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.