Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биоэкологические особенности растительного покрова степного Предуралья в зоне влияния выбросов газоперерабатывающего предприятия

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Немерешина, Ольга Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Характер изменения биологических особенностей растений в условиях атмосферного загрязнения (обзор литературы).

1Л. Особенности реакции растительных организмов на атмосферные примеси.

1.2. Особенности Оренбургского газоперерабатывающего завода (ОГПЗ) как источника химического загрязнения.

ГЛАВА 2. Условия, объекты и методика исследований

2.1. Краткая климатическая характеристика района исследования.

2.2. Характеристика объектов исследования.

2.3. Методика флористического и геоботанического анализа.

2.4. Методика морфологического и анатомического изучения растений.

2.5. Методики изучения содержания биологически активных веществ и микроэлементов в растениях.

ГЛАВА 3. Состав исследуемых типовых фитоценозов в зонах с различным уровнем экологической нагрузки.

ГЛАВА 4. Анатомо-морфологические изменения растений исследуемых территорий.

ГЛАВА 5. Особенности накопления биологически активных веществ и микроэлементов в травянистых растениях.

5.1. Особенности содержания биологически активных веществ в растениях различных экологических зон.

5.2. Содержание микроэлементов.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Биоэкологические особенности растительного покрова степного Предуралья в зоне влияния выбросов газоперерабатывающего предприятия"

Актуальность темы. Особенностями структуры фитоценозов определяется тип биогеоценозов и геоклиматические особенности региона в целом. Виды дикорастущей флоры служат сырьевой базой для получения самых разнообразных продуктов. Поэтому одной из актуальных проблем биологической науки является изучение биологических и экологических особенностей растений в зависимости от условий произрастания. Связь вида со средой, раскрытая в достаточно полной степени, является необходимым этапом для понятия эволюции вида (Тимофеев-Ресовский и др., 1977).

В настоящее время практически не осталось природных комплексов, которые не были бы прямо или косвенно подвержены антропогенному воздействию. Выбросы промышленных предприятий наносят огромный ущерб экосистемам, загрязняя атмосферу, водоемы, почвы, растительный покров, что приводит к снижению продуктивности биоценозов и агроценозов. По мнению многих исследователей наиболее интенсивно вредными веществами загрязняется атмосфера. Состав воздуха является одним из важнейших экологических факторов, влияющих на растительный и животный мир (Базилевич, 1962; Зуева, 1990; Рябинина, 1990; Ивашов, 1996; Куликов, 1994; Тищенко, 1991).

К последствиям загрязнения воздушной среды следует отнести не только экономический ущерб, но и неблагоприятные генетические, эволюционные, биогеоценотические и социальные изменения (Николаевский, 1979; Шилова, Лукьянец, 1989). К биоценотическим последствиям относятся нарушение растительных формаций и ассоциаций, исчезновение видов неустойчивых к антропогенному воздействию и другие неблагоприятные изменения. В связи с этим важны не только технологические мероприятия по уменьшению загрязнения среды, но и специальные биологические научные исследования (Рябинина и др., 1993). Всестороннее изучение растительного сырья отечественной флоры служит теоретической основой ресурсоведческих проблем.

Объемы выброса газов и пыли на промышленных предприятиях настолько велики, что вызывают не только повреждение и гибель растений, распад фитоценозов, но и появление промышленных пустынь, эрозию почв и потерю их плодородия, усиление различных заболеваний и даже массовое отравление людей и животных (Безуглая, 1986; Барахтенова, Николаевский, 1988; Рябинина и др, 1993; Шилова, Лукьянец, 1998). Сложившаяся ситуация требует создания адекватных методик и методологий для прогнозирования изменений состояния природной среды и разработки рекомендаций по активному управлению ходом событий (Гончарик, 1962; Илькун, 1978; Мэннинг, Уильям, 1985; Башкин , 1999; Кин, 1999; Абаимов и др. 2001).

При ухудшении качества воздушной среды происходят изменения в растительных организмах на генетическом, клеточном, физиологическом, биоценотическом и эволюционном уровнях. В связи с этим, возникает необходимость в изучении не только особенностей видового состава растительных сообществ и фитоценозов техногенных зон, но и характера изменений в отдельных растительных организмах. Виды травянистых растений в силу короткого времени их онтогенеза и возможности скорейшей выработки наследственных механизмов адаптации к условиям среды представляют интересный и перспективный объект исследования в плане анализа адаптивных особенностей растительных организмов.

За последние десятилетия экологическая ситуация в Оренбургской области резко обострилась (Горчаковский,1974; Горчаковский, Рябинина, 1984; Рябинина, 1990; Трубин, 1991; Боев, Воляник, 1995; Куксанов, 1997; Цыцура и др, 1999). В атмосферу от предприятий области поступает более 20-ти наименований химических веществ, среди которых наиболее распространенными являются диоксид азота, диоксид серы, сероводород, твердые частицы. Газообразные выбросы формируют ареалы техногенного загрязнения, влияющие на тип и интенсивность биологического круговорота, изменяют почвенные процессы и структуру растительных сообществ, загрязнение снижают продуктивность биоценозов степной зоны (Алексеенко, 1990; Александров, 1998; Цыцура и др., 1999). Поэтому становится актуальной проблема изучения приспособительных реакций растительных организмов к загрязнению среды, выявление характера изменений, вызванных веществами-загрязнителями, количественная оценка масштаба и временного хода последствий длительной антропогенной нагрузки на флору и растительность (Бурдин, 1985; Булохов, 1996; Елизаров, 1996).

Цель исследования: Целью работы являлось изучение реакции растительного покрова степной зоны Предуралья и механизмов адаптации травянистых растений к воздействию атмосферных выбросов газоперерабатывающего предприятия.

Задачи исследования:

1. Выявить характер изменений лугово-степных фитоценозов в условиях различного уровня техногенной нагрузки.

2. Изучить особенности варьирования некоторых морфологических и анатомических признаков травянистых растений, произрастающих в загрязненной среде.

3. Произвести количественную и качественную оценку содержания веществ вторичного синтеза (биологически активных веществ) и микроэлементов в исследуемых растениях в зависимости от уровня загрязнения.

Положения, выносимые на защиту.

1. Снижение видового разнообразия и проективного покрытия в лугово-степных фитоценозах является критерием оценки уровня техногенного воздействия.

2. К адаптационным механизмам некоторых травянистых растений-мезофитов в условиях техногенного воздействия предприятий газохимического комплекса следует отнести ксерофитизацию листовой пластинки, а также увеличение содержания флавоноидов (на 20-25 %) в растениях.

Научная новизна. Установлено усиление процессов синантропизации растительного покрова в зоне влияния атмосферных выбросов газоперерабатывающего предприятия. Описаны особенности анатомических и морфологических изменений в органах растений, произрастающих в техногенной зоне, указывающие на ксерофитизацию исследуемых растений и снижение биомассы фитоценозов, что может использоваться в качестве индикатора техногенного воздействия.

Впервые выявлены взаимосвязи между содержанием биологически активных веществ в травянистых растениях и загрязнением атмосферы промышленными выбросами, что может быть использовано в качестве косвенного показателя интенсивности и продолжительности техногенного воздействия.

Практическая значимость. Определяется возможностью использования сведений о выявленных наиболее приспособительных признаках для разработки научных основ охраны растительного мира. Выявление анатомо-морфологических и химических изменения у растений (тысячелистник обыкновенный, льнянка обыкновенная, марьянник полевой, горец птичий и вероника колосистая) в зоне воздействия атмосферных выбросов газоперерабатывающего предприятия предлагается использовать эти изменения в качестве фитоиндикаторов атмосферного загрязнения. Что может быть положено в основу разрабатываемых правовых и экологических документов в качестве критериев экологический оценки среды. Полученные сведения являются методической основой организации биологического мониторинга на территории санитарно-защитной зоны ОГПЗ и могут использоваться в учебном процессе при изучении курсов ботаники, экологии, агрохимии и физиологии растений, а также в работе аспирантов и научных сотрудников, специализирующихся на изучении экоустойчивости растений. Результаты эколого-ботанических исследований переданы в отдел по охране окружающей среды ОГПЗ для разработки природоохранных мероприятий и комплексных экологических программ, определения параметров санитарно-защитных зон предприятий газовой промышленности.

Выявленные изменения содержания биологически-активных веществ могут быть применены специалистами медико-фармацевтического направления при оценке качества лекарственного растительного сырья, собранного в зоне повышенной экологической нагрузки.

Апробация работы. Материалы исследования докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Сертификация и управление качеством экосистем на Южном Урале» (Оренбург, 1997); региональной конференции молодых ученых и специалистов (Оренбург,

1998); Всероссийской научной молодежной конференции «Стратегия природопользования и сохранение биоразнообразия в XXI веке» (Оренбург,

1999); Всероссийской научно-практической конференции «Социокультурная динамика региона» (Оренбург, 2000);

По материалам диссертации опубликовано 7 работ.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Немерешина, Ольга Николаевна

Результаты исследования растений, собранных в зоне действия промышленных выбросов ОГПЗ, на содержание флавоноидов

Название растений Литературные сведения о наличии веществ Окраска соединений (проба Синода) Раствор карбоната натрия Оценка содержания веществ

Тысячелистник обыкновенный ++ оранжево-красное ярко-желтое ++

Льнянка обыкновенная ++ оранжевое желтое +

Спорыш сл оранжевое желто-зеленое сл

Марьянник полевой + оранжевое зеленоват о-желтое +

Вероника колосистая ++ вишнево-красное ярко-желтое ++