Изучалась временная изменчивость количественных морфологических признаков хвои сосны обыкновенной: длина хвои, число смоляных ходов, длина и ширина поперечного сечения хвоинки. Отбор пробы производился на территории г. Бирск Республики Башкортостан. В ходе исследований были выявлены уровни временной и эндогенной изменчивости по каждому исследуемому признаку у отдельных деревьев PinussylvestrisL. В результате исследования выяснилась зависимость длины хвои и числа смоляных ходов от внешних условий среды произрастания отдельных деревьев сосны обыкновенной и от года формирования хвоинок.
Ключевые слова: временная изменчивость, эндогенная изменчивость, сосна обыкновенная, длина хвои, смоляные ходы, поперечное сечение хвоинки, экологические факторы
Одной из важнейших экологических проблем, касающихся всех жителей планеты, является проблема сокращения видового разнообразия. Биоразнообразие в данное время становится одним из самых распространённых понятий в научной литературе, природоохранных движениях и международных связях. Термин «биоразнообразие» обычно используется для описания числа видов и изменчивости живых организмов. В широком смысле этот термин охватывает множество различных параметров и является синонимом понятия «жизнь на Земле» [1].
Чем больше количество видов растений, животных и микроорганизмов, т. е. чем больше биоразнообразие, тем устойчивее данная экосистема. Каждый биологический вид является частью биологического разнообразия, и каждый вид занимает определённое место в трофических цепях как одно звено.
На стабильность естественных экосистем все большее влияние оказывает антропогенный фактор. Загрязнение компонентов среды обитания сказывается негативно на показателе биологического разнообразия. Из этого следует, что загрязнение косвенно влияет на проблему уменьшения видового разнообразия. Особенно остро проблема загрязнения среды обитания стоит в городской среде. Любое нежелательное изменение состава земной атмосферы в результате поступления в нее различных газов, водяного пара и твердых частиц пагубно влияет на жизнедеятельность живых организмов, в том числе и на здоровье человека [1].
Одним из эффективных методов экологического мониторинга окружающей среды является биологические методы: биоиндикация и биотестирование. Биоиндикация (bioindication) — обнаружение и определение экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания [2].
Биоиндикаторы — организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации [2].
В качестве признаков визуальной биоиндикации используется внешний вид растений. Таких признаков,связанных с нарушением питания растений, множество, в частности: замедление роста стеблей; ветвей и корней; пожелтение; бурение; загибание листьев; «краевые ожоги»; образование гнили; одревеснение стеблей и др. [2].
Изучение морфологических параметров растительных организмов имеет важное хозяйственное значение. Сопоставляя знания об изменчивости количественных признаков некоторых видов растении и данные об особенностях их произрастания, учитывая их возраст, можно проследить динамику изменения условий окружающей среды. Поэтому изучение морфологических характеристик хвои сосны обыкновенной является одним из основных путей исследования в изучении проблемы влияния среды обитания на живые системы.
Таким образом, целью данного исследования является установление уровней временной и эндогенной изменчивости морфологических признаков хвои сосны обыкновенной, произрастающей в городской среде, а также выявление качества атмосферного воздуха в исследуемом районе.
В качестве района исследования был выбран микрорайон Солнечный г. Бирска Республики Башкортостан. На изучаемом участке было отобрано 5 деревьев сосны обыкновенной. Материалом для дальнейшего лабораторного исследования послужили выборки хвои разных лет формирования с каждого отдельного дерева. Отбиралось по 20 пар хвоинок с каждого дерева с учетом года их формирования: 2014 г, 2015 г, 2016 год [3].
В лабораторных условиях проводился внешний осмотр хвоинок, основными критериями изучения качества хвои были оценка степени повреждения и усыхания хвои. Далее из каждой пары хвоинок отбирали одну, производили замер длины хвои, далее делали поперечный срез в средней части хвоинки, и проводили измерения с использованием микроскопа МБИ -3. На каждом препарате вычисляли число смоляных ходов (N, шт), а также длина (l, мм) и ширина (h, мм) поперечного среза.
Степень загрязненности воздуха определялась с помощью экспресс-оценки согласно методике Денисовой С. И. Все данные были обработаны в программе Microsoft Office Excel 2007 г. Вычислили среднее значение (M±m), а также коэффициент эндогенной изменчивости (CV, %). Эндогенную изменчивость каждого признака оценивали по значению коэффициента вариации (CV, %) с помощью шкалы Мамаева: очень низкий — (СV < 7 %); низкий — (CV 8–12 %); средний — (CV 13–20 %); повышенный — (CV 21–30 %); высокий — (CV 31–40 %); очень высокий — (CV >40 %) [4]
Временную изменчивость охарактеризуем пределами вариабельности и обозначим — K. Для выражения этого коэффициента, за анализируемый 3-летний период времени вычислим отношение наибольшего годового значения признака (длины хвои) — max к минимальному значению — min. Существует шкала распределения уровней временной изменчивости: K < 1,10 — очень низкий уровень; K =1,11–1,30 — низкий уровень; K =1,31–1,50 — средний и K > 1,50 — высокий уровень изменчивости [4].
Полученные данные по экспресс-оценке качества атмосферного воздуха в микрорайоне Солнечный приводятся на рис. 1.
Рис. 1. Степень загрязненности атмосферного воздуха в исследуемом районе
Экспресс-анализ качества воздуха на исследуемом участке показал, что состояние атмосферного воздуха соответствует III классу, что по указанной методике означает загрязненный воздух «тревога».
Результаты вычислений уровней эндогенной изменчивости исследуемых признаков за 3-х летний период занесены в таблицу 1.
Таблица 1
Уровни эндогенной изменчивости исследуемых признаков хвои сосны за 3 года
|
Год |
2014 |
2015 |
2016 |
||||||
|
Показатель |
max |
min |
CV |
max |
min |
CV |
max |
min |
CV |
|
Дерево № 1 |
|||||||||
|
L, мм |
65 |
45 |
9,72 |
66 |
47 |
8,99 |
68 |
49 |
8,65 |
|
N, шт |
9 |
3 |
27,94 |
8 |
4 |
18,63 |
8 |
5 |
17,15 |
|
l, мм |
1,9 |
1,3 |
10,75 |
1,9 |
1,3 |
9,51 |
1,9 |
1,3 |
9,97 |
|
h, мм |
0,8 |
0,6 |
8,08 |
0,8 |
0,6 |
10,92 |
0,8 |
0,6 |
10,77 |
|
Дерево № 2 |
|||||||||
|
L, мм |
67 |
37 |
16,81 |
68 |
41 |
15,77 |
69 |
46 |
13,55 |
|
N, шт |
8 |
4 |
20,28 |
8 |
4 |
18,08 |
8 |
4 |
15,83 |
|
l, мм |
1,7 |
1,3 |
7,44 |
1,8 |
1,4 |
7,08 |
1,7 |
1,4 |
5,15 |
|
h, мм |
0,8 |
0,6 |
9,46 |
0,8 |
0,6 |
8,09 |
0,8 |
0,6 |
7,87 |
|
Дерево № 3 |
|||||||||
|
L, мм |
66 |
35 |
18,28 |
67 |
39 |
15,99 |
68 |
43 |
14,72 |
|
N, шт |
7 |
4 |
18,98 |
7 |
4 |
18,32 |
7 |
5 |
12,51 |
|
l, мм |
1,7 |
1,3 |
7,01 |
1,8 |
1,4 |
6,68 |
1,6 |
1,4 |
4,43 |
|
h, мм |
0,8 |
0,6 |
10,04 |
0,8 |
0,6 |
9,21 |
0,8 |
0,6 |
7,87 |
|
Дерево № 4 |
|||||||||
|
L, мм |
58 |
36 |
14,22 |
59 |
41 |
10,79 |
61 |
43 |
10,12 |
|
N, шт |
7 |
3 |
19,56 |
7 |
5 |
11,52 |
7 |
5 |
12,74 |
|
l, мм |
1,6 |
1,3 |
6,43 |
1,6 |
1,4 |
5,48 |
1,6 |
1,4 |
4,18 |
|
h, мм |
0,8 |
0,7 |
5,26 |
0,8 |
0,7 |
4,66 |
0,8 |
0,6 |
4,95 |
|
Дерево № 5 |
|||||||||
|
L, мм |
61 |
35 |
16,90 |
62 |
39 |
14,29 |
64 |
41 |
13,81 |
|
N, шт |
8 |
3 |
22,09 |
8 |
4 |
16,19 |
8 |
3 |
18,61 |
|
l, мм |
1,6 |
1,3 |
5,89 |
1,7 |
1,3 |
6,16 |
1,7 |
1,3 |
6,39 |
|
h, мм |
0,8 |
0,6 |
8,09 |
0,8 |
0,6 |
8,01 |
0,8 |
0,7 |
6,11 |
Анализируя полученные данные, мы определили степень индивидуальной изменчивости количественных признаков хвои сосны обыкновенной по годам формирования. По всем изучаемым признакам больший уровень индивидуальной изменчивости наблюдается у деревьев под № 1 и № 3 (число смоляных ходов и длина хвои), а наименьший уровень изменчивости характерен для дерева под № 4 (ширина поперечного среза). Наибольший коэффициент изменчивости имеет признак N — число смоляных ходов, он соответствует среднему уровню изменчивости по шкале Мамаева (CV 13–20 %). Низкому уровню изменчивости (CV 8–12 %) соответствуют ширина поперечного среза хвои сосны обыкновенной. Прослеживается тенденция к уменьшению уровня эндогенной изменчивости с 2014 по 2016 года.
Данные, по выявлению уровня временной изменчивости количественных признаков хвоинок сосны обыкновенной, представлены в таблице 2.
Таблица 2
Временная изменчивость количественных признаков за 3-летний период
|
|
Дерево №1 |
Дерево №2 |
Дерево №3 |
Дерево №4 |
Дерево №5 |
|||||||||||||||
|
L |
N |
l |
h |
L |
N |
l |
h |
L |
N |
l |
h |
L |
N |
l |
h |
L |
N |
l |
h |
|
|
K |
1,5 |
2,7 |
1,4 |
1,3 |
1,8 |
2 |
1,3 |
1,3 |
1,9 |
1,7 |
1,3 |
1,3 |
1,6 |
1,7 |
1,2 |
1,3 |
1,8 |
2 |
1,3 |
1,3 |
Исходя из данных представленных в таблице 2, можно сделать вывод, что длина хвои и число смоляных ходов имеют высокие коэффициенты временной изменчивости (К>1,5), а длина и ширина поперечного среза — низкий уровень временной изменчивости.
Чем больше коэффициент временной изменчивости, тем больше зависимость признака от внешних факторов. Таким образом, проведенные вычисления подтверждают зависимость длины хвои сосны обыкновенной и число смоляных ходов не только от года формирования хвои, но и от условий произрастания сосны.
Полученные данные этого исследования еще раз подтверждают необходимость усиления экологического контроля в городской среде, выявление допустимого антропогенного вмешательства в природную среду, в целях сохранения устойчивости экосистем.
Литература:
- Бадмаева С.Э, Циммерман В. И..Антропогенное загрязнение атмосферного воздуха городовКрасноярского края. Вестник Красноярского государственного аграрного университета. — 2015. № 2. — С. 27–32.
- Горшков, A. Г. Хвоя сосны как тест-объект для оценки распространения органических поллютантов в региональном масштабе / А. Г. Горшков, Т. А. Михайлова, Н. С. Бережная // Доклады Академии наук. — 2006. — Т. 408, № 2. — С. 247–249.
- Лебедев, А. Г. Анализ изменчивости количественных признаков хвои в популяциях сосны обыкновенной (Pinus silvestris L.) / А. Г. Лебедев // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16, № 5. С. 205–209.
- Мамаев С. А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений (на примере семейства Pinaceae на Урале). М.: Наука, 1973. 283 с. Рокицкий П. Ф. Биологическая статистика — М.: Высшая школа, 1973. — 320 c.
