Введение
Проблемы экологии городской среды занимают одно из первых мест в иерархии глобальных проблем современности, так как эта среда отличается своеобразием экологических факторов, специфичностью техногенных воздействий, приводящих к значительной трансформации окружающей среды. Воздух в городе наполнен пылью, сажей, аэрозолями, дымом, твердыми частицами и т.д. К основным источникам загрязнения относятся промышленные и топливно-энергетические предприятия, транспорт. Естественно, что от загрязненного воздуха страдает человек и все, что его окружает [1]. В настоящее время крайне актуален вопрос оптимизации городской среды. Для этого используются древесные растения, основная роль которых сводится к их способности нивелировать неблагоприятные для человека факторы природного и техногенного происхождения [2; 3]. Кроме этого, они выделяют кислород, снижают температуру, силу ветра и шума, повышают влажность воздуха, нередко улучшают среду до комфортной [3]. Однако высокая степень воздействия негативных антропогенных факторов, присущая урбанизированным территориям, закономерно приводит к ослаблению растительности, преждевременному старению, снижению продуктивности, поражению болезнями, вредителями и гибели насаждений. Древесные растения, оказавшиеся в городских условиях, начинают отставать в росте и развитии, уменьшаются их параметры, рано начинает изреживаться крона [4].
Городские насаждения, призванные оздоравливать урбанизированную среду, сами при этом нуждаются в защите. Таким образом, наравне с вопросом озеленения города на первый план также ставится проблема способов выявления и оценки уровня загрязнения окружающей среды [1]. В настоящее время имеется большой арсенал методов для выявления различных неблагоприятных воздействий на состояние окружающей среды. Существующая система контроля качества среды базируется на данных по физико-химическому анализу объектов окружающей среды, по состоянию биоразнообразия и других. Для проведения оценки качества окружающей среды на всех уровнях применяются различные подходы, но особенно важной является биологическая оценка. Это связано с тем, что именно состояние живых организмов позволяет прогнозировать такие изменения в окружающей среде, которые могут привести к необратимым последствиям. В трудах Центра Экологической Политики России (ЦЭПР) показано, что стабильность развития как способность организма к нормальному развитию является чувствительным индикатором состояния природных популяций и позволяет оценивать суммарную величину антропогенной нагрузки. Наиболее простым и доступным для использования способом оценки стабильности развития является определение величины флуктуирующей асимметрии билатеральных морфологических признаков (ФА).
На сегодняшний день одним из эффективных и недорогих методов биомониторинга является фитоиндикация [5], так как растения считаются надежными индикаторами загрязнения природной среды различными токсическими веществами. Они вынуждены адаптироваться к стрессовому воздействию среды с помощью физиолого-биохимических и анатомо-морфологических перестроек организма [6]. Фиксация и оценка этих изменений, которые могут регистрироваться уже на самых ранних стадиях деградации, дают достоверную картину условий места произрастания растений и отражают состояние городской среды [7; 8].
Наиболее чувствительным органом растений является зеленый лист, так как он очень подвержен действию токсических газов. Угнетение роста листьев находится в прямой зависимости от степени загазованности местообитания: чем выше загрязнение воздуха, тем меньше морфометрические параметры листа [1]. Для того чтобы более наглядно продемонстрировать эту закономерность, необходимо не просто сравнить листья визуально, а определить и сравнить их площади и размеры.
Целью данной работы является выявление влияния урбаносреды на морфометрические параметры листьев березы повислой.
Для достижения поставленной цели нужно было:
1) провести полный анализ морфометрических параметров листьев;
2) сопоставить данные морфометрических параметров листа березы повислой в г. Орске;
3) выявить особенности адаптации листьев березы повислой к действию загрязняющих веществ в условиях урбаносреды;
4) определить возможность использования березы повислой для мониторинга окружающей среды и озеленения улиц города.
В связи с актуальностью нами была сформулирована тема исследования: «Оценка качества среды города Орска по функциональной асимметрии листовой пластинки березы повислой (Betulapendula)».
Проблема исследования: каково влияние техногенного загрязнения окружающей среды на показатели функциональной асимметрии листовой пластинки березы.
Цель исследования: определить уровни функциональной асимметрии листовых пластинок березы повислой, произрастающей в различных районах города Орска, отличающихся степенью техногенной нагрузки.
Объект исследования: листовые пластинки березы повислой, произрастающей в городе Орске.
Предмет исследования: функциональная асимметрия листовых пластинок березы повислой, произрастающей в городе Орске.
В соответствии с целью, объектом, предметом исследования нами сформулированы следующие задачи:
1) изучить теоретические и практические аспекты применения морфометрических методов биоиндикационных исследований;
2) определить параметры листовой пластинки березы повислой и уровень их асимметрии;
3) выявить зависимость уровня функциональной асимметрии листовой пластинки от степени техногенной загрязненности участка произростания древесных растений.
Гипотеза исследования: уровень функциональной асимметрии листовой пластинки березы повислой тем выше, чем больше степень техногенной нагрузки на территории произрастания березы.
Методы исследования: анализ теоретической и методической литературы, морфометрический метод, методы статистической обработки результатов исследования.
Опытно-экспериментальная база исследования: экологическая лаборатория кафедры ББЖТМОБ ОГТИ (филиал) ГОУ ОГУ.
Практическая значимость исследования заключается в том, что обоснована возможность применения морфометрических методов для оценки качества окружающей среды города Орска.
Курсовая работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы.
Во введении обосновывается актуальность темы, определяются проблема, цель и задачи, объект и предмет, гипотеза, методы исследования, его научная новизна и практическая значимость.
В первой главе «Теоретические аспекты использования морфометрического метода для оценки качества окружающей среды» описано, что основной задачей морфометрического метода является разработка методов и критериев, которые могли бы адекватно отражать уровень антропогенных воздействий с учетом комплексного характера загрязнения и диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ.
Во второй главе «Материал и методы исследования» доказывается, что одним из основных результатов настоящего исследования является вывод о том, что оценка качества городской среды, проведенная с помощью расчета флуктуирующей асимметрии листьев различных древесных культур, одинакова, это особенно важно в том случае, когда качество городской среды обитания можно оценить только по одному или ограниченному числу видов древесных культур.
В третьей главе «Методика и результаты исследования функциональной асимметрии листовой пластины березы повислой» представлены результаты опытно-экспериментальной работы, в ходе которых выявлено, что уровень флуктуирующей асимметрии чувствителен к действию химического загрязнения и возрастает при увеличении антропогенного прессинга. Повышение степени воздействия приводит к возрастанию изменчивости показателей и снижению стабильности.
В заключении изложены основные выводы по приведенному исследованию, намечены направления и перспективы дальнейшего изучения данной проблемы.
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОРФОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
1.1 Экологические основы биоиндикационных исследований
Наиболее часто цитируемой и, в то же время, наиболее идеологически расплывчатой областью экологии является некоторая совокупность методов, называемая “биоиндикацией”. Хотя истоки наблюдений за индикаторными свойствами биологических объектов можно найти в трудах естествоиспытателей самой глубокой древности, до сих пор отсутствует стройная теория и адекватные методы биоиндикации.
Основой задачей биоиндикации является разработка методов и критериев, которые могли бы адекватно отражать уровень антропогенных воздействий с учетом комплексного характера загрязнения и диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ. Биоиндикация, как и мониторинг, осуществляется на различных уровнях организации биосферы: макромолекулы, клетки, органа, организма, популяции, биоценоза. Очевидно, что сложность живой материи и характера ее взаимодействия с внешними факторами возрастает по мере повышения уровня организации. В этом процессе биоиндикация на низших уровнях организации должна диалектически включаться в биоиндикацию на более высоких уровнях, где она предстает в новом качестве и может служить для объяснения динамики более высокоорганизованной системы.
Считается, что использование метода биоиндикации позволяет решать задачи экологического мониторинга в тех случаях, когда совокупность факторов антропогенного давления на биоценозы трудно или неудобно измерять непосредственно. К сожалению, современная практика биоиндикации носит в значительной мере феноменологический характер, выраженный в пространном изложении подмеченных исследователем фактов поведения различных видов организмов в конкретных условиях среды. Иногда эти описания сопровождаются не всегда обоснованными выводами, носящими, как правило, сугубо оценочный характер (типа "хорошо / плохо", "чисто / грязно" и т.д.), основанными на чисто визуальных методах сравнения или использовании недостаточно достоверных индексов. Чаще всего такой "прогноз" делается, когда "общественное" мнение по конечному результату оценки качества экосистемы уже заранее известно, например, по прямым или косвенным параметрам среды. В результате этого, роль биоиндикации оказалась сведенной к следующей совокупности действий, технологически совпадающей с биомониторингом: