CC BY
25
УДК 58.02:574.38:574.21
Д.И. Башмаков
Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва,
dimabashmakov@yandex. ru
МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИНДЕКСЫ ЛИСТЬЕВ BETULA PENDULA ROTH. КАК ИНДИКАТОРЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ
МЕТАЛЛАМИ
Выполнено сравнение отклика локальных популяций березы повислой (Betula pendula) на факторы среды по двум морфометрическим индексам: флуктуирующей асимметрии (ФА) и ксероморфизма (ИК) листьев. Показано, что изменения значений исследованных индексов практически не зависят от концентрации тяжелых металлов (ТМ) в тканях листа и существенно обусловлены действием экзогенных факторов. Особенно сильна зависимость ФА и ИК от уровня суммарного загрязнения почв ТМ, в частности свинцом и цинком. Биоиндикационная карта г. Саранска и его окрестностей свидетельствует, что 75% исследованной территории принадлежит к третьей категории качества среды - с ощутимым антропогенным прессом на растения. Неблагоприятное воздействие факторов среды заметно снижено в крупных зеленых зонах (~18% территории). Зоны сильного воздействия (четвертая категория качества среды) занимают менее 6% исследованной территории. Обнаружено 3 площадки с условно нормальным и одна площадка с крайне неблагоприятным уровнем качества среды.
Ключевые слова: Betula pendula Roth.; биоиндикация; индекс ксероморфизма; флуктуирующая асимметрия; тяжелые металлы.
DOI: https://doi.Org/10.24852/2411-7374.2022.4.28.35
Введение
Растения являются удобным объектом биоиндикации, поскольку привязаны к локальной территории и в течение всей жизни подвержены комплексному влиянию факторов среды. Сочетание неблагоприятных воздействий на экосистему наиболее четко отражается на внешнем облике растений (Неверова, 2009). Листья мезофиль-ных растений, находящиеся в наиболее активном контакте со средой, отличаются значительной морфологической пластичностью и способны реагировать на воздействия большого числа природных и антропогенных факторов (Гусев, 2021; Сауткин, Рогова, 2022).
Береза повислая (Betulapendula Roth.) рекомендована в качестве модельного объекта для оценки качества среды (Методические рекомендации..., 2003). В ряде работ выявлено нарушение стабильности развития березы вследствие комплексных антропогенных и природных воздействий (Хик-матуллина, 2013; Опекунова, Башарин, 2014), при радиационном воздействии и облучении электромагнитными волнами радиодиапазона (Большаков и др., 1999; Гелашвили, 2001), а также химическом загрязнении среды (Гелашвили, 2001; Гилева, Но-хрин, 2001).
Многие деревья способны выживать, произрастая на почве с экстремально высоким поли-
металлическим загрязнением (Pulford et al., 2002; Keller, 2006; Салтан и др., 2015). У популяций березы и ивы была обнаружена толерантность к цинку и свинцу (Denny, Wilkins, 1987; Vangronsveld et al., 2000). Л. Элтроп (Eltrop et al., 1991) обнаружил локальную популяцию березы повислой, сформировавшуюся на почве с валовой концентрацией Pb 29000 мг/кг (экстрагируемая концентрация Pb при этом достигала 7000 мг/кг). Имеются факты, что прижившиеся посадки оставались здоровыми после промышленных выпадений, повысивших валовые концентрации Cd и Cu в почве до уровня выше 100 мг/кг и 10000 мг/кг, соответственно (Dickinson et al., 1996).
В данной работе исследовано влияние комплексной антропогенной нагрузки на варьирование двух биоиндикационных показателей: 1) общепринятого - величины флуктуирующей асимметрии листьев (ФА); 2) разработанного автором - индекса ксероморфизма листьев (ИК). Особый акцент был сделан на выявление чувствительности отклика морфометрических индексов к внешнему (в почвах) и внутреннему (в листьях) загрязнению тяжелыми металлами (ТМ) в целях выяснения их индикационной ценности в отношении «металлического пресса» на урболандшафты в условиях средней полосы России.
28
российский журнал иной экологии
Материалы и методы исследования
Район исследований. Исследования проводили на территории г Саранска (54°11' с.ш., 45°11' в.д.) и его окрестностей (Республика Мордовия) на общей площади ~250 км2 (рис. 1). Антропогенное загрязнение в городе обусловлено выбросами транспорта, предприятий свето- и электротехнической, приборо-, станко- и машиностроительной, химической, медицинской, лесной, деревообрабатывающей и легкой промышленности и производства стройматериалов, которые способствуют формированию в пределах исследованной территории слабоконтрастных зон с полиэлементным загрязнением, а также ядер с высокой степенью суммарного загрязнения почв ТМ (Буренков и др., 1993). Ведущими ТМ - загрязнителями почв г Саранска являются РЬ и Си. Имеются сведения о естественных геохимических аномалиях и М, повышенным содержанием которых характеризуются почвы легкого гранулометрического состава (Башмаков, Лукаткин, 2009).
Отбор и анализ проб. В различных по степени антропогенной нагрузки биотопах было заложено 45 пробных площадок (рис. 1) и отобраны пробы почв верхних горизонтов с глубины 0-10 см. Концентрации ТМ (РЬ, Си, № и 2п) в почвах определяли в соответствии с М 02-902-125-2005. Степень загрязнения ТМ оценивали относительно фона, в качестве которого приняты их концентрации в почвах Национального парка «Смольный», по величине суммарного показателя загрязнения Хс (Сает и др., 1990).
На каждой площадке регистрировали природные и антропогенные характеристики биотопов: элементарного ландшафта, крутизна и экспозиция склона; тип, подтип и гранулометрический состав почв; рН водной вытяжки почв (потенци-ометрически); тип посадок (естественные или искусственные насаждения). Функциональную принадлежность территории определяли в соответствии с правилами землепользования и застройки г. Саранска, интенсивность движения ав-
Ф
НП «Смольный» (75 км к северу / от границы города) '
£
условные обозначения
- границы города ф - номера пробных площадок
тотранспорта - по ОДМ 218.2.032-2013.
На тех же площадках в середине вегетационного сезона в соответствии с методическими указаниями (Ревич и др., 1982; Методические рекомендации..., 2003) были отобраны листья березы повислой. Объединенная проба включала материал с 10 неповрежденных деревьев (по 10 листьев с каждого дерева). Содержание ТМ (Pb, Cu, Ni и Zn) в растительных пробах определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 30692-2000.
Биоиндикационные морфометрические индексы. Листья сканировали с разрешением 600 dpi для последующего измерения необходимых параметров в программе ScreenGet v. 1.0 с точностью до 0.1 мм и 1'. Для определения ИК листьев измеряли длину листовой пластинки (l) и ее ширину (w) перпендикулярно главной жилке в положении наибольшей ширины листа. Величину ИК рассчитывали по каждому листу (n) и дереву (m) на пробных площадках по формуле:
нк = ■
-YLh
I ¿—1 ¿—11
п Хт^—1 ¿—I и/,
;=1>=1 1
Для расчета величины ФА листовые пластинки измеряли по общепринятой схеме (Методические ..., 2003). Величину флуктуирующей асимметрии вычисляли по формуле нормированной разности с последующим усреднением по каждому листу (п) и дереву (т) на пробных площадках (Ерофеева, 2017):
_
ФА =
1 ут Yn Zi£=lZj/ = l^
nXm
Рис. 1. Схема расположения пробных площадок Fig. 1. Layout of test sites
(%+%)
где L и R - результаты измерений j-го признака i-го листа слева и справа, соответственно.
Качество среды жизни оценивали по пятибалльной шкале, модифицированной Д.Б. Гелашви-ли и И.В. Мокровым (1999) для березы повислой (табл. 1).
Построение и работа с картами. Тематические карты построены в программе Surfer v.12. на основе интерполяции значений аналитических или расчетных данных по методу кригинга. Площади, соответствующие тому или иному ареалу, определены в программе Scion Image for Windows v.4.0.2 с погрешностью, учитывающей неравномерность распределения пробных площадок по территории, до 5.4%.
Статистическая обработка результатов. Анализы на содержание ТМ в почвах и растениях проведены в трех повторностях. Выбраковку сомнительных данных проводили посредством статистической проверки по величине нормированного отклонения (т-критерию). Дескриптивный анализ полученных данных проводили в программе MS Excel. Кластерный анализ проводили в програм-
Таблица 1. Шкала балльной оценки качества среды по величине ФА листьев березы повислой (Гелашвили, Мокров, 1999) Table 1. Scale of a point assessment of the environment quality by the magnitude of the Betula pendula leaves fluctuating asymmetry (Gelashvili, Mokrov, 1999)
ме Statistica v.10. Вклад факторов местообитания в варьировании значений ФА и ИК оценивали по величине эмпирического коэффициента детерминации (п2), рассчитанного по результатам процедуры однофакторного дисперсионного анализа в программе MS Excel (Tabachnick, Fidell, 2012).
Результаты и их обсуждение
Краткая характеристика исследованных биотопов. Пробные площадки располагались в условиях элювиальных, трансэлювиальных и су-пераквальных ландшафтов на супесчаных, реже - на суглинистых почвах (черноземы выщелоченные и оподзоленные, темно-серые и серые лесные, аллювиальные почвы и урбаноземы), которые отличались широкими вариациями значений рН среды - от 5.9 до 8.9.
Степень антропогенной нагрузки на исследованную территорию зависела от типа функциональной зоны (загородная и пригородная (сельскохозяйственная и рекреационная) зоны, селитебные зоны (с мало- и многоэтажной застройкой), транспортно-складские и промышленные зоны) и интенсивности движения автотранспорта. Последняя варьировала от биотопов с полным отсутствием автомобильного движения до площадок, расположенных в непосредственной близости от магистралей с оживленным движением (более 700 автомобилей в час).
Коэффициенты концентрации ТМ в почвах относительно регионального фона составили: Pb 1.1-14.8, Cu 1.1-14.8, Ni 3.6-7.5, Zn 7.8-70.3, а суммарное загрязнение почв, оцениваемое по ве-
личине Z , варьировало от 4.3 до 59.9.
Концентрации ТМ в листьях Betulapendula изменялись в следующих пределах: Zn 11-350 мг/ кг, Pb 0.6-232 мг/кг, Cu 0.7-27 мг/кг, Ni 0.2-7.5 мг/кг.
Флуктуирующая асимметрия листьев. Полагают, что данная форма асимметрии отображает степень нарушения «морфогенетического гомео-стаза» и относительную неэффективность систем контроля процессов развития организма в условиях необычной нагрузки на среду (Гелашвили, Мокров, 1999; Захаров и др., 2001; Хикматуллина, 2013). Доказано, что сильные антропогенные воздействия различного характера вызывают ненаправленные различия между правой и левой сторонами тех или иных морфологических структур, в норме обладающих билатеральной симметрией, которые усиливаются при неблагоприятном воздействии (Захаров и др., 2001).
На исследованной территории величина ФА листьев березы изменялась от 0.031±0.002 (в северо-западном пригороде Саранска) до 0.066±0.002 (у деревьев, произрастающих в районе старых иловых площадок городских очистных сооружений). Классификация стаций по величине ФА при помощи процедуры кластерного анализа не дала однозначных результатов, поскольку в один и тот же кластер нередко попадали заведомо загрязненные и относительно чистые местообитания. В близких кластерах находились площадки, расположенные недалеко друг от друга (территориальный признак), а также со сходной антропогенной нагрузкой (транспортная зона, промышленные площадки, склады, пригородные леса, спальные районы и т. п.).
Картирование исследованной территории по значениям ФА показало, что преобладающая ее часть (23 пробных площадки) принадлежит к третьей категории качества среды с ощутимым антропогенным прессом на растения (рис. 2). Этот ареал охватывал центр города, основные транспортные магистрали, северную и южную промзо-ны и примыкающие к ним складские зоны, значительную часть северо-западного района с многоэтажной застройкой, частный сектор юго-западного и заречного районов, а также рекреационные зоны, расположенные в городской черте.
Неблагоприятное воздействие факторов среды заметно снижено на площадках с I и II уровнем качества среды (площадки 12 и 3, соответственно), расположенных в крупных пригородных лесных массивах, ботаническом саду, юго-западном и части юго-восточного спального района, а также в северо-западном и юго-западном направлении от городской черты. Преобладающие направления
Балл Score Величина показателя ФА The fluctuating asymmetry value Характеристика качества окружающей среды Characteristic of the environment quality
I <0.037 Условная норма
II 0.0380.046 Растения испытывают слабое влияние неблагоприятных факторов
III 0.0470.055 Загрязненные районы
IV 0.0560.064 Сильно загрязненные районы
V >0.064 Критическое значение, крайне неблагоприятные условия, растения находятся в сильно угнетенном состоянии
3!
российский журннл мм экологии
Рис. 2. Качество окружающей среды в г. Саранске по величине ФА листьев березы повислой и площади, соответствующие различным категориям качества среды (по пятибалльной шкапе) Fig. 2. The environment quality in Saransk estimated on the fluctuating asymmetry of Betula pendula leaves and the areas of environmental quality categories (on the five-point scale)
ветров препятствуют распространению на эти территории промышленных выбросов. Площадки с самым неблагоприятным и экстремальным воздействием (шесть площадок с IV и одна - с V уровнем качества среды) локализованы вокруг центральной и северной промзон, аэропорта и иловых площадок очистных сооружений (рис. 2).
Индекс ксероморфизма листьев. У двудольных растений форма и размеры листовой пластинки во многом зависят от деления клеток меристем, расположенных по краю зачаточного или молодого листа (Юрин, Дитченко, 2009). Инги-бирование активности маргинальных меристем стрессовыми факторами среды может вызвать закономерное увеличение значений ИК у двудольных, и уменьшение - у однодольных растений с повышением силы негативной нагрузки в онтогенезе.
В г. Саранске и его окрестностях значения ИК листьев берёзы в большинстве биотопов различались несущественно: от 1.12±0.02 у деревьев в рекреационной зоне до 1.44±0.08 - в центральной промышленной зоне. Классификация местообитаний по величине ИК позволила объединить биотопы: при кластеризации методом невзвешенных попарных средних, «соседями» по группе, как правило, оказывались близко расположенные в пространстве площадки или площадки, связанные одной автомагистралью; метод Варда часто объединял кластеры не только по географическому принципу, но и по типу действия факторов. Однако, как и при исследовании ФА, в один кластер могли попасть совершенно разные биотопы, например, северная промзона и ботанический сад, или центральная промзона и лесопарковая зона.
Максимальные значения ИК листьев зафик-
сированы у деревьев, произрастающих в спальных районах города, в густонаселенном частном секторе, в промышленных и складских зонах (рис. 3). Величина индекса плавно снижалась по мере приближения площадок к пригородным лесам и в ряде зеленых зон в границах города. Не установлено ожидаемой связи снижения значений ИК с возрастанием влажности среды в пойме р. Инсар или более мелких водотоков, равно как и повышение ИК не было однозначно приурочено к сухим южным склонам.
Вклад факторов биотопа в варьирование величины биоиндикационных индексов листьев берёзы повислой. Для расчета вклада экзогенных и эндогенных факторов в варьирование значений биоиндикационных показателей применяли метод Л№ОУЛ с последующим мета-анализом данных (табл. 2). Чем выше значение п2, тем с большей вероятностью тот или иной фактор детерминирует варьирование морфометрического индекса. За императивные принимали только те факторы, для которыхр не превышало 0.05.
Мета-анализ данных показал, что в условиях г. Саранска природные факторы практически не влияют на варьирование значений ФА листьев березы. Существенный вклад в варьирование ФА вносят тип почвы и ее рН. С еще большей вероятностью на величину ФА влияют антропогенные факторы - интенсивность движения автотранспорта и степень загрязнения почв свинцом, цинком и никелем. Однако с наибольшей силой
Условные обозначения
Граница г. Саранска
м 4000 2000
bditJ i LlI iLJitd
Рис. 3. Распределение значении ИК по территории г. Саранска и его окрестностей Fig. 3. Distribution of xeromorphism index values on the territory of Saransk and its surroundings
Таблица 2. Размер эффектов влияния факторов биотопа на величину биоиндикационных индексов листьев берёзы повислой, оцененный по ц2 Table 2. The size of the biotope factors effects on the value of Betula pendula leaves bioindication indexes estimated by n2
Факторы биотопа Biotope factors Морфометрические индексы Morphometric indices
ФА Fluctuating asymmetry ИК Xeromorphism index
И й Группа элементарного ландшафта Elemental landscape group 0.003 0.019
° 3 & ^ я Z; Экспозиция склона Slope exposure 0.014 0.046
С Крутизна склона Slope steepness 0.028 0.050
2 о gl Тип почвы Soil type 0.058 0.065
2 о § S pH почвы Soil pH 0.085 0.124
2 и И й trt -73 Тип посадок Vegetation type 0.000058 0.033
s о я с <U <и fe ад ° S И й Zn 0.130 0.072
£ К $ и я й С £ ш с о Ni 0.039 0,004
я Л к 15 ° В & Pb 0.142 0,017
<и и с щ ^ 13 м U о в о И ° " VI а го Cu 0.006 0,008
Total (Zc) 0.282* 0.090
2 N Тип функциональной зоны Type of functional area 0.095 0.149*
Интенсивность движения автотранспорта Traffic intensity 0.109 0.071
S g H -я at Zn 0.032 0.011
3 5 и О щ С ö а Я •- 5 S s 5 x ti и § Ъ 13 8 § Ni 0.011 0.000001
о о ч -О и с rn w & з И о « о О О - S - u ■ S в 3 о U £ s Pb 0.013 0.006
w га Cu 0.001 0.046
* Максимальная величина |2 - фактор, с наибольшей вероятностью обуславливающий варьирование значений ФА и ИК. Жирный шрифт - императивные факторы, вносящие существенный вклад в варьирование величин ФА и ИК.
* The maximum value of |2 - the most likely factor to cause variation in the values of fluctuating asymmetry or IX. Bold font - imperative factors that make a significant contribution to the variation of fluctuating asymmetry or IX values.
значения ФА в условиях г. Саранска были детерминированы величиной суммарного загрязнения почв ТМ.
На варьирование значений ИК природные факторы также оказывали влияние с меньшей вероятностью по сравнению с антропогенными. Среди антропогенных факторов ключевыми были (в порядке увеличения вероятности влияния): интенсивность движения автотранспорта, рН почв, степень загрязнения почв ТМ и тип функционального зонирования территории.
Сопряжение показателей ФА листьев и степе-
ни загрязнения почв ТМ наглядно видно при 3D-изображении (рис. 4): значения ФА повторяют все пики и депрессии величины суммарного загрязнения почв ТМ.
Ранее установлено, что в условиях северной тайги показатель ФА листьев Betula pubescens возрастает с увеличением суммарного показателя загрязнения почв, зольности и содержания в листьях Fe, Cu, Zn, Pb, Ni и Cr (Опекунова, Баша-рин, 2014). При этом четкой связи между показателем стабильности развития берёзы по флуктуирующей асимметрии и накоплением в листьях ТМ не наблюдалось. Это позволило авторам сделать вывод, что метод определения ФА может быть использован для диагностики техногенной трансформации ландшафтов только в комплексе с определением химического состава почв и биомассы растений и при исследовании с достаточного количества эталонных площадей.
Настоящее исследование так же подтвердило отсутствие влияния эндогенных концентраций ТМ в листьях на варьирование значений ФА и ИК в различных по степени загрязнения биотопах. К тому же, учитывая величину р, ни одно из эндогенных загрязнений не может быть признано императивным фактором. Вероятным объяснением открытому эффекту является влияние транслоцированных в надземные органы ТМ на меристемы зачаточных и развивающихся листьев. По литературным данным, большая часть ТМ оседает на листьях березы с пылью из воздуха (Дюков, 2004; Титов и др., 2011). В течении жизни листа они способны разными способами проникать в ткани, однако уже не могут существенно повлиять на величину морфометриче-ских индексов полностью развитых листьев. Таким образом, существенная зависимость варьирования значений исследованных морфоме-трических индексов от степени загрязнения почв ТМ может быть весьма ценным при проведении биоиндикационных исследований с использованием ФА и ИК листьев берёзы повислой в условиях средней полосы России.
Выводы
1. Величина флуктуирующей асимметрии и индекса ксероморфизма листьев березы повислой Betula pendula практически не зависит от количе-
32
российский журнал ним экологии
;
Рис. 4. Величина ФА листьев березы (слева) и суммарный показатель загрязнения ТМпочв г. Саранска Zc (справа) Fig. 4. The magnitude of the fluctuating asymmetry of birch leaves
(left) and total indicator of soil pollution (ZJ with heavy metals in Saransk (right)
ства накопленных в них ТМ.
2. Варьирование биоиндикационных показателей локальных популяций Betula pendula детерминировано суммарным уровнем загрязнения почв ТМ и в наибольшей степени сопряжено с изменениями концентраций в почвах свинца и цинка.
Список литературы
1. Башмаков Д.И., Лукаткин А.С. Эколого-физиоло-гические аспекты аккумуляции и распределения тяжелых металлов у высших растений. Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 2009. 236 с.
2. Большаков A.M., Крутько В.Н., Пуцилло Е.В. Оценка и управление рисками влияния окружающей среды на здоровье населения. М., 1999. 256 с.
3. Буренков Э. К., Янин Е.П., Кижапкин С.А., Кашина Л.И., Тростина В.И., Чардина Ю.Я., Бурлакова Т.И., Душани-на Л.В., Динерман А.А., Краснов Г.Ю., Беляков Ю.В., Величко Р.М., Агеносов Л.М. Эколого-геохимическая оценка состояния окружающей среды г. Саранска. М.: ИМГРЭ, 1993. 115 с.
4. Гелашвили Д.Б. Методологические и методические аспекты мониторинга здоровья среды государственного природного заповедника «Керженский» // Труды ГПЗ «Керженский». Нижний Новгород, 2001. Т. 1. С. 287-324.
5. Гелашвили Д.Б., Мокров И.В. Некоторые статистические закономерности стабильности развития березы повислой (Betulapendula Roth.) на заповедной и урбанизированной территориях // Геоботаника XXI века / Материалы Всероссийской научной конференции. Воронеж: Изд-во Воронежского государственного университета, 1999. С. 136-138.
6. Гилева Э.А., Нохрин Д.Ю. Флуктуирующая асимметрия краниометрических признаков у восточноевропейской полевки из зоны радиационного неблагополучия // Экология. 2001. №1. С. 44-49.
7. ГОСТ 30692-2000. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Атомно-абсорбционный метод определения содержания меди, свинца, цинка и кадмия.
8. Гусев А.П. Фитоиндикационная оценка современных ландшафтно-экологических тенденций в геосистемах локального уровня // Российский журнал прикладной экологии. 2021. №3. С. 4-10. DOI: 10.24852/2411-7374.2021.3.4.10.
9. Дюков В.В. Интегральная оценка качества окружающей среды промышленного центра по состоянию древес-но-кустарниковых сообществ и лишайников: Автореф. дис. ... канд. геогр. наук. М., 2004. 24 с.
10. Ерофеева Е.А. Гормезис и парадоксальные эффекты у растений в условиях автотранспортного загрязнения и при действии поллютантов в эксперименте: Автореф. дис. ... докт. биол. наук. Нижний Новгород, 2017. 46 с.
11. Захаров В.М., Жданова Н.П., Кирик Е.Ф., Шкиль Ф.Н. Онтогенез и популяция: оценка стабильности развития в природных популяциях // Онтогенез. 2001. Т. 32, №6. С. 404-421.
12. Исаченко А.Г. Ландшафтоведе-ние и физико-географическое районирование. М.: Высшая школа, 1991. 366 с.
13. М 02-902-125-2005. Методика количественного химического анализа. Определение As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Sn, Zn (кислоторастворимые формы) в почвах и донных отложениях атомно-аб-сорбционным методом.
14. Методические рекомендации по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ (оценка стабильности развития живых организмов по уровню асимметрии морфологических структур). М., 2003. 25 с.
15. Неверова O. A. Применение фитоиндикации в оценке загрязнения окружающей среды // Биосфера. 2009. Т. 1, №1. С. 82-92.
16. ОДМ 218.2.032-2013. Методические рекомендации по учету движения транспортных средств на автомобильных дорогах.
17. Опекунова М.Г., Башарин Р. А. Применение флуктуирующей асимметрии листьев березы (Betula pubescens Ehrh.) для оценки загрязнения окружающей среды в районе Костомукши // Вестник СПбГУ Сер. 7. 2014. Вып. 3. С. 58-70.
18. Ревич В.А., Сает Ю.Е., Смирнова Р.С., Сорокина Е.П. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территории города химическими элементами. М.: ИМГРЭ, 1982. 112 с.
19. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П., Смирнова Р.С., Башаркевич И.Л., Онищенко Т.Л., Павлова Л.Н., Трефилова Н.Я., Ачкасов А.И., Саркисян С.Ш. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990. 335 с.
20. Салтан Н.В., Гонтарь О.Б., Святковская Е.А., Шла-пак Е.П. Оценка накопления тяжелых металлов древесными интродуцентами в различных условиях урбосреды Кольского севера // Российский журнал прикладной экологии. 2015. №3. С. 36-41.
21. Сауткин И.С., Рогова Т.В. Вариабельность функциональных признаков листьев некоторых видов луговых растений // Российский журнал прикладной экологии. 2022. №1. С. 4-14. DOI: https://doi.org/10.24852/2411-7374.2022.1.4.14.
22. Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М. Физиологические основы устойчивости растений к тяжелым металлам. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2011. 78 с.
23. Хикматуллина Г.Р. Сравнение морфологических признаков листа Betula pendula в условиях урбаносреды // Вестник Удмуртского университета. Сер. Биология. Науки о Земле. 2013. Вып. 2. С. 48-56.
24. Юрин В.М., Дитченко Т.И. Физиология роста и развития растений. Минск: Белорусский государственный университет, 2009. 104 с.
25. Denny H.J., Wilkins D.A. Zinc tolerance in Betula species. I: Effect of external concentration of zinc on growth and uptake // New phytology. 1987. V 106. P. 517-524.
26. Dickinson N.M., Watmough S.A., Turner A.P. Ecological impact of 100 years of metal processing at Prescot, Northwest England // Environmental reviews. 1996. №4. P. 8-24.
27. Eltrop L., Brown G., Joachim O., Brinkmann K. Lead tolerance of Betula and Salix in the mining area of Mechernich/ Germany // Plant and soil. 1991. V. 131. P. 275-285.
28. Keller C. Efficiency and limitations of phytoextraction by high biomass plants: the example of willows // Trace elements in the environment: biogeochemistry, biotechnology, and biore-mediation. Boca Raton, London, New York: CRC Press, Taylor & Fransis Group, 2006. Chap. 30. P. 611-630.
29. Pulford I.D., Riddell-Black D., Stewart C. Heavy metal uptake by willow clones from sewage sludge-treated soil: the potential for phytoremediation // International journal of phytoreme-diation. 2002. V. 4. P. 59-72.
30. Tabachnick B.G., Fidell L.S. Using multivariate statistics. Pearson Education, Inc., 2012. 984 p.
31. Vangronsveld J., Ruttens A., Mench M., Boisson J., Lepp N.W., Edwards R., Penny C., van der Lelie D. In situ inactivation and phytoremediation of metal- and metalloid-contaminated soils: field experiments // Bioremediation of contaminated soils. New York: Marcel Dekker, Inc., 2000. P. 859-885.
References
1. Bashmakov D.I., Lukatkin A.S. E'kologo-fiziologicheskie aspekty' akkumuliatcii i raspredeleniia tiazhely'kh metallov u vy'sshikh rastenii' [Ecological and physiological aspects of accumulation and distribution of heavy metals in higher plants]. Saransk: Mordovia state university. 2009. 236 p.
2. Bolshakov A.M., Krutko V.N., Putcillo Ye.V. Ocenka i upravlenie riskami vliianiia okruzhaiushchei' sredy' na zdorov'e naseleniia [Assessment and risk management of environmental impact on public health]. Moscow, 1999. 256 p.
3. Burenkov E.K., Yanin Ye.P., Kizhapkin S.A., Kashina L.I., Trostina V.I., Chardina Iu.Ia., Burlakova T.I., Dushanina L.V., Dinerman A.A., Krasnov G.Iu., Beliakov Iu.V., Velichko R.M., Agenosov L.M. E'kologo-geohimicheskaia ocenka sostoianiia okruzhaiushchei' sredy' g. Sarahnska [Ecological and geochem-ical assessment of the state of the environment of Saransk]. Moscow, 1993. 115 p.
4. Gelashvili D.B. Metodologicheskie i metodiches-kie aspekty' monitoringa zdorov'ia sredy' gosudarstvennogo prirodnogo zapovednika «Kerzhenskii'» [Methodological and methodological aspects of environmental health monitoring of the Kerzhensky state nature reserve] // Trudy' GPZ «Kerzhenskii'» [Scientific works of the Kerzhensky state nature reserve]. Nizhniy Novgorod, 2001. Vol. 1. P. 287-324.
5. Gelashvili D.B., Mokrov I.V. Nekotory'e statisticheskie zakonomernosti stabil'nosti razvitiia berezy' povisloi' (Betula péndula Roth.) na zapovednoi' i urbanizirovannoi' territoriiakh [Some statistical regularities of the stability of the development of the hanging birch (Betula péndula Roth.) in protected and urbanized territories] // Geobotanika XXI veka / Materialy Vseross. nauchnoi konferencii. Voronezh: Voronezh State university, 1999. P. 136-138.
6. Gileva E.A., Nokhrin D.Yu. Fluktuiruiushchaia asimmetriia kraniometricheskikh priznakov u vostochnoevropei'skoi' polevki iz zony' radiatcionnogo neblagopoluchiia [Fluctuating asymmetry of craniometric features in the Eastern European vole from the radiation trouble zone] // E'kologiia [Russian journal of ecology]. 2001. No 1. P. 44-49.
7. GOST 30692-2000. Korma, kombikorma, kombikormovoe sy'r'e. Atomno-absorbtcionny'i' metod opredeleniia soderzhaniia medi, svintca, tcinka i kadmiia [Feed, compound feed, feed raw materials. Atomic absorption method for determining the content of copper, lead, zinc and cadmium].
8. Gusev A.P. Fitoindikatcionnaia ocenka sovremenny'kh landshaftno - e'kologicheskikh tendentcii' v geosistemakh lokal'nogo urovnia [Phytoindication assessment of contemporary landscape-ecological trends in local geosystems] // Rossiyskiy
zhumal prikladnoy ekologii [Russian jomal of applied ecology]. 2021. No 3. P. 4-10. DOI: 10.24852/2411-7374.2021.3.4.10.
9. Dyukov V.V. Integral'naia ocenka kachestva okruzhaiushchei' sredy' promy'shlennogo centra po sostoianiiu drevesno-kustarnikovy'kh soobshchestv i lishai'nikov [Integral assessment of the environmental quality of an industrial center according to the state of tree and shrub communities and lichens]: Summary of PhD in Geography. Moscow, 2004. 24 p.
10. Yerofeeva Ye.A. Gormezis i paradoksal'ny'e e'ffekty' u rastenii' v usloviiakh avtotransportnogo zagriazneniia i pri dei'stvii polliutantov v e'ksperimente [Hormesis and paradoxical effects in plants under conditions of road pollution and under the action of pollutants in the experiment]: Summary of DSc (Dr. of Biology). Nizhny Novgorod, 2017. 46 p.
11. Zakharov V.M., Zhdanova N.P., Kirik E.F., Shkil F.N. Ontogenez i populiatciia: ocenka stabil'nosti razvitiia v prirodny'kh populiatciiakh [Ontogenesis and population: assessment of the stability of development in natural populations] // Ontogenez [Ontogenesis]. 2001. Vol. 32, No 6. P. 404-421.
12. Isachenko A.G. Landshaftovedenie i fiziko-geograficheskoe rai'onirovanie: uchebnik [Landscape studies and physical and geographical zoning: textbook]. Moscow: Vysshaya shkola, 1991. 366 p.
13. M 02-902-125-200.5 Metodika kolichestvennogo himicheskogo analiza. Opredelenie As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Sn, Zn (kislotorastvorimy'e formy') v pochvakh i donny'kh otlozheniiakh atomno-absorbtcionny'm metodom [Methods of quantitative chemical analysis. Determination of As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Sn, Zn (acid-soluble forms) in soils and bottom sediments by atomic absorption method].
14. Metodicheskie rekomendatcii po vy'polneniiu ocenki kachestva sredy' po sostoianiiu zhivy'kh sushchestv (ocenka stabil'nosti razvitiia zhivy'kh organizmov po urovniu asimmetrii morfologicheskikh struktur) [Methodological recommendations for assessing the quality of the environment according to the state of living beings (assessment of the stability of the development of living organisms by the level of asymmetry of morphological structures). Moscow, 2003. 25 p.
15. Neverova O.A. Primenenie fitoindikatcii v ocenke za-griazneniia okruzhaiushchei' sredy' [Application of phytoindi-cationin environmental pollution assessment] // Biosfera. 2009. Vol. 1, No 1. P. 82-92.
16. ODM 218.2.032-2013. Metodicheskie rekomendatcii po uchetu dvizheniia transportny'kh sredstv na avtomobil'ny'kh dorogakh [Methodological recommendations on accounting for the movement of vehicles on highways].
17. Opekunova M.G., Basharin R.A. Primenenie fluktuirui-ushchei' asimmetrii list'ev berezy' (Betulapubescens Ehrh.) dlia ocenki zagriazneniia okruzhaiushchei' sredy' v rai'one Kosto-mukshi [Application of fluctuating asymmetry of birch leaves (Betulapubescens Ehrh.) to assess environmental pollution in the Kostomuksha area] // Vestnik SPbGU. Ser. 7 [Bulletin of St. Petersburg State University. Ser. 7]. 2014. Iss. 3. P. 58-70.
18. Revich V.A., Saet Yu.Ye., Smirnova R.S., Sorokina Ye.P. Metodicheskie rekomendatcii po geohimicheskoi' ocenke zagriazneniia territorii goroda himicheskimi e'lementami [Methodological recommendations on geochemical assessment of pollution of the city territory with chemical elements]. Moscow, 1982. 112 p.
19. Saet Iu.E., Revich, B.A. Ianin E.P., Smirnova R.S., Basharkevich I.L., Onishchenko T.L., Pavlova L.N., Trefilova N.Ia., Achkasov A.I., Sarkisian S.Sh. Geohimiia okruzhaiushchei' sredy' [Geochemistry of the environment]. Moscow: Ne-dra, 1990. 335 p.
20. Saltan N.V., Gontar O.B., Svyatkovskaya E.A., Shlapak E.P. Ocenka nakopleniia tiazhely'kh metallov drevesny'mi introducentami v razlichny'kh usloviiakh urbosredy' Kol'skogo severa [Assessment of heavy metals accumulation by wood
34
российский журннл прикладной экологии
introducents in various conditions of the Kola North (Peninsula) urban environment] // Rossiyskiy zhurnal prikladnoy ekologii [Russian jornal of applied ecology]. 2015. No 3. P. 36-41.
21. Sautkin I.S., Rogova T.V. Variabil'nost' funktcional'ny'kh priznakov list'ev nekotory'kh vidov lugovy'kh rastenii' [Variability of the leaf traits functional characteristics of some meadow plants species] // Rossiyskiy zhurnal prikladnoy ekologii [Russian journal of applied ecology]. 2022. No 1. P. 4-14. DOI: https://doi.org/10.24852/24n-7374.2022.L4.14.
22. Titov A.F., Talanova V.V., Kaznina N.M. Fiziologicheskie osnovy' ustoi'chivosti rastenii' k tiazhely'm metallam [Physiological bases of plant resistance to heavy metals]. Petrozavodsk: Karelian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2011. 78 p.
23. Khikmatullina G.R. Sravnenie morfologicheskikh priznakov lista Betula pendula v usloviiakh urbanosredy' [Comparison of morphological features of Betula pendula leaf in urban environment] // Vestnik Udmurtskogo universiteta. Ser. Biologiia. Nauki o Zemle [Bulletin of the Udmurt University. Ser. Biology. Earth Sciences]. 2013. Iss. 2. P. 48-56.
24. Yurin V.M., Ditchenko T.I. Fiziologiia rosta i razvitiia rastenii' [Physiology of plant growth and development]. Minsk: Belarusian State University, 2009. 104 p.
25. Denny H.J., Wilkins D.A. Zinc tolerance in Betula species. I: Effect of external concentration of zinc on growth and uptake // New phytoljgy. 1987. V.106. P. 517-524.
26. Dickinson N.M., Watmough S.A., Turner A.P. Ecological impact of 100 years of metal processing at Prescot, Northwest England // Environmental reviews. 1996. No.4. P. 8-24.
27. Eltrop L., Brown G., Joachim O., Brinkmann K. Lead tolerance of Betula and Salix in the mining area of Mechernich/ Germany // Plant and soil. 1991. V. 131. P. 275-285.
28. Keller C. Efficiency and limitations of phytoextraction by high biomass plants: the example of willows // Trace elements in the environment: biogeochemistry, biotechnology, and bioremediation. Boca Raton, London, New York: CRC Press, Taylor & Fransis Group, 2006. Chap. 30. P. 611-630.
29. Pulford I.D., Riddell-Black D., Stewart C. Heavy metal uptake by willow clones from sewage sludge-treated soil: the potential for phytoremediation // International journal of phytoremediation. 2002. Vol. 4. P. 59-72.
30. Tabachnick B.G., Fidell L.S. Using Multivariate
Statistics. 6th Edition. Pearson Education, Inc., 2012. 984 p.
31. Vangronsveld J., Ruttens A., Mench M., Boisson J., Lepp N.W., Edwards R., Penny C., van der Lelie D. In situ inactivation and phytoremediation of metal- and metalloid-contaminated soils: field experiments // Bioremediation of contaminated soils. New York: Marcel Dekker, Inc., 2000. P. 859-885.
Bashmakov D.I. Morphological indexes of Betula pendula Roth. leaves as sentinels for monitoring heavy metals pollution of soils.
The study is devoted to comparing the response of Betula pendula local populations to environmental factors by two morphometric indexes (fluctuating asymmetry (FA) and the index of xeromorphism (XI) of leaves). It is shown that changes in the values of the studied indexes practically don't depend on the concentration of heavy metals (HMs) in leaf tissues and are significantly caused by the exogenous factors. The dependence of FA and IX on the level of topsoil contamination with heavy metals of HMs, in particular lead and zinc, was particularly strong. The bioindication map of Saransk and its surroundings (Republic of Mordovia) indicates that 75% of the territory belongs to the third category of environmental quality (a noticeable anthropogenic pressure on plants). The adverse impact of environmental factors is significantly reduced in large green areas (about 18%). Zones with strong anthropogenic impact (the fourth category of environmental quality) occupy less than 6% of the studied territory. Three sites with a conditionally normal and one site with an extremely unfavorable level of environmental quality were found.
Keywords: Betula pendula Roth.; bioindication; index of leaves xeromorphism; fluctuating asymmetry; heavy metals.
Раскрытие информации о конфликте интересов: Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов / Disclosure of conflict of interest information: The author claims no conflict of interest
Информация о статье / Information about the article
Поступила в редакцию / Entered the editorial office: 25.08.2022
Одобрено рецензентами / Approved by reviewers: 07.09.2022
Принята к публикации / Accepted for publication: 22.09.2022
Сведения об авторах
Башмаков Дмитрий Идрисович, кандидат биологических наук, доцент, заведующий кафедрой, Национальный исследовательский Mордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, Россия, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, 68, E-mail: dimabashmakov@yandex.ru.
Information about the authors
Dmitry I. Bashmakov, Ph.D. in Biology, Head of Department, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "National Research Ogarev Mordovia State University", 68, Bolshevistskaya st., Saransk, 430005, Russia, E-mail: dimabashmakov@ yandex.ru.
