Оценка качества среды обитания на примере стабильности развития берёзы

 

Дипломная работа

 

Ботанике с  основами экологии

на тему:

 

«Оценка качества среды обитания на примере стабильности развития берёзы»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………..3-4

 

ГЛАВА I. Флуктуирующая асимметрия как  БИОИНДИКАЦИОННЫЙ параметр

 

1.1. Характеристика флуктуирующей асимметрии как общебиологического явления ….............................................................................................................5-9

1.2. Практическое использование флуктуирующей асимметрии для целей биоиндикации ……………………………………………. …………………...9-13

1.3. Площадная оценка  территорий по уровню флуктуирующей  асимметрии с использованием  ГИС-технологий…………………………………………...13-15

1.4. Использование анализа  флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы повислой Betula pendula Roth. Для целей биоиндикации………….16-18

 

ГЛАВА II. МЕТОДИКА ОРГАНИЗАЦИИ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

2.1.Отбор проб полевого материала и подготовка к выполнению исследований ………………………………………………………………..19- 23

 

Глава III. Результаты Исследования зависимости уровня флуктуирующей асимметрии от степени антропогенного загрязнения среды……………………………………………………23-39

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………40-42

 

ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………..43-45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В современной практике экологических обследований чрезвычайно редко встречаются случаи влияния на окружающую среду лишь одного действующего фактора. При этом хорошо известно, что различные воздействия могут: взаимно ослаблять действие друг друга, в разной степени обезвреживаться средой в процессе самоочищения, создавать новые, вторичные, факторы воздействия, усиливать воздействие друг друга на живые объекты (синэргетный эффект).

Следовательно, для объективного заключения о качестве среды, необходима интегральная характеристика ее состояния.

Именно живые организмы  несут наибольшее количество информации об окружающей их среде обитания, и  отклик у них формируется в  ответ на весь комплекс присутствующих воздействий, а не на каждое из них  в отдельности.

Реакция живого организма  позволяет оценить антропогенное воздействие на среду обитания в показателях, имеющих биологический смысл. (Захаров, Крысанов, 1996). Видами–биоиндикаторами называют виды по наличию, состоянию или поведению которых судят об изменениях в окружающей среде или ее характерных особенностях (Бурдин, 1985).

Одним из перспективных  подходов для интегральной биоиндикационной характеристики качества среды является оценка состояния живых организмов по стабильности развития (гомеостазу развития). 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 (Waddington, 1957; Van Valen, 1962; Астауров, 1978; Захаров, 1987; Струнников, 1991; Захаров, 2001).

Среди всех биоиндикаторов растения наиболее удобны, т.к. они - основные продуценты, находятся на границе  двух сред - почвы и воздуха, ведут  прикрепленный образ жизни, доступны и удобны в сборе материала. Для биоиндикационной характеристики больших территорий лучше использовать древесные растения, так как травянистые растения в большей степени отражают микробиотопические условия (Захаров др., 2000а).

В качестве объекта исследования в данной работе использовалась берёза повислая (Betula pendula Roth.). Этот вид достаточно давно и успешно используется как вид-биоиндикатор качества среды (Чистякова, 1997; Константинов, Стрельцов, 1999; Захаров и др., 2000а,б); массовый и распространенный; входит в состав разнообразных биотопов (экосистем), его ареал включает степные и лесостепные зоны в Скандинавии, в Средней и Атлантической Европе, в Средиземноморье, на Балканах, Западной Сибири и на Алтае. Поднимается до высоты 2100-2500м.; обладает четкими и удобно учитываемыми признаками (Чистякова, 1997).

Необходимо учитывать, что использование березы в качестве вида-биоиндикатора полностью отражает только комплекс факторов наземных экосистем. Хотя исследования в Калужской области (Стрельцов и др., 1998;Стрельцов и др, 2000б) и в г. Каланинграде (Московской обл.) (Барсук и др.,1996) обнаружили тесную взаимозависимость экологического состояния рек и прилегающих наземных участков, необходимо учитывать специфику обследования и оценки водной среды, выбирая другие виды индикаторов.

Однако, целый ряд вопросов использования березы как вида-биоиндикатора  остается нераскрытым. Недостаточно сведений о нарушении стабильности развития на экологической периферии ареала. Не изучены закономерности пространственного площадного распределения коэффициента асимметрии этого вида. Работы в этом направлении крайне малочисленны, особенно с использованием ГИС-технологий.

Учитывая, что биологическая  система любого уровня организации  является динамичной структурой во времени, а проведение биоиндикационных исследований позволяет провести лишь рекогносцировочную оценку, отражающую ситуацию в конкретный отрезок времени, то важное теоретическое и практическое значение имеют периодические наблюдения за изменением качества природной среды (биомониторинговые наблюдения) с оценкой именно биологических параметров. (Николаевский, 1981; Бурдин, 1985).

Биологический мониторинг, с точки зрения методологии, играет главенствующую роль среди всех типов  экологического мониторинга, т.к. возникновение самой биосферы на Земле, ее развитие, устойчивость, возможность продолжения цивилизации зависят от деятельности биоты. В.И. Вернадский (1967)в учении о биосфере обосновал важное для мониторинга положение о том, что биота в процессе жизнедеятельности создает те биогеохимические круговороты материи и превращения энергии, благодаря которым обеспечиваются, с одной стороны, необходимые условия для жизни, с другой - автоматизм работы систем саморегуляции биосферы, обеспечивающих в конечном счете поддержание условий для продолжения жизни на Земле.

Крайне интересным и  перспективным методом интерпретации  биоиндикационных данных является применение ГИС-технологий. Работы в этом направлении крайне малочисленны, и тем более это относится к работам с использованием березы повислой (Шестакова и др., 1998; Шпынов, 1998; Емельянова, 2000; Стрельцов и др., 2001).

Актуальностью данных вопросов определена цель дипломной работы: используя биоиндикационный метод оценить качество среды территорий г. Ростова-на-Дону и г. Семикаракорска Ростовской области.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

Провести биомониторинг  территорий г. Ростова-на-Дону и г. Семикаракорска Ростовской области по стабильности развития Березы повислой.

На основе полученных результатов оценить качество окружающей среды.

Выявить тенденции по изменению качества окружающей среды.

 

ГЛАВА I. Флуктуирующая  асимметрия как  биоиндикационный параметр

 

 

Явление симметрии в  природе, как вид согласованности  отдельных частей, который объединяет их в единое целое – одно из наиболее общих явлений, свойственное неживой и живой материи на разных уровнях организации

(Вейль, 1968). Анализу этого  явления в живом мире посвящено  большое количество работ, затрагивающих  разные аспекты: философский (Урманцев, 1974;Готт, Хоменко, 1977; Никонов, 1977; Петухов, 1981, Толстопятенко, 1993,1994), общебиологический (Ludwig, 1932; Гаузе, 1940; Касинов, 1973; Neville, 1976), конкретные проявления у различных организмов (Danforth, 1924; Colyer, 1951; Yamaguchi, 1977; Vermeij, 1977; Dunham, 1981; Govind, 1984) и т.д.

Ввиду того, что данная работа посвящена анализу листовой пластинки березы повислой Betula pendula Roth., ограничим рассмотрение симметрии  билатеральным типом этого явления, характерным для подавляющего большинства листовых пластинок растений (Урманцев, 1960; Урманцев, 1961). Подобная ограниченность форм симметрии листьев растений ярко демонстрирует принцип, сформулированный П.Кюри: рост наклонно и по горизонтали порождает единственную плоскость симметрии (Curie, 1908).

Ввиду различных причин (эволюционные приспособления, особенности  онтогенетического развития) в строении живых тел возникают различные  отклонения от строгой билатеральной  симметрии – называемые асимметрией.

Наиболее распространенной и часто используемой в настоящее время является классификация Ван Валена (Van Valen, 1962), предложившего все многообразие проявлений асимметрии разделить на три основных типа:

1. Направленная асимметрия – при этом типе в норме какая-либо структура развита больше на одной стороне, причем сторона проявления генетически строго детерминирована. Подобный тип асимметрии, как правило, является результатом приспособлений, выработанных в ходе филогенеза: сердце млекопитающих, размер клешней у некоторых видов крабов, строение тела камбалообразных, из растений – листовые пластинки бегоний, липы (Boycott et al., 1930; Bantock et al., 1973;Dunham, 1981; Policansky, 1982).

2. Антисимметрия – при данном типе асимметрии отмечается отрицательная связь проявления признака на разных сторонах билатеральной структуры – признак проявляется только на правой или только на левой стороне, причем, генетически обусловлен сам факт различий, а не сторона проявления. Данное явление отмечено у некоторых видов брюхоногих моллюсков, гетерохелия у ряда видов крабов (Przibram, 1911; Bond, 1920; Dahlberg, 1943).

3. Флуктуирующая асимметрия – этот тип асимметрии есть следствие несовершенства онтогенетических процессов (Ludwig, 1932). Это незначительные, ненаправленные отклонения от строгой билатеральной симметрии.

Необходимо отметить, что основные положения теории флуктуирующей  асимметрии разрабатывались с использованием в большей части зоологического материала. Работы с ботаническими  объектами крайне малочисленны и  основная их часть появилась за последние несколько лет.

 

1.1. Характеристика флуктуирующей  асимметрии как общебиологического  явления

 

Флуктуирующая асимметрия крайне широко распространенное явление. Им охвачены практически все билатеральные структуры у самых разных живых существ. Понятно, что не возможно подвергнуть анализу известные признаки всех билатерально - симметричных структур, но у исследованных флуктуирующая асимметрия регистрировалась (Захаров, 1987). Более того, это явление имеет место даже при иных типах асимметрии, в этом случае она представляет собой отклонения не от строгой симметрии, а от определенной средней симметрии.

По форме выражения  она представляет собой незначительные отклонения от строгой билатеральной  симметрии, а наблюдаемые отклонения, скорее могут быть отнесены к случайным нарушениям развития, чем к направленным изменениям. Соответственно, эти незначительные отклонения не несут функциональной значимости, и находятся в пределах определенного люфта, допускаемого естественным отбором.

Флуктуирующая асимметрия есть проявление внутрииндивидуальной изменчивости, т.е. характеризует 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 (они наиболее часто используются для этих целей) (Семериков, Глотов, 1971; Глотов и др., 1975; Семериков, 1975). Но важно отметить, что если уровень флуктуирующей асимметрии является характеристикой индивидуума, а значит, можно оценивать различие разных групп особей по среднему уровню различий между сторонами, то данное явление (флуктуирующая асимметрия) может рассматриваться и с позиции надиндивидуальной(популяционной) изменчивости.

С позиций изменчивости как способности к изменению, наблюдаемое при флуктуирующей асимметрии несходство проявления признака между сторонами, не может быть объяснено ни генотипическими, ни средовыми различиями.

Это есть результат случайной  изменчивости развития. Представления  об этом виде изменчивости были впервые сформулированы Б.Л. Астауровым (Астауров, 1927; Astauroff, 1930), а далее развиты в ряде работ (Mather, 1953; Thoday,1958; Reeve, 1960). Само выявление этой формы изменчивости связано, в первую очередь, с исследованием именно флуктуирующей асимметрии.

Рассматривая основные черты флуктуирующей асимметрии, можно выделить три основные особенности (по различиям между двумя сторонами  тела):

незначительность – определяется природой этого явления (случайная изменчивость развития), а значит, если эти различия случайны, то они должны быть незначительны. Возникающие существенные различия между сторонами, обычно элиминируются отбором. Если этого не происходит, а появление этих различий постоянно, то можно говорить об их адаптивном характере, и они не могут быть случайны.

ненаправленность – также следствие причин, описанных в предыдущем абзаце. Эта черта свидетельствует о взаимогашении случайных разнонаправленных различий между сторонами у отдельных особей. В пользу этого свидетельствует факт безуспешной попытки ведения отбора на направленность асимметрии у признаков с флуктуирующей асимметрией проявления на примере Drosophila melanogaster (Левотин, 1978).