Bratsk, Irkutsk region, Russian Federation
Methods of fluctuating asymmetry are quite often used to assess the developmental stability of tree stands under conditions of industrial pollution in urban areas. The aim of the study was to evaluate the developmental stability of balsam poplar (Populus balsamifera L.) stands using fluctuating asymmetry of leaves from unpruned, pruned trees and root suckers, which were weakened by leaf rust and brown leaf spot, in different districts of Bratsk, Irkutsk Oblast. The research employed the fluctuating asymmetry method according to V.M. Zakharov’s technique, as well as the method by E.V. Avdeeva. Bratsk is a complex urban agglomeration where residential areas are separated by tens of kilometres, which allows the assessment of the relationship between the degree of developmental stability of balsam poplar trees and pollution levels with a high degree of reliability. The study was conducted during 2023–2024 on different tree categories: unpruned and pruned trees, as well as root suckers, which poplar produces abundantly. It was found that infection of balsam poplar by leaf rust and brown leaf spot is the decisive factor affecting the developmental stability of the stands, whereas the effect of pruning and the pollution level of diseased stands did not, as usually observed, exert a significant influence on the fluctuating asymmetry indices. Moreover, in the first year of mass disease outbreak, leaf rust did not affect developmental stability, but in subsequent years after the epiphytotic, severe weakening of the trees occurred, manifested in early defoliation, which led to a critical state of developmental stability. In this case, the assessment of developmental stability appears to be of little effectiveness. The main factor affecting the developmental stability of urban balsam poplar (Populus balsamifera L.) stands infected by poplar leaf rust and brown leaf spot is the weakening of the trees’ vital status caused by pathogens, leading to a loss of ornamental value, premature defoliation, and loss of symmetry in leaf blades.
development stability, fluctuating asymmetry, poplar (Populus balsamifera L.), poplar leaf rust, brown spotting
Введение
Представители рода Тополь (Populus) широко используются в озеленении. Тополь по праву считается одним из самых выносливых городских деревьев. Он демонстрирует устойчивость к промышленным выбросам и сохраняет высокие темпы прироста даже в условиях неблагоприятной экологии и сурового климата. Его главная ценность для урбоэкосистем заключается в мощной способности поглощать углекислый и сернистый газ, эффективно задерживать пыль, а также противостоять агрессивному воздействию промышленных предприятий и транспорта. По продуктивности выделения кислорода в городской черте этому дереву нет равных. Кроме того, тополь активно насыщает воздух фитонцидами, подавляя рост болезнетворных бактерий. За период вегетации он продуцирует огромное количество этих летучих веществ, очищая атмосферу от загрязнений. Это незаменимая порода для озеленения оживленных трасс: тополь накапливает в себе значительные объемы выхлопных газов и тяжелых металлов, при этом совершенно нетребователен к составу грунта [1-4].
Ключевым фактором, обеспечившим тополю бальзамическому преимущество в озеленении городов Сибири, является его быстрый рост и высокая морозостойкость: уже к пяти годам дерево достигает значительных размеров и способен выдерживать морозы до -500С. Однако при всей своей полезности, с точки зрения урбоэкологии, насаждения тополя бальзамического имеют ряд серьезных минусов:
- Из-за специфики строения древесины стволы крайне уязвимы к повреждениям.
- Продолжительность жизни здоровых деревьев в условиях загазованности, особенно вблизи автострад, относительно мала.
- С возрастом древесина становится хрупкой, что приводит к обламыванию ветвей и падению стволов при сильном ветре.
- Тополиный пух, аккумулирующий пыльцу цветущих растений, превращается в мощный аллерген, а его скопления создают пожарную опасность [2,4].
В Иркутской области основой городских зеленых массивов является тополь бальзамический (Populus balsamifera L.). Он формируют основу садов и парков, используются при озеленении придомовых территорий и внутриквартальных скверов, а также создает тенистые аллеи как вдоль пешеходных маршрутов, так и вдоль оживленных улиц. По данным авторов [2-4] тополь бальзамический занимает более 67% от общего количества древесных растений городского ассортимента.
Братск расположен в центре Восточно - Сибирского региона РФ на пересечении важнейших коммуникаций, связывающих европейский и азиатский континенты с Севером Восточной Сибири и Якутии, что является основой для его экономического, социального и культурного развития. Город Братск представляет собой разрозненные жилые массивы, находящиеся на значительном удалении друг от друга [5].
Климат города, как и всей Иркутской области – резко континентальный. Наиболее теплым месяцем является июль +18 градусов, с абсолютным максимумом +37 градусов. Самые низкие температуры наблюдаются в январе -21,2 градуса, с абсолютным минимумом -57 градусов. Глубина промерзания грунта составляет 3м [5]. Братск отнесен к городам с неблагоприятной экологической обстановкой. Крупные предприятия города (ПАО «РУСАЛ Братск»; Братский завод ферросплавов; Братский лесопромышленный комплекс (ОАО Группа «Илим»); ТЭЦ ПАО «Иркутскэнерго») выбрасывают в атмосферу города твердые и газообразные выбросы, превышающие нормы ПДК. На уровень загрязнения атмосферного воздуха влияют в первую очередь концентрации общераспространённых загрязняющих веществ – сера диоксида, азота диоксида, взвешенных веществ и оксида углерода; превышения ПДК регистрируются также в отношении других веществ – гидрофторида, формальдегида, фенола, бенз(а)пирена [5].
Тополь бальзамический (Populus balsamifera L.) произрастает во всех районах города и может служить объектом исследований флуктуирующей асимметрии для оценки стабильности развития растений и качества окружающей среды. Поскольку тополь в городских посадках подвергается обрезке крон, часто радикальной, оценка состояния окружающей среды проводилась отдельно на неформованных деревьях, формованных деревьях и поросли, так как тополь бальзамический отличатся высокой порослевой способностью, что делает данный вид в условиях Братска потенциально инвазионным. Кроме этого, начиная с 2023 года, насаждения тополя бальзамического в Иркутской области были массово поражены листовой ржавчиной тополя (ЛРТ) (возбудитель - Melampsora larici-populina Kleb.), что привело к эпифитотии, кроме этого заболевания листьев массово встречается бурая пятнистостью листьев (возбудитель — гриб Marssonina populi Sacc.) [6-8].
Цель исследований: оценить сравнительное состояние окружающей среды и состояния самих насаждений тополя бальзамического методами флуктуирующей асимметрии листьев неформованных, формованных деревьев и поросли, ослабленных листовой ржавчиной и бурой пятнистостью в различных районах Братска
1. Koropachinsky I.Yu., Vstovskaya T.N. Drevesnye rasteniya Aziatskoy Rossii. [Woody Plants of Asian Russia]. Novosibirsk: Geo, 2012. 707 p. (In Russ.)
2. Runova E., Verkhoturov V., Anoshkina L. Assessment of the Condition of Balsam Poplar Trees (Populus balsamifera L.) in a Residential Area of Bratsk. Acta silvae et Ligni. 2021; 126:53-60.
3. Sinchuk N.V., Kurchenko V.P. Ustoychivost razlichnykh vidov topoley (Populus spp.) k zabolevaniyam i kompleksu vrediteley. [Resistance of Various Species of Poplars (Populus spp.) to Diseases and a Complex of Pests]. Ekobiotekh = Ecobiotech. 2021; Vol. 4(3):210-220. (In Russ.)
4. Runova E.M., Novoselova O.I. Otsenka sostoyaniya topolya balzamicheskogo (Populus balsamifera L.) v usloviyakh Bratska po rezultatam inventarizatsii. [Assessment of the Condition of Balsam Poplar (Populus balsamifera L.) in Bratsk Based on Inventory Results]. Aktualnye problemy lesnogo kompleksa = Actual Problems of the Forest Complex. 2023; 63:236-240. (In Russ.)
5. Latysheva I.V., Loshchenko K.A., Vologzhina S.Zh. Klimat i ekologiya Irkutskoy oblasti: uchebnoe posobie. [Climate and Ecology of the Irkutsk Region: Textbook]. Irkutsk: IGU Publ., 2024. 229 p. (In Russ.)
6. Runova E.M., Novoselova O.I. Epifitotiynoe razvitie listovoy rzhavchiny topolya balzamicheskogo v gorodakh Irkutskoy oblasti. [Epiphytotic Development of Balsam Poplar Leaf Rust in the Cities of the Irkutsk Region]. J. of Agriculture and Environment. 2023; 12(40). DOI:https://doi.org/10.23649/JAE.2023.40.4 (In Russ.)
7. Surina T.A., Kopina M.B., Smirnova A.V. Rzhavchina topolya, vyzyvaemaya gribami roda Melampsora. [Poplar Rust Caused by Fungi of the Genus Melampsora]. In: Monitoring i biologicheskie metody kontrolya vrediteley i patogenov drevesnykh rasteniy: ot teorii k praktike. Materialy Tretyey Vseros. konf. s mezhdunar. uchastiem. Moscow, 2022. Moscow; Krasnoyarsk: IL SB RAS Publ., 2022. pp. 134-136. (In Russ.)
8. Poliksenova V.D., Khramtsov A.K., Girilovich I.S. et al. Fitopatogennye mikromitsety na chuzherodnykh rasteniyakh iz izdaniya «Chernaya kniga flory Belarusi: chuzherodnye vredonosnye rasteniya». [Phytopathological Micromycetes on Alien Plants from the Publication “The Black Book of the Flora of Belarus: Alien Harmful Plants”]. Zhurnal Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya = Journal of the Belarusian State University. Biology. 2021; 3:78-87. (In Russ.)
9. Zakharov V.M., Shadrina E.G., Turmukhametova E.G. et al. Otsenka sostoyaniya rasteniy po stabilnosti razvitiya v estestvennykh i antropogennykh usloviyakh (fluktuiruyushchaya asimmetriya priznakov lista berezy povisloy Betula pendula L.). [Assessment of Plant Condition by Developmental Stability in Natural and Anthropogenic Environments (Fluctuating Asymmetry of Leaf Traits in Silver Birch Betula pendula L.)]. Izvestiya Rossiyskoy akademii nauk. Seriya biologicheskaya = Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Biological Series. 2020; 2:191-196. DOI:https://doi.org/10.31857/S0002332920020113 (In Russ.)
10. Zakharov V.M., Trofimov I.E. Otsenka sostoyaniya bioraznoobraziya: issledovanie stabilnosti razvitiya. [Assessment of Biodiversity State: A Study of Developmental Stability]. Izvestiya Rossiyskoy akademii nauk. Seriya biologicheskaya = Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Biological Series. 2020; 2:115-123. DOI:https://doi.org/10.31857/S0002332920020125 (In Russ.)
11. Metodicheskie rekomendatsii po vypolneniyu otsenki kachestva sredy po sostoyaniyu zhivykh sushchestv (otsenka stabilnosti razvitiya zhivykh organizmov po urovnyu asimmetrii morfologicheskikh struktur). [Methodological Recommendations for Assessing Environmental Quality by the State of Living Organisms (Assessment of Developmental Stability of Living Organisms by the Level of Asymmetry of Morphological Structures)]. Order of Rasecology No. 660 dated 16.10.2003. Moscow: Nauka, 2003. 24 p. (In Russ.)
12. Chudnovskaya G.V., Chernakova O.V. Pokazateli stabilnosti razvitiya Populus balsamifera L., uchastvuyushchego v ozelenenii g. Irkutska. [Indicators of Developmental Stability of Populus balsamifera L. Participating in the Greening of Irkutsk]. Vestnik IrGSKHA = Bulletin of Irkutsk State Agricultural Academy. 2021; 3(104):75-88. DOI:https://doi.org/10.51215/1999-3765-2021-104-93-106 (In Russ.)
13. Lebedinsky I.A., Mochalova K.Yu. Ploshchad listovoy plastinki kak dopolnitelnyy kriteriy otsenki vyrazhennosti fluktuiruyushchey asimmetrii po metodike Zakharova. [Leaf Blade Area as an Additional Criterion for Assessing the Severity of Fluctuating Asymmetry According to the Zakharov Method]. Vestnik PGGPU. Seriya No. 2. Fiziko-matematicheskie i estestvennye nauki = Bulletin of Perm State Humanitarian Pedagogical University. Series No. 2. Physical, Mathematical and Natural Sciences. 2020; 1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ploschad-listovoy-plastinki-kak-dopolnitelnyy-kriteriy-otsenki-vyrazhennosti-fluktuiruyuschey-asimmetrii-po-metodike-zaharova (accessed: 02.03.2026) (In Russ.)
14. Korotchenko I.S., Lebedev N.A., Pervyshina G.G., Kondratyuk T.A., Medvedeva V.A. Vliyanie vybrosov teplovykh elektrostantsiy Krasnoyarskogo kraya na stabilnost razvitiya topolya balzamicheskogo. [Influence of Emissions from Thermal Power Plants of the Krasnoyarsk Region on the Developmental Stability of Balsam Poplar]. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya = Advances in Modern Natural Science. 2020; 10:85-90. (In Russ.)
15. Erofeeva E.A., Yakimov B.N. Change of Leaf Trait Asymmetry Type in Tilia cordata Mill. and Betula pendula Roth under Air Pollution. Symmetry. 2020; 12(5):727. URL: https://www.mdpi.com/2073-8994/12/5/727 (accessed: 20.09.2020)
16. Yu Z., Shen K., Newcombe G. et al. Leaf Cuticle Can Contribute to Non-Host Resistance to Poplar Leaf Rust. Forests. 2019; 10(10):870. DOI:https://doi.org/10.3390/f10100870
17. Chudnovskaya G.V., Chernakova O.V. Osobennosti biomonitoringa urbanizirovannykh territoriy s ispolzovaniem fluktuiruyushchey asimmetrii raznykh vidov drevesnykh rasteniy (na primere Irkutska). [Features of Biomonitoring of Urbanized Territories Using Fluctuating Asymmetry of Different Woody Plant Species (Case Study of Irkutsk)]. Prirodnye resursy Arktiki i Subarktiki = Natural Resources of the Arctic and Subarctic. 2025; 2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-biomonitoringa-urbanizirovannyh-territoriy-s-ispolzovaniem-fluktuiruyuschey-asimmetrii-raznyh-vidov-drevesnyh-rasteniy (accessed: 16.04.2026) (In Russ.)
18. Chernikova K.V., Avdeeva E.V. Otsenka kachestva atmosfernogo vozdukha metodom bioindikatsii po sostoyaniyu assimilyatsionnogo apparata topolya balzamicheskogo (Populus balsamifera L.). [Assessment of Atmospheric Air Quality by Bioindication Method According to the State of the Assimilation Apparatus of Balsam Poplar]. Plodovodstvo, semenovodstvo, introduktsiya drevesnykh rasteniy = Fruit Growing, Seed Production, Introduction of Woody Plants. 2022; 25:116-119. (In Russ.)
19. Kukhar I.V., Avdeeva E.V., Ivanov D.V., Chernikova K.V. Dendroindikatsiya drevesnykh rasteniy v urbanizirovannoy srede. [Dendroindication of Woody Plants in an Urban Environment]. In: Problemy ozeleneniya krupnykh gorodov: sbornik statey XXII nauchno-prakticheskogo foruma. Moscow, 2023. Moscow: MK-INTERTRADE, INTEK, 2023. pp. 109-112. (In Russ.)
20. Shadrina E.G., Soldatova V.Yu. Otsenka zdorovya sredy po velichine fluktuiruyushchey asimmetrii drevesnykh rasteniy: analiz vozmozhnykh prichin iskazheniya rezultatov. [Assessment of Environmental Health Based on the Fluctuating Asymmetry of Woody Plants: Analysis of Possible Causes of Distortion of Results]. Izvestiya RAN. Seriya biologicheskaya = Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Biological Series. 2023; 7-suppl:29-38. DOI:https://doi.org/10.31857/S1026347023600243 (In Russ.)
21. Runova E.M., Garus I.A. Sostoyanie topolya balzamicheskogo (Populus balsamifera L.) i topolya belogo (Populus alba L.) v urbanizirovannykh ekosistemakh Irkutskoy oblasti. [The State of Balsam Poplar (Populus balsamifera L.) and White Poplar (Populus alba L.) in the Urban Ecosystems of the Irkutsk Region]. Lesnoy vestnik = Forestry Bulletin. 2025; 29(5):149-163. DOI:https://doi.org/10.18698/2542-1468-2025-5-149-163 (In Russ.)
