Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,778

СТАБИЛЬНОСТЬ РАЗВИТИЯ РЯБИНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В УСЛОВИЯХ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

Слепов А.Н. 1 Лагунов А.Н. 1 Коротченко И.С. 2 Бояринова С.П. 1 Первышина Г.Г. 3
1 ФГБОУ ВО «Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России»
2 ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет»
3 ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»
В статье приведены результаты по стабильности развития листовых пластинок древесных растений, отобранных с различных по степени антропогенной нагрузки территорий Сибири. Растительные объекты исследования сравнивали базовым способом нормировки статистических данных. Дисперсионный анализ позволил выявить, что у листьев рябины обыкновенной обнаруживалась наибольшая асимметрия в ширине листа и расстояния между основаниями первой и второй жилок второго порядка. Следовательно, у листовых пластинок рябины обыкновенной наиболее чувствительными оказались показатели: ширина листа и расстояния между основаниями первой и второй жилок второго порядка. Наибольшие значения интегрального показателя флуктуирующей асимметрии обнаружены у листовых пластинок рябины обыкновенной, взятых на незначительном удалении от предприятия АО «Русал Саяногорский алюминиевый завод» (ИФА = 0,044), угольного разреза «Бородинский», Красноярский край (ИФА = 0,033). Показано, что береза повислая обладает более высокой чувствительностью к воздействию антропогенных факторов по сравнению с рябиной обыкновенной. Отмечено, что билатеральный признак ширины левой и правой половинок листовой пластинки более выражен у рябины обыкновенной, возможно, степень варьирования ширины левой и правой половинок листовой пластинки рябины обыкновенной может быть применима при оценке состояния окружающей среды. Показано, что различное состояние урбанизированных сред не определяет снижения стабильности развития популяций рябины обыкновенной, а может указывать на толерантность их к загрязнителям, присутствующим в окружающей природной среде. Это является основанием для рекомендации рябины обыкновенной в системе озеленения территорий с высокой степенью воздействия негативных антропогенных факторов, например санитарно-защитных зон промышленных предприятий.
рябина обыкновенная
стабильность развития
асимметрия
Красноярский край
антропогенное загрязнение
1. Гуртяк А.А., Углев В.В. Оценка состояния среды городской территории с использованием березы повислой в качестве биоиндикатора // Известия Томского политехнического университета. 2010. Т. 317. № 1. С. 200–204.
Gurtyak A., Uglev V.V. Assessment of a condition of the environment of the urban area with use of a birch povisly as the bioindicator // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. 2010. V. 317. № 1. P. 200–204 (in Russian).
2. Низкий С.Е., Сергеева А.С. Флуктуирующая асимметрия листьев березы плосколистной в качестве индикатора экологического состояния селитебной территории // Вестник КрасГАУ. 2012. № 5. С. 221–223.
Nizky S.E., Sergeyeva A.S. Fluctuating Asymmetry of the Flat-Leaved Birch Leaves as an Environmental Indicator of a Settlement Territory // Vestnik KrasGAU. 2012. № 5. P. 221–223 (in Russian).
3. Хузина Г.Р. Характеристика флуктуирующей асимметрии билатеральных признаков листа липы мелколистной (Tilia cordata L.) // Вестник Удмуртского университета. Серия: Биология. Науки о земле. 2011. № 3. С. 47–52.
Huzina G.R. Characteristic of the fluctuating asymmetry (FA) of bilateral features for a leaf of a small-leaved Linden (Tilia cordata L.) // Bulletin of the Udmurt university. Biology. Sciences about the earth. 2011. № 3. P. 47–52 (in Russian).
4. Коротченко И.С. Биоиндикация загрязнения районов г. Красноярска по величине флуктуирующей асимметрии листовой пластинки вяза приземистого // Вестник КрасГАУ. 2015. № 11. С. 67–72.
Korotchenko I.S. Bioindication of Pollution of Districts of Krasnoyarsk in Size of the Fluctuating Asymmetry of the Sheet Plate of Siberian Elm // Vestnik KrasGAU. 2015. № 11. P. 67–72 (in Russian).
5. Полонский В.И., Полякова В.С. Сирень венгерская – перспективный биоиндикатор для сравнительной оценки степени загрязнения городской среды // Вестник КрасГАУ. 2014. № 2. С. 89–92.
Polonskiy V.I., Polyakova V.S. Hungarian Lilac the Perspective Bioindicator for Comparative Assessment of the Urban Environment Pollution Degree // Vestnik KrasGAU. 2014. №. 2. P. 89–92 (in Russian).
6. Klisariс N.B., Miljkoviс D., Avramov S., Zivkovic U. Fluctuating asymmetry in Robinia pseudoacacia leaves – possible in situ biomarker? Environ. Sci. Pollut. Res. 2014. V. 21. № 22. P. 12928–12940. DOI:10.1007/s11356-014-3211-2.
7. Попельницкая И.М., Попов А.О. Флуктуирующая асимметрия листьев тополя бальзамического (Populus balsamifera L.) в городской среде // Успехи современного естествознания. 2017. № 12. С. 72–78.
Popelnitskaya I.M., Popov A.O., Fluctuating asymmetry of poplar (Populus balsamifera) in the urban environment // Advances in current natural sciences. 2017. № 12. P. 72–78 (in Russian).
8. Козлов М.В. Исследование флуктуирующей асимметрии растений в России: мифология и методология // Экология. 2017. № 1. С. 3–12. DOI: 10.7868/S0367059717010103.
Kozlov M.V. Plant studies on fluctuating asymmetry in Russia: Mythology and methodology // Russian Journal of Ecology. 2017. Т. 48. № 1. Р. 1–9. DOI: 10.1134/S1067413617010106.
9. Захаров В.М., Баранов А.С., Борисов В.И., Валецкий А.В., Кряжева Н.Г., Чистякова Е.К., Чубинишвили А.Т. Здоровье среды: методика оценки. Методическое руководство для заповедников. М.: Центр экологической политики России, 2000. 68 с.
Zakharov V.M., Baranov A.S., Borisov V.I., Valetsky A.V., Kryazheva N.G., Chistyakova E.K., Chubinishvili A.T. Health of the environment: assessment technique. The methodical management for reserves. M.: Center for environmental policy of Russia, 2000. 66 p. (in Russian).
10. Методические рекомендации по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ: распоряжение Росэкологии от 16 октября 2003 г. № 460-р. М., 2003. 24 с.
Methodical recommendations about performance of assessment of quality of the environment about a condition of living beings: Rosekologiya’s order of October 16, 2003 №. 460-r. M., 2003. 24 p. (in Russian).
11. Зорина А.А. Методы статистического анализа флуктуирующей асимметрии // Принципы экологии. 2012. Т. 1. № 3. С. 24–47.
Zorina A.A. Methods of statistical analysis of the fluctuating asymmetry // Principles of ecology. 2012. V. 1. № 3. P. 24–47 (in Russian).
12. Первышина Г.Г., Коротченко И.С., Волхонская М.С. Стабильность развития интродуцента – ореха маньчжурского в сравнении с березой повислой в условиях города Красноярска // Вестник КрасГАУ. 2017. № 11. С. 178–185.
Pervyshina G.G., Korotchenko S.I., Volkhonskaya M.S. Developmental stability of introduced species – manchurian nut in comparison with betula pendula in the conditions of the city of Krasnoyarsk // Vestnik KrasGAU. 2017. № 11. P. 178–185 (in Russian).

В последние годы значительное внимание уделяется оценке качества окружающей среды, особенно урбанизированных территорий, с использованием методов фитоиндикации и, в частности, путем определения флуктуирующей асимметрии (ФА) листовых пластинок растений. Несмотря на то, что наиболее часто при использовании данной методики в качестве модельных объектов выбирают растения с зубчатым краем листа [1–3], авторы применяют и растения с цельными краями листьев [4, 5], а также растения со сложными листьями [6], листовые пластинки с обрезанных и необрезанных растений тополя бальзамического [7]. В то же время в работах М.В. Козлова с соавторами [8] обращается внимание на то, что получение корректных оценок флуктуирующей асимметрии требует применения трудоемких и достаточно высокоточных измерений, и использование статистических методов обработки полученных результатов. В частности, отмечено, что снижение погрешности измерения возможно при использовании вместо измеряемых счетных признаков, модельных объектов с более крупными листьями и других.

На наш взгляд, перспективным является направление, предложенное в работе В.И. Полонского и И.С. Поляковой [4], связанное с определением наиболее чувствительных показателей билатеральных (измеряемых) признаков при оценке антропогенной нагрузки на городскую среду. Так, авторы установили, что при использовании в качестве модельного объекта листьев сирени венгерской оценка качества окружающей среды может быть произведена на основании установления степени варьирования ширины правой и левой половин листа.

Цель исследования: определить наиболее чувствительные показатели билатеральных признаков листовых пластинок рябины обыкновенной (Sоrbus aucupаria) в условиях урбанизированных территорий Красноярского края.

Материалы и методы исследования

Модельным объектом являлись полносформированные листья рябины обыкновенной, собранные в период 2–9 сентября 2017 г. в ряде урбанизированных территорий Красноярского края (табл. 1).

Таблица 1

Месторасположение опытных участков

№ опытного участка

Место произрастания растения

Количество листьев, взятое для измерения

1

г. Боготол, Красноярский край

226

2

Угольный разрез «Бородинский», Красноярский край

251

3

ЗАТО г. Зеленогорск, Красноярский край

239

4

г. Красноярск, Октябрьский район

256

5

г. Красноярск, Свердловский район

259

6

г. Саяногорск, Республика Хакассия

219

Выбор территорий был обусловлен следующими причинами:

– опытные участки 1, 3, 5: сбор образцов проводили в условиях городской среды, но в удалении от промышленных предприятий, на расстоянии не менее 50 м от автотрасс;

– опытный участок 2: сбор образцов осуществляли вблизи угольного разреза «Бородинский» Канско-Ачинского угольного бассейна;

– опытный участок 4: условно фоновый (территория Академгородка г. Красноярска);

– опытный участок 6: сбор образцов проводили в незначительном удалении от предприятия АО «Русал Саяногорский алюминиевый завод») (рис. 1).

slepov1.tif

Рис. 1. Карта-схема отбора растительных проб на территории Красноярского края

Поскольку листья рябины обыкновенной сложные, проводили отбор образцов длиной 17–18 см, с 9–11 сидячими широколанцетными зубчатыми по краю листиками. Измерению подвергали один листик с правой стороны листа, длиной 4–5 см. В настоящем исследовании нами была использована широко распространенная методика [8, 9], на основании которой для анализа осуществляли отбор не менее 200 шт. листьев на каждом рассматриваемом участке. Данная операция выполнялась с южной и западной стороны кроны (средняя часть) с 5–10 растений. Листья отжимали между слоями фильтровальной бумаги и гербаризировали. Для обмера использовали листовые пластинки, не имеющие механического повреждения или деформации. Измерения выполняли линейкой с точностью 0,5 мм. Измерения проводились пятью участниками, информация о месте сбора листьев была зашифрована. На листовых пластинках осуществляли промеры пяти стандартных [9, 10] метрических билатеральных признаков:

j1 – ширины левой и правой половинок листовой пластинки;

j2 – расстояния от основания листовой пластинки до конца жилки второго порядка;

j3 – расстояния между основаниями первой и второй жилок второго порядка;

j4 – расстояния между концами первой и второй жилок второго порядка;

j5 – угла между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.

Ранее А.А. Зориной [11] было установлено, что объекты разного качества можно сравнивать при использовании базового способа нормировки статистических данных, статистическая обработка данных проводилась с его использованием (табл. 2).

Таблица 2

Формулы расчета показателей флуктуирующей асимметрии и интегральных признаков

Одной особи по одному признаку

Выборки по одному признаку

Одной особи по всем признакам

Интегральный индекс

faij = (tLij – tRij)

tLij = (Lij – ML)׀/SLj

tRij = (Rij – MRj)/SRj

faij = S2faij

slep01.wmf

Fa = S2fai

Примечание. M и S – средняя арифметическая и стандартное отклонение билатерального признака по всем выборкам, участвующим в сравнении, S2faij – дисперсия разности сторон.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты дисперсионного анализа, представленные в табл. 3, показали, что у листьев рябины обыкновенной наблюдалась большая асимметрия в ширине листа (j1) и расстояния между основаниями первой и второй жилок второго порядка (j3). Для остальных рассматриваемых метрических билатеральных признаков зафиксированы меньшие значения показателей асимметрии.

Таблица 3

Показатели флуктуирующей асимметрии листьев рябины обыкновенной, произрастающих в условиях урбанизированных территорий Красноярского края

№ опытного участка

faj

j = 1

j = 2

j = 3

j = 4

j = 5

1

0,176

0,091

0,140

0,061

0,065

0,023

2

0,167

0,071

0,117

0,040

0,057

0,033

3

0,214

0,099

0,181

0,039

0,057

0,011

4

0,141

0,051

0,084

0,029

0,030

0,009

5

0,219

0,094

0,158

0,058

0,050

0,010

6

0,259

0,105

0,124

0,061

0,069

0,044

Таблица 4

Факториальные нагрузки на метрические билатеральные признаки листовой пластинки рябины обыкновенной

Показатели

Факторные нагрузки на признаки до вращения факторов

Факторные нагрузки на признаки после варимаксного вращения факторов

Фактор 1

Фактор 2

Фактор 1

Фактор 2

j = 1

–0,879

–0,076

0,764

0,440

j = 2

–0,967

–0,234

0,927

0,361

j = 3

–0,630

–0,732

0,936

–0,239

j = 4

–0,837

0,123

0,616

0,580

j = 5

–0,910

0,237

0,610

0,715

FA

–0,530

0,821

–0,034

0,977

Информационные вклады факторов

3,919

1,342

3,075

2,186

Как известно, развитие листовых пластинок древесных растений в значительной степени определяется условиями их произрастания и, в частности, уровнем оказываемого антропогенного воздействия. Поскольку сбор растительного сырья был осуществлен в ограниченный период времени, а рассматриваемые территории мало отличаются по климатическим характеристикам, любые стрессовые факторы в окружающей природной среде, приводящие к увеличению онтогенетического шума, могут вызывать дестабилизацию морфогенеза листовой пластинки древесных растений [4]. Проведенный нами факторный анализ показал: ведущую роль в полученных различиях интегрального показателя флуктуирующей асимметрии оказывает именно антропогенный фактор (выбросы автотранспорта, алюминиевого завода, добыча угля). С первым фактором (выбросы автотранспорта) наибольшей связью связаны такие показатели, как ширина левой и правой половинок листовой пластинки, расстояние от основания листовой пластинки до конца жилки второго порядка, расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка. Со вторым фактором (выбросы от алюминиевого завода) наиболее сильно связаны такие показатели, как угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка и интегральный показатель флуктуирующей асимметрии (табл. 4).

Выявили, что менее всего подвержены действию факторов: выбросы от автотранспорта, промышленных предприятий опытные участки № 4 (условно фоновый) и № 5 (г. Красноярск, Свердловский район). На участке № 3 (ЗАТО г. Зеленогорск, Красноярский край) наибольшая автотранспортная нагрузка, по сравнению с участками № 1, 5 и 6. На участке № 6 превалирует фактор – выбросы от предприятия, так как сбор образцов проводили в незначительном удалении от предприятия АО «Русал Саяногорский алюминиевый завод») (рис. 2).

slepov2.wmf

Рис. 2. Проекция изучаемых опытных участков (p1-p6 – номера участков в соответствии с табл. 1) на факторные оси (2D) (выполнено в программе Statistica v6.0)

Таблица 5

Сравнительный анализ показателей ФА листьев рябины обыкновенной и листьев березы повислой, произрастающих на территории Свердловского района г. Красноярска

Объекты исследования

faj

j = 1

j = 2

j = 3

j = 4

j = 5

Рябина обыкновенная

0,219

0,094

0,158

0,058

0,050

0,010

Береза повислая [данные согласуются с 12]

0,113

0,381

0,268

0,563

0,074

0,047

Ранее отмечалось, что в качестве индикатора состояния окружающей среды может выступать береза повислая [2] вследствие ее высокой чувствительности к действию поллютантов. Сравнительный анализ показателей флуктуирующей асимметрии листовых пластинок березы повислой и рябины обыкновенной (табл. 5) свидетельствует о том, что береза повислая действительно обладает более высокой чувствительностью к неблагоприятным условиям по сравнению с рябиной обыкновенной. Однако такой билатеральный признак, как вариабельность ширины левой и правой половинок листовой пластинки, более выражен у рябины обыкновенной.

Основываясь как на данном признаке, так и на интегральном показателе флуктуирующей асимметрии, можно произвести следующее ранжирование рассматриваемых территорий с точки зрения состояния окружающей среды. Наиболее благоприятные условия для произрастания деревьев зафиксированы в районе Академгородка г. Красноярска (условно фоновый участок), незначительные отклонения – в Свердловском районе города Красноярска и ЗАТО г. Зеленогорск Красноярского края. Сбор растительного сырья в данном случае производился на достаточном удалении от источников антропогенного воздействия. Повышенное значение рассматриваемого показателя (0,033) было обнаружено у растений, произрастающих на небольшом удалении от угольного разреза «Бородинский». Поскольку добыча угля на данном разрезе ведется открытым способом, о чем свидетельствует рисунок (рис. 3), возможно ухудшение экологической обстановки вследствие попадания в атмосферу шахтных газов, а также твердых и газообразных веществ от горящих отвалов. Наибольший интегральный показатель ФА (0,044) выявлен в г. Саяногорске (республика Хакассия) у растений, произрастающих на незначительном удалении от АО «Русал Саянский алюминиевый завод».

slepov3.tif

Рис. 3. Открытые карьеры угольного разреза «Бородинский», Красноярский край (скриншот выполнен в приложении Google Карты)

В то же время следует отметить, что ранжирование территорий по степени антропогенного воздействия на основании изучения флуктуирующей асимметрии листовых пластинок рябины обыкновенной проводить нецелесообразно в связи с их пониженной чувствительностью по сравнению с березой повислой. Однако можно рассматривать вопросы озеленения как городских территорий, характеризующихся повышенной антропогенной нагрузкой, так и санитарно-защитных зон промышленных предприятий за счет высадки данного дерева.

Выводы

1. Более чувствительным показателем по сравнению с листовой пластинкой березы повислой при оценке состояния окружающей среды может служить степень варьирования ширины левой и правой половинок листовой пластинки рябины обыкновенной.

2. Сравнительный анализ показателей и интегральных индексов флуктуирующей асимметрии листовых пластинок березы повислой и рябины обыкновенной, произрастающих в Свердловском районе г. Красноярска, выявил разную степень нарушения стабильности развития видов. Вследствие этого возможно озеленение городских территорий, а также территорий вблизи источников антропогенного загрязнения путем высаживания рябины обыкновенной.


Библиографическая ссылка

Слепов А.Н., Лагунов А.Н., Коротченко И.С., Бояринова С.П., Первышина Г.Г. СТАБИЛЬНОСТЬ РАЗВИТИЯ РЯБИНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В УСЛОВИЯХ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 12-1. – С. 104-110;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36982 (дата обращения: 29.02.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074