Сезонные изменения интегрального показателя стабильности развития и жизненное состояние деревьев Betula pendula Roth. в условиях Уфимского промышленного центра

Автор: Тагирова Олеся Васильевна, Кулагин Алексей Юрьевич

Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc

Рубрика: Проблемы прикладной экологии

Статья в выпуске: 4-5 т.17, 2015 года.

Бесплатный доступ

Комплексное использование методов оценки жизненного состояния насаждений и показателей флуктуирующей асимметрии листьев в условиях Уфимского промышленного центра позволяет охарактеризовать состояние насаждений березы повислой (Betula pendula Roth.).

Промышленный центр, береза повислая, относительное жизненное состояние, флуктуирующая асимметрия, стресс-фактор

Короткий адрес: https://sciup.org/148203965

IDR: 148203965

Текст научной статьи Сезонные изменения интегрального показателя стабильности развития и жизненное состояние деревьев Betula pendula Roth. в условиях Уфимского промышленного центра

Вопросы оценки последствий антропогенных воздействий на окружающую среду и реакции биоты на загрязнение атмосферы, водных и почвенных ресурсов не теряют актуальности более 50 лет. Современные промышленные центры – это крупные города с индивидуальной историей становления, а специфика современного состояния обуславливается комплексом природно-климатических условий и социально-экономической обстановкой.

Одним из показателей комфортности жизни в современном городе выступает наличие естественных и искусственных зеленых насаждений. Для организации практических мероприятий по поддержанию городских лесных насаждений требуется универсальный методический комплекс по оценке состояния отдельных деревьев и насаждений. На сегодняшний день в качестве работоспособных зарекомендовали подходы, основанные на оценке относительного жизненного состояния древесных насаждений [1] и на оценке степени асимметричности организма разработана пятибалльная шкала отклонения от нормы [2, 4-7]. Следует отметить, что сопоставление данных об относительном жизненном состоянии древесных и изменений интегрального показателя стабильности развития растений до сих пор не выполнялись.

Одной из основных проблем промышленных центров являются выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, с чем связана деградация лесных насаждений, снижение продолжительности жизни отдельных деревьев и насаждений.

Уфимский промышленный центр (УПЦ) – насыщенный промышленными предприятиями город с населением 1071634 человек, где расположено свыше 700 предприятий. Объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в период с 2007 по 2013 годы снижаются (табл. 1).

Основной вклад в выбросы от стационарных источников вносят предприятия нефтеперерабатывающей промышленности (83,6%) и электроэнергетики (7,6%). Структура выбросов основных загрязнителей атмосферы свидетельствует о том, что основными загрязнителями атмосферы являются: бенз(а)пирен, взвешенные вещества, формальдегид, диоксид азота, оксид азота [3].

На территории УПЦ на сети пробных площадей (ПП) был проведен анализ относительного жизненного состояния насаждений и дендрохронологические исследования березы повислой (Betula pendula Roth). Установлено, что в условиях выраженного техногенного загрязнения насаждения березы относятся к категории «здоровые», «ослабленные» и «сильно ослабленные» [12-14].

Цель настоящего исследования – охарактеризовать сезонные изменения и соотношение показателей флуктуирующей асимметрии листьев и жизненного состояния деревьев березы в условиях УПЦ. В качестве базовых выбраны два насаждения, произрастающие в контрастных лесорастительных условиях (рис. 1).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

ПП1 расположена вблизи Новоуфимского нефтеперерабатывающего завода на территории Орджоникидзевского района общей площадью 14550,5 га. Площадь лесного фонда составляет 1800 га, озелененная территория района - 12,3%. На территории Орджоникидзевского района сосредоточено самое большое количество промышленных предприятий – 29.

Таблица 1. Объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в 2007–2013 гг., тыс.т

Годы

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

Всего по городу, в том числе

327,0

395,8

318,8

354,3

379,4

277,9

228,8

От стационарных источников

154,1

151,6

141,6

134,1

132,2

134,4

146,6

От транспортных средств

172,9

244,2

177,2

220,2

247,2

143,5

82,2

Таблица 2. Характеристика диагностических признаков и показатели жизненного состояния насаждений березы повислой Уфимского промышленного центра

№ ПП

Густота кроны, %

Наличие на стволе мертвых сучьев, %

Степень повреждения листьев, %

L n , %

1

55 - 65

20-40

30 - 40

54,5

11

85 - 90

10-15

5 -10

86,5

Таблица 3. Морфометрические признаки листовой пластины березы повислой на ПП1 и ПП11. Показатели асимметрии листовых пластин березы повислой за 2013 г.

Месяц

Величина асимметрии ПП1

Значение показателя асимметричности (баллы)

Величина асимметрии ПП11

Значение показателя асимметричности (баллы)

Июнь

0,064

5

0,042

2

Июль

0,067

5

0,047

3

Август

0,053

4

0,045

3

Сентябрь

0,054

4

0,040

2

Октябрь

0,065

5

0,053

4

Таблица 4. Морфометрический признак – ширина половинок листа (различия по 1-му признаку). Однофакторный дисперсионный анализ

Месяц

Среднее значение

Стандартное отклонение

Ошибка

Коэффициент вариации

Сумма

ПП 1

ПП 11

ПП 1

ПП 11

ПП 1

ПП 11

ПП 1

ПП 11

ПП 1

ПП 11

Июнь

0,04662

0,03479

0,03364

0,03091

0,003364

0,003091

72,16

88,86

4,662

3,479

Июль

0,044

0,03687

0,03783

0,03827

0,003783

0,003827

85,98

103,79

4,4

3,687

Август

0,04205

0,03922

0,02988

0,03263

0,002988

0,003263

71,07

83,20

4,205

3,922

Сентябрь

0,04

0,03302

0,02977

0,03059

0,002977

0,003059

74,43

92,63

4

3,302

Октябрь

0,05661

0,04008

0,03986

0,03937

0,003986

0,003937

70,42

98,23

5,661

4,008

Таблица 5. Морфометрический признак – ширина половинок листа (различия по 1-му признаку). T – тест

Месяц

P

Достоверность отличий

T-

критерий Стью

дента

df

M ± m

Различия между значениями

Доверительный интервал

Среднеквадратичное отклонение

ПП1

ПП11

Июнь

0,0103

есть

2,589

198

0,04662 ± 0,003364

0,03479 ± 0,003091

0,01183 ± 0,004569

0,002875

to 0,02079

0,03275

Июль

0,1867

нет

1,325

198

0,04400 ± 0,003783

0,03687 ± 0,003827

0,007130 ±

0,005381

-0,003417 to 0,01768

0,008789

Август

0,5232

нет

0,6396

198

0,04205 ± 0,002988

0,03922 ± 0,003263

0,002830 ±

0,004425

-0,005842 to 0,01150

0,002062

Сентябрь

0,1036

нет

1,635

198

0,04000 ± 0,002977

0,03302 ± 0,003059

0,006980 ±

0,004268

-0,001386 to 0,01535

0,01333

Октябрь

0,0036

есть

2,950

198

0,05661 ± 0,003986

0,04008 ± 0,003937

0,01653 ± 0,005603

0,005548 to 0,02751

0,04211

Таблица 6. Морфометрический признак – ширина половинок листа (различия по 1-му признаку). Параметрический статистический тест (F-критерий Фишера)

Месяц

F

DFn

DFc

P

Дисперсия (достоверность отличий)

Июнь

1,184

99

99

0,2007

нет

Июль

1,023

99

99

0,4549

нет

Август

1,192

99

99

0,1915

нет

Сентябрь

1,055

99

99

0,3944

нет

Октябрь

1,025

99

99

0,4509

нет

Таблица 7. Морфометрический признак - длина второй жилки второго порядка от основания листа (различия по 2-му признаку). Однофакторный дисперсионный анализ

Месяц

Среднее значение

Стандартное отклонение

Ошибка

Коэффициент вариации

Сумма

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

Июнь

0,0294

0,02105

0,02323

0,02505

0,002323

0,002505

79,01

119,01

2,94

2,105

Июль

0,03259

0,02557

0,02583

0,03193

0,002583

0,003193

79,26

124,86

3,259

2,557

Август

0,02735

0,02371

0,0216

0,0205

0,00216

0,00205

78,97

86,48

2,735

2,371

Сентябрь

0,02699

0,01825

0,01957

0,01503

0,001957

0,001503

72,53

82,37

2,699

1,825

Октябрь

0,02875

0,02667

0,02107

0,02787

0,002107

0,002787

73,28

104,48

2,875

2,667

Таблица 8. Морфометрический признак - длина второй жилки второго порядка от основания листа (различия по 2-му признаку). T-тест

Месяц

P

Достоверность отличий

T-критерий Стьюдент а

df

M ± m

Различия между значениями

Доверительный интервал

Среднеквадратичное отклонение

ПП1

ПП11

Июнь

0,0154

есть

2,444

198

0,0294 ± 0,002323

0,02105 ± 0,002505

0,008350 ±

0,003416

0,001654 to

0,01505

0,02929

Июль

0,0889

нет

1,709

198

0,03259 ± 0,002583

0,02557 ± 0,003193

0,007020 ±

0,004107

-0,001029 to 0,01507

0,01454

Август

0,2231

нет

1,222

198

0,02735 ± 0,002160

0,02371 ± 0,002050

0,003640 ±

0,002978

-0,002197 to 0,009477

0,007488

Сентябрь

0,0005

есть

3,541

198

0,02699 ± 0,001957

0,01825 ± 0,001503

0,008740 ±

0,002468

0,003903 to

0,01358

0,05956

Октябрь

0,5522

нет

0,5954

198

0,02875 ± 0,002107

0,02667 ± 0,002787

0,002080 ±

0,003493

-0,004767 to 0,008927

0,001787

Таблица 9. Морфометрический признак - длина второй жилки второго порядка от основания листа (различия по 2-му признаку) Параметрический статистический тест (F-критерий Фишера)

Месяц

F

DFn

DFc

P

Дисперсия (достоверность отличий)

Июнь

1,163

99

99

0,227

нет

Июль

1,528

99

99

0,0181

есть

Август

1,110

99

99

0,3028

нет

Сентябрь

1,696

99

99

0,0046

есть

Октябрь

1,750

99

99

0,0029

есть

Таблица 10. Морфометрический признак – расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка (различия по 3-му признаку). Однофакторный дисперсионный анализ

Месяц

Среднее значение

Стандартное отклонение

Ошибка

Коэффициент вариации

Сумма

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

ПП1

ПП 11

Июнь

0,1316

0,07022

0,09599

0,05333

0,009599

0,005333

77,95

75,94

13,16

7,022

Июль

0,1444

0,08449

0,09187

0,06706

0,009187

0,006706

63,61

79,37

14,44

8,449

Август

0,1051

0,08058

0,07442

0,06685

0,007442

0,006685

70,84

82,96

10,51

8,058

Сентябрь

0,1091

0,08366

0,0829

0,07188

0,00829

0,007188

75,97

85,92

10,91

8,366

Октябрь

0,1351

0,1075

0,07343

0,09439

0,007343

0,009439

54,35

87,77

13,51

10,75

Таблица 11. Морфометрический признак – расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка (различия по 3-му признаку). T-тест

Месяц

P

Достоверность отличий

T-

крите рий Стью

дента

df

M ± m

Различия между значениями

Доверительный интервал

Среднеквад

-ратичное отклонение

ПП1

ПП11

Июнь

<0,0001

есть

5,589

198

0,1316 ± 0,009599

0,07022 ± 0,005333

0,06137 ± 0,01098

0,03985 to 0,08289

0,1363

Июль

<0,0001

есть

5,269

198

0,1444 ± 0,009187

0,08449 ± 0,006706

0,05993 ± 0,01137

0,03764 to 0,08222

0,123

Август

0,0153

есть

2,446

198

0,1051 ± 0,007442

0,08058 ± 0,006685

0,02447 ± 0,01000

0,004863 to 0,04408

0,02933

Сентябрь

0,0214

есть

2,319

198

0,1091 ± 0,008290

0,08366 ± 0,007188

0,02545 ± 0,01097

0,003944 to 0,04696

0,02645

Октябрь

0,0221

есть

2,306

198

0,1351 ± 0,007343

0,1075 ± 0,009439

0,02758 ± 0,01196

0,004140 to 0,05102

0,02616

Таблица 12. Морфометрический признак – расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка (различия по 3-му признаку).

Параметрический статистический тест (F-критерий Фишера)

Месяц

F

DFn

DFc

P

Дисперсия (достоверность отличий)

Июнь

3,240

99

99

<0,0001

есть

Июль

1,877

99

99

0,001

есть

Август

1,239

99

99

0,1437

нет

Сентябрь

1,330

99

99

0,0789

нет

Октябрь

1,652

99

99

0,0066

есть

Таблица 13. Морфометрический признак – расстояние между концами первой и второй жилок второго порядка (различия по 4-му признаку). Однофакторный дисперсионный анализ

Месяц

Среднее значение

Стандартное отклонение

Ошибка

Коэффициент вариации

Сумма

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

Июнь

0,07041

0,05781

0,05525

0,06183

0,005525

0,006183

78,47

106,95

7,041

5,781

Июль

0,0735

0,05881

0,05291

0,08081

0,005291

0,008081

71,99

137,41

7,35

5,881

Август

0,06061

0,05639

0,04406

0,0457

0,004406

0,00457

72,69

81,05

6,061

5,639

Сентябрь

0,06647

0,04675

0,04812

0,03704

0,004812

0,003704

72,39

79,23

6,647

4,675

Октябрь

0,0723

0,06583

0,05852

0,05673

0,005852

0,005673

80,94

86,17

7,23

6,583

Таблица 14. Морфометрический признак – расстояние между концами первой и второй жилок второго порядка (различия по 4-му признаку). T-тест

Месяц

P

Достоверность отличий

T- критерий Стьюдента

df

M ± m

Различия между значениями

Доверительный интервал

Среднеквадратичное отклонение

ПП1

ПП11

Июнь

0,1302

нет

1,520

198

0,07041 ± 0,005525

0,05781 ± 0,006183

0,01260 ± 0,008292

-0,003652 to 0,02885

0,01153

Июль

0,1299

нет

1,521

198

0,0735 ± 0,005291

0,05881 ± 0,008081

0,01469 ± 0,009659

-0,004242 to 0,03362

0,01155

Август

0,507

нет

0,6648

198

0,06061 ± 0,004406

0,05639 ± 0,004570

0,004220 ± 0,006348

-0,008223 to 0,01666

0,002227

Сентябрь

0,0014

есть

3,247

198

0,06647 ± 0,004812

0,04675 ± 0,003704

0,01972 ± 0,006073

0,007818 to 0,03162

0,05057

Октябрь

0,4282

нет

0,7939

198

0,0723 ± 0,005852

0,06583 ± 0,005673

0,006470 ±

0,008150

-0,009504 to 0,02244

0,003173

Таблица 15. Морфометрический признак – расстояние между концами первой и второй жилок второго порядка (различия по 4-му признаку). Параметрический статистический тест (F-критерий Фишера)

Месяц

F

DFn

DFc

P

Дисперсия (достоверность отличий)

Июнь

1,252

99

99

0,1323

нет

Июль

2,332

99

99

<0,0001

есть

Август

1,076

99

99

0,3579

нет

Сентябрь

1,688

99

99

0,0049

есть

Октябрь

1,064

99

99

0,3789

нет

Рассмотренные различия дисперсий сравниваемых групп (ПП1 и ПП11) с помощью F–критерия показали, что различия явно выражены в следующих месяцах: июне и июле (табл. 18).

Соответственно при обнаружении различий по двум критериям (t и F) было выделено два месяца: t - июнь и F - июль.

При анализе полученных данных с помощью непарного критерия Стьюдента при выявлении различий признаков в течение вегетационного периода наибольшее количество признаков выявлено

в июне месяце. Однако, проявление 4-го признака (расстояние между концами первой и второй жилок второго порядка) происходит только в сентябре месяце, тогда как другие признаки в течение исследований то появляются, то исчезают (табл. 19).

Рассмотренные различия дисперсий сравниваемых групп (ПП1 и ПП11) с помощью F-критерия показали, что различия явно выражены в июле месяце (по 2-му, 3-му, 4-му, 5-му признакам). Тогда, как первый признак практически не проявляется на протяжении вегетационного периода (табл. 20).

Таблица 16. Морфометрический признак – угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка (различия по 5-му признаку). Однофакторный дисперсионный анализ

Месяц

Среднее значение

Стандартное отклонение

Ошибка

Коэффициент вариации

Сумма

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

ПП1

ПП11

Июнь

0,03995

0,02751

0,03528

0,0285

0,003528

0,00285

88,32

103,60

3,995

2,751

Июль

0,03965

0,03009

0,02931

0,03488

0,002931

0,003488

73,93

115,93

3,965

3,009

Август

0,03134

0,02558

0,02933

0,02719

0,002933

0,002719

93,59

106,31

3,134

2,558

Сентябрь

0,02696

0,02074

0,0251

0,0244

0,00251

0,00244

93,11

117,66

2,696

2,074

Октябрь

0,0318

0,0255

0,02868

0,02522

0,002868

0,002522

90,17

98,92

3,18

2,55

Таблица 17. Морфометрический признак – угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка (различия по 5-му признаку). T-тест

Месяц

P

Достоверность отличий

T-критерий Стьюдента

df

M ± m

Различия между значениями

Доверительный интервал

Среднеквадратичное отклонение

ПП1

ПП11

Июнь

0,0067

есть

2,743

198

0,03995 ± 0,003528

0,02751 ± 0,002850

0,01244 ± 0,004536

0,003550 to 0,02133

0,0366

Июль

0,0372

есть

2,098

198

0,03965 ± 0,002931

0,03009 ± 0,003488

0,009560 ±

0,004556

0,0006294 to 0,01849

0,02175

Август

0,1514

нет

1,440

198

0,03134 ± 0,002933

0,02558 ± 0,002719

0,005760 ±

0,004000

-0,002080 to 0,01360

0,01037

Сентябрь

0,0771

нет

1,777

198

0,02696 ± 0,002510

0,02074 ± 0,002440

0,006220 ±

0,003501

-0,0006416 to 0,01308

0,01569

Октябрь

0,1006

нет

1,650

198

0,0318 ± 0,002868

0,0255 ± 0,002522

0,006300 ±

0,003819

-0,001185 to 0,01379

0,01356

Таблица 18. Морфометрический признак – угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка (различия по 5-му признаку).

Параметрический статистический тест (F-критерий Фишера)

Месяц

F

DFn

DFc

P

Дисперсия (достоверность отличий)

Июнь

1,533

99

99

0,0174

есть

Июль

1,416

99

99

0,0425

есть

Август

1,163

99

99

0,2264

нет

Сентябрь

1,058

99

99

0,3897

нет

Октябрь

1,292

99

99

0,1019

нет

Таблица 19. Анализ с использованием непарного критерия Стьюдента

Признак

Июнь

Июль

Август

Сентябрь

Октябрь

1

+

^—

^—

^—

+

2

+

^—

^—

+

^—

3

+

+

+

+

+

4

^—

^—

^—

+

^—

5

+

+

^—

^—

^—

Таблица 20. Различия дисперсий сравниваемых групп (ПП1 и ПП 11) с помощью F-критерия

Признак

Июнь

Июль

Август

Сентябрь

Октябрь

1

^—

^—

^—

^—

^—

2

^—

+

^—

+

+

3

+

+

^—

^—

+

4

^—

+

^—

+

^—

5

+

+

^—

^—

^—

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ результатов исследований свидетельствует о том, что сезонная динамика формирования листа березы повислой (Betula pendula Roth) нарушена. Лист формируется с отклонениями, что характеризует реакцию растений на стресс-факторы промышленной зоны.

К числу наиболее информативных следует отнести 3 признак листовой пластинки березы повислой (Betula pendula Roth.) – расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка.

Комплексное использование методов оценки жизненного состояния насаждений (деревьев) и показателей флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой (Betula pendula Roth) дает возможность получить адекватную картину сезонных изменений состояния деревьев в условиях Уфимского промышленного центра.

Исследования выполнены при поддержке Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Биологические ресурсы» (20122013 гг.); гранта РФФИ №11-04-97025, гранта Академии наук Республики Башкортостан № 40/30-П (2011-2013 гг.), гранта МОН РФ №01201276782 (2012-2013 гг.).

Список литературы Сезонные изменения интегрального показателя стабильности развития и жизненное состояние деревьев Betula pendula Roth. в условиях Уфимского промышленного центра

  • Алексеев В.А. Некоторые вопросы диагностики и классификации поврежденных загрязнением лесных экосистем//Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение. Л.: Наука, 1990. -С.38-54.
  • Беляева Ю.В. Показатели флуктуирующей асимметрии Betula pendula Roth в условиях антропогенного воздействия (на примере Г.О. Тольятти)//Известия Самарского научного центра РАН. 2013. Т. 15. № 3(7). -С.2196-2200.
  • Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2013 году. Уфа: МПР РБ, 2014. -336 с.
  • Захаров В.М. Асимметрия животных (популяционно-феногенетический подход). М.: Наука, 1987. -161 с.
  • Захаров В.М., Баранов А.С., Борисов В.И., Валецкий А.В., Кряжева Н.Г., Чистякова Е.К., Чубинишвили А.Т. Здоровье среды: методика оценки. М.: Центр экологической политики России. 2000. -68 с.
  • Захаров В.М., Кларк Д.М. (ред). Биотест: Интегральная оценка здоровья экосистем и отдельных видов. Московское отделение Международного фонда «Биотест». М., 1993. -68 с.
  • Захаров В.М., Крысанов Е.Ю. (ред.). Последствия Чернобыльской катастрофы: Здоровье среды. М., 1996. -170 с.
  • Клейн Р.М., Клейн Д.Т. Методы исследования растений. М.: Колос, 1974. -527 с.
  • Методы изучения лесных сообществ/Андреева Е.Н., Баккал, И.Ю., Горшков В.В. и др. СПб.: НИИХимии СпбГУ, 2002. 240 с.
  • Методы фенологических наблюдений при ботанических исследованиях. М.-Л.: Наука, 1966. -103 с.
  • Сукачев В.Н. Программа и методика биогеоценологических исследований. М.: Наука, 1966. -333 с.
  • Тагирова О.В., Кулагин А.Ю. Современное состояние и перспективы расширения лесных насаждений зеленой зоны Уфимского промышленного центра//Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13. № 5(2). С. 235-238.
  • Тагирова О.В., Кулагин А.Ю. Эколого-биологическая характеристика и перспективы использования древесных растений в насаждениях г.Уфы//Труды института биоресурсов и прикладной экологии. Выпуск 10. Оренбург: Изд-во ОГПУ, 2012. -С.102-110.
  • Кулагин А.Ю., Тагирова О.В. Экологические аспекты природопользования в Уфимском промышленном центре (Республика Башкортостан)//Поволжский экологический журнал. №1. 2014. -С.67-73.
Еще
Статья научная