Москва — крупнейший мегаполис нашей страны с населением более 11 млн человек. Быстрый рост населения и стремительное развитие промышленности ставят ситуацию с состоянием окружающей среды в нашем регионе грань экологического кризиса. Деятельность предприятий приводит к выбросу различных токсических продуктов, влияющих на городскую растительность (Саульская, 2015).

К числу основных факторов деградации природной среды относится ее загрязнение различными поллютантами, среди которых одно из лидирующих мест занимают тяжелые металлы (Титов и др., 2014). В районах г. Москвы и близлежащего Подмосковья установлено превышение фонового содержания тяжелых металлов в почве (Водяницкий, 2013).

В крупных городах находится множество источников эмиссии загрязняющих веществ (ЗВ), поступление которых в почву и другие депонирующие среды могут иметь негативные последствия для состояния экосистем (Юзефович, Кошелева, 2009). Основными источниками загрязнения почв опасными тяжелыми элементами являются: аэральные выпадения из стационарных источников и средств передвижения; гидрогенное загрязнение от поступления промышленных сточных вод в водоемы; осадки сточных вод; органические и минеральные удобрения и средства защиты растений; отвалы золы, шлака, руд, шламов (Водяницкий, 2013). В последнее время резко возросла роль автомобильного транспорта в загрязнении среды произрастания многих видов растений. Почва в Москве загрязнена тяжелыми металлами: выявлено превышения ПДК по меди до 4,5 раза, по цинку до 3 раз (Аксенова и др., 1997).

Известно, что инвазивные виды используют большое количество приспособлений, чтобы адаптироваться в новых экосистемах. Одной из таких особенностей является способность производить аллелопатические соединения, которые могут напрямую или косвенно повлиять на соседние, местные, растения. В ходе метаанализа работ последних лет, у 51 % инвазивных видов растений наблюдалось такое явление, как аллелопатия (Kalisz, 2021).

Одним из наиболее распространенных и «успешных» чужеродных растений в нашей стране является клен ясенелистный (Acer negundo) . Клен ясенелистный (Acer negundo) — один из представителей древесной растительности, который встречается на большей территории нашей страны. Во вторичном ареале A. negundo произрастает на антропогенно нарушенных территориях, для которых характерно загрязнение почв тяжёлыми металлами (ТМ). В последнее время вопрос о возможной взаимосвязи растительных инвазий с техногенным загрязнением почв широко обсуждается, в том числе в научных обзорах (Yand et al., 2007; Li et al., 2021; Воробьева и др., 2024). Кроме того, в ответ на действие стресс-факторов городской среды, в том числе ионов тяжёлых металлов, в растениях может расти содержание аллелохимических веществ (Гродзинский, 1965). На сегодняшний день вопрос о взаимосвязи количества аллелопатических веществ, выделяемых растениями и уровнем загрязнения почв подробно не исследовался. Таким образом, данное направления является актуальным на сегодняшний день.

В нашем исследовании мы провели анализ почв на содержание тяжелых металлов, а также провели исследование аллелопатической активности клена ясенелистного.

Методика исследования почв на поллютанты. Отбирали почвенный покров до глубины 30 см. Влажные почвенные пробы помещали в полиэтиленовые пакеты, к ним прилагали этикетку с указанием места взятия и датой. В лаборатории образцы почв квартовали 3–4 раза. Затем измельчали вручную в фарфоровой ступке и просеивали каждый образец через сито 1 мм. Почвенные вытяжки готовили на 1 н аммонийно-ацетатном буфере (pH = 4,8). Для поддержания постоянной ионной силы раствора (2 моль/л) применяли 3 М KCl и 3 М NaNO₃. Методика подготовки почвы к анализу описана в работе (Атанасян, 2017).

Сбор образцов листьев. Листья клена ясенелистного (Acer negundo) были собраны в 4-х районов Москвы по уровню загрязнения, ссылаясь на карту загрязнения почвы Москвы. Нами были выбраны районы: Царицино, Сокольники, Строгино, Лефортово с различным уровнем загрязнения максимальным, сильным, умеренным и слабым.

Листья собрали в июле 2025 года с деревьев A. negundo с выраженными видовыми признаками, произрастающих на открытых участках. Отбирали листья среднего размера без признаков повреждений вредителями и болезнями, с нижних ветвей, ориентированных на разные части света. В каждом месте сбора отбирали по 100 листьев с 10 хорошо развитых деревьев примерно одного возраста.

Приготовление мульчи. Листья клена ясенелистного ( Acer negundo L.) высушили до воздушно-сухого состояния при комнатной температуре. Сухие листья измельчили до состояния муки и просеяли через сито с диаметром ячеек 5 мм. Для приготовления водных экстрактов использовалось соотношение 1:50 (объем/масса) с применением дистиллированной воды. Экстракция проводилась в темноте при комнатной температуре в течение 24 часов.

Тест-культура. Вкачестве биоиндикатора был выбран кресс-салат ( Lepidium sativum) сорт Весенний. От других видов растений он выгодно отличается быстрым прорастанием семян и заметными морфологическими изменениями под действием стресс-факторов.

Биотестирование. Встерильную чашку Петри поместили 10 семян тест-культуры по 3 аналитических повторности в каждом варианте опыта. В каждую чашку внесли по 4 мл экстракта каждого вида. Опыт повторили дважды. Первые 3 дня прорастание семян фиксировали каждые 6 часов (72 часа), далее фиксирование прорастания осуществляли каждые 12 часов. В качестве контроля использовали аналитические повторности с дистиллированной водой.

Результаты и их обсуждения

Рост растений служит важным показателем их физиологического развития. Замедление темпов роста или его аномалии могут свидетельствовать о воздействии разнообразных стрессовых факторов, выявляемых визуально (Титов и др., 2014). В рамках исследования, посвященного изучению влияния аллелохимических соединений, в качестве параметров, характеризующих рост проростков кресс-салата, были выбраны длина корня и гипокотиля.

Все варианты экстрактов привели к ингибированию роста корня и гипокотиля в сравнении с водным контролем (p ≤ 0,05). При этом экстракты клена из разных мест оказали схожее влияние на длину корня и гипокотиля: воздействие экстрактов из загрязненных районов приводило к ингибированию ростовых процессов частей растений сильнее, чем экстракты клена из чистых районов, образуя следующий ряд на основании средней длины корня/гипокотиля: Строгино > Сокольники > Царицыно > Лефортово (рис. 1, рис. 2).

Рис. 1. Влияние экстрактов из листьев клена ясенелистного на длину корня проростков тест-культуры. Приведены средние значения с стандартной ошибкой. Разные литеры означают достоверную разницу при р≤0,05 согласно Тьюки-тесту

Рис. 2. Влияние экстрактов из листьев клена ясенелистного (Acer Negundo) на длину гипокотиля проростков тест-культуры. Приведены средние значения с стандартной ошибкой. Разные литеры означают достоверную разницу при р≤0,05 согласно Тьюки-тесту

Длина корня тест культуры под влиянием экстракта клена из Сокольники и Царицыно была меньше контроля приблизительно в 1,2–1,4 раза, Строгино в 1,1 раза, а в Лефортово наблюдается уменьшение длины корня в 2,1 раза в сравнении с контролем (рис.1).

Влияние сильнозагрязненных почв в районах Царицыно и Лефортово на длину гипокотиля тест-культуры было выше в 1,6–1,8 раза в сравнении с контролем, в чистых районах наблюдалось меньшее воздействие на тест-культуру: длина гипокотиля была в 1,1–1,3 раза (рис.2).

Другим из явных признаков нарушения физиологических процессов у растений под воздействием стрессовых факторов является ингибирование прорастания семян. Экстракт листьев из чистого района Строгино не оказывает никакого воздействия на абсолютную среднюю скорость прорастания семян (p > 0,05 в каждом случае, Dunn’s test), в то время как экстракты из более загрязненных районов (Сокольники, Царицыно, Лефортово) приводят к угнетению показателя в 1,2–2,5 раза (p < 0,05 в каждом случае, Dunn’s test) (рис. 3).

Рис. 3. Влияние экстрактов из листьев клена ясенелистного (Acer Negundo) на абсолютную среднюю скорость прорастания тест-культуры. Приведены средние значения с стандартной ошибкой. Разные литеры означают достоверную разницу при р≤0,05 согласно Тьюки-тесту

Влияние на период прорастания семян экстрактами клена из Строгино также практически не отличается от контроля (p > 0,05 в каждом случае, Dunn’s test), в то время как семена под воздействием экстрактов клена из района Сокольники прорастают за меньшее количество времени, а из загрязненных районов (Царицыно и Лефортово) — за большее, в сравнении с контролем (рис.4).

Рис. 4. Влияние экстрактов из листьев клена ясенелистного (Acer Negundo) на период прорастания тест-культуры. Приведены средние значения с стандартной ошибкой. Разные литеры означают достоверную разницу при р≤0,05 согласно Тьюки-тесту

Полученные данные позволят оценить степень влияния стрессовых факторов на жизнедеятельность семян и проростков кресс-салата.

3.2. Содержание тяжелых металлов в почве

Результаты вольтампермического анализа и ПДК тяжелых металлов в почвах представлены в таблице 1. Предельно допустимые концентрации тяжелых были взяты из установленного (по состоянию на 01.01.1991 г., Госкомприрода СССР № 02–2333 от 10.12.90 г.).

При сравнении полученных данных по содержанию основных ТМ в почве можно сделать вывод, что медь, цинк и свинец во всех образцах почвы не превышает ПДК, а кадмий превышает ПДК в 1,2 раза в районе Лефортово(таблица 1).

Таблица 1

Результаты ИВА содержания тяжелых металлов в почве

В таблице приведены значения со стандартной ошибкой

Для прослеживания изменений алеллопатической активности клена ясенелистного из разных районов и загрязнения почв по районам мы провели корреляционный и регрессионный анализы (рис. 5).

Рис. 5. Регрессионный анализ

Коэффициент корреляции составил 0,59, что соответствует наличию заметной связи между аллелопатической активностью клена и уровнем содержания ТМ в почве.

Рассматривая полученные данные в совокупности, можно отметить, что самым чистым по содержанию ТМ районом является Строгино. В связи с этим мы не видим высокой концентрации ТМ и прослеживаем слабое аллелопатическое влияние клена ясенелистного ( Acer Negundo ). В районе Лефортово мы наблюдаем почти превышение ПДК тяжелыми металлами, и как следствие увеличение аллелопатического воздействия клена ясенелистного ( Acer Negundo ). Вероятно, данному явлению есть несколько объяснений. Возможно, тяжелые металлы проникли в листву растения и как следствие вызвали снижение ростовых показателей тест культуры. Вторым вероятным объяснением является усиление аллелопатических свойств инвазионного вида растения, что может служить одним из усиливающих факторов биологических инвазий. Таким образом, можно сделать вывод о том, что загрязнение почв тяжелыми металлами оказывает непосредственное влияние на аллелопатическую активность инвазионного вида растение. Данное явление представляет большой интерес для науки и требует дальнейшего изучения.

Выводы

1. Опираясь на полученные данные, можно сделать вывод, что по содержанию ТМ и иных поллютантов в почве самым загрязненным районом является Лефортово (примерно 90 % от ПДК), при чем концентрация кадмия превышает ПДК на 20 %. Самым чистым районом является Строгино (концентрация металлов не превышает даже половину от ПДК).
2. Влияние загрязнения почв оказало воздействие на аллелопатическую активность клена ясенелистного (Acer negundo) . В условиях сильной антропогенной нагрузки активность аллелопатического воздействия клена увеличивается. Данное усиление аллелопатического воздействия клена ясенелистного ( Acer Negundo ) мы связываем с увеличением его аллелопатической активности на фоне загрязнения почв ТМ, или попаданием металлов в листья.
3. В экстрактах листьев загрязненных районов (Царицыно и Лефортово) мы можем наблюдать повышение аллелопатической активности и как следствие, уменьшение длины корня в 1,5–2 раза, гипокотиля — в 1,6–1,8 раза. Экстракты листьев из более чистых районов не показывают почти никакого воздействия на длину вегетативных органов — уменьшение длины корня в 1–1,3 раза, гипокотиля — в 1,1–1,3 раза. Таким образом, можно утверждать, что загрязнение почв тяжелыми металлами оказывает прямое воздействие на аллелопатическую активность инвазивного растительного вида.

Литература:

1. Атанасян Т. К., Коничев В. С., Муравьева С. А. Загрязнение тяжелыми металлами почв московского региона// Вестник МГОУ. Серия: Естественные науки. № 3. 2017. С.42–50.
2. Виноградова, Ю. К., Майоров, С. Р., Хорун, Л. В. Чёрная книга флоры Средней России. — М.: Географгиз, 2009. — 512 с.
3. Кондратьев М. Н., Ларикова Ю. С. Роль аллелопатии в инвазии растительных видов (обзор) // Известия ТСХА. — 2018. — № 2. — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=36578963 (дата обращения: 17.04.2024).
4. Дубровин Д. И., Веселкин Д. В., Гусев А. П. Видовое богатство растений и инвазионное вымирание в разных частях вторичного ареала Acer negundo L. // Леса. — 2023. — № 1. — С. 36–49.
5. Тельникова, Ю. В. Оценка аллелопатической активности клёна ясенелистного (Acer negundo) на рост проростков кресс-салата и томатов. 2018.
6. ГОСТ 33824–2016. Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрический метод определения содержания токсичных элементов (кадмия, свинца, меди и цинка). Введен в действие 01.07.2017. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200139401
7. Водяницкий, Ю. Н. Природные и техногенные соединения тяжелых металлов в почвах / Ю. Н. Водяницкий // Почвоведение. — 2014. — № 4. — С. 420. — DOI 10.7868/S0032180X14040108. — EDN RWZSJX.
8. О накоплении тяжелых металлов (ТМ) в почве и растениях / В. Ф. Мальцев, С. А. Бельченко, А. Е. Сорокин, С. В. Фесенко // Биологизация земледелия в Нечерноземной зоне России: Научные труды, Брянск, 24–25 июля 2006 года / Ответственный редактор В. Ф. Мальцев. Том Выпуск 2. — Брянск: Брянская государственная сельскохозяйственная академия, 2006. — С. 174–185. — EDN VYPIWJ.
9. Савинов А. Б., Никитин Ю. Д., Ерофеева Е. А. Биоиндикационный аспект изменчивости листьев Acer negundo L. при загрязнении городских почв тяжелыми металлами // Проблемы региональной экологии. 2018. № 5. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/bioindikatsionnyy-aspekt-izmenchivosti-listiev-acer-negundo-l-pri-zagryaznenii-gorodskih-pochv-tyazhelymi-metallami (дата обращения: 30.11.2025).
10. Калита, Г. А. Клен ясенелистный (американский) — современное состояние интродукции / Г. А. Калита, О. Н. Калита // Философия современного природопользования в бассейне реки Амур: материалы VII международной научно-практической конференции, Хабаровск, 04 мая 2018 года / Тихоокеанский государственный университет. Том Выпуск 7. — Хабаровск: Тихоокеанский государственный университет, 2018. — С. 70–72. — EDN XPDLQD.
11. Vinogradova Yu., Pergl J., Essl F., Hejda M., van Kleunen M., Pyšek P. Invasive alien plants of Russia: insights from regional inventories // Biol. Invasions, 2018, v. 20, pp. 1931–1943
12. Kalisz, Susan, Kivlin, Stephanie N., Bialic-Murphy, Lalasia. Allelopathy is pervasive in invasive plants // Biological Invasions. — 2020. — Vol. 23. — Pp. 367–371.
13. Репан, Е. Ю. Влияние инвазионного вида недотроги железистой (Impatiens glandulifera) на флористическое разнообразие в парках Москвы / Е. Ю. Репан, О. А. Воробьева, Г. А. Воронова. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2025. — № 11 (96). — С. 117-123. — URL: https://moluch.ru/young/archive/96/5260.
14. Атрошкина, С. Р. Изучение особенностей проявления аллелопатической активности клена ясенелистного (Acer negundo) на фоне загрязнения почв в Москве / С. Р. Атрошкина, О. А. Воробьева, Г. А. Воронова. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2025. — № 7 (92). — С. 44-47. — URL: https://moluch.ru/young/archive/92/5109.