ФЛУКТУИРУЮЩАЯ АСИММЕТРИЯ ЛИСТОВОЙ ПЛАСТИНКИ БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ (BETULA PENDULA ROTH.) КАК ИНДИКАТОРА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩЕЙ СРЕДЫ

FLUCTUATING ASYMMETRY OF THE LEAF BLADE OF THE HANGING BIRCH (BETULA PENDULA ROTH.) AS AN INDICATOR OF DETERMINING THE POLLUTING ENVIRONMENT

Стрельцов Алексей Борисович, д.б.н, профессор кафедры ботаники, микробиологии и экологии КГУ им. К. Э. Циолковского. Россия, Калуга

Наумова Александра Александровна, аспирантка, 2-ой курс, институт естествознания КГУ им. К. Э. Циолковского

Наумова Татьяна Александровна, аспирантка, 2-ой курс, институт естествознания КГУ им. К. Э. Циолковского

Streltsov Alexey Borisovich, Doctor of Biological Sciences, Professor, Department of Botany, Microbiology and Ecology KSU named after K. E. Tsiolkovsky. Russia, Kaluga

Naumova Alexandra Alexandrovna, Graduate student 2st year, Institute of Natural Sciences KSU named after K. E. Tsiolkovsky

Naumova Tatiana Alexandrovna, Graduate student 2st year, Institute of Natural Sciences KSU named after K. E. Tsiolkovsky

Аннотация. Используя методику оценки качества среды для изучения территорий с различным уровнем загрязнения по флуктуирующей асимметрии (ФА) листовой пластинки березы повислой (Betula pendula Roth.) проведено изучение морфологических показателей исследуемого объекта в точках, расположенных на различном расстоянии от строительного перерабатывающего комплекса по улице Шмидта в г. Жиздре. Результаты исследования показали, что наиболее чистая от загрязнения точка расположена в 850 м от строительного промышленного комплекса в районе Лесхозовского пруда. Наиболее загрязненная точка располагается на расстоянии 200 м вблизи от строительного перерабатывающего комплекса в сторону автомагистрали в г. Жиздре.

Summary. Using the methods of environmental quality assessment to study areas with different levels of pollution by the fluctuating asymmetry (FA) of the leaf blade of the hanging birch (Betula pendula Roth.), the morphological parameters of the object under study were studied at points located at different distances from the construction processing complex on Schmidt Street in Zhizdra. The results of the study showed that the cleanest point from pollution is located 850 m from the construction industrial complex in the area of Leskhozovsky pond. The most polluted point is located at a distance of 200 m near the construction processing complex in the direction of the highway in the city of Zhizdra.

Ключевые слова: биоиндикация, береза повислая (Betula pendula Roth.), флуктуирующая асимметрия, листовая пластинка.

Key words: bioindication, hanging birch (Betula pendula Roth.)., fluctuating asymmetry, leaf blade.

В настоящее время флуктуирующая асимметрия листовой пластинки нашла широкое применение как индикатор определения загрязнений территорий с различной антропогенной нагрузкой. Этот метод является  простым, быстрым, доступным в изучении загрязнения окружающей среды. 

Под флуктуирующей асимметрией понимают незначительные и случайные отклонения от билатеральной симметрии биообъектов. Эта асимметрия (в отличие от направленной асимметрии и антисимметрии) не имеет самостоятельного адаптивного значения. Она является выражением незначительных нарушений симметрии, допускаемых естественным отбором, и отражает стабильность развития. Оценка величины ФА представляет собой корректный способ формализации степени отклонения развития особи и даже популяции от нормы [3, 4, 7].

В последнее время для интегральной оценки состояния окружающей среды стал широко использоваться биоиндикационный подход, основанный на оценке морфометрических параметров. Это связано с тем, что при антропогенном воздействии листья растений не только меняют окраску, но и имеют аномальную конфигурацию. Проявление таких отклонений (флуктуирующей асимметрии) является результатом несовершенства онтогенетических процессов, т.е. неспособностью организма развиваться по определенным путям [8, 9].

Согласно мнения А. Т. Чубинишвили, отсутствие абсолютно симметричных организмов является следствием несовершенства механизмов, контролирующих онтогенез, проявляющегося в их неспособности противостоять негативному воздействию факторов внешней среды.

Уровень морфогенетических отклонений от нормы оказывается минимальным при оптимальных условиях среды и  возрастает при любых стрессовых воздействиях. В связи с этим оценка уровня флуктуирующей асимметрии дает возможность диагностировать отклонения от условной нормы на ранних стадиях патологического состояния дерева, когда по другим критериям оно является «здоровым» [2, 5].

При формировании листовой пластинки, по мере накопления токсических веществ, происходит торможение ростовых процессов, и деформация листа. При окончательном формировании   листовых   пластин   на   деревьях, испытывающих   высокую   техногенную нагрузку, наблюдается нарушение асимметрии листовых пластинок чаще, чем на деревьях, произрастающих в более благоприятных экологических условиях. Поскольку растения связаны со своим местообитанием, обладают высокой чувствительностью и стабильностью ответных реакций на действие различных внешних факторов, растительные организмы, в частности деревья, представляют собой объект для проведения биоиндикации загрязнений и изменений факторов окружающей среды.

Так как береза является хорошим биоиндикатором и произрастает повсеместно, поэтому объектом исследования выбрали березу повислую (Betula pendula Roth.). Для анализа брали по 10 листьев с 10 деревьев из каждой точки. Листья собирали с деревьев, растущих в одинаковых экологических условиях, занимающие равное положение в кроне, неповрежденные, среднего размера для особи и с укороченных побегов. Измерения проводили сразу после сбора. Для расчета коэффициентов флуктуирующей асимметрии (ФА) был использован пакет программ Bioindikation tool kit, разработанный лабораторией биоиндикации КГУ им. К.Э. Циолковского. Данный пакет программ позволяет производить измерения с отсканированных листьев и рассчитать коэффициент асимметрии. [6]

С целью определения здоровья среды на территориях с различной антропогенной нагрузкой, выборки листьев березы повислой (Betula pendula Roth.) были проведены на следующих участках, которые представлены в таблице 1.

Расположение этих точек указано на рисунке 1. В работе использовали ГИС – технологии. Применяя метод картографирования исследуемые точки изобразили на карте, которые пронумерованы от 1 до 5.

Для наглядного соотнесения коэффициентов флуктуирующей асимметрии приведена таблица 2.

Баллы в таблице характеризуют значение стабильности развития листьев березы. Балл I – стабильность условной нормы, балл II – незначительное отклонение от нормы, балл III – средний уровень отклонения от нормы, балл IV – значительное отклонение и балл V – критическое состояние.

Согласно анализа полученных результатов по исследуемым точкам можно сделать вывод, что минимальное значение коэффициента ФА в точке 3 в районе Лесхозовского пруда, располагающейся в 850 м от строительного перерабатывающего комплекса, где коэффициент равен 0,028±0,0024 (1 балл), соответствует норме. Это объясняется тем, что точка 3 располагается вдали строительного перерабатывающего комплекса и находится в лесном массиве. В точке 1 коэффициент ФА равен 0,052±0,0038 (4 балла), что соответствует значительному отклонению от нормы. Такое отклонение показателей от нормы объясняется тем, что на данной территории располагается перерабатывающий строительный комплекс и рядом проходит автомагистраль.

Таким образом на показатель величины флуктуирующей асимметрии березы повислой (Betula pendula Roth.) объективно отражающей качество окружающей среды влияет комплекс факторов таких как: удаленность зеленых насаждений, от источника промышленного загрязнения, автомагистрали, рельефа местности и др.

Список литературы

1. Андреева М.В., Оценка состояния окружающей среды в насаждениях в зонах промышленных выбросов с помощью растений индикаторов/ СПб.-НГУ им. Ярослава Мудрого, 2007
2. Гелашвили Д.Б. Влияние лесопатологического состояния березы повислой на величину флуктуирующей асимметрии листовой пластинки /Д.Б. Гелашвили [и др.]. // Поволжский экологический журнал. — 2007 — № 2 — С. 106 – 115
3. Захаров В.М. Здоровье среды: методика оценки /Захаров В. М., [и др.] – М.: Центр экологической политики России. — 2000.- 68 с.
4. Захаров В.М., Чубинишвили А.Т., Дмитриев С.Г., Баранов А.С. и др. Здоровье среды: практика оценки. – М.: Центр экологической политики России, 2000 – 318 с.
5. Рысин, Л.П. Урболесоведение // Л.П. Рысин, С.Л. Рысин. – М.: КМК, 2012. – 240 с.
6. Стрельцов А.Б., Наумова А.А. Методика оценки степени флуктуирующей асимметрии листовых пластинок на примере березы повислой (бородавчатой) (Betula pendula Roth.). // Научно-образовательный журнал для студентов и преподавателей «StudNet» №3/2020. стр. 303-311.
7. Стрельцов А.Б., Константинов Е.Л. Захаров В.М. и др. Здоровье среды. Региональное учебно-методическое пособие. Калуга, издательство КГПУ. 2006. 40 с.
8. Стрельцов А.Б., Лыков И.Н., Константинов Е.Л., Логинов А.А. Развитие методики биоиндикационной оценки здоровья (качества) окружающей среды. // Вестник Калужского университета. – Калуга: Изд-во КГУ им. К.Э. Циолковского, 2016. – № 2. – С. 100-104
9. Стрельцов А.Б. Региональная система биологического мониторинга качества (здоровья) окружающей среды в Калужской области // Проблемы региональной экологии №6, 2012. стр. 158-162.