На основе многолетних наблюдений ученые зафиксировали ослабление сосняков вокруг Красноярска и существенное увеличение скорости изреживания древостоев. Исследователи связали этот факт с промышленными выбросами и загрязнением воздуха и определили физиологические механизмы ослабления деревьев с помощью нового метода введения в ствол деревьев некротической метки. Результаты исследования опубликованы в журнале Environments.
Для многих крупных промышленных центров загрязнение воздуха является одной из главных проблем качества окружающей среды. К примеру, в крупном сибирском городе Красноярске в воздухе отмечаются высокие концентрации бензапирена и соединений фтора, превышающие допустимый уровень многократно, для первого иногда в десятки раз. Красноярск часто занимает лидирующую позицию по неблагоприятной экологической обстановке в рейтинге Мирового индекса качества воздуха. Чрезмерные выбросы засоряют городские и пригородные экосистемы токсичными соединениями. При этом опасность таких выбросов для живых организмов и экосистем часто остается неизвестной.
Ученые Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН», Сибирского федерального университета и Сибирского института бизнеса, управления и психологии обнаружили, что загрязнение воздуха промышленными выбросами приводит к ослаблению сосновых массивов Красноярской агломерации, активной утрате деревьями хвои, а также к существенному уменьшению количества деревьев – изреживанию. Результат основан на восемнадцатилетних наблюдениях, с 2002 по 2019 годы, за состоянием двух сосновых массивов в окрестностях Красноярска, в каждом из которых около 500 деревьев. Один расположен по розе ветров от промышленных предприятий, второй – с противоположной стороны от города.
Чтобы раскрыть причины ослабления сосняков под действием загрязненного воздуха ученые разработали и применили метод некротической метки. Суть метода в инъекции в ствол дерева специального препарата, который содержит специализированные вещества - элиситоры, полученные из патогенного гриба Ceratocystis laricicola. При помощи этого метода исследователи ежегодно тестировали состояние 50 деревьев. После инъекции дерево распознает элиситоры патогенного гриба и включает защитную реакцию, позволяющую растению быстро изолировать поврежденные клетки. В результате на стволе образуется некроз – формирование из отмершей наружной ткани, ограниченной рубцом. Ученые обнаружили, что высота расположения некроза на стволе зависит от качества воздуха и состояния хвои. У здоровых деревьев некроз смещен вниз от места инъекции, тогда как у ослабленных он поднимается вверх по направлению к кроне.
«Чтобы объяснить изменение места расположения некроза на стволе относительно места инъекции, мы предложили гипотезу, связывающую углеводный обмен и движение грибных элиситоров в растении. При отсутствии факторов, повреждающих хвою, избыток глюкозы, образующейся в хвое при фотосинтезе, перемещается, в том числе, и в корни, где запасается в виде крахмала. Движение сахаров, как и грибных элиситоров вниз по стволу регистрируется с помощью некроза, который смещается вниз относительно места укола. Когда хвоя по какой-либо причине повреждается (токсины или пожар), некротическое пятно на стволе перемещается вверх по направлению к кроне. Движение сахаров вверх по стволу обеспечивается расходованием запасов крахмала – дерево «худеет». Истощение сопровождается увеличением доли отмирающих деревьев в сосняке», – рассказала Галина Полякова, доктор биологических наук, старший научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН.
Разработанный метод поможет исследователям оценить влияние загрязнения на леса, хронологию токсичности промышленных выбросов, а также определить период восстановления крон деревьев после различных негативных воздействий.
Исследование проводилось при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Красноярского научного фонда.
