Спосіб індикації локального технічного забруднення середовища за модулями морфологічної мінливості gypsophila paulii klokov

Спосіб індикації локального техногенного забруднення середовища за модулями морфологічної мінливості Gypsophila paulii Klokov, який включає збір рослинного матеріалу, вимірювання визначених параметрів морфологічних ознак рослини-індикатора, статистичну обробку даних та 3 34832 антропогенних стресів, динамічність віталітету, що визначаються на основі аналізу біоекологічних властивостей рослин виду [16]. Відомий також спосіб аналізу мінливості морфологічних ознак Gypsophila paulii Klokov з метою виявлення впливу антропогенних факторів, який вказує, що заселення техногенних екотопів пов'язано з реалізацією стратегії прояву внутрішнього поліморфізму, а також те, що в синантропних популяціях Gypsophila paulii Klokov широта мінливості морфологічних ознак більш значна у порівнянні з нативними популяціями виду [17]. Існує спосіб дослідження фенотипічної пластичності Gypsophila paulii Klokov в антропогенно трансформованих екотопах Донбасу, який полягає у вимірюванні параметрів морфологічних ознак Gypsophila paulii Klokov та розрахунку визначених статистичних індексів та коефіцієнтів, що характеризують адаптивні зміни рослин в умовах техногенного середовища. Виявлено підвищення пластичності та дивергентності, а також зниження морфологічної інтеграції рослин виду в техногенних екотопах [18]. Найбільш близьким за технічною сутністю і досягненням результату є спосіб оцінювання якості середовища за величиною асиметричності листків Betula pendula Roth, (береза поникла), який полягає у вимірюванні морфологічних параметрів визначеного рослинного об'єкту (обирають, як правило, широко розповсюджений вид, в даному випадку - береза) та розрахунку показника середньої відносної відміни на ознаку для кожної вибірки, який характеризує ступінь асиметричності організму. Для кожного значення показника розроблені бали, за якими можна характеризувати якість середовища [19]. Недоліками цього способу є незручність збору матеріалу (листки берези) та складний статистично-обчислювальний апарат; а також регіональна невідповідність даного виду як рослиниіндикатора, бо Betula pendula Roth, не є аборигенним видом і не зростає на техногенно трансформованих едафотопах південного сходу України (териконики, відвали промислових підприємств тощо), що робить неможливим індикаційне оцінювання подібних екотопів. В основу корисної моделі поставлена задача розробки способу використання морфологічної мінливості Gypsophila paulii Klokov для фітоіндикації техногенного забруднення середовища. Позитивний ефект проявляється в тому, що запропонований спосіб дозволяє якісно та легко оцінити ступінь забрудненості середовища без використання складних дорогих пристроїв. Він може використовуватись у біомоніторингу для експресіндикації стану навколишнього середовища, що є дуже актуальним для техногенно трансформованих територій, які підлягають постійному та сильному антропогенному пресингу. Поставлена задача вирішується тим, що у способі індикації локального техногенного забруднення середовища за модулями морфологічної мінливості Gypsophila paulii Klokov, який включає збір рослинного матеріалу, вимірювання визначених параметрів морфологічних ознак рослини 4 індикатора, статистичну обробку даних та оцінювання якості середовища за допомогою розрахованого відносного показника, відповідно до корисної моделі, за допомогою статистичних обчислень за спеціально розробленою формулою: Modkn=CV/C Vst, де Modkn - модуль кількості пагонів, CV - коефіцієнт варіації вибірки із досліджуваного екотопу, CVst - коефіцієнт варіації стандартної вибірки із природного екологічно чистого екотопу, виділяють показові модулі морфологічної мінливості кількості пагонів рослини-індикатора Gypsophila paulii Klokov, та за цими модулями, при використанні їх як біомаркерів для фітомоніторингу те хногенних регіонів, за запропонованою 4-бальною шкалою, визначають тип та ступінь забрудненості локальної місцевості. Перелічені ознаки складають сутність корисної моделі. Причинно-наслідковий зв'язок істотних ознак корисної моделі з результатом пояснюється наступним. Завдяки тому, що спосіб індикації локального техногенного забруднення середовища за модулями морфологічної мінливості Gypsophila paulii Klokov включає вимірювання параметрів морфологічних ознак, всі дані статистично оброблені та обґрунтовані, на цій основі встановлено модулі морфологічної мінливості Gypsophila paulii Klokov, досягається можливість індикації стану техногенного середовища. Розробку способу індикації локального техногенного забруднення середовища за модулями морфологічної мінливості Gypsophila paulii Klokov проводили на основі детального вимірювання та аналізу параметрів морфологічних ознак особин виду із різних місцезростань. Проводили статистичне порівняння стандартної вибірки та вибірок із техногенних місцезростань за середніми значеннями та дисперсією із вірогідністю, рівною 0,95. В результаті узагальненого статистичного аналізу нами вперше запропоновано новий методологічний підхід з використанням чотирьох чутли вих модулів мінливості кількості пагонів Gypsophila paulii Klokov, що виділяються за спеціально розробленою формулою, при використанні яких як біомаркерів можлива інтегрована індикація локального техногенного забруднення середовища за допомогою 4-бальної індикаторної шкали. Приклад конкретного виконання. Оцінювання ступеня забрудненості середовища є дуже важливим та актуальним в наш час завданням. Рослини, які протягом всього життя прив'язані до локальної території, найбільш повно відбивають весь комплекс антропогенних факторів, змінюючи при цьому свої морфологічні характеристики. У запропонованому способі індикації стану техногенного середовища використовується не весь спектр мінливості рослини-індикатора, а лише окремі відносні величини спадково не закріплених змін морфологічних ознак рослинного організму під впливом зовнішнього середовища. Такі відносні величини змін морфологічних ознак рослинного організму нами названо модулями морфологічної мінливості рослин. Вони являють собою реалізацію адаптивного потенціалу в 5 34832 онтогенезі рослин в певному середовищі. Тому їх можна використовувати в якості біомаркерів в експрес-індикації техногенного середовища південного сходу України. В якості рослини-індикатора обрано вид Gypsophila paulii Klokov. На фіг. 1 зображено вегетативний пагін рослини, на фіг. 2 - її суцвіття. Починати збір матеріалу необхідно в період цвітіння та плодоносіння рослин, тобто з середини червня до початку жовтня. Вибірки відбирають із нативної та синантропних популяцій. Для прикладу обрано нативну популяцію із природного екологічно чистого місцезростання (регіональний ландшафтний парк (РЛП) «Меотида» на узбережжі Азовського моря, популяція І), яка при розрахунках приймається за еталон. Вибірки із синантропних популяцій досліджено із наступних місцезростань: с. Кутейникове (Донецька область, Амвросіївський район), рудеральна ділянка поблизу залізниці (популяція II); м. Донецьк, узбіччя автодороги (популяція III); пустир біля Донецького металургійного заводу (ДМЗ) (популяція IV); проммайданчик ДМЗ (популяція V); шлаковий відвал ДМЗ (популяція VI); відвали вугільних ша хт ім. Горького (популяція VII) та «Заперевальна» (популяція VIII). Для вивчення відбирають по 10 генеративних особин із кожної популяції. Враховуючи те, що рослини дуже об'ємні (одна рослина може мати від (2) 5 до 30 (125) штук пагонів та вкривати устилом до 1,5м 2 поверхні ґрунту), їх можна складати в декілька разів. Кожну рослину поміщають в окремий пакет, у який вкладають етикетку з указівкою дати, місця збору та колектора матеріалу. Якщо зібраний матеріал не може бути оброблений одразу, його поміщають у морозильник (максимальний термін зберігання 6 тиждень). Вимірювання проводять в лабораторних умовах. Обчислюють кількість пагонів кожної рослини із всіх популяцій (із кожного пакету). Після цього проводять розрахунки отриманих даних. Спочатку розраховують середні значення кількості пагонів у рослин кожної популяції за формулою [20]: (1) M= åx , n де Σх - сума всіх варіант ряду, n - об'єм вибірки. Далі розраховують середньоквадратичні відхилення цього параметру за формулою [20]: å (x - M)2 (2) , n -1 де х - варіанта ряду, М - середнє, n - об'єм вибірки. Для кожної популяції обчислюють середній коефіцієнт варіації за формулою [20]: s (3) CV = × 100 , M де s - середньоквадратичне відхилення ознаки; М - середнє значення. Обчислення проводять вручну або за допомогою комп'ютерних статистичних програм [Statistica 6, Excel 2003, SPSS 11.5, Origin Pro 7.0 тощо]. Коефіцієнт варіації із природної популяції позначається як стандартний (CVst). Дані заносять у таблицю. Отримують таблицю із розрахованими середніми коефіцієнтами варіації кількості пагонів для кожної популяції. В таблиці 1 для прикладу наведено обчислені коефіцієнти варіації в досліджених місцезростаннях Gypsophila paulii Klokov. s= Таблиця 1 Параметр морфологічної ознаки Кількість пагонів І 43,67 Популяції Gypsophila paulii Klokov в досліджених місцезростаннях II III IV V VI VII VIII 10,81 26,50 32,32 31,94 40,16 62,39 76,93 Для параметру кількості пагонів стандартний коефіцієнт варіації (CVst) дорівнює 43,67. Далі для кожної популяції обчислюють модулі морфологічної мінливості, тобто відношення коефіцієнту варіації вибірки параметру кількості пагонів із досліджуваного екотопу до коефіцієнту варіації стандартної вибірки: Modkn=CV/C Vst Розрахований модуль із досліджуваної популяції необхідно зіставити із таблицею 2. В таблиці 2 наведено вперше виділені нами чотири модулі мінливості кількості пагонів, для яких розроблено спеціальну 4-бальну шкалу забрудненості, яка дозволяє здійснювати інтегральну локальну індикацію стану те хногенного середовища. Таблиця 2 Modkn Бал менше 0,50 1 0,51-0,70 2 0,71-0,90 3 більше 0,91 4 Інтегров ана індикація стану техногенного середов ища в ідносно чисте пов ітря, забруднення ґрунту хімічними речов инами сільського господарства підв ищене забруднення пов іт ря вихлопними газами автотранспорту та іншими забруднюв ачами техногенне забруднення промисловими димогазовими викидами підприємств (проммайданчики) наяв ність хім ічних речовин у ґрунті, що є токсичними для рослин (в ідв али шахт та підприємств) 7 34832 Так, наприклад для II популяції розраховано модуль мінливості кількості пагонів: Modkn=10,81/43,67=0,23. Ця популяція зростала у сільській місцевості, де основними забруднювачами виступають, як правило, гербіциди, пестициди та інші відходи сільського господарства, що і підтверджується за даними розробленої таблиці 2. Цікаво, що популяція IV за розрахованим модулем мінливості кількості пагонів ліщиці Павла (Modkn=0,74) має 3 бал забрудненості та належить до проммайданчиків. Ділянка, на якій було зібрано цю популяцію знаходилась поблизу металургійного заводу (на відстані 10-15м) і підлягала підвищеному техногенному забрудненню промисловими викидами. Отже, цей приклад ще раз доводить дієвість та практичну цінність запропонованого способу. Розроблений спосіб індикації локального техногенного забруднення середовища за модулями морфологічної мінливості Gypsophila paulii Klokov є ефективним та простим у використанні, він не потребує дорогого устаткування та дозволяє вірно, чітко та швидко визначити тип забруднення середовища. Джерела інформації: 1. Царенко О.М. Біоморфологічні особливості проростків видів роду Gypsophila L. флори України // Укр. ботан. журн. - 1989. - Т.46, №1. - С.20-26. 2. Царенко О.М., Берестецька Т.Б. Анатомічна будова спермодерми видів роду Gypsophila L. і Psammophiliella Ikonn. флори України // Укр. ботан. журн. - 1989. - Т. 46, №2. - С.42-47. 3. Царенко О.М. Особливості географічного поширення видів роду Gypsophila L. флори України // IX з'їзд Укр. ботан. т-ва. - К.: На ук, думка, 1992. - С. 52. 4. Царенко О.М. Критико-систематичний огляд видів роду Gypsophila L. (Caryophyllaceae Juss.) флори України // Укр. ботан. журн. - 1998. - Т. 55, № 6. - С. 634-638. 5. Царенко О.М. Род Gypsophila L. во флоре Украины. Критико-систематическое и биоморфологические исследование видов: Автореф. дис. ... канд. биол. наук: 03.00.05 / Днепропетровский гос. ун-т. - Днепропетровск, 1990. - 14 с. 6. Клоков М.В. Нові матеріали до пізнання Української флори. III. Нові види з родин гвоздичних, гречкових і хрестоцвітих // Ботан. журн. - 1948. - т. 5. №1. - С. 20-28. 7. Екофлора України. Том 3 / М.М. Федорончук, Я.П. Дідух та ін. - К: Фітосоціоцентр, 2002. - С. 362-363. 8. Mosyakin S.L., Fedoronchuk M.M. Vascular plants of Ukraine: a nomenclatural checklist. - Kiev, 1999. - Pp. 174. 8 9. Хар хота Г.I., Дмитренко П.П. Види роду Gypsophila L. в техногенних ландшафта х Донбасу // Тр. VI з'їзду Укр. ботан. т-ва. - К.: Наук, думка, 1977.-С 263. 10. Хархота Г.І., Дмитренко П.П. Поширення Gypsophila paulii Klok. на територіях металургійних заводів Донбасу та Придніпров'я // Укр. ботан. журн. - 1976. - Т. 33, № 4. - С 391 - 392. 11. Хархо та А.И. Об особенностях виталитета популяций растений в техногенных экотопах // Интродукция и акклиматизация растений. - 1993. Вып. 20. - С. 47-51. 12. Бурда Р.І. Мінливість синантропних популяцій Gypsophila L. // Проблеми експерим. ботаніки та екології рослин. - 1997. - Вип. 1. - С. 23-26. 13. Хархота А.И. Состояние и перспективы интродукционного изучения фитомелиорантов в Донецком ботаническом саду АН УССР // Ботанические исследования на Украине (Докл. УБО). - Киев: Наук, думка, 1990. - С. 106-107. 14. Хархота А.И. Перспективы использования аборигенной флоры для фиторекультивации техногенных земель в Донбассе // Тез. докл. VII делегат, съезда Всесоюз. ботан. об-ва. - Л.: Наука. 1983. - С. 327-328. 15. Хархота А.И. Опыт интродукции и перспективы использования фитомелиорантов при рекультивации техногенных земель в Донбассе // VIII съезд Укр. ботан. об-ва. - Киев: Наук, думка. 1987. - С. 244. 16. Хархота А.И. Особенности развития и перспективы использования качимов Павла и скорзонеролистного в Донбассе // Онтогенез высших цветковых растений: Рекомендации. - Киев: Б. и., 1989. - С. 149-150. 17. Бурда P.L, Остапко В.М., То хтар В.К. / Мінливість синантропних популяцій рослин // Мінливість популяцій галофільно-псамофільних видів роду Gypsophila L. в техногенних екотопах. - Донецьк: Б. в., 1997. - С. 34-39. 18. Прохорова С.I., Глухов О.З. Фенотипічна пластичність Gypsophila paulii Klokov в антропогенно трансформованих екотопах південного сходу України // Проблеми екології та охорони природи техногенного регіону: Міжвідом. зб. наук, праць. - Донецьк: Вид-во Донецьк, нац. ун-ту, 2006. - Вип. 6. - С. 63-67. 19.Шестакова Г. А., С трельцов А. Б., Константинов Е. Л. Методика сбора и обработки материала для оценки качества среды (по березе повислой - Betulapendula Roth.). - Калуга: Б. и., 2000. - 7 с. (прототип). 20. Шмидт В. М. Математические методы в ботанике. - Л.: Изд-во Ленингр. унта, 1984. - 288 с. 9 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 34832 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601