CC BY
255
УДК 504.05
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ФЛУКТУИРУЮЩЕЙ АСИММЕТРИИ ЛИСТЬЕВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ
© 2018 М. В. Протасова, Т. А. Белова
1канд. с.-х. наук, доцент кафедры биологии и экологии e-mail: [email protected] 2докт. биол. наук, профессор кафедры биологии и экологии e-mail: t. belova@rambler. ru
Курский государственный университет
В статье дана оценка качества среды п. Горшечное Курской области по флуктуирующей асимметрии листовой пластинки, что позволяет определить качество состояния окружающей природной среды. В качестве биоиндикаторов использовались древесные растения местной флоры как важный объект для характеристики степени антропогенного влияния на зеленые насаждения. Сравнение полученных данных по интегральным характеристикам асимметрии листьев изучаемых видов свидетельствует о сильной загрязненности парковой зоны исследуемой территории, показатели флуктуирующей асимметрии соответствуют критическим значениям по всем видам деревьев.
Ключевые слова: флуктуирующая асимметрия, древесные растения, листовая пластинка, биоиндикация.
Оценка состояния окружающей среды является на сегодняшний день особо актуальной при планировании и при осуществлении мероприятий по природопользованию, широко распространены прикладные исследования в данном направлении. Растительность является объектом интенсивного использования человеком на протяжении многих лет. Особую ценность при этом приобретают наиболее устойчивые к различным химическим, механическим и другим воздействиям растения. Растения позволяют оценить весь комплекс антропогенных воздействий, характерный для данной территории в целом, поскольку они ассимилируют вещества и подвержены прямому воздействию одновременно двух сред: почвенной и воздушной. В связи с тем что растения ведут прикреплённый образ жизни, состояние их организма отражает состояние конкретного локального места обитания [Ашихмина 2005].
Древесные растения в ландшафтах, с одной стороны, выполняют средообразующую и средозащитную функцию (выделение кислорода, фитонцидов, ионизация воздуха, формирование микроклимата), с другой стороны, испытывают на себе влияние состояния окружающей среды.
В связи с этим при разработке мер охраны окружающей природной среды значительный интерес представляет изучение состояния, устойчивости и динамики популяций растений, обитающих в условиях среды. Исследование характеристик растений дает основу для широкого спектра работ по изучению состояния окружающей среды, где приоритетным направлением является оценка их устойчивости.
Оценка экологического состояния окружающей среды выполняется с целью выявления существующих условий проживания населения и обоснования проектных решений, направленных на обеспечение экологической безопасности и комфортных условий проживания. Отмечается закономерное уменьшение площади листовой
пластинки, длины черешка листа и длины жилки листовои пластинки у листьев растений, произрастающих в условиях загрязненной среды, а также разнонаправленные отличия в размерах и форме листовой пластинки [Белева 2013; Боголюбов 2002].
Целью настоящего исследования являлась оценка состояния окружающей среды в п. Горшечное Курской области с использованием показателей флуктуирующей асимметрии.
В соответствии с целью исследования в качестве биоиндикаторов использовались растения как важный объект для характеристики состояния окружающей природной среды. Объектами исследования послужили фоновые виды древесных растений: клен остролистный Acer platanoides , липа мелколистная Tilia cordata, тополь канадский Populus canadensis, береза повислая Betulla pendula, дуб черешчатый Quercus robur.
Растения как объект исследования позволяют оценить весь комплекс воздействий, характерный для данной территории в целом, поскольку ассимилируют вещества. Вследствие прикреплённого образа жизни растений прослеживается зависимость между конкретным локальным местом их обитания и состоянием их организма. Кроме того, материал для исследования отличается удобством использования, доступностью, простотой сбора [Гелашвили и соавт. 2004; Рахмангулов и соавт. 2014].
Выборка исследования составляла 50 листьев: по 10 листьев с каждого растения. Собранные по каждой выборке листья хранились отдельно в полиэтиленовом пакете, снабженном этикеткой с указанием номера выборки, места и даты сбора. Выбор растений осуществлялся с учетом четкости определения принадлежности растения к исследуемому виду, условий произрастания особи и возрастного состояния растения.
Для определения площади листовых пластинок использовалась модификация весового метода, разработанного Л.В. Дорогань. Данный метод базируется на определении длины и ширины листовой пластинки и расчета переводного коэффициента для каждой листовой пластинки исследуемых видов деревьев.
В рамках данного исследования оценивалась стабильность развития (степень флуктуирующей асимметрии) на примере листопадных деревьев, сбор листьев которых проводился в центральном парке посёлка и осуществлялся после завершения интенсивного роста листьев до периода опадения листвы со средневозрастных растений. Листья собирались с нижней части крон деревьев, на уровне поднятой руки, с ветвей разных направлений.
Площадь листовой поверхности выступает наглядным морфометрическим показателем состояния древесных насаждений, который отражает все многообразие воздействующих факторов. Преобладающее влияние экологических факторов на размеры листовой пластинки отражает коэффициент вариации площади листовой поверхности (табл. 1).
Таблица 1
Район исследования Коэффициент вариации различных видов деревьев, %
Клен остролистный Береза повислая Тополь канадский Липа сердцевидная Дуб черешчатый
Сельская местность 49,27 25,00 29,27 45,88 28,17
Парковая зона 52,41 25,28 29,84 60,18 30,21
Значения коэффициента вариации площади листовой пластинки свидетельствует о высокой степени варьирования изучаемого признака, то есть размер листьев определяется условиями произрастания растения. При этом площадь листа деревьев парковой зоны отличалась незначительным увеличением значения коэффициента вариации, что может быть связано с большим разнообразием воздействующих факторов (табл. 2).
Согласно ряду исследований, в условиях загрязнения отмечается снижение площади листовой поверхности.
Таблица 2
Сравнительный анализ площади листовой поверхности деревьев при различных _ уровнях антропогенной нагрузки__
Вид дерева Площадь листовой поверхности, см2 Оценка разности средних по 1;-критерию, 1=2,01
парковая зона сельская местность
Клен остролистный 112,07±8,31 116,56±8,12 0,39
Береза повислая 12,30±0,69 12,81±0,71 0,51
Тополь канадский 50,10±2,11 50,49±2,09 0,13
Липа мелколистная 49,60±4,22 58,28±3,78 1,53
Дуб черешчатый 34,12±2,34 33,15±2,08 0,70
Как показал сравнительный анализ площади листьев исследуемых видов деревьев, произрастающих на территории парка п. Горшечное и в условиях сельской местности, не было выявлено достоверных отличий для всех исследуемых видов древесной растительности, что указывает на отсутствие существенных различий в состоянии окружающей среды этих территорий.
В рамках задач настоящего исследования была определена степень загрязнения атмосферного воздуха по степени асимметрии листовой пластинки. В таблицах 3, 4 представлены показатели, полученные для березы повислой.
Таблица 3
Оценка стабильности развития с использованием мерных признаков листа _березы повислой._
Номер образца Номер признака
1 2 3 4 5
Л П Л П Л П Л П Л П
1 24 26 40 39 5 8 16 19 45 49
2 27 23 42 38 7 6 19 17 48 50
3 16 16 35 33 9 8 18 19 40 46
4 16 17 27 29 11 7 19 15 46 51
5 25 31 41 43 4 5 14 12 51 53
6 28 30 43 41 7 6 16 11 46 51
7 24 27 46 49 8 8 18 15 38 40
8 25 24 42 43 9 9 15 16 31 33
9 20 27 39 42 10 9 18 17 43 39
10 18 20 38 39 7 8 11 15 50 46
Л и П - левая и правая части листовой пластинки; 1 - ширина половины листа (мм), 2 - длина второй жилки (мм), 3 - расстояние между основаниями первой и второй жилок (мм), 4 - расстояние между концами первой и второй жилок (мм), 5 - угол между центральной и второй жилками (градус).
Таблица 4
Мерные признаки березы повислой для расчета показателя стабильности развития
Номер образца Номер признака Величина асимметрии листа
1 2 3 4 5
1 0,04 0,012 0,23 0,085 0,042 0,081
2 0,08 0,05 0,076 0,055 0,02 0,056
3 0 0,029 0,058 0,027 0,069 0,036
4 0,03 0,035 0,222 0,121 0,051 0,091
5 0,107 0,023 0,111 0,076 0,019 0,067
6 0,034 0,023 0,076 0,185 0,051 0,073
7 0,058 0,031 0 0,09 0,025 0,04
8 0,02 0,011 0 0,032 0,031 0,018
9 0,148 0,037 0,052 0,028 0,048 0,062
10 0,052 0,012 0,066 0,153 0,041 0,064
Величина асимметрии в выборке 0,059
Сопоставление полученных данных флуктуирующей асимметрии в выборке составляет 0,059, что соответствует 2 баллам по шкале оценки отклонений. Эти данные указывают на незначительные стрессирующие воздействия антропогенных факторов на изменение морфогенетического гомеостаза для произрастания березы повислой.
В таблицах 5, 6 представлены показатели, полученные для клена остролистного.
Таблица 5
Оценка стабильности развития с использованием мерных признаков листа клена __остролистного_
Номер образца Номер признака
1 2 3 4 5
Л П Л П Л П Л П Л П
1 20 22 33 32 3 6 14 17 40 44
2 21 19 25 29 5 4 16 14 38 40
3 18 18 26 24 7 6 17 18 30 36
4 14 15 20 22 9 5 17 13 36 41
5 20 26 31 33 3 4 12 10 41 43
6 16 23 30 31 6 5 15 10 36 41
7 17 20 36 39 6 6 18 15 28 30
8 21 22 32 33 7 7 14 16 21 23
9 13 20 29 32 8 7 14 13 33 29
10 15 17 28 29 6 7 10 14 40 36
Таблица 6
Мерные признаки клена остролистного для расчета показателя стабильности развития
Номер образца Номер признака Величина асимметрии листа
1 2 3 4 5
1 0,047 0,015 0,333 0,096 0,047 0,107
2 0,05 0,074 0,111 0,066 0,025 0,065
3 0 0,04 0,076 0,028 0,09 0,046
4 0,034 0,047 0,285 0,133 0,064 0,112
5 0,13 0,031 0,142 0,09 0,023 0,083
6 0,179 0,016 0,09 0,2 0,064 0,109
7 0,081 0,04 0 0,09 0,034 0,049
8 0,023 0,015 0 0,066 0,045 0,029
9 0,212 0,049 0,066 0,037 0,064 0,085
10 0,062 0,017 0,076 0,166 0,052 0,074
Величина асимметрии в выборке 0,076
Сопоставление полученных данных флуктуирующей асимметрии в выборке клена остролистного составляет 0,076, что соответствует 5 баллам по шкале оценки отклонений (табл. 4.) и свидетельствует о сильной загрязненности парка в п. Горшечное, где произрастает клен остролистный.
В таблицах 7, 8 представлены показатели, полученные для липы мелколистной.
Таблица 7
Оценка стабильности развития с использованием мерных признаков листа липы
мелколистной
Номер образца Номер признака
1 2 3 4 5
Л П Л П Л П Л П Л П
1 15 17 28 27 6 9 16 19 30 34
2 17 15 20 24 8 7 18 16 28 30
3 13 13 21 19 10 9 19 20 20 26
4 17 18 15 17 12 8 19 15 36 31
5 23 29 26 27 6 7 14 12 31 33
6 18 25 25 26 9 8 17 12 26 31
7 20 23 31 34 9 9 20 17 18 20
8 23 24 27 28 10 10 16 18 11 13
9 17 24 24 27 11 10 16 15 23 19
10 20 22 23 24 9 10 12 16 30 26
Таблица 8
Мерные признаки липы мелколистной для расчета показателя стабильности развития
Номер образца Номер признака Величина асимметрии листа
1 2 3 4 5
1 0,062 0,018 0,2 0,085 0,062 0,085
2 0,062 0,09 0,066 0,058 0,034 0,062
3 0 0,05 0,052 0,025 0,130 0,051
4 0,028 0,062 0,2 0,117 0,074 0,096
5 0,115 0,018 0,076 0,076 0,031 0,063
6 0,162 0,019 0,058 0,156 0,087 0,096
7 0,069 0,046 0 0,081 0,052 0,049
8 0,021 0,018 0 0,058 0,08 0,035
9 0,17 0,058 0,047 0,032 0,095 0,08
10 0,047 0,021 0,052 0,142 0,071 0,066
Величина асимметрии в выборке 0,068
Сравнение полученных данных флуктуирующей асимметрии в выборке липы мелколистной составляет 0,068, что соответствует 5 баллам по шкале оценки отклонений и свидетельствует о сильной загрязненности парка в п. Горшечное, где произрастает липа мелколистная.
В таблицах 9, 10 представлены показатели, полученные для тополя канадского.
Таблица 9
Оценка стабильности развития с использованием мерных признаков листа
тополя канадского
Номер образца Номер признака
1 2 3 4 5
Л П Л П Л П Л П Л П
1 20 22 26 25 7 10 13 16 25 29
2 22 20 18 22 9 8 15 13 23 25
3 18 18 19 17 11 10 16 17 15 21
4 22 23 15 15 13 9 16 12 31 26
5 28 34 24 25 7 8 11 9 26 28
6 23 30 23 24 10 9 14 9 21 26
7 25 28 29 32 10 10 17 14 13 15
8 28 29 25 26 11 11 13 15 6 8
9 22 29 23 25 12 11 13 12 18 14
10 25 27 21 22 10 11 9 13 25 21
Таблица 10
Мерные _ признаки тополя канадского для расчета показателя стабильности развития
Номер образца Номер признака Величина асимметрии листа
1 2 3 4 5
1 0,047 0,019 0,411 0,103 0,074 0,130
2 0,047 0,1 0,058 0,071 0,041 0,063
3 0 0,055 0,047 0,03 0,166 0,059
4 0,018 0 0,181 0,142 0,087 0,085
5 0,096 0,02 0,066 0,1 0,037 0,063
6 0,132 0,021 0,052 0,217 0,106 0,105
7 0,056 0,049 0 0,096 0,071 0,054
8 0,017 0,019 0 0,071 0,142 0,049
9 0,137 0,041 0,043 0,04 0,125 0,077
10 0,038 0,023 0,047 0,181 0,086 0,075
Величина асимметрии в выборке 0,076
Сравнение полученных данных флуктуирующей асимметрии в выборке тополя канадского составляет 0,076, что соответствует 5 баллам по шкале оценки отклонений и свидетельствует о сильной загрязненности парка.
В таблицах 11, 12 представлены показатели, полученные для дуба черешчатого.
Таблица 11
Оценка стабильности развития с использованием мерных признаков листа дуба
черешчатого
Номер образца Номер признака
1 2 3 4 5
Л П Л П Л П Л П Л П
1 17 19 30 29 5 8 15 18 28 32
2 19 17 22 26 7 6 17 15 26 28
3 15 15 23 21 9 8 18 19 18 24
4 19 20 19 19 11 7 18 14 34 29
5 25 31 28 29 5 6 13 11 29 31
6 20 27 27 28 8 7 16 11 24 29
7 22 25 33 36 8 8 19 16 16 18
8 25 26 29 30 9 9 15 17 9 11
9 19 26 27 29 10 9 15 14 21 17
10 22 24 21 26 8 9 11 15 28 24
Таблица 12
Мерные ^ признаки дуба черешчатого для расчета показателя стабильности развития
Номер образца Номер признака Величина асимметрии листа
1 2 3 4 5
1 0,055 0,016 0,23 0,09 0,066 0,091
2 0,055 0,083 0,076 0,062 0,037 0,062
3 0 0,045 0,058 0,027 0,142 0,054
4 0,025 0 0,222 0,125 0,079 0,09
5 0,107 0,017 0,09 0,083 0,033 0,066
6 0,148 0,018 0,066 0,185 0,094 0,102
7 0,063 0,043 0 0,085 0,058 0,049
8 0,019 0,016 0 0,062 0,1 0,039
9 0,155 0,035 0,052 0,034 0,105 0,076
10 0,043 0,106 0,076 0,137 0,076 0,087
Величина асимметрии в выборке 0,072
Сравнение полученных данных флуктуирующей асимметрии в выборке дуба черешчатого составляет 0,072, что соответствует 5 баллам по шкале оценки отклонений и свидетельствует о сильной загрязненности парка.
В результате проведенного исследования были выявлены показатели флуктуирующей асимметрии, соответствующие критическим значениям (5 баллов) по всем видам деревьев:
- береза повислая -0,059;
- клен остролистный -0,076;
- липа мелколистная - 0,068;
- тополь канадский - 0,076;
- дуб черешчатый - 0,072.
Критические значения показателя асимметрии большинства исследуемых видов наблюдаются в крайне неблагоприятных условиях, когда растения находятся в сильно угнетенном состоянии. Это означает, что окружающая среда в пределах п. Горшечное испытывает антропогенное воздействие, так как показатель асимметрии высокий. Поэтому у них проявляются сильные отклонения от билатеральной симметрии. Центральный парк п. Горшечное расположен вблизи автодороги, поэтому все выхлопные газы попадают непосредственно на деревья, что негативно влияет на их состояние.
Анализ промышленности поселка показал, что на его территории отсутствуют крупные промышленные предприятия, которые могут наносить окружающей среде серьезный вред. Его минерально-сырьевая база представлена месторождениями строительных материалов: глины, песка, мела. Находящиеся на территории поселка предприятия по их добыче и переработке не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду. Хозяйство п. Горшечное представлено преимущественно предприятиями агропромышленного комплекса (сельское хозяйство и отрасли переработки сельхозпродукции), которые также не влияют отрицательно на состояние окружающей среды.
Из всех расположенных на территории поселка объектов наибольшее отрицательное воздействие на окружающую среду могут оказывать участок Юго-Восточной железной дороги Касторное - Старый Оскол, а также автомобильные автодороги федерального значения.
Однако в 30 км от п. Горшечное находится г. Старый Оскол (Белгородская обл.), на долю которого приходится примерно 40% промышленного производства всего Белгородского региона. На территории города располагаются большие запасы железных руд, обусловливающие направление индустриального развития города. Ведущими отраслями являются: горнодобывающая промышленность и черная металлургия, а также металлообработка и машиностроение.
Предприятия горнодобывающей и металлургической промышленности оказывают на окружающую среду воздействия локального характера, проявляющиеся в зоне радиусов от 15 до 70-100 км. В пределах этой зоны располагается п. Горшечное. Горнодобывающая промышленность и предприятия черной металлургии Старого Оскола могут вызывать на территории п. Горшечное и Горшеченского района истощение и загрязнение подземных и поверхностных вод, обезвоживание и засоление почв, загрязнение вредными веществами и химическими элементами атмосферного воздуха, неблагоприятные для местных экологических систем гидрогеологические и геохимические изменения, изменение микроклимата. Все это могло обусловить полученные в результате исследования критические значения показателей флуктуирующей асимметрии древесных растений.
Библиографический список
Ашихмина Т.Я. Биоиндикация и биотестирование - методы познания экологического состояния окружающей среды. Киров, 2005. 112 с.
Белева Ю.В. Показатели флуктуирующей асимметрии Ве1и1арепёи1аКоШ. в естественных и антропогенных условиях Тольятти // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2013. Т. 23. № 3. С. 167-174.
Боголюбов А.С. Оценка экологического состояния леса по асимметрии листьев. М.: Экосистема, 2002. 10 с.
Гелашвили Д.Б., Чупрунов Е.В., Иудин Д.И. Структурные и биоиндикационные аспекты флуктурующей асимметрии билатерально-симметричных организмов // Журнал общей биологии. 2004. Т. 65. № 5. С. 433-441.
Рахмангулов Р.С., Ишбирдин А.Р., Салпагарова А.С. Флуктуирующая асимметрия - показатель дестабилизации или поиск путей адаптивного морфогенеза? // Вестник Башкирского университета. 2014. Т. 19. № 3. С. 831-834.
