Оценка качества среды обитания на примере стабильности развития берёзы

Оценка комплексного антропогенного воздействия с использованием березы проводилась в ряде работ (Мокров, Гелашвили, 1999; Недосекин, 2001; Глотов, 2001). Суть данного подхода заключается в сравнении территорий с высокой антропогенной нагрузкой (как правило, городская среда) с контролем.

В этом отношении особый интерес вызывает работа, проведенная на территории города Москвы (Захаров и др., 2001). В данной работе показана скоррелированность изменений показателей флуктуирующей асимметрии у различных видов живых организмов, обитающих в условиях жесткого антропогенного воздействия. Анализу подвергались растения (береза повислая), рыбы, земноводные, мелкие млекопитающие. Оценка наземных экосистем с использованием березы и мышевидных грызунов выявила сходную реакцию на антропогенное воздействие – повышение асимметричности. Эти данные являются еще одним доказательством универсальности выбранного подхода.

Для контроля результатов  оценки стабильности развития у березы, получаемых по анализу асимметричности  листа (морфологический подход), в  рассмотренных выше работах Чистяковой и Захарова с соавторами (работы по оценке уровня радиации в Брянской области, воздействия химического загрязнения в Самарской области, воздействия неионизирующего излучения радара, воздействию химического загрязнения после железнодорожной аварии) параллельно использовался физиологический подход (проводилась оценка процессов фотосинтеза). Применяемая методика индукции быстрой флуоресценции хлорофилла, позволяет получить характеристику работы фотосинтетического аппарата. Во всех без исключения перечисленных работах при увеличении воздействия изучаемого фактора, нарушение стабильности развития березы сопровождалось увеличением уровня флуктуирующей асимметрии и снижением уровня фотосинтетической активности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Методика организации Исследований

 

2.1.Отбор проб полевого материала и подготовка к выполнению исследований 

 

 

Сбор материала был проведён после остановки роста листьев (июль-август).

Объем выборки. Каждая выборка  включает в себя 100 листьев (по 10 листьев с 10 растений). Листья с одного растения хранятся отдельно, для того, чтобы в дальнейшем можно было проанализировать полученные результаты индивидуально для каждой особи (собранные с одного дерева листья связывают за черешки). Все листья, собранные для одной выборки, необходимо сложить в полиэтиленовый пакет, туда же вложить этикетку. В этикетке указать номер выборки, место сбора (делая максимально подробную привязку к местности), дату сбора.

Выбор деревьев. При выборе деревьев важно учитывать, во-первых, четкость определения принадлежности растения к исследуемому виду. По данным некоторых авторов береза повислая способна скрещиваться с другими видами берез, образуя межвидовые гибриды, которые обладают признаками обоих видов. Во избежание ошибок следует выбирать деревья с четко выраженными признаками березы повислой. Во-вторых, листья должны быть собраны с растений, находящихся в сходных экологических условиях (учитывается уровень освещенности, увлажнения и т.д.).

Рекомендуется выбирать деревья, растущие на открытых участках (полянах, опушках), т.к. условия затенения являются стрессовыми для березы и существенно снижают стабильность развития растений. В-третьих, при сборе материала должно быть учтено возрастное состояние деревьев. Для исследования выбирают деревья, достигшие генеративного возрастного состояния

Сбор листьев с растения. Сбор материала следует проводить после остановки роста листьев (в средней полосе начиная с июля). У березы повислой собирают листья из нижней части кроны дерева с максимального количества доступных веток равномерно вокруг дерева. Тип побега также не должен изменяться в серии сравниваемых выборок. Листья следует собирать только с укороченных побегов. Размер листьев должен быть сходным, средним для данного растения. Поврежденные листья могут быть использованы для анализа, если не затронуты участки, с которых будут сниматься измерения. С растения собирают несколько больше листьев, чем требуется, на тот случай, если часть листьев из-за повреждений не сможет быть использована для анализа.

Подготовка и хранение материала. Для непродолжительного хранения собранный материал можно хранить в полиэтиленовом пакете на нижней полке холодильника. Для длительного хранения надо зафиксировать материал в 60% растворе этилового спирта или гербаризировать.

2. Выполнение исследований

При выполнении исследований выполняют следующие операции. Для измерения лист березы помещают пред собой брюшной (внутренней) стороной вверх. Брюшной стороной листа называют сторону листа, обращенную к верхушке побега. С каждого листа снимают показатели по пяти промерам с левой и правой сторон листа (рис. 1).

 

Рисунок 1. Схема морфологических  признаков, использованных для оценки стабильности развития березы повислой (Betula pendula)

 

1- ширина левой и  правой половинок листа. Для измерения лист складывают пополам, совмещая верхушку с основанием листовой пластинки.

Потом разгибают лист и по образовавшейся складке измеряется расстояние от границы центральной жилки до края 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.

Для исследований требуются  циркуль-измеритель, линейка и транспортир. Промеры 1 - 4 снимаются циркулем-измерителем, угол между жилками (признак 5) измеряется транспортиром. Для этого центр основания окошка транспортира совмещают с точкой ответвления второй жилки второго порядка от центральной жилки. Эта точка соответствует вершине угла. Кромку основания транспортира надо совместить с лучом, идущим из вершины угла и проходящим через точку ответвления третьей жилки второго порядка. Второй луч, образующий измеряемый угол, получают, используя линейку. Этот луч идет из вершины угла и проходит по касательной к внутренней стороне второй жилки второго порядка. Результаты исследований заносятся в таблицу.

3. Обработка и оформление  результатов исследований

Для мерных признаков  величина асимметрии у растений рассчитывается как различие в промерах слева и справа, отнесенное к сумме промеров на двух сторонах. Интегральным показателем стабильности развития для комплекса мерных признаков является средняя величина относительного различия между сторонами на признак. Этот показатель рассчитывается как среднее арифметическое суммы относительной величины асимметрии по всем признакам у каждой особи, отнесенное к числу используемых признаков. Такая схема обработки используется для растений.

В таблицах 1-2 на примере  березы приводится расчет средней относительной величины асимметрии на признак для 5 промеров листа у 10 растений.

 

Таблица 1. Образец таблицы для  обработки данных по оценке стабильности развития с использованием мерных признаков (промеры листа).

 

	Номер признака
№	1		2		3		4		5
	слева	справа	слева	справа	слева	справа	слева	справа	слева	справа
1	20	22	34	35	5	5	14	14	48◦	52◦
2	22	21	35	35	4	5	16	15	52◦	51◦
3	20	20	33	33	3	4	14	13	52◦	48◦
4	20	22	32	34	3	4	12	13	51◦	51◦
5	22	22	32	35	6	4	15	16	48◦	55◦
6	14	16	24	24	5	5	13	11	41◦	41◦
7	16	14	28	27	4	3	13	13	36◦	42◦
8	15	16	27	25	4	3	12	10	41◦	44◦
9	15	16	26	27	6	5	11	11	42◦	34◦
10	16	16	27	27	5	4	11	10	34◦	34◦

 

1. Сначала для каждого  промеренного листа вычисляются  относительные величины асимметрии для каждого признака. Для этого модуль разности между промерами слева (L) и справа (R) делят на сумму этих же промеров:

L-R/L+R,

Например: Лист №1 (таблица 1), признак 1

L-R/L+R= 18-20/18+20=2/38=0,052

Полученные величины заносятся во вспомогательную таблицу 2 в графы 2 – 6.

2. Затем вычисляют  показатель асимметрии для каждого  листа. Для этого суммируют значения относительных величин асимметрии по каждому признаку и делят на число признаков.

Например, для листа 1 (см. табл. 2): (0,052+0,015+0+0+0,042)/5=0,022

Результаты вычислений заносят в графу 7 вспомогательной  таблицы.

3. На последнем этапе  вычисляется интегральный показатель  стабильности развития - величина среднего относительного различия между сторонами на признак. Для этого вычисляют среднюю арифметическую всех величин асимметрии для каждого листа (значений графы 7). Это значение округляется до третьего знака после запятой. В нашем случае искомая величина равна:

(0,022+0,015+0,057+0,061+0,098+0,035+0,036+0,045+0,042+0,012)/10=0,0

 

Таблица 2. Образец вспомогательной  таблицы для расчета интегрального  показателя флуктуирующей асимметрии в выборке (пример заполнения таблицы).

 

	Номер признака					Величина асимметрии листа
№	1	2	3	4	5
1	0,034	0,031	0,066	0,019	0,084	0,046
2	0,024	0,044	0,272	0	0,151	0,098
3	0,018	0,011	0,04	0,021	0,157	0,049
4	0,034	0,01	0,047	0,068	0,058	0,043
5	0	0,012	0,09	0,05	0,037	0,037
6	0,024	0,029	0,09	0,027	0,04	0,042
7	0,015	0,035	0,04	0,064	0,043	0,039
8	0,027	0,015	0,058	0,027	0,013	0,028
9	0,09	0,035	0,272	0,066	0,01	0,094
10	0,028	0,015	0,043	0,05	0,072	0,041
	Величина асимметрии листа в выборке:					Х=0,051

 

Статистическая значимость различий между выборками по величине интегрального показателя стабильности развития (величина среднего относительного различия между сторонами на признак) определяется по t - критерию Стьюдента.

Для оценки степени выявленных отклонений от нормы, их места в общем диапазоне возможных изменений показателя разработана балльная шкала. Диапазон значений интегрального показателя асимметрии, соответствующий условно нормальному фоновому состоянию, принимается как первый балл (условная норма). Он соответствует данным, полученным в природных популяциях при отсутствии видимых неблагоприятных воздействий (например, на особо охраняемых природных территориях). В этой связи надо иметь ввиду, что на практике при оценке качества среды в регионе с повышенной антропогенной нагрузкой фоновый уровень нарушений в выборке растений или животных даже из точки условного контроля не всегда находится в диапазоне значений, соответствующих первому баллу. Диапазон значений, соответствующий критическому состоянию, принимается за пятый балл. Он соответствует тем популяциям, где есть явное неблагоприятное воздействие и такие изменение состояния организма, которые приводят организм к гибели. Весь диапазон между этими пороговыми уровнями ранжируется в порядке возрастания значений показателя. Такая бальная система оценок по величине интегральных показателей стабильности развития для березы приводится ниже.

Пятибалльная шкала  оценки отклонений состояния организма  от условной нормы по величине интегрального показателя стабильности развития для березы повислой (Betula pendula).

 

 

 

Балл	Величина показателя стабильности развития
I	<0,040
II	0,040 - 0,044
III	0,045 - 0,049
IV	0,050 - 0,054
V	>0,054

 

Для составления карты  состояния окружающей среды для  города рекомендуется выбрать точки отбора проб в различных частях населенного пункта. Результаты исследований наносятся на карту города.

 

 

 

 

Глава III. Результаты Исследования зависимости уровня флуктуирующей асимметрии от степени антропогенного загрязнения среды

 

В последнее время  зависимость уровня флуктуирующей  асимметрии организмов от степени антропогенного загрязнения среды является основой многих научных работ. Степень отклонения среды от нормы определяется по состоянию населяющих ее живых  организмов, которое, в свою очередь, определяется по нарушению стабильности развития наиболее распространенных видов и оценивается по пятибалльной шкале.