Изучение асимметрии листьев березы для оценки качества окружающей среды города Томска и деревни Подломск Томского района



Любой организм, в том числе и растение, в нормальных условиях среды является здоровым: все механизмы и процессы в нем происходят правильно, бесперебойно. Но под воздействием неблагоприятных условий его внутренние механизмы разрушаются и нарушается его развитие: организм начинает болеть.

У древесных растений наиболее чувствительными к загрязнению окружающей среды являются листья, на которых оседает пыль, а под влиянием различных загрязнителей атмосферы в листьях происходят морфологические изменения (появляется асимметрия, уменьшается листовая пластина).

Цель данной работы: дать оценку состоянию окружающей среды путем изучения флуктуирующей асимметрии листьев берёзы повислой (Betula pendula), произрастающей на территории города Томска и деревни Подломск.

Настоящий способ биомониторинга является несложным, но очень информативным. Это делает наши исследования актуальными, так как мы даем оценку качеству природной среды в местах проживания городских и сельских жителей и предполагаем, как это может отразиться на их жизни и здоровье.

Задачи:

1. Дать описание объекту исследования – берёзе повислой (Betula pedula) и методу флуктуирующей асимметрии.

2. Привести характеристику мест отбора проб листьев березы и описать процесс самого пробоотбора.

3. Провести практическую работу по сбору материала.

4. Измерить асимметрию берёзовых листьев (по пяти признакам).

5. Обработать результаты измерения.

6. Оформить работу (доклад и презентация).

Теоретическая часть

Берёза повислая (Betula pedula) – листопадное растение, класса двудольные. Это дерево неприхотливо к почве и поэтому его используют в озеленении населенных пунктов. Первые годы дерево развивается не очень быстро; позже скорость роста увеличивается, особенно к 10-20 годам; рост прекращается к 50-60 годам. В природе берёза достигает 45 метров в высоту, а её ствол может достигать в обхвате до 1,5 метров. Средняя продолжительность жизни этих деревьев колеблется от 100 до 300 лет. Берёза морозостойка и не страдает от весенних заморозков. Встречается от болотистых тундр и сырых берегов рек до сухих каменистых склонов, от влажных морских побережий до знойных сухих степей, на бедных и богатых песчаных или тяжелых глинистых почвах. Данный вид берёзы светолюбив. Берёза является важнейшей лесообразующей породой. Древесина отличается хорошей упругостью и весьма ценится для всевозможных поделок. Листья берёзы применяют в народной медицине. Из листьев и молодых ветвей гонят ароматические эфирные масла. Из бересты добывают деготь, из коры получают дубильные вещества [1, 2]. Берёза очень чувствительна к состоянию окружающей среды, по-другому ее можно назвать индикатором. Благодаря этой особенности березу часто используют в биоиндикации – в одном из методов экологического мониторинга (иначе, проверки) состояния окружающей среды [2].

В данной работе мы будем использовать метод флуктуирующей асимметрии, с помощью которого выясним, насколько сильно на берёзовом листе выражено отклонение от двусторонней симметрии. С помощью этого метода мы сможем узнать, какие места нашего города имеют благоприятную экологическую обстановку, а в каких местах окружающая среда нарушена.

Места отбора проб (листьев берёзы):

1) Томск, улица Сергея Лазо, 12/1;

2) Томск, улица Сергея Лазо, 14/2 (территория школы № 25);

3) Томск, улица Ягодная, 12 (район Богашевской трассы);

4) деревня Подломск (район Сергеевского карьера).

Пробоотбор проводился в конце вегетационного периода (конец августа – начало сентября), во время остановки роста листьев. Листья берёзы собирали согласно механическим требованиям, указанным в методическом пособии [3]. Для соблюдения статистики с одного дерева (одного места) отбиралось для анализа 30 листьев. Всего было собрано 120 листьев. Материал был высушен и подготовлен к измерениям.

Практическая часть

Материалы, необходимые для измерений: измерительный циркуль, линейка и транспортир.

Ход работы:

1. Измерить ширину половинки листа (посредине листовой пластинки, слева и справа).
2. Измерить длину второй от основания листа жилки (слева и справа от центральной жилки).
3. Измерить расстояние между первой и второй жилкой, считая от черешка, в месте прикрепления их к центральной жилке (слева и справа).
4. Измерить расстояние между первой и второй жилкой, считая от черешка, с внешнего края листа (слева и справа от центральной жилки).
5. Измерить угол наклона второй жилки к центральной (слева и справа).

Измерения проводятся в сантиметрах (пункты 1-4) и градусах (пункт 5). У каждого листа измеряют по пять признаков справа и слева, как показано на рисунке 1.

Рис. 1. Схема морфологических признаков, используемых для оценки стабильности развития березы повислой.

1 – ширина левой и правой половинок листа; 2 – длина жилки второго порядка, второй от основания листа; 3 – расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка; 4 – расстояние между концами этих же жилок; 5 – угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.

Обработка результатов измерений

В первом действии находим относительное различие между значениями признака слева и справа – для каждого признака. Для этого находим разность значений измерений по одному признаку для одного листа, затем находим сумму этих же значений и разность делят на сумму. Подобные вычисления производят по каждому признаку (от 1 до 5). В результате получается 5 значений ординаты для одного листа. Такие же вычисления производим для каждого листа в отдельности. Результаты исследований заносим в таблицу:

Во втором действии находим значение среднего относительного различия между сторонами на признак для каждого листа. Для этого сумму относительных различий делим на число признаков.

Подобные вычисления производим для каждого листа.

В третьем действии вычисляем интегральный показатель стабильности развития величины среднего относительного различия между стороной и признаком. Для этого все значения складываем и делим на число этих значений, т.е. число листьев. Полученный показатель характеризует степень асимметричности организма. При вычислении мы находим следующие интегральные показатели стабильности развития (усредненную величину показателей асимметрии по 30 листьям в выборке):

Место сбора образцов	Интегральные показатели асимметрии
Улица Сергея Лазо, 12/1.	0,0517 (4 балл состояния)
Улица Сергея Лазо, 14/2.	0,05613 (4 балл состояния)
Улица Ягодная, 12	0,08414 (5 балл состояния)
Деревня Подломск	0,02623 (1 балл состояния)

Для оценки степени нарушения стабильности развития использовали пятибалльную оценку по шкале Захарова В.М. [3]:

Выводы

Листья берёзы, собранные в деревне Подломск, характеризуются низкими интегральными показателями асимметрии (0,03 – ниже условной нормы по шкале Захарова), что говорит о благоприятном состоянии окружающей среды.

Листья берёзы, собранные на территории жилого микрорайона города Томска (ул. Сергея Лазо, 12/1) и в районе школы № 25, характеризуются высокими интегральными показателями асимметрии, что соответствует 4 баллу по шкале Захарова и близко к критическому состоянию окружающей среды.

Интегральный показатель асимметрии листьев района Богашевской трассы (ул. Ягодная, 12) оказался максимально высоким и получил пятый балл по шкале Захарова. Это говорит о том, что состояние окружающей среды в этом районе критическое или, по-другому, неблагоприятное для растений, а соответственно и для жизни человека.

Таким образом, неблагоприятное состояние окружающей среды придорожных полос города находит отражение в показателях асимметрии листьев берёзы. Особенности городской среды: выхлопные газы на улицах и прочие загрязнения – сказываются на ходе жизненных процессов деревьев и влияют на продолжительность их жизни. И это, в свою очередь, должно вызвать тревожность у жителей данных районов города и принятия необходимых мер, для того, чтобы обезопасить свое здоровье. Например, как можно реже гулять вдоль автомобильных дорог. А городской администрации задуматься о благоустройстве таких территорий, например, создать буферную зону путем лесопосадок вдоль автотрасс, или создать новые автомобильные развязки и дороги в целях уменьшения автомобильных пробок и выброса загрязняющих веществ в атмосферу.

Литература:

1. Громадин А.В., Матюхин Д.Л. Дендрология. Академия, 2012.
2. Кустовая Л.М. Применение методов флуктуирующей асимметрии листовой пластины берёзы повислой, для оценки экологического состояния природных полос г. Казани. Дипломная работа, с.12-13, 45, 58.
3. Захаров В. М., Баранов А.С. Здоровье среды: методика оценки. Центр экологической политики России, 2000.