Особенности метода дендроиндикации при изучении асимметрии морфологических признаков организмов Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 542.938.541.49

Т. Ю. Гумеров, О. А. Решетник

ОСОБЕННОСТИ МЕТОДА ДЕНДРОИНДИКАЦИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ АСИММЕТРИИ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ ОРГАНИЗМОВ

Ключевые слова: биоиндикация, дендроиндикации, оценка качества воздуха, асимметрия морфологических признаков.

В соответствии с нормативно-методическими документами по оценке риска для здоровья людей было проведено исследование состояния и оценка уровня воздействия на население загрязняющих веществ на территории Республики Татарстан.

Keywords: bioindication, dendroindikation, air quality assessment, asymmetry of morphological characters.

According to regulation documents according to risk for health research of a condition and an estimation of a level of influence on the population of polluting substances in territory of Republic Tatarstan have been carried out.

Атмосфера состоит из смеси газов и практически всегда содержит определенное количество примесей, поступающих от естественных и антропогенных источников. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени.

Антропогенные загрязнения отличаются многообразием видов и многочисленностью источников. Самые распространенные токсичные вещества, загрязняющие атмосферу, - оксид углерода СО, диоксид серы ЭО2, оксиды азота ИОх, углеводороды СпНт, пыль. Примерный относительный состав вредных веществ в атмосфере может быть в следующем соотношении (%): СО - 45, БОх - 18, СпНт - 15, пыль - 12, ЫОх - 10.

Вредные вещества, попадающие в атмосферу от транспортных средств, растворяются в воздухе и переносятся движущимися потоками воздуха на большие расстояния. Рассеивание загрязнений приводит к снижению концентрации вредных веществ в зонах их выброса и одновременному увеличению площадей с загрязненным воздухом.

На характер распространения вредных веществ в атмосфере и величину зон загрязнения влияют метеорологические условия (горизонтальное и вертикальное движение масс воздуха, его скорость, температура, влажность, дождь, снег, наличие облаков). Также рассеивание загрязнений зависит от рельефа местности, наличия лесов, водоемов и гор. На загрязненность городов и населенных пунктов влияют их планировка и озеленение.

Одним из крупнейших загрязнителей атмосферного воздуха в городе является автотранспорт. К наиболее распространенным загрязнителям атмосферы, которые поступают с отработанными газами автомобилей, относятся свинец, бепзопирен, летучие углеводороды. На долю первых из них приходится более 50 % экономического ущерба от загрязнения атмосферы автотранспортом. Содержание бензопирена, одного из сильнейших канцерогенов, в атмосфере многих городов превышает предельно допустимые нормы. Таким образом, автомобильный транспорт, являющийся основным источником загрязнения атмосферы города, определяет общий уровень загрязнения атмосферы.

В последние годы в оценке экосистемы, в том числе и городской, развивается новое научное направление - биоиндикация, т.е. оценка воздействия антропогенных факторов на экосистему по изменению морфологических параметров ассимиляционного аппарата - живых организмов, на примере листьев древесных и кустарниковых пород.

Основа оценки качества воздуха - это гигиеническое регламентирование концентраций загрязняющих атмосферу веществ. Основными показателями качества атмосферного воздуха считаются предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ (ПДК) в атмосферном воздухе на высоте 2 м от поверхности земли.

Целью данной работы являлось определение влияния газообразных выбросов автомобильного транспорта на асимметрию живых организмов, на примере зеленых растений методом дендроиндика-ции в г. Казани. Среди биоиндикационных методов исследования природных процессов и антропогенных воздействий - дендроиндикации занимает особое место, так как позволяет решать многие разноплановые и междисциплинарные задачи: от оценки воздействия выбросов конкретного предприятия на ближайший лесной массив до влияния гелиофизиче-ских и астрофизических факторов на лесные экологические системы. Достоинством дендроиндикации является возможность оперативного проведения исследований с какими-либо минимальными затратами.

Дендроиндикация - это метод биоиндикации, позволяющий на основе анализа характеристик древесного яруса и полога подроста (радиальный и линейный прирост, продолжительность жизни хвои, наличие некроза и хлороза, жизненное состояние древостоя и т.д.) судить о состоянии природной среды. Древесные растения наиболее часто выбираются для биоиндикационных исследований в силу их высокой индикаторной значимости.

Ведущая роль в биоиндикации состояния окружающей среды принадлежит древесным растениям. Они способны поглощать и нейтрализовать часть атмосферных поллютантов, задерживать пылевые частицы, а также индицировать особенности загрязнения посредством разнообразия ответных реакций. Реакция древесных пород на загрязнение окружаю-

щей среды существенно различается. Результаты многочисленных исследований показывают, что наиболее устойчивыми древесными породами к антропогенному загрязнению окружающей среды являются лиственные породы. Голосеменные более чувствительны к воздействию поллютантов и повреждаются в первую очередь, хотя и среди них имеются довольно устойчивые виды, которые широко используются в озеленении городов.

К методам дендроиндикации относятся: морфо-метрические - анализ изменения прироста побегов, радиального прироста ствола, площади и массы листьев и др.; анатомо-цитологические - оценка изменений анатомического строения листьев; фи-зиолого-биохимические - изменение физиологических и биохимических процессов; фенологические - исследование закономерностей сезонного развития древесных растений; дендрохронологические -методы датировки природных явлений и археологических остатков, основанные на анализе годичных колец древесины [1].

Для определения состава атмосферного воздуха, был использован набора химико-аналитических средств НХС-воздух-1. Отбор проб осуществлялся с помощью насоса-пробоотборника с соответствующими индикаторными трубками. Каждая порция образца отбиралась в объеме 100 мл загрязненного воздуха и по результатам изменений индикаторных трубок определялась концентрация загрязняющего вещества в воздухе. Далее определялась степень загрязнения исследуемого воздуха по формуле:

СЗ = [(Кз - Ко)/Кз] • 100%, где К3 - концентрация вещества-загрязнителя в загрязненном воздухе, мг/м3; КО - ПДК загрязняющего вещества в воздухе, мг/м3.

Далее, по результатам проведения опытов с целью раскрытия вопросов безопасности и рационального природопользования, были составлены таблицы и карта местности с наиболее загрязненными участками города. Данная информация является необходимой для контролирования поступающих выбросов в атмосферный воздух, общей оценки мониторинга окружающей среды и выявления наиболее экологически благоприятных районов изучаемой территории. Кроме этого, в работе представлены компромиссные решения в условиях многокри-териальности контролирования качества атмосферного воздуха и защиты окружающей среды, которые взаимосвязаны с экологическими, техническими, организационными и экономическими проблемами промышленного производства.

На следующем этапе исследования был проведен анализ влияния газообразных выбросов автотранспорта на изменение асимметрии морфологических признаков зеленых растений [2]. Для этого, в качестве объектов исследования были выбраны листья березы - образец А, тополя - образец В и клена -образец С. При отборе материала учитывались следующие показатели: четкость определения принадлежности растения к исследуемому виду и осуществление отбора материала в сходных экологических условиях.

Сбор материала проводился с нижней части кроны деревьев с максимальным количеством доступных веток, равномерно растущих вокруг объекта. Учитывался средний размер листьев каждого индивидуального дерева. Обработка каждой выборки материала осуществлялась в определении пяти основных морфологических параметров: 1 - определение ширины левой и правой половинок листа; 2 - длина жилки второго порядка, второй от основания листа; 3 - расстояния между основаниями первой и второй жилок второго порядка; 4 - расстояния между концами первой и второй жилок второго порядка; 5 - угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка. Обработка и оформление результатов исследования представлены в табл. 1-3 [3].

Таблица 1 - Показатель интегральный флуктуирующей асимметрии в выборке для образца А

Для мерных признаков величина асимметрии рассчитывалась как различие в промерах левой и правой сторон исследуемых образцов, отнесенное к сумме промеров двух сторон. Интегральным показателем стабильности развития для комплекса мер признаков являлась средняя величина относительного различия между сторонами на признак. Этот показатель рассчитывался как средняя арифметическая сумма относительной величины асимметрии по всем признакам у каждого образца, отнесенное к числу используемых признаков. В таблицах 1-3 представлены расчетные данные интегрального показателя флуктуирующей асимметрии в выборке одного исследуемого объекта.

Статистическая значимость различий между выборками по величине интегрального показателя стабильности развития (величина среднего относительного различия между сторонами на признак) определяли по 1-критерию Стьюдента.

Для оценки степени выявленных отклонений от норм, их места в общем диапазоне возможных изменений показателя разработана бальная шкала. Диапазон значений интегрального показателя асимметрии, соответствующий условно нормальному фоновому состоянию, принимается как первый балл (условная норма). Он свидетельствует об отсутствия видимых неблагоприятных воздействий. В этой связи, при оценке качества среды в регионе с повы-

№ Признаки Величина асимметрии листа

1 2 3 4 5

1 0,222 0,013 0 0 0,042 0,055

2 0,024 0,027 0,333 0 0,011 0,079

3 0,024 0 0 0,034 0,011 0,014

4 0 0,024 0,143 0,034 0,011 0,042

5 0,091 0,014 0,111 0,083 0,045 0,069

6 0 0,029 0,143 0 0,031 0,041

7 0 0 0 0,111 0,023 0,027

8 0,020 0,026 0 0,034 0 0,016

9 0,021 0,029 0,111 0 0 0,032

10 0 0,019 0 0,048 0,083 0,03

Величина асимметрии в выборке Х=0,041

шенной антропогенной нагрузкой фоновый уровень нарушений в выборке растений или животных даже из точки условного контроля не всегда находится в диапазоне значений, соответствующих первому баллу. Диапазон значений, соответствующий критическому состоянию, принимается за шестой балл. Он соответствует тем популяциям, где есть явное неблагоприятное воздействие и такие изменения состояния организма, которые приводят организм к гибели. Весь диапазон между этими пороговыми уровнями ранжируется в порядке возрастания значений показателя. Такая бальная система оценок по величине интегральных показателей стабильности развития для живых организмов представлена в таблице 4.

Таблица 2 - Показатель интегральный флуктуирующей асимметрии в выборке для образца В

№ Признаки Величина асимметрии листа

1 2 3 4 5

1 0,05 0 0 0,032 0,093 0,035

2 0,11 0,013 0,077 0,052 0,061 0,062

3 0,055 0,029 0,091 0,037 0,069 0,056

4 0,081 0,029 0,091 0,037 0,069 0,0614

5 0,1 0,025 0,31 0,125 0,097 0,082

6 0,095 0,027 0,091 0,103 0,097 0,082

7 0,028 0 0 0,037 0,010 0,015

8 0,15 0,095 0,23 0,096 0,101 0,13

9 0,024 0 0,16 0,066 0,024 0,055

10 0,037 0 0 0 0,037 0,013

Величина асимметрии в выборке Х=0,062

Таблица 3 - Показатель интегральный флуктуирующей асимметрии в выборке для образца С

№ Признаки Величина асимметрии листа

1 2 3 4 5

1 0,014 0,063 0 0,012 0,01 0,019

2 0,019 0,036 0 0,089 0,101 0,049

3 0,029 0,041 0 0,156 0,064 0,058

4 0,023 0,014 0 0,041 0,037 0,023

5 0,006 0,021 0 0,031 0,063 0,024

6 0,027 0,025 0 0,136 0,13 0,064

7 0,029 0,046 0 0,088 0,079 0,048

8 0,019 0,014 0 0,062 0,009 0,021

9 0,029 0,027 0 0,207 0,101 0,073

10 0,027 0,013 0 0,007 0 0,009

Величина асимметрии в выборке Х=0,039

Таблица 4 - Шкала оценки воздействия антропогенных факторов на живые организмы

Баллы Величина показателей стабильности развития

1 0,030-0,039

2 0,040-0,045

3 0,046-0,049

4 0,050-0,054

5 0,055-0,060

6 0,060-01

Полученные данные позволили составить таблицу экологического состояния окружающей среды и оценить степень воздействия антропогенных факторов на различных участках территории г.Казани (табл.5).

Таблица 5 - Статистическая значимость по величине интегрального показателя развития

Район антропогенного воздействия г.Казани Величина асимметрии в выборке Х для листьев

березы тополя клена

1 2 3 4

Ново-Савиновский

ул. Гаврилова 0,048 0,051 0,055

ул. Ямашева 0,112 0,100 0,071

ул. Короленко 0,056 0,051 0,053

ул. Гаврилова 0,041 0,039 0,047

Приволжский

Оренбургский тракт 0,045 0,038 0,031

ул. Дубравная 0,038 0,034 0,034

ул. Габишева 0,042 0,035 0,037

ул. Р.Зорге 0,049 0,039 0,039

Вахитовский

ул. Кремлевская 0,031 0,041 0,048

ул.Миславского 0,048 0,048 0,052

ул. Толстого 0,049 0,052 0,053

ул. К. Маркса 0,038 0,047 0,049

Авиастроительный

ул. Литвинова 0,057 0,061 0,054

ул. Лукина 0,059 0,057 0,058

ул. Дубинина 0,041 0,058 0,055

ул. А.Кутуя 0,058 0,049 0,053

Ки ровский

ул. Проезжая 0,062 0,059 0,059

ул. Большая 0,059 0,062 0,057

ул.Болотникова 0,063 0,058 0,053

ул. Гладилов 0,055 0,057 0,061

Московский

ул.Ибрагимова 0,065 0,062 0,059

ул. Короленко 0,066 0,058 0,064

ул. Серова 0,057 0,057 0,054

ул. Соловецких юнг 0,052 0,059 0,061

Советский

ул. Академика Губкина 0,042 0,051 0,048

ул. Искра 0,047 0,053 0,039

ул. Закиева 0,041 0,051 0,037

ул. Карбышева 0,040 0,049 0,039

В результате экспериментальных исследований методом дендроиндикации было определено влияние газообразных выбросов автомобильного транспорта на асимметрию морфологических признаков зеленых растений г. Казани. Полученные результаты дают возможность оценить степень неблагоприятного воздействия загрязняющих веществ на живые организмы и общее состояние окружающей среды в конкретных районах населенного пункта [5-7].

Литература

1. Губанов И.А. Определитель сосудистых растений центра европейской России. / И. А. Губанов, К.В. Киселева, В. С. Новиков, В.Н. Тихомиров. 2-е изд. дополн. и пе-рер. М.: Аргус, 1995, 560 с.

2. Оценка стабильности развития живых организмов по уровню асимметрии морфологических структур: Методические указания к лабораторной работе /Сост. А. Р. Дадаева. - Великий Новгород: НовГУ, 2006, 7с.

3. Гумеров Т.Ю. Оценка стабильности развития живых организмов под влиянием антропогенных факторов на изменение асимметрии морфологических признаков. / Т.Ю. ГУмеров, К.А. Березовская. Тез.докл. XIV Международной экологической студенческой конференции МЭСК-2009. Новосибирский государственный университет., 2009. - 246 с.

4. Залилова А.Т. Анализ загрязнения атмосферного воздуха газообразными выбросами. Тез.докл. / А.Т. Залилова,

Т.Ю. Гумеров. Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Дагестанский гос. техн. университет, г. Махачкала, ДГТУ № 1, 2009. - 14 с.

5. Крюкова О. А. Особенности воздействия антропогенных факторов на развитие живых организмов при изменении асимметрии морфологических признаков / О.А.Крюкова, Т.Ю. Гумеров. 18 Международная научно-техническая конференция «Туполевские чтения», 2010, Т.4, С.35-38.

6. Гумеров, Т.Ю. Cakulating сошро8Йюп and еqui1ibrium сош1дПз о!" hеtеrоnuсlеar сотр1ехе8 in systеm AL(III)-CR(III)-H20-0H—CL-/ Т.Ю.Гумеров, О.А. Решетник // Вестник Казан. технол. ун-та, 2014, Т.17, №21, С.32-35.

7. Гумеров Т.Ю. Процессы коагуляции при очистке сточных вод предприятий общественного питания / Т.Ю.Гумеров, О.А. Решетник // Вестник технол. ун-та, 2015, Т.18, №5, С.233-236.

© Т. Ю. Гумеров - к.х.н. доцент кафедры ТПП КНИТУ, [email protected];; О. А. Решетник - д.т.н., профессор зав.кафедрой ТПП КНИТУ, [email protected].

© T. U. Gumеrоv - Candidate of Siences (Ph.D.) in Ingineering, Docent (Associated Professor) of the Department of Technology of Food Productions from Faculty of Food Technology in Kazan National Research Technological University, [email protected]; O. A. Reshetnik - Doctor of Engineering Sciences, Full Professor of the Department of Technology of Food Productions from Faculty of Food Technology in Kazan National Research Technological University, [email protected].