Спосіб оцінювання стану техногенно трансформованого середовища з використанням морфологічних маркерів синантропних видів рослин

Спосіб оцінювання стану те хногенно трансформованого середовища з використанням морфологічних маркерів синантропних видів рослин, який включає вибір декількох видів рослин як фітоіндикаторів, збір рослинного матеріалу для вивчення, розрахунок показника та визначення на 3 36099 4 Відомий спосіб біотестування екологічного корисної моделі, в якості фітоіндикаторів викорисстану те хногенно трансформованих територій товують такі широкорозповсюджені види рослин, шляхом біоіндикації за допомогою безхребетних як Anisantha tectorum (L.) Nevski, Capsella bursaорганізмів [4]. pastoris (L.) Medic, Conyza canadensis (L.) Cronq., Однак найбільш чутливими до техногенного Senecio jacobaea L., за допомогою порівняльного забруднення виявляються рослини. Тісний зв’язок, статистичного аналізу виділяють індикаторні пащо існує між рослинним покривом та оточуючими раметри морфологічних ознак видів, за допомогою його умовами середовища, робить можливим вилінійки, транспортира та кількісних підрахунків користання рослин в якості показника цих умов [5]. проводять вимірювання виділених індикаторних Відомий спосіб біомоніторингу антропогенного параметрів та обчислюють модулі їх мінливості, за забруднення довкілля, який заснований на викоякими з допомогою спеціально розробленої 4ристанні трансгенних ліній рослин Arabidopsis блочної діагностико-індикаційної схеми дають оціthaliana та дозволяє оцінити зміни рослин на монку ступеня техногенної трансформації середовилекулярно-генетичному рівні, що характеризує ща. гено- і цитотоксичність досліджуваного екологічноПерелічені ознаки складають сутність корисної го фактора [6]. моделі. Відомий спосіб локальної біоіндикації стану Причинно-наслідковий зв’язок істотних ознак атмосфери навколишнього природного середовикорисної моделі з результатом пояснюється наща, який проводять за допомогою трьох гр уп листупним. Завдяки тому, що спосіб оцінювання сташайників. В результаті статистичної обробки розну техногенно трансформованого середовища з раховують показник, за яким визначають рівень використанням морфологічних маркерів синантрозабруднення атмосфери за 5-бальною шкалою [7]. пних видів рослин включає: порівняльний статисВідомий спосіб визначення стану навколиштичний аналіз, виділення індикаторних параметрів нього середовища за фізіолого-біохімічними покаморфологічних ознак чотирьох модельних видів зниками рослин - фітоіндикаторів (пігментна сисрослин, вимірювання виділених індикаторних патема, активність пероксидази) [8]. раметрів за допомогою лінійки (ГОСТ 17435-72), Найбільш близьким за технічною сутністю і транспортира (ГОСТ 13494-80) та кількісних підрадосягненням результату є спосіб оцінки токсичносхунків, обчислення модулів їх мінливості та викоті середовища в умовах забруднення автомобільристання спеціально розробленої нами 4-блочної ним транспортом, який полягає в обчисленні інтегдіагностико-індикаційної схеми, досягається можрального показника ступеня дефектності пилку ливість оцінювання стану середовища. трьох видів рослин-індикаторів: Dactylis glomerata Розробку способу оцінювання стану техногенL., Bromus arvensis L., Bromopsis inermis (Leys.) но трансформованого середовища з використанHolub та визначенні ступеня забруднення приземням морфологічних маркерів синантропних видів ного шару атмосфери на основі зведеної таблиці рослин проводили на основі детального вимірюзначень цього показника [9]. вання та аналізу параметрів морфологічних ознак Недоліками цього способу є складність метовидів-індикаторів: Anisantha tectorum (L.) Nevski, дики (збір пилку, аналіз та фіксування палінологічCapsella bursa-pastoris (L.) Medic, Conyza canadenного матеріалу), а також дорога вартість обладsis (L.) Cronq., Senecio jacobaea L. із різних місценання (використання хімічних речовин, світлових зростань. Проводили статистичне порівняння стамікроскопів). ндартних вибірок та вибірок із техногенних В основу корисної моделі поставлена задача місцезростань за t-критерієм Стьюдента і Fрозробки способу використання морфологічних розподілом за допомогою комп’ютерної статистичмаркерів синантропних видів рослин для оцінюної програми Excel. В результаті нами виділено вання стану техногенно трансформованого серенайбільш чутливі індикаторні ознаки для кожного довища, що дозволяє якісно оцінити ступінь техновиду. На основі їх відносної варіабельності видігенної трансформації середовища без лено 23 модулі морфологічної мінливості, які звевикористання складних дорогих пристроїв, здійсдено у спеціальну діагностико-індикаційну 4нювати біомоніторинг стану навколишнього сереблочну схему для оцінювання стану те хногенно довища, що є дуже актуальним для техногенно трансформованого середовища. трансформованих територій, які підлягають поПриклад конкретного виконання. стійному та сильному антропогенному пресингу, 1. Збирають рослини чотирьох модельних вирозширити видовий асортимент фітоіндикаторів, дів (Anisantha tectorum (L.) Nevski, Capsella bursaякі є повсюдно розповсюдженими не тільки на теpastoris (L.) Medic, Conyza canadensis (L.) Cronq., риторії Донецької області, але і в усьому світі, що Senecio jacobaea L.) в різних екотопах. У зв’язку з робить вперше запропонований нами спосіб унітим, що на території Донецької області ці види версальним для будь-яких антропогенно трансфозустрічаються повсюдно (на узбіччях доріг, на рурмованих територій. деральних ділянках, біля ставків, на городах та Поставлена задача вирішується тим, що у полях тощо), збір їх не викликає труднощів. способі оцінювання стану те хногенно трансфорОбов’язковим завданням є збір рослин у одній мованого середовища з використанням морфолоконтрольній ділянці, тобто такій, що має мінімальгічних маркерів синантропних видів рослин, який не антропогенне навантаження. Наприклад, заповключає вибір декількох видів рослин як фітоіндивідники, природні та ландшафтні парки тощо. Бакаторів, збір рослинного матеріалу для вивчення, жано, щоб контрольна ділянка не підлягала розрахунок показника та визначення на його оснорекреаційному навантаженню, витоптуванню, ві ступеня забруднення середовища, відповідно до скошуванню рослин і т. д. 5 36099 6 Збирають генеративні особини, не менше 15 Рослини збирали у різних за ступенем антророслин з одного екотопу. погенного навантаження екотопах - від заповідних Строки збору: до техногенних. Anisantha tectorum (L.) Nevski - травень - жовДля зручності обчислювання, всі досліджені тень; екотопи було згруповано за типами екологічного Capsella bursa-pastoris (L.) Medic. - у зв’язку з забруднення: тим, що для виду характерна наявність спалахів - номінально чисті екотопи (заповідники, націпроростання насіння, причому найзначніші з них ональні парки, зони, що охороняються, віддалені приходяться на весну та на осінь, виникають форвід міст, сільськогосподарських угідь, автомагістми, що відрізняються за сезонним розвитком. Тому ралей); збір проводять або навесні у квітні - травні, або - сільська місцевість, віддалена від міст, яка восени у вересні. характеризується відносно чистим повітрям і відConyza canadensis (L.) Cronq. і Senecio jacoсутністю техногенних факторів забруднення (меbaea L. - серпень - жовтень. тали, неорганічні сполуки), але забруднена добриДля збереження рослинного матеріалу бажано вами, гербіцидами, пестицидами і продуктами їх зробити гербарій. Рослини Anisantha tectorum (L.) розпаду, в основному органічного типу; Nevski та Capsella bursa-pastoris (L.) Medic, засу- міська місцевість, неоднорідна за характером шують цілими. У зв’язку із досить великими розмізабруднень ґрунту і води, але з сильно забруднерами особин Conyza canadensis (L.) Cronq. і Seним повітрям (СО2, бензинові пари); necio jacobaea L. (рослини можуть досягати 1-2м у - відвали вугільних шахт та підприємств з привисоту), для цих видів доцільно закладати лише ті леглою місцевістю, що сильно розрізняються за органи, які необхідні для вимірювань. Так, у осочасом і ступенем озеленення; території промислобин Conyza canadensis (L.) Cronq. засушують севих підприємств, переважно металургійного типу, редні та найбільш довгі листки та верхівкові суцнеоднорідні залежно від виду виробництва в кожвіття (кошики); у особин Senecio jacobaea L. - нижні ному цеху, але забруднені, в основному, металами та середні листки, кошики (або навіть окремі язичі неорганічними сполуками, включаючи тверді, кові квітки). Кожний гербарний аркуш повинен марідкі і газоподібні. ти етикетку з вказівкою назви виду рослини та, Для кожного виду було вибрано вибірку із макякщо необхідно, органу рослини, дати, місця збосимально екологічно чистого екотопу, що прийнята ру, колектора матеріалу. за еталон. Далі кожна вибірка з досліджуваної ло2. Для того, щоб визначити індикаторні ознаки кації піддавалась порівнянню з еталоном за двома модельних видів, для кожного з них нами було критеріями для кожної ознаки: t-критерієм Стьювиміряно комплекс параметрів морфологічних дента і F-розподілом за допомогою комп’ютерної ознак (від 11 до 28). Вимірювали як дискретні кільстатистичної програми Excel. Перший критерій кісні ознаки (обчислювальні, метричні), що визна(Стьюдента) показував ймовірність (у відносних чаються шляхом підрахунку (наприклад, кількість одиницях) того, що досліджувана вибірка не відріпагонів Anisantha tectorum (L.) Nevski, кількість зняється від контрольної за середнім значенням насінин в одному плодику Capsella bursa-pastoris параметра. Довірчу ймовірність t-розподілу було (L.) Medic.) та неперервні (метричні, пластичні), що обрано рівною 0,95 (тобто ймовірність помилки визначаються шляхом вимірювань (наприклад, 5%); обсяг вибірок - неоднаковий; розподіл знадовжина стебла Conyza canadensis (L.) Cronq., чень у вибірці - двобічний. Другий критерій (Fдовжина та ширина листкової пластинки Senecio розподілу) показував ймовірність (у відносних jacobaea L.), так і дискретно-неперервні, що виодиницях) того, що досліджувана вибірка не відрізначаються умовним розділенням ступеня виразняється від контрольної за дисперсією або розкиженості ознаки на дискретні класи (наприклад, дом. Чим ближче значення критеріїв до 1, тим бівиділення чотирьох класів за формою розеткових льше схожа досліджувана популяція із листків Capsella bursa-pastoris (L.) Medic). стандартною. В результаті для кожного виду визначено набір індикаторних ознак. Вид Індикаторні ознаки Anisantha tectorum довжина верхньої колоскової луски (Фіг.1); довжина нижньої колоскової луски (Фіг.2); (L.) Nevski: кількість осей у суцвітті (Фіг.3); кількість квіток у колоску (Фіг.4). Capsella bursa-кут відхилення плодоніжки (Фіг.5); довжина суцвіття (Фіг.6); висота рослини (Фіг.7); pastoris (L.) Medic: довжина частини суцвіття, що цві те, - щиток з квіток і бутонів на верхівці пагона (Фіг.8). Conyza canadensis ширина основи кошика (Фіг.9); ширина найбільш довгого листка (Фіг.10); довжина се(L.) Cronq.: реднього листка (Фіг.11). Senecio jacobaea L: довжина нижнього листка (Фіг.12); довжина середнього листка (Фіг.13); довжина язичкової квітки (Фіг.14). На основі відносної варіабельності визначених індикаторних ознак нами виділено та зведено у спеціальну діагностико-індикаційну 4-блочну схему (Фіг.15) 23 модулі морфологічної мінливості ознак, які можна використовувати як морфологічні мар кери для оцінювання стану техногенно трансформованого середовища [10]. 3. Після збору рослин необхідно здійснити їх вимірювання, які проводять в лабораторних умовах. 7 36099 8 Для кожного виду вимірювання визначених де SX - сума всіх варіант ряду, n - об’єм вибірморфологічних ознак мають свою специфіку. ки. Anisantha tectorum (L.) Nevski. За допомогою Далі розраховують середньоквадратичні відлінійки (ГОСТ 17435-72) або міліметрового паперу хилення цих параметрів за формулою [11]: необхідно виміряти у рослин із кожного екотопу довжину верхньої та нижньої колоскових лусок. S( x - M)2 , (2) s= Далі слід обчислити кількість осей у суцвітті та n -1 кількість квіток в колоску. Суцвіття у рослин цього де х - варіанта ряду, М- середнє, n - об’єм вивиду - однобічна волоть, що поникає (4-35см забірки. вдовжки) (Фіг.3). Колоски прикріплені до суцвіття Обчислюють середній коефіцієнт варіації за за допомогою осей. Кожний колосок містить від 3 формулою [11]: до 14 штук квіток. Квітки злаків не мають звичних s CV = × 100 нам пелюсток, а тичинки та маточка у них оточені (3) M , квітковими лусками. Для того, щоб визначити кільде CV- коефіцієнт варіації ознаки, s - середкість квіток, необхідно підрахувати кількість нижніх ньоквадратичне відхилення ознаки, М - середнє квіткових лусок, загальний вигляд яких зображено значення. на Фіг.4. Верхні (0,6-1,4см завдовжки) та нижні Обчислення проводять вручну з використан(0,3-1,0см завдовжки) колоскові луски мають виням калькулятора або за допомогою комп’ютерних гляд тонких плівок, що огортають колосок (Фіг.1, статистичних програм (Statistica 6, Excel 2003, 2). SPSS 11.5, Origin Pro 7.0 тощо). Capsella bursa-pastoris (L.) Medic. За допомоДалі для кожної вибірки обчислюють модулі гою лінійки (ГОСТ 17435-72) або міліметрового морфологічної мінливості: паперу необхідно виміряти у рослин із кожного Modx=C V/C Vst , (4) екотопу висоту, довжину суцвіття, довжину щитка. де Modx - модуль мінливості відповідного паПотім за допомогою транспортира (ГОСТ 13494раметра одного з видів рослин, CV - коефіцієнт 80) слід виміряти кут відхилення плодоніжки. Пловаріації ознаки із досліджуваного екотопу, C Vst доніжка завдовжки біля 1см зазвичай відхиляється коефіцієнт варіації умовного стандарту із еталонна 90°, 60°, 45° або 30° (Фіг.5). У висоту рослини ного місцезростання. можуть досягати 90см (Фіг.7), довжина суцвіття 5. Значення розрахованих модулів мінливості до 60см (Фіг.6). На верхівці кожного пагона знахоморфологічних ознак необхідно підставити у впедиться щиток із квіток (зовнішній ряд) та бутонів рше розроблену нами 4-блочну діагностико(всередині, «голівка»), довжина такого щитка дорііндикаційну схему оцінювання стану техногенно внює від 0,2см до 2,0см (Фіг.8). трансформованого середовища з використанням Conyza canadensis (L.) Cronq. За допомогою морфологічних маркерів рослин та визначити тип лінійки (ГОСТ 17435-72) або міліметрового паперу та ступінь забруднення техногенного середовища. необхідно виміряти у рослин із кожного екотопу На Фіг.15 наведено схему використання мордовжину середнього листка, ширину найбільш дофологічних маркерів синантропних видів рослин вгого листка та ширину основи кошика. Середні для оцінювання стану техногенно трансформовалистки (до 8см завдовжки) ланцетні або зубчасті ного середовища, де І-IV - діагностико-індикаційні (Фіг.11). Найбільш довгі листки, як правило, знахоблоки. В схемі наведено чотири діагностикодяться на пагоні посередині або трохи нижче, макіндикаційних блоки, кожний з яких складається із симальна їх довжина може сягати 9см (Фіг.10). На показових параметрів морфологічних ознак модеверхівці пагона знаходиться щиток із квіток та бульних синантропних видів та відповідних модулів тонів, довжина такого щитка до 4см (Фіг.9). мінливості цих ознак, при використанні яких в якоSenecio jacobaea L. За допомогою лінійки сті біомаркерів можлива індикація техногенного (ГОСТ 17435-72) або міліметрового паперу необвпливу на середовище та визначення ступеня його хідно виміряти у рослин із кожного екотопу довжитехногенної трансформації. Наприклад, якщо відну нижнього та середнього листків, довжину язичносний коефіцієнт варіації довжини суцвіття кової квітки. Нижні листки 2-16см завдовжки, Capsella bursa-pastoris (L.) Medic, має значення продовгувато-обернено-яйцевидні, ліроподібнобільше 2,10, то це вказує на відносно чисту місценадрізано-зубчасті або роздільні, з черешком вість та слабкий ступінь техногенної трансформа(Фіг.12). Середні листки - 3-15см завдовжки, пірчації, а якщо менше 1,00 - на підвищене техногенне сто-роздільні з продовгува то-пірчасто-надрізаними забруднення та надзвичайно сильний ступінь техдолями, сидячі (Фіг.13). Кошики невеликі 4-8мм ногенної трансформації. завширшки, зібрані в густе щиткоподібноДля того, щоб здійснювати тривалий локальволотисте суцвіття, складаються із двох типів квіний моніторинг стану те хногенного середовища, ток -язичкових та трубчастих. Язичкові квітки (12модельні види збирають у великій кількості місце18шт.) - крайові, яскраво-жовті, 11,0-15,5мм зазростань протягом тривалого часу та за допомовдовжки з яйцеподібно-видовженим відгином гою розробленої схеми одночасно за всіма моду(Фіг.14). лями чотирьох видів слідкують за станом тієї чи 4. Всі дані вимірювань заносять у проміжні іншої місцевості. Якщо ж необхідно швидко визнатаблиці та проводять їх обчислення. Спочатку чити тип забруднення середовища в якійсь окрерозраховують середні значення параметрів індимій ділянці, обирають один найбільш зручний каторних ознак для всіх видів за формулою [11]: об’єкт для дослідження та за його модулями, згідX (1) M= å n но схемі, оцінюють стан середовища. , 9 36099 10 Запропонований спосіб є інтегральним, надійЛ.С, Орел Н.О., Козовий Р.В.; заявник та патентоним, показовим та дешевим внаслідок максимальвласник Івано-Франківська державна медична ної простоти методик та обладнання, що викорисакадемія. - №2003032094; заявл. 11.03.2003; товується. Це робить спосіб єдиним реально опубл. 15.07.2004, Бюл. №2. доступним та здійсненним в умовах сучасної еко7. Пат. 67482 А Україна, МКИ’ G01W1/00, номіки. А01Н15/00. Спосіб локальної біоіндикації стану Джерела інформації: атмосфери навколишнього природного середови1. Дідух Я.П. Методологічні підходи до проща// Жицька Л.І., Мислюк О.О., Мислюк Є.В.; заявблем фітоіндикації екологічних факторів/ Я.П. Діник та патентовласник Черкаський державний техдух// Укр. ботан. журн., 1990. - Т.47, №6. – С.5-12. нологічний університет. - №2003109017; заявл. 2. Дідух Я.П. Фітоіндикація екологічних факто06.10.2003; опубл.15.06.2004, Бюл. №4. рів/ Я.П. Дідух, П.Г. Плюта - К.: Наук, думка, 1994. 8. Рачковская М.М. Принцип экологического 280с. нормирования по функциональным критериям// 3. Зверева Е.Л. Биоиндикационная оценка М.М. Рачковская// Проблемы экологического моуровней загрязнения воздуха в условиях промышниторинга и моделирования экосистем. - Л.: Гидленного города// Е.Л. Зверева, М.В. Козлов// Экорометеоиздат, 1986. - Т.IX. - С.110-121. логические основы оптимизации урбанизирован9. Пат. 22814 Україна, МКИ A01G7/00. Спосіб ной и рекреационной среды. Часть I. - Тольятти: Б. оцінки токсичності середовища в умовах забруди. - 1992. - С.150-152. нення автомобільним транспортом// Сафонов А.І., 4. Пат. 20908 Україна, МКИ’ G01N33/24, Бєломеря П.С; заявник та патентовласник ДонеG01N33/18. Спосіб біотестування екологічного цький національний університет. - №U200613774; стану те хногенно трансформованих територій// заявл. 25.12.2006; опубл. 25.04.2007, Бюл. №5 Руденко С.С, Легета У.В.; заявник та патентовлас(прототип). ник Чернівецький національний університет імені 10. Прохорова С.І. Деякі морфологічні ознаки Юрія Федьковича. - №u200609542; заявл. синантропних видів рослин як біомаркери стану 14.09.2006; опубл. 15.02.2007, Бюл. №7. техногенного середовища на південному сході 5. Дідух Я.П. Методика оцінки стійкості та диУкраїни// С.І. Прохорова// Актуальні проблеми бонаміки екосистем на основі фітоіндикації// Я.П. таніки та екології: матеріали міжнар. конф. молоДідух, В.В. Родіна, Р.Г. Білик// Укр. ботан. журн. дих учених-ботаніків (Київ, 17-20 верес. 2007p.). 1998. - Т.55, №6. – С.648-655. К.: Фітосоціоцентр, 2007. - С.169. 6. Пат. 67903 А Україна, МКИ’ G01N33/00, 11. Шмидт В.М. Математические методы в боG01N33/18, G01N33/24. Спосіб біомоніторингу антанике// В.М. Шмидт. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, тропогенного забруднення довкілля// Ковальчук 1984. - 288с. 11 36099 12 13 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 36099 Підписне 14 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