Оценка состояния городской среды методами дендроиндикации Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

черкивает ее принадлежность к бореальной области, что подтверждается и широкой представленностью (как и в большинстве флор Северного Кавказа) таких родов, как Veronica и Carex.

5. Флора Терского хребта является типичной для южной части бореального подцарства и несет в себе черты как бореальных, так и древнесредиземноморских флор. Их участие во флоре, как и в северокавказских флорах, возрастает с востока на запад.

Литература

1. Толмачев А.И. Методы сравнительной флористики и проблемы флорогенеза. - М., 1986. - 200 с.

2. Камелин Р.В. Флорогенетический анализ естественной флоры Средней Азии. - Л., 1973. - 260 с.

3. Гроссгейм А.А Анализ флоры Кавказа // Тр. Бот. ин-та. Азерб. фил. АН ССР. - Баку, 1963. - Т. 1. -260 с.

4. Гроссгейм А.А. Очерк растительного покрова Закавказья (Азербайджана, Армении, Грузии). - Тифлис, 1930. - 38 с.

5. Середин Р.М. Анализ флоры Северного Кавказа // Региональные флористические исследования: межвуз. сб. науч. тр. - Л., 1987. - С. 5-20.

УДК 630.11 Е.В. Авдеева, В.Ф. Надемянов

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ МЕТОДАМИ ДЕНДРОИНДИКАЦИИ

В статье представлены результаты оценки стабильности развития березы повислой в скверах города Красноярска по двум показателям: коэффициенту асимметрии по пяти параметрам листьев (по методике В.М. Захарова и др.) и величине асимметрии по площади листьев (по методике авторов).

Ключевые слова: техногенное воздействие, дендроиндикация, урбанизированная среда, береза повислая.

Ye.V. Avdeeva, V.F. Nademyanov THE URBAN ENVIRONMENT CONDITION ASSESSMENT BY DENDROINDICATION METHODS

The results of the drooping birch stability development in the Krasnoyarsk public gardens according to two factors: asymmetry ratio on the leaf five parameters (by the method of V.M. Zakharov, etc.) and the leaf square asymmetry size (by the authors’ method) are presented in the article.

Key words: technological impact, dendroindication, urban environment, drooping birch.

Введение. Города с высокоразвитой промышленностью являются крайне неустойчивой экосистемой, в которой природные компоненты утрачивают способность к самовосстановлению под воздействием негативных факторов. Растения в течение всей жизни привязаны к определенной территории и подвержены влиянию почвенной и воздушной сред, поэтому их состояние наиболее полно отражает комплекс стрессовых воздействий. Степень поражения растений дает возможность объективно судить об уровне техногенной нагрузки, то есть осуществлять биоиндикацию среды, одной из составляющей которой является дендроиндикация [1, 2]. К преимуществу данного метода относится достаточно низкая стоимость реализации исследований, высокая скорость получения информации и возможность характеризовать состояние среды за длительный промежуток времени. Важными показателями изменения гомеостаза морфогенетических процессов являются показатели флуктуирующей асимметрии, т.е. ненаправленные различия между правой и левой сторонами различных морфологических структур, в норме обладающие билатеральной симметрией [3].

Цель исследований. Оценка стабильности развития древесных растений в скверах г. Красноярска и разработка рекомендаций по диагностике качества среды методами дендроиндикации.

Исходя из этого, по материалам Красноярского центра по гидрометереологии и мониторингу окружающей среды проведен анализ микроклиматических условий и техногенных нагрузок различных территорий г. Красноярска. Схема расположения постов наблюдения и характеристики территорий представлена на рис. 1.

I I - изучаемые объекты озеленения: Д- посты наблюдения

Рис. 1. Схема размещения объектов исследования и стационарных постов наблюдений в г. Красноярске

Анализ результатов позволил выделить три основные группы территорий по схожести климатических характеристик и техногенных нагрузок: территории в районе метеостанции «Опытное поле» (зелёная зона города), которые достоверно отличаются по климатическим условиям от всех исследуемых участков, расположенных в пределах границ города; территории, расположенные на периферии города (посты в Николаевской слободе и ул. Солнечная); территории, расположенные в жилых массивах и вблизи промышленных предприятий (посты по ул. Сурикова, Матросова, Чайковского, Тельмана) (рис. 1).

Таким образом, анализ микроклиматических условий территории крупного промышленного города, расположенного на стыке восьми типов ландшафтов, показал, что на его территории складываются различные мезоклиматические условия, которые зависят от исходных природных условий и плотности техногенных факторов. Данные обстоятельства легли в основу выбора объектов озеленения для проведения исследований.

На сегодняшний день большой удельный вес в системе озеленения городов занимают скверы. Они значительно видоизменяют городскую среду, усиливают фактор включения в нее природных компонентов, поэтому изучение состояния зеленых насаждений свекров является весьма актуальной задачей.

Объекты и методы исследований. В качестве объекта исследований выбрана береза повислая, так как данный вид в г. Красноярске отвечает всем требованиям, предъявляемым к растениям-биоиндикаторам [1]. Сбор материалов проводился в скверах г. Красноярска, расположенных вблизи стационарных постов наблюдения (рис. 1), что позволяет достоверно оценить уровень влияния техногенных факторов и степень отзывчивости растений на них. Листья с деревьев собирались в начале сентября после завершения их интенсивного роста с укороченных побегов нижней части кроны, с ветвей разно ориентированных по сторонам света. Сбор листьев производился в двух местах каждого сквера: центра сквера и его периферии. Собранный материал был сканирован с разрешением 300 dpi.

На каждом образце проводились замеры пяти параметров с каждой половины листа (рис. 2). Для повышения точности обработка собранного материала проводилась с использованием программ КОМПАС, «Анализ листовых пластин» и MS Excel.

Рис. 2. Параметры измерений листовой пластины березы:

1 - ширина половинки листа; 2 - длина второй жилки второго порядка от основания листа;

3 - расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка; 4 - расстояние между концами этих жилок; 5 - угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка

Оценка развития стабильности березы повислой проводилась по двум показателям: коэффициенту асимметрии по пяти параметрам листьев (по методике В.М. Захарова и др.) и величине асимметрии по площади листьев (по методике авторов). В основу методики оценки флуктуирующей асимметрии листовых пластин положена теория «Стабильности развития морфогенетического гомеостаза», разработанная В.М. Захаровым, А.В. Яблоковым и другими в процессе исследований последствий радиоактивного заражения после Чернобыльской аварии. Авторы доказали, что стрессовые воздействия вызывают в живых организмах изменения стабильности развития, которые могут быть оценены по нарушению морфогенетических процессов [3]. Величина асимметричности оценивалась с помощью интегрального показателя - величины среднего относительного различия на признак. Оценка флуктуирующей асимметрии листовых пластин березы повислой определялась как отношение разности значений с левой и правой сторон к их сумме. Значение относительного различия между сторонами на признак для каждого листа определялось как среднее арифметическое значение относительных различий между признаками левой и правой сторон. Среднее относительное различие на признак для всей выборки определялось как среднее арифметическое значение относительных различий между сторонами на признак для всего листа. Полученный показатель характеризует степень асимметричности организма, для которого В.М. Захаровым и др. разработана шкала отклонений, в которой значения показателя асимметричности до 0,055 характеризуют состояние среды как условную норму, а значение более 0,7 оценивают ее как критическое состояние среды [4].

Авторами предлагается методика определения состояния среды по асимметрии листовой пластины по площади половинок листовых поверхностей. Для повышения точности и достоверности результатов площадь половинок листа определялась с использованием программы LeafProg «Анализ листовой пластины древесных растений» (рис. 3), разработанной на кафедре технологий и машин природообустройства Сибирского государственного технологического университета (свид. о гос. регистрации № 2009614523) Е.В. Авдеевой, А.А. Карповым с точностью до 1 мм2.

Рис. 3. Определение площади листовой пластины в программе LeafProg «Анализ листовой пластины

древесных растений»

Асимметрия листовой пластины по площади определяется как отношение площадей меньшей половины листа к большей. Асимметрия листовых пластин по площади для всей выборки определялась как среднее арифметическое значение.

Результаты исследований и их обсуждение. Исследования показали, что под влиянием техногенных воздействий происходят изменения размеров и величины флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой. Полученные данные, представленные в табл. 1, отражают соответствие уровня загрязнения среды по состоянию асимметрии листовых пластин.

Таблица 1

Статистические параметры исследуемых выборок берёзы повислой в скверах г. Красноярска

Береза повислая

Пункт наблюдения Наименование объекта Объём выборки -X ±т ±ст V, % Уровень изменчи- вости Р, %

Величина коэффициента асимметрии по пяти признакам

№1 Метеостанция «Опытное поле», Плодово-ягодная станция Контроль 5 км 50 0,049 0,003 0,021 42,878 Большая 6,064

Плодово-ягодная станция 50 0,050 0,002 0,017 34,165 Большая 4,832

№21 ул. Тимирязева, 2а "Николаевская слобода" Сквер «Ботанический» 50 0,062 0,004 0,031 50,412 Большая 7,129

Сквер «Серебрянный» 100 0,060 0,003 0,028 47,385 Большая 4,739

№3 ул. Сурикова, 54 Сквер В.И. Сурикова 1 0 0 0,073 0,003 0,034 47,068 Большая 4,707

№5 ул. Тельмана, 16 Сквер «Космонавтов» 100 0,060 0,003 0,031 52,013 Очень большая 5,201

№7 ул. Матросова, 4 Сквер «Панюковский» 100 0,062 0,004 0,038 61,916 Очень большая 6,192

№8 ул. Кутузова, 92 Сквер «Энтузиастов» 100 0,062 0,004 0,042 67,388 Очень большая 6,739

Сквер «Семейный» 100 0,067 0,005 0,048 72,708 Очень большая 7,271

№9 ул. Чайковского, 7 Сквер у проходной ХМЗ 50 0,064 0,003 0,018 28,265 Большая 3,997

№20 ул. Солнечная, 8 Сквер «Одесский» 50 0,073 0,005 0,032 44,053 Большая 6,230

Величина асимметрии по площади листьев, %

№1 Метеостанция «Опытное поле», Плодово-ягодная станция Контроль 5 км 50 9,400 0,622 4,399 46,793 Большая 6,617

Плодово-ягодная станция 50 8,460 0,751 5,309 62,752 Очень большая 8,874

№21 ул. Тимирязева, 2а "Николаевская слобода" Сквер «Ботанический» 50 10,980 0,490 4,901 44,636 Большая 4,464

Сквер «Серебрянный» 100 10,665 0,755 7,552 70,810 Очень большая 7,081

№3 ул. Сурикова, 54 Сквер В.И. Сурикова 1 0 0 13,485 0,811 8,111 60,150 Очень большая 6,015

№5 ул. Тельмана,16 Сквер «Космонавтов» 100 10,190 0,568 5,681 55,748 Очень большая 5,575

№7 ул. Матросова,4 Сквер «Панюковский» 100 10,460 0,719 7,189 68,729 Очень большая 6,873

№8 ул. Кутузова,92 Сквер «Энтузиастов» 100 11,235 0,605 6,053 53,877 Очень большая 5,388

Сквер «Семейный» 100 12,000 0,770 7,703 64,191 Очень большая 6,419

№9 ул. Чайковского,7 Сквер у проходной ХМЗ 50 11,200 0,370 2,616 23,359 Большая 3,303

№20 ул. Солнечная,8 Сквер «Одесский» 50 12,800 1,112 7,863 61,427 Очень большая 8,687

Проведенные исследования позволили установить величину изменения асимметрии листовых пластин деревьев березы повислой, произрастающих в различных градорастительных условиях г. Красноярска и сопоставить их с уровнем техногенной нагрузки в местах проведения исследований (по данным со стационарных постов наблюдения) (рис. 4).

^ 16

СО

(U

ja 14

н

u

І 12 ci 1Ü

ET

I s

с

с 6 s

cL 4

S

I 2

O)

dû

Ü

3Ü

25

2Ü

15

S

H

о

о

X

ja

ч

CJ

H

s

H

о

ce

a

5

н

е

в

о

р

у

u

ф

е

р

е

р

у

u

с

н

е

н

о

о

ф

е

р

е

н

о

о

н

е

о

сто

н

CD

ф

е

р

е

о

сто

н

CD

н

е

н

îS

е

е

U

ф

е

р

е

е

u

н

е

о

н

д

о

х

о

р

н

е

е

д

О

OS

4

1Ü * а « В

и

ÖS

Ч О

(5

PO

В

Величина асимметрии по площади листьев, % Величина ИЗА5, в долях ПДК для растительности Конфликтное состояние напряженное состояние удовлетворительное состояние условная норма

Рис. 4. Соответствие величины асимметрии по площади листьев значению ИЗА5

Наименьший уровень нарушений стабильности развития растений наблюдается на двух контрольных участках в районе Плодово-ягодной станции, где уровень загрязнения атмосферы минимальный. Данные объекты находятся за чертой города, вдали от предприятий и автомагистралей. Величина коэффициента асимметрии по пяти параметрам листьев и величина асимметрии по их площади на данном объекте не превышает условной нормы (табл. 1). Значения показателей асимметричности листовых пластин у березы повислой, произрастающей в скверах «Ботанический», «Серебряный», «Космонавтов», составляет от 0,5 до 0,6, что соответствует удовлетворительному состоянию качества среды. В скверах «Энтузиастов», у проходной ХМЗ и «Панюковский» состояние напряженное, показатели асимметричности листовых пластин от 0,6 до 0,7. Наибольшее снижение стабильности развития растений отмечено в выборках скверов «Семейный», «Одесский» и им. В.И. Сурикова, где уровень качества среды от 0,7 и выше, что характеризуется как конфликтное состояние. Необходимо отметить, что данная тенденция прослеживается как при сравнении коэффициента асимметрии по пяти признакам, так и при сравнении величины асимметрии по площади половинок листа (табл. 1).

Полученные данные соответствуют показателям стационарных постов наблюдения за качеством атмосферного воздуха. Проведенные исследования позволяют сделать выводы о том, что береза повислая достаточно чутко реагируют на воздействие городской среды, а коэффициенты асимметрии листовых пластин отражают состояние городской среды и условия роста растений. На основании полученных результатов (рис. 1) в соответствии с методикой и данными В.М. Захарова [3, 4] нами разработана шкала оценки состояния среды по значению коэффициента асимметричности по площади листовых пластин (табл. 2).

Таблица 2

Оценка качества среды (по методике авторов)

Значения показателя асимметричности, % Оценка качества среды

До 9 Условная норма

От 9 до 10 Удовлетворительное состояние

От 10 до 11 Напряженное состояние

От 11 до 12 Конфликтное состояние

Более 12 Критическое состояние

Анализ результатов исследований показал, что как по интегральной величине флуктуирующей асимметрии листовых пластин по пяти признакам, так и величине асимметрии по площади половинок листьев, разница между полученными данными в центре сквера и на периферии является статистически недостоверной, так как ^табл. При вероятности р=0,01 и числам степеней свободы у= 98, ^бл =2,63 (табл. 3)

Таблица 3

Оценка достоверности различий величины асимметрии по площади листьев для деревьев березы повислой, произрастающих на периферии и в центре объекта

Расположение на объекте озеленения Величина асимметрии листовых пластин по площади листьев m 1,2

п (кол-во листьев) “X ±m ±а X1-X2

Сквер «Серебрянный»

В центре сквера б0 10,б90 2,011 14,217 - - -

На периферии б0 10,740 1,2б8 8,896 - - -

- - - - -0,1б0 2,396 -0,063

Сквер им. .И. Сурикова

В центре сквера б0 13,370 1,228 8,684 - - -

На периферии б0 13,600 1,066 7,б38 - - -

- - - - -0,230 1,643 -0,140

Сквер «Космонавтов»

В центре сквера б0 10,070 0,767 б,423 - - -

На периферии б0 10,310 0,840 б,939 - - -

- - - - -0,240 1,149 -0,209

Сквер «Панюковский»

В центре сквера б0 10,440 0,900 6,364 - - -

На периферии б0 10,480 1,133 8,014 - - -

- - - - -0,040 1,462 -0,027

Сквер «Энтузиастов»

В центре сквера б0 11,080 0,704 4,97б - - -

На периферии б0 11,390 1,008 7,131 - - -

- - - - -0,310 1,242 -0,2б0

Сквер «Семейный»

В центре сквера б0 11,760 0,934 6,607 - - -

На периферии б0 12,240 1,244 8,798 - - -

- - - - -0,480 1,б72 -0,30б

Заключение. На сегодняшний день при сложившейся архитектурно-планировочной структуре скверов ни плотность зеленых насаждений, расположенных по периферии скверов, ни размеры их площадей не способны изменить уровень воздействия техногенных воздействий, что отражается на состоянии листовых пластин березы повислой.

Исследования стабильности развития березы повислой в условиях городской среды позволяют сделать ряд выводов: выявленная зависимость к снижению стабильности развития берёзы повислой адекватна увеличению уровня антропогенной нагрузки; совмещение коэффициентов асимметрии, рассчитанных различными методами, позволили разработать шкалу оценки качества среды по величине асимметрии площади листовых пластин; полученные результаты позволяют определить уровень загрязнения среды по состоянию асимметрии листовых пластин березы повислой.

Таким образом, анализ состояния древесных растений, произрастающих на объектах озеленения города Красноярска, показал, что сложившаяся экологическая ситуация оказывает значительную дополнительную нагрузку на природный комплекс и обуславливает антропогенную модификацию естественных факторов, характерных для данного региона, что сказывается на изменении свойств отдельных биотических компонентов и качестве среды, которые должны рассматриваться и оцениваться с учетом потребностей всех живых организмов.

Литература

1. Авдеева Е.В. Рост и индикаторная роль древесных растений в урбанизированной среде: монография.

- Красноярск: СибГТУ, 2007. - 382 с.

2. Авдеева Е.В., Вагнер Е.А., Извеков А.А. Динамика формирования урбанизированной среды (на примере г. Красноярска) // Системы, методы, технологии. - Братск, 2012. - № 2. - С. 130-138.

3. Здоровье среды: практика оценки / В.М. Захаров, А.Т. Чубинишвили, С.Г. Дмитриев [и др.]. - М., 2000.

- 320 с.

4. Захаров В.М. Здоровье среды: методика оценки. - М., 2000. - 40 с.