close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Биоиндикация антропогенных воздействий (ПЗ 05.04.06)

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет
имени Г.Ф. Морозова»
Кафедра экологии, защиты леса и лесного охотоведения
БИОИНДАКАЦИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к практическим занятиям
для студентов по направлению подготовки
05.04.06 – Экология и природопользование
Воронеж 2016
УДК 502.4
Капитонов Д.Ю. Биоиндакация антропогенных воздействий [Электронный
ресурс]: методические указания к практическим занятиям для студентов по
направлению подготовки 05.04.06 – Экология и природопользование / Д.Ю.
Капитонов. – Воронеж: ФГБОУВО «ВГЛТУ», 2016. – 34 с.
Курс «Биоиндакация антропогенных воздействий» предназначен для
слушателей магистратуры направления подготовки 05.04.06 – экология и
природопользование. Основой задачей биоиндикации является разработка
методов и критериев, которые могли бы адекватно отражать уровень
антропогенных воздействий с учетом комплексного характера загрязнения и
диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах
биотических сообществ. Биоиндикация осуществляется на различных уровнях
организации биосферы: макромолекулы, клетки, органа, организма, популяции,
биоценоза. В методических указаниях приведены некоторые методики по оценке
состояния окружающей среды по различным реакциям живых организмов.
В методических указаниях содержатся разработки к практическим
занятиям.
Печатается по решению УМС ВГЛТУ (протокол № 9 от 16 мая 2016 г.)
Рецензент: директор ВНИИЛГиСбиотех, канд. биол. Корчагин О.М.
Дмитрий Юрьевич Капитонов
БИОИНДАКАЦИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Методические указания для практических работ студентов направления подготовки 05.04.06 –
экология и природопользование (уровень магистратуры)
Подписано в печать 16.05.2016 г. Формат 60х84/16 Объем 2 п.л.
Усл. печ. л.1,39. Уч.-изд. л. 1,38. Тираж 20 экз. Заказ _
ФГБ ОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф.
Морозова» РИО ФГБ ОУ ВО «ВГЛТУ». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Отпечатано в УОП ФГБ ОУ ВО «ВГЛТУ». 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10
©ФГБ ОУ ВПО «ВГЛТА», 2016
2
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1.
Биоиндикация загрязнения атмосферного воздуха с помощью лишайников
При изучении степени загрязнения окружающей среды промышленными
объектами важна реакция биологических объектов на поллютанты
(загрязняющие вещества).
Система наблюдений за реакцией биологических объектов на воздействие
поллютантов называется биологическим мониторингом.
Биологический мониторинг включает в себя наблюдение, оценку и прогноз
изменений состояния экосистем и их элементов, вызываемых антропогенным
воздействием.
Одним из основных объектов глобального биологического мониторинга
выбраны лишайники. Лишайники чутко реагируют на характер и состав
субстрата, на котором они растут, на микроклиматические условия и состав
воздуха. В силу чрезвычайного "долголетия" лишайников их можно
использовать для датировки возраста различных предметов на основе измерения
их слоевищ - в диапазоне от нескольких десятилетий до нескольких
тысячелетий.
Объектом глобального мониторинга лишайники избраны потому, что они
распространены по всему Земному шару и поскольку их реакция на внешнее
воздействие очень сильна, а собственная изменчивость незначительна и
чрезвычайно замедленна по сравнению с другими организмами.
Из всех экологических групп лишайников наибольшей чувствительностью
обладают эпифитные лишайники (или эпифиты), т.е. лишайники, растущие на
коре деревьев.
Изучение этих видов в крупнейших городах мира выявило ряд общих
закономерностей: чем больше индустриализирован город, чем более загрязнен
воздух, тем меньше встречается в его границах видов лишайников, тем меньшую
площадь покрывают лишайники на стволах деревьев, тем ниже "жизненность"
лишайников.
Установлено, что при повышении степени загрязнения воздуха первыми
исчезают кустистые, затем листоватые и последними - накипные (корковые)
формы лишайников. Состав флоры лишайников в различных частях городов (в
3
центре, в индустриальных районах, в парках, в периферийных частях) оказался
настолько различным, что исследователи стали использовать лишайники в
качестве индикаторов загрязнения воздуха.
Одним из первых эту работу провел шведский ученый Р.Сернандер (1926).
Он выделил в Стокгольме "лишайниковую пустыню" (центр города и фабричные
районы с сильно загрязненным воздухом - лишайники здесь почти отсутствуют);
зону "соревнования" (части города со средней загрязненностью воздуха - флора
лишайников бедна, виды с пониженной жизненностью) и "нормальную зону"
(периферийные части города, где встречаются многие виды лишайников).
В последние десятилетия показано, что из компонентов загрязненного
воздуха на лишайники самое отрицательное влияние оказывает двуокись серы
(SO 2 ). Экспериментально установлено, что это вещество в концентрации 0,03 0,1 мг/м 3 (30-100 микрограмм/м 3 ) начинает действовать на многие виды
лишайников. В хлоропластах клеток водорослей появляются бурые пятна,
начинается деградация хлорофилла. Концентрация двуокиси серы в 0,5 мг/м 3
губительна для всех видов лишайников, произрастающих в естественных
ландшафтах. Однако имеется группа полеотолерантных (выносливых по
отношению к загрязнениям) видов, которые могут существовать в довольно
загрязненном воздухе.
Помимо двуокиси серы на лишайники губительно действуют и другие
загрязнители - окислы азота (NO, NO 2 ), окись углерода (СО, СО 2 ), соединения
фтора и другие.
Кроме того, в городах сильно изменены и микроклиматические условия:
города "суше" по сравнению с естественными ландшафтами (примерно на 5%),
теплее на 1-3°, беднее светом.
Таким образом, лишайники являются интегральным индикатором
состояния среды и косвенно отражают общую "благоприятность" комплекса
абиотических факторов среды на биотические.
Кроме того, большинство химических соединений, негативно влияющих на
флору лишайников, входят в состав основных химических элементов и
соединений, содержащихся в выбросах большинства промышленных
производств, что позволяет использовать лишайники именно в качестве
индикаторов антропогенной нагрузки.
4
Оборудование, материалы
При выполнении данного задания понадобятся: прозрачные палетки для
учета лишайников, измерительные ленты с миллиметровыми делениями (1 метр)
и компас.
Ход работы
Методы лихеноиндикации подразделяются на две большие группы активную лихеноиндикацию и пассивную лихеноиндикацию.
Под
активной
лихеноиндикацией
понимают
так
называемые
трансплантационные методы. На них мы остановимся очень кратко, так как речь
в дальнейшем пойдет о пассивной лихеноиндикации.
Трансплантационные методы заключаются в том, что лишайники из
незагрязненных районов трансплантируются (пересаживаются) в изучаемый
район или же участки коры деревьев, покрытые лишайниками, срезаются и
перемещаются на столбы или другие сооружения, расположенные в
загрязненных районах. Их реакция исследуется путем периодического измерения
или фотографирования.
Другой (чисто экспериментальный) подход включает перенос и
исследование лишайников в лаборатории, где на них воздействуют различными
концентрациями загрязняющих веществ. Одним из первых симптомов
поражения лишайников является уменьшение толщины таллома, а также хлороз
из-за разрушения хлоропластов. Репродуктивные структуры лишайников
изменяются или прекращают развитие. По скорости отмирания лишайников
можно судить о мощности загрязнения.
Для трансплантации часто используют лишайники, растущие на засохших
ветвях деревьев. При этом ветка из чистого района переносится в исследуемый
район и помещается, сохраняя пространственную ориентацию, в условия,
максимально близкие по увлажнению и освещенности.
Основным методом пассивной лихеноиндикации является наблюдение за
изменениями относительной численности лишайников.
Для этого проводят измерения проективного покрытия лишайников на
постоянных или переменных пробных площадках и получают средние значения
проективного покрытия для исследуемой территории. На других аналогичных
площадках или на тех же площадках через определенный промежуток времени
также проводят измерения проективного покрытия. По изменению как общего
5
проективного покрытия, так и отдельных видов можно, используя шкалы
чувствительности лишайников и специальные индексы, судить об увеличении
или уменьшении загрязнения в пространстве или во времени.
Пробные площадки могут быть как постоянными и использоваться в
течение ряда лет, так и переменными, т.е. "одноразовыми".
Основные правила организации лихеноиндикационных исследований
С началом использования лишайников в системе мониторинга
окружающей среды возникла насущная потребность в разработке жестких
стандартов в использовании методик лихеноиндикации. Причиной является то,
что использование лишайников (так же как и любых других живых объектов) в
качестве естественных индикаторов, сопряжено с реальной опасностью принять
естественные локальные различия в структуре лишайниковых сообществ за
различия, вызванные воздействием антропогенного фактора.
Опыт последних лет показал, что использование несовершенных
(примитивных) методик лихеноиндикации вводит исследователей в заблуждение
относительно причин тех или иных различий. Так, например, сравнение двух
участков (в городе и за городом) на состав и численность лихенофлоры, при том
что в городе лишайники исследуются на липах и кленах, а в лесу - на соснах и
березах, - абсолютно неправомерно. Такие данные даже нет смысла собирать и,
уж тем более, анализировать.
При организации мониторинга методами пассивной лихеноиндикации
следует придерживаться следующих основных правил.
1) Предпочтительным является изучение лишайников на постоянных
площадках и модельных деревьях в течение длительного времени, а не разовое
обследование серии пробных площадок.
2) В любом случае, пробные площадки должны закладываться в
гомогенных по составу и возрасту фитоценозах (в идеале - например, в
монопородных одновозрастных посадках).
3) Биотические и абиотические условия среды на сравниваемых пробных
площадках должны быть по возможности одинаковыми (состав и структура
фитоценозов, форма рельефа, увлажнение, освещенность и т.п.).
4) Модельные деревья на пробных площадках должны быть по
возможности постоянными, а не случайными.
6
5) В любом случае, на сравниваемых площадках модельные деревья
должны быть приблизительно одновозрастными, без видимых повреждений,
принадлежать к одной из основных лесообразующих пород.
6) При использовании переменных пробных площадок (при "одноразовых"
исследованиях) их количество должно быть в пределах одного десятка (в
зависимости от задачи исследования), а число модельных деревьев на каждой
площадке должно измеряться несколькими десятками - для получения большого
объема статистически достоверной информации.
Выбор пробных площадок и модельных деревьев
Процедура выбора и заложения пробных площадок и модельных деревьев,
на которых будут проводиться исследования лишайниковых сообществ, очень
важна и, можно даже сказать, является основной при проведении
лихеноиндикационных исследований.
Пробной площадкой называется участок территории (в типичном случае леса), на котором проводятся лихенологические исследования и в пределах
которого производится выбор модельных деревьев.
К процедуре выбора пробных площадок имеется несколько подходов, в
зависимости от того, краткосрочным («одноразовым») является исследование,
или рассчитанным на много лет.
При выполнении данного задания, когда требуется произвести учеты
лишайников на нескольких удаленных друг от друга участках (при исследовании
влияния загрязнений какого-либо объекта на окружающую среду - по мере
удаления от объекта) - пробные площадки и модельные деревья выбираются
произвольно и не маркируются (это так называемые "переменные площадки").
При этом, однако, следует жестко придерживаться двух вышеизложенных
правил: 1) структура и состав фитоценозов на удаленных друг от друга пробных
площадках должны быть по возможности, схожими (например, сравниваются
пробные площадки только в одновозрастных сосновых посадках, или только в
старых ельниках, или только в березняках и т.п.) и 2) модельные деревья,
измеряемые на нескольких удаленных друг от друга площадках, должны быть
обязательно одной породы и по возможности одного возраста.
Если мониторинг планируется долговременным, т.е. в течение нескольких
лет (данным заданием не предусмотрено, но рекомендуется при планировании
«серьезных» мониторинговых исследований силами школьников)
-
7
закладываются постоянные площадки. Часто их можно совмещать со
стандартными геоботаническими пробными площадками, или площадками для
измерения жизненного состояния лесов
Независимо от того, постоянные или разовые исследования планируются,
при заложении площадок следует соблюдать следующие правила:
- избегать придорожных деревьев, так как на их эпипокров влияют другие
условия по сравнению с деревьями, растущими далеко от дорог;
- избегать загущенных лесонасаждений с очень низкой освещенностью;
- остерегаться пастбищ и лугов, которые обрабатывались пестицидами или
интенсивно удобрялись.
В обоих случаях, как при одноразовом исследовании, так и при
планировании многолетних наблюдений, модельные деревья в пределах пробных
площадок выбираются произвольно, по случайному принципу, независимо от
того, растут на них лишайники обильно или их нет совсем.
Техника заложения пробных площадок
В лесу, где планируется проводить измерения, маркируется центр пробной
площадки - например в землю вбивается кол или помечается краской одно из
деревьев. Далее вокруг центра площадки выбираются ближайшие 20 деревьев
(не менее 10) одной породы и примерно одного возраста. При этом никаких
исключений субъективного порядка (например, данное дерево слишком богато
или слишком бедно лишайниками) не допускается. На этих модельных деревьях
и проводятся измерения численности лишайников.
В случае одноразового обследования деревья никак не маркируются, а в
случае планирования многолетних наблюдений - помечаются долговременными
маркерами.
В качестве маркеров можно использовать металлические (алюминиевые,
латунные) пластинки с выбитыми (процарапанными) номерками, которые
прибиваются к стволам деревьев маленькими гвоздиками. Их наличие на стволе
никак на численность лишайников и общее жизненное состояние дерева не
влияют. Маркеры следует размещать на стороне, обращенной к центру пробной
площадки, чтобы все помеченные деревья были хорошо видны из одной точки.
Методика измерения относительной численности лишайников
Для измерения численности лишайников на деревьях, в частности – их
проективного покрытия, пользуются, в основном, двумя техническими приемами
8
- способом «линейных пересечений» и способом «палетки». Оба эти способа
дают примерно одинаковые результаты, но с целью унификации результатов при
выполнении данного учебного задания мы рекомендуем использовать первый
способ – «линейных пересечений».
Способ «палетки» менее точен, хотя и более нагляден и, поэтому, может
быть использован в учебных целях, поэтому мы приведем здесь его описание.
«Способ палетки» является методом непосредственного измерения
проективного покрытия лишайников на стволах деревьев, т.е. измерения
процентного отношения площади, покрытой лишайниками, к площади,
свободной от лишайников.
Палетка представляет собой рамку, разделенную на квадраты размером 1 х
1 см. Это может быть сетчатая проволочная рамка или прозрачная пленка.
Наружный размер палетки может быть любым - 10 х10, 10 х 20, 10 х 40 см и т.д.
С одной стороны, чем больше - тем лучше, с другой - измерение лишайников с
помощью больших палеток более трудоемок (но более точен).
Прозрачную палетку легко изготовить самостоятельно из куска
целлофановой пленки, расчертив ее перманентным фломастером на квадраты 1
х 1 см. Еще удобнее сделать ее из прозрачной пластиковой бутылки из-под воды
(например, двухлитровой), вырезав ножницами кусок и расчертив его на
квадраты 1 х 1 см острием ножа.
Процедура измерений проста - палетку накладывают на ствол дерева и
фиксируют кнопками или булавками. Палетка, вырезанная из бутылки, легче
закрепляется на стволе дерева, потому что постоянно стремится к округлой
9
форме. При работе с палеткой на каждом стволе измерения производят четыре
раза - с четырех сторон света. Подсчет лишайников на каждом участке ствола
производят следующим образом. Сначала считают число квадратов, в которых
лишайники занимают на глаз больше половины площади квадрата (а), условно
приписывая им покрытие, равное 100 %. Затем подсчитывают число квадратов, в
которых лишайники занимают менее половины площади квадрата (b), условно
приписывая им покрытие, равное 50 %. Данные записывают в рабочую таблицу.
Общее проективное покрытие в процентах (R) вычисляют по формуле:
R= (100 a + 50 b) / С,
где С - общее число квадратов палетки (например, при использовании
палетки 10 х 10 см с ячейками 1 х 1 см, С = 100).
В целом же, несмотря на свою наглядность и простоту, недостатком этого
способа измерений является сложность оценки численности каждого из видов
лишайников отдельности. Так, например, при наличии на обследуемом участке
коры дерева нескольких видов лишайников процедура оценки проективного
покрытия существенно усложняется - каждый вид приходится считать в
отдельности, так, что на обследование одной учетной площадки (даже размером
10 х 10 см) уходит много времени.
Этого недостатка лишен способ "линейных пересечений", менее наглядный
и требующий немного более сложных расчетов, но зато более точный и
универсальный.
Каким бы способом ни подсчитывались лишайники, все измерения
производят на постоянной высоте – примерно 150 см от земли (главное - везде
одинаково).
Перед началом измерений заготавливают специальные таблицы, в которые
вносят основные сведения о месте проведения измерений и собственно
результаты подсчетов:
Характеристика пробной площадки:
1. Дата:
2. Номер:
3. Местоположение:
4. Экспозиция и угол склона:
5. Описание фитоценоза:
6. Фамилии исследователей:
10
Характеристики модельных деревьев и результаты измерений:
Виды
лишайников
1. Номер дерева:
1. …
2. Порода дерева:
2. …
3. Высота дерева:
3. …
4. Длина окружности …
ствола: 800 см
1. Номер дерева:
1. …
2. Порода дерева:
2. …
3. Высота дерева:
…
4. Длина окружности
ствола: 800 см
Местоположение талломов (см)
7,1-8,5; 12,7-14,2; 30,4-32,5; 56,4-58,8;
…-…; …-…
…-…
Проективное
покрытие %
9,25
…
…
… и т.д. для каждого модельного дерева на площадке.
Определение проективного покрытия лишайников способом «линейных
пересечений», в отличие от способа «палетки», основано на измерении не
площадных, а линейных показателей. Способ заключается в наложении на
окружность ствола мерной ленты с фиксированием всех пересечений ее со
слоевищами лишайников. В качестве ленты можно использовать простой
«портняжный метр» (с миллиметровыми делениями).
Измерение лишайников этим способом производится следующим образом.
После выбора модельного дерева исследователь определяет на стволе
точку, находящуюся на высоте 150 см от комля с северной стороны
(использовать компас).
Затем на ствол накладывается мерная лента с делениями таким образом,
чтобы ноль шкалы ленты совпадал с выбранной точкой, а возрастание чисел на
шкале соответствовало движению по часовой стрелке (с севера на восток).
11
После полного оборота вокруг ствола лента закрепляется на стволе
булавкой в нулевой точке. Совмещая последнее деление и ноль ленты
определяют длину окружности ствола. Еѐ при дальнейших расчетах принимают
за 100 %.
После этого начинают измерения, двигаясь взглядом по ленте и фиксируя
начало и конец каждого пересечения ленты с талломами лишайников (чтобы не
сбиться – удобно использовать указатель – карандаш, ручку, спичку и т.п.).
Измерения проводятся с точностью до 1 мм.
Удобнее всего вести измерения вдвоем - один отсчитывает расстояния на
ленте и диктует, другой записывает значения в полевой дневник (не забывая
отметить в нем «общую» информацию о площадке и учетном дереве – см.
таблицу).
По данным полевых измерений в домашних условиях производят расчет
проективного покрытия лишайников, т.е. определяют отношение покрытой
лишайниками части ствола к его общей поверхности.
Вначале подсчитывается общая (суммарная) длина (протяженность)
талломов лишайников. Затем, зная общую длину окружности ствола и принимая
ее за 100%, рассчитывается проективное покрытие лишайников (в %).
Пример:
Из журнала полевых измерений следует, что на всем протяжении ствола
длиной 80 см (800 мм) пересечения ленты с талломами наблюдались на
отметках: 7,1-8,5 см, 12,7-14,2 см, 30,4-32,5 см, 56,4-58,8 см. Общая сумма
"протяженности" лишайников составляет 7,4 см (1,4 + 1,5 + 2,1 + 2,4). По
пропорции 80 см - 100%, 7,4 см - х % (7,4/80 х 100), находим величину
проективного покрытия - 9,25%.
Проективное покрытие можно определять как для каждого вида
лишайника в отдельности, так и для всех видов в сумме – это зависит от знаний
учащихся и их руководителя. Условиями данного учебного занятия
предусмотрены два варианта дальнейших расчетов – с определением видовой
принадлежности лишайников и без определения. Проективное же покрытие
рассчитывается в любом случае.
Учет проективного покрытия методом линейных пересечений (также,
впрочем, как и при использовании палетки) проводится на нескольких
12
модельных деревьях в пределах постоянных или разовых пробных площадок.
Как было указано выше, желательно обследовать 20 (не менее 10) деревьев.
При проведении измерений кустистых эпифитных лишайников иногда
возникают проблемы, поскольку они представляют собой разветвленные
веточки, распростертые по субстрату, торчащие, либо повисающие. Толщина
веточек в большинстве случаев меньше 1 мм, поэтому при их измерении
систематически завышается величина пересечения их с лентой. В некоторых
случаях на стволе встречается несколько десятков пересечений веточек
кустистых лишайников с мерной лентой; при этом завышение покрытия на всем
стволе, определяемое как сумма длин отдельных пересечений, может достигать
значительной величины. Для того чтобы уменьшить ошибку, надо при
измерениях просто фиксировать количество веточек этого лишайника,
пересеченных лентой, а оценку суммарного покрытия данного лишайника
получать с помощью данных о средней толщине одной веточки.
Обработка результатов полевых измерений
Как было сказано выше, биоиндикация опирается на закон экологической
индивидуальности видов. Разные виды реагируют на определенные факторы
внешней среды (в том числе и антропогенные) по-разному - каждый вид имеет
индивидуальные экологические амплитуды, оптимальные, пессимальные и
летальные условия среды.
Основываясь на этом заключении, в 60-х годах были составлены общие
представления о типологии (классификации) лишайников по их выносливости
(полеотолерантности, чувствительности, сенсибильности - все эти термины
являются синонимами и встречаются в литературе) по отношению к
загрязнениям среды.
При оценке уровня загрязнения той или иной территории методами
лихеноиндикации используется два подхода: качественный и количественный.
В первом случае "степень загрязненности" территории определяется на
основе тщательного изучения видового состава лишайников. Используя данные
о наличии или отсутствии тех или иных видов на изучаемой территории и
специальные таблицы классов полеотолерантности, составленные лихенологами
(см. ниже), можно определить, к какой условной категории относится та или
иная изученная территория.
13
Во втором случае для оценки степени загрязненности территории
используются специальные лихеноиндикационные индексы, учитывающие как
отношение встреченных видов лишайников к тому или иному классу
полеотолерантности, так и данные количественных измерений их численности.
Использование классов полеотолерантности лишайников
В результате многолетних полевых и экспериментальных исследований
была проведена работа по объединению видов лишайников в классы
полеотолерантности, т.е. в группы, члены которых более или менее одинаково
реагируют на определенные загрязняющие вещества и их концентрации в
атмосферном воздухе.
Наиболее пригодной для большей территории России является
классификация Х.Х.Трасса (1985), составленная им на примере лишайниковых
сообществ фитоценозов Прибалтики, Кавказа и Дальнего Востока:
Типы местообитаний по
Виды лишайников
Классы
степени влияния
полеото
антропогенных факторов и
лерантн
встречаемость в них видов
ости
Естественные местообитания Lecanactis
abietina,
Lobaria
scrobiculata,
I
(ландшафты) без ощутимого Menegzzia terebrata, Mycoblastus sanguinarius,
антропогенного влияния
виды родов Pannaria, Parmeliella, самые
чувствительные виды рода Usnea
Естественные
(часто)
и Bryoria chalybeiformis, Evernia divaricata, Cyalecta
II
антропогенно слабоизмененные ulmi, Lecanora coilocarpa, Ochrolechia androgyna,
местообитания (редко)
Parmeliopsis aleurites, Ramalina calicaris
Естественные
(часто)
и Bryoria
fuscescens,
Cetraria
chlorophylla,
III
антропогенно слабоизмененные Hypogymnia
tubulosa,
Lecidea
tenebricosa,
местообитания (часто)
Opegrapha pulicaris, Pertusaria pertusa, Usnea
subfloridana
Естественные (часто), слабо Bryoria implexa, Cetraria pinastri, Graphis scripta,
IV
(часто) и умеренно (редко) Lecanora
leptyrodes,
Lobaria
pulmonaria,
измененные местообитания
Opegrapha
diaphora,
Parmelia
subaurifera,
Parmeliopsis
ambigua,
Pertusaria
coccodes,
Pseudevernia furfuraceae, Usnea filipendula
Естественные,
антропогенно Caloplaca pyracea, Lecania cyrtella, Lecanora
V
слабо- и умеренно измененные chlarotera, L.rugosa, L.subfuscata, L.subrugosa,
местообитания
(с
равной Lecidea
glomerulosa,
Parmelia
exasperata,
встречаемостью)
P.olivacea, Physcia aipolia, Ramalina farinacea
14
Типы местообитаний по
степени влияния
антропогенных факторов и
встречаемость в них видов
Естественные
(сравнительно
редко)
и
антропогенно
умеренного (часто) измененные
местообитания
Умеренно (часто) и сильно
(редко)
антропогенно
измененные местообитания
Умеренно
и
сильно
антропогенно
измененные
местообитания
(с
равной
встречаемостью)
Сильно
антропогенно
измененные
местообитания
(часто)
Очень сильно антропогенно
измененные
местообитания
(встречаемость и жизненность
видов низкие)
Виды лишайников
Классы
полеото
лерантн
ости
Arthonia radiata, Caloplaca aurantiaca, Evernia
VI
prunastri,
Hypogymnia
physodes,
Lecanora
allophana,
L.carpinea,
L.chlarona,
L.pallida,
L.symmictera,
Parmelia
acetabulum,
P.subargentifera,
P.exasperatula,
Pertusaria
discoidea, Hypocenomyce scalaris, Ramalina
fraxinea, Rinodina exigua, Usnea hirta
Caloplaca
vitellina,
Candelariella
vitellina,
VII
C.xanthostigma, Lecanora
varia,
Parmelia
conspurcata, P.sulcata, P.verruculifera, Pertusaria
amara, Phaeophyscia nigricans, Phlyctis agelaea,
Physcia ascendens, Ph.stellaris, Ph.tenella, Physconia
pulverulacea, Xanthoria polycarpa
Caloplaca cerina, Candelaria concolor, Phlyctis
VIII
argena, Physconia grisea, Ph.enteroxantha, Ramalina
pollinaria, Xanthoria candelaria
Buellia punctata, Lecanora expallens, Phaeophyscia
orbicularis, Xanthoria parietina
IX
Lecanora conizaeoides, L.hageni, Lepraria incana,
Scoliciosporum chlorococcum
X
Сравнение видового состава найденных в той или иной местности
лишайников с данными этой таблицы поможет определить (весьма условно)
уровень общей, интегральной, «нарушенности» местности, в том числе в
результате загрязнения воздуха.
Использование лихеноиндикационных индексов
Более точно и, главное, количественно, определить уровень нарушенности
местообитания помогут так называемые лихеноиндикационные индексы,
учитывающие, в основном, видовое разнообразие, т.е. видовое богатство (число
видов) и численность разных видов лишайников.
15
На
сегодняшний
день
существует
несколько
десятков
лихеноиндикационных индексов, как тех, которые учитывают видовой состав
лишайников, так и тех, при расчете которых нужно знать только видовое
богатство (число видов).
Для целей данного учебного задания приведем два наиболее простых
индекса – по одному из этих двух типов.
Индекс полеотолерантности (IP) учитывает видовой состав лишайников
(т.е. для его использования нужно определять виды) и вычисляется по формуле:
n
IP  
i 1
AiCi
Cn
где n - количество видов на описанной пробной площадке,
Аi - класс полеотолерантности i-того вида (от 1 до 10, см. правый столбец
таблицы),
Ci - проективное покрытие i-того вида в баллах,
Cn - сумма значений покрытия всех видов (в баллах).
Индекс полеотолерантности вычисляется для всех обследованных
модельных деревьев на площадке в среднем. Общая обследованная площадь
поверхности стволов при использовании палеток должна быть не менее 0,7 м 2 ,
а при использовании мерной ленты – не менее 20 метров длины окружностей.
Оценка проективного покрытия дается по 10-балльной шкале:
Балл
1
Покрытие, 1-3
%
2
3-5
3
5-10
4
10-20
5
20-30
6
30-40
7
40-50
8
50-60
9
60-80
10
80-100
Значения IP колеблются между 1 и 10. Чем больше значение IP, тем более
загрязнен воздух в соответствующем местообитании. Нулевое значение IP может
быть только в случае полного отсутствия лишайников.
Пример:
По результатам исследований проективного покрытия в пределах одной
пробной площади на 20 модельных деревьях мерной лентой получены
следующие данные:
Вид "1-й" - среднее значение проективного покрытия - 15%, вид "2-й" - 10
%, вид"3-й" - 3%, вид "4-й" - 1%.
16
По таблице находим значения покрытия в баллах Сi: для вида "1" - 4 балла,
для вида "2" - 3 балла, для вида "3" - 2 балла и для вида "4" - 1 балл. Сумма
значений покрытия Сn: 4+3+2+1 = 10 баллов.
Предположим, что в таблице 2 "первый" вид имеет 6-й класс
полеотолерантности, "2-й" вид - 7-й, "3-й" вид - 7-й и "4-й" вид - 8-й класс.
Полученные значения подставляем в формулу и получаем:
IP = ((4х6)/10) + ((3х7)/10) + ((2х7)/10) + ((1х8)/10) = 6,7
Теперь этот показатель можно сравнивать с аналогичными показателями,
полученными для других пробных площадок.
Значения IP скоррелированы со среднегодовым содержанием SO 2 в
воздухе:
IP
Концентрация SO2 (мг/м3)
Условная зона
1–2
Менее 0,01
Нормальная
2–5
0,01 - 0,03
Малого загрязнения
5–7
0,03 - 0,08
Среднего загрязнения
7 – 10
0,08 - 0,10
Сильного загрязнения
10
0,10 - 0,30
Критического
загрязнения
0
более 0,3
Лишайниковая пустыня
Другим способом расчетов, не требующим знаний о видовом составе
лишайников, является индекс чистоты атмосферы, IAQ (Index of Atmosphere
Quality, IAQ):
IAQ=∑ (QiCi)/10
где Qi - экологический индекс определенного i-того вида (или индекс
ассоциированности),
Сi – показатель обилия i-того вида,
n - количество видов.
Вначале IAQ рассчитывается для каждого модельного дерева в
отдельности, затем находится среднее значение для всей площадки в целом.
Экологический индекс (индекс ассоциированности) Q характеризует
количество видов, сопутствующих данному виду на всей пробной площадке,
17
плюс сам описываемый вид. Фактически – это общее число видов,
обнаруженных на данной площадке.
Оценка проективного покрытия вида дается по такой же 10-балльной
шкале, что и при расчете индекса полеотолерантности.
Таким образом, чем больше проективное покрытие лишайников, и чем
больше видов обитает на данном участке местности, тем выше показатель IAQ и,
соответственно, тем чище воздух местообитания. Значения IAQ могут
располагаться в диапазоне от 0 до бесконечности (теоретически).
Такой расчет, повторим, производится вначале для каждого модельного
дерева на площадке. Затем находится среднее значение IAQ для всей площадки в
целом (значения IAQ для каждого дерева складываются и полученная сумма
делится на число модельных деревьев).
Пример:
Предположим, что на дереве 1 встречены три разных вида с показателями
покрытия 5, 15 и 25 %. А всего на площадке (на всех деревьях) зарегистрировано
12 видов. Показатель ассоциированности Q для каждого из них составляет,
таким образом, 12.
Оцениваем покрытие видов в баллах: первый вид – 3, второй – 4, третий –
5 баллов.
Полученные значения подставляем в формулу и получаем:
IAQ = ((12х3)/10) + ((12х4)/10) + ((12х5)/10) = 19,7
Аналогичную операцию проводим для всех модельных деревьев, а затем
находим среднее значение для всей изученной площадки.
После этого полученный средний для площадки показатель мы можем
сравнивать с аналогичными показателями, полученными для других площадок.
Также, как и индекс полеотолерантности, индекс чистоты атмосферы IAQ
коррелирует с концентрацией SO 2 в воздухе (по Трассу, 1985):
IAQ
Концентрация SO2 (мг/м3)
0-9
Более 0,086
10-24
0,086 - 0,057
25-39
0,057 - 0,028
40-54
0,028 - 0,014
более 55
менее 0,014
18
Индекс чистоты атмосферы
(IAQ)
Оформить полученные результаты можно в виде графика, на который по
горизонтальной оси нанесены в масштабе точки расположения пробных
площадок (по мере удаления от источника загрязнения), а по вертикальной –
показатели загрязнения воздуха (IP и IAQ) на данных площадках:
Зависимость чистоты воздуха от удаления от автотрассы
50
40
30
20
10
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Удаление от шоссе, метров
или:
Индекс чистоты атмосферы
(IAQ)
Зависимость чистоты воздуха от удаления от города
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
Удаление от города, км
Задание
Ознакомиться с составом работ, подобрать приемлемый маршрут по
лихеноиндикационным исследованиям. Заложить несколько площадок для
изучения лишайников. Площадки следует располагать по линии удаления от
потенциального источника загрязнения на расстоянии от 300 до 1000 метров
19
друг от друга (в зависимости от масштабов источника). Желательно заложить не
менее 4-5 площадок. В качестве модельных деревьев при измерениях
численности лишайников на разных площадках всегда использовать один и тот
же вид дерева. Измерения численности проводить везде одинаковым способом –
мерной лентой на высоте 150 см. Во время измерений численности по
возможности определять виды лишайников, а если это невозможно –
подсчитывать хотя бы число разных видов, встречающихся на данной площадке,
а при подсчете численности на каждом конкретном дереве различать виды.
По данным полевых измерений рассчитать показатели загрязненности
воздуха – индекс полеотолерантности (IP) (только если проводилось
определение видов) и индекс чистоты атмосферы (IAQ) – для всех
обследованных площадок. Проанализировать различия между площадками.
В случае, если рассчитывались оба показателя загрязненности воздуха (IP
и IAQ), сравнить полученные разными способами результаты – как данные
индексы отражают различия между площадками и совпадают ли значения
концентрации SO 2 в воздухе на разных площадках.
В камеральных условиях провести расчеты и сделать выводы об изменении
листовой поверхности в различных условиях загрязнения наземных экосистем.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2.
Определение площади листьев у древесных растений в загрязненной и
чистой зонах
Все метамерные органы растений реагируют на загрязнение среды или
абиотические факторы. Ростовые процессы у растений включают в себя
множество подпроцессов й фактически являются суммирующими. Растения
подвержены очень большой изменчивости (особенно размеры листьев) и
диапазон их нормы реакции очень широк. Так, размеры листьев могут сильно
увеличиваться после обрезки деревьев, т.к. приток пластических веществ и
фитогормонов из корневых систем распределяется на оставшиеся после обрезки
листья, а также стимулирует пробуждение спящих почек. В то же время размер
листьев может сильно уменьшаться в результате длительной весенней засухи. В
связи с этим при биоиндикации загрязнения наземных экосистем для научных
целей требуется исключение указанных вариантов и при взятии листьев нужно
применять большую выборку (50-60 образцов). В санитарных зонах
20
предприятий, в уличных посадках в большинстве случаев размеры листьев
уменьшены по сравнению с более чистой загородной территорией. Исключением
являются выбросы азотно-туковых заводов, в зоне влияния которых размеры
листьев могут быть увеличены из-за включения азота в метаболические
процессы (образование белков и др.).
Существует несколько способов измерения площади листьев. По
методикам М.С. Миллера (Летние практические...1973) - это весовой, при
помощи светочувствительной бумаги, подсчета квадратиков на миллиметровой
бумаге, планиметрический. Модификацией весового метода является разработка
Л.В. Дорогань (1994), где предварительно для древесной породы определяют
переводной коэффициент, а затем путем измерения длины и ширины листа
производят массовые вычисления площади листьев. Это значительно ускоряет
работу при больших выборках, что необходимо при выполнении дипломных и
научных работ, когда в измерения включается большое число образцов.
Оборудование, материалы
1) писчая бумага; 2) ножницы; 3) линейка; 4) весы торзионные или
аптекарские с разновесами; 5) листья древесных растений с простой и
небольшой листовой пластинкой: липы, клена полевого или американского,
березы, тополя.
Ход работы
Во время экскурсии по городу (ее разумнее проводить в самом начале
сентября) студенты срезают по 20-25 листьев каждой древесной породы с
деревьев, растущих в разных экологических условиях, складывают в пакеты, а
затем засушивают между листами газетной бумаги в лабораторных условиях.
Это дает возможность провести работу в зимний период.
Установление переводного коэффициента основано на сравнении массы
квадрата бумаги с массой листа, имеющего такую же длину и ширину. Для этого
берут бумагу (лучше в клеточку) и очерчивают квадрат, равный длине и ширине
листа, а затем аккуратно обрисовывают его контур. Вычисляют площадь
квадрата бумаги, вырезают и взвешивают его, затем вырезают контур листа и
также взвешивают.
Из полученных данных вычисляют переводной коэффициент по формулам
1 и 2:
21
К
SЛ
S КВ
SЛ 
(1)
РЛ S КВ
РКВ
(1)
где:
К - переводной коэффициент,
S - площадь листа (л) или квадрата бумаги (кв),
Р - масса квадрата бумаги или листа.
Вычисление коэффициента производится на основании измерения 7-8
листьев. Таким же расчетом он устанавливается отдельно для каждого вида
растений. Примерно он равен для березы - 0,64; для яблони - 0,71-0,72; для
тополей - 0,60-0,66.
Затем измеряют длину (А) и ширину (В) каждого листа и умножают на
переводной коэффициент (К):
S=A•В•К
Получаем ряд значений изменчивости площади листьев для каждой
древесной породы в разных экологических условиях.
Для каждого ряда вычисляют среднеарифметические величины,
сравнивают между собой.
В случае большой выборки строят вариационные кривые встречаемости
листьев определенной площади в разных условиях среды.
Рисунок 1. Изменчивость площади листьев у древесных пород в разных
22
экологических условиях: А - «чистая» зона пригородной территории или
окраины города, Б-загрязненная зона центральных улиц.
При этом все ряды по площади листьев разбивают на классы от самого
маленького листа до самого большого с одинаковым шагом между классами. На
рис. 1 кривые построены для 8 классов. В учебной работе при наличии 25
листьев достаточно 5 классов. Соответственно по каждому классу производят
определение встречаемости. Кривые сравнивают, делают выводы относительно
различий в изменчивости площади листьев в зависимости от экологических
условий. Устанавливают разницу в диапазоне изменчивости для маленьких и
больших листьев. В примере, приведенном на рис. 1, влияние изменения
экологических условий сказывается сильнее на листьях большего размера.
Задание
Ознакомиться с составом работ, подобрать приемлемый маршрут по сбору
листьев и провести их сбор. В камеральных условиях провести расчеты и сделать
выводы об изменении листовой поверхности в различных условиях загрязнения
наземных экосистем.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3.
Флуктуирующая асимметрия древесных и травянистых форм растений как
тест-система оценки качества среды
Наиболее простым и доступным для широкого использования способом
оценки стабильности развития является определение величины флуктуирующей
асимметрии билатеральных морфологических признаков. Она представляет
собой отклонения от строгой билатеральной симметрии вследствие
несовершенства онтогенетических процессов и проявляется в незначительных
ненаправленных различиях между сторонами (в пределах нормы реакции
организма). Получаемая интегральная оценка качества среды является ответом
на вопрос – какова реакция живого организма на неблагоприятное воздействие,
которое имело место в период его развития. Настоящая методика основана на
выявлении, учете и сравнительном анализе асимметрии у разных видов живых
организмов по определенным признакам.
Определение величины флуктуирующей асимметрии билатеральных
23
морфологических структур при использовании меристического (счетного)
признака у каждой особи производится путем просчета числа определенных
структур слева и справа в указанных границах. Популяционная оценка
выражается средней арифметической различия в количестве структур слева и
справа. При использовании пластического (мерного) признака у каждой особи
измеряют определенные структуры слева и справа. Величина асимметрии
вычисляется путем деления разницы в промерах на двух сторонах на их сумму.
Оборудование, материалы
При выполнении оценки качества среды применяют следующие средства
измерений и другие технические средства:
 линейка на 10 см с ценой деления 1 мм ГОСТ 427-75;
 транспортир с ценой деления 1 град. ОСТ 6-19-417-80;
 циркуль-измеритель ТУ 25-7203014-91.
Ход работы
Места сбора материала Оценка проводится на модельных площадках,
которые выбираются в зависимости от целей работы:
 Для фонового мониторинга используются несколько площадок в разных
биотопах, различных по естественным условиям.
 Для оценки последствий антропогенного воздействия площадки выбираются
из максимально сходных по естественным условиям биотопов с разной
степенью антропогенной нагрузки, а также из мест не подверженных
антропогенной нагрузке для оценки условного фонового уровня.
Оценка качества среды предполагает анализ наиболее обычных фоновых
видов (модельных объектов) таковым можно считать березу повислую - Betula
pendula Roth. и другие виды берез, произрастающие на территории России.
Сроки сбора материала. Сбор материала следует проводить после
остановки роста листьев (в средней полосе начиная с июля).
Объем выборки. Каждая выборка должна включать в себя 100 листьев (по
10 листьев с 10 растений). Листья с одного растения хранятся отдельно, для того,
чтобы в дальнейшем можно было проанализировать полученные результаты
индивидуально для каждой особи (собранные с одного дерева листья связывают
за черешки). Все листья, собранные для одной выборки, необходимо сложить в
24
полиэтиленовый пакет, туда же вложить этикетку. В этикетке указать номер
выборки, место сбора (делая максимально подробную привязку к местности),
дату сбора.
Выбор деревьев. При выборе деревьев важно учитывать, во-первых,
четкость определения принадлежности растения к исследуемому виду. По
данным некоторых авторов береза повислая способна скрещиваться с другими
видами берез, образуя межвидовые гибриды, которые обладают признаками
обоих видов. Во избежание ошибок следует выбирать деревья с четко
выраженными признаками березы повислой. Во-вторых, листья должны быть
собраны с растений, находящихся в сходных экологических условиях
(учитывается уровень освещенности, увлажнения и т.д.). Рекомендуется
выбирать деревья, растущие на открытых участках (полянах, опушках), т.к.
условия затенения являются стрессовыми для березы и существенно снижают
стабильность развития растений. В-третьих, при сборе материала должно быть
учтено возрастное состояние деревьев. Для исследования выбирают деревья,
достигшие генеративного возрастного состояния
Сбор листьев с растения. У березы повислой собирают листья из нижней
части кроны дерева с максимального количества доступных веток равномерно
вокруг дерева. Тип побега также не должен изменяться в серии сравниваемых
выборок. Листья следует собирать только с укороченных побегов. Размер
листьев должен быть сходным, средним для данного растения. Поврежденные
листья могут быть использованы для анализа, если не затронуты участки, с
которых будут сниматься измерения. С растения собирают несколько больше
листьев, чем требуется, на тот случай, если часть листьев из-за повреждений не
сможет быть использована для анализа.
Подготовка и хранение материала. Для непродолжительного хранения
собранный материал можно хранить в полиэтиленовом пакете на нижней полке
холодильника. Для длительного хранения надо зафиксировать материал в 60%
растворе этилового спирта или гербаризировать.
При выполнении исследований выполняют следующие операции. Для
измерения лист березы помещают пред собой брюшной (внутренней) стороной
вверх. Брюшной стороной листа называют сторону листа, обращенную к
верхушке побега. С каждого листа снимают показатели по пяти промерам с
левой и правой сторон листа (рис. 1).
25
Рисунок 1. Схема морфологических признаков, использованных для оценки
стабильности развития березы повислой (Betula pendula)
1- ширина левой и правой половинок листа. Для измерения лист складывают пополам,
совмещая верхушку с основанием листовой пластинки. Потом разгибают лист и по
образовавшейся складке измеряется расстояние от границы центральной жилки до края
листа.
2 - длина жилки второго порядка, второй от основания листа.
3 - расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка.
4 - расстояние между концами этих же жилок.
5 - угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.
Для исследований требуются циркуль-измеритель, линейка и транспортир.
Промеры 1 - 4 снимаются циркулем-измерителем, угол между жилками (признак
5) измеряется транспортиром. Для этого центр основания окошка транспортира
совмещают с точкой ответвления второй жилки второго порядка от центральной
жилки. Эта точка соответствует вершине угла. Кромку основания транспортира
надо совместить с лучом, идущим из вершины угла и проходящим через точку
ответвления третьей жилки второго порядка. Второй луч, образующий
измеряемый угол, получают, используя линейку. Этот луч идет из вершины угла
и проходит по касательной к внутренней стороне второй жилки второго порядка.
Результаты исследований заносятся в таблицу 1.
26
Для мерных признаков величина асимметрии у растений рассчитывается
как различие в промерах слева и справа, отнесенное к сумме промеров на двух
сторонах. Интегральным показателем стабильности развития для комплекса
мерных признаков является средняя величина относительного различия между
сторонами на признак. Этот показатель рассчитывается как среднее
арифметическое суммы относительной величины асимметрии по всем признакам
у каждой особи, отнесенное к числу используемых признаков. Такая схема
обработки используется для растений. В таблицах 1-2 на примере березы
приводится расчет средней относительной величины асимметрии на признак для
5 промеров листа у 10 растений.
Таблица 1. Образец таблицы для обработки данных по оценке стабильности
развития с использованием мерных признаков (промеры листа).
Номер признака*
N
1
2
3
4
5
слева справа слева справа слева справа слева справа слева справа
1
18
20
32
33
4
4
12
12
46
50
2
20
19
33
33
3
3
14
13
50
49
3
18
18
31
31
2
3
12
11
50
46
4
18
19
30
32
2
3
10
11
49
49
5
20
20
30
33
6
3
13
14
46
53
6
12
14
22
22
4
4
11
9
39
39
7
14
12
26
25
3
3
11
11
34
40
8
13
14
25
23
3
3
10
8
39
42
9
12
14
24
25
5
5
9
9
40
32
10
14
14
25
25
4
4
9
8
32
32
*Описание признаков для березы см. выше.
1. Сначала для каждого промеренного листа вычисляются относительные
величины асимметрии для каждого признака. Для этого модуль разности между
промерами слева (L) и справа (R) делят на сумму этих же промеров:
L-R/L+R,
Например: Лист №1 (таблица 1), признак 1
L-R/L+R= 18-20/18+20=2/38=0,052
27
Полученные величины заносятся во вспомогательную таблицу 2 в графы 2
– 6.
2. Затем вычисляют показатель асимметрии для каждого листа. Для этого
суммируют значения относительных величин асимметрии по каждому признаку
и делят на число признаков.
Например, для листа 1 (см. табл. 2): (0,052+0,015+0+0+0,042)/5=0,022
Результаты вычислений заносят в графу 7 вспомогательной таблицы.
3. На последнем этапе вычисляется интегральный показатель стабильности
развития - величина среднего относительного различия между сторонами на
признак. Для этого вычисляют среднюю арифметическую всех величин
асимметрии для каждого листа (значений графы 7). Это значение округляется до
третьего знака после запятой. В нашем случае искомая величина равна:
(0,022+0,015+0,057+0,061+0,098+0,035+0,036+0,045+0,042+0,012)/10=0,042
Таблица 2. Образец вспомогательной таблицы для расчета интегрального
показателя флуктуирующей асимметрии в выборке (пример заполнения
таблицы).
N
Номер признака
Величина
асимметрии
1
2
3
4
5
листа
1
0,052
0,015
0
0
0,042
0,022
2
0,026
0
0
0,037
0,010
0,015
3
0
0
0,2
0,044
0,042
0,057
4
0,027
0,032
0,2
0,048
0
0,061
5
0
0,048
0,33
0,037
0,071
0,098
6
0,077
0
0
0,1
0
0,035
7
0,077
0,019
0
0
0,081
0,036
8
0,037
0,042
0
0,111
0,037
0,045
9
0,077
0,020
0
0
0,111
0,042
1
0
0
0
0,059
0
0,012
0
Величина асимметрии в выборке:
X=0,042
Статистическая значимость различий между выборками по величине
интегрального показателя стабильности развития (величина среднего
относительного различия между сторонами на признак) определяется по t критерию Стьюдента.
28
Для оценки степени выявленных отклонений от нормы, их места в общем
диапазоне возможных изменений показателя разработана балльная шкала.
Диапазон значений интегрального показателя асимметрии, соответствующий
условно нормальному фоновому состоянию, принимается как первый балл
(условная норма). Он соответствует данным, полученным в природных
популяциях при отсутствии видимых неблагоприятных воздействий (например,
на особо охраняемых природных территориях). В этой связи надо иметь ввиду,
что на практике при оценке качества среды в регионе с повышенной
антропогенной нагрузкой фоновый уровень нарушений в выборке растений или
животных даже из точки условного контроля не всегда находится в диапазоне
значений,
соответствующих
первому
баллу.
Диапазон
значений,
соответствующий критическому состоянию, принимается за пятый балл. Он
соответствует тем популяциям, где есть явное неблагоприятное воздействие и
такие изменение состояния организма, которые приводят организм к гибели.
Весь диапазон между этими пороговыми уровнями ранжируется в порядке
возрастания значений показателя. Такая бальная система оценок по величине
интегральных показателей стабильности развития для березы приводится ниже.
Пятибалльная шкала оценки отклонений состояния организма от условной
нормы по величине интегрального показателя стабильности развития для березы
повислой (Betula pendula).
Балл
Величина показателя стабильности развития
I
0,040
II
III
IV
V
0,040 - 0,044
0,045 - 0,049
0,050 - 0,054
0,054
Задание:
Ознакомиться с составом работ, подобрать приемлемый маршрут по сбору
листьев и провести их сбор. В камеральных условиях провести расчеты и сделать
выводы о состоянии окружающей среды по флуктуирующей асимметрии.
29
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4.
Использование флуктуирующей асимметрии животных для оценки
качества среды
В работе № 3 отмечались основы метода флуктуирующей асимметрии
билатеральных морфологических структур. Ещѐ одним организмом
используемом при оценке качества окружающей среды, в частности водной,
могут служить рыбы и земноводные.
При использовании меристического (счетного) признака у каждой особи
производится путем просчета числа определенных структур слева и справа в
указанных
границах.
Популяционная
оценка
выражается
средней
арифметической различия в количестве структур слева и справа. При
использовании пластического (мерного) признака у каждой особи измеряют
определенные структуры слева и справа. Величина асимметрии вычисляется
путем деления разницы в промерах на двух сторонах на их сумму.
Оборудование, материалы
При выполнении оценки качества среды применяют следующие средства
измерений и другие технические средства:
 микроскоп бинокулярный 50-1350х ТУ 3-3-986, ТУ 3-3-777, ТУ 33.1911-89;
 лупа налобная ТУ 25-2015-0001-88;
 линейка на 10 см с ценой деления 1 мм ГОСТ 427-75;
 циркуль-измеритель ТУ 25-7203014-91
 пинцеты глазные ТУ 34-1-37-78;
 банки стеклянные для фиксации и хранения проб.
Ход работы
В качестве объекта исследований рекомендуются
земноводные:

Озерная лягушка - Rana ridibunda Pallas, 1771

Прудовая лягушка – Rana lessonae Camerano, 1882

Гибридная форма - Rana esculenta Linne, 1758

Травяная лягушка – Rana temporaria Linne, 1758
Для определения видов рекомендуется использовать:
следующие
Банников А.Г., Даревский И.С., Ищенко В.Г., Рустамов А.К., Щербак Н.Н.
Определитель земноводных и пресмыкающихся фауны СССР. М.: Просвещение, 1977. 414с.
30
Сбор материала. Для анализа следует брать особей в возрасте от одного
года и старше, так как большинство используемых морфологических признаков
формируются к этому возрасту и не подвержены дальнейшим возрастным
изменениям. Использование сеголеток может быть рекомендовано лишь для
сравнения с той же возрастной группой, поскольку к этому моменту не все из
исследуемых морфологических структур достигли дефинитивного состояния.
Сравниваемые выборки необходимо подбирать из животных сходного размера.
Рекомендуемый объем выборки - 20 особей.
Подготовка и хранение материала. Удобнее всего для анализа
использовать свежепойманный материал. По завершении измерений лягушек
выпускают.
Для анализа используют две группы признаков – меристические признаки
окраски и остеологии (рис. 2). При работе с группой европейских зеленых
лягушек - озерной лягушкой (Rana ridibunda), прудовой лягушкой (Rana
lessonae), гибридной формой (Rana esculenta) используются такие признаки как
число полос и пятен на бедре, голени и стопе, число пятен на спине, число белых
пятен на плантарной стороне второго, третьего и четвертого пальцев задней
конечности, число пор на плантарной стороне четвертого пальца задней
конечности, число зубов на межчелюстной кости и сошнике.
При проведении анализа следует учитывать ряд трудностей:
 Не учитывается мелкий крап.
 При работе с признаками 1-6, бывает трудно отличить пятно от полосы.
Полосой следует считать тот элемент рисунка, длина которого по крайней мере в
два раза превышает ширину.
 Пятна спины, расположенные между центральной линией и
дорзолатеральной железой следует учитывать от основания головы до
подвздошной кости, так как дальше часто располагается множество мелких
пятен, точный учет которых затруднителен.
 Следует учитывать только наиболее крупные поры на плантарной
поверхности четвертого пальца. Число таких пор обычно бывает не больше
пятнадцати.
 Место соединения межчелюстной кости и верхнечелюстной кости
определить достаточно легко, так как соединение это подвижно.
 При подсчете числа зубов следует помнить, что у амфибий происходит
смена зубов в связи с чем, одного или нескольких зубов может не хватать,
однако, это довольно легко определить по большому расстоянию между зубами.
Такой пропуск в зубном ряду следует учитывать как зуб.
31
Рисунок 2. Схема признаков европейских зеленых лягушек (Rana esculenta
complex): озерная лягушка - R. ridibunda Pallas; прудовая лягушка – R. Lessonae
Camerano; гибридная форма - R. esculenta L. для оценки стабильности развития.
1-13 – меристические признаки:
1 - число полос на дорзальной стороне бедра;
2 - число пятен на дорзальной стороне бедра;
3 - число полос на дорзальной стороне голени;
4 - число пятен на дорзальной стороне голени;
5 - число полос на стопе;
6 - число пятен на стопе;
7 - число пятен на спине;
8 - число белых пятен на плантарной стороне второго пальца задней конечности;
9 - число белых пятен на плантарной стороне третьего пальца задней конечности;
10 - число белых пятен на плантарной стороне четвертого пальца задней конечности;
11 - число пор на плантарной стороне четвертого пальца задней конечности;
12 - число зубов на межчелюстной кости;
13 - число зубов на сошнике.
Для учета признаков 8-13 необходим бинокуляр. Схема морфологических
признаков для травяной лягушки (Rana temporaria) приведена в Приложении 2.
32
Примечание.
Используя предлагаемый метод возможно проведение прижизненной
оценки. При этом следует исключить признаки остеологии (признаки 12, 13) и
признак 11 (рис. 2). Для получения достоверных результатов с помощью такой
системы признаков минимальный размер анализируемой выборки следует
увеличить до 30 особей.
Для счетных признаков величина асимметрии у каждой особи
определяется по различию числа структур слева и справа. Интегральным
показателем стабильности развития для комплекса счетных признаков является
средняя частота асимметричного проявления на признак. Этот показатель
рассчитывается как среднее арифметическое числа асимметричных признаков у
каждой особи, отнесенное к числу используемых признаков. В этом случае не
учитывается величина различия между сторонами, а лишь сам факт асимметрии.
За счет этого устраняется возможное влияние отдельных сильно отклоняющихся
вариантов. В таблице 3 дан пример расчета средней частоты асимметричного
проявления для 6 счетных признаков у 10 особей.
Таблица 3. Образец таблицы для обработки данных по оценке
стабильности развития с использованием счетных признаков
Номер признака
N особи
1
2
3
4
5
6
п л
п л
п л
п л
п л
п л
1
1–0
0-1
1–1
1-1
2–2
1-1
2
2–1
1-0
1–3
1-1
3–2
0-1
3
1–2
1-1
2–2
1-1
2-1
1-1
4
1–1
1-1
2–4
1-1
2-3
1-1
5
1–1
1-1
1–1
1-1
1-1
1-0
6
1–1
1-1
1–3
0-1
1-1
0-1
7
1–1
1-1
1–2
1-2
1-1
0-1
8
1–0
0-0
3–2
1-1
0-0
1-1
9
1–1
1-1
2-2
1-1
1-1
0-0
10
0–1
1-1
3-1
1-1
1-2
2-1
Средняя частота асимметричного проявления на признак
Показатель
А*
А/n
2
5
2
2
1
3
3
2
0
4
0,33
0,83
0,33
0,33
0,17
0,50
0,50
0,33
0
0,67
0,40±0,07
п, л – соответственно, значение признака справа и слева
*А - число асимметричных признаков
n – число признаков
Обработку небольших выборок (20-30 особей) можно производить
вручную, получая при этом обобщенный по всем признакам показатель, удобный
для сравнения с другими выборками. Статистическая значимость различий
между выборками по величине интегрального показателя стабильности развития
33
(частота асимметричного проявления на признак) определяется по t- критерию
Стьюдента.
Пятибалльная шкала оценки отклонений состояния организма от условной
нормы по величине интегрального показателя стабильности развития для
земноводных.
Балл
I
II
III
IV
V
Величина показателя
стабильности развития
0,50
0,50 - 0,54
0,55 - 0,59
0,60 - 0,64
0,64
Степень отклонения среды от нормы определяется по состоянию
населяющих ее живых организмов, которое, в свою очередь, определяется по
нарушению стабильности развития наиболее массовых (фоновых) видов и
оценивается по пятибалльной шкале:
Стабильность
Качество среды
развития в баллах
1-ый балл
- Условно нормальное
2-ой балл
- Начальные (незначительные) отклонения от нормы
3-ий балл
- Средний уровень отклонений от нормы
4-ый балл
- Существенные (значительные) отклонения от нормы
5-ый балл
- Критическое состояние
Стабильность развития как способность организма к нормальному
развитию (без нарушений и ошибок) является чувствительным индикатором
состояния природных популяций и позволяет оценивать суммарную величину
антропогенной нагрузки.
Оценка последствий антропогенного воздействия предполагает сравнение
модельных площадок, выделенных на территориях с разной степенью
антропогенного воздействия, либо путем сравнения выборок с одной и той же
площадки, собранных в разное время для выявления возможного ухудшения или
улучшения состояния организма.
Задание:
Ознакомиться с составом работ, подобрать водные объекты по отлову
лягушек и провести их отлов и измерения счетных признаков. В камеральных
условиях провести расчеты и сделать выводы о состоянии окружающей среды по
флуктуирующей асимметрии.
34
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
54
Размер файла
776 Кб
Теги
воздействия, биоиндикация, антропогенные
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа