08/04/2020 Творческое объединение "Основы научной деятельности"

Уважаемые исследователи!

Мы продолжаем изучать методики проведения исследований в природе (пока только теоретически). Сегодня предлагаю вашему вниманию изучение метода комплексной биоиндикации и методику проведения фенологических наблюдений.

Для оценки состояния окружающей среды целесообразно использовать метод комплексной биоиндикации. Он заключается в комбинации фито- и зооиндикаторов на разных системных уровнях. Это позволяет оценить состояние экосистемы с точки зрения взаимодействия природных элементов и антропогенного воздействия, выявить степень устойчивости и реакцию экосистем на воздействие человека. Применяемый нами подход находится в русле создания системы биологических индикаторов для экологического нормирования состояния наземной среды.

Анализ актуальности проблемы комплексной биоиндикации показал, что несмотря на бесспорные преимущества данного метода экологического мониторинга, остается неразработанным сам алгоритм создания региональной модели биоиндикации различных экосистем. Данный факт послужил основанием для формулирования цели нашего исследования – проведение комплексной биоиндикации наземных экосистем биот. Основой исследования послужил материал популяционных выборок клопа-солдатика и липы сердцевидной, собранных на территории Алексеевкого района Белгородской области Российской Федерации в вегетационный период 2006 года. Популяционные выборки проводились в естественной среде обитания изучаемых видов. Собрано и проанализировано 8 выборок из пяти природных популяций клопа-солдатика общим объемом 1065 половозрелых особей и 800 листьев липы сердцевидной из 4 различных географических точек.

Нами использован комплекс общепринятых и авторских методик, включающих в себя полевые наблюдения и камеральную обработку материала. Применение компьютерной морфометрии позволило провести комплексную биоиндикацию состояния объектов окружающей среды с использованием выделения у биологических датчиков-сенсоров информационнозначимых критериев оценки анализируемых экосистем.

Под влиянием неблагоприятных условий механизмы гомеостаза могут нарушаться, что приводит к изменению в развитии организма. Появление асимметрии в меланизированном рисунке покрова клопа-солдатика служит отражением внешнего воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов. 

 Исходя из этого, был изучен и систематизирован материал по фенотипической изменчивости вариаций элементов меланизированного рисунка покрова с учетом явления флуктуирующей асимметрии в половой структуре природных популяций клопа-солдатика. На основе совокупности выборок по клопу-солдатику выделено 100 вариаций меланизированного рисунка переднеспинки (элемент П), 57 вариаций элемента А, 116 – элемента В, 3 – элемента С и 16 – элемента D меланизированного рисунка надкрыльев.

Анализ половой структуры, фенотипического разнообразия и асимметрии вариаций элементов меланизированного рисунка покрова клопа-солдатика позволил выявить в большинстве популяционных выборок численное преимущество самок над самцами, что может свидетельствовать об адаптационной стратегии, направленной на сохранение генофонда популяции. Анализ фенотипического разнообразия элементов меланизированного рисунка покрова клопа-солдатика и учет асимметрии обнаруженных вариаций указывает на неблагоприятную обстановку существования насекомых.

Одной из разновидностей компьютерной морфометрии является тест на форму листьев липы и особенности их жилкования по результатам анализа отсканированных электронных изображений. При этом оценивается состояние воздуха, а также почвы локальной территории. В ходе изучения морфологических особенностей листьев липы серцевидной, как биоиндикационного признака, выделяются особенности морфологии листовой пластинки в пределах различных исследованных выборок. 

В качестве эталонной зоны взяты пробы на территории заповедника. Данные компьютерной морфометрии показали четкое разделение двух морфологических групп. К первой относится эталонная зона – заповедник. Это указывает на то, что деревья в первой группе произрастают в одинаковых условиях, менее подверженных антропогенному воздействию. Вторая группа деревьев характеризуется морфологическим уклонением изучаемых параметров листьев, что говорит об особенностях экологических условий произрастания деревьев, которые могут свидетельствовать об антропогенном загрязнении.

Обобщение полученных данных свидетельствует о том, что анализируемые биоты в своем биологическом прошлом были подвержены действию комплекса стрессирующих факторов, которые мобилизовали действие самовосстановительных процессов. К моменту проведенного нами анализа адаптационная стратегия популяций определила положение исследуемых сообществ видов-биоиндикаторов, соответствующее среднему уровню антропогенного воздействия.

Фенологические наблюдения.  Методика фенологических наблюдений за растениями складывается из следующих моментов: выбора мест и объектов наблюдения, признаков определения фаз развития и частоты осмотра наблюдаемых растений.

Цикл сезонного развития растительности состоит из закономерно сменяющих друг друга морфологических этапов. При фенологических наблюдениях используется следующая система фитофенологических фаз, наблюдаемых у наиболее типичных представителей местной растительности:

• ·         начало сокодвижения у древесных растений,
• ·         начало облиствения у древесных и кустарниковых растений,
• ·         начало цветения у всех наблюдаемых видов,
• ·         начало созревания плодов и семян у древесных, кустарниковых, ягодных и некоторых других растений,
• ·         начало осеннего окрашивания крон у древесно-кустарниковой растительности,
• ·         полное осеннее окрашивание крон у древесно-кустарниковой растительности,
• ·         начало листопада у древесно-кустарниковых видов, некоторых полукустарников и кустарничков,
• ·         конец листопада у древесно-кустарниковых видов, некоторых полукустарников и кустарничков.

Фитообъектами фенологических наблюдений являются: древесные растения (деревья, лианы, кустарники, полукустарники, кустарнички) и травянистые растения (однолетние и многолетние виды дикорастущих и культурных цветковых растений и злаки). Для наблюдения необходимо выбирать средневозрастные, хорошо развитые здоровые растения.

Фенологические наблюдения, как правило, ведутся не за одиночными экземплярами, а за совокупностью представителей конкретного вида. Это обеспечивает правильную оценку фенологического состояния растительности на участке наблюдения.

Результаты фенологических наблюдений записываем в виде таблицы. Можно сделать выборку за несколько лет и провести мониторинг. После завершения дистанционного обучения будем все эти методы исследований применять непосредственно в полевых условиях.