Содержание к диссертации
Введение 5
Глава 1. Параметры биоиндикации и биомониторинга (обзор
литературы) 10
1.1. Биологический мониторинг 10
Понятие «мониторинг» 10
Биомониторинг 12
Цели и задачи биомониторинга 14
Структура биомониторинга 15
1.2. Биоиндикация 16
1.2.1. Понятие «биоиндикация» 16
1.2.2 Стабильность развития как параметр биоиндикации 21
Фенотипическая изменчивость как параметр биоиндикации... 23
Выбор видов-индикаторов 24
1.3. Обоснование выбора популяционного уровня оценки среды 26
1.4. Практическое использование стабильности развития и
фенотипической изменчивости для целей биоиндикации 29
Практическое использование показателя стабильности развития 29
Практическое использование отдельных параметров
фенотипической изменчивости 32
Глава 2. Материал и методы 35
2.1. Материал 35
2.1.1. Общая характеристика выбранных видов-биоиндикаторов
(N. vespilloides и N. vespillo) 35
2.1.2. Общая характеристика собранного материала 38
2.2. Методы 43
2.2.1. Создание наблюдательной сети 44
2.2.2 Полевой сбор биологического материала 44
2.2.3. Камеральная обработка 46
Оценка стабильности развития организма по коэффициенту флуктуирующей асимметрии 46
Фенетический анализ популяции 48
Создание баз данных 49
Графический анализ 50
Компьютерное картографирование 50
Глава 3. Стабильность развития мертвоедов и их популяционно-
фенетические характеристики как биоиндикационные параметры.. 52
3.1. Анализ стабильности развития N. vespilloides и N. vespillo 52
3.1.1. Анализируемые признаки 52
3.1.2. Анализ качества среды по стабильности развития N.
vespilloides и N. vespillo 54
3.1.2.1. Анализ стабильности развития N. vespilloides и N. vespillo
в точках с максимальным и минимальным антропогенным
воздействием 54
3.1.2.2. Оценка воздействия ионизирующего излучения на
стабильность развития N. vespilloides и N. vespillo 55
3.1.2.3. Анализ стабильности развития N. vespilloides и N. vespillo
в отдельных точках 57
Временной анализ стабильности развития мертвоедов в одних и тех же точках 59
Площадная оценка территорий г. Калуги по стабильности развития с использованием ГИС-технологий 62
3.1.3. Балльная оценка коэффициента флуктуирующей асимметрии 69
3.2. Популяционно-фенетический анализ N. vespilloides и N.
vespillo 72
Описание анализируемых признаков 72
Общие частоты встречаемости выделенных возможных фенов 75
Анализ фенофондов выборок по критерию идентичности (I),
в разные годы в одних и тех же точках 75
4 3.2.4. Анализ фенофондов по показателю внутрипопуляционного
разнообразия и доли редких морф 82
3.3. Сравнительный анализ изученных видов-биоиндикаторов по
стабильности развития и фенетическим параметрам 90
Сравнение N. и N. vespillo между собой по стабильности развития 90
Сравнение N. vespilloides и N. vespillo между собой по фенетическим параметрам 91
Сравнение значений показателей коэффициента асимметрии
и доли редких морф у N. vespilloides и N. vespillo соответственно 92
Глава 4. Биологический мониторинг территории городского бора
на основе стабильности развития и фенотипическои изменчивости
N. vespilloides и N. vespillo 95
Обоснование выбора территории Калужского городского бора для проведения биологического мониторинга 95
Система наблюдения и анализа данных 96
4.3. Результаты проведения биологического мониторинга на
территории Калужского городского бора 98
Выводы 114
Список использованной литературы 116
Приложение 133
Введение к работе
При оценке качества окружающей среды, часто возникает вопрос о выборе наиболее обобщенных, интегральных показателей, которые могли бы наиболее объективно характеризовать ее. Традиционно используемые химические и физические параметры не дают комплексного представления о состоянии окружающей среды и, тем более, о воздействии этой среды на биологические системы. Хотя именно воздействие окружающей среды на живые системы (а главное - человека) интересует нас в первую очередь. Все это послужило поводом для поиска интегральных методов оценки, которые позволили бы наиболее объективно оценить состояние окружающей среды.
Подходом, отвечающим таким требованиям, является биологическая оценка, которая дает возможность определить состояние здоровья среды, степень ее пригодности для живых организмов, в том числе и человека. Под «здоровьем среды» (Захаров, 2000, Стрельцов, 2003) понимается - состояние (качество) среды, необходимое для обеспечения здоровья человека и других видов живых существ.
Биологические объекты содержат в себе информацию о первичных воздействиях (накоплении тяжелых металлов, изменении генофонда вследствие мутаций, вызванных различными мутагенами, лимитирующих факторах условий их существования и др.) и взаимоотношениях между собой (Захаров, 1987). То есть реакция живых организмов формируется как ответ на все присутствующие воздействия. (Стрельцов и др., 1996-1999).
Уже сейчас в работах д.б.н., члена-корреспондента РАН В.М. Захарова с соавторами приводятся данные для более чем 30 видов-биоиндикаторов апробированных в исследованиях по оценке качества среды. Среди них 9 видов наземных растений, 8 видов наземных позвоночных, 2 - наземных беспозвоночных, 11 - водных позвоночных, и 4 - водных беспозвоночных. В последнее время появилось множество работ (Емец, 1986; Козлов, 1990; Криволуцкий, 1994), в которых рассматриваются реакции беспозвоночных на
техногенные (разного рода) воздействия. В то же время очень мало работ, в которых отслеживается динамика этих реакций во времени, то есть ведется мониторинг. К тому же одной из основных задач в направлении комплексной оценки и в мониторинге является создание единого информационного пространства. Эти сложности могут быть преодолены с помощью геоинформационных технологий, интеграционный характер которых, позволяет создать мощный инструмент для сбора, хранения, систематизации, анализа и представления пространственно распределенной информации, в том числе и биоиндикационной.
Цель и задачи исследования
Цель настоящей работы - изучение и апробация использования стабильности развития и фенотипической изменчивости жуков-мертвоедов Nicrophorus vespilloides (Herbst, 1783) и N. vespillo (Linnaeus, 1758) для оценки качества среды.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
выделить морфологические признаки и оценить возможность использования их как параметров состояния изучаемых организмов;
провести сравнительный анализ обоих видов по стабильности развития;
- разработать балльную оценочную шкалу для изученных видов;
выявить закономерности изменения стабильности развития жуков-мертвоедов в зависимости от антропогенного воздействия;
провести биологический мониторинг на территории Калужского городского бора на основе стабильности развития двух видов мертвоедов;
провести сравнительный пространственный и временной анализ фенофондов и стабильности развития разных выборок изученных видов.
Научная новизна исследования может быть сформулирована в следующих положениях:
доказана возможность применения N. vespilloides и N. vespillo в оценке качества среды и использования их в биоиндикации и биомониторинге;
разработана, апробирована и адаптирована методика проведения биоиндикации и биомониторинга с использованием новых видов ранее не использовавшихся для этих целей;
впервые выделено 6 меристических признаков одинаковых для обоих видов для оценки стабильности развития, и произведено описание фенокомплексов, на основании которых встречено и описано 7 типов рисунка на надкрыльях у N. vespilloides и 6 типов у N. vespillo;
впервые созданы биоиндикационные карты и проведён сравнительный площадной анализ качества окружающей среды по показателям стабильности развития и фенотипической изменчивости N. vespilloides и N. vespillo на территории Калужского городского бора;
- разработана балльная шкала коэффициента флуктуирующей
асимметрии для N. vespilloides и N. vespillo.
Научно-практическое значение
Заложен и ведется биологический мониторинг Калужского городского бора по стабильности развития N. vespilloides и N. vespillo.
Полученные результаты используются городской управой города Калуги, при ведении экологического мониторинга бора и отмечены премией городской управы Калуги в 2004 году.
Результаты исследований вошли в курс «прикладная экология» для студентов экологов Калужского государственного педагогического университета.
8 Основные положения, выносимые на защиту
Оба вида жуков-мертвоедов отвечают всем требованиям для видов-биоиндикаторов и могут использоваться в оценке качества среды одновременно.
Стабильность развития - наиболее удобный параметр биоиндикации по сравнению с фенетическими характеристиками.
Показатель стабильности развития мертвоедов наглядно индицирует наличие антропогенного воздействия, как в отдельных точках, так и на сплошной территории.
Использование ГИС-технологий позволяет интегрировать всю необходимую для ведения биомониторинга Калужского городского бора информацию и наглядно демонстрировать результаты в виде биоиндикационных карт.
Личное участие автора
Автор лично собрал весь фактический материал по Калужскому городскому бору и около 80% материала по Калуге и Калужской области. Лабораторная и статистическая обработка полученных данных, их интерпретация и оформление осуществлены автором самостоятельно.
Апробация работы
Материалы диссертации были представлены на Областной научной конференции им. Чижевского (Калуга, 2001); 7, 8 и 10-ой Всероссийских научно-практических конференциях: «Образование в России: медико-психологический аспект» (Калуга, 2001, 2003, 2004); 7-ой Всероссийской студенческой конференции: «Экология и проблемы защиты окружающей среды» (Красноярск, 2001); 6, 7 и 8-ой Пущинской школы-конференции молодых ученых "БИОЛОГИЯ - НАУКА 21-го ВЕКА" (Пущино, 2002, 2003, 2004); научной конференции студентов по итогам научно-исследовательской работы (Калуга, 2004), 2-ой региональной научной конференции студентов,
9 аспирантов и молодых ученых «Техногенные системы и экологический риск», (Обнинск, 2005), 3-й Международной конференции ИНТЕРНАС'2007 «Актуальные проблемы современного естествознания», (Калуга, 2007) а так же доложены на семинарах Лаборатории Биоиндикации Калужского государственного педагогического университета им. К.Э. Циолковского.
По теме диссертации опубликовано 14 работ, В том числе в сборниках материалов всероссийских конференций - 7 , в сборнике материалов международных конференций - 1, в монографиях - 1, учебное пособие- 1., статьи - 2, в том числе в издании рекомендованном ВАК -1.
Структура и объем работы
Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, включает 48 рисунков, 5 таблиц. Список литературы включает 152 наименования на русском и иностранных языках. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы.
