Оценка экологического состояния Намского улуса по асимметрии листьев березы

К концу двадцатого века возрос уровень влияния человека на природу. За последние десятилетия леса Центральной Якутии перетерпели существенную антропогенную трансформацию, связанную как с прямым хозяйственным использованием, так и с повышенным уровнем горимости, вспышками массового размножения шелкопрядов и ухудшением условий роста в результате техногенного загрязнения территорий. Уровень антропогенного воздействия на окружающую среду определяет нарушенность биогеоценозов. На Земле осталось совсем немного ненарушенных экосистем, а ведь нарушение экосистем приводит к ухудшению условий жизни и животных, и человека.

Очень важно иметь интегральный критерий, который показывает, как действует на организм данная среда в целом. Это позволит сохранить ненарушенные территории и выявить территории, где необходимо принимать меры для улучшения экологической ситуации. Таких критериев можно предложить много, но наиболее перспективными и доступными являются биологические методы оценки состояния среды, оценка с помощью биоиндикаторов. Один из таких методов - исследование асимметрии живых организмов, в частности, растений.

Биоиндикационные методы позволяют выявить реакцию организмов на экологическое загрязнение, то есть установить последствия воздействия.

Под симметрией в живой природе обычно понимают повторение частей тела у животных или растений в определенном порядке, соотношение этих частей по размеру, форме и расположению относительно центральной точки или оси. В ботанике выделяют радиальную (корни, стебли, цветки), билатеральную или зеркальную (листья), винтовую симметрию подобия (спиральность расположения листьев на стебле, зачатков листьев и цветков на конусе нарастания) и криволинейную (правые и левые листья).

По форме листьев все растения могут быть условно разделены на три группы: с зеркально симметричными листовыми пластинами, с асимметричными листовыми пластинами и растения, на форму листьев которых непосредственно повлияли внешние условия, то есть с флуктурирующей асимметрией. Флуктурирующая асимметрия представляет собой отклонения от билатеральной симметрии, которое определяется нарушениями при эмбриональном развитии организма и связано с неблагоприятными изменениями окружающей среды. Её величина зависит от силы воздействия этих изменений. При нормальных условиях уровень таких отклонений минимален, но возрастает при любом стрессирующем воздействии, что приводит к повышению асимметрии.

На этом основана методика оценки степени нарушенности среды по коэффициенту асимметрии живых объектов, в частности листьев деревьев, разработанная В. М. Захаровым . В ней автор предлагает растения-биоиндикаторы: березу повислую и липу мелколистную. Однако, авторами она была использована в основном для заповедников и малонарушенных территорий, в то время как весьма важно определить состояние среды и для населенных пунктов. Есть небольшое количество работ, в которых эта методика используется для оценки населенных пунктов. По этим исследованиям можно предположить, что в принципе методика подходит для оценки населенных пунктов, но достоверность данных не анализируется. Поэтому требуется подробный анализ применимости методики, статистических данных и возможных модификаций.

Подтверждением актуальности такого исследования является вышедшая в конце 2004 года диссертация Пчелинцевой Н. М. , где исследуется чувствительность городских цветочных культур. Ценностью данной работы является то, что исследование проводилось на протяжении трех лет, и была выявлена связь изменений коэффициента асимметрии с увеличением антропогенного воздействия на окружающую среду (с увеличением выбросов в атмосферу от транспорта). Кроме того, в работе параллельно проводится исследование pH снега и почвы и выявлена корреляция между этими параметрами и уровнем асимметрии биоиндикаторов. Это является хорошим подтверждением эффективности методики.

В Якутии методы оценки качества среды по показателям нарушения стабильности развития организмов (флуктуирующей асимметрии) были применены Л. Г. Шадриной, Я. Л. Вольпертом и другими для характеристики различных промышленных регионов Якутии.

Материал и методика исследования

Материал собирался в окрестностях сел Намцы, Кэнкэмэ, 1 Хомустах, Хатырык в течение полевого сезона (июль-август) 2005 года. Были собраны листья березы повислой по 100 образцов с каждой исследуемой точки. Всего 400 штук.

Выбор березы обусловлен ее долголетием и как следствие продолжительностью воздействия тех или иных факторов внешней среды. Для оценки показателя ФА (флуктуирующей асимметрии) использовали лист как орган, обладающей билатеральной симметрией. Листья в количества 10 штук с 10 кустов в каждой точке собирали примерно на высоте 1,5 м от поверхности земли с растений, растущих примерно одинаковой освещенности.

Листья были собраны с нижних ветвей средневозрастных растений одного из видов березы. Причем не концевых удлиненных побегов этого года (а как минимум с побегов прошлого года). Сбор листьев производился с укороченных побегов, листья на которых мельче чем удлиненных и более правильной формы. Для измерения отбирали листья среднего размера и не поврежденные. С каждого растения срывали по 10 листьев, с нескольких низкорасположенных ветвей, на уровне вытянутой руки. На одной точке исследований сбор листьев произвели с 10 различных деревьев, чтобы общее число листьев собранных с 1 точки составлял не менее 100. Листья с одного дерева связывали ниткой по черешкам и упаковывали в полиэтиленовый пакет для транспортировки в лабораторию. Каждый пакет, то есть 100 листьев снабжали этикеткой с датой, указанием места сбора материала и автора сборки. Был произведен сбор листьев в нескольких местах равномерно на большой территории для оценки экологического состояния территории.

Обработка материала

Лист прогладить, чтобы получилось ребро, потом лист открыть и в том месте соответственно померить.

Обработка материала наиболее трудоемкая часть всей работы. Она включает в себя по 5 измерений левой и правой половины листа каждого листа по отдельности и расчет их различий, то есть величины, асимметрии листьев( 1 и 2 длина второй жилки оттого места, где она прикрепляется к центральной до края листа соответственно с одной стороны и с другой стороны 3 это расстояние между 1 и 2 жилкой тоже все в миллиметрах, 4 это расстояние между 1 и 2 жилками около края листа в миллиметрах и 5 это угол которым обхватит 2 жилка от центральной для одной стороны или другой будет). И так, методика предусмотрена проведения 5 наиболее значимых промеров листа, начинают измерение с того, что сгибают лист пополам поперек прикладывая макушку листа к основанию, распрямляют, измеряют ширину половинки листа, а центральные жилки до края по линии сгиба это промер № 1. измерение производят в миллиметрах, этот и все промеры делают с правой и левой стороны листа в отдельности. 2 промер длина 2 по счету от основания листа жилки второго порядка. Измерения заносят в таблицу, где в соседних столбах помещают значение каждого параметра для левой и правой половинок. 3 измерение расстояние между основаниями 1 и 2 жилок. 2 порядка 4 промер расстояние между концами этих жилок. Последнее 5 измерение это угол между главной жилкой и 2 от основании жилкой 2 порядка той длины, которой вы уже мерили в начале. Также и для других параметров угол измеряется в отдельности для левой и правой стороны листа, все данные заносят в таблицу. Напомним, что для каждой сравниваемой площадки или точки следует промерить по сто листьев набранных с 10 различных деревьев. По окончанию измерений производится расчет величины асимметричности по простым формулам изображенной на доске 3 этапа. В начале рассчитываются относительные различия левой и правой стороны по каждому признаку для каждого листа, затем среднее значение всех признаков 1 листа, затем среднее значение для всех листьев выборки. При расчете на калькуляторе данные промежуточных расчетов заносят в вспомогательную таблицу, а при расчете на компьютере. Например: В программе XL вся работа освоится вводу первичных данных, а сам расчет производится за долю секунды. Итогом работы является показатель асимметричности для данной площадки, то есть некая относительная величина, которая может быть ниже или выше нормы найденной автором данной методики. Высокое значение асимметричности действуют о неблагоприятной экологической ситуации, то есть чем выше асимметричность, тем обстановка хуже, однако также как и пи любых биоиндикационных исследований, данный факт не говорит напрямую о причинах той или иной ситуации, а лишь показывает нам общую картину экологического состояния территории.

1. Y = Xл1 - Xп

Хп1 + Х п1

2. Z = Y1 + Y2 + Y3 + Y4 + Y5

3. A = Z1 + Z 2 + Z3 +. + Z 100

Рассмотрение показателей Флуктуирующей асимметрии листа березы плосколистной в четырех точках района выявил наличие некоторых различий.

Первые пробы были взяты с точки № 1 – окрестности с. Хатырык.

ТОЧКА № 1. Описание:

Тип леса: разнотравно-злаковый беббилово-березовый лес.

Географическое положение: в 2,5 км Северо-восточнее с. Хатырык Намского улуса РС (Я).

Топографическое положение: Высокая пойма.

Микрорельеф: слегка неровный.

Поверхностная горная порода: песчаный аллювий.

Условия увлажнения и уровни грунтовых вод: атмосферные условия половодные.

Окружение: С юга лесная лужайка, с других сторон елово-березовый лес. Влияние человека и животных. Следы пожара: очень редко посещается людьми и КРС.

Мёртвый покров: Мощность 4см. верхний слой состоит берёзы более нижние слои состоят из опада чёрного ( порошок ).

Степень покрытия:70%.

Степень сомкнутости крон:0. 5.

Можно предположить, что для деревьев, которые растут в этом селе, экологическая обстановка и качество окружающей среды будут благоприятными.

ТОЧКА№2. Описание окраины с. Намцы

Географическое положение: В 3 км к югу от села Хатырык Намского улуса РС (Я).

Поверхность горная порода: Песчаный аллювий.

Условия увлажнения: Дождь, снег, роса.

Влияние человека и животных: Выпас скота, влияние крупной дороги (Намский тракт)

ТОЧКА№3. Описание. Окрестности лагеря. Кенкэме

Географическое положение: в окрестности с. Искра.

Влияния человека: минимальное.

ТОЧКА №4. Описание. Окрестности с. 1 Хомустах

Показатель ФА березы плосколистной в районе исследований варьировал в пределах 0,013-0,076. Один из наиболее низких показателей – 0,062 отмечен в точке № 1. окрестности с. Хатырык. Здесь относительно невелика встречаемость отклонений от нормального морфологического строения – нарушения жилкования и основания листовой пластинки.

Выше всего показатель стабильности развития растений (ФА) в точке окрестности с. Намцы. Листья были собраны на свалке, с неблагоприятными условиями произрастания. Кроме того, с. Намцы является крупным административным центром с населением более 8,5 тыс. человек, а также здесь проходит крупная автомобильная трасса республиканского значения.

Для сравнения следует указать, что существует балльная шкала оценки состояния среды по показателям ФА (флуктуирующей асимметрии) листа березы повислой. По данной шкале благополучными считаются показатели ниже 0,050, неблагополучными – выше 0,065. Шкала была составлена Захаровым и др. (2000г) для районов Европейской части России, поэтому тут могут быть поправки в сторону увеличения показателя ФА для северных экстремальных условий

Этим летом мы были на экспедиции в четырёх местах Намского улуса, и нам стало интересно, что собой представляет берёза и её листья, мы начали исследовать берёзу. Наша цель заключалась: выявить наличие асимметрии в естественных условиях развития берёзовой популяции. Наше исследование показало, что в целом методика перспективна, и она может быть использована для характеристики как заповедных территорий, так и населённых местностей.

Нарушенность окружающей среды в исследованных населенных пунктах соответствует 3 баллам в с. Хатырык, 4 баллам в с. I Хомустах и лагеря Кэнкэмэ, и более 5 баллов в с. Намцы возле свалки, что связано со значительным антропогенным влиянием. И этим мы выявили, что в Намском улусе со временем ухудшается состояние лесов.