Методы окологмгескмх исследований
УДК 504.7:504.7.05
НЕКОТОРЫЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ АНТРОПОГЕННОГО ВЛИЯНИЯ НА ФИТОБИОТУ
В. К. Тохтарь,
директор ботанического сада Белгородского государственного университета (БелГУ), с. н. с., tokhtar@bsu.edu.ru
М. Ю. Третьяков,
доцент БелГУ, apolon15@rambler.ru В. И. Чернявских,
зам. директора ботанического сада БелГУ, cherniavskih@mail.ru
О. В. Фомина,
научный сотрудник ботанического сада БелГУ, fominolya@mail.ru
Н. В. Мазур,
аспирант ботанического сада БелГУ, nasokoreva@yandex.ru
С. А. Грошенко,
аспирант ботанического сада БелГУ, groshenkosa@yandex.ru
Ю. Е. Волобуева,
научный сотрудник ботанического сада БелГУ, ljiya@mail.ru
В. И. Петина
доцент БелГУ, городского государственного университета, petina@bsu.edu.ru
Проанализированы некоторые подходы и методы изучения и оценки антропогенной трансформации фитобиоты. Установлено, что наиболее перспективными являются методы многомерной статистики, которые позволяют провести визуализацию различных характеристик фитоби-оты и среды и выявить факторы, влияющие на изменения флор и фитоценозов. Применение этих методов становится еще более эффективным в сочетании с методами био- и фитоиндикации с использованием коэффициентов гемеробии
Some approaches and methods of study and assessment of anthropogenous transformation of flora have been analyzed. It has been established that the most perspective methods for the goals are the multidimen-tional statistics methods, which allow to vi-zualize different characteristics of phytobiota and environment as well as the factors impacting to changes of floras and phytocoeno-sis. Using of the methods would be more effectively combining them with methods of bio- and phytoindication.
Ключевые слова: антропогенная трансформация, методы оценки, фитобио-та, среда.
Keywords: anthropogenous transformation of floras, methods for assessment, phyto-biota, environment.
Введение. Задачу сохранения природной среды обитания нельзя решить без сохранения растительного покрова и его всестороннего изучения. Создание глобальной сети техногенных экотопов во всем мире кардинально влияет на ход естественного биотогенеза, что приводит к существенной антропогенной трансформации фитобиоты большинства регионов. Вследствие этого возникла необходимость исследования проблем формирования и развития не только флор регионального, но и топологического уровня, изменения которых под влиянием антропогенных факторов могут идти в разных, даже противоположных направлениях. До настоящего времени нет четкой и общепринятой типологии антропогенно трансформированных флор, не определена их специфика, взаимосвязь, роль в генезисе региональных флор и структурно-функциональная организация [1—3].
Различные типы антропогенно трансформированных флор существуют и одновременно отражают разные фазы преобразования флор: от флор природно-заповедного фонда до флор техногенных экотопов. Эволюционные изменения расти-
тельного покрова происходят уже на первых стадиях развития, при этом наиболее характерные черты флоры утрачиваются, разрушается экотопологи-ческая структура, которая характеризует связь любого флорокомплекса с естественной флорой и его способность к самовосстановлению. Такая флора становится искусственной, а произошедшие в ней антропогенные изменения — необратимыми.
Целью исследования было проанализировать наиболее перспективные подходы к оценке степени и интенсивности антропогенной трансформации флоры.
Материалы и методы. Флора рассматривается нами как совокупность местных популяций растений конкретной географической территории [4]. Оценка вызванных антропогенным воздействием изменений должна осуществляться на нескольких взаимосвязанных иерархических уровнях: уровне флор, растительных сообществ и структур популяций. Этим должен быть обусловлен выбор методов и методик исследования.
Оценка существующих методик биоиндикации проводилась по охранным документам за период с 1979 по 2009 гг. Анализ документов осуществлялся по направлению: биоиндикационные методики. Источники информации: сайты Федерального института промышленной собственности http://fips.ru и электронные базы данных Роспатента RUPAT, RUABRU http://www1.fips.ru, электронные базы данных ЕПВ http:// ep.espacenet, научно-техническая литература и другие источники.
Результаты и их обсуждение. В результате проведенных исследований установлено, что в настоящее время существует достаточно большое количество биоиндикационных методик, но постоянно продолжается поиск и разработка эффективных методов биоиндикации среды и ее компонентов, а также биоиндикация воздействия различных групп токсикантов и групп организмов-биондикаторов.
Проведенный нами поиск позволил выделить несколько основных направлений, перспективных для оценки и биоиндикации степени антропогенной
трансформации среды. Первое направление связано с использованием в качестве индикатора отдельного вида, способного накапливать вредные агенты. Так, например, данное направление реализуется в способе оценки содержания тяжелых металлов в атмосферном воздухе с помощью листостебельного мха Leskea polycarpa Hedw (Заявка: 2006121859/13, 19.06.2006). Второе направление предлагает рассматривать изменения, происходящие в живой материи под воздействием антропогенных факторов. Примерами такого подхода являются следующие разработки: способ бииндикации радиоактивного загрязнения местности и степени его воздействия на Betula pendula L. или B. alba L. При этом изучаются окрашенные микросрезы, в которых подсчитывается число аномалий микроструктуры стебля на срез и по расчетной кривой, по числу обнаруженных аномалий, снимаются показатели радиационной характеристики, что свидетельствует о степени загрязнения территории (Заявка: 94042506/25, 30.11.1994). Способ оценки экологического состояния территории с определением кислотности сока хвои (Заявка: 2008120419/12, 22.05.2008). Еще одним интересным способом биоиндикации среды является метод, в котором в качестве вида индикатора выступает клоп-солдатик, а в качестве показателя чистоты среды изменения меланизированного рисунка переднеспинки (Заявка: 2005124084/13, 28.07.2005). Безусловно, что при усилении антропогенного воздействия возможно ускорение микроэволюционных перестроек популяций животных, однако оценить эти изменения достаточно сложно, поскольку возникает вопрос о том, чем обусловлены морфологические изменения: антропогенным воздействием или же естественными процессами, происходящими внутри популяции. Мониторинг, основанный на оценке групповых проявлений феногенетичес-кой изменчивости, позволяет обнаруживать дестабилизацию развития, скрытый морфогенетический резерв в виде инадаптивных морфозов и выявлять границы адаптивной нормы развития, что может оказаться важным при эко-
логическом нормировании. Поэтому одним из наиболее надежных и перспективных методов исследования является метод флюктуирующей асимметрии, хотя он ограничен в использовании, поскольку разрабатывался лишь для отдельных древесных видов растений.
Достаточно перспективными являются методы, связанные с биоиндикацией деградации растительных сообществ настоящих степей (Заявка: 2008108253/12, 03.03.2008) и фитоин-дикацией пастбищной деградации средневозрастных степных залежей (Заявка: 2008108264/12, 03.03.2008). Оба эти способа предлагают использование не одного вида-индикатора, а оценивают реакции различных видов в сообществе, что представляется более надежным способом, чем использование отдельных видов растений.
Несмотря на то, что индикаторные оценки видов, полученные по шкалам, и результаты ординации иногда имеют достаточно высокую корреляцию, характеристики видов, установленные ранее по отношению к отдельно взятому градиенту среды, изменяются при их взаимодействии [3]. До сих пор до конца не известны главные экологические детерминанты развития популяций различных видов и растительных группировок, в особенности, если это касается антропогенных факторов, которые не имеют природных аналогов.
Проанализированные методики не всегда позволяют точно определить степень влияния антропогенных факторов на экосистемы. В свою очередь анализ структур флорокомплексов и фитоцено-зов с их многообразными связями может быть прекрасной основой для создания точной и эффективной методики для оценки антропогенного воздействия.
Оценка степени антропогенной трансформации флор, проведенная методами многомерной статистики, позволяет не только визуализировать структуры флор в факторном пространстве [5], но и определить точные статистические расстояния между ними по отношению к тому или иному фактору. Это во многих случаях позволяет определить «скрытые» закономерности и факторы формирования флор [6]. Другим перспек-
тивным методом в оценке флор является анализ соответствий (Correspondence Analysis), который дает возможность получить визуальную количественную оценку структуры таблиц сопряженности признаков большой размерности на основе вычисления расстояний %-квад-рат между категориальными данными для анализа типологических структур флор в процессе их развития. С его помощью в факторном пространстве может быть проведена визуальная оценка сходства частот встречаемости жизненных форм видов в структурах флор, находящихся на разных этапах их формирования.
Таким образом, к наиболее перспективным методам оценки влияния антропогенных факторов на фитобиоту относятся современные методы многомерной статистики. Их эффективность может быть усилена в сочетании с биоиндикационными методами, методами, позволяющими выявить экологические ниши видов по отношению к конкретным факторам с использованием коэффициентов гемеробии видов [3]. В этом отношении многообещающими являются методы и подходы, используемые при анализе данных в среде пакета программ CANOCO for Windows [7]. Изучение особенностей пространственной дифференциации видов в зависимости от экологических свойств почвогрунтов и выявление их экологических ниш можно проводить с использованием метода анализа канонических соответствий (Canonical Correspondence Analysis), недавно разработанного группой уче
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.