К ОЦЕНКЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ В ГОРОДЕ ГОРНО-АЛТАЙСКЕ

Работа выполнена в рамках проекта РФФИ №16-45-040158.

На основе анализа уровня флуктуирующей асимметрии листовой пластины березы повислой Betula pendula Roth. проведена оценка уровня загрязненности среды в городе Горно-Алтайске.

Ключевые слова: биоиндикация, флуктуирующая асимметрия, береза повислая, загрязнение, Горно-Алтайск.

Оценка качества среды в условиях населенных пунктов одна из принципиальных задач современного экологического мониторинга. В рамках данного направления разработано множество разнообразных подходов, среди которых видное место принадлежит методам биологической индикации, в том числе, методам измерения флуктуирующей асимметрии. Стабильность развития, оцениваемая по уровню флуктуирующей асимметрии, – представляет собой чувствительный индикатор состояния природных популяций, а сама методика признана Министерством природных ресурсов РФ в качестве нормативной [1].

Цель представленной работы – на основе анализа уровня флуктуирующей асимметрии листовой платины березы повислой Betula pendula Roth. дать оценку экологического состояния г. Горно-Алтайска.

Материал и методы

Первичная обработка материала включала измерения листа березы повислой (Betula pendula Roth) по следующим параметрам:

1. ширина левой и правой половинок 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.

Листья березы повислой собраны в июле 2017 года после остановки периода роста. На каждой ключевой точке собирали по 30 листьев. Материал собран на следующих точках города: улица Титова; парк Победы; территория Горно-Алтайского госуниверситета; берег реки Майма возле Автовокзала; Национальная библиотека; остановка “Родник”; школа № 1; площадь Ленина; Администрация города; улица Байат; улица Дубовая роща; улица Колхозная; улица Солнечная; улица Красногвардейская; микрорайон “Гардинка”.

В качестве статистической основы анализа применен метод главных компонент [2]. Компоненты рассматривались как интегральные характеристики, на основе которых для каждой выборки рассчитывались средние, их ошибки и достоверность различий.

Результаты и обсуждение

Анализ изменчивости и степени асимметрии листьев Betula pendula рассмотрен в компонентном пространстве (рис. 1). Все исходные признаки вносят в первую главную компоненту сравнительно равный положительный вклад, что позволяет ее интерпретировать как размерную переменную, отражающую изменчивость линейных величин листа.

Рисунок 1. Распределение центроидов Betula pendula в пространстве первой и второй главных компонент

Условные обозначения: АВ – Автовокзал; АД – администрация города Горно-Алтайска; ГА – Горно-Алтайский госуниверситет; ГД – микрорайон «Гардинка»;БТ – остановка Байат; ДР – улица Дубовая роща; ПП – на территории Парк Победы; ПЛ – Площадь Ленина; ТТ – улица Титова; РД – остановка «Родник»; СЛ – улица Солнечная; НБ – Национальная библиотека; КР – улица Красногвардейская; КЛ – улица Колхозная; ШК – школа №1. Центроиды левой половины листа показаны черным цветом, центроиды правой - белым цветом.

Первая главная компонента снимает 45,64 % исходной дисперсии. В направлении возрастания ее значений наблюдаются существенные различия между выборками. Наиболее крупные размеры свойственны листьям березы растущей вблизи университета (рис. 1). Приведенные растения значительно моложе прочих объектов исследования из других участков города. Все это вероятно и обуславливает дистанцию в линейных величинах листьев Betula pendula. Наименьшими размерами характеризуется береза, растущая у администрации и вблизи школы №1.

Иными словами, первая главная компонента в большей степени отражает возрастной показатель исследованных выборок. Различия между половинами листа для каждого из участков не существенны.

Принципиально по-иному распределены центроиды объектов вдоль плоскости значений второй главной компоненты. Доля приходящейся на нее дисперсии составляет 24,94 %. Центроиды некоторых выборок березы образуют четкую агрегацию в области положительных значений переменной. Указанные участки характеризуют периферию города, удаленную от главных артерий и центра города, где сосредоточен основной массив как транспорта, так людей. В качестве примера можно назвать улицы Титова, Колхозная, парк Победы – относительно экологически чистые районы города. Анализ максимальных вкладов признаков во вторую компоненту показывает, что в подобных оптимальных условиях листья березы в среднем имеют больший угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка (табл. 1).

Таблица 1.

Вклады признаков в главные компоненты (х1000)

Второе облако центроидов образуют представители, растущие возле национальной библиотеки, родника и площади Ленина. Выборки правой и левой половины слабо различаются между собой, практически формируя единую область значений. Указанные исследованные ключевые участки располагаются ближе к центру города, испытывая несколько большую антропогенную нагрузку, в тоже время, оставаясь достаточно экологически чистыми территориями.

Третью агрегацию формируют участки “Администрация” и “Школа №1”. Данная территория по объективным причинам испытывает огромный пресс со стороны человека. По факту это центр города с огромным потоком автотранспорта и скоплением людей.  Максимальная антропогенная нагрузка негативно сказывается на экологии и проецируется на живые объекты. Растения в среднем имеют относительно большее расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка (табл. 1).

Еще более неблагоприятный экологический фон складывается для района госуниверситета. Практически постоянный поток машин к тому же близкое расположение университета с городским рынком и важными учреждениями (суд, сбербанк, поликлиника). Все это формирует огромный пресс со стороны человека на живые объекты и отражается на фенооблике популяций.

Рисунок 2. Пункты наблюдения за загрязнением воздуха

Условные обозначения: зеленый цвет – места с минимальным показателем загрязнения; синий цвет – места с небольшим загрязнением; красный цвет – места с высоким уровнем загрязнения; черный цвет – пункт с максимальным показателем загрязнения.

Результаты исследования наглядно проиллюстрированы на рисунке 2. Наибольшее опасение вызывает центр г. Горно-Алтайска. Негативно на экологии города сказываются и крупные транспортные артерии. В совокупности ухудшение экологической обстановки обуславливает направленные фенотипические реакции Betula pendula в виде изменения корреляционной структуры листа. Значительно чище периферия (к примеру; улица Титова, Солнечная, Колхозная, и др.). Для этих участков характерна меньшая антропогенная нагрузка и как следствие этого совпадающие пропорции листа у всех исследованных точек с окраин города. Исследования экологического состояния среды в г. Горно-Алтайске, несомненно, нужно проводить и в дальнейшем и они никогда не теряют своей актуальности. Постоянный экологический мониторинг среды Республики Алтай имеет принципиальное значение как для одного из важного центра рекреации в Российской Федерации.

Список литературы:

1. Захаров В.М., Баранов А.С., Борисов В.И. и др. Здоровье среды: методика оценки. – М.: Центр экологической политики России, 2000. – 318 с.
2. Ефимов В.М., Ковалева В.Ю. Многомерный анализ биологических данных: учеб. пособие. 2-е изд., испр. и доп. - СПб., 2008. – 86 с.