ФЛУКТУИРУЮЩАЯ АСИММЕТРИЯ ЛИСТЬЕВ БЕРЕЗЫ КАК КРИТЕРИЙ КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Муниципальное казённое учреждение дополнительного образования

«Центр дополнительного образования для детей Савинского района»

 

 

Областная научно-исследовательская конференция обучающихся

«Молодежь изучает окружающий мир»

 

ФЛУКТУИРУЮЩАЯ АСИММЕТРИЯ ЛИСТЬЕВ БЕРЕЗЫ

КАК КРИТЕРИЙ КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

(на примере Клязьминского заказника)

 

Учебно-исследовательская работа

 

Автор: обучающаяся

ЭТКДОО «Возрождение»

МКУ ДО ЦДО

Белова Дарья

 

Руководитель: педагог

дополнительного образования,

педагог-организатор МКУ ДО ЦДО

Грачев Николай Владимирович

 

 

 

 

                                                      п.Савино, 2019 г

СОДЕРЖАНИЕ

СТР.

1.     Введение …………………………………………………………………        3

2.     Основная часть ………………………………………………………….       5

2.1.          Объект исследования ……………………………………….……….        5

2.2.          Районы исследования ……………………………………………….       5

2.3.          Сбор материалов и методика исследования ………………………       6

2.4.          Результаты измерений ………………………………………………     10

3.     Заключение ………………………………………………………………     14

4.     Список используемой литературы …………………………………….     15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

         В настоящее время антропогенное влияние на окружающую природу растет, увеличиваясь с каждым годом. Одним из методов определения антропогенного воздействия на природу является биоиндикация. Это очень эффективный метод мониторинга окружающей среды. Основывается он на изучении воздействий различных экологических факторов на биологические характеристики объектов природы.

В основу методики, используемой при выполнении данной учебно – исследовательской работы, положена теория «стабильности развития» («морфологического гомеостаза»), разработанная российскими учеными А.В. Яблоковым, В.М. Захаровым. Эти ученые доказали, что стрессирующие воздействия различного типа вызывают в живых организмах изменения стабильности развития, которые могут быть оценены по нарушению морфологических структур. Метод флуктуирующей асимметрии (ФА) Является в настоящее время перспективным подходом для изучения оценки состояния живых организмов при воздействии на них антропогенных факторов.

         Показатель флуктуирующей асимметрии (ФА) представляет собой ненаправленные различия между правой и левой сторонами морфологических структур, в нормальных условиях они симметричны. Такие различия являются результатом ошибок в развитии организма в целом или отдельных его частях.

         При возрастании (стресса) антропогенного воздействия показатель ФА увеличивается, что соответственно приводит и к повышению асимметрии.

         У деревьев лучшим вегетативным органом является лист. При увеличении антропогенного влияния на территории в листе происходят изменения формы (асимметрия) и размеров.

         Хорошими биоиндикаторами являются листья березы повислой (betula pendula Roth.). Использование показателей ФА листовой пластинки березы повислой, в настоящее время, рекомендовано в нормативных документах экологических служб.

         Актуальность исследования.

Использование метода флуктуирующей асимметрии листа березы для оценки качества окружающей среды охраняемой территории (заказника).

Цель работы:

Провести анализ экологического состояния территории Клязьминского заказника методом оценки показателей флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой.

Задачи:

1.     Провести маршрутные исследования и определить показатели ФА листьев березы 9 участков на территории Клязьминского заказника.

2.     Дать оценку экологическому состоянию окружающей среды, выявить основной вид антропогенного влияния на данных территориях.

Гипотеза:

         Одним из основных источников антропогенного влияния на окружающую среду в районе Клязьминского заказника является транспорт.

Объект исследований: листья березы повислой.

Предмет исследований: показатели ФА листьев березы повислой.

Метод исследования: метод флуктуирующей асимметрии листа березы повислой для оценки качества окружающей среды (по В.М. Захарову и Крысанову Е.Ю., 1996).

 

 

 

 

 

 

 

2. Основная часть.

2.1. Объект исследования.

         Объектом исследования была листовая пластинка березы повислой (betula pendula Roth.) (рис.1).

Домен – Эукариоты

Царство – Растения

Подцарство – Зеленые растения

Надотдел – Высшие растения

Отдел – Цветковые

Класс – Двудольные

Порядок – Букоцветные

Семейство - Березовые

Рис.1. Береза повислая (betula pendula Roth.)

2.2.          Районы исследования.

          Савинский район находится на юге Ивановской области, которая расположена на Восточно-Европейской равнине. Поверхность района пологоволнистая. Савинский район лежит в умеренно-континентальном. Большое влияние на формирование климата оказывают воздушные массы с северной Атлантики. Территория района расположена в зоне смешанных лесов. Экологическое состояние относительно благоприятное.

          Клязьминский заказник находится на юго-западе Савинского района. Территория заказника расположена в зоне смешанных лесов. Растительный покров представлен лесами, лугами, болотами. Леса и луга вместе занимают 73% площади заказника. В целом по заказнику преобладают сосновые и дубовые насаждения с примесью березы, осиновые, клена, ясеня. Широкое распространение имеют ольховые, березовые и осиные леса с вкраплениями дуба, сосны по берегам рек и озер. Основными источниками антропогенного воздействия являются автодороги по границе заказника и внутри с разной транспортной нагрузкой.

2.3. Сбор материалов и методика исследования.

          Сбор материалов проводился на территории Клязьминского заказника с 02 по 12 июля 2018 г.

Материал для исследования был собран на 9 площадках (Рис. 2):

Рис.2. Площадки сбора материалов на территории Клязьминского заказника.

1.     Площадка №1 (около д. Снегирево)

2.     Площадка №2 (около д. Косовка)

3.     Площадка №3 (около д. Изотино)

4.     Площадка №4 (около оз. Сорокино)

5.     Площадка №5 (около оз. Долгое (запад))

6.     Площадка №6 (около оз. Долгое (восток))

7.     Площадка №7 (около оз. Ламхоро)

8.     Площадка №8 (около оз. Некрасовское)

9.     Площадка №9 (около оз. Ореховое)

Сбор материалов проводился по методике В.М. Захарова (см. Приложение 1).

С каждой из 9 площадок было собрано по 100 листьев (9 деревьев с каждого по 10 листьев). Сбор проводился с площадок, находящихся  на разных уровнях антропогенного воздействия. Листья собирались с берез, находящихся примерно в одинаковой экологической обстановке (опушка лесного массива). Сбор листьев происходил только с укороченных побегов и по возможности со всех сторон света. Листья с одной исследуемой площадки складывались в полиэтиленовый пакет с этикеткой, на которой указано место сбора, дата и автор сбора.

Для обработки собранного материала потребовались следующие инструменты:

- линейка с ценой деления 1 мм;

- циркуль;

- транспортир с ценой деления 1 градус;

- калькулятор.

У каждого листа измерялось пять признаков с левой и правой сторон (рис.3)

Рис.3 Схема признаков для измерения

         С каждого листа снимались 5 измерений:

1 - ширина (измеряется по середине листовой пластинки);

2 - длина второй жилки второго порядка

3 - расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка;

4 - расстояние между внешними концами этих же жилок;

5 – угол между главной и второй жилкой второго порядка.

         В общей сложности было произведено более 10 000 расчетов. Расчеты по первым четырем признакам производились циркулем и линейкой, по пятому – транспортиром. Результаты измерений были занесены  в таблицу (Табл.1).

Табл.1

Вспомогательная таблица для расчета стабильности признаков листа

Дата: 04.07.2018 г			Исполнитель: Белова Дарья
Место сбора: Клязьминский заказник, оз. Сорокино
№	Ширина половинок листа, мм		длина второй жилки, мм		расстояние между основаниями 1й 2й жилок, мм		расстояние между концами 1й 2й жилок, мм		угол между главной и второй жилкой, градус
	л	п	л	п	л	п	л	п	л	п
1	25	26	40	40	20	19	6	6	33	32
2	29	29	40	40	16	16	7	7	34	35
3	25	25	35	35	12	12	5	5	43	44
…	…	…	…	…	…	…	…	…	…	…

         С начала для каждого листа вычисляется асимметрия отдельно по формуле: Х=  Х_л - Х_п  /  Х_л + Х_п  и заносится в табл. 2

 

 

 

 

Табл.2

Вспомогательная таблица для расчета флуктуирующей асимметрии (ФА)

Дата: 04.07.2018 г		Исполнитель: Белова Дарья
Место сбора: Клязьминский заказник, оз. Сорокино
№	Признаки						Величина асимметрии листа
	1 признак		2 признак	3 признак	4 признак	5 признак
1	0,020		0,000	0,026	0,000	0,015	0,061
2	0,000		0,000	0,000	0,000	0,014	0,014
…	…		…	…	…	…	…
Величина асимметрии в выборке							Z=0,053

 

         На последнем этапе находим среднеарифметическую асимметрию для площадки в целом.

Для оценки качества среды использовали пятибалльную шкалу степени нарушения стабильности развития березы повислой, разработанную В.М. Захаровым (табл. 3).

Табл.3

Балльная шкала оценки качества среды по величине флуктуирующей асимметрии листа Betula pendula (по В.М. Захарову и Крысанову Е.Ю., 1996)

Баллы	Качество среды	ФА
I	Условно нормальное	< 0,040
II	Начальные (незначительные) отклонения от нормы	0,040 – 0,044
III	Средний уровень отклонений от нормы	0,045 – 0,049
IV	Существенные (значительные) отклонения от нормы	0,050 – 0,054
V	Критическое состояние	> 0,054

 

 

 

2.4. Результаты  измерений.

Измерения проводились на 9 площадках Клязьминского заказника. Была сформирована база данных, состоящая из 9000 измерений. Математическая статистическая) обработка проводилась в программе Microsoft Excel. Мною были рассчитаны следующие показатели, изучаемых признаков:

- среднее значение по каждому признаку (Табл. 4);

- среднеквадратическое отклонение (Табл. 4);

- коэффициент вариации (Табл. 5).

Табл.4

Показатели среднего значения и среднеквадратического отклонения, изучаемых признаков.

Признаки	Площадка №1 (около д. Снегирево)	Площадка №2 (около д. Косовка)	Площадка №3 (около д. Изотино)	Площадка №4 (около оз. Сорокино)	Площадка №5 (около оз. Долгое (запад))	Площадка №6 (около оз. Долгое (восток))	Площадка №7(около оз. Ламхоро) (около	Площадка №8 (около оз. Некрасовское)	Площадка №9 оз. Ореховое)
ширина листовой пластинки справа	16,1 ±2,1	17,6 ±1,9	17,7 ±3,1	21,5 ±3,6	15,1 ±3,1	18,3 ±3,7	21,5 ±3,5	22,0 ±4,5	16,6 ±2,9
ширина листовой пластинки слева	16,4 ±2,2	17,7 ±2,1	17,7 ±3,3	21,5 ±3,5	15,1 ±3,1	18,2 ±3,6	21,6 ±3,7	22,0 ±4,5	16,5 ±2,9
длина второй жилки справа	23,5 ±3,4	28,9 ±4,0	23,8 ±3,7	30,7 ±6,0	23,8 ±4,1	30,3 ±5,8	34,0 ±5,8	33,3 ±6,6	28,0 ±6,9
длина второй жилки слева	24,1 ±3,7	28,9 ±3,9	23,9 ±3,8	30,8 ±6,1	23,9 ±4,3	30,1 ±5,8	34,2 ±5,9	33,5 ±6,8	28,2 ±7,0
расстояние между основаниями первой и второй жилок справа	3,7 ±0,9	3,7 ±0,9	4,1 ±1,0	3,7 ±0,9	3,7 ±0,8	4,2 ±0,9	4,3 ±1,0	4,0 ±1,0	3,5 ±0,9
расстояние между основаниями первой и второй жилок слева	3,7 ±0,9	3,8 ±0,9	4,1 ±1,0	3,7 ±0,9	3,7 ±0,8	4,2 ±1,0	4,3 ±1,0	4,0 ±1,0	3,5 ±0,9
расстояние между внешними концами этих же жилок справа	9,5 ±1,4	10,9 ±1,4	8,9 ±1,7	11,2 ±2,4	9,0 ±1,8	12,2 ±2,6	12,3 ±2,1	12,0 ±2,5	10,1 ±2,3
расстояние между внешними концами этих же жилок слева	9,6 ±1,3	11,0 ±1,5	8,9 ±1,8	11,1 ±2,4	9,1 ±1,8	12,2 ±2,7	12,3 ±2,1	11,9 ±2,5	9,9 ±2,4
угол между главной и второй жилкой справа	40,7 ±4,8	48,5 ±5,0	40,9 ±5,6	39,5 ±5,5	41,2 ±5,1	47,1 ±3,1	47,7 ±4,6	50,2 ±5,0	46,8 ±5,6
угол между главной и второй жилкой слева	41,1 ±4,9	48,4 ±5,1	41,3 ±5,5	39,6 ±5,2	41,4 ±5,2	47,2 ±3,0	47,8 ±4,2	50,4 ±5,4	46,7 ±6,0

 

 

 

Табл.5

Показатели коэффициента вариации, изучаемых признаков.

 

Признаки	Площадка №1 (около д. Снегирево)	Площадка №2 (около д. Косовка)	Площадка №3 (около д. Изотино)	Площадка №4 (около оз. Сорокино)	Площадка №5 (около оз. Долгое (запад))	Площадка №6 (около оз. Долгое (восток))	Площадка №7(около оз. Ламхоро) (около	Площадка №8 (около оз. Некрасовское)	Площадка №9 оз. Ореховое)
ширина листовой пластинки справа	13%	11%	17%	17%	21%	20%	16%	20%	17%
ширина листовой пластинки слева	14%	12%	19%	16%	21%	20%	17%	21%	17%
длина второй жилки справа	15%	14%	15%	20%	17%	19%	17%	20%	25%
длина второй жилки слева	15%	13%	16%	20%	18%	19%	17%	20%	25%
расстояние между основаниями первой и второй жилок справа	24%	25%	25%	25%	22%	22%	24%	25%	25%
расстояние между основаниями первой и второй жилок слева	25%	24%	24%	25%	23%	24%	24%	25%	25%
расстояние между внешними концами этих же жилок справа	15%	13%	19%	22%	20%	21%	17%	21%	23%
расстояние между внешними концами этих же жилок слева	14%	13%	20%	22%	19%	22%	17%	21%	25%
угол между главной и второй жилкой справа	12%	10%	14%	14%	13%	7%	10%	10%	12%
угол между главной и второй жилкой слева	12%	11%	13%	13%	13%	6%	9%	11%	13%

 

         Использование данных вычислений позволили сделать вывод о возможности применения методики флуктуирующей ассиметрии листьев березы повислой. По методике Кокорина и Татаринцева 2010 года если вариабельность морфологического признака древесной породы более 25%, то она определяет непригодность в качестве биоиндикационного вида и снижает его практическую значимость.

Изучение коэффициентов вариации листовой пластинки березы повислой. на изучаемой территории, показало, что все признаки характеризуются низкими (до 10%) и в основном средними (11-25%) значениями коэффициента вариации, что свидетельствует о низком уровне их изменчивости.

     Из этого можно сделать вывод, что применение методики флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой в моем случае оправдано.

         Величина флуктуирующей асимметрии (ФА) оценивается с помощью интегрального показателя – величины среднего относительного различия на признак. Используя данные промеров листовых пластинок из контрольных площадок (Приложение 2), вычислили среднее значение ФА для каждой площадки (    Табл.6).

Табл.6

Оценка качества среды территории Клязьминского заказника.

Контрольные площадки	ФА	Балл	Качество среды
Площадка №1 (около д. Снегирево)	0,124	5	Критическое состояние
Площадка №2 (около д. Косовка)	0,082	5	Критическое состояние
Площадка №3 (около д. Изотино)	0,141	5	Критическое состояние
Площадка №4 (около оз. Ламхоро)	0,044	2	Начальные (незначительные) отклонения от нормы
Площадка №5 (около оз. Долгое (запад))	0,044	2	Начальные (незначительные) отклонения от нормы
Площадка №6 (около оз. Долгое (восток))	0,048	3	Средний уровень отклонений от нормы
Площадка №7 (около оз. Ореховое)	0,044	2	Начальные (незначительные) отклонения от нормы
Площадка №8 (около оз. Некрасовское)	0,053	4	Существенные (значительные) отклонения от нормы
Площадка №9 (около оз. Ламхоро)	0,044	2	Начальные (незначительные) отклонения от нормы

         Выборки из лесных массивов, расположенных в глубине Клязьминского заказника (площадки №4,5,7,9) характеризуются небольшим показателем ФА, что позволяет сделать вывод о незначительном отклонении от нормы условий окружающей среды. На площадках 6 и 8 (Табл.7)отклонения уже значительнее. А вот на площадках с номерами 1, 2, 3, расположенных вдоль транспортной магистрали на Южу, состояние качества среды критическое. Растения в таких условиях находятся в сильно угнетенном состоянии. Поэтому у них проявляются сильные отклонения от билатеральной симметрии. Полученные данные позволяют подтвердить гипотезу, что одним из основных источников антропогенного влияния на окружающую среду в районе Клязьминского заказника является транспорт.

Табл.7

График оценки качества среды территории Клязьминского заказника.

            Ухудшение состояния качества окружающей среды в глубь закзаника вызвано воздушным переносом выделяемых транспортом вредных веществ. Из графика (Табл. 8) Роза ветров в Иваново в апреле 2018 года, видно, что одним из преобладающих направлений ветра является северо-западное (16,7%) и северное (14,5%), которые и переносят вредные вещества вглубь заказника.

 

 

 

 

 

 

 

Табл.8

График  Роза ветров в Иваново в апреле 2018 года.

 

3.    Заключение

Выполнив работу мы пришли к следующим выводам:

1.      В результате работы были проведены маршрутные исследования на 9 площадках в Клязьминском заказнике, отобраны образцы листьев березы повислой, определены показатели флуктуирующей асимметрии. Которые показали, что экологическое состояние окружающей среды в Клязьминском заказнике относительно благоприятное. 4 из 9 площадок показали незначительное отклонение от нормы состояния окружающей среды (44,5%), среднее отклонение на 1 площадке (11,1%), существенное отклонение на 1 площадке (11,1%) и критическое состояние на 3 площадках (33,3%), расположенных вдоль транспортной магистрали на Южу.

2.      Площадки, где качество среды критическое, лежат вблизи от крупной дороги, по которым активно двигается автотранспорт, а на площадках, которые удалены от дорог состояние окружающей среды условно нормальное. Это подтверждает нашу гипотезу, что одним из основных источников антропогенного влияния на окружающею среду в Клязьминском заказнике является транспорт

На основании полученных данных мы разработали практические рекомендации:

1.     Регулярно (один раз в два года) проводить оценку чистоты воздуха методом флуктуирующей асимметрии листа березы повислой для оценки качества окружающей среды (по В.М. Захарову и Крысанову Е.Ю., 1996).

2.     В целях регуляции газового состава воздуха и степени его загрязнения необходимо высаживать деревья  в зонах с высокой антропогенной нагрузкой (вдоль дороги). 

3.     Использовать для этого наиболее устойчивые к воздействию пыли, дыма и газа виды древесных пород: тополь, липу, клен, вяз, клен ясенелистный, акацию белую, боярышник обыкновенный, шиповник, бересклет, барбарис обыкновенный, бузину красную. Результаты исследований и практические рекомендации направлены в экологический отдел администрации.

 

4.         Список используемой литературы

1.     Горыщина Т.К. Экология растений/Т.К. Горыщина – М.:Мир, 2005.-295с

2.     Дружинина Т.А. Лебедь Л.В. Исследование биоиндикационных свойств древесных пород в городской среде - М.:Наука, 2010.-42с

3.     Захаров, А.С. Баранов, В.И. Борисов, А.В. Валецкий, Н.Г. Кряжева, Е.К. 
Чистякова, А.Т. Чубинишвили. - М.: Центр экологической политики 
России, 2000 – 318с

4.     Математическая обработка результатов при проведении экологических исследований, Владимир,2008

5.     Кряжева Н.Г. Чистякова Е.К., Захаров В.М. анализ стабильности развития березы повислой в условиях химического загрязнения //Экология 1996. №6 с.441-444.

6.     Шуберт Р. Биондикация загрязнителей наземных экосистем/ Под ред Р. Шуберта. – м.:Мир, 1998