ПР_Асс_бланк

Экологические основы ландшафтного проектирования

Практическая работа по теме «Морфологический анализ состояния растений. Асимметрия листовых пластинок как индикатор условий природной среды»

Биоиндикация — оценка качества природной среды по состоянию живых объектов. В качестве индикаторов могут выступать живые системы различного уровня: клетки, организмы, популяции, сообщества. Биоиндикация основана на наблюдении за составом и численностью видов-индикаторов.

Метод морфологического анализа включает анализ внешнего состояния насаждений, используется при изучении развития древостоев и их устойчивости к промышленным поллютантам и другим стрессовым факторам. (Амосова, И. Б. Асимметрия листовой пластинки березы повислой у особей разного возрастного состояния в пригородных лесах г. Архангельска / И. Б. Амосова, П. А. Феклистов // Лесной журнал. – 2010. – № 2. – С. 60‑66.)

Измеряются основные морфометрические показатели.

Для оценки стрессового воздействия внешней среды исследуется флюктуирующая асимметрия – случайное небольшое отклонение по любому признаку двусторонне симметричного организма (органа). Повышение частоты отклонений от симметрии чаще всего вызвано локальными загрязнениями и жесткими климатическими условиями.

У растений наиболее удобным органом с двусторонней симметрией является лист (листовые пластинки). Их морфометрические показатели измеряют в полностью развитом состоянии, когда рост листовой пластинки закончился.

Асимметрию листовых пластинок можно изучать по множеству разных признаков, измеряя их показатели с левой и правой стороны листа. Для березы повислой (см. рисунок) обычно изучают:

Параметры измерений листовой пластинки.

1) ширина половины листа; 2) длина жилки второго (или любого другого) порядка; 3) расстояния между основаниями первой и второй жилок; 4) расстояния между концами первой и второй жилок; 5) угол между главной и второй от основания жилками.

Для каждого листа вычисляется относительное различие между значениями всех признаков с правой и левой стороны по формуле:

Y = (L - R) / (L + R),

L и R – показатели левой и правой стороны листа.

В результате получается столько значений Y, сколько признаков мы рассматривали.

Далее находят среднее относительное различие между сторонами по всем признакам (по совокупности признаков) для каждого листа по формуле:

Z = (Y₁+Y₂+Y₃+ … +Y_N) / N,

N – число признаков

Далее определяют среднее относительное различие между сторонами по совокупности признаков для выборки (общее для всех изученных листочков), по формуле:

X_ср = (Z₁ +Z₂ +Z₃+…+Z_n) / n,

n –число значений Z, число листьев.

Состояние насаждения оценивается по специально разработанным придержкам. Для березы повислой, например, существует пятибалльная шкала стабильности В.М. Захарова:

I – условная норма (X_ср < 0,040);

II – относительная норма (0,040…0,044);

III – средние нарушения (0,045…0,049);

IV – существенные нарушения (0,050…0,054);

V – критическое состояние (> 0,054)

Нужно помнить, что для разных видов норма асимметрии может быть различна.

Всегда можно сравнивать показатели насаждений, произрастающих в различных по напряженности условиях между собой и с контрольными, условно оптимальными условиями.

Можно оценить степень стабильности различных признаков в пределах одного насаждения.

При исследовании стабильности признаков листовых пластинок нужно обязательно учитывать возрастное и жизненное состояние деревьев, с которых собраны листья. Измеряется высота и диаметр учетных деревьев, описываются имеющиеся повреждения, усыхание ветвей кроны и другие признаки.

Степень напряженности условий также можно оценить по степени изменчивости признаков, сравнивая коэффициенты вариации между собой и с разработанными градациями.

Для качественной характеристики степени изменчивости признаков удобно использовать эмпирическую шкалу С. А. Мамаева (Мамаев, С. А. Основные принципы методики исследования внутривидовой изменчивости древесных растений / С. А. Мамаев // Индивидуальная и эколого-географическая изменчивость растений : сб. статей. – Свердловск : УНЦ АН СССР, 1975. – С. 3 14.)

Уровень изменчивости:	Коэффициент вариации:
очень низкий	C < 7%
низкий	8 – 12%
средний	13 – 20%
повышенный	21 – 30%
высокий	31 – 40%
очень высокий	>40%

Порядок выполнения работы

Используем метод морфологического анализа для оценки стрессового воздействия городской среды на состояние растений на примере черемухи Маака в условиях г. Екатеринбурга. Исследуем асимметрию листовых пластинок по трем признакам: ширина листовой пластинки, длина 4-й от основания жилки 2-го порядка и угол между главной и 4й от основания жилками.

Обязательно с конвертика записываем себе все указанные данные о состоянии дерева: диаметр, возраст, санитарное состояние и т.п.

Для удобства измерений будем располагать измеряемые листочки нижней стороной вверх (так лучше видно

В таблицу 1 по каждому листочку заносим длину листовой пластинки по главной жилке; ширину листовой пластинки (по самому широкому месту), справа и слева от главной жилки; длину 4-й от основания жилки 2-го порядка, справа и слева от главной жилки; угол между главной и 4й от основания жилками, справа и слева от главной жилки.

Таблица 1. Морфометрические показатели листовых пластинок черемухи Маака в г. Екатеринбурге.

№ листа	Длина листовой пластинки	Ширина листовой пластинки			Длина 4-й от основания жилки 2-го порядка		Угол между главной и 4-й от основания жилками
		L	R	общая	L	R	L	R
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

В таблице 2 для каждого листа вычисляем относительное различие между значениями всех признаков с правой и левой стороны, находим среднее относительное различие между сторонами по всем признакам

В качестве показателя формы листьев рассчитываем отношение длины листовой пластинки к ее ширине (в самом широком месте)

Таблица 2. Показатели асимметрии листовых пластинок черемухи Маака в г. Екатеринбурге.

№ листа	Отношение длины листовой пластинки к ее ширине	Относительное различие между значениями ширины с правой и левой стороны	Относительное различие между значениями длина 4-й от основания жилки с правой и левой стороны	Относительное различие между значениями угла между главной и 4й от основания жилками с правой и левой стороны	Среднее относительное различие между сторонами по совокупности признаков
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

В итоге определяем среднее относительное различие между сторонами по совокупности признаков для выборки (общее для всех изученных листочков).

По всем столбцам таблиц 1 и 2 делаем описательную статистику (с помощью MS Excel), вычисляем коэффициенты вариации и оцениваем изменчивость признаков по эмпирической шкале С. А. Мамаева.

По окончании расчетов, все полученные коэффициенты нужно сравнить с результатами коллег по группе (это мы будем делать все вместе).

Оценка изменчивости длины и ширины листовых пластинок черемухи Маака в г. Екатеринбурге.

Для характеристики изменчивости признаков используют дисперсию, среднее квадратическое отклонение и коэффициент вариации. Эти показатели тесно связаны между собой.

Для расчетов дисперсии, среднего квадратического отклонения и коэффициента вариации используем таблицу 3.

Таблица 3. Расчет дисперсии по длине и ширине листовых пластинок.

№ листа	Длина листовой пластинки	отклонение от ср.арифм	квадрат отклонения от ср.арифм	Ширина листовой пластинки	отклонение от ср.арифм	квадрат отклонения от ср.арифм
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Σ
Ср. арифм.		X	X		X	X