CC BY
70
ОХРАНА ТРУДА. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ. ГЕОЭКОЛОГИЯ
УДК 504.054:574.3:630*176.321.3 А. М. Бердов
БИОИНДИКАЦИОННАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПРИГОРОДНЫХ НАСАЖДЕНИЙ Г. ЛЮДИНОВО ПО ВАРИАЦИИ ФЛУКТУИРУЮЩЕЙ АСИММЕТРИИ ЛИСТЬЕВ БЕРЁЗЫ ПОВИСЛОЙ
В статье рассмотрены итоги биоиндикационной оценки пригородных насаждений г. Людиново. Предложен вариант зонирования территории по величине флуктуирующей асимметрии.
В последнее время большое внимание уделяется поиску информативных, интегральных, недорогих и быстрых способов индикации состояния окружающей среды. Особый интерес вызывают методы морфоструктурной биоиндикации, а в частности приёмы, позволяющие использовать флуктуирующую асимметрию (ФА) билатеральных признаков биологических объектов.
Сложная физиологическая система буферных гомеостатических механизмов регулирует развитие организмов, поддерживая оптимальное протекание процессов развития. Под воздействием неблагоприятных условий эти механизмы могут быть нарушены, что приводит к изменению развития. Морфогенетический подход позволяет оценить стабильность развития по величине показателей флуктуирующей асимметрии как незначительных отклонений от совершенной билатеральной симметрии. Уровень таких отклонений от нормы оказывается минимальным лишь при оптимальных условиях и неспецифично возрастает при стрессовых воздействиях.
Данный подход позволяет использовать для исследований организмы различной таксономической принадлежности [3].
На основе анализа стабильности развития
организована региональная система биологического мониторинга в Калужской области РФ [11]. Для диагностики состояния урбанизированных экосистем чаще используют изучение вариации ФА листьев древесных растений.
Учет всех причин негативного воздействия весьма сложен. Чаще всего рассматриваются антропогенные причины различной этиологии [1, 2, 4, 10].
Нами изучалась ФА листьев берёзы повислой (Betula pendula Roth.). Исследования проводились в насаждениях зелёной зоны г. Людиново Калужской области. На пригородные леса г. Люди-ново действует совокупность неблагоприятных факторов антропогенного происхождения. Наиболее сильными являются воздействия аэрополлютантов от промышленного производства и транспорта [7, 13].
Исследования были проведены по методике В. М. Захарова [3] на территории Людиновского лесничества. Учётные пункты (УП) располагались на разном удалении от источников промышленных выбросов и черты города с учётом ветрового режима малого вегетационного периода. Во избежание влияния абиотических факторов на величину ФА
УП заложены в однородных типах лесорастительных условий (С2.С3), в группе сложных типов леса. Насаждения на УП имели следующие средние таксационные характеристики: возраст - 49.80 лет, полнота - 0,5.0,9 и класс бонитета -1.1а. По состоянию деревьев определялась средневзвешенная категория состояния насаждений (СКС), которая варьировала в диапазоне 1.2,5.
На каждом УП отбирали не менее 100 листьев (по 10 шт. с 10 деревьев). У каждой листовой пластинки выполнялись измерения с левой и правой стороны листа: ширины половинок, длины жилки вто-
рого порядка - второй от основания, расстояния между основаниями первой и второй жилками второго порядка, между концами этих же жилок, угла между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка.
Для каждого признака вычисляли относительные величины асимметрии, затем считали средний показатель асимметрии Мх и ошибку среднего тМх для каждого листа. Оценка ФА популяции берёзы выражалась средней арифметической по всем моделям на учётном пункте (табл. 1).
Табл. 1. Сводная ведомость по обработке данных с УП
Номер учётного пункта Средневзвешенная категория состояния Количество наблюдений Мх ± тмх Вариация признака Сх, % Точность опыта Рх, % Величина признака
тш тах
1 2 3 4 5 6 7 8
1 1,4 118 0,0484 ± 0,0022 49,18 4,53 0,01 0,1071
2 1,2 110 0,0436 ± 0,0016 38,85 3,7 0,0139 0,0834
3 1 106 0,0368 ± 0,0015 42,18 4,1 0,0131 0,0714
4 1,4 112 0,0449 ± 0,0017 40,61 3,84 0,0143 0,0849
5 1,35 102 0,0402 ± 0,0016 39,64 3,92 0,0125 0,0869
6 1,2 122 0,0426 ± 0,002 50,67 4,59 0,0108 0,103
7 1,4 110 0,042 ± 0,0017 41,61 3,97 0,0117 0,0831
8 1,55 124 0,0434 ± 0,0018 47,01 4,22 0,0139 0,0991
9 1,05 112 0,0469 ± 0,0022 48,97 4,63 0,0132 0,1029
10 1,1 132 0,04 ± 0,0016 47,12 4,1 0,0145 0,089
11 1,6 118 0,0381 ± 0,0015 44,12 4,06 0,0072 0,0836
12 1,25 124 0,0429 ± 0,0019 48,75 4,38 0,0093 0,0901
13 2 114 0,0476 ± 0,0022 49,69 4,65 0,0078 0,1045
14 1,3 120 0,0429 ± 0,0019 49,31 4,5 0,0144 0,1023
15 1,6 124 0,0478 ± 0,0025 57,75 5,19 0,0064 0,1212
16 2,5 106 0,0497 ± 0,0023 47,28 4,59 0,0159 0,1171
17 1,1 122 0,0417 ± 0,0018 47,12 4,27 0,0167 0,0974
18 1,3 126 0,0445 ± 0,0021 53,05 4,73 0,0115 0,11
19 1,9 128 0,046 ± 0,0022 53,88 4,76 0,0071 0,1275
20 1,2 114 0,0415 ± 0,002 50,6 4,74 0,0087 0,0909
21 1,35 108 0,0452 ± 0,0022 50,07 4,82 0,0124 0,1017
Окончание табл. 1
1 2 3 4 5 6 7 8
22 2,1 104 0,0469 ± 0,0028 60,67 5,95 0,0088 0,1256
23 2 102 0,0467 ± 0,002 43,14 4,27 0,0128 0,0952
24 1,05 108 0,0415 ± 0,0019 48,8 4,7 0,0116 0,0882
25 1,25 108 0,0448 ± 0,0025 57,72 5,55 0,0088 0,1196
26 1,25 112 0,0467 ± 0,0023 51,25 4,84 0,0039 0,1084
27 1 118 0,0389 ± 0,0016 43,56 4,01 0,0116 0,0864
28 1,25 112 0,041 ± 0,0015 39,85 3,77 0,0175 0,0909
29 1,1 102 0,0409 ± 0,0017 42,83 4,24 0,0108 0,0851
30 1,05 116 0,04 ± 0,0016 42,94 3,99 0,0089 0,0813
31 1,15 112 0,0448 ± 0,002 48,2 4,55 0,0112 0,1156
32 1,7 114 0,0486 ± 0,0024 53,54 5,01 0,009 0,1265
33 1,4 108 0,0474 ± 0,0022 48,26 4,64 0,0115 0,1055
34 2,4 112 0,0493 ± 0,0025 54,08 5,11 0,009 0,1154
35 1,2 108 0,0424 ± 0,0021 52,01 5 0,0114 0,1025
36 1,5 116 0,0443 ± 0,002 48,22 4,48 0,008 0,1061
37 1,2 118 0,0417 ± 0,0022 56,49 5,2 0,0122 0,1094
38 2,1 104 0,0488 ± 0,002 41,31 4,05 0,0156 0,0948
39 1,35 104 0,0426 ± 0,0021 49,16 4,82 0,0107 0,1066
40 1,05 108 0,0417 ± 0,002 49,37 4,75 0,0125 0,095
41 1,9 128 0,0469 ± 0,0021 50,35 4,45 0,0098 0,1076
42 1 118 0,0395 ± 0,0017 46,64 4,29 0,0076 0,0769
Обработка данных выполнялась на компьютере с использованием специализированных программ с точностью измерения линейных параметров листа, зависящей от разрешения сканера (0,123 ± 0,0030) мм [6].
Результаты оценивали по пятибалльной шкале отклонений состояния организма от условной нормы [3].
В результате анализа данных выявлена взаимосвязь величины ФА с СКС насаждения (рис. 1).
Коэффициент корреляции между величиной показателя стабильности развития березы повислой и величиной СКС составляет: г = 0,712 ± 0,1110. В связи с малым объёмом выборки достоверность полученных данных дополнительно проверялась с
использованием преобразованного коэффициента корреляции. Достоверность величины преобразованного коэффициента корреляции ^ = 5,56 (^да^ % = 3,55) позволяет подтвердить ранее сделанный вывод о наличии связи между изучаемыми признаками.
Из уравнения табл. 1 следует, что с увеличением средней величины ФА по выборке коэффициент вариации возрастает, что, по всей видимости, связано с различной толерантностью к негативным воздействиям разных форм вида по типу коры. Так, у берёзы повислой принято выделять шесть форм, каждая из которых имеет свои пределы выносливости к действию различных экологиче-
ских факторов [9].
Чувствительность растений к загрязнению атмосферы количественно и качественно отличается от чувствительности человека (они являются более чувствительными). ВНИИЛМом, с учётом чувствительности растений, разработана систе-
ма экологических нормативов (ПДК -лес), позволяющая контролировать уровень допустимого воздействия на разные структурные элементы лесных экосистем, а также на экосистему в целом
[5].
Средневзвешенная категория состояния
Рис. 1. Взаимосвязь величины ФА берёзы с СКС
Концентрация основных загрязнителей в районе исследования составляет: по NO2 - 0,05.0,6 максимально разовой ПДК; по SO2 - 0,04.0,3 максимально разовой ПДК; по взвешенным веществам -0,03.0,3 максимально разовой ПДК [7]. Максимальное превышение среднесуточных значений показателя ПДК - лес (для хвойных пород) в районе работ составляет: по SO2 - 5 раз; по NO2 - 2,5 раза.
Анализируя имеющиеся данные, можно сказать, что при постоянном воздействии приведенных выше концентраций основных загрязняющих веществ в зоне максимального осаждения аэропол-лютантов (5.20 высот труб) [12] насаждения испытывают значительное угнетение от воздействия промышленных выбросов. В эту зону целиком или частично входят насаждения следующих кварталов: 95.103, 107..109, 115 [7, 8].
С применением ГИС-технологий в программной среде Surfer 8 было проведено зонирование территории обследования по величине ФА с использованием пред-
ложенной в методике [3] шкалы. Зонирование производилось при помощи метода кригинга. По ФА выделено три зоны (рис. 2).
Зона максимального осаждения аэрополлютантов от основных загрязнителей в большей степени соответствует зоне умеренного уровня негативного изменения экологической среды, которая была выделена при зонировании территории по ФА. Зона умеренного негативного изменения экологической среды, расположенная в кв. 16, по всей видимости связана с негативным действием передвижных источников выбросов и обусловлена близостью автодороги областного значения 1Р68 Брянск -Киров с интенсивным движением. Расположение подобной зоны в кв. 110 и частично в кв. 121, 122 скорее всего связано с особенностями рельефа и движения приземных воздушных масс.
Различие между зонами, выделенными по величине ФА, достоверно на 99,9 % уровню значимости. Значения
параметров 1 по выделенным зонам составляют: I и II 1ф = 5,38 (^да^ % = 3,85); II и III 1ф = 11,31 (^да^ % = 3,58), что позволяет говорить о правомочности выделения зон.
Чётко коррелированной связи ФА с расстоянием до источников выбросов не выявлено, что, видимо, связано с действи-
ем дополнительных неучтенных факторов: рекреационной нагрузкой, воздействием передвижных источников выбросов, аддитивным и синергичным действием негативных факторов, особенностями рельефа местности.
- граница г. Людиново Рис. 2. Зонирование лесов пригородной территории г. Людиново по величине ФА
В среднем по району исследования показатель ФА равен 0,044 ± 0,0003 Омх = 138,05), что соответствует второму баллу шкалы [3]. Это означает, что в целом обследованные пригородные насаждения испытывают слабое влияние неблагоприятных факторов. Другие статистики для большой выборочной совокупности соответственно равны: Сх = 50,1 ± 0,58 %; 1е = 86,91; Рх = 0,7 2%.
Общее распределение величины флуктуирующей асимметрии как явления, характерного для района исследования
(4784 наблюдения на УП 1.42 (рис. 3)) , лучше всего описывается уравнением кривой Гамма. Различия теоретических и наблюдаемых частот по критерию Колмогорова-Смирнова недостоверны (значение р = 0,1188).
Функция распределения вероятностей для кривой Гамма выражается формулой
/ (х) =
1
ваГа
ха 1 ехр<^
— \ х > 0. (2)
.Р)\
Класс
I экспериментальные данные; —о— выравнивающие частоты
Рис. 3. Вариационный ряд величины ФА (УП 1.. .42)
Кривая характеризуется положительной достоверной асимметрией (А = 0,874 ± 0,0354; = 24,67) и эксцес-
сом (Е = 0,586±0,0708; 1е = 8,27).
В результате проделанной нами работы установлена достоверная прямая корреляция флуктуирующей асимметрии со средневзвешенной категорией санитарного состояния насаждения. На основании данных по флуктуирующей асимметрии произведено зонирование территории пригородных насаждений г. Людиново по степени негативного воздействия. Выяв-
лено ухудшение состояния обследуемых насаждений по градиенту усиления негативного воздействия городских промышленных и транспортных эмиссий в атмосфере.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ветчинникова, Т. Ю. Морфометрия листовой пластинки как показатель загрязнения окружающей среды / Т. Ю. Ветчинникова // Проблемы лесоведения и лесоводства : сб. науч. тр. ИЛ НАН Беларуси. - Гомель : ИЛ НАН Беларуси, 2005. - Вып. 63. - С. 194-196.
2. Глазун, И. Н. Стабильность развития семенного потомства берёзы повислой в зоне отчуждения ЧАЭС на территории Брянской области / И. Н. Глазун, С. И. Марченко, И. А. Шепель // Проблемы лесоведения и лесоводства : сб. науч. тр. ИЛ НАН Беларуси. - Гомель : ИЛ НАН Беларуси, 2007. - Вып. 67. - С. 582-585.
3. Захаров, В. М. Здоровье среды: методика оценки / В. М. Захаров, А. С. Баранов, В. И. Борисов. - М. : Центр экологической политики России, 2000. - 68 с.
4. Кряжева, Н. Г. Анализ стабильности развития березы повислой в условиях химического загрязнения / Н. Г. Кряжева, Е. К. Чистякова, В. М. Захаров // Экология. - 1996. - № 6. - С. 441-444.
5. Мартынюк, А. А. Воздействие выбросов промышленных предприятий на леса и его экологическое нормирование / А. А. Мартынюк, В. Ще-паченко. - М., 1996. - 42 с.
6. Марченко, С. И. Эстетика и оптимизация природопользования : метод. указания по НИИРС для студентов лесохозяйственных специальностей очного и заочного обучения / С. И. Марченко. -Брянск, 2005. - 15 с.
7. Проект нормативов предельно допустимых выбросов (Сводный том ПДВ) г. Людиново / Под ред. В. Н. Герасимова. - Людиново : Филиал ЦЛАТИ по Калужской области, 2007. - 87 с.
8. Проект организации и ведения лесного хозяйства Людиновского лесхоза Калужской об-
ласти / Западное лесоустроительное предприятие. - Брянск, 2004.
9. Сидоров, В. А. Формовое разнообразие берёзовых насаждений Брянской области и по-ражённость их бактериальной водянкой / В. А. Сидоров // Проблемы лесоведения и лесоводства : сб. науч. тр. ИЛ НАН Беларуси. - Гомель : ИЛ НАН Беларуси, 2007. - Вып. 67. - С. 608-609.
10. Солдатова, В. Ю. Флуктуирующая асимметрия берёзы плосколистной (ВеШ1а р1а1у-рЬоИа 8икас7.) как критерий качества городской среды и территорий, подверженных антропогенному воздействию [Электронный ресурс] : на примере Якутии : дис. ... канд. биол. наук / В. Ю. Солдатова - Якутск : РГБ, 2007 (Из фондов Российской Государственной Библиотеки).
11. Стрельцов, А. Б. Региональная система биологического мониторинга на основе анализа стабильности развития / А. Б. Стрельцов, В. М. Захаров // Использование и охрана природных ресурсов в России. - 2003. - № 4-5.
12. Загрязнение воздуха и жизнь растений / Под ред. М. Трешоу. - Л. : Гидрометиздат, 1988. - 536 с.
13. Доклад об использовании природных (минерально-сырьевых, водных, лесных) ресурсов и состоянии окружающей природной среды на территории Калужской области в 2005 г. / Под ред. О. О. Разумовского. - Калуга, 2006. -296 с.
Брянская государственная инженерно-технологическая академия
Материал поступил 21.12.2008
A. M. Berdov
Bioindicative rating of green zone plantation of ludinovo town using fluctuating asymmetry of weeping birch
The results of bioindicative rating of suburb plantations of Ludinovo town are considered in the paper. The version of territory zoning using the fluctuating asymmetry value is given.
