Оценка экологического состояния населенных пунктов Бурзянского района по показателям флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой

УДК 574.2  

 

 Юламанова Ю.Ю., студентка 2 курса направления «Агрономия», ЗФ БГАУ

Кульбердина Л.Ф., студентка 2 курса направления «Агрономия», ЗФ БГАУ

Абдуллина Г.Р., студентка 2 курса направления «Агрономия», ЗФ БГАУ

 

 

Оценка экологического состояния населенных пунктов Бурзянского района по показателям флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой 
 

Введение. Современное состояние биосферы характеризуется существенным расширением области взаимодействия человека и природы. Глобальной проблемой становится сохранение экологического равновесия. Выживание и дальнейшее развитие человеческого общества возможно лишь на основании экологически грамотных решений в сфере взаимодействия природы и общества (Экоинформатика, 1992). Для объективного заключения о качестве среды необходима интегральная характеристика ее состояния.

Живые организмы, формируясь под влиянием всего комплекса окружающих воздействий, считаются носителями наибольшего количества информации об окружающей их среде обитания. Изучение имеющих биологических смысл показателей воздействия позволит  оценить антропогенное воздействие на среду обитания (Захаров, Крысанов, 1996). Для этих целей используют виды-биоиндикаторы, по наличию, состоянию или поведению которых судят об изменениях в окружающей среде или ее характерных особенностях (Бурдин, 1985). Среди всех биоиндикаторов наиболее удобными считаются растения, особенно древесные виды для биоиндикационной характеристики больших территорий (Захаров и др., 2000).

Характеристика качества среды по стабильности развития живых организмов является одним из перспективных подходов биоиндикационной характеристики. Снижение эффективности данных механизмов приводит к появлению незначительных, ненаправленных отклонений от нормального строения различных морфологических признаков, обусловленных нарушениями развития. Оценить такие изменения можно на основании анализа уровня флуктуирующей асимметрии (Астауров, 1974; Захаров, 1987; Захаров и др., 2001).

Флуктуирующая асимметрия (ФА) считается крайне широко распространенным явлением, им охвачены практически все билатеральные структуры у самых разных живых существ (Захаров, 1987). По форме выражения ФА представляет собой незначительные отклонения от строгой билатеральной симметрии, а наблюдаемые отклонения, скорее могут быть отнесены к случайным нарушениям развития, чем к направленным изменениям. Флуктуирующая асимметрия рассматривается как проявление внутрииндивидуальной изменчивости, характеризующей различия между гомологичными структурами внутри одного индивида. Подобный тип изменчивости широко распространен у растений, где в пределах одного индивида, можно провести разносторонний анализ метамерных структур, например листьев, и они наиболее часто используются для этих целей (Глотов, 1983; Глотов и др., 1975; 1981). В то же время следует отметить, что, если уровень флуктуирующей асимметрии рассматривается индивидуальной характеристикой, значит можно оценивать различие разных групп особей по среднему уровню различий между сторонами, и ФА может рассматриваться и с позиции популяционной изменчивости.

Район исследования расположен в центральной части Южного Урала. Рельеф горный, представлен меридионально вытянутыми хребтами.  Климат резко континентальный: средняя температура июля составляет +16 Сº, января – минус 17 Сº, годовая норма осадков - 650-700 мм. Почвенный покров представлен горными аналогами дерново-таежных и серых лесных почв.  Большая часть территории района (86,0 %) занята лесами - сосновыми, сосново-березовыми и широколиственными лесами (www.burzyan.ru).

Объект и методика исследований. В качестве объекта исследования в данной работе использовался вид берёза повислая (Betula pendula Roth.) - массовый и распространенный вид, входящий в состав разнообразных экосистем степных и лесостепных зон Скандинавии, Средней и Атлантической Европы, Средиземноморья, Балкан, Западной Сибири и  Алтая. Betula pendula Roth. обладает четкими и удобно учитываемыми признаками достаточно давно, успешно применяется в качестве биоиндикатора состояния среды (Захаров и др., 2000; Стрельцов и др., 2001; Андреева, 2007). Необходимо учитывать, что использование березы в качестве вида-биоиндикатора полностью отражает только комплекс факторов наземных экосистем.

Материал для оценки экологического состояния был собран в девяти стационарных точках вокруг трех населенных пунктов – деревень Гадельгареево (западная часть района), Старомусятово (центральная часть района), Абдулмамбетово (восточная часть района) (рис.1) по 5 листьев нижней части кроны с 10 деревьев.

Рис.1. Расположение мест сбора материала на карте района

 

Сбор и обработка первичного биологического материала проводились в строгом соответствии с утвержденной на федеральном уровне методикой (Захаров и др., 2000). Сбор листьев проводился в сентябре 2013 года. Этот период наиболее благоприятен для сбора листьев, так как они уже полностью сформировались под влиянием условий окружающей среды. Отбирались листья с растений,  находящихся в примерно одинаковых условиях  по уровню освещенности, влажности. Для анализа использовали только средневозрастные деревья, избегая, молодые и старые экземпляры. Всего собрано более 450 экземпляров листьев. На левой и правой сторонах листовой пластинки были выполнены измерения пяти признаков (рис.2):

1) ширина листа (посередине листовой пластинки);

2) длина второй от основания жилки второго порядка;

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

4) расстояние между концами этих жилок;

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

Рис.2. Признаки листовой пластинки березы повислой для выполнения измерений

Результаты математической обработки – исходный материал для экологического анализа – коэффициенты флуктуирующей асимметрии. Сами расчеты коэффициента асимметрии проводились по формуле, которая используется при оценке величины асимметрии по нескольким размерным признакам как интегральный показатель: среднее относительное различие между сторонами на признак (Захаров и др., 1996):

,

где

,

k – число признаков

 Оценка состояния окружающей среды с использованием методики определения   ФА основана на выявлении нарушений симметрии развития листовой пластины березы повислой  под действием техногенной нагрузки (Захаров и др., 2000) (табл.1).

Таблица 1.

Оценка состояние окружающей среды

Баллы	Значение показателя ФА	Экологическое состояние
1	до 0,055	ситуация условно нормальная
2	0,055 - 0,060	небольшие отклонения от нормального состояния
3	0,060 - 0,065	существенные нарушения
4	0,065 - 0,070	опасные нарушения
5	более 0,07	критическое состояние

Результаты исследований. Варьирование показателя ФА листьев березы повислой по всем исследованным выборочным совокупностям довольно значительно: 0,025 - 0,122 (табл.2).

Значения ФА по ширине левой и правой половинок листовой пластинки в исследованных естественных лесных насаждениях района варьируют от 0,034 до 0,054,  в окрестностях населенных пунктов – 0,035 – 0,040, вдоль автотрасс – от 0,044 – 0,058.

Значения ФА по длине второй жилки второго порядка от основания листовой пластинки – 0,026 –  0,046; 0,025 – 0,036; 0,034 – 0,062, соответственно.

Значения ФА по величине угла между главной жилкой и второй от основания жилки второго порядка листовой пластинки – 0,043 – 0,073; 0,043 – 0,072; 0,051 – 0,073, соответственно.

Таблица 2.

Значения показателей флуктуирующей ассиметрии листовых пластинок березы повислой

 

Место	1	2	3	4	5	Величина  асимметрии листа
д. Гадельгареево
Лесной массив	0,034	0,046	0,092	0,073	0,073	0,064
Окрестности деревни	0,035	0,025	0,093	0,072	0,043	0,054
Вдоль автотрассы	0,052	0,062	0,103	0,069	0,062	0,070
д. Старомусятово
Лесной массив	0,043	0,026	0,111	0,075	0,043	0,059
Окрестности деревни	0,040	0,029	0,118	0,074	0,044	0,061
Вдоль автотрассы	0,044	0,034	0,094	0,086	0,051	0,062
д. Абдулмамбетово
Лесной массив	0,054	0,037	0,100	0,089	0,060	0,068
Окрестности деревни	0,037	0,036	0,122	0,087	0,072	0,071
Вдоль автотрассы	0,058	0,042	0,100	0,098	0,073	0,074

 

 Рассчитав показатель асимметричности для каждой  площадки в отдельности, мы сравнили полученные значения и сделали выводы о большем или меньшем отклонении той или иной площадки от нормы.

Ситуация условно нормальная в окрестностях деревни Гадельгареево- 0,054-это наименьший показатель в нашем исследовании; небольшие отклонения от нормального состояния наблюдаются в лесном массиве на территории деревни Старомусятово – 0,059; существенные нарушения в лесном массиве деревни Гадельгареево – 0,064, вдоль автотрассы и в окрестности деревни  Старомусятово – 0,061 и 0,062; опасные нарушения вдоль автотрассы деревни Гадельгареево – 0,070 и в лесном массиве деревни Абдулмамбетово. Наиболее глубокие последствия загрязнения отмечается вдоль автотрассы и в окрестностях  деревни Абдулмамбетово.

Вывод

Итак, мы видим, что наибольшие показатели флуктуирующей асимметрии получились в деревнях Абдулмамбетово и Старомусятово. Это можно объяснить с загрязнением атмосферного воздуха, связанное с выветриванием и разложением органических веществ, так как   на этой территории промышленные предприятия или прочие факторы загрязнения атмосферы отсутствуют. И только экологическое состояние деревни Гадельгареево находится в пределах   нормы.

 

 

 

 

Рис.3. Лепестковая диаграмма значений ФА

для выборок в окрестностях деревни Гадельгареево

 

 

 

Рис. 4. Лепестковая диаграмма значений ФА

для выборок в окрестностях деревни Старомусятово

 

 

Рис.5. Лепестковая диаграмма значений ФА

для выборок в окрестностях деревни Абдулмамбетово

 

 

 

 

Рис.6. Значения показателей флуктуирующей ассиметрии листовых пластинок березы повислой в окрестностях деревни Гадельгареево. Здесь и далее жирной красной чертой указано значение для условно нормальной ситуации, черной – значение критического состояния

 

Рис.7. Значения показателей флуктуирующей ассиметрии листовых пластинок березы повислой в окрестностях деревни Старомусятово

 

Рис.8. Значения показателей флуктуирующей ассиметрии листовых пластинок березы повислой в окрестностях деревни Абдулмамбетово

 

Рис.9. Дендрограммы значений показателей флуктуирующей ассиметрии

Примечание: синий – ситуация условно нормальная; зеленый – небольшие отклонения от нормальных условий; желтый – существенные нарушения; красный – опасные и критические нарушения.

 

Заключение. Отметим, что показатели асимметрии отражают не только качество среды, но общее состояние данного растительного организма; их возрастание наблюдается при действии факторов, повышающих уровень нарушения стабильности развития. На нашем примере наиболее глубокие последствия загрязнения воздушной среды отмечаются на участках, подвергавшихся прямому техногенному воздействию вдоль автротрасс. На других участках опосредованного воздействия отрицательные последствия не так значительны. Необходимо проведение мониторинговых исследований.

 

 

Использованная литература

www.burzyan.ru

Андреева М.В. Оценка состояния окружающей среды в насаждениях в зонах промышленных выбросов с помощью растения-индикаторов. Автореф. дис. на соискание уч. степени канд. сельскохоз. наук. — СПб. — 2007. — 20 с.

Астауров Б.Л. исследование наследственных нарушений билатеральной симметрии в связи  с изменчивостью одинаковых структур в пределах организма / Наследственность и развитие. М., 1974. С.54-109.

Бурдин К.С. Основы биологического мониторинга. М. Изд-во МГУ, 1985, 158 с.

Глотов Н.В. Оценка генетической гетерогенности природных популяций: количественные признаки // Экология. – 1983. – №1. – С. 3-10.

Глотов Н.В., Семериков Л.Ф., Верещагин А.В. Естественно-историческое и популяционное исследование скального дуба (Quercus petraea Liebl.) на Северо-Западном Кавказе // Журн. общ. биол. – 1975. – Т. 36. – №4. – С. 537-554.

Глотов Н.В., Семериков Л.Ф., Казанцев В.С., Шутилов В.А. Популяционная структура Quercus robur (Fagасеае) на Кавказе // Ботанический журнал. – 1981. – Т. 66. – № 10. – С. 1407-1418.

Захаров В.М., Жданова Н.П., Кирик Е.Ф., Шкиль Ф.Н. Онтогенез и популяция: оценка стабильности развития в природных популяциях. Онтогенез, 2001. том 32, № 6, 404-421.

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

Захаров  В.М.,  Крысанов  Е.Ю., Пронин А.В. Методология оценки здоровья среды. Последствия Чернобыльской катастрофы: Здоровье Среды. М. 1996. с. 22 – 31. 

Захаров  В.М., Чубинишвили А.Т., Дмитриев С.Г., Баранов А.С., Борисов В.И., Валецкий А.В.,  Крысанов  Е.Ю., Кряжева Н.Г., Пронин А.В., Чистякова Е.К. Здоровье среды: практика оценки. М. ЦЭПР. 2000. 317 с.

Стрельцов А.Б., Константинов Е.Л., Рачкова Е.М., Устюжанина О.А.   Биоиндикационные исследования на территории национального парка «Угра»   / /   Природа и история Поугорья. Краеведческие очерки. Выпуск 2.     Калуга:   Издательство «Полиграф-Информ»   -   2001 C. 60-63.

Экоинформатика: Теория. Практика. Методы и системы / Ю. А. Арский ; Ред. В. Е. Соколов ; Рос. акад. наук. М-во экол. и природных ресурсов Рос. Федерации, и др. . – СПб. : Гидрометеоиздат, 1992 . – 519 с. : 190.00 .