Оценка состояния окружающей среды с использованием березы повислой в качестве биоиндикатора

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].

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.

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),

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.

Рис. 2. Схема промеров листовой пластинки березы повислой

Результаты измерений приведены в таблице 1.

Таблица 1

Данные измерений

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).

Вспомогательная таблица для вычислений

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

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

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.

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.