CC BY
19
УДК: 58.02 ГРНТИ: 34.35.15 DOI: 10.32415/jscientia.2019.09-10.01
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СРЕДЫ МЕТОДОМ ФЛУКТУИРУЮЩЕЙ АСИММЕТРИИ ЛИСТОВЫХ ПЛАСТИНОК BETULA PENDULA ROTH., PADUS AVIUM MILL. И CRATAEGUS SANDUINEA PALL. В ПОЙМЕ РЕКИ КАРАТУЗ (КРАСНОЯРСКИЙ КРАЙ)
А. Е. Папинен
Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова Россия, 655000 г. Абакан, пр. Ленина, 90
И Папинен Алиса Евгеньевна - papinen2014@mail.ru
Оценка состояния качества атмосферного воздуха представлена с применением показателей флуктуирующей асимметрии листовой пластики Betula pendula, Padus avium и Crataegus sanduinea. Исследование осуществлялось на стыке западных отрогов Восточного Саяна и Минусинской котловины в междуречье рек Сиссим, Сыда и их притоков. Образцы листьев взяты с четырех площадок. Сбор листьев осуществляли в конце вегетационного периода 2017 г., во время остановки роста листьев по методике В. М. Захарова (2000). Выборка листьев с одной площадки составляет 30 шт, всего обработано 120 листьев. Результаты обработаны согласно методике С. И. Марченко (2008). Показатель «ширина левой и правой половинок листа» является вариабельным по результатам исследования. Размер левой и правой половинок листьев варьирует у Crataegus sanguinea в пределах 0,65 мм, для Betula pendula ширина листовых пластинок меняется в диапазоне 0,45 мм, для Padus avium ширина листовых пластинок изменяется на 0,15 мм. Выборка из лесного массива характеризуется низкими интегральными показателями асимметрии. Характер качества окружающей среды характеризуется как начальное отклонение от нормы. Вероятно, факторами стресса для среды на исследуемой территории являются пестициды и выбросы углекислого газа от автотранспорта. Экологическое состояние природной территории характеризуется в среднем как удовлетворительное.
Ключевые слова: флуктуирующая асимметрия, листовая пластика, Betula pendula, Padus avium, Crataegus sanduinea, биомониторинг, окружающая среда.
ASSESSMENT OF MEDIUM QUALITY BY FLUCTUATING ASYMMETRY OF BETULA PENDULA ROTH., PADUS AVIUM MILL. AND CRATAEGUS SANGUINEA PALL. IN THE FLOODPLAIN OF THE KARATUZ RIVER (KRASNOYARSK REGION)
A. E. Papinen
Katanov Khakas State University 90 Lenin Ave., 655000 Abakan, Russia
E3 Papinen Alisa - papinen2014@mail.ru
The assessment of the state of atmospheric air quality is presented with the use of indicators of fluctuating asymmetry of Betula pendula, Padus avium and Crataegus sanduinea sheet plastics. The study was carried out at the junction of the Western spurs of the Eastern Sayan and Minusinsk basin between the rivers Sissim, Syda and their tributaries. Leaf samples were taken from four sites. Leaf collection was carried out at the end of the growing season in 2017, during the stop of leaf growth by the method of V. M. Zakharov (2000). The sample of leaves from one site is 30 pieces, a total of 120 leaves are processed. The results were processed according to the method of S. I. Marchenko (2008).
The indicator "width of the left and right halves of the leaf" is variable according to the results of the study. The size of the left and right halves of the leaves varies in Crataegus sanguinea within 0.65 mm, for Betula pendula the width of the leaf blades varies in the range of 0.45 mm, for Padus avium the width of the leaf blades varies by 0.15 mm. the Sample from the forest is characterized by low integral indices of asymmetry. The nature of environmental quality is characterized as an initial deviation from the norm. Pesticides and carbon dioxide emissions from vehicles are likely to be stress factors for the environment in the study area. The ecological condition of the natural area is characterized on average as satisfactory.
Keywords: fluctuating asymmetry, sheet plastic, Betula pendula, Padus avium, Crataegus sanduinea, biomonitoring, environment.
По состоянию видов-идентификаторов природного сообщества, от которых зависит его дальнейшее существование, определяется устойчивость экосистемы. Древесные растения являются именно такими объектами, чтобы оценивать городские и поселковые экосистемы.
О соответствие условий среды нуждам живых организмов судят о степени развития отдельных структур и органов. При диагностике состояния древесных растений большое значение уделяется ассимиляционным органам, именно они помогают определить развитие и рост всех других структур растительного организма [5, 9, 11-15]. В наибольшей мере страдают листья, на которых осе-
дает пыль, после которой, под воздействием разнообразных загрязнителей атмосферного воздуха в листьях можно наблюдать морфологические изменения (уменьшение листовой пластины, асимметрия и др.). За счет базовых изменений функционирования живых существ отражается изменение гомеостаза развития. Это находит свое выражение в процессах, которые протекают на разнообразных уровнях, от молекулярного до организ-менного, это может быть соответственно оценено с применением разнообразных методов [3, 7]. Изначально, необходимо оценить гомеостаз с морфологической точки зрения [6].
Рисунок 1. Карта района исследования. Масштаб 1:200000. (Карта Красноярского края, 2013)
Примечание.
Площадка № 1 - западная сторона; Площадка № 2 - южная сторона; Площадка № 3 - северная сторона; Площадка № 4 - восточная сторона.
Закономерности и механизмы формирования реакции биологических систем на совместное действие факторов разнообразной природы, а также биоиндикаторные показатели ясно могут отражать картину состояния непосредственно растительных организмов [4].
Флуктуирующая асимметрия - небольшие случайные отклонения от двусторонней асимметрии у организмов или же их частей. Величина флуктуирующей асимметрии используется среди разных видов организмов, как индикатор состояния среды, а также степени антропогенного загрязнения. Этот метод поможет определить, в каких районах жилой местности складывается благоприятная экологическая обстановка, а в каких - неблагоприятная. В настоящее время изучение степени загрязнения среды по изменению показателей флуктуирующей асимметрии листовых пластинок выполняются как на древесных, так и травянистых видах. Среди представителей первой группы наиболее часто используют Betula pendula Roth., Betula pubescens Ehrh., Betula platyphylla Sukacz., Salix alba L., Acer platanoides L., также встречаются исследования с применением Tilia cordata L., Pinus sylvestris L. [9, 10]. Среди представителей травянистых видов растений можно упомянуть Taraxacum officinalis L., Plantago lanceolata L., Plantago major L.
Контроль состояния атмосферного воздуха осуществлялся на территории Красноярского края Идринского района в окрестностях села Екатериновка. Район расположен на стыке западных отрогов Восточного Саяна и Минусинской котловины в междуречье рек Сиссим, Сыда и их притоков. Село расположено в пойме реки Хабык, на правом её притоке - речушке Жилой Каратуз, в подтаёжной лесостепи (рисунок 1).
На исследуемой территории произрастают такие виды деревьев как Betula pendula, Padus avium, Crataegus sanduinea, Pinus sibirica Dt., Populus tremula L., Populus nigra L. и другие. Для характеристики качества атмосферного воздуха модельными видами выбраны Betula pendula, Padus avium, Crataegus sanduinea, так как они произрастают на всех площадках, по четырём сторонам света.
Образцы листьев взяты с четырёх площадок, имеющих размеры по 10 м2 каждая, расположенных по различным сторонам света. Сбор листьев осуществляли в конце вегетационного периода 2017 года. Следуя методике С.И. Марченко [8] было собрано по 30 листьев с одной площадки.
Отбор листьев осуществлялся с 10 близко растущих деревьев, по 3 листа с каждого дерева [1, 2]. На каждом листе на левой и правой половинах листовой пластинки измеряли по пять морфологических параметров: ширина левой и правой половинок листа; длина жилки второго порядка, второй от основания листа; расстояние между основаниями первой из второй жилок второго порядка; расстояние между концами первой и второй жилок второго порядка; угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.
По результатам исследования наиболее вариабельным является показатель «ширина левой и правой половинок листа». Пример измерения ширины сторон листьев Betula pendula представлен на рисунке 2.
Рисунок 2. Листья Betula pendula (фото автора, 2018)
Размер левой и правой половинок листьев варьирует у Betula pendula в пределах 0,45 мм, ширина пластинок Crataegus sanguinea меняется в диапазоне 0,65 мм, для Padus avium ширина пластинок изменяется на 0,15 мм.
Результаты вычислений интегрального показателя флук-тирующей ассиметрии листовых пластинок Betula pendula, Padus avium и Crataegus sanduinea, полученные в ходе исследований, систематизированы в таблице.
Величина интегрального показателя стабильности развития среднего относительного различия между сторонами на признак составила 1,75, т.е. находился в интервале между условной нормой (1 балл) и начальным (незначительным) отклонением от нормы (2 балла).
Таблица
Значения интегрального показателя флуктуирующей асимметрии изучаемых видов в зависимости от места произрастания
Номер площадки Betula pendula Padus avium Crataegus sanduinea
ИПФА Баллы ИПФА Баллы ИПФА Баллы
1 0,054 1 0,054 1 0,054 1
2 0,061 3 0,061 3 0,061 3
3 0,046 1 0,054 1 0,042 1
4 0,052 1 0,067 4 0,049 1
Примечание.
ИПФА - интегральный показатель флуктуирующей асимметрии
Интегральные показатели стабильности развития на площадках различны. Качество среды атмосферного воздуха по трём площадкам (№ 1, 3-4) находится в состоянии условной нормы, что соответствует одному баллу, исключение составляет одна площадка (№ 2), качество среды атмосферного воздуха в ней соответствует трём баллам (среднее загрязнение). Загрязненная площадка находится недалеко от антропогенного воздействия, на открытом пространстве, в котловине, с трёх сторон окружена горными хребтами, воздух, как правило, здесь застаивается.
Кроме того, интегральные показатели стабильности развития у различных видов деревьев отличны, так по Padus avium минимальные значения коэффициента флуктуирующей асимметрии (1 балл) зарегистрированы не на трёх, а на двух площадках (№ 1, 3), площадки расположены ближе к лесному массиву. Две другие площадки (№ 2, 4) соотвеству-ют среднему загрязнению (3 балла), находятся недалеко от антропогенных факторов.
Состояние атмосферного воздуха, в целом, на терри-
ЛИТЕРАТУРА
тории с. Екатериновка по Betula pendula составляет 0,053 (1 балл), по Crataegus sanduinea - 0,052 (1 балл), по Padus avium - 0,059 (2 балла).
Таким образом, можно предположить, что все изучаемые виды деревьев на площадке № 2 претерпевали адаптационный стресс, а состояние среды (согласно шкале) расценивается как средний уровень отклонений от нормы. На площадке № 4 выявлена индивидуальная реакция Padus avium на состояние среды, что проявилось в высоком значении интегрального показателя флуктуирующей асимметрии - 0,067, которое на 28% превышало значения интегрального показателя флуктуирующей асимметрии для Betula pendula и на 36% для Crataegus sanduinea. Установлено, что возможными внешними (антропогенными) факторами стресса для среды на исследуемой территории являются пестицидная (агрохимическая) нагрузка и выбросы автотранспорта. Экологическое состояние природной территории характеризуется в среднем как удовлетворительное.
1. Захаров В.М. Асимметрия животных. М.: Наука. 1987. 161 с. [Zakharov VM. Asimmetriya zhivotnykh. Moscow: nauka. 1987. (in Russ)].
2. Захаров В.М., Баранов А.С., Борисов В.И. и др. Здоровье среды: методика оценки. М.: Центр экологической политики России, 2000. 66 с. [Zakharov VM, Baranov AS, Borisov VI, et al. Zdorov'e sredy: metodika otsenki. Moscow: Tsentr ekologicheskoi politiki Rossii, 2000. (in Russ)].
3. Корона В.В., Васильев А.Г. Строение и изменчивость листьев растений: основы модульной теории. 2-е изд, испр. и доп. Екатеринбург. 2007. 280 с. [Korona VV, Vasiliev AG. Stroenie i izmenchivost' list'ev rastenii: osnovy modul'noi teorii. Yekaterinburg. 2007. (in Russ)].
4. Мукминов М.Н., Шуралев Э.А. Методы биоиндикации. Казань, 2011. 48 с. [Mukminov MN, Shuralev EA. Metody bioindikatsii. Kazan, 2011. (in Russ)].
5. Савинцева Л.С., Егошина Т.Л., Ширяев В.В. Оценка урбаносреды г. Кирова на основе анализа флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы повислой (Betula Pendula Roth.). // Вестник удмуртского университета. Биололгия. Науки о Земле. 2012. Вып. 2. с. 31-37. [Savintseva LS, Egoshina TL, Shuryayev VV. The estimation of urban environment quality on the basis of analyses of Betula pendula Roth. development stability. Bulletin of Udmurt University. Series Biology. Earth Sciences. 2012;3:31-37. (in Russ)].
6. Palmer AR. Strobeck C. Fluctuating asymmetry as a measure of developmental stability: implications of non-normal distributions and power of statistical tests. Acta Zool. Fenn. 1992;191:57-72.
7. Леонова Т.В., Челтыгмашева Л.Р. Оценка устойчивости ценопопуляций лилии карликовой (Lilium pumilum Delile) // Вестник КрасГАУ. 2016. № 4. С. 15-21. [Leonova TV, Cheltygmasheva LR. The stability rating of cenopopulations of a Dwarf Lily (Lilium pumilum Delile) // Bulletin of KSAU. 2016;(4):15-21. (in Russ)].
8. Марченко С.И. Методика определения величины асимметрии площадей половинок листьев с использованием компьютерных технологий. Брянск: БГИТА, 2008. 20 c. [Marchenko SI. Metodika opredeleniya velichiny asimmetrii ploshchadei polovinok list'ev s ispol'zovaniem komp'yuternykh tekhnologii. Bryansk: BGITA, 2008. (in Russ)].
9. Черных Е.П., Гоголева О.В., Первышина Г.Г. Особенности содержания биологически активных веществ в листьях черемухи обыкновенной (Padus аvium Mill.) в связи с условиями обитания // Вестник КрасГАУ. 2012. № 12. С. 83-86. [Chernykh EP, Gogoleva OV, Pervyshina GG. The content peculiarities of biologically active substances in bird cherry tree (Padus аvium Mill.) leaves in connection with habitation conditions // Bulletin of KSAU. 2012;(12):128-131. (in Russ)].
10. Собчак Р.О., Афанасьева Т.Г., Копылов М.А. Оценка экологического состояния рекреационных зон методом флуктуирующей асимметрии листьев Betula pendula Roth. // Вестник Томского государственного университета. 2013. № 368. С. 195-199. [Sobchak RO, Afanasieva TG, Kopylov MA. Evaluation of recreation areas ecological state by method of Betula pendula Roth. Leaves fluctuating asymmetry. Bulletin of Tomsk state University. 2013;(368):195-199. (in Russ)].
11. Кузнецова А.С., Сотникова Е.В. Биоиндикационные показатели стабильности развития листовой пластинки Populus tremula в условиях воздействия транспортных потоков // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2016. № 3. С. 45-51. [Kuznetsova AS, Sotnikova EV. Bioindicative indicators of stability of Populus tremula leaf blades under the impact of traffic flow. RUDN Journal of Ecology and Life Safety. 2016;3:45-51. (in Russ)].
12. Петункина Л.О., Сарсацкая А.С. Берёза повислая как индикатор качества городской среды // Вестник КемГУ. 2015. № 4-3(64). С. 68-71. [Petunkina LO., Sarsatskaya AS. Phytoindication state of betula pendula in the urban environment of Kemerovo. Bulletin of Kemerovo State University. 2015;(4-3):68-71. (In Russ.)].
13. Кентбаева Б.А. Биологические особенности и изменчивость листовых пластинок боярышников г. Алматы // Вестник КазНУ. 2009. Том 42. № 3. С. 10-18. [Kentbaeva BA. Biologicheskie osobennosti i izmenchivost' listovykh plastinok boyaryshnikov g. Almaty. Experimental Biology. 2009;42(3):10-18. (in Russ)].
14. Залесов С.В., Азбаев Б.О., Белов Л.А., и др. Использование показателя флуктуирующей асимметрии березы повислой для оценки ее состояния // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 5. С. 742. [Zalesov SV, Azbaev BO, Belov LA., et al. Application of bird fluctuative asymmetry index for its condition estimation. Modern problems of science and education. 2014;(5):742. (in Russ)].
15. Мелькумов Г.М., Волков Д.Э. Флуктуирующая асимметрия листовых пластинок клена остролистного (Acer platanoides L.) как тест экологического состояния паркоценозов городской зоны // Вестник ВГУ. Серия: География. Геоэкология. 2014. № 3. С. 95-98. [Melkumov GM, Volkov DE. Fluctuating asymmetry in maple platanoides leaves lamina (Acer platanoides L.) as a test of the ecological state of the park cenosis in the urban area. Proceedings of Voronezh State University. Series: Geography. Geoecology. 2014;(3):95-98. (in Russ)].
Поступила в редакцию 08.10.2019
