Тамбовское областное государственное образовательное учреждение дополнительного образования детей
«Центр развития творчества детей и юношества»
СЕТЕВОЙ ФЕСТИВАЛЬ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ВОСПИТАНИЯ - 2013
Экологическая оценка качества среды г. Тамбова
Автор работы:
Панков Дмитрий, обучающийся объединения «Экология. Природа. Человек».
Руководитель:
, педагог дополнительного образования, методист
ТОГБОУ ДОД «Центр развития творчества детей и юношества»
Тамбов, 2013 г.
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. 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. Кроме этого, они выделяют кислород, снижают температуру, силу ветра и шума, повышают влажность воздуха, нередко улучшают среду до комфортной. 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.
Городские насаждения, призванные оздоравливать 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.
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.
Цель проекта: определение качества здоровья среды путем изучения флуктуирующей асимметрии листьев.
Задачи:
1) провести полный анализ морфометрических параметров листьев;
2) сопоставить данные морфометрических параметров листа березы повислой в разных местах исследования;
4) выявить зависимость уровня функциональной асимметрии листовой пластинки от степени техногенной загрязненности участка произрастания древесных растений.
Методы: анализ теоретической и методической литературы, морфометрический метод, методы статистической обработки результатов исследования.
Срок реализации проекта 1 год.
Этапы реализации проекта
Подготовительный этап (апрель-май 2013 г.).Сбор информации, определение методики исследования. Выбор места исследования.
Основной этап (июль-август 2013 г.)Проведение исследования флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой.
Заключительный этап (сентябрь 2013 г.)Анализ полученных данных, подготовка рекомендаций.
Подготовительный этап проекта
Обзор литературы
Все возрастающее воздействие на окружающую природную среду диктует необходимость контроля её состояния, обеспечения её благоприятности для живых организмов и человека. Из всех методов оценки качества среды приоритетным является биоиндикация, как серия биологических оценок в природе.
В нормальных условиях организм реагирует на воздействие среды посредством сложной физиологической системы буферных гомеостатических механизмов. Под воздействием неблагоприятных условий эти механизмы могут быть нарушены, что приводит к изменению развития. Изменение гомеостаза развития отражают базовые изменения функционирования живых существ и находят выражение в процессах, протекающих на разных уровнях, от молекулярного до организменного, и могут быть оценены по разным параметрам с использованием различных методов. Прежде всего, уровень гомеостаза развития может быть оценен с морфологической точки зрения.
Флуктуирующая асимметрия позволяет оценить нестабильность развития организма. Флуктуирующей асимметрией называют небольшие ненаправленные различия между правой и левой (R - L) сторонами различных морфологических структур, в норме обладающих билатеральной симметрией. Большинство авторов предлагает считать определение флуктуирующей асимметрии одним из морфологических методов оценки состояния и динамики биосистем, а сам показатель флуктуирующей асимметрии – индексом стабильности развития организма (3).
Основное требование к признакам, по которым ведется определение флуктуирующей асимметрии – относительно равная их величина, отсутствие влияния на них ряда факторов, среди которых большое значение имеет вычленение из общей асимметрии двух ее форм: направленной асимметрии и антисимметрии.
C. Г. Баранов и в своей работе «Сравнение методов оценки флуктуирующей асимметрии листовых пластин Betula pendula Roth.» сравнивали разные методы оценки окружающей среды с помощью исследования морфологических показателей и пришли к выводу, что данный метод может быть использован для оценки качества здоровья среды, так как разными методами были выявлены сходные тенденции в флуктуации листовых пластин березы повислой (1).
Для древесных растений лучшим вегетативным органом является лист растения. При антропогенных воздействиях в листьях происходят морфологические изменения (появление асимметрии, уменьшение площади листовой пластины). Хорошими биоиндикаторами в городе являются листья березы, дерева с высокими поглотительными качествами.
При формировании листовой пластины, по мере накопления токсических веществ, происходит торможение ростовых процессов, и деформация листа. При окончательном формировании листовых пластин на деревьях, испытывающих высокую техногенную нагрузку, их площади меньше, чем на деревьях, произрастающих в более благоприятных экологических условиях.
Признаки листовой пластинки берёзы повислой, можно сказать, − основной объект при характеристике стабильности развития и состояния здоровья среды. В настоящее время использование показателей флуктуирующей асимметрии листовой пластинки берёзы повислой рекомендовано в нормативных документах экологических служб (3).
Материал и методика
В качестве объекта исследования была использована берёза повислая.
Берёза повислая - Betula pendula Roth - дерево с белой корой, достигающее 25м высотой, из семейства березовых (Betulaceae). Ствол стройный, крона раскидистая. Веточки тонкие, обычно повисающие. Листья черешковые, голые, треугольно-ромбические, в основании клиновидные, двоякопильчатые, заостренные. Дерево однодомное. Цветки раздельнополые: мужские и женские развиваются на одних и тех же растениях. Цветет в мае. Плоды - мелкие крылатые орешки.
Береза светолюбива, нетребовательна к почве, быстро заселяет вырубки, гари и другие невозделываемые участки. Доживает до 100 и даже до 200 лет.
Берёзовые листья были собраны в трех точках города Тамбова, различающихся по степени антропогенной нагрузки:
участок №1 – ул. Интернациональная (большое движение автотранспорта);
участок №2 – ул. Сенько (пришкольная территория МБОУ СОШ №35) (поток автотранспорта средний);
участок №3 - групповые посадки, расположенные в парке в «Летке» (движение автотранспорта отсутствует).
При сборе материала строго придерживались тех методических требований, которые изложены в Методическом пособии В. М. Захарова, и др. «Здоровье среды. Методика оценки»[1] .
Сбор материала проводился в июле 2013 года. С каждой точки было взято по сто листьев (по десять образцов с десяти деревьев). Всего было собрано триста листьев. Листья были собраны из одной и той же части кроны с максимального количества доступных веток относительно равномерно вокруг дерева. Для измерения были отобраны листья среднего размера. Все листья с одной территории упаковывались в полиэтиленовый пакет, в него также помещали этикетку с названием места сбора.
Материал был обработан сразу после сбора. Обработка материала включала в себя по 5 измерений левой и правой половины каждого листа по отдельности и расчет их различий, то есть величины асимметрии листьев. С каждого листа снимались показатели по пяти промерам с левой и правой сторон листа (рис. 1).
Рис. 1. Схема промеров листа берёзы повислой (Betula pendula Roth.)
Ширина половинки листа (измеряется посередине листовой пластинки) Длина второй от основания листа жилки второго порядка Расстояние между основанием первой и второй жилок второго порядка. Расстояние между концами этих жилок Угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.
Для проведения морфометрических измерений использовались штангенциркуль и транспортир. Расстояние между жилками, длина жилок и т. п. измерялись штангенциркулем с заостренными измерительными ножками (с точностью 0,5 мм). Углы измерялись транспортиром (с точностью до 1 градуса).
Следующий этап работы - расчеты полученных данных по методике В. М. Захарова.
В первом действии для каждого промеренного листа вычислялись относительные величины асимметрии для каждого признака. Для этого разность между промерами слева (L) и справа (R) делили на сумму этих же промеров: (L - R) / (L + R).
Во втором действии вычисляли показатель асимметрии для каждого листа. Для этого суммировали значения относительных величин асимметрии по каждому признаку и делили на число признаков.
В третьем действии вычисляли интегральный показатель стабильности развития - величина среднего относительного различия между сторонами на признак. Для этого вычисляли среднюю арифметическую всех величин асимметрии.
Для оценки степени нарушения стабильности развития используется пятибалльная оценка. Первый балл шкалы - условная норма. Пятый балл - критическое значение, такие значения показателя асимметрии наблюдаются в крайне неблагоприятных условиях, когда растения находятся в сильно угнетенном состоянии.
Таблица 1
Шкала оценки отклонений состояния организма от условной нормы по величине интегрального показателя стабильности развития
Балл | Величина показателя стабильности развития |
1 | <0,040 |
2 | 0,040 - 0,044 |
3 | 0,045 - 0,049 |
4 | 0,050 - 0,054 |
5 | >0,054 |
1 балл – условная норма, наблюдается в выборках растений из благоприятных условий произрастания;
2– растения испытывают слабое влияние неблагоприятных факторов;
3,4 – характерны в загрязненных районах;
5 – критическое значение. Такое значение показателя ассиметрии наблюдаются в крайне неблагоприятных условиях. Когда растение находится в сильно угнетенном состоянии.
Основной этап
Результаты исследований
Результаты измерений приведены в приложении (табл. 1-6) (в качестве примера приведены расчеты 10-ти листьев одного дерева с трех точек).
После математической обработки данных получены интегральные показатели стабильности развития (величин функциональной асимметрии) (табл. 2-4).
Таблица 2
Участок №1 ул. Интернациональная
№ березы | Величина ассиметрии в выборке | Балл |
1. | 0,057 | 5 |
2. | 0,080 | 5 |
3. | 0,077 | 5 |
4. | 0,041 | 2 |
5. | 0,064 | 5 |
6. | 0,045 | 3 |
7. | 0,080 | 5 |
8. | 0,113 | 5 |
9. | 0,103 | 5 |
10. | 0,110 | 5 |
Таблица3
Участок №2 ул. Сенько
№ березы | Величина ассиметрии в выборке | Балл |
1. | 0,073 | 5 |
2. | 0,049 | 3 |
3. | 0,052 | 4 |
4. | 0,043 | 2 |
5. | 0,049 | 3 |
6. | 0,051 | 4 |
7. | 0,045 | 3 |
8. | 0,044 | 2 |
9. | 0,042 | 2 |
10. | 0,045 | 3 |
Таблица 4
Участок №3 парк
№ березы | Величина ассиметрии в выборке | Балл |
1. | 0,022 | 1 |
2. | 0,057 | 5 |
3. | 0,043 | 2 |
4. | 0,052 | 4 |
5. | 0,055 | 5 |
6. | 0,066 | 5 |
7. | 0,054 | 4 |
8. | 0,006 | 1 |
9. | 0,030 | 1 |
10. | 0,043 | 2 |
Величина интегрального показателя стабильности развития - среднего относительного различия между сторонами на признак изменялась:
выборка № 1 составила 0,041 – 0,110, соответствует от 2 до 5 балла; выборка № 2 составила 0,042 – 0,073, соответствует от 2 до 5 балла; выборка № 3 составила 0,006 – 0,066 соответствует от 1 до 5 балла (рис. 2).
Обобщенные результаты измерений по всем выборкам представлены в таблице № 5.
Таблица 5.
Интегральные показатели стабильности развития березы повислой
Место сбора образцов | Интегральный показатель асимметрии | Балл состояния |
Ул. Интернациональная (№1) | 0,072 | 5 ( критическое состояние) |
Ул. Сенько (около МБОУ СОШ №35) (№2) | 0,049 | 3 |
Парк «Летка» (№3) | 0,042 | 2 |
Минимальное значение показателя (0,042), соответствующее 2-му баллу, получено для листьев берез, произрастающих в парке в «Летке», среднее значение (0,049) выявлено по ул. Сенько, что соответствует 3 баллам, и максимальное (0,072) – по ул. Интернациональной, что соответствуют 5 баллу.
Анализ полученных результатов свидетельствует, о том, что величина асимметрии признака зависит от расположения выборки исследования по отношению к объектам загрязнения. Изучение различных морфологических признаков листа показало, что все признаки реагируют на загрязнения городской среды.
Выборка из парка характеризуются более низким интегральными показателями асимметрии, что позволяет сделать вывод о том, что растения испытывают слабое влияние неблагоприятных факторов.
Выборка возле школы имеют более высокие показатели нарушения стабильности развития у березы повислой, что соответствует 3 баллу (загрязнено) по классификации Захарова (2), что связано с загрязнением окружающей среды автотранспортом.
Состояние здоровья среды по ул. Интернациональная, вызывает беспокойство, т. к. показатель асимметрии самый высокий, что соответствует 5б. по шкале , это критическое значение. Растения в таких условиях находятся в сильно угнетенном состоянии. У них проявляются сильные отклонения от билатеральной симметрии, что связано с влиянием интенсивных потоков автотранспорта на этой улице. Неблагоприятная экологическая обстановка влияет не только на растения, но вероятно на животных и человека.
ВЫВОДЫ
Величина флуктуирующей асимметрии листьев зависти от расположения выборки исследования по отношению к объектам загрязнения. Все признаки листовой пластинки березы повислой реагируют на загрязнения городской среды. Наибольшая степень флуктуирующей асимметрии, характеризующая стабильность развития березы повислой, установлена на ул. Интернациональной, следовательно, состояние окружающей среды здесь критическое. Состояние среды по ул. Сенько, в районе МБОУ СОШ №35 характеризуется как средне загрязненное, удовлетворительное. Наиболее благоприятное состояние среды выявили в парке в «Летке».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенное исследование направлено на изучение последствий загрязнения окружающей среды на растительную компоненту экосистем, что позволило получить достоверную картину условий места произрастания растений и отразило состояние здоровья среды. Флуктуирующая асимметрия является чувствительным индикатором состояния природных популяций. На основании необходимых измерений и расчетов был рассчитан показатель стабильности развития березы повислой в трех участках города. В результате работы были выявлены оптимальные территории и те, на которые необходимо обратить внимание общественности и администрации, возможно, для проведения независимой экспертизы с целью установления решающих факторов, влияющих на здоровье среды, и дальнейшего их устранения.
ЛИТЕРАТУРА
1. , , и др. Здоровье среды: методы оценки. – М.: Центр экологической политики России, 2000. – 68с.
2. , , и др. Здоровье среды: практика оценки. - М.: Центр экологической политики России, 2006. - 68с.
3., Биотестирование и биоиндикация окружающей среды,- Обнинск, 2000,80с.
4. Доклад о состоянии и охране окружающей среды Тамбовской области в 2011 году. – Тамбов: Юлис», 2012. – 152 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица 1.
Данные по оценке стабильности развития с использование пластических признаков (промеры листа)
Ул. Интернациональная
№п/п | Номер признака | |||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||||||
слева | справа | слева | справа | слева | справа | слева | справа | слева | справа | |
1. | 25 | 20 | 40 | 35 | 6 | 5 | 13 | 11 | 35 | 30 |
2. | 20 | 22 | 32 | 32 | 5 | 6 | 12 | 13 | 30 | 30 |
3. | 18 | 22 | 30 | 34 | 4 | 5 | 10 | 12 | 38 | 34 |
4. | 13 | 17 | 35 | 34 | 3 | 3 | 10 | 10 | 30 | 30 |
5. | 20 | 23 | 33 | 40 | 4 | 5 | 10 | 10 | 30 | 30 |
6. | 17 | 16 | 40 | 38 | 6 | 4 | 11 | 12 | 30 | 27 |
7. | 20 | 20 | 34 | 36 | 5 | 5 | 13 | 12 | 30 | 25 |
8. | 17 | 21 | 35 | 38 | 5 | 4 | 12 | 9 | 35 | 25 |
9. | 22 | 20 | 40 | 38 | 6 | 5 | 14 | 12 | 35 | 30 |
10. | 14 | 18 | 34 | 39 | 3 | 4 | 14 | 13 | 35 | 30 |
Таблица 2
Вспомогательная таблица для расчета интегрального показателя флуктуирующей ассиметрии в выборке
№п/п | Номер признака | Величина ассиметрии листа | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
1. | 0,11 | 0,07 | 0,09 | 0,08 | 0,08 | 0,09 |
2. | 0,05 | 0 | 0,09 | 0,04 | 0 | 0,04 |
3. | 0.10 | 0,06 | 0,11 | 0,09 | 0,07 | 0,09 |
4. | 0,13 | 0,01 | 0 | 0 | 0 | 0,03 |
5. | 0, 07, | 0,18 | 0,09 | 0 | 0 | 0,07 |
6. | 0,03 | 0,2 | 0,04 | 0,05 | 0,05 | 0,08 |
7. | 0 | 0,03 | 0 | 0,04 | 0,09 | 0,03 |
8. | 0,10 | 0,04 | 0,11 | 0,14 | 0 | 0,08 |
9. | 0,05 | 0,03 | 0,09 | 0,08 | 0,08 | 0,07 |
10. | 0,13 | 0,07 | 0,14 | 0,04 | 0,08 | 0,09 |
Величина ассиметрии 0,057
Таблица 3.
Данные по оценке стабильности развития с использование пластических признаков (промеры листа)
Ул. Сенько
№п/п | Номер признака | |||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||||||
слева | справа | слева | справа | слева | справа | слева | справа | слева | справа | |
1. | 15 | 30 | 35 | 44 | 3 | 4 | 10 | 12 | 24 | 18 |
2. | 30 | 28 | 50 | 46 | 4 | 3 | 11 | 12 | 22 | 20 |
3. | 30 | 27 | 42 | 40 | 3 | 4 | 10 | 11 | 49 | 49 |
4. | 26 | 27 | 43 | 40 | 3 | 4 | 11 | 10 | 45 | 40 |
5. | 26 | 25 | 43 | 45 | 4 | 4 | 14 | 12 | 41 | 42 |
6. | 23 | 24 | 35 | 40 | 6 | 8 | 10 | 14 | 41 | 35 |
7. | 29 | 22 | 38 | 40 | 7 | 8 | 11 | 9 | 47 | 40 |
8. | 25 | 23 | 40 | 38 | 10 | 11 | 13 | 11 | 48 | 45 |
9. | 26 | 24 | 40 | 37 | 10 | 9 | 14 | 11 | 53 | 43 |
10. | 29 | 27 | 32 | 33 | 8 | 9 | 13 | 12 | 45 | 41 |
Вспомогательная таблица для расчета интегрального показателя флуктуирующей ассиметрии в выборке
№п/п | Номер признака | Величина ассиметрии листа | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
1. | 0,333 | 0,114 | 0,143 | 0,091 | 0,143 | 0,165 |
2. | 0,034 | 0,042 | 0,143 | 0,043 | 0,048 | 0,062 |
3. | 0,053 | 0,024 | 0,143 | 0,048 | 0,023 | 0,058 |
4. | 0,019 | 0,036 | 0,143 | 0,048 | 0,059 | 0,061 |
5. | 0,020 | 0,023 | 0,111 | 0,077 | 0,012 | 0,049 |
6. | 0,021 | 0,067 | 0,143 | 0,167 | 0,079 | 0,095 |
7. | 0,137 | 0,026 | 0,067 | 0,100 | 0,080 | 0,082 |
8. | 0,042 | 0,026 | 0,048 | 0,083 | 0,032 | 0,046 |
9. | 0,040 | 0,039 | 0,053 | 0,120 | 0,104 | 0,071 |
10. | 0,036 | 0,015 | 0,059 | 0,040 | 0,047 | 0,039 |
Величина ассиметрии 0,073
Данные по оценке стабильности развития с использование пластических признаков (промеры листа)
Парк
№п/п | Номер признака | |||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||||||
слева | справа | слева | справа | слева | справа | слева | справа | слева | справа | |
1. | 17 | 19 | 32 | 36 | 7 | 7 | 12 | 11 | 40 | 40 |
2. | 20 | 22 | 38 | 39 | 6 | 6 | 13 | 15 | 40 | 40 |
3. | 22 | 24 | 34 | 36 | 5 | 5 | 11 | 12 | 42 | 40 |
4. | 23 | 25 | 34 | 36 | 4 | 4 | 13 | 15 | 45 | 50 |
5. | 23 | 23 | 34 | 35 | 5 | 7 | 15 | 14 | 40 | 60 |
6. | 24 | 25 | 37 | 35 | 5 | 5 | 15 | 12 | 40 | 50 |
7. | 26 | 26 | 38 | 39 | 6 | 5 | 14 | 15 | 44 | 40 |
8. | 26 | 26 | 32 | 36 | 5 | 5 | 12 | 12 | 48 | 40 |
9. | 21 | 22 | 33 | 33 | 4 | 6 | 12 | 10 | 54 | 55 |
10. | 24 | 26 | 33 | 34 | 4 | 6 | 12 | 12 | 46 | 40 |
Вспомогательная таблица для расчета интегрального показателя флуктуирующей ассиметрии в выборке
№п/п | Номер признака | Величина ассиметрии листа | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
1. | 0,055 | 0,056 | 0 | 0,043 | 0 | 0,03 |
2. | 0,047 | 0,012 | 0 | 0,071 | 0 | 0,028 |
3. | 0,043 | 0,028 | 0 | 0,048 | 0,025 | 0,028 |
4. | 0,040 | 0,027 | 0 | 0,071 | 0,05 | 0,03 |
5. | 0 | 0,014 | 0,16 | 0,035 | 0,2 | 0,8 |
6. | 0,022 | 0,024 | 0 | 0,11 | 0,1 | 0,05 |
7. | 0 | 0,011 | 0,09 | 0,04 | 0,04 | 0,03 |
8. | 0 | 0,055 | 0 | 0 | 0,08 | 0,02 |
9. | 0,020 | 0 | 0,2 | 0,08 | 0,009 | 0,04 |
10. | 0,04 | 0,014 | 0,2 | 0 | 0,07 | 0,07 |
Величина ассиметрии 0,022
