CC BY
44
УДК 630.181:630.182
О БИОИНДИКАЦИИ ТРАНСПОРТНО-СЕЛИТЕБНЫХ ЛАНДШАФТОВ МЕТОДОМ ФЛУКТУИРУЩЕЙ АСИММЕТРИИ*
© 2014 г. Е.С. Филиппов, Н.В. Иванисова, Л.В. Куринская
Филиппов Евгений Сергеевич - аспирант, Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт Донского государственного аграрного университета, ул. Пушкинская, 111, г. Новочеркасск, 346428.
Filippov Evgeniy Sergeevich - Post-Graduate Student, Novocherkassk Engineering Meliorative Institute of the Don State Agrarian University, Pushkinskaya St., 111, Novocherkassk, 346428, Russia.
Иванисова Надежда Викторовна - кандидат биологических наук, доцент, кафедра лесоводства и лесных мелиораций, Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт Донского государственного аграрного университета, ул. Пушкинская, 111, г. Новочеркасск, 346428.
Ivanisova Nadezhda Victorovna - Candidate of Biological Science, Associate Professor, Department of Forestry and Forest Reclamation, Novocherkassk Engineering Meliorative Institute of the Don State Agrarian University, Pushkinskaya St., 111, Novocherkassk, 346428, Russia.
Куринская Любовь Викторовна - кандидат биологических наук, доцент, кафедра лесных культур и лесопаркового хозяйства, Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт Донского государственного аграрного университета, ул. Пушкинская, 111, г. Новочеркасск, 346428, e-mail: [email protected].
Kurinskaya Lubov Victorovna - Candidate of Biological Science, Associate Professor, Department of Forest Plantations and Forestry Management, Novocherkassk Engineering Meliorative Institute of the Don State Agrarian University, Pushkinskaya St., 111, Novocherkassk, 346428, Russia. e-mail: [email protected].
Величина флуктуирующей асимметрии (ФА) билатеральных морфологических признаков листовых пластин древесных видов является наиболее доступным методом биоиндикации ландшафтов. Оценка последствий антропогенного воздействия предполагает сравнение модельных площадок, выделенных на территориях с разной степенью антропогенного воздействия, для выявления возможного ухудшения или улучшения состояния организма. Анализ экспериментальных данных показывает, что из указанного спектра древесных культур, произрастающих на транспортно-селитебных ландшафтах, наибольшие значения ФА наблюдаются для сирени обыкновенной и березы повислой, что позволяет с достаточной степенью уверенности заключить, что эти две культуры являются наиболее эффективными биоиндикаторами.
Ключевые слова: транспортно-селитебные ландшафты, биомониторинг, биоиндикация, флуктуирующая асимметрия, древесные виды, стабильность развития.
Value offluctuating asymmetry of bilateral morphological features of leafplates of woody species is the most acceptable method of biological landscape indication. Estimation of the consequences of anthropic influence suggests the comparison of model sites, located in the areas with different degree of anthropic influence to indicate the possibility of degradation or improvement of the organism. The analysis of experimental data shows that of the pointed spectrum of woody crops, growing on transport-urban landscapes, the largest value offluctuating asymmetry is characteristic for siringa vulgaris and betula pendula. It allows us to come to the conclusion that these two crops are the most effective biological indicators.
Keywords: transport-seliteb landscapes, biomonitoring, biological indication, fluctuating asymmetry, woody species, growth sustainability.
Нынешнее состояние городских насаждений на различных типах и категориях озеленения показывает высокую степень воздействия негативных антропогенных факторов, присущих урбанизированным территориям, закономерно приводящих к ос-
лаблению растительности, преждевременному старению, поражению болезнями и вредителями и к гибели насаждений.
Отрицательные факторы среды, воздействующие на древесные растения, подразделяют на
*Исследование выполнено при государственной поддержке ведущей научной школы Российской Федерации (НШ-2449.2014.4).
две группы [1]. Первая воздействует на корни растений (обеднение почвы или, наоборот, избыточное количество питательных веществ, уплотнение почв, повышенная кислотность, засоление почв при уборке снега и др.). Вторая - на наземную часть растений (задымленность воздуха, запыленность, механические повреждения, болезни и вредители растений).
Наиболее часто используемыми методами контроля качества среды являются физико-химический анализ объектов окружающей среды; оценка биоразнообразия; степень деградации зеленых насаждений; определение величины флуктуирующей асимметрии (ФА) билатеральных морфологических признаков [2]. Последний метод представляется более доступным для биомониторинга.
Оценка последствий антропогенного воздействия предполагает сравнение модельных площадок, выделенных на территориях с разной степенью антропогенного воздействия, для выявления возможного ухудшения или улучшения состояния организма [3]. Интегральным показателем стабильности развития для комплекса ме-ристических признаков является средняя частота асимметричного проявления на признак. Этот показатель рассчитывается как средняя арифметическая числа асимметричных признаков у каждой особи, отнесенная к числу используемых признаков [4].
Цель исследования - изучить стабильность развития древесных видов в условиях различных антропогенных нагрузок на основе расчета флуктуирующей асимметрии листьев. Для решения данной цели были поставлены следующие программные вопросы:
- выделить транспортно-селитебные ландшафты с различной антропогенной нагрузкой;
- установить виды для биоиндикационных исследований;
- составить биоиндикационный ряд древесных культур, который может быть использован для прогнозирования устойчивости локальных городских биоценозов.
Исследования выполнялись в 2011-2013 гг. в городе Новочеркасске Ростовской области. Объектами исследования являлись древесные насаждения транспортно-селитебных ландшафтов с различной антропогенной нагрузкой.
При исследовании флуктуирующей асимметрии (ФА) листьев древесных культур применяли систему морфологических признаков, разработанную Центром экологической политики России [5].
Сбор материала проводили после остановки роста листьев растений (начиная с 10 - 15 июля). Каждая выборка включала в себя не менее ста листьев. Собранные листья сопровождали этикеткой, отдельной для каждой выборки, места сбора, даты сбора. Для исследования выбирались только средневозрастные растения, исключались молодые и старые экземпляры.
С одного листа снимались показатели по 5 параметрам с левой и правой сторон листа: ширина половинки листа, мм; длина второй жилки второго порядка от основания листа, мм; расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка, мм; расстояние между концами этих жилок, мм; угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка.
В соответствии с поставленной целью транс-портно-селитебные ландшафты города Новочеркасска были разделены на следующие зоны:
1 - с минимальной транспортной нагрузкой -до 100 маш/ч (рекреационные объекты: парки, скверы, дворовые территории);
2 - с умеренной транспортной нагрузкой - от 100 до 500 маш/ч (ул. Щорса, Грекова, Вокзальная, Народная);
3 - с усиленной нагрузкой - от 500 до 1000 маш/ч (пр. Баклановский, Буденновский, Ермака, Платовский).
Преобладающими породами при озеленении г. Новочеркасска являются тополь советский пирамидальный, клен остролистный, татарский и ясенелистный, береза повислая и пушистая, каштан конский обыкновенный, липа мелколистная и крупнолистная, вяз приземистый, вяз гладкий и шершавый, робиния псевдоакация, ясень зеленый, сирень обыкновенная. Биоиндикационные свойства исследовались у следующих древесных видов: береза повислая (Betula pendula Roth), липа мелколистная (Tilia cordata Mill), клен остролистный (Acer platanoides L.), тополь советский пирамидальный (Populus* sowietica pyramidalis Jabl.), сирень обыкновенная (Syringa vulgaris L.). Результаты расчета ФА листьев выбранных древесных культур, полученные в 2011-2013 гг., приведены в табл. 1 - 3.
Таблица 1
Среднее многолетнее значение измерений признаков ФА для I зоны
Среднее значение*
Вид 1 2 3 4 5
л п л п л п л п л п
Береза повислая 18,349±1,83 18,600±1,86 33,326±3,33 25,946±2,59 1,544±0,15 1,288±12 8,320±0,83 5,333±0,53 31,537±3,15 36,434±3,
Липа мелколистная 25,92±0,32 27Д9±0,36 41,15±1,43 41,97±0,76 3,96±0,42 3,75±0,43 24,43±0,87 25,56±0,87 59,48±0,59 60,44±0,5
Клен остролистный 62,8±0,13 61,9±0,13 84,7±0Д1 84,9±0Д1 - - 62,8±0,20 63,8±0,20 71,11±1,33 69,9±1,26
Тополь
советский пирамидальный 27,36±1,163 28,54±1,173 26,39±0,825 27Д9±0,509 11,79±0,124 12Д1±0,113 11,34±0,61 11,75±0,23 40±0,561 42,6±0,60
Сирень обыкновенная 29,59±0,41 30,00±0,38 14,82±0,43 36,33±0,51 31,0±0,12 28,1±0,11 14,29±0,33 14,73±0,23 30,43±0,56 32,04±0,6
Таблица 2
Среднее значение измерений признаков ФА для II зоны
Среднее значение*
Вид 1 2 3 4 5
л п л п л п л п л п
Береза повислая 13,46±0Д5 13,32±0,75 20,87±0,31 20,5±0,43 4,41±0,83 4,29±1,96 7,44±1,17 7,29±1,33 61,06±0,36 63,62±0,36
Липа мелколистная 26,36±0,36 26,57±0,35 41,34±0,65 41,21±0,63 7,15±1,13 7,06±1,14 23,19±0,76 23,9±0,81 61,19±0,51 62,37±0,46
Клен остролистный 49Д9±0,94 49,59±0,92 63,31±1,46 63,38±1,35 - - 44,49±1,08 44,43±1,02 12,12±0,90 12,15±0,93
Тополь
советский пирамидальный 22,62±0,04 22,86±0,04 28,039±2,73 28,09±0,04 12,211±0,04 12,25±0,03 10,43±0,02 11,39±0,02 44,71±0,58 44,05±0,60
Сирень обыкновенная 33,57±0,63 33,33±0,65 43,20±0,68 43,12±0,05 4,23±0,12 3,99±0,11 16,83±0,54 18,72±0,58 33,73±0,56 34,78±0,60
Таблица 3
Среднее значение измерений признаков ФА для III зоны
Среднее значение*
Вид 1 2 3 4 5
л п л п л п л п л п
Береза повислая 12,59±0,78 12,41±0,07 19,8±0,51 19,46±0,62 4,46±0,87 4,28±1,93 6,99±0,19 6,7±0,54 59,31±0,86 53Д±0,89
Липа мелколистная 28,71±,039 29,35±0,04 38,32±0,07 38Д±0,08 9,48±0,07 9,385±0,07 15,06±0,09 15,91±0,09 35,58±0,47 35,78±0,46
Клен остролистный 36,51±0,62 38,34±0,63 42,62±0,85 42Д8±0,80 - - 15,80±0,42 16,43±0,46 55,92±0,77 55,53±0,63
Тополь
советский пирамидальный 20,29±0,46 21,13±0,44 29,36±0,55 28,37±0,36 12,31±0,36 12,067±0,37 12Д±0,31 12Д9±0,30 29,28±0,75 39,69±0,85
Сирень обыкновенная 26,32±0,56 26,42± 0,49 35,36±0,73 35,9± 0,65 6,44± 0,35 5,18± 0,33 20,52± 0,65 22,66± 0,76 48,9± 0,84 48,4± 0,75
* - 1 - ширина половинки листа, мм; 2 - длина второй жилки второго порядка от основания листа, мм; 3 - расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка, мм; 4 - расстояние между концами этих жилок, мм; 5 - угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка.
Анализ экспериментальных данных показывает, что из указанного спектра древесных культур, произрастающих на транспортно-сели-тебных ландшафтах, наибольшие значения ФА (табл. 4.) наблюдаются для сирени обыкновенной и березы повислой, что позволяет с достаточной степенью уверенности заключить, что эти две культуры являются наиболее эффективными биоиндикаторами.
Для более наглядного представления изменения интегрального показателя стабильного развития организма были построены графики для исследуемых видов (рис. 1 - 5).
Таблица 4
Оценка отклонений состояния организма от условий нормы по величине интегрального показателя стабильности развития
Вид I зона II зона III зона
Береза повислая 1 1 5
Липа мелколистная 1 2 3
Клен остролистный 1 2 4
Тополь советский пирамидальный 1 2 4
Сирень обыкновенная 1 3 5
Рис. 1. Интегральный показатель асимметрии листовой пластины березы повислой
Рис. 3. Интегральный показатель асимметрии листовой пластины клена остролистного
0.06
0.05
0,04
0.03
0.02
0,01
ш
I дома
II зона
III дона
Рис. 4. Интегральный показатель асимметрии листовой пластины тополя советского пирамидального
Рис. 2. Интегральный показатель асимметрии листовой пластины липы мелколистной
Рис. 5. Интегральный показатель асимметрии листовой пластины сирени обыкновенной
Анализ представленных результатов показывает, что береза повислая более устойчива к определенным транспортным нагрузкам (500-1000 маш/ч), но при увеличении антропогенного прессинга происходит резкое отклонение от нормы развития организма.
Липа мелколистная, клен остролистный и тополь советский пирамидальный при увеличении транспортной нагрузки постепенно изменяют интегральный показатель асимметрии листовой платины, что говорит о сглаживании негативного влияния окружающей среды. Сирень обыкновенная резко реагирует на антропогенный прессинг.
По степени устойчивости зеленых насаждений, произрастающих на транспортно-селитебных ландшафтах г. Новочеркасска, был построен следующий ряд: липа мелколистная > клен остролистный > тополь советский пирамидальный > береза повислая > сирень обыкновенная.
Детальные исследования биоиндикационных свойств древесных культур, произрастающих на транспортно-селитебных ландшафтах, позволяют выстроить их в следующий биоиндикационный ряд: сирень обыкновенная > береза повислая > > тополь советский пирамидальный = клен остролистный > липа мелколистная.
Литература
1. Куринская Н.В. Влияние факторов окружающей среды на состояние древесной растительности парковых ландшафтов: на примере г. Новочеркасска : дис. ... канд. биол. наук. Новочеркасск, 2006.
2. Дружкина Т.А. Скрининговая оценка экологического состояния городской среды по древесным культурам: дис. ... канд. биол. наук. Астрахань, 2007.
3. Куринская Л.В., Колесников С.И., Куринская Н.В. Биоаккумуляция свинца растительностью придорожных ландшафтов степной зоны // Изв. Самарского науч. центра РАН. 2011. Т. 13, № 1 - 4. С. 849 - 852.
4. Захаров В.М., Кларк Д.М. Биотест: интегральная оценка здоровья экосистем и отдельных видов. М., 1993. 68 с.
5. Захаров В.М., Чубинишвили А.Т., Баранов В.И., Борисов В.И. Здоровье среды: методика и практика оценки в Москве. М., 2001. 68 с.
References
1. Kurinskaia N.V. Vliianie faktorov okruzhaiushchei sredy na sostoianie drevesnoi rastitel'nosti parkovykh landshaftov: na primere g. Novocherkasska [The influence of environmental factors on the state of woody vegetation park landscapes: the case of Novocherkassk] : dis. ... kand. biol. nauk. Novocherkassk, 2006.
2. Druzhkina T.A. Skriningovaia otsenka ekologicheskogo sostoianiia gorodskoi sredy po drevesnym kul'turam [A screening assessment of ecological state of the urban environment for tree crops] : dis. ... kand. biol. nauk. Astrakhan', 2007.
3. Kurinskaia L.V., Kolesnikov S.I., Kurinskaia N.V. Bioakkumuliatsiia svintsa rastitel'nost'iu pridorozhnykh landshaftov stepnoi zony [Bioaccumulation of lead roadside vegetation landscapes of the steppe zone] // Izv. Samarskogo nauch. tsentra RAN. 2011. T. 13, № 1 - 4. S. 849 - 852.
4. Zakharov V.M., Klark D.M. Biotest: integral'naia otsenka zdorov'ia ekosistem i otdel'nykh vidov [Biotest: integral evaluation of the health of ecosystems and species]. M., 1993. 68 s.
5. Zakharov V.M., Chubinishvili A.T., Baranov V.I., Borisov V.I. Zdorov'e sredy: metodika i praktika otsenki v Moskve [Environmental health: methodology and practice of Moscow]. M., 2001. 68 s.
Поступила в редакцию_26 сентября 2014 г.
