VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Работа посвящена оценке качества окружающей среды по изучению флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой (Betula pendula Roth.) и липы мелколистной (Tilia cordata Mill), так как это одни из самых популярных видов древесных растений в озеленении г. Москва.

Ключевые слова: оценка состояния окружающей среды, флуктуирующая асимметрия, стабильность развития растений, Betula pendula Roth, Tilia cordata Mill.

Возрастание антропогенной нагрузки приводит к негативным изменениям в структуре, продуктивной работе и функционировании экосистем. В этой связи огромное значение приобретает информация об уровне загрязнения и ответной реакции биологических объектов на внешнее воздействие. Доступными и простыми способами оценки состояния окружающей среды являются методы фитоиндикации.

Оценить состояние окружающей среды и уровень антропогенного воздействия можно с помощью фенотипических биоиндикаторов.

Целью работы являлась оценка уровня антропогенного воздействия и состояния окружающей среды с помощью изучения флуктуирующей асимметрии (ФА) листьев липы мелколистной (Tilia cordata Mill) и березы повислой (Betula pendula Roth) в районе Ивановское путём исследования их состояния и выявление факторов, которые оказывают влияние на рост и развитие растений этих видов.

В ходе работы был использован метод оценки асимметрии листовых пластинок или метод геометрической морфометрии, который основан на использовании парных ключевых точек (меток) с обоих сторон листовой пластинки.

Дестабилизация развития для метрических признаков наблюдается уже на относительно низком уровне средовых нарушений, еще не связанных с необратимыми изменениями в популяциях. Это позволяет использовать ФА как индикатор даже малых отклонений параметров среды от фонового состояния, еще не приводящих к существенному снижению жизнеспособности особей [6].

В литературе чаще всего встречаются исследования ФА для березы повислой [1]. С помощью данных методик можно оценить загрязнение атмосферного воздуха рассматривая в качестве биоиндикатора флуктуирующую асимметрию листьев березы повислой и липы мелколистной. Большинство авторов предлагают считать определение ФА одним из морфологических методов оценки динамики и состояния биосистем, а сам показатель ФА – индексом стабильности развития организма [4,7].

В процессе исследования были отобраны территории наблюдения. Выбор проводился на основе анализа. В результате были взяты точки с разной степенью антропогенной нагрузки: слабой, средней и сильной.

Собирались и исследовались пробы со следующих точек территории в г.Москва: рядом с МКАД, селитебной (жилой) зоне и Терлецком лесопарке. Все они находились в пределах района Ивановское. В качестве объектов для оценки состояния зеленых насаждений были выбраны следующие виды древесных растений: береза повислая (Betula pendula Roth), липа мелколистная (Tilia cordata Mill) Для анализа в общей сложности было отобрано 300 листовых пластинок березы и 300 листовых пластинок липы (по 100 листов каждого вида деревьев на разных участках).

Сбор материала проводился в летнее время 2014 года в районе Ивановское ВАО г. Москвы при стандартных погодных условиях (солнечный безветренный день). Листья собирали с деревьев среднего размера, которые растут не в одинаковых экологических условиях и занимают равное положение в кроне. Измерения проводились не сразу после сбора, т.к. листья были засушены в качестве гербария.

Исследования вели по морфологическому методу. Уровень стабильности развития березы повислой оценивался по величине флуктуирующей асимметрии пяти признаков листа (Рис. 1):

1. Ширина половинки листа (измерение проводили по середине листовой пластинки);

2. Длина второй от основания листа жилки второго порядка;

3. Расстояние между основанием первой и второй жилок второго порядка;

4. Расстояние между концами этих жилок;

5. Угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.

Уровень стабильности развития оценивался по величине интегрального показателя – среднего относительного различия на признак.

Рисунок 1 - Схема замеров листовой пластинки березы повислой для определения показателя флуктуирующей асимметрии

Уровень стабильности развития липы мелколистной оценивался по величине флуктуирующей асимметрии трех признаков листа:

1. Ширина половинки листа (измерение проводили по середине листовой пластинки);

2. Длина второй от основания листа жилки второго порядка;

3. Расстояние между основанием первой и второй жилок второго порядка

Уровень стабильности развития оценивался по величине интегрального показателя – среднего относительного различия на признак.

Схема замера в качестве примера приведена на рисунке 1. Для проведения морфометрических измерений использовались линейка и транспортир. Измерения проводились в мм и градусах. С каждого листа снимали показатели по 5-ти параметрам с левой и правой стороны. Все полученные данные заносили в таблицу с использованием Microsoft Excel. Расстояния между жилками, длина жилок и т.п. измерялись с точностью до 0,1 мм. Углы между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка измерялись с точностью до одного градуса. Каждый рассчитанный лист был пронумерован. Следующим этапом работы явились расчеты полученных данных по методике В.М. Захарова [2,3]. Для каждого обмеренного листа вычислялись относительные величины асимметрии каждого признака. Для этого разность между параметрами слева (Л) и справа (П) делили на сумму этих же параметров: Л-П/Л+П. Вычислили показатель асимметрии для каждого листа. Затем оценивали величину ФА с помощью интегрального показателя. Для этого суммировали значения относительных величин асимметрии по каждому признаку и разделили на число признаков. На следующем этапе расчетов расчитывали интегральный показатель стабильности развития - величина среднего относительного различия между сторонами на признак. Для этого вычислили среднюю арифметическую всех величин асимметрии. Для оценки отклонений состояния организма использовалась шкала, разработанная для березы повислой (Betula pendula Roth) (Таблица 1). Расчеты производили при помощи формул предварительно встроенных в Microsoft Excel.

Каждому балл, указанный в таблице 1, характеризует определенное значение стабильности развития. Балл I показывает стабильность условной нормы. Балл II – характеризует незначительное отклонение от нормы, балл III – является средним уровнем отклонения от нормы, балл IV – значительное отклонение от нормы и балл V – критическое состояние.

Таблица 1 - Шкала оценки отклонений состояния организма от условий нормы по величине интегрального показателя стабильности развития для березы повислой [2].

Балл	Величина показателя стабильности развития
I	< 0,040 (условная норма)
II	0,040 – 0,044
III	0,045 – 0,049
IV	0,050 – 0,054
V	> 0,054 (сильное, экстремальное отклонение)

Затем были проведены расчёты показателя стабильности развития (Таблца 2).

Таблица 2 – Расчеты показателя стабильности развития

Мерные признаки для расчета показателя стабильности развития

1 признак

2 признак

3 признак

4 признак

5 признак

Величина асимметрии листа

МКАД

0,057

0,032

0,250

0,057

0,0236

0,126

Селитебная (жилая) зона

0,034

0,009

0,075

0,028

0,012

0,031

Терлецкий лесопарк

0,003

0,009

0,075

0,028

0,012

0,025

Материалы таблицы 2 свидетельствуют, что показатель ФА может служить показателем диагностики состояния березы повислой в г.Москва. Величина флуктуирующей асимметрии около МКАД составляет 0,126 и имеет V баллов по шкале оценки отклонений (Таблица. 1), что соответствует сильно загрязненному району, в то время как в селитебной зоне она равна 0,031 и в Терлецком лесопарке 0,025, что показывает I балл, то есть величина показателя стабильности развития соответствует установленной норме.

После завершения вычислений с березой, мы приступили к расчету липы. Расчеты вели идентично методике березы.

Таблица 3 – Мерные признаки для расчета показателя стабильности развитиялипы

Мерные признаки для расчета показателя стабильности развития

1 признак

2 признак

3 признак

Величина асимметрии листа

МКАД

0,072

0,045

0,193

0,103

Селитебная (жилая) зона

0,037

0,010

0,071

0,039

Терлецкий лесопарк

0,002

0,012

0,082

0,032

Коэффициент флуктуирующей асимметрии, который был рассчитан на основе морфометрических показателей листьев липы мелколистной, очень чувствителен к окружающим факторам. На основании определённых коэффициентов мы рассмотрели показатели по степеням отклонения среды от условной нормы (Таблица 1). На исследуемых объектах довольно ярко просматривается разница по величине интегрального показателя стабильности развития. В данном случае, величина асимметрии морфологических показателей листьев липы мелколистной в районе Ивановское идентичны и составляет: для МКАД максимальный уровень загрязнения - 0,103, что соответствует V баллам по шкале оценки отклонений; в селитебной зоне – 0,039, а наименьший уровень нарушений стабильности развития наблюдается в Терлецком лесопарке (0,032), характеризующемся наименьшим уровнем загрязнения атмосферы и почв и по шкале оценки отклонений достигает лишь условной нормы I балл. Это может свидетельствовать о плохой экологической обстановке территорий рядом с МКАД, а жилая зона и лесопарк обнаружены довольно благоприятным местом для проживания.

После проведения анализа мы рассмотрели влияние МКАД на лиственные древесные растения по видимым повреждениям листьев. Изучили много различных повреждений и, кроме того, мы узнали, какие именно элементы выбросов влияют на появление данных повреждений. На березу повислую возле МКАД высокое влияние оказывает этилен, источником которого являются автомобильные выхлопы. На листьях березы появляется хлороз. Самое распространенное повреждение - точечный некроз, самое редкое - межжилковый некроз. Причину точечного некроза у фоновых деревьев выяснить не удалось, мы считаем, что это влияние природных факторов. У МКАД чаще всего встречается асимметрия листьев, точечный некроз и пятнистый некроз. Абсолютно здоровых листьев не нашли. Таким образом, данные статистического анализа произведенных замеров показывают, что фактор экологического загрязнения окружающей нас среды оказывает значительное влияние на процесс формирования листьев.

Исходя из вышеизложенного делаем вывод, что в ходе сравнения величины показателей флуктуирующей асимметрии в качестве отдельных признаков так и их комплекса отмечается зависимость стабильности развития березы повислой и липы мелколистной от степени антропогенной нагрузки на территорию. На лиственные растения наиболее сильно влияют окислы азота, этилен и двуокись серы. Влияние этилена проявляется в деформации и хлорозе листьев. Влияние двуокиси серы и окислов азота заметно по верхушечному и межжилковому некрозу листьев, хлорозу и изменению окраски листа. Такимобразом, посадки деревьев и кустарников у МКАД испытывают значительную нагрузку вследствие воздействия автотранспорта. Если непроизойдёт коренных изменений, то лес может погибнуть в недалёком будущем,что в свою очередь вызывет ухудшение качества жизни людей. Фактически это один из промежуточных этапов, ведущих к одной из экологических мини катастроф на территории Москвы.

Сравнение данных собственного исследования со статистическими материалами по оценке экологического состояниярайона Ивановское города Москвы, мы ометили, что данным литературы и по проведённым эмпирическим исследованиям район Ивановское ВАО г. Москвы относится к районам с напряженной экологической обстановкой. Причин загрязнения очень много. Это интенсивность движения автомобильного транспорта (МКАД, шоссе Энтузиастов и Щелковское шоссе), наличие промышленных предприятий, ТЭС, высокая плотность населения и др. [4].

Таким образом, данный метод пригоден для объективной оценки состояния окружающей среды. Изучение реакции растений на загрязнение, позволяет наглядно видеть последствия антропогенного воздействия. Метод флуктуирующей асимметрии следует рассматривать, как важное дополнение инструментальных методов, позволяющих оценить перспективу и весь комплекс воздействия техногенеза на окружающую среду.

Литература

1. Боголюбов А. С. Оценка экологического состояния леса по асимметрии листьев березы [электронный ресурс]. - Экосистема, 2002 - http://www.ecosystema.ru (дата обращения 24.11.2014).

2. Захаров В.М. Асимметрия животных. / В.М. Захаров. – М.: Наука, 1987. – 216 с.

3. Захаров В.М. Здоровье среды: методы оценки. / В.М. Захаров, А.С. Баранов, В.И. Борисов и др. – М.: Центр экологической политики России, 2000. – 68 с.

4. Ильтинбаева Э.Н., Гречнева А.Н., Оценка состояния окружающей среды района Новогиреево по частотам встречаемости фенов белого клевера [электронный ресурс]. - Студенческий научный форум http://www.scienceforum.ru/2014/ (дата обращения 24.11.2014).

5. Мукминов М.Н., Шуралев Э.А. Методы биоиндикации – Казань, 2011. – 48с.

6. Хузина Г.Р. Характеристика флуктуирующей асимметрии билатеральных признаков листа липы мелколистной (TiliacordataL.). / Г.Р. Хузина // Вестник Удмуртского университета. Биология. Наукаоземле. – 2011. – Вып. 3. – С. 47-52.

7. Gowart N.M. Within – and among – individual variation in fluctuating asymmetry of leaves in the fig (Ficuscarica L.). / N.M.Gowart, J.H. Graham// Int J Plant Sci, 1999. № 160. PP. 116-121.

Код для цитирования: Скопировать