ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА БИОИНДИКАЦИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ
Рунова Е.М., Аношкина Л.В. (БрГУ, г. Братск, РФ)
The study of air quality on a birch leaf plates. Comparison of integral indicators of fluctuating asymmetry.
Одним из методов определения уровня антропогенной нагрузки на биогеоценозы является биоиндикация. Это достаточно эффективный метод мониторинга окружающей среды, основанный на исследовании воздействия изменяющихся экологических факторов на различные характеристики биологических объектов и систем. Устойчивость экосистемы определяться по состоянию видов - эдификаторов природного сообщества, от состояния которых зависит его дальнейшее существование. Для лесных экосистем такими объектами являются древесные растения. В качестве биоиндикаторов выбирают наиболее чувствительные к исследуемым факторам биологические системы или организмы. Для деревьев лучшим вегетативным органом считается лист растения. При антропогенных воздействиях в листьях происходят морфологические изменения (появление асимметрии, уменьшение площади листовой пластины). Хорошими биоиндикаторами в городе являются листья березы, дерева с высокими поглотительными качествами.
При формировании листовой пластины, по мере накопления токсических веществ, происходит торможение ростовых процессов, и деформация листа. При окончательном формировании листовых пластин на деревьях, испытывающих высокую техногенную нагрузку, их площади меньше, чем на деревьях, произрастающих в более благоприятных экологических условиях.
Для проведения исследований были выбраны следующие территории:
1) жилой район г. Братска, расположенный в непосредственной близости от промышленных предприятий (10 км от алюминиевого завода и 4 км от Братского лесопромышленного комплекса), а также центральных городских магистралей.
2) лесопарковая зона, расположенная между жилыми районами, удаленная от основных источников загрязнения на 31 км.
Для проведения сравнительной оценки экологического состояния различных районов г. Братска было взято по 50 проб листьев с 10 деревьев в 6 зонах. При этом использовались только средневозрастные деревья. Образцы листьев березы собирались в июле, в период, когда они полностью сформировались. В рядовых посадках вдоль улиц сбор образцов производился со стороны транспортных магистралей и пешеходных дорожек. Листья собирались с укороченных побегов, неповрежденные, средних размеров.
В жилом районе взяты образцы из трех характерных мест: 1 выборка – вдоль проезжей части достаточно оживленной транспортной магистрали в центре города; 2 выборка - во дворе, непосредственно за стенами зданий; 3 выборка – в групповых посадках, расположенных в глубине микрорайона.
В районе, расположенном на расстоянии 31 км от промышленных предприятий: 4 выборка – на пониженных отметках рельефа в лесопарковой зоне; 5 выборка – на повышенных отметках рельефа в лесопарковой зоне; 6 выборка – на повышенных отметках рельефа в зоне, примыкающей к городской застройке.
После статистической обработки данных получены следующие результаты:
Таблица 1 – Результаты статистической обработки листовых пластин
|
№ выборки |
Средняя площадь листа (см2) |
Среднее квадратическое отклонение |
|
1 |
20,08 |
4,21 |
|
2 |
23,78 |
4,82 |
|
3 |
23,91 |
5,39 |
|
4 |
27,64 |
3,56 |
|
5 |
29,79 |
6,32 |
|
6 |
27,55 |
5,27 |
Наименьшая средняя площадь листовой пластины 20,08 см2 наблюдается у деревьев, расположенных вдоль дороги, находящихся в зоне повышенного воздействия промышленных выбросов и выхлопов автотранспорта. В этой же выборке образец с самой маленькой по площади листовой пластиной – 13,9 см2. Наибольшая средняя площадь листа 29,79 см2 у деревьев, расположенных в глубине лесопаркового массива на повышенных отметках рельефа. Образец с самой большой листовой пластиной – 51,2 см2 также находится в данной выборке. Здесь же площади больше всего варьируются – среднее квадратическое отклонение - 6,32. На рисунке 1 показана зависимость площадей листовых пластин от условий местопроизрастания.
Таким образом, метод биоиндикации по площадям листовых пластин позволяет сделать вывод о том, что самым неблагоприятным в экологическом отношении из рассматриваемых объектов является жилой район, расположенный в непосредственной близости от источников промышленных выбросов. Так как эта информация подтверждается экспериментальными исследованиями, метод биоиндикации можно считать приемлемым для оценки состояния воздушной среды.
Рисунок 1- Зависимость площади листа от места произрастания
Важным информативным материалом при оценке уровня загрязнения окружающей среды является флуктуирующая асимметрия листьев. Листовая пластина березы имеет четко выраженную двустороннюю симметрию. Принцип метода основан на выявлении нарушений симметрии развития листовой пластины, которые адекватно отражают уровень техногенного воздействия на растительность.
С листьев березы снимались следующие показатели: ширина половинки листа слева и справа; длина второй жилки от основания листа; расстояние между основаниями первой и второй жилок; расстояние между концами этих жилок, угол между главной и второй от основания жилками.
Величина флуктуирующей асимметрии оценивается с помощью интегрального показателя – величины среднего относительного различия по признакам (среднее арифметическое отношение разности к сумме промеров листа слева и справа, отнесенное к числу признаков).
При оценке состояния окружающей среды используется балльная система качества среды обитания живых организмов по показателям флуктуирующей асимметрии, предложенная А.Б.Стрельцовым .
По результатам исследований были получены следующие показатели (табл.2, рис.2):
Таблица 2 – Значения интегрального показателя асимметрии
|
№ выборки |
Интегральный показатель асимметрии |
|
1 |
0,09721 |
|
2 |
0,08875 |
|
3 |
0,09654 |
|
4 |
0,06192 |
|
5 |
0,05923 |
|
6 |
0,06277 |
Рисунок 2- Изменение интегрального показателя флуктуирующей асимметрии березы повислой (Вetula pendula)
Исходя из полученных результатов, можно сделать следующие выводы:
Интегральные показатели флуктуирующей асимметрии в районе, расположенном вблизи промышленных предприятий имеют 5 балл системы качества окружающей среды, превышая критическое значение на 76,7%. Растительность, расположенная в зоне прямого техногенного воздействия, сильно угнетена и находится в критическом состоянии.
В более благоприятных условиях произрастания находится растительность района, удаленного на 31 км от источников основных выбросов: интегральный показатель выборки №5 0,05923 имеет 2 балл, что близко к норме. Коэффициенты варьируются в пределах 0,0036 - это указывает на стабильность процессов развития растительности. Превышение критического значения по данному району составляет 14,13%.
Методы биоиндикации, наряду с экспериментами, проводимыми в лабораторных условиях, дают представление о механизмах и закономерностях формирования реакции биологических систем на совместное действие факторов разной природы, биоиндикационные показатели ясно отражают картину состояния самих растительных организмов.
Литература
1. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб. Пособие для студ.высш.учеб. заведений/ О.П.Мелехова, Е.И.Егорова, Т.И.Евсеева и др.; под ред. О.П.Мелеховой и Е.И.Егоровой. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 288с.