Оценка состояния окружающей среды с использованием березы повислой в качестве биоиндикатора | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 декабря, печатный экземпляр отправим 1 января.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Экология

Опубликовано в Молодой учёный №21 (363) май 2021 г.

Дата публикации: 22.05.2021

Статья просмотрена: 2183 раза

Библиографическое описание:

Белянин, И. М. Оценка состояния окружающей среды с использованием березы повислой в качестве биоиндикатора / И. М. Белянин, Н. Н. Несмелова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 21 (363). — С. 548-553. — URL: https://moluch.ru/archive/363/81331/ (дата обращения: 17.12.2024).



Рассмотрены вопросы оценки состояния окружающей среды на основе показателя флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы повислой (Betula pendula Roth). В качестве объекта загрязнения выступает автодорога «Басандайская улица» в черте г. Томска.

Ключевые слова: окружающая среда, флуктуирующая асимметрия, оценка качества среды, береза повислая, Betula pendula Roth.

Охрана окружающей среды (ОС) является фундаментальной задачей как на национальном, так и на международном законодательном уровне.

Рост масштабов загрязнения диктует необходимость мониторинга состояния различных компонентов окружающей среды, в первую очередь — атмосферного воздуха. Для этого необходимы эффективные и доступные методы, одним из которых является метод биоиндикации с использованием показателей флуктуирующей асимметрии (ФА) листовой пластины березы повислой (Betula pendula Roth) [1].

Авторы ряда работ отмечают, что данный способ может являться «экспресс-тестом» для оценки состояния ОС, благодаря простоте сбора, хранения и обработки материала, что делает его доступным для широкого использования в отличие от других методов биоиндикации (физиологический, биохимический, генетический). При этом авторы обращают внимание на невысокую точность метода [1, 6]. В то же время, в работах [2, 3] рассматриваемый метод рекомендуется для оценки степени загрязненности атмосферного воздуха.

В связи с вышеизложенным, влияние загрязнения атмосферного воздуха на показатели флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой требует дальнейшего изучения. Актуальность этого обусловлена недостаточным количеством подобных исследований и перспективностью метода ФА как биоиндикационного подхода при оценки качества окружающей среды.

Практическим результатом такой работы может стать обоснование метода мониторинга состояния атмосферного воздуха в районах расположения промышленных предприятий и вдоль автомобильных дорог. Автомобильный транспорт сегодня является одним из самых активных загрязнителей атмосферного воздуха. Изучение асимметрии листьев на разном расстоянии от автомобильной дороги может позволить напрямую оценить информативность данного метода.

В связи с вышеизложенным, целью данной работы является проведение исследования асимметрии листьев березы повислой (Betula pendula Roth) на разном расстоянии от автомобильной дороги «Басандайская улица» Кировского района г. Томска.

Авторы работ [1–6] отмечают, что ФА не имеет самостоятельного адаптивного значения. Она представляет собой незначительные ненаправленные различия между правой и левой сторонами и является результатом ошибок в ходе индивидуального развития организма, допускаемых естественным отбором и отражает стабильность развития организма. ФА носит неспецифический показатель отклонения от нормы.

Снижение стабильности развития является индикатором ухудшения состояния организма при стрессирующем воздействии среды, на экологической периферии ареала. Условия экологической периферии имеют место повсеместно за счет антропогенного воздействия. Важно отметить, что условия экологической периферии ареала могут возникать в разных частях ареала и в силу естественных причин. Ярко это проявляется у растений. Например, для березы повислой в затененных условиях стабильность развития существенно ниже, чем на освещенных участках [1].

При оценке качества среды по показателю ФА необходимо учитывать факторы не только антропогенного характера, но и природные (недостаток или избыток влаги, освещенности, минеральных веществ в почве и др.) и возможное их влияние на показатель стабильности развития [2].

Объекты и методы. В основу данной работы положен метод оценки качества среды, разработанный в Институте биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН авторским коллективом ученых под руководством, чл. корр. РАН Захарова В. М. и рекомендуемая Центром экологической политики России [1].

В качестве основного объекта для оценки состояния ОС по асимметрии листьев выбирается береза повислая, поскольку для данного объекта собран достаточно обширный материал.

Береза повислая, или бородавчатая (Betula pendula Roth). Стройное дерево высотой до 20м, с ажурной кроной и поникающими ветвями. Распространена в северной половине Европы (в том числе в лесной и лесостепной зоне европейской части России) и в Западной Сибири. В средней России встречается повсеместно. Предпочитает более сухие местоположения и не выносит застойного увлажнения [7], также очень светолюбива и неприхотлива к почвам.

В работе [8] отмечается, что у древесных растений, в том числе и березы, которые произрастают в локальных очагах загрязнения выбросами автотранспорта, в течение вегетационного периода наблюдается снижение содержания всех пигментов. В большей степени, концентрации хлорофилла b, содержание которого можно использовать в качестве диагностического признака состояния растений.

Работа начиналась с выбора точек исследования — четырех площадок, находящихся на одной линии по мере удаления от автодороги. Первая площадка находится на расстоянии 50 м от автодороги. Последующие площадки находятся на расстоянии 50 м от предыдущих (рис. 1). Сбор материала для исследований производился после остановки роста листьев (примерно в конце августа). Листья собирались с нижней части кроны на уровне поднятой руки с максимального количества доступных веток. При сборе листьев учитывался их размер и функциональное состояние. Собирались листья, по возможности, без повреждений примерно одного среднего размера с двух близко растущих деревьев — по четыре листа с каждого дерева, восемь листьев с каждой площадки (за исключением четвертой, с которой было собрано 7 листьев), всего — тридцать один лист. Все четыре площадки находились примерно в одинаковых условиях по уровню освещенности и влажности — об этом свидетельствует одинаковая густота травяного яруса и однородный видовой состав растений на всех исследуемых площадках.

Места отбора проб

Рис. 1. Места отбора проб

С каждого листа снимались показатели по пяти параметрам с левой и правой стороны (рис. 2):

1) ширина левой и правой половинок листа (лист складывался поперек пополам, прикладывалась макушка листа к основанию и по образовавшейся складке производились измерения),

2) длина второй жилки второго порядка от основания листа,

3) расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка,

4) расстояние между концами первой и второй жилок второго порядка,

5) угол между главной жилкой и второй от основания второго порядка.

Схема промеров листовой пластинки березы повислой

Рис. 2. Схема промеров листовой пластинки березы повислой

Результаты измерений приведены в таблице 1.

Таблица 1

Данные измерений

№ листа

1 признак, мм

2 признак, мм

3 признак, мм

4 признак, мм

5 признак, градусы

Расстояние от дороги, м

1

21

15

35

33

3

6

10

10

30

31

50

2

20

16

34

31

5

9

12

12

28

30

3

22

23

36

35

4

6

15

14

35

44

4

26

18

39

32

4

4

13

14

36

36

5

20

21

38

35

6

4

15

15

31

36

6

22

20

32

33

8

6

11

12

44

36

7

19

18

32

30

3

4

11

11

40

45

8

23

23

35

34

4

5

13

14

40

44

9

16

16

30

28

5

8

10

8

31

33

100

10

26

27

39

40

6

7

15

14

31

34

11

24

21

33

33

6

6

11

11

39

41

12

20

22

33

36

7

8

9

9

38

41

13

24

24

38

35

6

5

12

12

39

41

14

22

22

34

33

4

6

14

12

46

40

15

18

21

30

30

10

9

11

8

34

38

16

18

19

30

31

7

5

10

8

36

38

17

23

23

33

31

7

7

11

11

42

40

150

18

28

25

42

40

7

6

16

16

33

38

19

19

23

28

31

6

7

8

11

37

42

20

16

19

29

29

5

4

12

12

45

48

21

16

19

26

27

3

3

11

13

50

57

22

17

17

28

28

4

5

11

12

47

50

23

20

22

34

33

6

5

14

15

50

46

24

23

21

34

31

6

6

10

13

35

40

25

19

20

31

30

2

2

11

10

44

39

200

26

18

19

32

32

2

3

10

10

39

41

27

23

21

35

33

4

5

12

12

44

41

28

19

18

31

31

2

3

12

11

34

39

29

17

18

31

29

2

4

12

10

38

42

30

18

17

29

29

3

3

10

9

50

47

31

21

20

32

31

3

3

10

11

38

40

Показатели асимметрии рассчитывались для каждого признака путем деления разности между промерами слева (Л) и справа (П) на сумму этих промеров: (Л-П)/(Л+П). Для определения среднего относительного различия между сторонами показатели асимметрии суммировались и делились на число признаков (таблица 2).

Таблица 2

Вспомогательная таблица для вычислений

листа

1 признак

2 признак

3 признак

4 признак

5 признак

Ср. относ. различие

Расстояние от дороги, м

1

0,1667

0,0294

0,3333

0

0,0164

0,1092

50

2

0,1111

0,0462

0,2857

0

0,0345

0,0955

3

0,0222

0,0141

0,2

0,0345

0,1139

0,0769

4

0,1818

0,0986

0

0,037

0

0,0635

5

0,0244

0,0411

0,2

0

0,0746

0,068

6

0,0476

0,0154

0,1429

0,0435

0,1

0,0699

7

0,027

0,0323

0,1429

0

0,0588

0,0522

8

0

0,0145

0,1111

0,037

0,0476

0,0421

9

0

0,0345

0,2308

0,1111

0,0313

0,0815

100

10

0,0189

0,0127

0,0769

0,0345

0,0462

0,0378

11

0,0667

0

0

0

0,025

0,0183

12

0,0476

0,0435

0,0667

0

0,038

0,0391

13

0

0,0411

0,0909

0

0,025

0,0314

14

0

0,0149

0,2

0,0769

0,0698

0,0723

15

0,0769

0

0,0526

0,1579

0,0556

0,0686

16

0,027

0,0164

0,1667

0,1111

0,027

0,0696

17

0

0,0313

0

0

0,0244

0,0111

150

18

0,0566

0,0244

0,0769

0

0,0704

0,0457

19

0,0952

0,0508

0,0769

0,1579

0,0633

0,0888

20

0,0857

0

0,1111

0

0,0323

0,0458

21

0,0857

0,0189

0

0,0833

0,0654

0,0507

22

0

0

0,1111

0,0435

0,0309

0,0371

23

0,0476

0,0149

0,0909

0,0345

0,0417

0,0459

24

0,0455

0,0462

0

0,1304

0,0667

0,0577

25

0,0256

0,0164

0

0,0476

0,0602

0,03

200

26

0,027

0

0,2

0

0,025

0,0504

27

0,0455

0,0294

0,1111

0

0,0353

0,0443

28

0,027

0

0,2

0,0435

0,0685

0,0678

29

0,0286

0,0333

0,3333

0,0909

0,05

0,1072

30

0,0286

0

0

0,0526

0,0309

0,0224

31

0,0244

0,0159

0

0,0476

0,0256

0,0227

Для сравнения показателей асимметрии листьев на разных расстояниях от автомобильной дороги вычислялась средняя арифметическая средних относительных различий между сторонами на признак. Полученные результаты отображены в таблице 3.

Таблица 3

Степень асимметричности от удаления от дороги

площадки

Расстояние от дороги, м

Величина коэффициента ФА

1

50

0,0722

2

100

0,0687

3

150

0,0615

4

200

0,0542

Для оценки качества среды использовалась пятибалльная шкала степени отклонения стабильности развития березы повислой (Betula pendula Roth), разработанная В. М. Захаровым и др. (таблица 4).

Таблица 4

Шкала отклонения от нормы

Балл

Качество среды

Величина коэффициента ФА

1

Условная норма

до 0,055

2

Незначительное отклонение от нормы

0,055–0,060

3

Среднее отклонение от нормы

0,060–0,065

4

Значительное отклонение от нормы

0,065–0,070

5

Критическое состояние

более 0,070

Значения показателя ФА, соответствующие первому баллу, наблюдаются в выборках растений из благоприятных условий произрастания. Значения показателя, соответствующие пятому баллу — в неблагоприятных условиях, когда растение находится в сильно угнетенном состоянии.

Анализ результатов. Так как измерения проводились на разных площадках, то полученные результаты оформляются в виде графика (рис. 3). По горизонтальной оси наносятся в масштабе точки расположения пробных площадок от удаления от автодороги (по мере удаления от источника загрязнения), а по вертикальной — величина коэффициента ФА. Горизонтальная линия, отмеченная на графике, является границей между условной нормой (ниже) и отклонением от нормы (выше). Около каждой точки обозначены номера площадок и показатели асимметричности в балльной системе в соответствии с таблицей 4.

Зависимость величины коэффициента асимметрии от удаления от дороги

Рис. 3. Зависимость величины коэффициента асимметрии от удаления от дороги

Минимальное значение коэффициента ФА зафиксировано на площадке под номером 3 (0,0479). За ней следует площадка под номером 4 (0,0493) и площадка под номером 2 (0,0523). Все эти площадки характеризуются первым баллом качества среды. Максимально высокое значение ФА отмечено на территории площадки под номером 1 (0,0722), которой соответствует наихудшее качество среды.

Автодорога «Басандайская улица» оказывает негативное влияние на ОС, это можно судить по тому, что первая площадка, выбранная ближе всего к автодороги (50 м), имеет критическое состояние. Все те вредные вещества, поступающие со стороны автодороги, имеют свойство накапливаться в окружающей среде — почве, растениях и животных.

Выводы:

1) проведено исследование состояния окружающей среды по асимметрии листьев березы повислой (Betula pendula Roth) на разном расстоянии от автомобильной дороги «Басандайская улица» Кировского района г. Томска,

2) было показано, что концентрация загрязняющих веществ вблизи автодороги имеет критическое состояния, в то время как на расстоянии 100 и более метров — условную норму,

3) показана эффективность метода флуктуирующей асимметрии как «экспресс-теста» для оценки уровня загрязнений окружающей среды.

В целом, эффективность метода флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой (Betula pendula Roth) как «экспресс-теста» для оценки состояния окружающей среды подтверждается. Следует отметить, что при выявлении высоких показателей асимметрии в определенных районах, желательно применять более точные подходы для оценки качества среды (физиологические, биохимические, генетические), которые способны дать более достоверную информацию о состоянии окружающей среды.

Литература:

  1. Захаров В. М., Баранов А. С., Борисов и др. Здоровье среды: методика оценки. — М.: Центр экологической политики России. — 2000. — 68 с.
  2. Гуртяк А. А., Углев В. В. Оценка состояния среды городской территории с использованием березы повислой в качестве биоиндикатора // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2010. — № 1. — С. 200–204.
  3. Середова Е. М. Изучение флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой (Betula pendula Roth.) для оценки качества среды // Актуальные проблемы лесного комплекса. — 2017. — № 47. — С 163–166.
  4. Зорина А. А. Методы статистического анализа флуктуирующей асимметрии // Принципы экологии. — 2012. — № 3 (3). — С. 24–47.
  5. Кустовая Л. М. Применение методов флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы повислой (Betula Pendula Roth.) для оценки экологического состояния придорожных полос г. Казани / Казанский (Приволжский) федеральный университет. — Казань, 2013–108 с.
  6. Николайчук А. М., Вашкевич М. Н. Флуктуирующая асимметрия листовой пластинки березы повислой в условиях техногенного загрязнения окружающей среды выбросами заводов цементной промышленности // Веснік Мазырскага дзяржаўнага педагагічнага ўніверсітэта імя І. П. Шамякіна. — 2017. — № 2 (50). — С. 46–50.
  7. Губанов И. А., Киселёва К. В., Новиков В. С., Тихомиров В. Н. Иллюстрированный определитель растений Средней России. Т. 2: Покрытосеменные (двудольные: раздельнолепестные). Москва: Т-во научных изданий КМК, Ин-т технологических исследований. — 2003. — 665 с.
  8. Цандекова О. Л., Неверова О. А. Влияние выбросов автотранспорта на пигментный комплекс листьев древесных растений // Известия Самарского научного центра РАН. — 2010. — № 1–3. — С. 853–856.
Основные термины (генерируются автоматически): окружающая среда, флуктуирующая асимметрия, атмосферный воздух, площадка, оценка качества среды, признак, расстояние, критическое состояние, томск, условная норма.


Ключевые слова

окружающая среда, флуктуирующая асимметрия, береза повислая, оценка качества среды, Betula pendula Roth

Похожие статьи

Некоторые аспекты экологии карася серебряного (Carassius gibelio Bloch) в условиях мелководного озера

В текущей статье рассмотрены результаты исследования некоторых особенностей экологии карася серебряного (Carassius gibelio Bloch), приведены некоторые гематологические показатели, а также изучены особенности его кормовой базы. Интерес к данному объек...

Применение фитоиндикации в оценке загрязнения окружающей среды Верхнеуральского муниципального района Челябинской области

Антропогенное давление на окружающую среду возрастает с каждым годом. Охрана окружающей среды и контроль над уровнем ее загрязнения требует привлечения эффективных и недорогостоящих методов изучения природных комплексов. Одним из таких перспективных ...

Исследование факторов, мешающих росту деревьев в городской среде (на примере улицы 1-й Безымянный переулок г. Самара)

В статье представлена исследовательская работа, в которой изучаются факторы, препятствующие росту деревьев в городской среде. Авторами составлено описание деревьев на улице 1-й Безымянный переулок города Самары, сделана оценка жизненного состояния де...

Внутрипопуляционная изменчивость хвои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на территории заказника «Бирский» Республики Башкортостан

Изучалась внутрипопуляционная изменчивость количественных признаков хвои сосны обыкновенной (число смоляных ходов, длина, ширина и площадь поперечного сечения хвоинок) произрастающей на территории Бирского заказника. В результате проведенных исследов...

Мониторинг состояния старовозрастных деревьев на улицах Центрального района г. Калининграда с целью включения их в особо охраняемые природные территории

В статье автор пытается изучить старовозрастные деревья на территории Центрального района города Калининград с целью включения их в особо охраняемые природные территории (далее ООПТ).

Ursus arctos collaris как вид-маркер экосистемы сибирской тайги

Рассмотрен конкретный представитель (Ursus arctos collaris), как вид маркер экосистемы сибирской тайги, а также в чем проявляется его маркировочное поведение.

Особенности видового состава и биология грибов-деструкторов некоторых районов Нижегородской области

В статье анализируется видовой состав трутовых грибов, развивающихся на мертвой древесине в разных экосистемах. В результате проведенных исследований определены 9 видов трутовых грибов, выявлена основная порода, на которой грибы развиваются в большей...

Оценка состояния почвы лесных экосистем Аскинского района Республики Башкортостан

В статье представлены результаты исследований по оценке экологического состояния лесных экосистем Аскинского района Республики Башкортостан. В настоящее время антропогенное давление на лесные экосистемы постоянно усиливается. В результате происходит ...

Региональные особенности поврежденности листовых пластинок липы мелколистной личинками Phyllonorycter issikii (Kumata, 1963)

В условиях Беларуси отмечены региональные особенности проявления характера поврежденности листовых пластинок липы мелколистной личинками Phyllonorycter issikii. Наиболее высокий показатель поврежденности отмечается на юге Беларуси в г. Бресте и г. Го...

Жизненность кувшинки четырехгранной (Nymphaea tetragona) в водоемах долины реки Амги

В статье описывается наблюдение за жизнедеятельностью кувшинки четырехгранной, которая произрастает в водоемах долины р. Амга. Сокращение среднегодовой нормы осадков, уменьшение площади озер приводит к изменению ареала кувшинки четырехгранной.

Похожие статьи

Некоторые аспекты экологии карася серебряного (Carassius gibelio Bloch) в условиях мелководного озера

В текущей статье рассмотрены результаты исследования некоторых особенностей экологии карася серебряного (Carassius gibelio Bloch), приведены некоторые гематологические показатели, а также изучены особенности его кормовой базы. Интерес к данному объек...

Применение фитоиндикации в оценке загрязнения окружающей среды Верхнеуральского муниципального района Челябинской области

Антропогенное давление на окружающую среду возрастает с каждым годом. Охрана окружающей среды и контроль над уровнем ее загрязнения требует привлечения эффективных и недорогостоящих методов изучения природных комплексов. Одним из таких перспективных ...

Исследование факторов, мешающих росту деревьев в городской среде (на примере улицы 1-й Безымянный переулок г. Самара)

В статье представлена исследовательская работа, в которой изучаются факторы, препятствующие росту деревьев в городской среде. Авторами составлено описание деревьев на улице 1-й Безымянный переулок города Самары, сделана оценка жизненного состояния де...

Внутрипопуляционная изменчивость хвои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на территории заказника «Бирский» Республики Башкортостан

Изучалась внутрипопуляционная изменчивость количественных признаков хвои сосны обыкновенной (число смоляных ходов, длина, ширина и площадь поперечного сечения хвоинок) произрастающей на территории Бирского заказника. В результате проведенных исследов...

Мониторинг состояния старовозрастных деревьев на улицах Центрального района г. Калининграда с целью включения их в особо охраняемые природные территории

В статье автор пытается изучить старовозрастные деревья на территории Центрального района города Калининград с целью включения их в особо охраняемые природные территории (далее ООПТ).

Ursus arctos collaris как вид-маркер экосистемы сибирской тайги

Рассмотрен конкретный представитель (Ursus arctos collaris), как вид маркер экосистемы сибирской тайги, а также в чем проявляется его маркировочное поведение.

Особенности видового состава и биология грибов-деструкторов некоторых районов Нижегородской области

В статье анализируется видовой состав трутовых грибов, развивающихся на мертвой древесине в разных экосистемах. В результате проведенных исследований определены 9 видов трутовых грибов, выявлена основная порода, на которой грибы развиваются в большей...

Оценка состояния почвы лесных экосистем Аскинского района Республики Башкортостан

В статье представлены результаты исследований по оценке экологического состояния лесных экосистем Аскинского района Республики Башкортостан. В настоящее время антропогенное давление на лесные экосистемы постоянно усиливается. В результате происходит ...

Региональные особенности поврежденности листовых пластинок липы мелколистной личинками Phyllonorycter issikii (Kumata, 1963)

В условиях Беларуси отмечены региональные особенности проявления характера поврежденности листовых пластинок липы мелколистной личинками Phyllonorycter issikii. Наиболее высокий показатель поврежденности отмечается на юге Беларуси в г. Бресте и г. Го...

Жизненность кувшинки четырехгранной (Nymphaea tetragona) в водоемах долины реки Амги

В статье описывается наблюдение за жизнедеятельностью кувшинки четырехгранной, которая произрастает в водоемах долины р. Амга. Сокращение среднегодовой нормы осадков, уменьшение площади озер приводит к изменению ареала кувшинки четырехгранной.

Задать вопрос