Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОЙ СРЕДЫ ГОРОДА ГУЛЬКЕВИЧИ С ПОМОЩЬЮ РАСТЕНИЙ-БИОИНДИКАТОРОВ

Нагайченко Е.О. 1 Бергун С.А. 1
1 Кубанский государственный университет
Работа посвящена изучению загрязнения атмосферного воздуха г. Гулькевичи с помощью растений-биоиндикаторов. В результате работы было установлено, что флора растений урбоэкосистемы г. Гулькевичи насчитывает 104 вида, относящихся к 30 семействам и 86 родам, был проведен анализ флуктуирующей асимметрии листьев Betula pendula Roth. и Taraxacum officinale Wigg. При изучении флуктуирующей асимметрии древесных и травянистых форм растений нами были взяты пробы листьев видов-индикаторов с трех участков: № 1 (сильнозагрязненная зона – федеральная автодорога Кавказ, ул. Советская), № 2 (спальный район – ул. Короткова) и контрольного участка № 3 (парковая зона – переулок Чехова). Каждый участок был разделен на 3 опытные площадки для измерения флуктуирующей асимметрии. Выборка листьев древесных растений делалась с нескольких близко растущих деревьев на опытных площадках. Использовались только средневозрастные растения, исключая молодые и старые. Всего собрали по 25 листьев среднего размера с одного вида растения. Листья собирали из нижней части кроны, на уровне поднятой руки, с максимального количества доступных веток, направленных условно на север, юг, восток и запад. Выборка листьев травянистых растений делалась с нескольких близко растущих растений на опытных площадках. Листья собирали с 25 растений, было собрано по 5 листьев среднего размера с каждого растения. В ходе исследования было установлено, что степень загрязнения на каждом из трех участков различна. Разные показатели по признакам у видов индикаторов для исследуемых площадок на разных участках говорят о различных экологических условиях.
флуктуирующая асимметрия
атмосферный воздух
флора
загрязняющие вещества
растения-биоиндикаторы
окружающая среда
антропогенная нагрузка
1. Ложкин В.Н. Загрязнение атмосферы автомобильным транспортом: справочно-методическое пособие. СПб., 2001. 57 с.
2. Федоров В.Д., Сахаров В.Б., Левич А.П. Количественные подходы к проблеме оценки нормы патологии экосистем // Человек и биосфера. 1982. № 6. С. 3–42.
3. Груздев В.С. Биоиндикация состояния окружающей среды: монография. М., 2018. 160 с.
4. Злобин Ю.А. Популяционная экология растений. Сумы, 2009. 262 с.
5. Опекунова М.Г. Биоиндикация загрязнений: учеб. пособие. СПб., 2016. 300 с.
6. Воронина Д.Ю., Бергун С.А. Оценка загрязнения атмосферной среды города Тимашевска с помощью растений-биоиндикаторов // Актуальные вопросы экологии и охраны природы южных регионов России и сопредельных территорий. 2016. С. 31–34.
7. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учебное пособие / Под ред. О.П. Мелеховой и Е.И. Сарапульцевой. М., 2010. 288 с.

Техногенное влияние на экосистему привело к загрязнению атмосферы. Изменение физико-химических свойств почвогрунта, в частности тяжёлыми металлами, вызывает увеличение их фитотоксичности, за которым следует ухудшение условий произрастания зелёных насаждений. Каждый день численность автотранспорта увеличивается, ему принадлежит огромное количество вреда, наносимого окружающей среде, а также именно он служит причиной деградации природных экосистем [1].

Чистота атмосферы является одним из основных факторов сохранения экологической среды. В настоящий момент загрязнение атмосферного воздуха очень велико, и это является одной из основных угроз для растительного и животного мира нашей планеты. Концепция предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ, которая используется в современной системе экологического контроля, уже не является совершенной. Инструментальный контроль – достаточно непростой способ получения данных для анализа. И несмотря на это, полученные результаты в полной мере не отражают истинную картину происходящего в окружающем мире. Исходя из этого, все более актуальными становятся биоиндикационные методы, основным преимуществом которых является предоставление интегральной оценки качества окружающей среды [2].

Биоиндикация – это выявление количественных и качественных параметров окружающей среды и ее компонентов на основе изменения морфологии, химического состава, жизненного распространения видов организмов. А сами организмы получили название биоиндикаторы [3]. Растения могут быть подвержены «стрессу». Стресс – это реакция биологической системы на экстремальные факторы окружающей среды, которые в различной степени влияют на среду. Стрессом могут являться различные факторы окружающей среды, например, абиотические факторы, химические вещества, ионизирующее излучение и др. Как правило, стрессовые воздействия не являются единичными и разовыми. Вследствие этого идет накопление негативных последствий и формирование кумулятивного эффекта, что способствует изменению количественному соотношению между видами и структуры фитоценоза [4].

Биоиндикаторами могут являться растительные организмы, которые обладают хорошо выраженной реакцией на внешние факторы окружающей среды: различные виды бактерий, грибов, водорослей, растений, животных и т.п. Первые анатомические нарушения в растительной клетке прослеживаются в строении хлоропластов. На ранних стадиях повреждений наблюдаются округление и разрушение оболочки хлоропластов, редукция гранов, раздувание тилакоидной системы. В дальнейшем развитии наблюдается разрушение цитоплазмы и сжимание растительной клетки в целом [5].

Для оценки стабильности развития растения можно использовать любые признаки по различным морфологическим структурам, для которых возможно нормальное значение и, соответственно, учесть степень отклонения от него. Предпочтительным в силу простоты и однозначности интерпретации является учёт асимметрии исследуемых структур, которые в норме являются симметричными. Подобные исследования по оценке загрязнения атмосферного воздуха в условиях Краснодарского края достаточно эффективны [6].

Цель исследования: оценить загрязнение атмосферного воздуха г. Гулькевичи с помощью растений-биоиндикаторов.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования являются растения-биоиндикаторы г. Гулькевичи. Исследования проводились в 2017–2019 гг. на трёх участках с различной антропогенной нагрузкой. В процессе работы применяли метод флуктуирующей асимметрии (О.П. Мелиховой). Основой метода является выявление нарушений симметрии развития листовой пластины травянистых и древесных форм растений под действием антропогенных факторов [7]. В качестве индикаторов были выбраны Betula pendula Roth. и Taraxacum officinale Wigg. Выборка листьев древесных растений делалась с нескольких близко растущих деревьев на опытных площадках. Использовались только средневозрастные растения, исключая молодые и старые. Всего собрали по 25 листьев среднего размера с одного вида растения. Листья собирали из нижней части кроны, на уровне поднятой руки, с максимального количества доступных веток, направленных условно на север, юг, восток и запад. Выборка листьев травянистых растений делалась с нескольких близко растущих растений на опытных площадках. Листья собирали с 25 растений, было собрано по 5 листьев среднего размера с каждого растения.

Результаты исследования и их обсуждение

При изучении флуктуирующей асимметрии древесных и травянистых форм растений нами были взяты пробы с трех участков: № 1 (сильнозагрязненная зона – федеральная автодорога Кавказ, ул. Советская), № 2 (спальный район – ул. Короткова) и контрольного участка № 3 (парковая зона – переулок Чехова). Каждый участок был разделен на 3 опытные площадки для измерения флуктуирующей асимметрии. Были произведены измерения и вычисления по формулам, результаты которых занесены в табл. 1–6.

Таблица 1

Результаты замеров листьев Betula pendula, мм

№ площадки

Ширина половинок

Длина 2-й жилки

Расстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок

Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок

Угол между центральной и 2-й жилками

Форма макушки

л

пр

л

пр

л

пр

л

пр

л

пр

Участок № 1 – сильнозагрязненная зона

1

26

20

35

30

8

6

14

12

49

47

1

2

21,5

18

26

20

8

7

15

11

43

40

2

3

24

22

29

25

6

5

10,5

9

46

43

3

Участок № 2 – слабозагрязненная зона

4

20

18

28

26

8

7

13

12

50

49

1

5

23

21

27

25

7

5

12,5

12

44

39

2

6

26

22

31

28

6

5

14

13

46

43

1

Участок № 3 – контрольная зона

7

19

18

26

25

7

6

14

13

35

35

1

8

22

21

29

27,5

6

5

16

15

44

44

1

9

24

22

28

28

7

6

15,5

15

45

42

1

Таблица 2

Вспомогательная таблица для вычислений по Betula pendula

№ площадки

1 признак

2 признак

3 признак

4 признак

5 признак

Среднее относительное различие на признак

Участок № 1 – сильнозагрязненная зона

1

0,130

0,077

0,143

0,077

0,021

0,090

2

0,089

0,130

0,067

0,154

0,036

0,095

3

0,043

0,074

0,091

0,077

0,034

0,064

Участок № 2 – слабозагрязненная зона

4

0,053

0,037

0,067

0,040

0,010

0,041

5

0,045

0,038

0,167

0,020

0,060

0,066

6

0,083

0,051

0,091

0,037

0,034

0,059

Участок № 3 – контрольная зона

7

0,027

0,020

0,077

0,037

0,000

0,032

8

0,023

0,027

0,091

0,032

0,000

0,035

9

0,043

0,000

0,077

0,016

0,034

0,034

Таблица 3

Величина флуктуирующей асимметрии листьев Betula pendula

Исследуемый участок

Балльные значения показателя асимметричности

1

Загрязнено

2

Грязно

3

Относительно чисто

Таблица 4

Результаты замеров листьев Taraxacum officinale, мм

№ площадки

Ширина половинок

Длина 2-й жилки

Расстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок

Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок

Угол между центральной и 2-й жилками

Форма макушки

л

пр

л

пр

л

пр

л

пр

л

пр

Участок № 1 – сильнозагрязненная зона

1

11

9

7

6,5

8

6

9,5

6

39

36

2

2

12,5

9,5

9,5

7

9

8

8

7

41

38

1

3

11

9

10

9,5

8,5

7

9

6,5

42

40

1

Участок № 2 – слабозагрязненная зона

4

11,5

11

10,5

10

6

5

5

4,5

38

35

1

5

11

10,5

10,5

9,5

6

5

5,5

5

40

39

3

6

10

9

9

8

5

4

6

4

47

42

2

Участок № 3 – контрольная зона

7

10

9,5

9

8,5

4

3,5

5,5

5

52

51

3

8

11

10

10

9,5

5

4

4,5

3,5

50

49

2

9

11

9,5

10

9

5,5

5

4,5

4

53

52

3

Таблица 5

Вспомогательная таблица для вычислений по Taraxacum officinale

№ площадки

1 признак

2 признак

3 признак

4 признак

5 признак

Среднее относительное различие на признак

Участок № 1 – сильнозагрязненная зона

1

0,100

0,037

0,143

0,226

0,040

0,109

2

0,136

0,152

0,059

0,067

0,038

0,090

3

0,100

0,026

0,097

0,161

0,024

0,082

Участок № 2 – слабозагрязненная зона

4

0,022

0,024

0,091

0,053

0,041

0,046

5

0,023

0,050

0,091

0,048

0,013

0,045

6

0,053

0,059

0,111

0,200

0,056

0,096

Участок № 3 – контрольная зона

7

0,026

0,029

0,067

0,048

0,010

0,036

8

0,048

0,026

0,111

0,125

0,010

0,064

9

0,073

0,053

0,048

0,059

0,010

0,048

Таблица 6

Величина флуктуирующей асимметрии листьев Taraxacum officinale

Исследуемый участок

Балльные значения показателя асимметричности

1

Загрязнено

2

Грязно

3

Относительно чисто

В ходе анализа было установлено, что степень загрязнения на каждом из трех участков различна. Разные показатели по признакам у видов индикаторов для исследуемых площадок на разных участках говорят о различных экологических условиях. Каждый участок был разбит на 3 площадки.

На площадках, имеющих большую транспортную нагрузку, отмечается высокая вариация асимметрии. На участке № 1 степень асимметрии изменяется от 0,064 до 0,095 для Betula pendula и от 0,082 до 0,104 для Taraxacum officinale, что указывает на неоднородность территории и нестабильность параметров факторов окружающей среды.

В пределах жилой зоны г. Гулькевичи выявляются площадки, где степень асимметрии 0, 041 и 0,045, что разрешает отнести их к зоне с малым загрязнением.

Исследования показали, что максимальное значение коэффициента флуктуирующей асимметрии приходится на площадки № 1 как для Betula pendula, так и для Taraxacum officinale. Это объясняется наличием высокой антропогенной нагрузки на данных участках.

Анализ изменчивости асимметрии отдельных признаков указывает, что наибольшая асимметрия для Betula pendula прослеживается в последнем признаке (угол между центральной и 2-й жилками) – от 35 до 50 °. Вторым по вариабельности признаком является второй признак (длина 2-й жилки): от 20 до 35 мм. Наименьшая асимметрия проявляется по третьему признаку (расстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок) – от 9 до 16 мм.

Для Taraxacum officinale наиболее вариативным является последний признак (угол между центральной и 2-й жилками) – от 35 до 53 °. А вторым по вариативности стал третий признак (расстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок) – 5,5 мм. Наименьшая асимметрия проявляется по второму признаку (длина 2-й жилки) – от 6,5 до 10,5 мм.

Заключение

Таким образом, анализ результатов определения флуктуирующей асимметрии листовой пластинки Betula pendula и Taraxacum officinale позволил установить, что в г. Гулькевичи наибольшая антропогенная нагрузка наблюдается на участке № 1, средняя антропогенная нагрузка прослеживается на участке № 2. Наименьшее загрязнение атмосферного воздуха было выявлено на участке № 3. На площадках, имеющих большую транспортную нагрузку, отмечается высокая вариация асимметрии у листьев видов- индикаторов.


Библиографическая ссылка

Нагайченко Е.О., Бергун С.А. ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОЙ СРЕДЫ ГОРОДА ГУЛЬКЕВИЧИ С ПОМОЩЬЮ РАСТЕНИЙ-БИОИНДИКАТОРОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2019. – № 5. – С. 40-44;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=12735 (дата обращения: 07.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074