Zbornik gozdarstva in lesarstva, Ljubljana, 36, 1990, s. 79-106 Prispelo/ Received: 1990, december GDK 425.1:114.521.6:174.7 Picea abies Karst 164.5:168(497.12) BIOINDIKACIJA ONESNAŽENOSTI ZRAKA NA TEMELJU ANALIZE FOTOSINTEZNIH BARVIL V IGLICAH SMREKE (Picea abies /L./ Karst.) Franc BATIČ*, Tone KRALJ** Izvleček V eno- in dveletnih iglicah smreke (Picea abies /L./Karst.) je bila po standardnih metodah analizirana vsebnost klorofila a, b, a + b in celotnih karotenoidov v jeseni 1988 in 1989. Absolutne vrednosti vsebno- sti analiziranih pigmentov so nekoliko nižje v okolici večjih emisijskih virov. Glede na nadmorsko višino vzorčenih mest in predvidene polucijske razmere na njih pa kažejo ugotovitve analize klorofilov v okviru bioindikacijske mreže bolj na naravne razmere kot na vpliv onesnaženega zraka. Izkazalo se je, da anali- za celotnih karotenoidov ne zadošča. Po izsledkih lahko sklepamo, da vzorčenje v okviru 16x 16 km mre- že ni primemo za tovrstne raziskave. Ključne besede: propadanje gozdov, onesnaženost zraka, bioindikacija, asimilacijska barvila, Picea abies I L./ Karst, iglice BIOINDICATION OF AIR POLLUTION DETERMINED BY PHOTOSYNTHETIC PIGMENT ANAL YSIS OF NORWA Y SPRUCE NEEDLES (Picea abies /L./ Karst) Franc BATIČ*, Tone KRALJ** Abstract An analysis of photosynthetic pigments (chlorophylls a, b, a + b, and lota] carotenoids) in current-year an one-year-old needles of Norway spruce (Picea abies /L./Karst) was carried out according to stan- dard methods in the autumn of 1988 and 1989. The absolute concenlrations of pigments of the needles were found to be only slightly lower than under normal circumstances although samples had been col- lected in the vicinity of major emission sources. As regards the altitude of sampling plots and expected air pollution, the chlorophyl content values obtained indicate an almost normal trend rather than the impact of air pollution. Therefore, the analysis of total carotenoids was considered insufficient. On the basis of dala obtained by sampling in the area within a 16x 16 km bioindication grid, it may be concluded that such kind of sampling is unsuitable for photosynthetic pigment analysis in terms of air pollution impact. Key words: forest decfine, air pollution, bioindication, pho!osynthetic pigmenls, Picea abies IL./Karst, needles • doc. dr., prof. biol., Inštitut za gozdno in lesno gospodarstvo, 61000 Ljubljana, Večna pot 2, YU •• dipl. inž. mat., Inštitut za gozdno in lesno gospodarstvo, 61000 Ljubljana, Večna pot 2, YU 80 Zbornik gozdarstva in lesarstva, 36 1 UVOD Podatki iz popisov propadanja gozdov iz let 1985, 1987 in 1989 kažejo, da je zdrav- stveno stanje naših gozdov slabo in da je novodobno propadanje gozdov zajelo tudi naše kraje (ANONYMUS 1989). To propadanje gozdov je posledica delovanja mul- tiplega stresa na gozdne ekosisteme, pri katerem je onesnaženje okolja le eden, a očitno odločilen dejavnik (BOLHAR-NORDENKAMPF, 1989). Vzrokov propa- danja ne moremo poznati, še manj pa predvideti razvoj dogodkov ali najti ukrepe za sanacijo brez fizioloških raziskav dreves in drugih gozdnih organizmov. Fiziolo- gija stresa je postala eno izmed glavnih področij preučevanja v fiziologiji rastlin pri raziskavah o propadanju gozdov. Namen teh raziskav je ugotoviti potek in motnje življenjskih procesov v stresnih okoliščinah in tako dobiti podlago za logične razlage in ukrepe. Ugotavljanje vpliva onesnaževalcev na temeljne življenjske procese in na strukturo organizmov spada v širše področje bioindikacije (JAGER 1982, GRILL in sod. 1988), to je metod, pri katerih po odzivu organizmov na posamezne onesnaže- valce ugotavljamo, kako škodujejo. Te bioindikacijske metode so razvite na več ravneh, od raziskav subcelularnih, biokemijskih in strukturnih sprememb rastlins- kih tkiv do populacijskih in ekosistemskih študij (STEUBIG in JAGER 1982, ARNDT ln sod. 1987). Za ugotavljanje spremenjene zgradbe in presnove rastlin so na področju biokemijskih metod bioindikacije delovanja onesnaževalcev zelo pogo- ste raziskave fotosinteznih pigmentov klorofilov in karotenoidov (STEUBIG in JA- GER 1982, SCHUBERT 1985, GRILL in sod. 1983, 1988, BERMANDINGER in sod. 1989, LUTZ 1988, RABE in KREEB 1989, LANGE in sod. 1987, WEI- KERT in sod. 1989, KOSTNER in sod. 1990, MIES in ZOTLL 1985, LICHTENT- HALER in sod. 1985 idr.). Fotosintezni pigmenti lahko kažejo neposredno delova- nje zračnih onesnaževalcev ali pa nakazujejo njihov posredni vpliv z motnjami v mi- neralni prehrani. Najstarejše tovrstne raziskave se nanašajo na propadanje klorofila v steljkah lišajev, ki so bile izpostavljene žveplovemu dioksidu (NASH 1973, SUNDSTROM in HALLGREN 1973, BATIČ in MARTINČIČ 1981), fluoridom, izpušnim plinom avtomobilov ali mešanici onesnaževalcev. Ti avtorji so razlagali in dokazovali propadanje klorofilov kot postopno feofitinizacijo, pri kateri naj bi za- radi zakisovanja celične vsebine klorofil prehajal v feofitin. Raziskave, ki so bile na- rejene v zadnjih letih na višjih rastlinah, takšnega razkroja klorofila ne potrjujejo (JAGER 1982, RABE in KREEB, EDWARDS in sod. 1990). Razkroj klorofila za- radi delovanja kislih onesnaževalcev (S02 in fluoridi) se ne ustavi pri feofitinu, tem- več gre prek nastanka feoforbida še naprej do popolne razgraditve pirolovih obro- čev. Zato tudi ni mogoče dokazati feofitinov. Poleg tega naj bi bil propad klorofilov zaradi S02 povezan z oksidacijo žveplovega dioksida. Pri tem naj bi nastajali toksi- čni radikali (npr. o-) in z dezintegracijo kloroplastov, predvsem njihovih membran, drastično vplivali na sestavo fotosinteznih pigmentov (JAGER 1982, GRILL in sod. 1988, LUTZ 1988). Vpliv S02 na fotosintezne pigmente naj bi bil torej nekoli- ko podoben vplivu fotooksidantov. Kaže pa se v znižanju koncentracije klorofilov - povečanju kc;mcentracije karotenoidov, med karotenoidi pa v zvečanju ksantofi- 81 Batič F., Kralj T.: Bioindikacija onesnaženosti zraka na temelju ... lov v primerjavi s karotenoidi (RABE in KREEB 1980, LUTZ 1988, BENECKE 1972, GRILL in sod. 1988). Takšno delovanje ali reakcija je del normalnega obrambnega mehanizma, ki se po- javi v rastlinskih celicah ob naravnih stresnih razmerah (visoke nadmorske višine, jasni, sušni dnevi pozimi, suša poleti itn.), še bolj pa ob povečani količini onesnaže- valcev (S02, fotooksidanti), ki so antropogenega izvora (RENNENBERG 1988). V Sloveniji se že dalj časa nabirajo iglice za analizo vsebnosti žvepla za bioindikaci- jo onesnaženja z žveplovim dioksidom (KALAN 1989), zato smo del vzorcev posku- sili analizirati tudi glede na vsebnost fotosinteznih pigmentov. Zaradi že postavljene mreže vzorčenja in zaradi načina pobiranja in prinašanja vzorcev smo že vnaprej ve- deli, da bodo izsledki le orientacijski. 2 GRADIVO IN METODE DELA Smrekove iglice za analizo fotosinteznih pigmentov smo vzorčili na tri načine v ve- getacijskih sezonah 1987/88, 1988/89 in 1989/90. Eno serijo vzorcev so sestavljale iglice z vzorčnih mest 16x 16 km bioindikacijske mreže, dve na videz vitalni 60-80 let stari smreki, na katerih že nekaj let vzorčimo iglice za analizo vsebnosti celotnega žvepla (KALAN 1989). Na nekaterih močneje onesnaženih območjih Slovenije (Za- savje, Gorenjska) smo to vzorčenje zgostili (ŠOLAR 1989). Iglice smo nabrali jese- ni, od septembra do decembra, s sedmega vretena drevesa. Za analizo pigmentov smo uporabili le vršne poganjke vej. V rastnih sezonah 1988/89 in 1989/90 smo vzo- rčili še iglice v nasadu smreke na dveh skupinah ploskev s predvidoma različno one- snaženim zrakom (Zavodnje, Mislinjski jarek). Obe skupini ploskev sta bili na nad- morski višini 850 m, toda različno oddaljeni od termoelektrarne Šoštanj. Ekstrakci- ja klorofilov in celotnih karotenoidov je potekala po standardni metodi (ŠESTAK in sod., 1971). Po 1 g navidezno zdravih smrekovih iglic smo previdno odrezali z eno- in dveletnih poganjkov za določitev suhe teže in ekstrakcijo fotosinteznih pig- mentov. Za analize smo uporabili le vršne poganjke, iglice smo odrezali zmeraj l cm pod mestom, kjer se končuje rast poganjka. Vzorce, ki jih nismo mogli obdelati ta- koj, smo skupaj z vejicami globoko zamrznili. Vzorcu narezanih iglic smo dodali približno tretjino volumna kremenčevega peska in ščepec Mg (HC03)z; tako'smo preprečili razpad klorofilov med trenjem in ekstrakcijo. Ekstrahirali smo z ohlaje- nim 100-odstotnim acetonom pri šibki svetlobi. Pri računanju koncentracije kloro- filov in celotnih karotenoidov smo uporabili enačbe in koeficiente, ki jih v svojem delu navaja Lichtenthaler (1987). Klorofilnih ekstraktov pred meritvami ekstinkcije nismo centrifugirali. Ekstinkcija klorofilnih in karotenskih ekstraktov je bila izmer- jena na spektrofotometru Iskra, Spekol 221, MA 9524. Vsi rezultati so izračunani le na suho težo iglic, to pa je pri delu z iglavci običajno, saj je površino iglic zelo težko določiti. 82 Zbornik gozdarstva in lesarstva, 36 3 IZIDI IN RAZPRAVA Izidi analize fotosinteznih pigmentov so prikazani za vzorčenja na 16x 16 km bioin- dikacijski mreži na slikah od 1 do 8 za sezoni 1988/89 in 1989/90. Na skicah so pri- kazane absolutne vrednosti klorofila a in klorofilov a + b za eno- in dveletne iglice. Zaradi lažje preglednosti so vrednosti koncentracij klorofilov razdeljene v pet razre- dov in nanesene na zemljevid Slovenije. Ker so pri vzorčenju nastajale težave, še po- sebno v zvezi s pravočasno dostavo vzorcev v laboratorij, nam je v sezoni 1988/89 uspelo analizirati le jugovzhodno polovico, v sezoni 1989 /90 pa severozahodni del 16x 16 km bioindikacijske mreže. Oboje vzorčenj se dopolnjuje in daje celosten vpogled v vso bioindikacijsko mrežo. Glede na znana emisijska središča v Sloveniji so vrednosti vsebnosti klorofilov dokaj razpršene, čeprav je največ nizkih vsebnosti (razred 4,5) v koroško-šaleškem bazenu, v Zasavju in okolici Ljubljane. Te nizke vsebnosti se ponekod ujemajo s povečano vsebnostjo žvepla (KALAN 1989) ali celo s celotno poškodovanostjo gozdov (ANONYMUS 1987, 1988, 1989) in so nekoliko odvisne od stopnje onesnaženosti zraka. Izmerjene vrednosti klorofilov so na splošno nizke. Enoletne zdrave iglice smreke naj bi imele med 1,5 in 3,2 mg klorofila a + b na 1 g suhe teže, dveletne pa med 2,0 in 3,5 mg na isto enoto (KOSTNER in sod., 1990). V našem primeru je odklon navz- dol večji, maksimum pa ni dosežen, še posebno ne pri dveletnih iglicah. Dveletne iglice vsebujejo tudi po naših analizah več klorofilov kot enoletne, vendar bistveno manj, kot so jih izmerili različni tuji raziskovalci (KOSTNER in sod. 1990, LANGE in sod. 1987, WEIKER in sod. 1989, GRILL in sod. 1983). Pri tem je treba dodati, da je bil čas vzorčenja iglic za analizo vsebnosti klorofilov ugoden, saj dosežejo ti po navedbah tujih avtorjev enega izmed svojih vrhuncev v jeseni, v sredini septembra, nato pa oktobra rahlo upadejo (za pribi. 20 % ) in imajo še en zimski vrhunec, pre- den začne koncentracija upadati, upada pa vse do pomladi (GRILL in sod. 1983, BENECKE 1972, KOCH 1976 itn.). Razpršenost vsebnosti klorofilov v smrekovih iglicah je nedvomno tudi posledica različnih ekoloških razmer na rastiščih vzorčnih dreves (tla, podnebje itn.) pa tudi njihove genske raznolikosti. Na slikah so prikaza- ne le ugotovitve za klorofil a in skupno za klorofila a + b, kajti spreminjanje vseb- nosti klorofilov a in b v stresnih razmerah je dokaj podobno (RABE in KREEB, 1988; KOCH 1976, GRILL in sod. 1983) in se spreminja bolj z ontogenetskim raz- vojem iglic (KOSTNER in sod. 1990) in le manj zaradi zunanjih vplivov, med kate- rimi je svetloba gotovo najpomembnejša (KOCH 1976). Na skicah 9 in 10 je prika- zana vsebnost klorofila a in a + b v iglicah smreke, ki so bile nabrane na zgoščeni bioindikacijski mreži v Zasavju jeseni 1989. Kot vidimo s slik, so vs.ebnostni razredi klorofilov a in a + b povečini le 3, 4 in 5'. To kaže na izredne stresne razmere in z ve- liko verjetnostjo lahko sklepamo, da je poglavitni krivec za takšno stanje onesnažen zrak. Meritve hidrometeorološkega zavoda z merilnih mest na tem področju so po- kazale, da je kriv za to povečini žveplov dioksid. 83 Batič F., Kralj T.: Bioindikacija onesnaženosti zraka na temelju ... Znano je, da se vsebnost fotosinteznih pigmentov v listih višjih rastlin bistveno spre- minja z nadmorsko višino (GRILL in sod. 1983, LUTZ 1988, BERMADINGER in sod. 1989). Količina klorofilov upada z naraščanjem svetlobne intenzitete hkrati, ko se zvečuje intenziteta ultravijolične svetlobe, pa se povečuje količina karotenoidov (LICHTENTHALER 1985). Tako se rastline naravno zavarujejo in prilagajajo svetlobnim razmeram na visokih nadmorskih višinah. To je hkrati tudi podlaga za varstvo pred vplivi fotooksidantov, naravnih ali antropogenega izvora; tudi teh je v tem okolju kar precej (GRILL in sod. 1983, LUTZ 1988, RENNENBERG 1988). Če temu dodamo še, da so viri "kislih" onesnaževalcev (S02, HF, NOx) povečini v niž- jih legah (doline, kotline), bi nam analiza fotosinteznih pigmentov glede na nadmor- sko višino morala dati vpogled v onesnaženost zraka in s tem ogroženost rastlin tudi s te strani. Zato smo fotosintezne pigmente analizirali še glede na nadmorsko višino odvzemnega mesta. Izsledki so prikazani na slikah od 11 do 16. Upoštevani so le izi- di analize vzorcev pobranih jeseni l. 1989, ko smo vzorčili v osrednji, severozahodni polovici bioindikacijske mreže (glej slike od 5 do 8), to je na območju obsežnejših bolj ali manj sklenjenih smrekovih ali zasmrečenih gozdov, kjer je razpon v nad- morski višini vzorčenih mest večji. Poleg tega je bila tokrat dinamika vzorčenja že bolj prilagojena zahtevam analiznih postopkov. Iz slik 11, 12 in 13 se lepo vidi, da se vsebnosti klorofilov z nadmorsko višino zmanjšujejo tako pri eno- kot pri dveletnih iglicah. Zaradi vpliva kislih depozitov v kotlinah in dolinah ni opaziti, da bi se vseb- nosti klorofilov veliko zmanjšale. To lahko pomeni, da je ta vpliv premajhen, da bi se jasno kazal na vsebnosti klorofilov ali pa so vzorčna mesta glede na emisijske vire in nadmorsko višino neustrezno razvrščena. Dobljeni izidi še najbolj ustrezajo na- ravnemu stanju, če odmislimo, da so absolutne vrednosti vsebnosti klorofilov pre- nizke. Tudi vsebnosti celotnih karotenoidov (slika 15) pa tudi količnik med klorofili in karotenoidi (slika 16) ne kažejo razmerja, kakršno je značilno za delovanje one- snaževalcev v odvisnosti od nadmorske višine vzorčnega mesta (GRILL in sod. 1983, LUTZ 1988). Z naraščajočo nadmorsko višino vzorčnega mesta vsebnost ka- rotenoidov v iglicah smreke ne narašča, prav tako pa ne upadajo vrednosti količnika med klorofili in karotenoidi. V nekaterih delih višinskega profila je ta trend sicer zaznaven (od 750 do 1000 min od 1250 do 1500 m, slika 6), vendar ni izrazit. Vzroke za takšno porazdelitev vrednosti opazovanih parametrov je težko razložiti, za to je še najbolj verjetno, da vzorčna mesta 16x 16 km bioindikacijske mreže glede na nad- morsko višino niso primerno razvrščene. Razlika v vsebnosti klorofilov med dvema različno onesnaženima rastiščema je pri- kazana še na preglednici 1. Gre za primerjavo vsebnosti klorofilov v enoletnih igli- cah sadik smreke, ki so bile posajene na pet različno osvetljenih ploskev v Zavod- njah (rastišče z močno onesnaženim zrakom) in Mislinjskem jarku (razmeroma čisto ozračje). Talne razmere (kisla, globoka distrična rjava tla), nadmorska višina (pribi. 850 m), starost sadik (1 leto po presaditvi, 5 let), izvor sadik (provenienca Pernice, drevesnica Muta) so bolj ali manj enake. Pet ploskev se na.vsakem rastišču razlikuje po osvetljenosti (ploskev 1 je na odprtem, 2 delno zastrta, druge pod zastorom), obe 84 Zbornik gozdarstva in lesarstva, 36 rastišči pa predvsem po stopnji onesnaženosti zraka (Zavodnje približno 5 km zrač­ ne linije oddaljenosti od Termoelektrarne Šoštanj, Mislinjski jarek - zatišna lega, približno 20 km od istega emisijskega vira). Analize vsebnosti klorofilov kažejo na vseh petih ploskvah precej nižjo vsebnost na Zavodnjem; to lahko pripišemo vplivu onesnaženega zraka. Vpliv svetlobnih razmer pa po pričakovanju kaže v obeh pri- merih manjšo vsebnost klorofilov na ploskvi 1, ki je obakrat najbolj osvetljena. Svetlobne razmere na ploskvah niso prikazane. Iz preglednice vidimo, da večja standardizacija rastiščnih razmer pa tudi vzorčnega materiala pri analizah fotosinteznih pigmentov da veliko boljše izide. Žal karotenoi- di v tem primeru niso bili analizirani. 4 SKLEPI l. Izidi analiz so pokazali, da je vsebnost fotosinteznih pigmentov v smrekovih igli- cah v močneje onesnaženih predelih manjša ali pa je spremenjeno količinsko raz- merje med posameznimi pigmenti. Zlasti je opazen upad klorofilov v najbližji okolici emisijskih virov,.na najbolj onesnaženih predelih. Pokazalo se je, da se vsebnost klorofilov z naraščajočo nadmorsko višino zmanjšuje. Analize vsebno- sti karotenoidov ne dajejo pričakovanih izidov. 2. Zaradi zelo različnih rastiščnih razmer in genske heterogenosti smreke so izidi analize pigmentov v okviru 16x 16 km mreže razpršeni. To kaže, da takšno vzor- čenje za analizo fotosinteznih barvil ni primerno, in to potrjujejo tudi izidi vzor- čenj, zgoščenih okrog večjih emisijskih središč (Zasavje, Gorenjska), pa tudi ti- sti, ki jih dobivamo s profila v Šaleški dolini (izidi niso prikazani) in na ploskvah s sadikami smreke iste provenience (Zavodnje, Mislinjski jarek) na dveh različno onesnaženih, a rastiščno primerljivih krajih. 3. če hočemo dobiti zadovoljive izide, je za bioindikacijo onesnaženosti zraka na podlagi analize fotosinteznih barvil in s tem tudi ugotavljanja stopnje ogroženo- sti drevja nujno standardizirati razmere vzorčenja, predvsem rastišče in vzorčene rastline (provenienca, klon, itd.). 4. Kadar to ni mogoče, in tako je tudi pri vzorčenju v okviru 16x 16 km bioindika- cijske mreže, je rešitev v opazovanju trendov spreminjanja vsebnosti fotosintez- nih barvil v iglicah smrek med rastno dobo (letni potek) in staranjem (ontoge- netski potek). Absolutne vrednosti vsebnosti klorofilov in karotenoidov so od- visne od najrazličnejših dejavnikov, zato vzorčenje ledveh letnikov ne zadošča. 5. Zaradi velike povezanosti vseh fizioloških procesov je analiza fotosinteznih pig- mentov le kamenček v mozaiku preučevanja vplivov onesnaženega zraka na rast- line. Smiselno dopolnjuje analizo vsebnosti žvepla in mineralne prehranjenosti in tako omogoča sklep, da delujejo fotooksidanti in kisli onesnaževalci nepos- redno iz zraka ali posredno preko sprememb v tleh. 85 Batič F., Kralj T.: Bioindikacija onesnaženosti zraka na temelju ... 6. Za preučevanje delovanja fotooksidantov je potrebna nadrobnejša analiza karo- tenoidov. 7. Enkratno vzorčenje, vezano na pobiranje vzorcev za analizo vsebnosti žvepla v iglicah, daje le orientacijske 'izide, še posebno če analiziramo, podobno kot pri analizi vsebnosti žvepla, le zadnja dva letnika iglic. Pri smreki je treba zmeraj analizirati vsaj 4 letnike iglic, kajti le tako lahko ugotovimo morebitne anomalije. 8. Analize fotosinteznih pigmentov so pri raziskavah vzročnosti propadanja goz- dov pa tudi zaradi ugotavljanja motenj v fizioloških procesih rastlin nujne; zara- di sorazmerno velike delovne intenzivnosti, ki jo zahtevajo, in že prej omenjenih vzrokov niso primerne za velikopovršinski monitoring onesnaževanja, pač pa za posamezne, lokalizirane in bolj poglobljene raziskave. 5 SUMMARY An analysis of photosynthetic pigments (chlorophylls a, b, a + b, and total carote- noids) in current-year and one-year-old needles of Norway spruce (Picea abies /L./ Karst) was carried out in the autumn of 1988 and 1989. Samples required for the analysis were collected by sampling intended for total sulphur content analysis in the area within a 16x 16 km bioindication grid in Slovenia, as well as in some selected si- tes in the vicinity of major pollution sources in the districts of Zasavje and Gorenj- ska. Besides, a chlorophyll content analysis was carried out with current-year need- les of five-year-old Norway spruce seedlings planted in two sites polluted to a dif- ferent extent in the surroundings of the thermal power plant of Šoštanj. Pigment extraction was performed according to the standard method cited by Še- stak et al. (1971), whereas pigment concentrations were determined with Lichtentha- ler's method (1985). The results obtained with photosynthic pigments analysis of needle samples collected in the area within the 16x 16 km bioindication grid and in the extremely polluted districts mentioned above are shown in Figures 1-10. To il- lustrate the situation, chlorophyll content values were divided into five classes and subsequently indicated in the map of Slovenia. The results indicate that chlorophyll content is slightly lower than under normal circumstances in both current-year needles (1.5-3.2 mg eh!. a + b/gdw.) and one-year-old needles (2.0-3.5 mg eh!. a + b/gdw .) collected in the vicinity of major pollution sources. This finding coincides with high sulphur content in the needles, as well as with a high degree of forest decline (ANONYMOUS 1987, 1988, 1989, KALAN 1989). The relationship between photosynthetic pigment content of the needles, the alti- tude of the sampling site and predicted air pollution is shown in Figures 11-16. A decrease in chlorophyll content becomes evident when the altitude of the sampling site increases correspondigly. However, neither the increase of total carotenoids nor 86 Zbornik gozdarstva in lesarstva, 36 the decrease of quotient value between chloropylls and carotenoids is such as would be expected. The results of this analysis show an almost normal distribution of pho- tosynthetic pigment concentrations in the needles rather than the impact of air pollution. Above ali, there is no considerable decrease in the concentration of chlorophylls at the altitudes between 300 and 6Q0 m, where the majority of emitters of primary air pollutants (e.g. SO2, HF, NOx, etc.), which definitely cause chloro- phyll decomposition, are located. An increase in total carotenoids and a decrease in quotient value between total chlo- rophylls and total carotenoids can be noted at certain elevations but it is not signifi- cant. The analysis of chlorophylis in current-year needles of Norway spruce seedlings from the vicinity of the thermal power plant of Šoštanj shows an evident decrease in the values in the samples collected from the more polluted site of the two under con- sideration. Preliminary results of photosynthetic pigment analysis of Norway spruce needles in- dicate that such kind of bioindication can be used to determine the impact of air pol- lution on forests. However, the analysis of samples collected in the area within the 16x 16 km bioindication grid shows that such sampling method is not quite adequate because of a high diversity of sites, the position of pollutant emitters as to sampling sites and the genetic heterogeneity of Norway spruce. An analysis of only two )atest age classes of needles does not suffice either. Besides, absolute values of photo- synthetic pigments as such appear to be insufficient due to randomly selected samp- ling procedure and because the trend of photosynthetic pigment deterioration caused by air pollution during needle ontogenesis cannot be determined on the basis of two age classes of needles only. At least four age classes should be analysed to achieve these objectives. In order to identify the impact of photooxidants on photo- synthetic pigments, not only chlorophylls but also all carotenoids and especially xanthophylls should be analyzed. From the results obtained with photosynthetic pigment analysis of Norway spruce needles that were sampled in three different sites, we may conclude that such analy- sis is not suitable for large scale monitoring of air pollution but it can be used in case studies, for which more simple methods. (e.g. assessment of defoliation, total sul- phur content analysis, etc.) are either inadequate or they do not provide a complete explanation of the causality of certain phenomena or of the course ofaction of air pollutants. Photosynthetic pigments are an essential part of chloroplasts, therefore their analy- sis is required to obtain data on production capacity of plants and on the natura! mechanism of the plant defense system towards air pollutants. Such an analysis is 87 Batič F., Kralj T.: Bioindikacija onesnaženosti zraka na temelju .. . complementary to other analyses concerning mineral nutrition in the process of da- mage occurence, and also helps explain causes and consequences of the action of air pollutants in plant organism. · 6 REFERENCE ANONYMUS. črna knjiga o propadanju gozdov v Sloveniji 1987, 1988, 1989. In- štitut za gozdno in lesno gospodarstvo, Ljubljana. ARNDT, V., NOBEL, W., SCHWEIZER, B. 1987. Bioindikatoren, Eugen Ulmer Verlag, 1-388, Stuttgart. BATIČ, F., MARTINČIČ, A. 1981. Vpliv onesnaženega zraka na propadanje klo- rofila v nekaterih vrstah posajenih lišajev. Biološki vestnik 29(2): 1-22, Ljub- ljana. BENECKE, V. 1972. Wachstum, COz-Gaswechsel und Pigmentgehalt einiger Baumarten nach Ausbringung in verschiedene Hohenlage. Angew. Botanik 46: 117-135. BERMADINGER, E., GRILL, D., GUTTENBERGER, H. 1989. Thiole, Ascorbin- saure, Pigmente und Epicutikularwachsen in Fichtennadeln aus dem Hohen- profil "Zillertel". Phyton (Austria) 29(3): 163-185. BOLHAR-NORDENKAMPF, H.R. 1989. Stressphysiologisches Konzept einer kausal-analytischen Waldschadenforschung. Phyton 29 (3, Sonderband): 11-14. . EDWARDS, N.T., TAYLOR, G.E., ADAMS, M.B., SIMMONS, G.L., KELLY, M.J. 1990. Ozone acid rain and soil magnesium effects on growth and foliar pigments of Pinus taeda L. Tree Physiology 6(1): 95-104. GRILL, D., EBERMANN, R., GAILHOFER, M., HALBWACHS, G. 1988. Reaktionen des Pflanzenstofwechsels im Syndrom der "Neuartigen" Waldscha- den. V: FIW-Symposium 1988, Waldsterben in 6sterreich, Teorien, Tenden- zen, Therapien (Fiihrer, E. & Neuhuber, F., eds.). Universitat fiir Bodenkultur Wien, Im Auftrag des Bundesministeriums fiir Wissenschaft und Forschung, 166-184. GRILL, D., POLZ, l., PFEIFHOFER, W. 1983. Chlorophyll und Chlorophyll- abbau in Fichten Nadeln. Phyton (Austria), 23(1): 79-90. JAGER, H.J. 1982. Biochemical indication of an effect of air pollution on plants. V: Monitoring of air pollutants by plants. Methods and problems (STEU- BING, L., JAGER, H.J. eds.): 99-107, Dr. W.J. Publishers, The Hague. KALAN, J. 1989. Obremenjenost slovenskih gozdov z žveplom. Zbornik gozdar- stva in lesarstva 34: 99-120, Ljubljana. KOCH, W. 1976. Blattfarbstoffe von Fichte (Picea abies /L./Karst.) in Abhangig- keit von Jahresgang, Blattalter und Typ. Photosynthetica 10(3): 280-290. KOSTNER, B., CZYGAN, F.C., LANGE, O.L. 1990. An analysis of needle yellowing in healthy and chlorotic Norway spruce (Pinus abies) in a forest decline area of the Fichtelgebirge (N .E. Bavaria) Trees 4(2): 55-67. 88 Zbornik gozdarstva in lesarstva, 36 LANGE, G.L., ZELLNER, H., GEBEL, J., SCHRAMEL, P., KOSTNER, B., CZYGAN, F.C. 1987. Photosynthetic capacity, chloroplast, pigments and mineral content of the previous years spruce needles with and without the new flush: analysis of the forest-decline phenomenon of needle bleaching. Oeco- logia (Berlin) 73: 351-357. LICHTENTHALER, H.K. 1987. Chlorophylls and carotenoids: Pigments of pho- tosynthetic biomembranes. Methods in enzymology 148: 349-382. LICHTENTHALER, H.K., SCHMUCK, G., DOLL, M. 1985. Photosynthese- aktivitiit bei Nadeln gesunder und geschiidigter Konifern. LIS-Berichte Nr. 57: 87-105. LUTZ, C. 1988. Photosynthetische Pigmente aus Nadelbiiumen unterschiedlicher Hohenstufen des Otztals. Ges. f. Stralenforschungs Bericht 17: 415-425. MIES, E., ZOTTL, H.W. 1985. Zeitliche Anderung der Chlorophyll- und Element- gehalte in der Nadeln eines gelb-chlorotischen Fichtenbestandes. Forstw. Cbl. 104: 1-8. NASH, Th. H. 1973. Sensitivity of lichens to sulphur dioxide. Bryol. 76: 333-339. RABE, R., KREEB, K.H. 1980. Bioindication of air pollution by chlorophyll destruction in plant leaves. Oikos 34: 163-167. RENNENBERG, H. 1988. Wirkung von Photooksidantien auf Pflanzen. Ges.f. Stralenforschungs Bericht 17: 360-370. SCHUBERT, R. 1985. Bioindikation in terrestrischen Okosystemen. Gustav Fischer Verlag, Jena: 1-307. SENSER, M., SCHOTZ, F., BECK, E. 1975. Seasonal changes in structure and function of spruce chloroplasts. Planta, 126: 1-10. SUNDSTROM, K.R., HALLGREN, J.E. 1973. Using lichens as physiological indicators of sulphurous pollutants. Ambio 2: 13-21. ŠESTAKL, Z., ČATSKY, JARVIS, P.G. 1971. Plant photosynthetic production. Manual of Methods. Dr. W. Jtink Publishers, The Hague, Netherlands. ŠOLAR, M. 1989. Gozdno ekološka raziskava na območju Gorenjske in Zasavja. Poročilo o delu v letu 1988, 1989. IGLO, Ljubljana. 89 Batič F., Kralj T.: Bioindikacija onesnaženosti zraka na temelju ... Preglednica 1: Povprečne vrednosti vsebnosti klorofila v enoletnih iglicah smreko- vih sadik na dveh različno onesnaženih rastiščih v okolici termoelek- trarne Šoštanj; jesen 1988 Table 1: A verage values oj chlorophyll content in current-year needles oj Norway spruce jrom two sites polluted to a difjerent extent in the surroundings of the thermal power plant of Šoštanj; autumn 1988 Vzorčno mesto - samp/ing site clean air Mislinja ( + Muta), sadike smreke - Norway spruce seedlings: Vsebnost klorofila (mglg) x ch!orophyl! content Datum y PI N a b a+b alb Date 1988 1-5 33 2,3222 1,0800 3,4022 2,18 1988 1 6 1,5263 0,7099 2,2362 2,20 1988 2 5 1,5341 0,6573 2,1914 2,31 1988 3 6 2,8515 l,3521 4,2036 2,13 1988 4 6 2,9589 1,4224 4,3813 2,08 1988 5 5 3,0732 l,4261 4,4993 2,15 pol/uted air Zavodnje, sadike smreke Norway spruce seedlings: Vsebnost klorofila (mg/g) x chlorophy!I co111en1 Datum y Pl N a b a+b alb Date 1988 1-5 32 1,7762 0,6802 1,8578 1,81 1988 6 1,0236 0,5066 1,5302 1,93 1988 2 6 1,1280 0,8492 1,9772 1,42 1988 3 6 1,0203 0,6618 l ,6821 1,71 1988 4 3 1,2729 0,5210 1,7939 2,49 1988 5 6 1,3740 0,8808 2,2548 1,91 Legenda: legend: y - starost sadik po presaditvi y - age o/ seedlings after planting PI - številka vzorčne ploskve PI - number o/ the sampling p/ots N - število vzorčenih sadik N - number oj sampled seedlings 90 Zbornik gozdarstva in lesarstva, 36 Q.- /2 o- z- 1 1 1 (Y\ .er l.('\ o .::;r- co lC\ o t('\ 'O N N lll _,_ o o EB '-~ i1E9 if " ·.:.T tL---- oč' EB ~ ;J: w-o-- o L)- o (J)- '!til\: '·t'.-- ------- ·---.--~-•---- --···---··· T N '" ... '" "' 1, "' 01 Q 1 1 1 ! 1 1 l \ l Slika 1: Vsebnost klorofilov a in b v dveletnih smrekovih iglicah, jeseni 1988, 16x 16 km bioindikacijska mreža Figure 1: Chlorophyll a + b content in one-year-old needles, autumn 1988, 16x 16 km bioindication grid 91 Batič F., Kralj T.: Bioindikacija onesnaženosti zraka na temelju ... CL- o- z- L- _J- -,-- I-- () ffi ·-~-- o IEB ·3 ,,__ w- o-- u- [O- o lw: '(-- ··----- ·----------,,, (') ._, '" -.[!5tn -=:J- (Y) N .- ~s±EeOEBG)8 o o (~'11y, 0 ] o -------- ----,, -, o 1-t -i i-. o tn -=1""" (Y) (\J -oruo-..() EB CD 8 ::,.. C -i -C ac:i ~ u ..J- I-- o o 1-~-- o §0 :5' ·.3- IL- o~ lo_)o w- / o-- ~li o Vl u- (O- o ,:(-- ----··· ---- ------ - - T "' rry _, "' "' ,, ,o 1' \;1 1 1 1 ! 1 1 1 1 Slika 6: Vsebnost klorofila a v dveletnih smrekovih iglicah, jesen 1989, 16x 16 km bioindikacijska mreža Figure 6: Chlorophy/1 a content in one-year-old need/es, autumn 1989; 16x 16 km bioindication grid. 96 Zbornik gozdarstva in lesarstva, 36 0..- ..., " o- IJ}-b .::!" ~ o:) m m V) ~ o o o rn o: m "'!. ., . ti ~ ('\) rn rn . t-- N t- N (Y) U) 'b Lf'I t-- j, l1.- EB w- o-- u- (O- •.(-- ~--· T N '" ,., '" "' ,~ "' "' l;l 1 1 1 1 1 l [ 1 1 1 1 Slika 8: Vsebnost klorofilov a v enoletnih iglicah, jesen 1989, 16x 16 km bioindi- kacijska mreža figure 8: Chlorophyl/ a content in current-year need/es, autumn 1989, 16x 16 km bioindication grid. 98 Zbornik gozdarstva in lesarstva, 36 HRASTNIK TRBOVLJE ZAGORJE ~[ • • o 2 3 4 km Enoletne igUce Dvoletne iglice Current year needles One year old needles klorofil a,-b mg!g s. t. klorofil a,-b mg/g s. t. chlorophyll 84-b mg/g d.w. chlorophyll a+b mg/g d.w. es do 1,314 es do 1,502 •4 1,315 1,911 w4 1,503 - 2, EEn 1,912 - 2,508 E93 2,044 2,584 82 2,509 3,205 2 2,585 3, 125 CD, nad 3,105 (1)1 nad 3,125 Slika 9: Vsebnost klorofilov a in b v eno- in dveletnih iglicah v Zasavju, jesen 1989, notranji krog dveletne igliee, zunanji enoletne. Figure 9: Chlorophy/1 a and b content in current-year and one-year-old needles in the sites oj Zasavje district; autumn 1989; the inner circle represents one- year-old needles, the outer circle current-year-needles. 99 Batič F., Kralj T.: Bioindikacija onesnaženosti zraka na temelju ... • HRASTNIK • ZAGORJE TRBOVLJE ~{ • • o l 2 3 4 km • Enoletne iglice Dvoletne iglice Current year needles One year old needles klorofil a mg/g s.t. klorofil a mg/g s. t. chlorophyll a mg/g d. w. chlorophyll a mg/g d. w. .5 do 0,9579 .5 do 1,158 w4_ 0,958 - 1,3729 -4 1,159 - 1,567 EB 3 1,373 1, 7879 EB 3 1,568 - 1,977 82 1,788 2,2029 92 1,978 - 2,385 G) 1 nad 2,203 G)1 nad 2,385 Slika 10: Vsebnost klorofila v eno- in dveletnih iglicah na izbranih točkah v Zasav- ju; jesen 1989; notranji krog dveletne iglice, zunanji enoletne. Figure 10: Chlorophy/1 a content in current-year and one-year-o/d needles in selected sites oj Zasavje district; autumn 1989; the inner circle represents one- year-old need/es, the outer circle current-year need/es 100 Zbornik gozdarstva in lesarstva, 36 m 1500 - 1000 c-"' O) '"14-' c:•..; u"' '-< () o, NC: ,. .... ..., (OQ c: E 500- - •-; .,,.,.. c: m LEGEND l'I dvoletne 0 enoletne one ear ol • y *current year o. o • • l'I it o • o a Jf 1 l'I l'I o l,i ~ l'I o ~l'I l'E • l'E • l'E •• si ~ Jf • l'E !:k • • o l'I III • Jf o l'I o s • Jfl'l• l'I • 1 1 1 l,5 2 2,5 mg kl a+b/g.s.t. ~g chl a+b/g.d.w. l'I 1! l'I Jf l'I o l'I KLAB 89 1 1 J 3,5 Slika 11: Vsebnost klorofilov a in b v enoletnih (kvadratki) in dveletnih (zvezdice) smrekovih iglicah v odvisnosti od nadmorske višine vzorčnega mesta, je- sen 1989, 16x 16 km bioindikacijska mreža Figure 1 /: Chlorophyll a and b content in current-year needles (square) and one- year-old need!es oj Norway spruce (asterix) in relation to the altitude oj the sampling site, autumn 1989, 16x 16 km bioindication grid. o :,. Q) -Y. (/) m o ..... o (/) 1000 - -C Q) • ..., .µ C: • ..., •o"' ... o o, N C: ,. . ..., ..... g! ~-. ..., "' '"' (/) . ..., :,. "- 500 -o "' -Y. Q) o (/) tJ ... ::, o.µ E •...; D.µ <0.--; C:"' LEGEND l'E dvoletne 0 enoletne • one year old ~current year o.s 101 Batič F., Kralj T.: Bioindikacija onesnaženosti zraka na temelju . .. l'E OD l'E o o l'E l'E l'E o D+ o l'E o ™ o o o o o l'E l'ED o o 1 1 l'E l'E ~ l'E l'E o l'E o l'E GIE l'E l'E l'E a:n l'E l'E o l'E o • l'E o l'E Dl'E mo kl a/9.s.t. mr, chl alg. d. w. l'E l'E l'E l'E l'E o l'E 1 2 l'E l'E o KLOA 89 Slika 12: Vsebnost klorofila a v eno- (kvadratki) in dveletnih (zvezdice) smrekovih iglicah v odvisnosti od nadmorske višine vzorčnega mesta, jesen 1989, 16x 16 km bioindikacijska mreža Figure 12: Chlorophy/1 a content in current-year need/es (square) and one-year-old needles (asterix) of Norway spruce in relation to the altitude oj the samp- ling site, autumn 1989; 16x 16 km bioindication grid. 102 Zbornik gozdarstva in lesarstva, 36 m 1000 ~ :, 1 cl ;!:i l{J :s tl ~~ ~- ~i ''"i >v1 ·;;<+- "'o ~~ >--§ :j 500 ~ "1 LEGEND l'E dvoletne c eruuet.n.e. O one year old ¾ current year -- IDl • • • • • • )'E ... R )'E )'E )11 )'E )'E • • )'E )11 )'E K] • )'E • )'E • • lO )11 • ~ • )'E • )'E .pm llJ • )'E • )'E • • )'E • l'l • 1 0,5 mg kl b/g.s.t. mg chl bi g.d.w. + )'E )'E )'E l'E )'E )'E • )'E )'E KLOB 89 -· - 1 Slika 13: Vsebnost klorofila b v eno- (kvadratki) in dveletnih (zvezdice) smrekovih iglicah v odvisnosti od nadmorske višine vzorčnega mesta, jesen 1989, 16x 16 km bioindikacijska mreža Figure 13: Ch/orophy/1 b content in current-year needles (square) and one-year-old need/es (asterix) oj Norway spruce in relation to the a/titude oj the samp- ling site, autumn 1989; 16x 16 km bioindication grid. m t- + ~ ' 1 l,5 103 Batič F., Kralj T.: Bioindikacija onesnaženosti zraka na temelju ... o o 1 2 B III! o •"' ~ "' ll!l"'cP BI "' • >"~ •"' 16"' o o "' °"' [JCJ "'"' "' B ~- "'o>" • o DtJ~ 1 1 1 2,5 J,5 klorofil a/klorofil b chloroohyll a/chloroohyll b . 1 LEGEND "'dvoletne 0 enoletne • one year old neeoJes ~ current year needles Slika 14: Vrednosti kvocienta klorofila a/b v eno- (kvadratki) in dveletnih smre- kovih iglicah (zvezdice) v odvisnosti od nadmorske višine vzorčnega me- sta, jesen 1989, 16x 16 km bioindikacijska mreža Figure 14: Quotient va/ues between ch/orophy/1 a and b in current-year need/es (square) and one-year-o/d need/es oj Norway spruce (asterix) in re/ation to the altitude oj the sampling site, autumn 1989; 16x 16 km bioindi- cation grid. 104 Zbornik gozdarstva in lesarstva, 36 - ... - • lil • ,. III • III ,. III "' C< m "' o,_, 1000 Q f--- • ~ l'E U) .C „ . ..., ..., • l'E • III C•,; •u"' .... Q o, N C: ,. . ..., ,_, • l'I ~g- • l'E •,; 'CJ 1 a • !'( l'I Cl M l:la ~M • l'E a !'( Cl ~ • ll!a IIE Ol'E Da a_ III! III ~· 1 1 7 0,5 mg karotenoidov t. mg carotenoias!g. w. + !'( KAROT as 1 1 Slika 15: Vsebnost celotnih karotenoidov v eno- (kvadratki) in dveletnih smreko- vih iglicah (zvezdice) v odvisnosti od nadmorske višine vzorčnega mesta, jesen 1989, 16x 16 km bioindikacijska mreža Figure 15: Tota/ carotenoids content in current-year-needles (square) and one-year- old needles (asterix) oj Norway spruce in relation to the altitude oj the sampling site, autumn 1989; 16x 16 km bioindication grid. ,. Q) ->< V) o ..... o V) -C Q) .,, .µ c:·-, >(J V) ... o tJl N C: ,. . ., ..... ~ ({j C}_ E: C~-- .,, (O >ltJ ll) .,, ,...._ o (O ->< Q) V) 1J ... ::, o.µ E:·-, U-1--> (O ..... C: (O 1000 - 500- LEGEND ~ dvoletne o enoletne O ere year oldO ~ current year 105 Batič F., Kralj T.: Bioindikacija onesnaženosti zraka na temelju ... o o o ~ o ~~ ~o ~ i§l~ ~ l'Rrn l 0.5 o (mg / g) l