Нарушение симметрии листьев берёзы повислой как показатель загрязнения среды в районе Верхнего озера Калининграда



Введение

Цель работы: выявить экологическое состояние среды в районе Верхнего озера города Калининграда при помощи листьев берёзы повислой, растущей в этом районе.

Актуальность работы: очень важно знать состояние окружающей среды, особенно в исследуемом районе, так как это достаточно оживлённое и людное место, чтобы обезопасить людей от различных заболеваний, например, респираторных, которые могут быть вызваны загрязнением воздуха, почвы или воды.

Задачи:

1. Исследовать листья берёзы повислой с помощью метода флуктуирующей асимметрии.
2. Выявить причины отклонения от нормы экологического состояния территории в районе Верхнего озера.

Гипотеза: можно предположить, что по результатам исследования состояние среды в исследуемом районе будет умеренно неблагоприятным или неблагоприятным, так как рядом с территорией Верхнего озера расположена проезжая часть с активным потоком автомобилей, выхлопные газы которых отрицательно влияют на природу. Это место популярно среди туристов и жителей города, поэтому там всегда очень много людей, что также может негативно сказаться на окружающей среде.

Методика: состояние окружающей среды будет оцениваться способом биоиндикации, которая показывает способность организма реагировать на внешние факторы. Для оценки состояния среды использовалась фитоиндикация, которая является мощным инструментом для изучения среды при помощи растений.

Биоиндикация — это оценка окружающей среды с помощью живых объектов, чувствительных к воздействиям или, наоборот, устойчивых. Такие объекты называют биоиндикаторами. [1]

Биоиндикатор (от греч. bíos — жизнь и лат. indico — указываю, определяю) — организм, присутствие или поведение которого служит показателем состояния окружающей среды. Биоиндикаторами могут служить любые организмы — от микробов до животных, в зависимости от того, какую среду необходимо исследовать. [2]

Флуктуирующая асимметрия(ФА) – незначительные отклонения от строгой билатеральной симметрии. По ней можно судить о состоянии природных популяций и окружающей среды. [3; 5]

Растениям отводится особое место при биоиндикации. В связи с автотрофным типом питания растения очень чутко реагируют на загрязнённость окружающей среды, проявляя высокую чувствительность, особенно к действию газообразных токсикантов и тяжёлых металлов. Биоиндикацию можно проводить на различных уровнях организации живого: макромолекул, клетки, организма, популяции, сообщества и экосистемы. Биоиндикация листьев берёзы проводится на организменном уровне, который имеет такие преимущества, как небольшие затраты труда и времени, а также исследования можно проводить вручную, без специализированных лабораторий и специального оборудования. У растений для биоиндикации наиболее часто используются изменения морфологических параметров:

1. Изменение окраски листьев.
2. Некрозы-отмирание ткани участка листка.
3. Преждевременное увядание.
4. Деформация листовой пластины.
5. Изменение размеров листьев.
6. Изменение формы, количества и положения органов.
7. Изменение жизненной формы растений.

Для древесных растений лучшим вегетативным органом является лист растения. При антропогенных воздействиях в листьях происходят морфологические изменения (появление асимметрии, уменьшение площади листовой пластины).

В основном на нарушение симметрии листвы воздействуют вредные химические элементы. Например, это могут быть некоторые тяжёлые металлы. Городской воздух содержит много дорожной пыли, которая получается при стирании шин и тормозных колодок, в состав которых входит металл кадмий. У листвы, улавливающей кадмий через атмосферу, нарушается процесс фотосинтеза и наблюдается асимметричный рост. В следствие того, что исследуемый район находится достаточно близко к проезжей части, в атмосфере присутствует большое количество свинца, который попадает в воздух главным образом с выхлопными газами от автомобилей. Свинец может вызвать хлороз (заболевание у растений, при котором нарушается образование хлорофилла и работа фотосинтеза) и деформацию листьев. Типичные загрязнители воздуха-диоксид серы (CO2) и оксиды азота при попадании в атмосферу путём химических реакций превращаются в соединения серной и азотной кислоты. А кислотные осадки, содержащие кислотные компоненты, уровень pH которых менее 5,6 это как раз серная или азотная кислота. Из-за кислотных дождей нарушается уровень падения pH в почвах, что приводит к деформации и асимметрии листьев.

Измерения у листьев можно проводить по нескольким параметрам:

Рис. 1 [4]

Для более быстрого анализа проводились измерения только под номером 1, то есть от центральной жилки до края листовой пластины, как с правой стороны, так и с левой. Таким образом, измерив 100 штук листьев, можно вычислить коэффициент ФА, используя формулу: К=|(Л-П)|:Л+П, где Л- сумма всех значений, получившихся у каждого листа с левой стороной, а П, соответственно, сумма всех значений, получившихся у каждого листа с правой стороны.

Ориентировочные оценки состояния среды по значениям коэффициента K

Значения K	Балл	Состояние среды
<0,05	1	Контрольное
0,055–0,060	2	Умеренно неблагоприятное
0,06–0,065	3	Неблагоприятное
0,065–0,07	4	Крайне неблагоприятное
>0,07	5	Критическое

Исследование:

Листья были собраны с берёзы повислой на Верхнем озере города Калининграда. Для исследования собрали 50 листьев. Участок сбора был выбран в связи с тем, что это место очень популярно среди жителей города и туристов, поэтому важно знать об экологическом состоянии района, чтобы в случае чего вовремя предпринять определённые меры для его улучшения, а также обезопасить людей от негативного влияния загрязнённой среды. На диаграмме представлено количество листьев с коэффициентами, попадающими в одну категорию состояния среды.

Этапы эксперимента:

1. Выбрать модельное дерево (в данном случае берёза) и собрать его листья.
2. Провести измерения предварительно засушенных листьев.
3. С помощью формулы найти коэффициент флуктуирующей асимметрии, по которому будет оцениваться качество среды.
4. Оценить состояние окружающей среды в районе, где растёт выбранное дерево, по показателям асимметрии.
5. Сделать вывод и предположить, почему в данном районе то, или иное качество окружающей среды.

Рис. 1. Коэффициенты ФА у берёзы повислой

1. K<0,05
2. K=0,055–0,060
3. K=0,06–0,065
4. K=0,065–0,07
5. K>0,07

Большая часть посчитнных коэффициентов (20) попала под 2 категорию «Умеренно неблагоприятное», среди которых средний коэффициент ФА равен 0,055.

Выводы:

По результатам исследования территория Верхнего озера города Калининграда находится в экологически умеренно неблагоприятном состоянии, что подтверждает гипотезу.

Данное состояние связано с тем, что хоть район находиться вблизи проезжей части, в центре города с предприятиями, загрязняющими атмосферу, почву и воду, на территории находится множество зелёных зон, которые помогают формировать более благоприятное состояние среды.

Литература:

1. https://spbu.ru/news-events/novosti/listya-derevev-prosignalyat-o-zagryaznenii
2. https://licey.net/free/6-biologiya/25-slovar_biologicheskih_terminov/stages/1695-bioindikator_.html
3. Радченко Н. М., Шабунов А. А. Методы биоиндикации в оценке состояния окружающей среды: Учебно-методическое пособие. — Вологда: ВИРО, 2006. — 148 с.
4. https://s.science-education.ru/pdf/2014/5/79.pdf
5. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / под ред. О. П. Мелеховой, Е. И. Сарапульцевой. — М.: Академия, 2008. — 288 с.
6. Захаров В. М. Асимметрия животных. / В. М. Захаров. — М.: Наука, 1987. — 216 с.
7. Захаров В. М. Здоровье среды: методы оценки. / В. М. Захаров, А. С. Баранов, В. И. Борисов и др. — М.: Центр экологической политики России, 2000. — 68 с.
8. Кожара А. В. Структура показателя флуктуирующей асимметрии и его пригодность для популяционных исследований. / А. В. Кожара // Биологические науки. — 1985. — № 6. — С. 100 103.
9. Кряжева Н. Г. Анализ стабильности развития березы повислой в условиях химического загрязнения / Н. Г. Кряжева, Е. К. Чистякова, В. М. Захаров // Экология. — 1996. — № 6. — С.441 444.
10. Хузина Г. Р. Характеристика флуктуирующей асимметрии билатеральных признаков листа липы мелколистной (TiliacordataL.). / Г. Р. Хузина // Вестник Удмуртского университета. Биология. Наукаоземле. — 2011. — Вып. 3. — С. 47–52.
11. Gowart N. M. Within — and among — individual variation in fluctuating asymmetry of leaves in the fig (Ficuscarica L.). / N. M. Gowart, J. H. Graham// Int J Plant Sci, 1999. № 160. PP. 116–121.