Таким образом, в условиях городской среды у травянистых растений происходят изменения на различных структурных уровнях, зависящие от среды обитания.
В целом результаты работы показали неразрывную связь функциональной поливариантности онтогенеза растений с изменчивостью среды обитания [Заленский, 1961; Семихатова, Заленский, 1982; Мурей, Рахманкулова, 1990; Мамушина, Зубкова, Войцеховская, 1997; Головко, 1999; Graham, 1980; Paisker, Apel, 1980; Osmond, 1983; Sharp, Matthews, Boyer, 1984; Azscon-Bieto, Cannell, Thornley, 2000].
Так, в процессе индивидуального развития растений в оптимальных условиях произрастания происходила максимальная сбалансированность физиологических процессов.
В условиях антропогенного загрязнения среды при реализации полной программы индивидуального развития растений наблюдались изменения в скорости протекания физиологических процессов [Воскресенская, 2007]:
нарушение проницаемости биомембран;
изменение концентрации активности макромолекул (ферменты, белки, пигменты, АТФ);
аккумуляция вредных веществ (тяжёлые металлы);
Изменение водного и минерального обменов у травянистых растений проявлялось по-разному [Воскресенская, 2009]:
многолетние травянистые растения имеют специфические особенности водного обмена: изменение форм воды, водоудерживающей способности, интенсивности транспирации и строения устьиц;
однолетние травы характеризуются невысокой водоудерживающей способностью и низком уровнем транспирации.
В условиях загрязнения среды тяжёлыми металлами ёмкость биологического круговорота веществ снижалась и нарушалась скорость миграции элементов [Воскресенская, 2007]. Так, при продолжительном воздействии загрязняющих веществ, у многолетних травянистых растений наблюдалось изменение активности ряда ферментативных и содержания неферментативных компонентов антиоксидантной защиты. При этом обнаружена более чёткая работа компонентов антиоксидантной защиты в зависимости от биологического возраста растений, и в меньшей степени - от условий городской среды.
В онтогенезе однолетних растений амаранта багряного и календулы лекарственной - обнаружен двухфазный характер изменения активности железосодержащих оксидаз и однофазный характер изменения активности медьсодержащего фермента - полифенолоксидазы [Воскресенская, 2009].
Самые высокие пики активности пероксидазы и катализа отмечались в виргинильном и средневозрастном генеративном состояниях, в то время как пик активности полифенолоксидазы приходился на молодое генеративное состояние [Виноградова, 1986a, 1986б; Воскресенская, 2007, 2009]. Возможно, что в процессе онтогенеза однолетних растений происходит смена дыхательных систем. Большой вклад в дыхание вносят железосодержащие оксидазы, а при переходе от прегенеративного в генеративный период онтогенеза усиливается роль медьсодержащих комплексов. Видимо, колебательный характер изменения активности Ве- и Сu-содержащих ферментов объясняется снижением уровня активности одних ферментов и одновременной активизацией других окислительно-восстановительных систем.
Изменение доли вклада в общий дыхательный метаболизм различных ферментативных комплексов и перестройка систем дыхания имеют важное адаптационное значение [Бояркин, 1951, 1954; Виноградов, 1953]. У многолетних травянистых растений, произраставших в условиях антропогенного загрязнения, также обнаружена зависимость работы ферментативных и неферментативных компонентов антиоксидантной защиты от биологического возраста растений [Алексеева-Попова, 1986].
Пик активности пероксидазы, полифенолоксидазы, фенольных соединений и каротиноидов отмечается в средневозрастном генеративном состоянии; в то время как пик активности каталазы, аскорбатоксидазы и содержания аскорбиновой кислоты в вегетативных органах приходится на виргинильное состояние [Виноградова, 1986; Воскресенская, 2007, 2009].
Усиление техногенной нагрузки на среду вызывало повышение активности пероксидазы, полифенолоксидазы и увеличение содержания каротиноидов и фенольных соединений; одновременно происходило снижение активности каталазы, аскорбатоксидазы и уменьшение количества аскорбиновой кислоты. Данный факт рассматривается как естественный механизм защиты от антропогенного загрязнения, сохраняющий чувствительные внутриклеточные компоненты.
Итак, в ходе онтогенеза травянистых растений
города, в условиях загрязнения, происходят изменения в сторону ксероморфности:
утолщение листовой пластинки за счёт увеличения высоты клеток эпидермиса и
мезофилла, сокращение межклетников в листьях, уменьшение длины и ширины
ассимиляционной поверхности листовой пластинки, уменьшение длины побега и
количества генеративных побегов в целом [Сухарева, Ромашов, 2010].
2. Физико-географическая характеристика г.
Краснодара
Краснодар находится в южной части Восточно-Европейской равнины на Прикубанской низменности, на 1350 км к югу от Москвы. Географические координаты: 45° 02' северной широты, 38° 59' восточной долготы, высота над уровнем моря 25 - 30 м. Краснодар располагается недалеко от двух тёплых морей и занимает выгодное экономико-географическое положение. Расстояние до Черного моря около 100 км, до Азовского около 120 км [Нагалевский, Чистяков, 2003].
Город расположен на правом берегу реки Кубань, выше по течению которой находится Краснодарское водохранилище - крупнейший искусственный водоём Северного Кавказа [Нагалевский, Чистяков, 2003].
По геоморфологическому районированию Краснодарского края территория г. Краснодара относится к Прикубанской равнине.
По характеру морфологии поверхности Прикубанская равнина - низменная слабоволнистая равнина с очень малым уклоном на запад и северо-запад. Река Кубань делит территорию края на 2 части: северная, в черте которой находится город Краснодар, представляет собой слабохолмистую равнину, называемую Кубано-Приазовской низменностью, пересекаемую в направлении с юго-востока на северо-запад рядом спокойных степных рек.
В настоящее время степь преобразована в сплошные
сельскохозяйственные угодья, до 90 % которых занимает пашня, разбитая системой
лесополос на прямоугольные клетки. Изредка на равнине встречаются небольшие
лесные массивы, которые также созданы руками человека [Лотышев, 2000;
Нагалевский, Чистяков, 2003].
2.1 Почва
На характеризуемой территории чернозёмы занимают первое место и хорошо приурочены к дренированным массивам Предкубанской равнины.
Представлены они тремя подтипами: чернозёмами выщелоченными (наиболее распространёнными) типичными и обыкновенными [Кириченко, 1953].
Эти подтипы представляют собой разные стадии дернового образования, а их провинциальная специфика - большая мощность гумусового горизонта и малая гумусированность.
Почвообразовательные процессы представлены гуматно-кальциевым гумусообразованием, миграцией карбонатов, глубоким выщелачиванием легкорастворимых солей и гипса, оглиниванием почвенной толщи. Для чернозёмов, слагающих коренную равнину и надпойменную террасу характерно отсутствие уплотнения и переувлажнения.
Однако среди чернозёмов выщелоченных, в последние годы встречаются под влиянием негативных природных и антропогенных факторов на отдельных участках временно переувлажняемые чернозёмы. В днищах неглубоких балок, потяжинах, мелких западинах и окраинах западин условиях периодического повышенного увлажнения сформировались луговато- и луговато-чернозёмные уплотненные почвы. В более глубоких западинах и балочнообразных понижениях, где наблюдается образование верховодки и более или менее длительный застой поверхностных вод выделен лугово-чернозёмные уплотнённые кратковременно и временно переувлажняемые луговые слитые и лугово-чернозёмные, в том числе поверхностно заболачиваемые почвы.
В центральной пойме реки Кубань получили своё развитие лугово-чернозёмные почвы, в прирусловой - аллювиальные луговые и аллювиальные лугово-болотные почвы. В местах, где наблюдается периодическое грунтовое переувлажнение почв, распространены кратковременно переувлажняемые и подтопляемые почвы [Кириченко, 1953].
На описываемой территории явно прослеживается
тесная связь между растительным покровом и почвообразованием, выражающаяся в
образовании на равнине сверхмощных чернозёмов, а в западинах луговато- и
лугово-чернозёмных уплотнённых и слитых сверхмощных почв с большими запасами
гумуса.
.2 Климат
Кроме зимнего периода, во все сезоны имеет место положительный тепловой баланс, более 45 ккал/см2; высота солнца зимой менее 30 °, с марта по сентябрь - более 45 °. Ультрафиолетовая радиация наиболее активна на низменностях. Продолжительность солнечного сияния 2200 - 2400 часов в год, что на 800 - 900 часов больше, чем в Москве [Агроклиматический справочник по Краснодарскому краю, 1961].
Удалённость от океана определяет так называемую «континентальность» климата, которая выражается в величине колебания температуры в течении года. Характер циркуляции атмосферы очень сложный.
До реки Кубань с севера почвенный покров имеют широкую зональность. Здесь преобладают почвы равнинных степей. Их площадь составляет 4,8 млн. га., основные типы почв - чернозёмы выщелоченные малогумусовые сверхмощные [Агроклиматический справочник по Краснодарскому краю, 1961].
Продолжительность тёплого периода 9 - 10 месяцев, безморозный период 180 - 200 дней. Среднее количество осадков 500 - 600 мм.
Относительная влажность воздуха имеет ярко выраженный годовой ход. Наименьшее её значение отмечается в июне - августе: порядка 60 - 65 %, в отдельные дни может опускаться до 20 - 30 % и ниже [Агроклиматический справочник по Краснодарскому краю, 1961].
Недостаточное количество осадков в сочетании с высокими температурами в равнинных районах определяет сухость воздуха, что вызывает большую повторяемость засух и суховеев [Канонников, 1977].
Температурные показатели носят колебательный
характер. Среднемесячные показатели зимних месяцев опускаются до минус 1,3 ° С,
весенние месяцы характеризуются сильными амплитудами колебаний: нижняя граница
минус 8 ° С, верхняя 25 ° С. В летние месяцы температура поднимается до 38 ° С,
средний показатель за три месяца - 26 ° С. Осенние показатели колеблются от
минус 10 ° С до 25 ° С. Максимальное количество осадков приходится на месяцы:
январь - 22 мм, апрель - 22 мм, август - 31,3 мм, октябрь - 40 мм.
.3 Растительность
В прошлом, на территории, относящейся к землям г. Краснодара, произрастала злаково-разнотравная растительность с наличием в её составе большого количества лугово-степного разнотравья.
В настоящее время, в связи с застройкой территории и почти полной распаханностью остальных земель, остатки природных степных фитоценозов встречаются на неудобных для агрокультуры участках, вблизи хозяйственных построек и дорог, хотя и здесь длительная пастьба скота сильно изменила облик прежней растительности [Литвинская, Лозовой, 2005].
Естественный растительный покров равнинных участков и склонов Предкубанской равнины представлен дерново-злаково-разнотравно-степными сообществами. Травостой кормовых угодий здесь сложен, главным образом, плотно-дерновинными злаками. Вместе со злаками встречается разнотравье.
К пониженным элементам рельефа, балкам, обочинам дорог приурочен травостой, разрозненно представленный короткокорневищными злакам мятликом луговым, костром безостым, пыреем ползучим, с появлением болотных видов растительности - осоки, камыша и др. на сильно переувлажняемых и заболоченных почвах наиболее значительных по глубине замкнутых депрессий и глубоковрезанных балок [Литвинская, Лозовой, 2005].
Кроме того, в приречных понижениях и днищах
глубоких балок господствующее положение занимает болотная растительность -
тростник, осока камыш, рогоз.
3. Материал и методы исследования
.1 Объект и методы исследования
Объектом данного исследования являются 69 видов травянистых растений города Краснодара.
Материалом для написания настоящей дипломной работы послужили: гербарные образцы, полевые записи, литературные данные, результаты анализов атмосферного воздуха и проб почв города Краснодара, данные Муниципального Казённого Учреждения «Центр мониторинга окружающей среды и транспорта».
Систематический список травянистых растений города Краснодара составлен с использованием определителя А. С. Зернова [2006].
Экологический анализ травянистых растений города
Краснодара проводился по материалам А. П. Шенникова [1950].
.2 Методика исследования
.2.1 Методы изучения загрязнения атмосферного воздуха на территории города Краснодара
МКУ "Центр мониторинга окружающей среды и транспорта" осуществляет наблюдение за состоянием атмосферного воздуха города Краснодара на базе трёх стационарных постов контроля загрязнения атмосферного воздуха (ПКЗ - Ботсад Кубанский ГАУ; ПКЗ-1 - пересечение улиц Красных Партизан и 2-я Линия; ПКЗ-2 - пересечение улиц Тургенева и Северная).
Посты контроля загрязнений оснащены стационарным измерительным комплексом «СКАТ», который представляет собой объединённую совокупность технических средств, для поддержания процесса работы используются автоматические измерительные приборы, размещённые на приборных стойках, программно-аппаратный комплекс ПАК 8816. Пробозабор может осуществляться свободным диффузным способ, либо адгезионным. В комплексе имеется 11 измерительных каналов. В качестве систем пробоподготовки и пробоотборных устройств используются зонд ПЗВЗ АТМОСФЕРА-2М и одноканальный пробоотборный зонд с соединительными трубками из фторопласта, соответствующие требованиям ГОСТ 17.2.3.01-86 и РД 52.04.186-89. Охлаждение или подогрев пробы осуществляется естественным путём при её прохождении по соединительным трубкам.
Маршрутные исследования атмосферного воздуха осуществлялись с помощью многоканального переносного газоанализатора КГА-8, который представляет собой многоканальное микропроцессорное устройство, предназначенное для измерения состава сложных газовых смесей в широком диапазоне концентраций, температуру, атмосферное давление, относительное давление, скорость потока газа, осуществления необходимых вычислений, накопления данных с возможностью последующего просмотра и вывода на ПК.
КГА-8 оснащён четырёх-электродными
электрохимическими сенсорами, термохимическими, оптическими,
фотоионизационными, полупроводниковыми датчиками, которые проводят
одновременное измерение 11 параметров. Отбор проб происходит через газоотборный
зонд, в который встроена термопара, сигнал которой нормализуется электронной
схемой размещённой в рукоятке зонда, что даёт возможность, при необходимости,
размещать газоанализатор на значительном расстоянии от места измерения. На
верхней панели размещён двухстрочный жидкокристаллический матричный дисплей с
внутренней подсветкой.
3.2.2 Методы изучения загрязнения почв на территории города Краснодара
В ноябре 2013 года MKУ «Служба по охране окружающей среды» были проведены количественные химические анализы точечных объединённых проб почв 3 точек города (приложение Б). Отбор проб производится в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01-83 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб», ГОСТ 17.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа». Для анализа объединённую пробу составляют путём смешивания не менее чем пяти точечных проб, взятых с одной пробной площадки.