Фітоіндикаційна оцінка Криворізької урбоекосистем

ЗМІСТ

Вступ…………………………………………………………………………. 3

Розділ І. Біоіндикація як важлива складова екологічного моніторингу в техногенно навантаженому регіоні ……………………………………….. 5

1.1.Основні джерела і чинники забруднення міського середовища… ..5

1.2. Екологічні основи фітоіндикації……………………………………6

1.3. Фітоіндикація антропогенних впливів за морфологічними змінами рослин……………………..……………………………………………... 8

Розділ ІІ. Об’єкт та методи дослідження………………………………….12

2.1. Об’єкт дослідження………………………………………………...12

2.2. Аналіз стерильності чоловічого гаметофіту та морфометрія пилкових зерен…………………………………………………………………….….14

2.3. . Морфометричні показники листкових пластинок як показник якості стану атмосферного повітря ……………………………………………15

Розділ ІІІ. Фітоіндикаційна оцінка Криворізької урбоекосистем ………17

3.1. Аналіз морфометричних показників листкових пластинок Populus nigra L.………………………………………………………...……….....17

3.2. Порівняльний аналіз репродуктивних структур рослин в умовах урбоекосистем………………………………...…………………………19

Висновки…………………………………………………………………….24

Список використаної літератури…………………………………………..26


ВСТУП

Кривий Ріг є одним з найкрупніших міст України з підвищеним техногенним навантаженням, що обумовлено наявністю на його території підприємств металургійної, гірничо – рудної галузей промисловості У таких умовах постійно підвищується ступінь надходження шкідливих викидів у атмосферу на одиницю площі [4]. Таким чином в урбанізованому середовищі зростає частка сполук, які характеризуються мутагенними властивостями. Тому важливим є контроль за станом навколишнього середовища та своєчасний аналіз забрудненості території міста. В деякій мірі ці питання дозволяє вирішити фітоіндикаційна оцінка.

Визначення біологічно значимих антропогенних навантажень на основі реакцій на них рослинних організмів та їх угруповань пов’язано з фітоiндикацією. Значимість рослинного покриву як індикатора стану екосистеми полягає в тому, що він дуже чутливо реагує на зміну екологічних факторів і така реакція в багатьох випадках фіксується візуально.

Цитогенетичні ефекти є одним з найбільш розповсюджених тестів для оцінки небезпеки мутагенів, як в експериментальних дослідженнях дії хімічних сполук, так і в генетичному моніторингу. Крім того, використовуються опосередковані показники мутагенної дії, до яких, зокрема, може бути віднесений тест на визначення стерильності пилку.

Деякі автори використовують оцінку стану пилку рослин як індикатор забруднення оточуючого середовища. Застосування таких підходів є доцільним при оцінці визначенні мутагенного фону урботехногенних територій.

Мета роботи: провести фітоіндикаційне дослідження стану навколишнього середовища урбоекосистем Криворіжжя.

Об’єкт дослідження: листові пластинки Populus nigra L. та чоловічий гаметофіт Robinia pseudoacacia L. і Castanea vulgaris Lam.

Предмет дослідження: морфометричні зміни фітоіндикаторів.

Мета роботи обумовила вирішення наступних завдань дослідження:

1. Дати характеристику біоіндикації як методу екологічного дослідження.

2. З’ясувати суть поняття фітоіндикація та ознайомитись з історією фітоіндикаційних досліджень.

3. Розглянути основні фітоіндикаційні діагностичні характеристики середовища.

4. Дати фітоіндикаційну оцінку Криворізької урбоекосистеми на основі аналізу морфометричних показників листкових пластинок Populus nigra L. та репродуктивних структур Robinia pseudoacacia L. і Castanea vulgaris Lam.

Методи досліджень. При написанні наукової роботи нами були використані таки наукові методи

  • теоретичні: гіпотетичний метод, системний, узагальнення;
  • загально-логічні: аналіз, синтез, індукція і дедукція;
  • практичні: польові (відбір зразків листових пластинок, чоловічих гаметофітів), лабораторні (визначення площ листових пластинок, дослідження стерильності пилкових зерен та їх макроморфологічна характеристика), математичні

Дослідження проведене на основі аналізу 300 зразків листових пластинок Populus nigra L., які були взяті з Жовтневого та Саксаганського районів міста Кривий Ріг та близько 3000 пилкових зерен одного виду (для кожного виду було проаналізовано по 5 зразків).

РОЗДІЛ І

БІОІНДИКАЦІЯ ЯК ВАЖЛИВА СКЛАДОВА ЕКОЛОГІЧНОГО МОНІТОРИНГУ В ТЕХНОГЕННО НАВАНТАЖЕНОМУ РЕГІОНІ

1.1. Основні джерела і чинники забруднення міського середовища

Під забрудненням атмосфери розуміють потрапляння в неї речовин будь-якого походження, які або не властиві природному складу атмосфери, або знаходяться в концентраціях, що значно відрізняються від їх природного вмісту в атмосфері і, як правило, шкідливо впливають на живі організми та пригнічують їх життєдіяльність. Це, насамперед, стосується приземного шару атмосфери [4].

За походженням всі джерела забруднення атмосфери поділяють на природні й антропогенні [1]. До природних джерел забруднення атмосфери відносять виверження вулканів, лісові пожежі, поверхні вивітрювання тощо. Крім того, до природних джерел забруднення атмосфери відносять космічний пил, сонячне та космічне випромінювання тощо. Серед основних джерел антропогенного забруднення особливу увагу слід приділяти викидам промислових підприємств та енергетичних систем. На цих підприємствах джерелами забруднення атмосфери є не утилізовані відходи, які утворюються в результаті обміну речовин та енергій підприємства та довкілля.

Основними забруднювачами атмосферного повітря є оксиди вуглецю (CO+CО2), діоксид сірки (SО2), оксиди азоту, вуглеводні, пил, біологічні забруднення тощо [14].

За ГОСТ 17.2.1.01-76, забруднюючі атмосферу речовини класифікують за агрегатним станом та кількістю речовин. За агрегатним станом забруднюючі атмосферу речовини поділяють на газоподібні, пароподібні (пари органічних розчинників), тверді й рідкі. Останні утворюють в повітрі аерозолі [4].

Крім того забруднювачі атмосферного повітря об'єднують в дві основні групи: матеріальні й енергетичні. У свою чергу, матеріальні забруднювальні атмосферу речовини поділяють на хімічно інертні (нетоксичні) та хімічно активні (токсичні). Токсичними називають такі інгредієнти, які при перевищенні певних граничнодопустимих концентрацій (ГДК) спричиняють загибель живих істот або пригнічують їхню життєдіяльність, в тому числі впливають на здоров'я людей. Нетоксичними є такі інгредієнти, які необхідні для розвитку живих організмів або вони не впливають на їхню життєдіяльність у межах певних концентрацій, що характерна для природного складу атмосферного повітря. Значне відхилення від меж природних концентрацій нетоксичних інгредієнтів може здійснювати негативний вплив на живі організми.

Існує ще одна класифікація забруднюючих атмосферу речовин за характером впливу на живі організми. Так виділяють п'ять основних груп забруднюючих речовин [10] :

  • загальносоматичні, які при певній кількісній дії можуть викликати отруєння всього організму, наприклад, оксид вуглецю (ІІ), пари меркурію, неорганічні сполуки свинцю, тощо;
  • подразнювальні, які викликають подразнення дихальних шляхів та слизових оболонок, наприклад, оксиди сірки та азоту, озон, хлор тощо;
  • алергени або сенсибілізуючі, тобто хімічно інертні речовини, які здатні викликати алергії та шкіряні захворювання типу екзем, наприклад, нетоксичний пил, квітковий пилок, тощо;
  • канцерогенні, які викликають появу злоякісних пухлин, наприклад, бенз(а)пірен, азбест, сполуки хрому (VІ), радон, тощо;
  • мутагенні, які викликають небажані мутації в живих організмах, наприклад, радіонукліди, органічні сполуки свинцю, сполуки марганцю у вищих ступенях окислення, тощо.

Всі перераховані забруднюючі речовини викликають так зване матеріальне забруднення атмосфери, яке має негативний вплив як на живі організми так і неживу природу.

1.2. Екологічні основи фітоіндикації

Всі екологічні системи – будь-то організми, популяції або біоценози – в ході свого розвитку пристосувались до комплексу факторів, місця існування. Вони заволоділи всередині біосфери певною областю, екологічною нішею, в якій знаходяться відповідні умови існування, та можуть нормально живитись та розмножуватись. Кожен організм характеризується по відношенню до будь-якого діючого на нього фактора генетично детермінованим, філогенетично набутим, унікальним фізіологічним діапазоном толерантності, в межах якого цей фактор є для нього оптимальним. Якщо цей фактор відрізняється дуже високою або дуже низькою інтенсивністю, але не приводить до загибелі, то організм знаходиться в фізіологічному песимумі. За рамками деякого мінімального або максимального значення фактора подальше життя неможливе. В обмеженій області інтенсивності фактора, яка особливо сприяє для даної особини, організм існує в умовах фізіологічного оптимуму [1]..

При широкій амплітуді толерантності організми називають евріпотентними, при вузькій – стенопотентними. В відповідності з цим організми або угрупування організмів, життєві функції яких так тісно корелюють з певними факторами середовища, що можуть застосовуватись для їх оцінки, називаються фітоіндикаторами. Це змістовне визначення відноситься і до індикації природних умов місця мешкання в цілому, здійснюваною, наприклад, в сільському та лісовому господарстві по присутності рослин, які характерні для певного екотопу [16].

При фітоіндикації зміни біологічної системи завжди залежать як від антропогенних так і від природних факторів середовища. Ця система реагує на дію середовища в цілому у відповідності зі своєю схильністю, тобто такими внутрішніми факторами, як умови харчування, вік, генетично контрольована стійкість та вже присутні порушення. Якщо індикатор реагує значним відхиленням життєвих проявів від норми, то він є чутливим фітоіндикатором [11].

Акумулятивні фітоіндикатори, навпаки, накопичують антропогенні впливи більшою частиною без швидкого виявлення порушень. Функції індикатора виконує той вид, який має вузьку амплітуду екологічної толерантності по відношенню до якого-небудь фактора. В більшості випадків це рослини - організми, які не здатні до активного переміщення [6].

Індикація екологічних умов проводиться на основі оцінки зміни як видового розмаїття організмів тієї чи іншої місцевості, так і їх хімічного складу, який відображує їх здатність накопичувати елементи та сполуки, які надходять з оточуючого середовища. Наприклад, оцінка стану оточуючого середовища по зміні кількості видів пов’язана з тим, що найбільш чуттєві до тих чи інших забруднюючих речовин види рослин зникають з біоценозу (лишайники в промислових центрах) або, навпаки, збільшують свою чисельність (синьо-зелені водорості при надходженні у водойми забруднюючих речовин з сільськогосподарських угідь) [16].

Отже, фітоіндикація є складовою частиною екологічного моніторингу – системи нагляду за станом оточуючого середовища на певній території (від ділянки суші або водної поверхні до цілого континента) з метою раціонального використання природних ресурсів та їх охорони. ЇЇ об’єктами виступають рослини та їх угрупування.

1.3. Фітоіндикація антропогенних впливів за морфологічними змінами рослин

Динамічна рівновага та стабільність біологічних систем тісно пов’язані з фітоіндикацією морфо-генетичних змін рослин у відповідь на антропогенні впливи. На рівні організмів та екосистем вплив стресорів відрізняють тільки завдяки появі зовнішніх симптоматичних ушкоджень (некрози, хлорози) після того як порушена границя адаптаційної здатності і системи стають нестабільними. Для деяких стресових факторів вже випробувані та іноді спеціально підібрані різноманітні морфологічні індикатори, за допомогою яких можлива коротко або довгострокова індикація як при низьких, так і при високих дозах їх впливів [11]. Макроскопічні зміни, пов’язані зі змінами забарвлення листя, у більшості випадків представлені як неспецифічна реакція на різноманітні стресори.

Хлороз – бліде забарвлення листя між жилками [7].. Так пожовтіння країв або певних ділянок листя (у листяних дерев під впливом хлоридів); почервоніння (накопичення антоціанів у вигляді плям на листях смородини та гортензії під дією SO2); побуріння або побронзовіння (у листяних дерев – часто початкова стадія важких некротичних ушкоджень, у ялини та сосни – служить для подальшої розвідки димових ушкоджень). Зміна забарвлення при яких характер ураження листя схожий з морозними ураженнями – часто перші стадії некрозів.

Некрози – відмирання обмежених ділянок тканин – важливі симптоми ушкоджень при індикації, іноді специфічні [17].. Розрізняють такі види некрозів:

  • крапельні та плямисті некрози – це відмирання тканин листкової пластинки у вигляді крапок або плям;
  • міжжилкові некрози – відмирання листкової пластинки між бічними жилками першого порядку, часто при дії SO2;
  • крайові некрози – характерні, чітко відмежовані форми, з’являються у лип, які ушкоджені кам’яною сіллю, яку застосовують для танення льоду. Поєднання міжжилкових та крайових некрозів приводить до появи візерунку типу “риб’ячого скелету”;
  • верхівкові некрози (особливо у однодольних та хвойних), характерні темно-бурі, різко відмежовані некрози кінців хвої у сосни та ялиці після дії SO2, або білі знебарвлені некрози верхівок листя у Gladiolus Snow Princess під впливом F2 та HF;
  • некрози навколоплоднику, які утворюються після впливу SO2 на насінні плоди, особливо біля квіток. При розвитку некрозів спочатку спостерігається зміна в забарвленні (при дії SO2 найчастіше утворюються брудно-зелені; пероксиацетилнітрату – просочені водою; О3 – плями з металічним блиском; хлоридів – хлорози). Після гибелі клітини вражені ділянки осідають, висихають і можуть за рахунок виділення дубильних речовин забарвлюватись у бурий колір (часто у дерев), або через декілька днів вицвітають до білуватого забарвлення.

Передчасне в’янення відбувається під дією етилену в теплицях: квіти гвоздики при цьому не розкриваються, а пелюстки орхідей в’януть.

Опадання листя (дефоліація) у більшості випадків спостерігається після некрозів або хлорозів [5]. Прикладом служать зменшення тривалості життя хвої, її осипання у ялин, скидання двоголкових укорочених пагонів у сосни, передчасне опадання листя у лип та кінських каштанів під впливом солі, яку застосовують для танення льоду, або у аґрусу та смородини під дією SO2.

Аномальна конфігурація листя відмічена у листяних дерев після впливу радіоактивного випромінювання. В результаті локальних некрозів виникає потворна деформація, перетягування, здуття або викривлення пагонів, зрощення або розщеплення окремих органів, збільшення або зменшення в числі частин квітки, зміна статі та інші аномалії розвитку під дією гормональних гербіцидів або радіоактивного випромінювання [7].

Зміна напрямку росту коренів відмічено у кульбаби при зміні рівня ґрунтових вод; у Dycranum polysetum – утворення сланких пагонів та галуження; у лип при стійкому забрудненні атмосфери НСl або SO2 спостерігається кущовидна та подушкова форми росту; у вражених димом хвойних порід зрідження крони та зміна бонітету стовбура.

Зміна приросту в більшості неспецифічна, але широко застосовується при індикації, так як є більш чутливим параметром, чим некрози і дозволяє безпосередньо визначити зниження продуктивності вирощуваних людиною рослин. Вимірюють головним чином зміни радіального приросту стовбура, приросту пагонів та листя в довжину, довжину коренів.

Зміна плодовитості спостерігається у багатьох рослин, це може бути, наприклад, зменшення утворень плодових тіл у лишайників.

Отже, після порушення адаптаційної здатності у рослин з’являються зовнішні симптоми ушкоджень за якими можна робити індикацію тих чи інших стресових факторів на рослину [11].

Одним із підходів в індикації мутагенної напруженості навколишнього середовища є також дослідження репродуктивних структур деревних порід (і, насамперед, чоловічого гаметофіту), які дуже чутливі до дії забруднювачів. При цьому фіксуються кількість і характер аномальних пилкових зерен, зміни морфогенезу і життєздатності пилку, зниження репродуктивної здатності.[5]. Метод виконує роль своєрідного бар’єру в передачі потомству деяких типів мутацій. В результаті чого утворюється стерильний пилок і нежиттєздатне насіння. Тому найбільш значними критеріями в оцінці дії техногенних забруднювачів є кількість аномальних клітин і стерильність пилкових зерен.

Таким чином на сьогоднішній день існує об’єктивна необхідність створення системи біоіндикаторів та біомаркерів для визначення інтенсивності мутагенного фону на урбанізованих територіях.

РОЗДІЛ ІІ

ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ

2.1. Об’єкти дослідження

Об’єктами нашого дослідження були листові пластинки Тополі чорної (Populus nigra L), пилкові зерна Каштану кінського (Castanea vulgaris Lam.) та Акації білої (Robini pseudoacacia L.), які були відібрані із моніторингових ділянок на території Жовтневого та Саксаганського районів міста Кривий Ріг..

Тополя чорна (Populus nigra L) відноситься до роду Populus L. [3]. Це великі дерева висотою 40-45 м (до 60 м) і діаметром стовбура більше 1 метра. Крона яйцеподібна, яйцевидно-пірамідальна або пірамідальна. Кора стовбура буро-сіра або темно-сіра; гілок - гладка, сіра або оливково-сіра. Коренева система сильна, але здебільшого поверхнева, що йде далеко за межі проекції крони. Листя черешкові, чергові, голі або опушені, від ланцетних до широкояйцеподібних, форма листа залежить від пагону, на якому знаходиться, і від положення його на цьому пагоні.

Рослина дводомна, іноді однодомна, цвіте до появи листя або одночасно з ними; здатність плодоносити настає в 10-12 років. Квітки зібрані в циліндричні, прямостоячі або повислі суцвіття - сережки (колосоподібні кисті), опадає по відцвітанню або випаданню насіння. Кожна квітка в сережці розвивається в пазусі пальчасто-розсіченого приквітника; вище якого знаходиться, так званий диск. Зав'язь одиночна, з 2-4 сидячими лопатевими рильцями. Тичинок від 3 до 60, з короткою ниткою і двогніздовим пильником. Дуже рідко трапляються двостатеві квітки.

Тополя пророщена з насінини. Плід - коробочка, що розкривається 2-4 стулками. Насіння дрібне, довгасте або довгасто-яйцеподібне, чорне або чорно-буре, довжиною 1-3 мм, при основі мають пучок численних тонких шовковистих волосків («тополиний пух»). В 1 г більше 1 000 насінин.

Тополя добре реагує на стан зовнішнього середовища. Її листя є добрими біоіндикаторами в містах. Тополя є біоіндикатором відкритого типу.

При аналізі стерильності чоловічого гаметофіту та морфометрії пилкових зерен об’єктом нашого дослідження були пилкові зерна каштану та акації .[3]..

Каштан кінський (Castanea vulgaris Lam.) - листопадне дерево, що досягає 25 м висоти , або чагарник висотою 1,5-5 м. Листя великі , складні 5 - 7 - пальчасті , супротивні, з довгими черешками , без прилистників. Утворюють щільну крону. Квітки до 2х см діаметром, двостатеві, неправильні, з косою площиною симетріі , що проходить через четвертий чашолисток. Суцвіття велике, у вигляді пірамідальних прямостоячих кистей. Квітковий покрив подвійний: зелена чашечка складається з 5 зрощених у чашолистків; білуватий з рожевим віночок складається з п'яти вільних пелюстків, з яких один , що знаходиться між третім і четвертим чашолистками, дуже маленький, а іноді його й зовсім не буває. Тичинок 7, нитки у них довгі і зігнуті; маточка одна, що складається з 3 плодолистків. Зав'язь верхня трьохгнізда, в кожному гнізді по 2 сім’ябруньки , з яких одна спрямована вгору, а інша вниз; стовпчик довгий. Цвіте в травні- червні. Нектар квіток каштана містить 65-75% сахарози. Форма кінського каштана з махровими квітками нектару не дає.

Плід - трьохстворчата шипувата коробочка, що відкривається по стулкам , з однією великою насіниною; зародок зігнутий , білка немає.

Акація біла (Robinia pseudoacacia L. ) – дерево родини бобових, світлолюбне, до 35 м заввишки. Кора коричнева іноді з глибокими тріщинами. Листки 18-20 см завдовжки, чергові, непарноперисті з 4-10 парами довгастих, довгасто-овальних або овальних листочків від 2 до 4 (6) см завдовжки.

Листочки цілокраї з округлою або трохи звуженою основою і тупою верхівкою, яка закінчується вістрям. Зверху листочки зелені, зісподу блідо-зелені або сірувато-зелені, по жилках трохи опушені. Прилистки (до 3 см завдовжки) мають вигляд прямих або трохи зігнутих колючок.

Квітки (15-20 см завдовжки) зібрані в негусті (коротші за листки) пазушні пониклі китиці (10-20 см завдовжки). Оцвітина подвійна. Чашечка (6-8 мм завдовжки, 45 см завширшки) зрослолиста, п'ятизубчаста, короткоопушена. Віночок метеликового типу з п'яти вільних пелюсток, білий або блідо-рожевий. Тичинок десять, з них дев'ять зрослися нитками в трубочку, маточка одна, зав'язь верхня, стовпчик зігнутий, з головчастою приймочкою. Плід — довгасто-лінійний біб (4-8 см завдовжки), насінини вузько-ниркоподібні, коричневі або темно-бурі, матові.

Росте в культурі в чистих і мішаних насадженнях. Солевитривала, світлолюбна рослина. Цвіте у травні—червні.

2.2. Аналіз стерильності чоловічого гаметофіту та морфометрія пилкових зерен

Стерильність чоловічого гамето фіту досліджують з метою виявлення гаметоцидного ефекту [18]. Для цього в період масового цвітіння з нижнього ярусу крони однорічних пагонів відбирають квіткові суцвіття. Матеріал фіксували в суміші абсолютного етилового спирту і льодяної оцтової кислоти (3:1) при t = 0 – 40 С протягом 24 год. і, для збереження, переносять в 80 % етиловий спирт. Кількість фертильних та стерильних пилкових зерен визначають на тимчасових препаратах, забарвлених йодним розчином за Грамом. При цьому переглядають по 1000 - 3000 зерен від однієї особини. Для зручності аналізу в кожному варіанті обчислювали коефіцієнти стерильності за формулою:

,

де G – кількість стерильних пилкових зерен; N – кількість досліджених пилкових зерен.

Потім знаходять помилку розрахунку за виразом:

При цьому повинна виконуватись умова 3m < M, у противному разі необхідно збільшувати кількість спостережень, щоб зменшити помилку.

Вимірювання діаметру пилкових зерен проводять за допомогою окуляр-мікрометра МОВ-1-15х (по 100 зерен від однієї рослини). При цьому вивчають такі характеристики, як середня величина пилкових зерен і рівень морфологічної різноякості пилку. Для визначення останньої в кожному варіанті обчислюють відсоток дуже малих і надто великих пилкових зерен, що відповідно, в 1,5 - 2 рази менші чи в 1,3 - 1,5 рази більші за середню контрольну величину.

2.3. Морфометричні показники листкових пластинок як показник якості стану атмосферного повітря

Для свого дослідження ми використовували метод «Визначення стану довкілля за площею листків на вулицях міста» [18]

Усі метамерні органи рослин реагують на забруднення середовища або абіотичні фактори. Ростові процеси у рослин складаються із численних під процесів і фактично є сумарними. Рослини здатні до великої мінливості і діапазон їх норми-реакції дуже високий.

Існує декілька методів вимірювання площі листків: ваговий, за допомогою світлочутливого паперу, підрахунок квадратів на міліметровому папері, планіметричний [5].

Модифікацією вагового методу є розробка Л. В. Дорогань (1994), де попередньо для деревної породи визначають перевідний коефіцієнт, а потім шляхом вимірювання довжини і ширини листка проводять підрахунок площі листка.

Для цього ми зрізали по 30 листків з дерев тополі чорної, що ростуть у різних екологічних умовах і складували їх у конверти, з заздалегідь підготовленими етикетками.

Встановлення перевідного коефіцієнту базувалося на порівнянні маси квадрату паперу з масою листка, який має таку саму довжину і ширину.

Для цього ми брали папір, обкреслювали квадрат, що дорівнює довжині і ширині листка, а потім акуратно обмальовували його контур.

На кожному такому квадрати ми обчислювали площу, вирізали і зважували його. Потім вирізали контур листка і також зважували його.

З одержаних даних обчислювали перевідний коефіцієнт:

Де - перевідний коефіцієнт;

S – площа листка(л), або квадрату паперу(кв);

Р – маса квадрату паперу(кв) або листка(л).

Для тополі такий коефіцієнт приблизно становить – 0,60 - 0,66.

Після цього ми вимірювали довжину (А), та ширину (В) кожного листка і множили на перевідний коефіцієнт (К).

За отриманими результатами площ листових пластинок знайшли їх середнє значення – S сер.

І за остаточними даними ми побудували варіаційні криві зустрічальності маленьких і великих листків в різних екологічних умовах.

РОЗДІЛ ІІІ

ФІТОІНДИКАЦІЙНА ОЦІНКА КРИВОРІЗЬКОЇ УРБОЕКОСИСТЕМИ

3.1. Аналіз морфометричних показників листкових пластинок Populus nigra L.

Важливим показником чистоти атмосферного повітря є кількість пилу, яка потрапляє до нього від стаціонарних та пересувних джерел забруднення. Зелені насадження відіграють роль природних очисників і затримують на своїх листових пластинках, більшість токсичних речовин. А це впливає на процеси росту та розвитку і найчастіше проявляється у їх зниженні [14]. Тому площі листових пластинок на території з надмірним техногенним навантаженням виявляються меншими аніж на деревах, які проростають в більш сприятливих екологічних умовах.

Для проведення дослідження були виділені в кожному районі наступні моніторингові ділянки:

  • в Жовтневому районі – ділянка № 1 – 7-ий Зарічний; ділянка № 2 – сквер по вул. Десантна; ділянка № 3 – сквер в районі 5-го Зарічного; ділянка № 4 – 4-ий Зарічний; ділянка № 5 – вул. Ватутіна.
  • в Саксаганському районі – ділянка № 1 – зупинка «Ювілейна»; ділянка № 2 – сквер поблизу дитячої лікарні № 4; № 3 – парк поблизу БК «Саксагань» № 4 – поблизу шахти ім.. Артема № 5 – зупинка «вул.. Тинка».

Використання методики «Визначення стану довкілля за площею листків на вулицях міста» за Л. В. Дорогань дозволило нам отримати дані про зміну морфологічних показників (табл.. 1). Під час розрахунку користувалися стандартними методами варіаційної статистики і визначали середні арифметичні показники площ листових пластинок (M), похибку середнього арифметичного (m x) та коефіцієнт варіації (V %). Таким чином для Populus nigra L у межах всіх дослідних ділянок м. Кривий Ріг спостерігається статистично достовірне (Р = 5%) зменшення показників площі листових пластинок. Так найменший показник зафіксовано в Жовтневому районі міста зафіксовано на ділянці № 5 м. Кривий Ріг – вул.. Ватутіна і знаходиться у межах 12,72 ± 1,69, найбільший на ділянці № 1 – 7-й Зарічний у межах 19,24 ± 2,52. В Саксаганському районі найменший показник зафіксовано на ділянці № 4 (поблизу шахти ім.. Артема) – 11,18 ± 1,24, а найвищий на ділянці № 3 (зупинка «вул.. Тинка») – 30,08 ± 2,34.

Таблиця 1.

Показники площі листкових пластинок у Жовтневому районі

№ ділянки

№ п/п

Вулиця

M, см

m x

V %

Жовтневий

1

7-ий Зарічний

19,24

2,52

71,81

2

Десантна

15,75

2,04

71,10

3

5-ий Зарічний

17,41

1,68

52,88

4

4-ий Зарічний

13,05

1,79

75,08

5

Ватутіна

12,72

1,69

72,79

Саксаганський

1

зупинка «Ювілейна»

18,15

1,47

83,45

2

сквер поблизу дитячої лікарні № 4

24,24

1,38

78,93

3

зупинка «вул.. Тинка».

30,08

2,34

88,60

4

поблизу шахти ім.. Артема

11,18

1,24

51,89

5

парк поблизу БК «Саксагань»

26,14

1,26

64,66

За отриманими даними ми побудували варіаційні ряди та представляємо їх графічне зображення – варіаційну криву. (рис. 1, 2)

Рис.1.

Варіаційна крива побудована на основі показників площ листових пластинок із моніторингових ділянок № 1 - № 5 на території Жовтневого району

Рис.2.

Варіаційна крива побудована на основі показників площ листових Саксаганського району.

Одержані результати вказують на зміну аналізованих морфометричних параметрів листків POPULUS NIGRA L. штучних фітоценозів міста в умовах урботехногенного забруднення середовища існування. Загальною тенденцією є зменшення розмірів листкових пластинок.

3.2. Порівняльний аналіз репродуктивних структур рослин в умовах урбоекосистем

Генеративні та вегетативні органи будь-якого одного виду можуть виявитися стійкими до дії того чи іншого забруднювача. У зв’язку з цим стан середовища неможливо охарактеризувати шляхом вивчення реакції на екстремальні чинники тільки одного виду. Тому для виявлення найбільш чутливого фітоіндикатора забруднення довкілля за рівнем зниження фертильності пилку ми здійснили дослідження з оцінки цього показника у 2-х видів деревних рослин, які відносяться до різних груп стійкості. Матеріал для дослідження був відібраний з моніторингових ділянок, розташованих в межах Жовтневого та Саксаганського районів міста Кривий Ріг.

У якості тест – систем ми обрали Каштан кінський (Castanea vulgaris Lam.) – 3 група стійкості (середньостійкі) та Акацію білу (Robini pseudoacacia L.) – 4 група стійкості (чутливі).

У нище наведених таблицях підраховані та проаналізовані дані дослідження по фертильності та стерильності пилкових зерен Robini pseudoacacia L.(табл..2) та Castanea vulgaris Lam. (табл. 3) в умовах урбоекосистем міста Кривий Ріг.

У зв’язку з тим, що всі біоіндикаційні виміри мають свої одиниці виміру, отримані результати необхідно перевести їх в єдину безрозмірну систему умовних показників ушкодженості (УПУ) біосистем. Це дає можливість виконати інтегральну оцінку стану довкілля за токсико-мутагенним фоном і визначити рівні екологічної безпеки для людини та біоти [18]. Умовний показник ушкодженості біоіндикаторів визначають за формулою:

де Преал. – реальне значення біопараметру, Пкомф. Та Пкрит – експериментально встановлені значення біопараметра в комфортних та критичних умовах відповідно

На рис. 3 представлені пилкові зерна досліджуваних видів рослин, що зростають у різних зонах урботехногенного забруднення.

а б

Рис. 3 Пилкові зерна: а – Castanea vulgaris Lam. ; б – Robini pseudoacacia


Таблиця 2

Аналіз пилкових зерен Robini pseudoacacia L в урбоекоситемі Криворіжжя

Район дослідження

Моніторингова ділянка

Фертильні, шт

Стерильні, шт

Морфологічно змінені, шт

Статистичні показники

, шт

М, %

m, %

3m<M

УПУ

Жовтневий

№ 1

2584

389

128

3101

12,544

0,125

0,375

0,287**

№ 2

2493

481

147

3121

15,412

0,174

0,523

0,361**

№ 3

1983

382

101

2466

15,491

0,282

0,845

0,363**

№ 4

2031

287

142

2460

11,667

0,175

0,526

0,264**

№ 5

2178

298

143

2619

11,378

0,148

0,445

0,257*

Саксаганський

№ 1

2854

219

103

3176

6,895

0,041

0,123

0,203*

№ 2

2740

198

149

3087

6,414

0,038

0,113

0,187*

№ 3

2791

204

159

3154

6,468

0,037

0,110

0,189*

№ 4

2861

237

95

3193

7,422

0,046

0,139

0,221**

№ 5

2679

281

173

3133

8,969

0,068

0,204

0,275**

Примітка: – загальна сума всіх досліджених пилкових зерен; М – відсоток стерильних пилкових зерен; m – помилка розрахунків стерильності пилкових зерен; 3m<M – перевірка похибки розрахунків; УПУ – умовний показник ушкодженості біоіндикатора. * - безпечний рівень; ** - середній рівень

Таблиця 3

Аналіз пилкових зерен Castanea vulgaris Lam в урбоекоситемі Криворіжжя

Район дослідження

Моніторингова ділянка

Фертильні, шт

Стерильні, шт

Морфологічно змінені, шт

Статистичні показники

, шт

М, %

m, %

3mM

УПУ

Жовтневий

№ 1

2398

163

124

2685

6,071

0,045

0,135

0,175*

№ 2

1982

202

138

2322

8,699

0,117

0,351

0,265**

№ 3

1583

301

173

2057

14,633

0,369

1,106

0,470**

№ 4

1981

128

209

2318

5,522

0,051

0,152

0,156*

№ 5

2167

264

172

2603

10,142

0,123

0,368

0,315**

Саксаганський

№ 1

2589

291

121

3001

9,697

0,085

0,255

0,300**

№ 2

2871

189

185

3245

5,824

0,029

0,086

0,166*

№ 3

2739

203

137

3079

6,593

0,040

0,120

0,193*

№ 4

2861

219

173

3253

6,732

0,037

0,112

0,198*

№ 5

2598

159

169

2926

5,434

0,031

0,093

0,153*

Примітка: – загальна сума всіх досліджених пилкових зерен; М – відсоток стерильних пилкових зерен; m – помилка розрахунків стерильності пилкових зерен; 3m<M – перевірка похибки розрахунків; УПУ – умовний показник ушкодженості біоіндикатора. * - безпечний рівень; ** - середній рівень


Як видно з таблиць 2 та 3 стерильність пилку деревних рослин збільшується на всіх моніторингових ділянках. Але показники різняться у дослідних видів акації білої та каштану кінського. Крім стерильності збільшується й кількість зерен морфологічно змінених, тобто гігантських або занадто дрібних.

Так, найвищий показник абортивності пилку Акації білої виявлено у Жовтневому районі на моніторинговій ділянці № 2, де він становить 15,412±0,174. Для тест – об’єкту Каштан кінський такий показник виявлено також у Жовтневому районі для моніторингової ділянки № 3 і становить 14,633±0,369

Отже, чоловічий гаметофіт обох тест – систем відобразив негативний вплив умов навколишнього середовища у Жовтневому районі.

ВИСНОВКИ

  1. Біоіндикація - система оцінки стану навколишнього середовища за фізіологічними, морфологічними, екологічними змінами живих організмів, які чутливо реагують на зміни факторів навколишнього середовища.
  2. Для диференціації комплексних урбогенних градієнтів середовища використовують п'ять рівнів індикації: фізіолого-біохімічний (клітинний), анатомо-морфологічний (організмовий), популяційний, ценотичний і біогеоценотичний. Ці рівні разом дають уявлення про загальну картину забруднення міського середовища.
  3. Використання рослин в біологічному моніторингу називається фітоіндикацією. За їхніми різноманітними реакціями (анатомо-морфологічними та фізіологічними змінами, змінами у видовому стані екотопів та стані покриття, та ін.) можна визначити присутність у середовищі різних видів забруднюючих речовин.
  4. На основі проведеного дослідження за методикою Л.В. Дорогань (1994) «Визначення стану довкілля за площею листків на вулицях міста» можна зробити висновок, що стан навколишнього середовища на території Саксаганського району характеризується більш сприятливими умовами. Це спостерігається у статистично достовірному (Р = 5%) збільшенні показників площі листових пластинок порівняно із ділянками, які розташовані на території Жовтневого району.
  5. Найбільш глибокі трансформаційні зміни спостерігаються на ділянці № 5 Жовтневого району – вул.. Ватутіна і знаходиться у межах 12,72 ± 1,69 та ділянці № 4 Саксаганського району – поблизу шахти ім.. Артема – 11,18 ± 1,24
  6. Результати аналізу рівня стерильності пилкових зерен досліджуваних видів на території міста Кривий Ріг свідчать про значний гаметоцидний вплив навколишнього середовища, що приводить до зростання показника абортивності пилку.
  7. Виходячи з отриманих даних (табл. 2), коефіцієнт стерильності пилкових зерен рослин індикаторів в районах дослідження – є найбільший для Акації білої а це свідчить про високу чутливість даної рослини до забруднення навколишнього середовища.
  8. В результаті порушення процесу формування чоловічого гаметофіту тест – об’єктів в умовах урбанізованого середовища та техногенного забруднення є встановлене нами зменшення розмірів пилкових зерен в діаметрі та їх морфометрична різноманітність.
  9. Таким чином, на сьогоднішній день існує об’єктивна необхідність створення системи біоіндикаторів та біомаркерів для визначення інтенсивності мутагенного фону на урбанізованих територіях. Тобто ми рекомендуємо дослідження деревних видів і використання їх як біоіндикаторів стану довкілля в урбоекосистемах.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

  1. Білявський Г. О. та інші. Основи екологічних знань// О. Г. Білявський. – Навч. посібник. – К.: Либідь, 2003. – 336 с.
  2. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. Пер. с нем. /Под ред. Р. Шуберта. - М.: Мир, 1988. - 348с.
  3. Викторов С. В., Ремезова Г.Л. Индикационная геоботаніка// С. В. Викторов. – М.: Изд-во МГУ, 1988. - 167с.
  4. Джигирей В. С. Екологія то охорона навколишнього середовища// В. С. Джигерей. – Навч. посібник: для студ. вузів. - К.: Знання, 2000. - 203с.
  5. Гавриленко Д. Ф., Большой практикум по физиологии растений / Д.Ф. Гавриленко, М.Е. Ладыгина, Л.П. Хандобина - М.: Высшая школа,1975. - С.392.
  6. Глухов О. З. Фітоіндикація металопресингу в антропогенно трансформованому середовищі / О.З. Глухов, А.І. Сафонов, Н.А. Хижняк. – Донецьк: Норд-Пресс, 2006. – 360 с.
  7. Глухов О. З. Індикація стану техногенного середовища за морфологічною мінливістю рослин / О. З. Глухов, С. І. Прохорова // Промышленная ботаника. – 2008. - Вып. 8. – С. 3-11.
  8. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б.А. Доспехов. – М.: Агропромиздат, 1985. – 531 с.
  9. Захаров В. М., Биотест: интегральная оценка здоровья экосистем и отдельных видов / В.М Захаров., Д.М. Кларк – М.: Биотест, 1993. – 68 с.
  10. Кучерявий В. П. Урбоекологія// В. П. Кучерявий. – Л.: Світ, 1999. – 346с.
  11. Кормиков И. И. Адаптация растений к условиям техногенно загрязненной среды// И. И. Кормиков. – К.: Наукова думка, 1996. - 238с.
  12. Крапивин В. Ф. Проблемы мониторинга//В. Ф. Крапивин. – М.: Знание, 1991. - 64с.
  13. Лакин Г. Ф. Биометрия / Г.Ф. Лакин. . - М.: Высш. шк., 1990. 352 с.
  14. Лысый А. Е. Экологические и социальные проблемы и пути оздоровления крупного промышленного региона (на примере Криворожского железорудного бассейна) / А. Е. Лысый, С. А. Рыженко, И. П. Козятин - Кривой Рог: Этюд Сервис, 2007. 428 с.
  15. Малахов І. М. Техногенез у геологічному середовищ / І. М. Малахов. – Кривий Ріг: Октант-Принт, 2003. – 252 с.
  16. Мусієнко М.М. Екологія рослин: Підручник / М.М. Мусієнко – К.: Либідь, 2006. -432 с.
  17. Мэнинг У. Дж., Фелер У.А. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений// У. Дж. Мэнинг, У. А. Фелер. – М.: Гидрометеоиздат, 1985. - 143с.
  18. Руденко С. С., Костишин С. С., Морозова Т. В. Загальна екологія. Практичний курс: Навчальний посібник у 2 ч. Частина 1. Урбоекосистеми. – Чернівці: Книги XXI, 2008. с. 212 – 215.

Фітоіндикаційна оцінка Криворізької урбоекосистем