О5 - 93-236 мг/кг почвы, К2О - 76-154, Са - 1182-1686, Mg - 72-129, N-NO3 - 1,7-6,5 мг/кг почвы, органического вещества - 2,16- 5,16 %; на расстоянии 150 м: рн - 4,20-4,77, содержание Р2О5 - 94-98 мг/кг почвы, К2О - 70-114, Са - 321-936, Mg - 43-125, N-NO3 - 3,6-12,0 мг/кг почвы, органического вещества - 1,91-4,25 %;
– по ул. Сурганова на расстоянии 1-5 м: рН - 6,82-6,96, содержание Р2О5 - 96-137 мг/кг почвы, К2О - 140-185, Са - 1275-1850, Mg - 116-142, N-NO3 - 4,6- 5,0 мг/кг почвы, органического вещества - 6,17-6,71 %;
– по пр-ту Победителей на расстоянии до 30 м от автодороги: рн - 6,82-7,16, содержание Р2О5 - 211-308 мг/кг почвы, К2О - 84-187, Са - 868-1432, Mg - 68- 148, N-NO3 - 5,4-13,2 мг/кг почвы, органического вещества - 1,16-3,73 %; на расстоянии 50-80 м: рн - 6,74-6,87, содержание Р2О5 - 433-756 мг/кг почвы, К2О - 120-286, Са - 1209-1866, Mg - 98-156, N-NO3 - 6,4-13,6 мг/кг почвы, органического вещества - 3,97-4,78 %;
– по пр-ту независимости на расстоянии 1-5 м от автодороги: рн - 6,51-6,68, содержание Р2О5 - 217-224 мг/кг почвы, К2О - 161-208, Са - 1273-1361, Mg - 112-138, N-NO3 - 5,1-6,5 мг/кг почвы, органического вещества - 2,26-2,70 %;
– по ул. Ландера на расстоянии 1-5 м: рн - 5,10-5,34, содержание Р2О5 - 304-331 мг/кг почвы, К2О - 99-114, Са - 717-919, Mg - 124-153, N-NO3 - 2,3- 3,1 мг/кг почвы, органического вещества - 1,24-1,39 %;
– по ул. Ваупшасова на расстоянии до 30 м: рн - 7,12-7,46, содержание Р2О5 - 52-131 мг/кг почвы, К2О - 45-165, Са - 1237-1619, Mg - 64-161, N-NO3 - 3,8-6,6 мг/кг почвы, органического вещества - 3,42-6,54 %; на расстоянии 50-100 м: рн - 4,35-5,38, содержание Р2О5 - 38-64 мг/кг почвы, К2О - 32-111, Са - 450-1088, Mg - 74-153, N-NO3 - 1,9-6,5 мг/кг почвы, органического вещества - 1,49-4,48 %.
В ходе исследований (2006-2008 гг.) анализировались сезонные изменения содержания элементов питания в листьях основных древесных пород (каштан конский, липа мелколистная, клен остролистный, туя западная) на разном удалении от автомобильных магистралей.
Высокая декоративность каштана конского (Aesculus Hippocastanum L.), относительно быстрый рост, повышенная способность очищать атмосферный воздух от пыли, лекарственные и другие свойства принесли ему заслуженную популярность в городском озеленении. Так, известно, что одно такое взрослое дерево очищает от поступающих выхлопных газов пространство объемом до 20 тыс. м3. Вместе с тем, конский каштан в городских условиях испытывает негативное воздействие целого ряда факторов, имеющих различную этиологию (агроклиматическую и агротехническую, промышленную и биологическую). В результате происходит угнетение растений, зачастую - гибель [14].
Согласно Х.Г. Якубова, по данным наблюдений сети мониторинга за древесными насаждениями в г. Москве, все произрастающие деревья объединены в три группы, что позволяет представить их общее состояние. К первой группе отнесены жизнеспособные деревья (категория состояния - без признаков ослабления (здоровые) и умеренно ослабленные); ко второй группе - ослабленные и сильноослабленные; к третьей - погибшие деревья (усыхающие и сухостой). Деревья без признаков ослабления и умеренно ослабленные имеют хорошо развитую крону, листья нормальных размеров и цвета, сухих ветвей не более 25 %; ослабленные и сильноослабленные деревья имеют от 26 до 50 % сухих ветвей, наблюдается уменьшение размера листьев, часто имеет место некроз листьев в слабой или средней степени, могут наблюдаться повреждения коры; усыхающие деревья имеют более 50 % сухих ветвей, крону неправильной формы, сильный краевой некроз и вялость листьев, повреждения ствола и ветвей [15].
Результаты наших исследований показали, что в условиях г. Минска химический состав элементов питания и их соотношения в листьях каштана конского изменялись в зависимости от сезонности, состояния насаждения (без признаков ослабления и ослабленные деревья) и расстояния от автомобильной дороги (табл. 1).
Выявлено, что к осени в листьях каштана конского без признаков ослабления отмечалось некоторое увеличение содержания фосфора, калия, кальция и магния, снижение общего азота и натрия на всех объектах. В листьях ослабленных деревьев - в основном снижение содержания фосфора, натрия и калия (пр-т Победителей).
на ул. Сурганова и пр-те Победителей у ослабленных деревьев каштана на расстоянии 1-5 м от автодороги по сравнению с деревьями без признаков ослабления на аналогичном расстоянии весной (май) в листьях увеличивалось содержание фосфора в 1,7-2,3 раза, калия - в 1,1-1,5, кальция - в 1,2-1,3, магния - до 1,2, натрия - в 1,2-1,5 раза; осенью (сентябрь) - фосфора - до 1,3 раза, кальция - в 1,1-1,2, натрия - в 2,0-3,1 раза.
Таблица 1
содержание основных элементов в листьях каштана конского (среднее за 2006-2008 гг.)
|
Расстояние от автодороги |
элементы, % (на сухое в-во) |
||||||||||||
|
Nобщ |
Р2О5 |
К2О |
Са |
Mg |
Na |
Nобщ |
Р2О5 |
К2О |
Са |
Mg |
Na |
||
|
май |
сентябрь |
||||||||||||
|
Центральный ботанический сад |
|||||||||||||
|
1-5 м от автодороги (без признаков ослабления) |
2,43 |
0,56 |
1,01 |
0,51 |
0,18 |
1,02 |
2,09 |
0,66 |
1,11 |
0,87 |
0,24 |
0,35 |
|
|
150 м от автодороги (без признаков ослабления) |
3,20 |
0,59 |
1,04 |
0,42 |
0,16 |
0,24 |
2,72 |
0,74 |
1,48 |
1,11 |
0,27 |
0,10 |
|
|
нСР05 |
0,17 |
0,02 |
0,05 |
0,02 |
0,01 |
0,04 |
0,14 |
0,02 |
0,05 |
0,02 |
0,01 |
0,03 |
|
|
ул. Сурганова |
|||||||||||||
|
1-5 м от автодороги (без признаков ослабления) |
2,33 |
0,48 |
1,01 |
0,50 |
0,18 |
1,12 |
2,08 |
0,63 |
1,13 |
0,82 |
0,26 |
0,33 |
|
|
1-5 м от автодороги (ослабленный) |
2,40 |
0,83 |
1,11 |
0,58 |
0,17 |
1,63 |
2,04 |
0,81 |
1,18 |
0,91 |
0,21 |
1,03 |
|
|
нСР05 |
0,14 |
0,05 |
0,08 |
0,02 |
0,01 |
0,03 |
0,14 |
0,02 |
0,08 |
0,02 |
0,01 |
0,04 |
|
|
пр-т Победителей |
|||||||||||||
|
1-5 м от автодороги (без признаков ослабления) |
2,22 |
0,56 |
1,36 |
0,51 |
0,14 |
1,07 |
2,09 |
0,81 |
1,63 |
0,81 |
0,31 |
0,50 |
|
|
1-5 м от автодороги (ослабленный) |
2,23 |
1,26 |
2,00 |
0,64 |
0,17 |
1,31 |
1,95 |
0,75 |
1,45 |
1,00 |
0,19 |
0,99 |
|
|
30 м от автодороги (без признаков ослабления) |
2,89 |
0,55 |
1,51 |
0,53 |
0,23 |
0,33 |
2,63 |
0,71 |
1,84 |
1,30 |
0,29 |
0,06 |
|
|
нСР05 |
0,15 |
0,05 |
0,10 |
0,02 |
0,01 |
0,05 |
0,14 |
0,02 |
0,07 |
0,02 |
0,01 |
0,03 |
если сравнивать содержание элементов в листьях жизнеспособных каштанов на различном удалении от автодороги, то наиболее резкие отличия наблюдались по содержанию натрия, т.е. его показатели вблизи автомобильной дороги в 3,2-8,3 раза (пр-т Победителей) и 3,5-4,3 раза (ЦБС) выше по сравнению с расстояниями 30-150 м. Что касается других элементов, то их изменения несущественны.
Расчетные данные по соотношению элементов питания в листьях жизнеспособных и ослабленных деревьев каштана конского (май) свидетельствуют, что в большей степени у ослабленных каштанов уменьшается соотношение N/Р и Ca/P, увеличивается соотношение P/Ca и Na/К (табл. 2).
Таблица 2
соотношение элементов в листьях каштана конского (среднее за 2006-2008 гг.)
|
Вариант |
соотношение, мг-экв. |
||||||
|
N/Р |
P/Ca |
Ca/P |
K/(Ca+Mg) |
(Ca+ Mg)/ K |
Na/К |
||
|
ул. Сурганова, 1-5 м от автодороги (без признаков ослабления) |
8,19 |
0,81 |
1,23 |
0,54 |
1,85 |
2,27 |
|
|
ул. Сурганова, 1-5 м от автодороги (ослабленный) |
4,88 |
1,21 |
0,83 |
0,55 |
1,82 |
3,01 |
|
|
пр-т Победителей, 1-5 м от автодороги (без признаков ослабления) |
6,69 |
0,93 |
1,08 |
0,78 |
1,28 |
1,34 |
|
|
пр-т Победителей, 1-5 м от автодороги (ослабленный) |
2,99 |
1,67 |
0,60 |
0,93 |
1,08 |
1,61 |
Что касается соотношения K/(Ca+Mg) и (Ca+Mg)/K, то существенных различий у деревьев каштана конского без признаков ослабления и ослабленных не выявлено.
В озеленении городских территорий очень часто используется липа мелколистная (Tilia cordata Mill.) за счет своих высоких декоративных качеств (особенно во время цветения), способности расти в широком диапазоне кислотности, газо- и дымоустойчивости. В то же время деревья липы предъявляют достаточно высокие требования к дренированности почвы, ее плодородию [16].
Установлено, что в ослабленных растениях липы мелколистной по сравнению с деревьями без признаков ослабления на расстоянии 1-5 м от автомобильной дороги (пр-т независимости) в весенний период отмечалось увеличение содержания калия и магния (в 1,2 раза), натрия (в 1,7 раза), в осенний период - повышение только натрия (в 5,2 раза) (табл. 3).