Работа Тихоновой Юлии

ВВЕДЕНИЕ

 

Все возрастающее воздействие на окружающую природную среду диктует необходимость контроля ее состояния, обеспечения ее благоприятности для живых существ и человека. Эта задача все чаще звучит как обеспечение здоровья среды. Под здоровьем среды в самом общем смысле принимается ее состояние (качество), необходимое для обеспечения здоровья человека и других видов живых существ.

Одной из наиболее важных задач является оценка ответа живых существ на присутствие специфических химических веществ и физических воздействий: тяжелых металлов, пестицидов, теплой воды, увеличенной солености, радиации и т. д. В этом отношении у предлагаемой методологии есть богатые возможности для мониторинга влияния индустриального и сельскохозяйственного воздействия на состояние среды в исследуемом районе. Одним из преимуществ данного подхода является возможность исследования последствий любого воздействия, причем даже результирующего от комплекса различных факторов.

При всей важности проведения оценки качества среды на всех уровнях, с применением различных подходов (включая физические, химические, социальные и др. аспекты), приоритетной представляется именно биологическая оценка. Наиболее простым объяснением этому может быть то, что именно состояние, самочувствие различных видов живых существ и самого человека является ключевым моментом и в конечном счете волнует всех нас в наибольшей степени.

Дуб черешчатый (Quercus robur) представляет основной элемент зоны широколиственных лесов. По этой причине он является перспективным объектом для оценки здоровья среды. В то же время, в свете негативных процессов гибели дубрав Чувашии (Петров, Иванов, 2002) и в Европе, возникает перспективное направление по оценке состояния здоровья среды в целом, а не только в зонах сильного антропогенного загрязнения.

 

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

 

Оценка стабильности развития дубрав как показателя состояния городской и природной среды.

 

ЗАДАЧИ:

 

1. На основе статистического различия выявить оптимальные для анализа здоровья показатели.

2. Разработать шкалу оценки стабильности развития для дуба черешчатого.

3. Провести оценку состояния здоровья объекта на основе этих признаков.

4. Сравнить показатели стабильности развития нагорных и пойменных дубрав.

5. Выявить зависимость между показателями стабильности развития дубрав и состоянием городской среды.

 

МАТЕРИАЛ ДЛЯ РАБОТЫ.

 

Сбор материала проводится после остановки роста листьев (в середине лета). Каждая выборка включает в себя 100 листьев (по 10 листьев с 10 деревьев). Сбор материала для анализа состояния здоровья городской среды проводился в следующих точках:

 

г. Чебоксары - " роща Гузовского;

" Лакреевский лес;

" Ботанический сад;

 

г. Новочебоксарск - Ельниковская роща.

 

Для определения показателя здоровья природной среды материал был собран в нагорной дубраве в Цивильском районе и в пойменной дубраве Присурского заповедника, незатронутой негативными процессами, характерными для нагорных дубрав. Эти площадки также являются контрольными для оценки состояния городской среды.

 

МЕТОДИКА.

 

Для оценки стабильности развития необходимо получение данных по определенным морфологическим признакам. Изменение стабильности развития, как общей характеристики состояния организма, обычно отражается на изменчивости самых разных признаков организма. Это означает, что принципиальных ограничений на используемые признаки нет. Можно использовать качественные и количественные признаки, включая меристические (счетные) и пластические (промеры) признаки.

Методика оценки состояния здоровья дуба черешчатого находится в стадии разработки. На сегодняшний день предложено два подхода. В заповеднике "Галичья гора" (Недосекин и др., 2001) для анализа использовано 8 пластических признаков, при этом взяты первые попавшие под взгляд исследователя признаки без проверки достоверного различия по t-критерию Стьюдента. В Воронежском государственном биосферном заповеднике (Венгеров и др., 2001) во внимание приняты два меристических и два пластических признака. С момента разработки и применения методики оценки здоровья среды это сделано впервые. Такой подход ставит неразрешимую на данный момент задачу по оценке здоровья объекта по двум разным подходам при неразработанной методике интегрирования показателей разных категорий. Сложность решения задачи не видна при неразработанной шкале оценки стабильности развития для дуба черешчатого. В обоих заповедниках получена только одна цифра, которая может быть использована в качестве I балла шкалы, как полученная при выборке из благоприятных условий произрастания (природные заповедники). Особенности строения листовой пластинки дуба черешчатого, изначально асимметричной при сильной рассеченности по явным счетным признакам, требуют особого подхода при выборе анализируемых параметров. С целью унификации параметров сложно-рельефной листовой пластинки дуба черешчатого мы предлагаем провести четкую привязку всех их к жилке первого порядка, образующей наиболее далеко отстоящую лопасть, где определяется максимальная ширина листовой пластинки (параметр ширины предложен Венгеровым и др.,2001). Достоверность нашего выбора параметров предполагается проверить по t-критерию Стьюдента. Таким образом нами для анализа взяты следующие пластические параметры:

1. Максимальная ширина половины листа (перпендикулярно центральной жилке);

2. Расстояние между жилкой I порядка лопасти, по которой определялась максимальная ширина половины листа, и жилкой I порядка, расположенной ниже ее;

3. Расстояние между лопастью I порядка, по которой определялась максимальная ширина половины листа, и лопастью I порядка, расположенной выше;

4. Угол между центральной жилкой и жилкой I порядка, по которой определялась максимальная ширина половины листа.

С целью проверки возможности одновременного использования и мерных, и счетных признаков мы для анализа взяли и счетные признаки, предложенные воронежцами:

5. Число лопастей первого порядка (определяется по жилкам I порядка, отходящим от центральной жилки);

6. Число лопастей второго порядка (определяется по жилкам II порядка, отходящим от жилок I порядка).

 

ПОЛУЧЕНИЕ ДАННЫХ И СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА.

 

Оценка стабильности развития по каждому признаку сводится к оценке асимметрии (учет различий в значениях признака слева и справа).

Для меристического признака величина асимметрии у каждой особи определяется по различию числа структур слева и справа. Популяционная оценка выражается средней арифметической этой величины. Статистическая значимость различий между выборками определяется по t-критерию Стьюдента.

Для пластического признака величина асимметрии у особи рассчитывается как различие в промерах слева и справа, отнесенное к сумме промеров на двух сторонах. Использование такой относительной величины необходимо для того, чтобы нивелировать зависимость величины асимметрии от величины самого признака. Популяционная оценка выражается средней арифметической этой величины. Статистическая значимость различий между выборками определяется по t-критерию Стьюдента.

При анализе комплекса морфологических признаков лучше использовать интегральные показатели стабильности развития. Интегральным показателем стабильности развития для комплекса меристических признаков является средняя частота асимметричного проявления на признак. Этот показатель рассчитывается как средняя арифметическая числа асимметричных признаков у каждой особи, отнесенная к числу используемых признаков. В данном случае не учитывается величина различия между сторонами, а лишь сам факт асимметрии, несходства значений признака на разных сторонах тела. За счет этого устраняется возможное влияние отдельных сильно уклоняющихся вариантов.

Интегральным показателем стабильности развития для комплекса пластических признаков является средняя величина относительного различия между сторонами на признак. Этот показатель рассчитывается как средняя арифметическая суммы относительной величины асимметрии по всем признакам у каждой особи, отнесенная к числу используемых признаков. Система пластических признаков используется при оценке стабильности развития у растений.

Статистическая значимость различий между выборками по величине интегрального показателя стабильности развития (частота асимметричного проявления на признак, величина среднего относительного различия между сторонами на признак) определяется по t-критерию Стьюдента.

 

Таблица №1 Оценка стабильности развития дуба черешчатого с использованием пластических признаков.

признак 1	признак 1	А1	признак 2	признак 2	А2	признак 3	признак 3	А3	признак 4	признак 4	А4	А1234
П1	Л1		П2	Л2		П3	Л3		П4	Л4
34,29	34,38	0,0442	18,40	18,54	0,0692	26,96	27,95	0,0891	49,72	48,51	0,0639	0,0666
28,60	28,76	0,0573	16,30	16,28	0,0838	23,78	23,98	0,0901	47,20	47,20	0,0614	0,0732
35,25	36,60	0,0535	19,29	19,53	0,0800	27,74	28,68	0,0986	47,76	47,16	0,0681	0,0751
29,74	30,37	0,0525	17,83	18,26	0,0867	25,56	26,00	0,1028	46,29	47,80	0,0625	0,0761
29,40	29,24	0,0702	17,19	17,49	0,0833	26,70	26,54	0,1074	47,88	48,99	0,0746	0,0838
31,60	31,43	0,0451	16,42	17,69	0,0854	24,42	24,06	0,0753	51,49	50,88	0,0607	0,0666

 

Таблица №2 Оценка стабильности развития дуба черешчатого с использованием меристических признаков

Место	признак 5	признак 5	признак 6	признак 6	А5-6	Ап2
	П5	Л5	П6	Л6
Заповедник Присурский	5,63	5,39	0,1	0,10	1	0,3950
Ботанический сад	5,5	5,3	0	0,08	1	0,3500
Ельниковская роща (г.Новочебоксарск)	5,4	5,12	0,39	0,41	1	0,5000
Лакреевский лес	5,23	5,09	0,11	0,12	0,77	0,3850
Роща Гузовского	4,76	4,41	0,22	0,21	0,8	0,4000
Нагорная дубрава окр. г.Цивильск	5,58	5,49	0,38	0,4	0,76	0,3800

 

При сравнении выборок по интегральному показателю стабильности развития может быть зафиксировано различие и оценена его статистическая значимость. Затруднение при этом вызывает оценка степени выявленных отклонений от нормы. Такая оценка особенно важна для сравнения различных территорий. Решение этой проблемы возможно, представив полученные результаты с помощью балльной шкалы, на которой степень отклонения показателя стабильности развития от нормы характеризуется определенным баллом. Оптимальной является пятибалльная шкала. Менее дробная шкала не обладает достаточной информативностью и не позволяет четко разделять территории разной степени нарушенности. Учитывая диапазон значений, в котором изменяется показатель стабильности развития, и величину стандартной ошибки, более подробная шкала не может объективно отражать ситуацию, так как полученный результат мог бы быть отнесен сразу к нескольким баллам. Принцип построения пятибалльной шкалы следующий: диапазон значений интегрального показателя стабильности развития, соответствующий условно нормальному состоянию, принимается как первый балл, соответствующий критическому состоянию - как пятый балл (диапазоны значений, соответствующие нормальному и критическому состоянию, определяются опытным путем; первый из них обычно определяется по выборке из благоприятных условий произрастания, например, из природных заповедников). Диапазон между этими пороговыми уровнями ранжируется в порядке возрастания значений показателя.

На основе полученных данных нами была разработана следующая шкала оценки стабильности развития для дуба черешчатого:

 

 

Пластические признаки	Пластические признак		Меристические признаки	Меристические признаки
Балл	Значение		Балл	Значение
I	<0,067		I	<= 0,35
II	0,067 - 0,070		II	0,36 - 0,40
III	0,071 - 0,075		III	0,41 - 0,45
IV	0,076 - 0,08		IV	0,46 - 0,50
V	> 0,08		V	> 0,50

 

Сравнивая полученные данные со шкалой оценки стабильности развития, мы получили следующие результаты:

Несоответствие величин интегральных показателей стабильности развития, полученных на основе двух типов признаков (меристических и пластических), свидетельствует о невозможности одновременного их использования при оценке одного объекта. Возможно, разница в баллах вызвана малым количеством взятых счетных признаков, а, следовательно, низкой их достоверностью. Поэтому за основу для выводов мы взяли пластические признаки, так как их больше, чем меристических, и, следовательно, степень достоверности выше. Результаты, полученные для дубрав из городских районов, статистически значимо отличаются от результатов, полученных для выборок из благоприятных условий (т. е. из Присурского заповедника и дубравы в Цивильском районе). Как видно из таблицы, влияние антропогенных факторов наиболее велико в роще Гузовского и вызывает серьезные опасения в Лакреевском лесу, Ботаническом саду и в Новочебоксарске.

 

	Пластические признаки	Меристические признаки
Заповедник	I	II
Цивильск	I	II
Ельниковская роща	III	V
Роща Гузовского	V	V
Ботанический сад	Ш	I
Лакреевский лес	IV	II

 

ВЫВОДЫ:

 

1. На основе данных описательной статистики и рассчитанного коэффициента достоверности нами выявлены оптимальные для анализа здоровья среды параметры стабильности развития дуба черешчатого. Совокупность пластических признаков показывает более достоверный результат, чем меристические признаки.

2. Меристические признаки для листовой пластинки хоть и относятся к явным, асимметрия по которым определяется визуально, но количество их недостаточно для достоверного анализа.

3. В результате сравнения параметров выборок из разных районов, отличающихся по степени загрязнения, нами разработана шкала оценки стабильности развития для дуба черешчатого по мерным и счетным признакам

 

Пластические признаки	Пластические признаки		Меристические признаки	Меристические признаки
Балл	Значение		Балл	Значение
I			I
II	0,067 - 0,070		II	0,36 - 0,40
III	0,071 - 0,075		III	0,41 - 0,45
IV	0,076 - 0,08		IV	0,46 - 0,50
V	> 0,08		V	> 0,50

 

4. За один балл, соответствующий нормальному состоянию, нами принята величина показателя стабильности развития 0,067, полученная по выборке листьев из пойменной дубравы овражной зоны ГПЗ "Присурский". Такая же экологически чистая среда характерна и для Цивильского района (0,0666). В Чебоксарах неблагоприятность обстановки усугубляется от Ботанического сада (III балла) через Лакреевский лес (IV балла) к роще Гузовского (V баллов - критическое значение). III балла (на границе с IV баллом) - Ельниковская роща - свидетельствуют о загрязненности среды в г. Новочебоксарске даже вдали от "Химпрома".

5. Показатели стабильности развития нагорных и пойменных дубрав оказались сходными. Различия касаются второго и третьего пластических признаков. Эталон нагорной дубравы, взятый нами в Цивильском районе, находится на территории, экологически менее благополучной(в силу антропогенного воздействия), чем дубрава ГПЗ "Присурский". Дубрава заповедника относится к пойменным лесам, произрастающим на территориях, комплекс абиотических факторов в которых несколько отличается от оптимальных для данного вида. Сочетание двух эталонов позволило более точно определить параметры первого балла шкалы оценки стабильности развития для дуба черешчатого.

6. Использование данной методики позволяет достаточно точно оценить состояние здоровья городской среды по показателям стабильности развития.

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

 

1. Захаров В. М., Баранов А. С., Борисов В. И. "Здоровье среды: методика оценки", Москва, 2000;

2. Венгеров П. Д., Клявин А. А., статья "Воронежский государственный биосферный заповедник" в книге "Мониторинг здоровья среды на охраняемых природных территориях", стр. 20-31;

3. Недосекин В. Ю., Сарачев В. С., статья "ГПЗ Галичья гора" в книге "Мониторинг здоровья среды на охраняемых природных территориях", стр. 65-70.