Глава 7. Оценка качества среды в долине туймаада

7.1. Оценка качества среды в долине Туймаада по показателям стабильности развития растений

Стабильность развития является чувствительным индикатором состояния природных популяций и позволяет оценивать суммарную величину антропогенного воздействия. Оптимальное протекание процессов развития поддерживается сложной системой буферных гомеостатических механизмов. Нарушение гомеостаза развития выражается в изменении различных параметров функционирования живых систем. Используемая система включает широкий спектр независимых друг от друга методов, с помощью которых проводится разносторонняя оценка гомеостаза. Их скореллированный отклик служит надежным свидетельством изменения состояния организма. Сходство ответов, выявляемых для разных видов, обеспечивает надежную оценку изменения состояния экосистемы (Захаров, 1981). Оценить стабильность индивидуального развития можно с применением разных подходов – морфогенетического, цитогенетического, биохимического, иммунологического и т.п.

Главными показателями изменений гомеостаза с морфологической точки зрения являются показатели флуктуирующей асимметрии (ФА). Под флуктуирующей асимметрией понимают мелкие ненаправленные отклонения от идеального симметричного состояния, не имеющие самостоятельного адаптивного значения и возникающие как результат случайных ошибок развития в ходе онтогенеза, прежде всего - пренатального (Van Valen, 1962; Захаров, 1987). Частота и значимость таких случайностей, а также и устойчивость к ним зависят как от генотипов особей, так и от воздействий среды, которые могут нарушать стабильность развития (Leаry, Allendorf, 1989; Leary et al., 1983, 1992; Zakharov, Sikorsky, 1997). При нормальных условиях их уровень минимален, но возрастает при любом стрессирующем воздействии, что и приводит к повышению асимметрии (Palmer, Strobeck, 1986; Захаров, 1987; Parsons, 1990, 1992).

Морфогенетический подход при правильном применении позволяет выявить отклонения от нормы на самых ранних этапах воздействия на экосистему, до того как трансформации приобретают необратимый наследственный характер, то есть до наступления экологической катастрофы, что особенно ценно при прикладных природоохранных исследованиях. При оценке состояния окружающей среды крайне важно охватывать максимально широкий спектр организмов, составляющих различные уровни экологической структуры экосистемы.

Указанная методика хорошо зарекомендовала себя при оценке последствий аварии на Чернобыльской АЭС (Последствия Чернобыльской катастрофы…, 1996), в зоне влияния разных химических предприятий (Захаров и др., 2000 а). В Якутии этот метод удачно применялся при биоиндикации состояния окружающей среды в Центральной, Южной и Северо-Восточной Якутии (Вольперт и др., 1998 а, б; Шадрина и др., 1999).

Методика сбора и обработки материала. Для определения степени нарушения стабильности развития была выбрана береза плосколистная (Betula platyphylla).

Выбор объекта объясняется достаточно широким распространением на территории долины Туймаады. Кроме того, нам представлялось первостепенно важным оценить состояние среды в конкретных локальных точках, расположенных на территории г. Якутска и его окрестностей. Для таких целей наиболее удобно использование объектов, ведущих прикрепленный образ жизни. В этом случае их состояние отражает, прежде всего, загрязнение конкретного локального местообитания. Кроме того, растения являются чувствительным объектом, позволяющим оценивать комплекс воздействий, характерный для данной территории в целом, поскольку ассимилируют вещества и подвержены прямому воздействию одновременно из двух сред - почвы и воздуха. Выбор именно древесного вида обусловлен многолетием и, как следствие, способностью отражать долговременные воздействия тех или иных факторов. Для оценки показателя флуктуирующей асимметрии использовали лист как орган, обладающий билатеральной симметрией. Это оправдывается также большой экологической восприимчивостью данного органа (Кузьмин и др., 1989).

Сбор материала проводился согласно методике (Захаров и др., 2000 б). Листья в количестве по 10 штук с 10 деревьев в каждой точке собирались с укороченных побегов нижней части кроны у деревьев генеративного возраста, растущих в условиях примерно одинаковой освещенности, фиксировались в 70 %-ном спирте, что предотвращало деформацию листовой пластинки и позволило проводить измерения в разное время.

Показатель ФА определяли по асимметрии листовой пластинки (Чистякова и др., 1996). Были выбраны признаки, характеризующие общие морфологические особенности листа, удобные для учёта и дающие возможность однозначной оценки. С каждого листа бралось по 5 промеров на левой и правой сторонах листа.

Листья промерялись в программе Photoshop-5, после сканирования, точность линейных промеров составила 0,1 мм, угловых – 0,1◦.

Величина флуктуирующей асимметрии у растений оценивалась с помощью интегрального показателя – величины среднего относительного различия на признак (средняя арифметическая отношения разности к сумме промеров листа слева и справа, отнесенная к числу признаков).

Для анализа показателей стабильности развития использовали общепринятые статистические параметры – величину средней арифметической, ее ошибку, дисперсию признака. Для выявления статистической значимости различий использовали t-критерий Стьюдента (Плохинский, 1962; Лакин, 1980).

Оценка состояния среды в долине Туймаада. Ранее мы отмечали, что по показателям нарушения стабильности развития состояние биотической составляющей в пределах таежной зоны долины Лены можно охарактеризовать как благополучное (Шадрина и др., 2001).

Но при этом надо отметить, что на фоне относительно благополучного состояния основных компонентов наземных экосистем обращают на себя внимание существенные отклонения от нормы в пределах долины Туймаады. Мы считаем, что здесь на биоценозы воздействует комплекс факторов, но основное внимание уделено внимание трем очагам – это Кангаласский угольный разрез, Жатайская нефтебаза и территория г. Якутска.

На территории г. Якутска действует комплекс факторов, в частности, загрязнения, связанные с работой автотранспорта, промышленных предприятий, свалок бытовых отходов. Нами обследовано несколько точек, расположенных в непосредственной близости от дорог, свалки, промышленных объектов. В качестве контроля мы рассматривали листья, собранные с деревьев, произраставших в благоприятных биотопах на удалении от города и дорог в направлении Маганского и Покровского тракта.

В естественных условиях у молодых деревьев генеративного возраста величина интегрального показателя ФА составила 0,044-0,045 (рис. 7.1.1). По нашим данным, такой величиной характеризуются растения, произрастающие в благоприятных условиях. Сходными величинами показателя ФА характеризуются деревья, произрастающие в рекреационной зоне г. Якутска, например, во дворах дачного массива Хатын-Юрях. При этом даже в таком слабо загрязненном месте можно отметить, что поблизости от проезжей части дороги нарушения стабильности развития выражены сильнее, что и проявляется в некотором повышении показателя асимметрии (рис. 7.1.1).

Еще резче нарушения морфологических структур листа выражены на территории города, особенно на центральных улицах г. Якутска (проспект им. Ленина, ул. им. Чиряева).

При этом надо отметить, что даже в центре города величина показателя асимметрии у деревьев, растущих на расстоянии 5-10 м от проезжей части, была выше, чем у берез, растущих поодаль. Мы считаем, что это отражает, прежде всего, снижение концентрации выхлопных газов, влияющих на качество среды в окрестностях автотрасс. На менее оживленных улицах показатель ФА также повышен по сравнению с контрольными биотопами (рис. 7.1.2), причем для большинства точек различия статистически значимы. Повышение величины асимметричных проявлений отмечено также на обочинах трасс вокруг города.

Таким образом, мы считаем, что загрязнения, связанные с работой автотранспорта зачастую сказываются в непосредственной близости от дорог и по обочинам наиболее оживленных магистралей, что хорошо прослеживается при анализе показателей ФА березы плосколистной, растущей на газонах и вдоль дорог в разных частях города и его окрестностей.

Неблагоприятным воздействием на качество среды в пределах городской черты обладают также промышленные объекты. Так, в окрестностях хромовой свалки, на которой скапливаются отходы кожевенно-обувного производства, показатель асимметрии листа у березы был также повышен и составил около 0,055 (рис. 7.1.3). В районе ГРЭС и ТЭЦ также величина показателя ФА свидетельствует о неблагополучии условий.

Существенное повышения уровней асимметрии было отмечено нами в районе Жатайской нефтебазы в конце 90-х годов (рис. 7.1.3, 7.1.4). При этом различия в показателях ФА между территорией, непосредственно примыкающей к нефтебазе, и условно выделенными контрольными территориями (окрестности с. Капитоновка) не всегда достигали статистически значимых уровней.

Материал, собранный на территории нефтебазы летом 2002 г., показывает существенное повышение показателя ФА, что может объясняться как климатическими условиями года. Однако возможно и то, что возрастание показателя объясняется ухудшением экологической обстановки на объекте.

Наши данные по березе подтверждаются проведенными ранее исследованиями на территории Туймаады. Повышение показателей ФА нами отмечено у массовых видов мелких млекопитающих, причем даже на территориях, не подвергающихся непосредственному техногенному воздействию, например в окрестностях дачного массива, расположенного по Вилюйскому тракту, а также в верхней части долины в окрестностях с. Владимировка (Шадрина и др., 2001; рис. 7.1.5). Мы предполагаем, что в данном случае на животных серьезное влияние оказывает не только загрязнение среды, но и фактор беспокойства.

Третьим крупным источником загрязнения долины является Кангаласский угольный разрез. Наши исследования его окрестностей в 90-х годах показали, что показатели нарушения стабильности развития организмов в непосредственной близости от карьера (в зоне 5-6 км) претерпели существенные изменения (Шадрина и др., 2001). Сравнение наших данных с показателями загрязнения снежного покрова выявили положительную корреляцию (0,92) между запыленностью и величиной ЧАП у красной полевки (рис. 7.1.6). Аналогичную зависимость можно проследить также для полевки-экономки и средней бурозубки.

У древесных растений также наблюдается прямая зависимость показателя ФА от уровня запыленности (рис. 7.1.6).

Таким образом, рассмотрение показателей нарушения стабильности развития березы плосколистной на территории долины Туймаада показало, что в природных биотопах, расположенных на удалении от дорог, промышленных объектов и населенных пунктов состояние среды можно охарактеризовать как благополучное. Тогда как на территории г. Якутска наблюдается существенное повышение показателя асимметрии, свидетельствующее об ухудшении условий существования. При этом серьезное опасение вызывает значительное повышение показателей нарушения стабильности развития у деревьев, произрастающих в центре города.

Нарушения стабильности развития отмечены также на территориях, примыкающих к промышленным объектам – ТЭЦ, ГРЭС, кожевенной фабрике, Жатайской нефтебазе. При этом в особом положении находится последний объект: показатель ФА произрастающих здесь деревьев за последние годы существенно возрос, что может свидетельствовать о накоплении загрязнителей.