Курсовая работа: Оценка качества среды города Орска по функциональной асимметрии листовой пластинки березы повислой (Betula pendula)

В связи с этим, нахождение адекватной связи индикаторов и индицируемых факторов является типичной операцией с "размытыми" множествами, а, следовательно, характеризуется существенной неопределенностью (стохастичностью).

В то же время, к настоящему моменту сложились условия, позволяющие преодолеть некоторую математическую "ущербность" биоиндикации:

· сформированы банки многолетних данных по наблюдениям за природными экосистемами;

· разработан и апробирован ряд методов и математических моделей интегральной оценки состояния сложных систем различного типа, позволяющих, по терминологии А.П. Левича и А.Т. Терехина, осуществлять “поиск детерминации и распознавание образов в многомерном пространстве экологических факторов для выделения границ между областями нормального и патологического функционирования экосистем”;

· развиваются аппаратные и программные информационные компьютерные технологии, позволяющие анализировать необходимые массивы экологических данных;

· существует огромный объем неформальных знаний высококвалифицированных специалистов, частично сконцентрированный в методических разработках.

Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоема, и явными они становятся в случае в случае далеко идущих изменений. Таким образом, видовой, видовой состав гидробионтов из загрязняемого водоема служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не дает ее оценки на момент исследования.

В пределах техногенно - перегруженных территорий при определении эколого-геологических систем за основу берется антропоцентрический подход. Данные эколого-геологические системы представляют частный случай, при их изучении в центр внимания выводится человек. В этой связи под эколого-геологическими системами предполагается принимать комплексные системы, включающие в качестве взаимодействующих элементов геологическую среду, техносферу и человека. Для реализации данного подхода вводятся два базовых определения: экологические функции геологической среды – есть выраженная направленность действий, определяющих условия жизнедеятельности человека. Это поведенческий признак системы. Экологические свойства геологической среды – комплекс параметров, описывающих ее экологические функции. Это признак, характеризующий специфические свойства системы [1-4].В природе все тела имеют симметричную форму, идеальной является форма шара. Любая асимметрия – это последствие действия техногенных и естественных факторов, негативно влияющих на биоту. Самым первым деградирует низший класс экологической пирамиды – растительность. Именно она определяет эколого-биотическое состояние местности. Исследования последних лет показали, что растения можно использовать как тест-объекты для мониторинговых исследований. По их различным характеристикам оценивают состояние окружающей среды и отслеживают изменения в течение ряда лет. Для оценки состояния среды подходят физиологические, биохимические, генетические, цитологические (на уровне клетки), а также морфологические характеристики. Используя даже одну из них, можно дать интегральную (общую) оценку состояния среды. Мониторинговые исследования позволяют, с одной стороны, оценить состояние геологическойсреды за определенный промежуток времени, с другой стороны, проследить как вся совокупность внешних факторов: геологических, природно-климатических (температура, влажность) и антропогенных (радиационное и химическое загрязнение) влияет на живые организмы. Выявляя изменения характеристик у растительных объектов, можно говорить о загрязнении среды и прогнозировать опасность для человека. Поэтому важно исследование состояния геологической среды как среды обитания человека. В естественных условиях могут существовать факторы, оказывающие неблагоприятное воздействие на систему. Это наблюдается в районе разломных зон берегов водохранилищ, в районе геохимической, геофизической, геодинамической аномалий. Так, например, в районе естественной геохимической аномалии – месторождении урана – отмечается повышение радиационного фона, а следовательно ухудшение радиационной обстановки. В неблагоприятных естественных и техногенных условиях, где присутствует сильное воздействие, у растений изменяется форма листовой пластинки: появляется асимметрия. На этом свойстве растительных объектов основан метод оценки состояния геологической среды по коэффициенту симметрии (КС)листа.

Поэтому в настоящее время в связи с возрастающим антропогенным прессингом чрезвычайно важна быстрая и правильная оценка состояния окружающей среды, в том числе геологической, которая также подвергается сильному загрязнению. В почве происходит накопление некоторых компонентов выбросов промышленных предприятий и бытовых отходов, например, тяжелых металлов, особенно свинца, который входит в состав выхлопных газов автотранспорта. Сейчас основным загрязнителем среды является автотранспорт, а свинец составляет 18% продуктов сгорания топлива. Тяжелые металлы имеют не только мутагенный, тератогенный, но и канцерогенный эффект – вызывают онкологические заболевания у человека. В связи с этим очень важны экологические исследования геологической среды, компонентов литосферы как местообитания человека. При оценке состояния компонентов литосферы целесообразно использовать растительные объекты, для которых почва является субстратом. Загрязнение почвы отражается на состоянии зеленых растений. Поэтому по различным показателям растений можно определить степень загрязнения геологической среды и почвы как компонента литосферы. Перспективным подходом для интегральной биологической характеристики состояния среды является морфологический. Исследования показывают, что уровень флуктуирующей асимметрии (промеров листа) чувствителен к действию химического загрязнения и возрастает при увеличении антропогенного прессинга [5,6]. Повышение степени воздействия приводит к возрастанию изменчивости показателей и снижению стабильности. Было замечено, что морфологические и цитогенетические показатели согласованно изменяются под влиянием внешних факторов [7]. Растительные сообщества, подверженные более сильному антропогенному воздействию, характеризовались более высоким уровнем как морфологических, так и цитогенетических нарушений. Это проявлялось в ухудшении роста, повреждении надземной части растения, особенно листьев, даже отмирании целого побега [8,9]. У высших растений возможны наследственные и ненаследственные аномалии развития корней, листьев, побегов, почек, цветков, плодов, семян. Чаще наблюдается изменение размера и конфигурации органов. Цитогенетические и биохимические нарушения – это ухудшение деления клеток, повреждения генетического аппарата (мутации), снижение интенсивности метаболических процессов. Таким образом, в техногенных условиях отмечается тератогенное воздействие на живые организмы, которое можно оценить с помощью морфометрического метода. Определение состояния литосферы по морфологическим показателям является экспресс-методом, который достаточно прост, не требует больших временных и материальных затрат. Исследования по флуктуирующей асимметрии (промеров листа) были проведены на березе В.М. Захаровым с сотрудниками [5]. Для эколого-тератологических исследований морфологических показателей растений, в частности, метода оценки состояния литосферы по коэффициенту симметрии листовой пластинки целесообразно использовать одуванчик лекарственный и подорожники. Эти растения широко распространены, типичны для зоны Центрального Черноземья, доступны для сбора, цитогенетически изучены, поэтому могут служить тест-объектами для мониторинга состояния среды. Использование одуванчика и некоторых видов подорожников (многолетние травянистые) имеет ряд преимуществ. Они, в отличие от древесных растений имеют короткий период созревания. Более быстрая смена поколений позволяет наблюдать изменения их характеристик, определять устойчивость или нестабильность показателей и возможность адаптации к условиям среды. В отличие от однолетних травянистых растений, одуванчик и подорожник могут накапливать определенные дозы загрязнителей среды – мутагенов (ионизирующей радиации, тяжелых металлов). Как многолетники они могут накапливать некоторые концентрации данных веществ и являться растениями-биоиндикаторами. Влияние тяжелых металлов на зеленые растения велико, поскольку они оседают на поверхности почвы и имеют тенденцию накапливаться в ее верхних слоях. Являясь устойчивыми к выщелачиванию и распаду, тяжелые металлы всасываются через корневую систему растений и способны в них аккумулироваться. Выхлопные газы автотранспорта, содержащие свинец, оседают на листьях растений. При выпадении атмосферных осадков часть загрязняющих веществ с листьев смывается в почву, а часть усваивается растением, а затем с растительным упадом поступает в почву. В итоге, эти вещества поступают через корневую систему в растения. Такое действие могут иметь тяжелые металлы, SO2, NO2, и другие загрязнители. Срок жизни многолетних трав зависит от условий произрастания (свойств и степени загрязнения почвы, вытаптывания и т.д.). Ежегодные мониторинговые исследования – промеры листа у одуванчика и подорожника позволяют увидеть изменения этих показателей за каждый год, оценить по изменению морфологических характеристик состояние литосферы и проследить динамику за несколько лет. Коэффициент симметрии (КС) листа является одним из показателей, демонстрирующих техногенное влияние на биоту. Он рассчитывается по формуле: КС=Sa/Sb*100%, где Sa - площадь меньшей половины листа, Sb - площадь большей половины листа. По полученным данным выделяют следующие критерии состояния среды:

>95% - экологическая норма

95-90% - экологический риск

90-85% - экологический кризис

<85% - экологическое бедствие.

Исследования показали надежность данного метода при оценке состояния литосферы в экологически безопасном районе и в условиях техногенного загрязнения [10]. Оценка степени загрязнения литосферы по результатам изучения морфологических показателей растений в районе биостанции ВГУ “Веневитиново” (изначально считавшегося экологически безопасным) совпадала с данными по цитогенетическому мониторингу (исследованиями цитогенетических характеристик ) в этом районе [11]. В целом, можно отметить уже фиксированную деградацию некоторых видов лесных экосистем в пределах заповедных зон, к которым относится район биостанции ВГУ “Веневитиново”. Таким образом, предлагаемый метод достаточно надежен, быстр, прост в исполнении, позволяет получать достоверные результаты и адекватно оценивать состояние литосферы как компонента геологической среды.

1.2 Использование древесных культур в качестве объектов биоиндикации

В последние два десятилетия на территории многих стран Европы наблюдается массовое повреждение и деградация лесов. Причины этого кроются в загрязнении воздушного бассейна. Кислотные дожди, высокие концентрации в воздухе окислов серы и азота, а также озон, непосредственно повреждают растения, ухудшая состояние лесов. На третьей сессии исполнительного комитета Конвенции по дальнему трансграничному переносу загрязнителей воздуха, под эгидой ЮНЕП (июль 1985) была утверждена и запущена в исполнение программа международной кооперации по изучению и мониторингу воздействия загрязнителей воздуха на леса. Данная программа является частью глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС). Программа основана на сборе сравнимых данных о состоянии лесов на национальном уровне, и последующем обмене данными для наилучшего понимания проблемы. В данную программу включено несколько десятков методик, одной из которых является методика оценки экологического состояния лесов по дефолиации хвойных деревьев.

Данная методика относительно проста и надежна в использовании, и с успехом применена в практике экологического образования школьников. Она базируется на проведении исследований на постоянных площадях и может быть использована как для долговременного мониторинга, так и для разовых исследований. Представляемая методика изучения, мониторинга и оценки жизненного состояния леса базируется на методе биоиндикации. Суть подхода заключается в том, что по различным признакам исследуемого вида живого организма (в данном случае - хвойного дерева) мы судим о состоянии окружающей среды (общем жизненном состоянии леса). Другими словами, индикаторный вид своим состоянием информирует нас о неблагополучии внешних условий. При проведении данной работы предполагается использовать в качестве основного вида-биоиндикатора сосну обыкновенную (Pinus sylvestris L). Сосна как нельзя лучше подходит в качестве модельного вида-биоиндикатора. Во-первых, это дерево очень чутко реагирует на малейшие изменения условий произрастания, в том числе и загрязнение среды. Во-вторых, сосна широко распространена на большей части лесной зоны Евразии, следовательно, проблема поиска участков для исследования сведена к минимуму. Упрощается и проблема сравнимости данных из разных регионов. Удобство выбора сосны для проведения исследований со школьниками связано и с тем, что сосна – вечнозеленое растение и дает один побег в год, что существенно упрощает наблюдения. Кроме того, в методическом плане сосна проработана в наибольшей степени.

Работа по выполнению данного задания включает три этапа:

1) Выбор площадок и отбор деревьев для проведения измерений.

2) Описание общего жизненного состояния (ОЖС) деревьев.

3) Оценка и интерпретация данных, представление результатов

исследования.

Для выполнения работы понадобятся: компас, рулетка, бинокли, бланки описаний–по одному на 2-3 учащихся. Как правило, все долговременные исследования, а особенно мониторинг, проводятся на постоянных площадках. Исследование необходимо проводить на конкретных, фиксированных природных объектах, выбор которых максимально случаен. Тем самым мы снижаем фактор произвола исследователя и создаем возможность для внешнего контроля и оценки правильности и достоверности получаемого материала [4].

1.3 Морфометрические показатели растений как биоиндикационный параметр

Т.А. Дружкиной исследованы биоиндикационные свойства древесных культур на основе расчета флуктуирующей асимметрии их листьев.

Все многообразие ландшафтно-архитектурных ансамблей Саратова условно разделено на четыре группы, по аналогии с загрязнением атмосферного воздуха:– группа «Промышленные»−ландшафтно-архитектурные ансамбли, расположенные в непосредственной близости к крупным предприятиям различных отраслей: Сквер «Дружбы народов», расположенный около ОАО «Саратовский авиационный завод», Бульвар по ул. Большая Садовая, расположенный около ОАО «Электроисточник», группа «Авто» − ландшафтно-архитектурные ансамбли, окруженные со всех сторон автомагистралями с интенсивным движением автотранспорта: ландшафтно-архитектурный ансамбль «Городок СГУ», сквер на пл. С.М. Кирова, сквер Театра «Оперы и Балета», бульвар по ул. П.Г. Рахова и «Аллея Кадетов», сквер на «Театральной площади», группа «Промышленные и авто» − ландшафтно-архитектурные ансамбли Саратова, расположенные на расстоянии 0,5−1км от промышленных предприятий, интенсивно загрязняющих атмосферный воздух города и вблизи автомагистралей с интенсивным движением грузового и пассажирского транспорта: Сквер ДК «Саратовстройстекло», Сквер ТЦ «Поволжье».– группа «отдых» − ландшафтно-архитектурные ансамбли Саратова, являющиеся любимым местом отдыха горожан, к ним относят: ландшафтно-архитектурный ансамбль «Набережная Космонавтов», парк «Липки», группа «контроль» − ландшафтно-архитектурный ансамбль лесхоза «Ново-Бурасский».

По результатам трехлетнего исследования создан банк данных о состоянии древесных культур в целом по городу, с учетом многообрази?