БИОИНДИКАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СТАБИЛЬНОСТИ РАЗВИТИЯ ЛИСТОВОЙ ПЛАСТИНКИ POPULUS TREMULA В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ

Полный текст

Вредные выбросы автомобильного транспорта и промышленных предприятий, превышающие нормативы, уничтожают растительность на отдельных террито- риях и в масштабе целых районов.Древесные растения в крупных промышленных городах выполняют защитные и средообразующие функции, испытывая при этом постоянное техногенное воз- действие. В связи с этим все большее значение приобретает проблема изучения стабильности развития древесных растений в урбанизированной среде.Применение в качестве индикаторов состояния городской среды древесных растений целесообразно не только в связи с простотой проведения исследований, но и привязанностью в течение всей своей жизни к конкретной территории и подвержены характерому для этой территории влиянию почв и воздушной среды.Оценка состояния организмов (популяций) по стабильности развития, харак- теризующаяся уровнем флуктуирующей асимметрии морфологических структур, в настоящее время является одним из перспективных подходов, применяемых для интегральной оценки состояния урбанизированной среды [1].При различных факторах воздействия среды в листьях происходят морфоло- гические изменения (смещение асимметрии, уменьшение площади листовой пластины). Листовой аппарат является наиболее чувствительным органом, кото- рый может адекватно отразить уровень воздействия окружающей среды на рас- тительный организм [9].Методика основана на теории стабильности развития (морфогенетического гомеостаза), разработанной российскими учеными (А.В. Яблоков, В.М. Захаров и др.). Теория доказывает, что стрессирующие воздействия различного типа вы- зывают в живых организмах изменения стабильности развития, которые могут быть оценены по нарушению морфогенетических процессов [2].В качестве меры стабильности развития билатеральных морфологических структур растений широко применяется флуктуирующая асимметрия, под кото-45Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности, 2016, № 3рой понимают случайные незначительные отклонения от симметричного состо- яния [8]. Флуктуирующая асимметрия, имеющая ненаследственный характер, наблюдается и на фоне наследственных типов асимметрии, таких как антисим- метрия и направленная асимметрия [3]. Величина флуктуирующей асимметрии возрастает при действии любых средовых стресс-факторов [8]. Это позволяет использовать флуктуирующую асимметрию листа различных видов древесных растений для оценки уровня загрязнения природной среды.Актуальность исследования заключается в накоплении данных для проведения экологического мониторинга состояния городской среды и обоснованности при- менения в качестве индикаторов загрязнения окружающей среды не только хвой- ных растений и березы, но и других видов растительности, наиболее распростра- ненных или характерных для конкретного участка наблюдения.Целью работы является оценка качества среды придорожных территорий по показателям нарушения стабильности развития высших растений на примере Populus tremula.Материалы и методы исследованияВ данной работе рассматривали возможность использования в оценке стабиль- ности развития по показателям флуктуирующей асимметрии листовой пластины Populus tremula в связи с ее высокой газоустойчивостью и широким распростра- нением на территории России.Осина (Populus tremula) - вид лиственных деревьев из рода «тополь» семейства«ивовые», крупное дерево до 35 м высотой и 1 м в диаметре, листья ее округлые, кожистые, городчатые (округло-зубчатые), сидящие на длинных сплюснутых с боков черешках. Осину используют для озеленения населенных пунктов как бы- строрастущее и ветроустойчивое дерево. Осина широко распространена в районах с умеренным и холодным климатом Европы и Азии [6]. На территории России встречается повсеместно, от Северного полярного круга до границ лесостепной зоны [5. C. 21].Осина более устойчива к дымовым газам, чем хвойные породы. Установлено, что в Московской области под влиянием промышленных газов у осины умень- шаются листья, на них появляются темно-коричневые пятна, снижается прирост в высоту на 30-50% [10].Сбор образцов листьев осуществлялся в августе-сентябре 2014 г. Результаты визуальных наблюдений показали, что состояние лиственного покрова осины вдоль автомагистралей неудовлетворительное: наблюдается раннее пожелтение и высыхание листовой пластины, точечный и краевой некроз листовых пласти- нок, листья покрыты пылью и частицами сажи, которые являются следствием выбросов автомобильного транспорта.Для оценки последствий антропогенного воздействия выбрано три учетные площадки [11], где регулярны крупные транспортные пробки и скорость движе- ния транспорта не превышает 10 км/ч на участке не менее 1 км, и одна учетная площадка в зоне района исследования с низкой степенью антропогенной нагруз- ки (парковая зона, на значительном удалении от крупных автомагистралей).46Кузнецова А.С., Сотникова Е.В. Биоиндикационные показатели стабильности развития...Учетная площадка 1 - Шоссе Энтузиастов - движение транспорта интенсив- ное (трехполосное в обе стороны), расположены несколько остановок городско- го транспорта, станция метро, регулярно возникают крупные транспортные проб- ки протяженностью 3-5 км по направлению в центр города расположен крупный лесопарк (Измайловский парк), средняя скорость в часы пик не превышает 5-10 км/ч.Учетная площадка 2 - Люблинская улица до пересечения с Волгоградским проспектом - интенсивное движение автотранспорта (двухполосное в обе сто- роны, местами с расширениями до трех полос), крупный транспортно-переса- дочный узел (метро, наземный транспорт, пригородные электропоезда), крупные транспортные пробки протяженностью до 1,5 км, средняя скорость в часы пик не превышает 3-5 км/ч.Учетная площадка 3 - Рязанский проспект - движение транспорта интенсив- ное (трехполосное в обе стороны), расположены несколько остановок городско- го транспорта, станция метро, регулярно возникают крупные транспортные проб- ки протяженностью 2-4 км, средняя скорость в часы пик не превышает 7-10 км/ч.Учетная площадка 4 - Измайловский парк г. Москвы, зона для оценки услов- ного фонового уровня. Расстояние до автомагистрали не менее 50-100 м.В качестве контрольных были выбраны листья осины (Populus tremula) из на- саждений с фоновым уровнем загрязнения, характерным для района исследования (в отдалении от автомагистралей на территории Измайловского парка г. Москвы).Рис. Параметры промеров листьев Populus tremula: 1 - ширина половинки листа; 2 - длина второй жилкиот основания листа; 3 - расстояние между основаниями первой и второй жилок; 4 - расстояние между концами этих жилок; 5 - угол между главнойи второй от основания жилкамиСбор материала проводился в стандартных погодных условиях (ясно, безве- тренно) в количестве 10 шт. с 10 близкорастущих условно одновозрастных дере- вьев. С листьев снимали показатели по пяти билатеральным признакам, с левой и правой стороны, в соответствии с методикой В.М. Захарова [4]: ширина поло- вины листа; длина жилки второго порядка; расстояние между основаниями пер-47Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности, 2016, № 3вой и второй жилок; расстояние между концами первой и второй жилок; угол между главной и второй от основания листа жилок второго порядка (рис.).Результаты исследованияАнализ флуктуирующей асимметрии по каждому признаку проводился путем определения дисперсии асимметрии - относительной величины различия в про- мерах слева и справа, отнесенного к их сумме.Величину флуктуирующей асимметрии всех признаков оценивали интеграль- ным показателем - средним относительным различием между сторонами на при- знак. В придорожной зоне в листьях осины обыкновенной флуктуирующая асим- метрия листовой пластинки варьируется от 0,067 до 0,079 и характеризует неста- бильность развития осины в условиях воздействия автотранспорта. В контрольной точке в Измайловском лесопарке г. Москвы флуктуирующая асимметрия в сред- нем составляет 0,047 - условная норма для данного района (табл. 1).Величина флуктуирующей асимметрии листовых пластинок осиныТаблица 1№Величина интегральных показателей, ммМесто исследованияИзмайловский паркЛюблинская улицаШоссе ЭнтузиастовРязанский проспект1.Ширина половинок0,0100,0340,0390,0282.Длина жилки 2-го порядка0,0280,0400,0340,0363.Расстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок0,1030,1560,1340,1104.Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок0,0750,1130,1120,1165.Угол между главной и 2-й от основа- ния листа жилками 2-го порядка0,0310,0500,0490,045Величина флуктуирующей асимметрии вы- борки0,0470,0790,0740,067Данные полученные с растений вблизи автомагистралей свидетельствуют, что растения находятся в сильно угнетенном состоянии (величина флуктуирующей асимметрии > 0,067) и под действием антропогенного загрязнения у осины из- меняются внутренние и внешние функции и признаки. Чем выше уровень за- грязнения окружающей среды района произрастания исследуемых объектов, тем выше флуктуирующая асимметрия листовой пластинки осины.Статистическая значимость различий между выборками по величине средне- го относительного различия между сторонами на признак определялась по t-критерию Стьюдента при 5%-м уровне значимости (вероятность ошибочной оценки P = 0,05) (табл. 2).Таблица 2Сравнение листовых пластин Populus tremula контрольного и исследуемых участковОбъект исследованияФлуктуирующая асимметрияСтандартное отклонениеДисперсияtИзмайловский парк0,0470,0050,000025-Люблинская улица0,0790,0120,0001450,34Рязанский проспект0,0670,0100,0001010,19Шоссе Энтузиастов0,0740,0110,0001310,3748Кузнецова А.С., Сотникова Е.В. Биоиндикационные показатели стабильности развития...Сравнение листовых пластин деревьев контрольного и исследуемых участков показало большие различия по морфологической изменчивости. Они выража- ются в значительно больших значениях дисперсии флуктуирующей асимметрии и общей фенотипической изменчивости у деревьев, произрастающих на придо- рожных территориях, что является результатом снижения уровня стабильности их развития.ВыводыНа показатель флуктуирующей асимметрии в урбанизированной среде оказы- вает влияние насыщенность транспортной нагрузки, расстояние от источника загрязнения, открытость и защищенность участка, а также уровень качества до- рожного покрытия.Общее санитарное состояние зеленых насаждений в исследуемом районе яв- ляется неудовлетворительным, а вблизи крупных автомагистралей сильно угне- тенным.Осина обыкновенная может использоваться как индикатор загрязнения го- родской среды автотранспортом.Экспериментально установили, что в придорожной полосе флуктуирующая асимметрия листовой пластинки осины обыкновенной варьируется от 0,067 до 0,079 и характеризует нестабильность развития осины в условиях воздействия автотранспорта. В контрольной точке в Измайловском лесопарке г. Москвы флук- туирующая асимметрия в среднем составляет 0,47.Появление на листьях растений некротических пятен также свидетельствует о загрязнении территорий.Высокий уровень флуктуирующей асимметрии у деревьев, произрастающих вдоль автотрасс по сравнению с контрольными, свидетельствует о снижении уров- ня стабильности их развития и ухудшении качества среды обитания.

Об авторах

А С Кузнецова

Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)

Институт химического машиностроения им. Л.А. Костандова ул. Б. Семеновская, д. 38, Москва, Россия, 107023

Е В Сотникова

Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)

Институт химического машиностроения им. Л.А. Костандова ул. Б. Семеновская, д. 38, Москва, Россия, 107023

Список литературы