Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Палиноиндикационная оценка состояния окружающей среды дельты Волги

ВАК РФ 03.02.01, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Палиноиндикационная оценка состояния окружающей среды дельты Волги"

005018004

На правах рукописи

Сероглазова Наталия Григорьевна

ПАЛИНОИНДИКАЦИОННАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДЕЛЬТЫ ВОЛГИ

Специальность: 03.02.01 - Ботаника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 9 ДПР 2012

Астрахань - 2012

005018004

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Астраханский государственный университет» на кафедре ботаники, почвоведения и биологии экосистем

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор, Бакташева Надежда Мацаковна Официальные оппоненты:

Кашин Александр Степанович, доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского», профессор кафедры методики преподавания биологии и экологии

Козак Маргарита Федоровна, доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет», профессор кафедры молекулярной биологии, генетики и биохимии

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волгоградский государственный университет»

Защита состоится «28» апреля 2012 года на заседании диссертационного совета Д 212.009.10 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, Астрахань, пл. Шаумяна, 1, Естественный институт АГУ, аудитория 101 & -/а. о о тиз-сх>4 Тел./факс: (8512) 51-82-64

E-mail: sovctcifa ramblcr.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета

Автореферат разослан _Т ил-и-г^пъа- £ O/él

(дата)

Ученый секретарь диссертационного совета

Федотова А.В.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Современные научные исследования показывают, что среди многих опасностей, грозящих нормальному функционированию экосистем нашей планеты глобальный характер приобретают медленно развивающиеся экологические катастрофы, зачастую, связанные с техногенным атмосферным загрязнением (Harte J. et al., 1991; Проблемы загрязнения окружающей среды и токсикология, 1993). По мнению А.П. Пурмаля (1998) медленность развития придает им особую опасность, не меньшую, чем внезапность природных экологических катастроф. В связи с этим, индикация природной среды - это комплексная, многогранная проблема. Высокой чувствительностью к воздействию повреждающих агентов и специфичностью ответных реакций на них характеризуются растения. Подбор фитоиндикаторов, реагирующих на малейшие колебания факторов, состава и свойств среды является основополагающей проблемой при экологической оценке состояния окружающей среды.

В последнее время в качестве традиционной модели при изучении загрязнений окружающей среды, используют морфологические признаки пыльцы (Бессонова, 1993; Мейер-Меликян, Кифишина, 1993; Дзюба, 1995). В качестве контролируемых показателей в системе мониторинга используются изменения следующих признаков: числа борозд, пор, ор, появление или исчезновение структурных образований экзины, нарушение симметрии и направления борозд. Индикатором негативных факторов окружающей среды является выявление стерильной и уродливой (тератной) пыльцы (Глазунова и др., 1990; Веселова и др., 1996; Глазунова, 1996, 2001).

В то же время пыльца заслуживает особого внимания, среди загрязняющих веществ биологического происхождения, как фактор, вызывающий сезонные аллергические заболевания (Беклемишев и др., 1985; Gioulekas D et al., 1991; Кобзарь и Харитонова, 1996 и др.). Также в условиях техногенных загрязнений пыльца может адсорбировать на себе ксенобиотики и транспортировать их на значительные расстояния (Савицкий и др, 2002). По результатам эпидемиологического исследования установлено, что распространенность пыльцевой аллергии у взрослых жителей Астраханской области составила 17,3% или 17258,9 на 100 тыс. взрослого населения, а основными этиологическими факторами проявления аллергии у населения Астраханской области является пыльца маревых и сложноцветных (Шамгунова и др., 2010).

Вышесказанное определяет актуальность проведения анализа современного состояния окружающей среды дельты Волги с применением методов палиноиндикации.

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось проведение палиноиндикации состояния окружающей среды дельты Волги на основе тенденций изменения структуры и качества пыльцы Capsella bursa-pastoris (L.) Medik., Elaeagnus angustifolia L., Chenopodium album L., Tilia cordata

Mill, под воздействием антропогенных загрязнителей и анализ аэропалинологического спектра г. Астрахань.

В ходе реализации основной цели решались следующие задачи:

1. Оценить биоритмологические показатели цветения фоновых растений.

2. Оценить загрязненность окружающей среды по признакам изменения морфологических показателей пыльцевых зерен видов - индикаторов и анализа их качества.

3. Провести анализ циклических колебаний аэропалинологического спектра, определить его таксономический состав и вклад пыльцы отдельных таксонов.

4. Выявить динамику пыльцевой продуктивности и составить календарь пыления растений, в том числе аллергенных.

Научная новизна. Впервые выявлена динамика проявления изменчивости морфологических показателей пыльцевых зерен, растений семейств Brassicaceae, Chenopodiaceae и пыльцевых зерен Elaeagnus angustifolia, Tilia cordata, связанная с техногенным загрязнением атмосферы дельты Волги. Установлена динамика состава и содержания пыльцы различных растений и спор грибов Alternaría, Cladosporium, Helmintosporium в аэропалинологическом спектре г. Астрахань, установлена их сезонная флуктуация. Впервые выявлена возможность применения пыльцы Capsella bursa-pastoris и Elaeagnus angustifolia, Tilia cordata, для диагностики загрязнений окружающей среды региона. Проведено сравнение характеристик пыльцевых зерен Tilia cordata дельты Волги с показателями, полученными в техногенно нарушенных экосистемах других регионов. По результатам исследования составлен календарь цветения и календарь динамики пыления растений, среди которых большинство продуцирует аллергенную пыльцу.

Научно-практическая значимость. Полученные данные могут быть использованы как основа при разработке мероприятий, направленных на улучшение и оздоровление окружающей среды дельты Волги. Составленный региональный календарь пыления может быть использован врачами — аллергологами для прогнозирования и диагностики поллинозов. Составленная коллекция снимков пыльцевых зерен может быть использована при проведении подобных исследований в сопредельных регионах.

Материалы диссертации включены в специальные лекционные курсы для студентов направления подготовки 020400 «БИОЛОГИЯ» по дисциплинам: экология растений, фитоиндикация, а также использованы при проведении лабораторных практикумов по морфологии растений и организации исследовательской работы студентов и школьников.

Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены на: II Международной научно-практической конференции «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования» (г. Астрахань, 2009); XIX Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2010); I

Международной научной конференции «Сорные растения в изменяющемся мире: актуальные вопросы изучения разнообразия, происхождения, эволюции» (Санкт-Петербург, 2011); XVI Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2011); 8 Международной заочной научной конференции «Проблемы сохранения и рационального использования биоразнообразия Прикаспия и сопредельных регионов» (Элиста, 2012).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, две из которых в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ.

Декларация личного участия автора. Автор лично участвовал в сборе полевого материала, работал в Гербариях БИН РАН (LE), Саратовского университета (SARAT), Астраханского государственного университета. Самостоятельно проведена камеральная обработка материала. Статистическая обработка полученных данных, их интерпретация и оформление работы осуществлены автором самостоятельно. В совместных публикациях вклад автора составил 50 - 80 %.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 143 страницах и состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа содержит 15 таблиц и 33 рисунка. Список литературы включает 195 источников. В приложении приведена коллекция снимков пыльцевых зерен и спор (Приложение 1), встречающихся в аэроспектре и «Архив пыльцевого мониторинга» (Приложение 2).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Биоритмологические показатели характеризуют особенности цветения растений в вегетационные сезоны разных по климатическим показателям годов наблюдений и позволяют установить усредненный тип ритмики цветения местных видов, соответствующий сезонной динамике растительности пустынной зоны.

2. Антропогенная трансформация окружающей среды дельты Волги проявляется в увеличении процента тератоморфной и стерильной пыльцы растений — индикаторов. По структурно-морфологической изменчивости пыльцевых зерен Elaeagnus angustifolia L., Tilia cordata Mill, можно проводить экспресс-диагностику загрязнения окружающей среды исследуемой территории.

3. Таксономический состав и анализ аэропалинологического спектра г. Астрахань.

Благодарности. Автор глубоко признателен и благодарен за профессиональное консультирование к.г.н., заведующей лабораторией палинологических исследований ВНИГРИ Дзюбе О.Ф. (г. Санкт-Петербург) и признателен за помощь кураторам Европейского отдела Гербария Ботанического института им. В.А. Комарова РАН, Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность исследования, его практическая и теоретическая значимость, сформулированы цель и задачи, основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. ЗНАЧЕНИЕ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В РАСПРОСТРАНЕНИИ И СОДЕРЖАНИИ ПЫЛЬЦЫ В АТМОСФЕРЕ

В главе дается краткая характеристика географического положения, природно-климатических факторов, флоры и растительности дельты Волги. Все эти факторы влияют на распространение и содержание пыльцы в атмосфере дельты Волги.

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основной материал для исследования получен в результате личных сборов пыльцы растений, произрастающих в различных районах дельты Волги и г. Астрахань, а также с гербарных листов (Гербарий Астраханского государственного университета, Гербарий БИН РАН (LE), Гербарий Саратовского госуниверситета (SARAT)).

Материала собран в период массового цветения с 2008 по 2011гг. У древесных растений сбор проводился с юго-восточной стороны кроны, с ветвей одного порядка по 10 - 50 цветков, у травянистого растения произвольно отбиралось по 3 - 10 цветков (соцветий). Для проведения теста на стерильность пыльцу фиксировали фиксатором Карнуа, либо в 70 % этиловом спирте.

Фенологические особенности цветения устанавливались визуальным и интегральным методами на площадках в местах сбора основного материала. На основе собранных данных составлен календарь цветения растений, производящих достаточно много пыльцы.

Пыльца изучалась с помощью светового микроскопа (тринокулярный микроскоп Unico Н 604Т и микроскопа Leica DME) при увеличении х400 и хЮОО. Полученные данные заносились в специальную таблицу (для каждого вида растения составлялась индивидуальная таблица). Микросъемку проводили камерой Canon PowerShot А650 IS при увеличении объективов х40 и хЮО. Полученные фотографии обрабатывались в программе Adobe Photoshop CS5.

Для изучения морфологических особенностей пыльцу обрабатывали щелочным методом Поста (1916). Для выявления тератоморфной пыльцы исследовалось не менее 50 пыльцевых зерен из каждого 5-10 отобранных для исследования бутонов (цветков), то есть в целом — не менее 250 - 500 зерен. Отмечалась частота встречаемости тератоморф (нетипичных, уродливых пыльцевых зерен), которая выражается в процентах (%) от общего количества исследованных пыльцевых зерен.

Определение качества пыльцы (фертильность) проводили ацетокарминовым методом (Паушева, 1974). Было изучено не менее 2500 пыльцевых зерен каждой пробы (Потапов, Султанов, 1973).

Аэропалинологические исследования проводились с середины марта до конца ноября 2009 - 2011гг. импакторными ловушками (Принципы и методы..., 1999), установленными на высоте 3-15 м. под углом 45° к ветровому потоку в различных районах города. Результаты аэробиологического мониторинга представлены в виде календаря пыления, согласно методике аэробиологических исследований пыльцы растений и спор грибов (2006).

Для идентификации пыльцевых зерен были использованы палинологические пособия, атласы и материалы международных палинологических баз данных: Эрдтман, 1956; Сладков, 1967; Моносзон, 1973; Куприянова, Алешина, 1972, 1978; Бурмистров и Никитин, 1990; Принципы и методы..., 1999; Дзюба, 2005; Атлас пыльцевых зерен астровых (Asteraceae), 2004; www.PalDat.org и др., а также образцы и снимки пыльцы из собственной коллекции.

В ходе анализа данных применялись стандартные статистические методики (Плохинский, 1978). Статистическая обработка данных, построение графиков осуществлены при помощи программ Excel 2003.

При определении растений использовали определители: Флора средней полосы европейской части России (Маевский, 2006); Иллюстрированный определитель растений Средней России. Том. 1,2,3 (Губанов и др., 2003); Флора Нижнего Поволжья (Скворцов, 2006). Для определения таксономической принадлежности спор и конидий грибов в аэроспектре использовали определитель Н.М. Пидопличко (1977). Номенклатура видов растений приводится по сводке С.К. Черепанова (1995).

Глава 3. МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЫЛЬЦЕВЫХ ЗЕРЕН ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ

В главе, рассмотрены морфологические характеристики пыльцевого зерна покрытосеменных растений: агрегатное состояние, полярность и симметрия, апертуры и их классификация, форма и размеры, строение оболочки, скульптура и текстура (Андреева, 1925; Поддубная-Арнольди, 1948; Радзевич, 1950; Erdtman, 1943, 1947, 1952; Сладков, 1967; Куприянова, Алешина, 1967; Нокс, 1985; Мейер-Меликян, 1998; Мейер-Меликян и др., 1999; Чернова, 2004; Дзюба, 2006; Punt, 2007; Рудая, 2010 и др.). Также в главе дается определение основным палинологическим терминам.

Обобщается актуальность изучения особенностей строения и жизнеспособности пыльцевого зерна для решения многих вопросов, например, в систематике таксонов цветковых растений (Цымбалюк, 2008; Григорьева, Коробков и др., 2009; Цымбалюк, Тарасевич, 2011 и др.), в селекции растений (Березенко, 1982; Рассветаева, 1982; Жуков, 1985; Дутова и др., 1998; Монаенкова и др., 2001; Яндовка, Шамров, 2006), в экологии

(Пименов и др., 2011). Пыльца древних растений используется для индикации возраста геологических пород, залежей полезных ископаемых, в том числе, нефтей (Вербицкая, Дзенс-Литовская, 1961; Покровская, 1964; Бойцова, Комарова, 1977; Мусина, 1980; Болотникова, 1980, 1989; Ошуркова, 2005 и др.).

Глава 4. ПАЛИНОИНДИКАЦИОННАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДЕЛЬТЫ ВОЛГИ 4.1. Анализ состояния окружающей среды дельты Волги

В изучаемом нами регионе в настоящее время загрязнение атмосферы, воды, почвы остается высоким (Чуйков и др., 1990, Марченко, 2007; Амирханов, Бармин, 2010; Доклад об экологической обстановке, 2011 и др.). Это связано не только с экономическими факторами и особенностью отраслевой структуры, но и географическими факторами. Географическое положение Астраханской промышленной агломерации в дельте Волги представляет своеобразную ловушку, аккумулирующую в себе все загрязнения, поступающие с промышленных верхов Волги. Это территория, являющаяся нижней частью каскадной ландшафтной геохимической системы (Асанова и др., 2009).

Городской воздух в основном загрязнен оксидом углерода (Ленинский район) и формальдегидом (Советский район). Повышение концентрации этих веществ в основном происходит в летние месяцы, что связано с увеличением концентрации выхлопных газов автотранспорта и слабыми ветрами, особенно в центральной части города (Насибулина, Горбунова, 2009; Серин, Бармин, 2009). Максимальная концентрация по четырем ингредиентам (диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота, формальдегид) наблюдается на перекрестках в момент тихого хода или торможения автомобилей, в районах ул. Яблочкова, Н. Островского, Б. Хмельницкого.

4.2 Пыльца как индикатор состояния окружающей среды

В разделе анализируются сведения о строении и характере изменения морфологических особенностей пыльцевых зерен (п.з.), позволяющих оценить состояние и выявить уровнь загрязненности окружающей среды, не прибегая к традиционной методике прямого учета мутаций или к применению дорогостоящего, а иногда и труднодоступного оборудования (Куриный, 1973; Бессонова, 1992; Дзюба, 1995 - 2007, Кобзарь, Харитонова, 1996; Глазунова, 1996, 2001; Мейер-Меликян и др., 2001 и мн. др.).

4.3. Палиноиндикационные исследования в дельте Волги с использованием представителей семейства Крестоцветные

Пыльцевые зерна (п.з.) семейства Вгахх1сасеае обычно 3-, редко 4-5 (7)-бороздные. Экваториальный диаметр 9,6-40,0 мкм. Форма п. з. сплющенно-сфероидальная, продолговатая. Экзина двуслойная, с мелко-средне-крупно-

Диаметр И.З., мкм

Число борозд

Causella bwsct-Dusloris IL. ) Mcdik.

Clrorispora lenella (Fall.) DC.

Descunwiia sovhia (L.) Webb ex

Lepidium IcitifoHum L.

L. perfoluitwn L.

L. niderale L.

Sisymbrium altissinuun L.

■V. loeselii L.

ячеистой скульптурой. Толщина экзины от 1,1 до 5,0 мкм. (табл. 4.З.1.). Морфологические различия п. з. у видов и родов наблюдаются в изменении размеров зерен, величины ячеек сетки, толщины экзины и ее скульптуры.

Таблица 4.3.1.

Количественные характеристики пыльцевых зерен представителей _семейства Вгазякасеав флоры дельты Волги

Толщина экзины, мкм

Размер ячеек,

Рис. 4.3.1 Пыльцевые зерна Capsella burs a-pas loris, 1 - стерильные П.З., 2 - фертильные п.з.

Изучение влияния загрязнения проводили по состоянию п.з. наиболее распространенного растения данного семейства - Capsella Ьика-раз^ш (Ь.) МесНк. Пыльцевые зерна - 3-бороздные, диаметром 17,6-20,16 мкм., экзина толщиной 1,6-2,8 мкм., с мелкосетчатой скульптурой, сетка равноячеистая, ячейки сетки округлые. Было изучено не менее 2500 п. з. из каждого образца, собранного с 6 участков различных районов города и 4-х пригородных районов. Экологически чистый район (условный контроль) — окрестности села Самосделка Камызякского района Астраханской области. Цитоплазма фертильного зерна, окрашенного ацетокармином, имеет темно-розовый цвет (рис. 4.3.1.). Наиболее часто встречающиеся аномалии развития - смятые и пустые п.з. Установлено (табл. 4.З.2.), что жизнеспособность пыльцы исследованных растений неодинакова в разных по уровню загрязненности районах города и области.

2.3±0.0457 2.0±0.01)4

Таблица 4.3.2.

Жизнеспособность пыльцы СаряеНа Ьиг,ча-рах!ог^ в различных районах ___Астраханской области_

№ Район исследования Фертильные п.з. М±т. »/. в td

1. г.А страхань Тпусовский n-н neo. Гпанонского 90±1,68 0,306 2,17*

2. г.Астрахань Ленинский n-н Мясокомбинат 80±2,!4 0,404 5,89***

3. г.Астрахань Тпусовский n-н ул. Шоссейная 92±¡,62 0,275 1,11

4. г.Астрахань Советский D-н ул. Лж. Рида 72±2,21 0,447 8,55***

5. г.Астрахань Tdvcobckih) d-h ATIKK 81±2,20 0,393 5,20***

6. г.Астрахань Киповский n-н ул. Алмипалтейская 85±2,38 0,353 3,20***

7. Астраханская обл. Ппиволжский n-н с. Растопуловка 75±4,17 0,436 4,48***

8. Астраханская обл. Ппиволжский n-н с. Осыпной бугоо 85±1,52 0,353 4,45***

9. Астраханская обл. Камьпякскнн n-н с. Чагян 88±1,28 0,330 3,62***

10. Контроль Астраханская обл. Камызякский n-н с. Самоспелка 94±1,21 0,240

Примечание: М±м (%) - среднее значение и ошибка репрезентативности доли; о -среднеквадратичное отклонение; ^ - критерий достоверности разности (различия между контролем и остальными пробами достоверны при *р > 0,05; **р > 0,01; ***р > 0,001)

На более загрязненных участках, расположенных вблизи крупных автомагистралей, качество пыльцы снижается от 80% (№2) до 72% (№4).

В данных исследованиях уровень стерильности п.з. Capsella bursapastoris (L.) Medik. не снижался ниже 70%, поэтому можно предположить, что данный рудеральный вид в процессе эволюции стал характеризоваться довольно высокой толерантностью к негативному воздействию различных факторов окружающей среды. Кроме этого, подтверждается мнение Пилипенко и Сальникова (2003) о большой устойчивости терофитов к антропогенной нагрузке.

4.4. Палиноиндикационные исследования в дельте Волги с использованием пыльцы Tilia cordata Mill.

Пыльцевое зерно Tilia cordata - 3-бороздно-оровые (рис. 4.4.1 (1)). В полярном положении округлые. В экваториальном - округло-сплющенно-эллипсоидальные. В полярном положение хорошо просматриваются апертуры. Экваториальный диаметр (Э.0) - 30,41 - 42,1 мкм. Полярная ось (П. ось) - 23,0 - 32,7 мкм. Апертуры сложные. Эктоапертура - борозда, в основном, короткая и узкая; длина борозд 10,2 - 16,5 мкм, ширина около 3 мкм. Эндоапертура - opa, округлая или слегка вытянутая с неровными краями; диаметр оры около 5 мкм. Экзина имеет среднюю толщину 1,91±0,023 мкм, в области апертур ее толщина достигает 3,1 ± 0,0288 мкм. Поверхность п.з. ямчатая.

Рис. 4.4.1. Пыльцевые зерна Tilia cordata, продуцированные в условиях

дельты Волги

1 - Нормально развитое п. з.; 2, 3, 4, 5, 6 - Тератоморфные п. з.; 2 - Двухразноапертурное п. з.; 3 - Трехразноапертурное п. з. с измененной формой апертуры; 4 - Семиапертурное п.з., две из которых закрыты наружным слоем экзины, а одна - недосформирована; 6 -Трехапертурное диссимметричное п. з.

При проведении теста на тератоморфность в качестве контроля использовалась пыльца гербарных образцов: Ростовская область, Заветное, байрачный лес, 1940г. № 1 (табл. 4.4.1.); Украина, Потешкин сад, 1895г., №2 (табл. 4.4.1.). В этих образцах наблюдается небольшой процент тератоморфных п.з. В образце №1 встречается до 6% п.з. с различными патологиями: диссимметрия, нанизм и диады. Для 2 образца характерно 7,3% тератоморфных п.з.

Пыльца, взятая с лип, произрастающих в настоящее время в различных районах дельты Волги, отличается варьированием морфометрических показателей и тератоморфностью (табл. 4.4.1., рис.4.4.1.). Большой процент тератоморфной пыльцы Tilia cordata обнаружен в Кировском районе г. Астрахань пл. Шаумяна (90% - 2011г., 84,5% - 2010г.), что связано, вероятно, с транспортной загруженностью. У остальных образцов (3-8) в этом районе, уровень тератоморфности варьирует от 4,6% до 26,5%. В этих образцах в основном обнаружены диссимметричные и двухапертурные тератоморфные пыльцевые зерна.

Таблица 4.4.1.

Некоторые характеристики п.з. Tilia cordata

№ Место произрастания, сроки сбора пыльцы Э.0, мкм П. ось, мкм 0 ап., мкм Ш мк., мкм Количество пыльиевых зелен. %

Нормально развитые Тератоморфные

1 2 3 4 5 6 7 8

1. Ростовская обл., Заветное, байрачный лес, ¡940 35,73±0,3169 27,83±0,2556 23,1±0,2793 20,14±0,2619 94 6

2. Украина, Потешкин сад, 1895 37,13±0,1315 27,04±0,2693 25,12±0,1486 20,72±0,122 92,7 7,3

3. г. Астрахань, Кировский р-н. пл. Ленина 4.06.2010 38,08±0,2135 29,8±0,4071 26,4±0,1155 20,63±0,1634 94,4 4,6

4. г. Астрахань, Кировский р-н. пл. Ленина 8.06.2011 37,47±0,244 26,8±0,1195 23,15±0,1603 19,86±0,1969 89,3 10,7

5. г. Астрахань, Кировский р-н. ул. Адмигіалтейская. 3.06.2010 39,84±0,302 32,24±0,277 25,69±0,1855 21,88±0,1995 82,1 17,9

6. г. Астрахань, Кировский р-н. ул. Советская. 17.06.2010 38,3±0,3249 29,9±0,2478 25,37±0,4009 20,54±0,3327 87 13

7. г. Астрахань, Кировский р-н. ул. Советская 6.06.2011 37,95±0,2327 29,82±0,2011 25,29±0,2529 20,42±0,2223 85 15

8. г. Астрахань Кировский р-н. Воатский салик. 12.06.2011 32,54±0,2621 25,33±0,2903 21,18±0,1831 17,85±0,1836 73,5 26,5

9. г. Астрахань, Кировский р-н. пл. Шаумяна 01.06.2010 30,41±0,1849 24,61±0,22 20,09±0,3287 16,73±0,3509 15,5 84,5

10. г. Астрахань, Кировский р-н. пл. Шаумяна 15.06.2011 30,45±0,2331 24,55±0,2616 20,2±0,4093 16,85±0,4387 10 90

11. г. Астрахань, Советский р-н. Аллея у КРХФ. 14.06.2011 31,47*0,1743 24,45±0,1549 22,51±0,1821 20,0±0,2345 53,2 46,8

12. г. Астрахань, Ленинский р-н. Бульвар Победы 16.09.2010 33,0±0,3097 26,9±0,2701 23,0±0,2246 19,9±0,2771 64 36

13. г. Астрахань, Ленинский р-н. ул. Савушкина АГТУ 02.06.10 35,2±0,2205 26,0±0,2090 23,4±0,1246 19,1±0,0947 77 23

14. г. Астрахань, Ленинский р-н. ул. Савушкина АГТУ 07.06.11 35,0±0,2833 27,1±0,2644 23,6±0,2780 19,0±0,1428 75,5 24,5

15. Астрах, обл. Парк у конт. пропуск, пункта п. Аксарайск, 11.06.2011 40,0tb0,2493 25,23±0,2422 24,04±0,1537 22,0±0,1711 51 49

16. Астрах, обл. г. Камызяк, центр, парк, 10.06.11 32,33±0,1535 24,51±0,1148 20,93±0,1162 17,48±0,1334 95,2 4,8

В Ленинском районе обнаружено от 23% до 36% тератоморфной пыльцы (образцы 12,13,14). В Советском районе (образец 11) уровень тератоморфности равен 46,8% (загрязнение от газозаправочной станции, аэропорта, а также оживленной трассы, связывающей центр города с пригородными и областными районами).

Высокое число уродливой пыльцы (диссиметричные двух-, четырех-, пятиапертурные, реже шести- и безапертурные п.з.) характерно липам, произрастающим в парке недалеко от контрольно-пропускного пункта Астраханского газоперерабатывающего завода - 49%.

Tilia cordata - общепризнанный индикатор, который в условиях дельты Волги также наиболее чувствительно реагирует на состояние окружающей среды образованием терат (до 90%, табл. 4.4.1.).

4.5. Палинологические особенности представителей семейства Маревые

В исследованиях предпринята попытка установить морфологические характеристики пыльцы видов семейства Маревые (Chenopodiaceae), произрастающих на территории дельты Волги, с целью облегчения идентификации пыльцы в аэропалинологическом спектре и определения сроков пыления, выявления терат, если таковые будут иметься.

П. з. семейства Chenopodiaceae - сфероидальные, бесполюсные, в очертании округлые, многоапертурные, край волнистый или слабоволнистый, текстура от мелкоточечной до крупноточечной. Поры равномерно расположены, а их число сильно варьирует, наибольшее количество у изученных нами растений этого семейство характерно для рода Kochia. Четко просматривается поровый канал (табл. 4.5.1.).

Таблица 4.5.1.

Количественные характеристики пыльцевых зерен представителей семейства

Chenopodiaceae

№ Вид Диаметр п.з., мкм Диаметр пор, MKM Толщина экзины, MKM Расстояние между соседними порами, мкм Кол-во пор

1. Camphorosma monspeliaca L. 2I,2±0,1473 2,1±0,0127 2,4±0.0268 2,3±0,0383 48-56

2. Chenopodium album L. 26,3±0,3172 2,3±0,0667 2,6±0,0680 2,0±0,0470 50-68

3. Kochia prostrata (L.) Schrad. 23,2±0,2301 2,0±0,0271 2,3±0,0457 2,8±0,0453 54-72

4. Suaeda altissima (L.) Pall. 24,2±0,2134 2,0±0,0265 2,1 ±0,0128 2,2±0,0246 46-62

5. Salsola laricina Pall. 16,7±0,2053 2,5±0.0348 2,0±0.01536 1,9±0,0273 25-34

У растений этого семейства встречались п. з. с нерегулярно расположенными апертурами, тонко- и толстоэкзинные, карликовые и гигантские, смятые и с нетипичными выростами. Так у Chenopodium album наблюдается до 68,2 % тератоморфной пыльцы, 33 % патологически развитых пыльцевых зерен у Kochia prostrata, у Suaeda altissima 41,7%, из которых 8 % - нераспавшиеся п.з. (диады, массулы).

Пыльца изученных нами видов очень полиморфна, но, несмотря на это ее можно использовать для палиноиндикации состояния окружающей среды.

4.6. Состояние пыльцы Elaeagnus angustifolia L. как показатель загрязнения среды в дельте Волги

Лох узколистный {Elaeagnus angustifolia L.) - один из распространенных фанерофитов дельты Волги. Для индикационных и аэропалинологических исследований были впервые изучены морфологические особенности строения нормально развитого пыльцевого зерна. П. з. лоха - трехбороздно-оровое, сплющенной формы. В полярном положении имеют округло - треугольную форму, в экваториальном -эллиптическую (рис. 4.6.1). Экваториальный диаметр - 39,97±0,2159 мкм. Полярная ось - 24,86±0,2167 мкм. Апертуры сложные. Эктоапертура -борозда (щелевидная, короткая), что видно на рис. 4.6.1.(1). Эндоапертура -крупная opa, с наибольшим диаметром около 8,06±0,0548 мкм. Экзина имеет толщину 1,92±0,0095мкм.

Было изучено не менее 2500 и. з. из каждого образца (табл. 4.6.1.). Наиболее часто встречающиеся патологии пыльцы лоха - смятые, неправильной формы, со сгустками разрушенной цитоплазмы, мелкие (нанизм), пустые и четырехапертурные п. з. (рис. 4.6.1.).

Наименьшее количество фертильной пыльцы было обнаружено в Трусовском районе у Хлебозавода, близ с. Тулугановка (Аксарайское шоссе) и около Аэропорта (Советский район).

Таблица 4.6.1.

Качество и тератоморфность пыльцы Elaeagnus angustifolia в различных

районах дельты Волги

№ Район исследования Фертильные П.З. М±ш. % О td % тератоморфных

1. г. Астрахань, Трусовский р-н Ттсовский Хлебозавод 55±1,72 0,353 16,8*«* 3,5

2. г. Астрахань, Трусовский р-н 3 Интспнаиионал 89±1,01 0,313 1,7 0,3

3. г. Астрахань, Тгп'сопскнн п-н АЦКК 89±1,42 0,307 1,3 0,9

4. г. Астрахань, Советский р-н. ул. Бсзжонова 71±1,60 0,455 10,3*** 0,1

5. г. Астрахань, Советски й п-н Л-тогюпт 69±1,15 0,462 12,6*** 0,2

6. г. Астрахань, Советский р-н ул. Н. Остповского 74±1,69 0,438 8,2*** 3,1

7. Аксарайское шоссс 2 км. от г. Астлахань 65±1,2б 0,478 14,7*** 0,1

8. Приволжский р-н с. Мансто 74±1,76 0,438 8,6*** 0,7

9. Приволжский р-н, с. Карагали 70±1,56 0,457 10,4*** 0,3

10. с. Тулугановка Аксарайское шоссс 52±1,39 0,500 20,8*** 0,2

П. Камызякский р-н, г. Камызяк 93±1,12 0,260 0,4 0,3

12. Контроль Камызякский р-н, с. Самосделка 92±1,10 0,338 - 0,1

Примечание: М±м (%) - среднее значение и ошибка репрезентативности доли; о -среднеквадратичное отклонение; ^ - критерий достоверности разности (различия между контролем и остальными пробами достоверны при *р > 0,05; **р > 0,01; ***р > 0,001)

93% фертильной пыльцы характерно для парка г. Камызяк. В образцах данного участка было обнаружено 0,3% тератоморфной, но фертильной четырехапертурной пыльцы. На улице Н. Островского в отличие от проб, отобранных в других районах, кроме четырехапертурной тератоморфной пыльцы наблюдаются еще и диады.

4.6.1. П. з. Elaeagmts аг^ши/оНа, окрашенные ацетокармином 1 - А - стерильное п.з., Б - фертильное п.з.; 2 - Прорастающее п.з.; 3 -Четырехапертурное фертильное п.з.; 4 - Фертильное нормально развитое п.з. Масштабные линейки: 1,2 - 20 мкм; 3-4 - 10 мкм.

Впервые установленные региональные особенности реакции .Е/аеб^та« аи^шй/о/г'а на воздействие окружающей среды выражаются в ухудшении качества п.з. (от 55% до 93% фертильных п.з.)

Глава 5. БИОРИТМОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦВЕТЕНИЯ И ПЫЛЕНИЯ РАСТЕНИЙ ДЕЛЬТЫ ВОЛГИ

5.1. Анализ биоритмов цветения растений в дельте Волги

Биоритмологические исследования в дельте Волги до настоящего времени не производились. Нами анализировались данные ритмики цветения растений, производящих достаточно много пыльцы. В работе приведен усредненный тип ритмики цветения 56 видов. Большинство из них, произрастает в составе различных ассоциаций естественной зональной

растительности. Но в черте города они не образуют, зачастую, растительных сообществ, а формируют произвольные группировки, отличные по составу, по набору видов - доминантов от сообществ открытых пространств дельты Волги.

5.2. Характеристика связи ритмов цветения и хода климатических показателей годов исследования

Проведен анализ связи продолжительности цветения растений с климатическими показателями 2009-2011 гг. Выявлены фенологические группы растений ранневесеннего, поздневесенне - летнего, летнего, нозднелетнее-осеннего цикла цветения. Биоритмологические материалы отражают не только особенности цветения характерных видов антропогенных сообществ в вегетационные сезоны 2009 - 2011 гг., но и определяют усредненный тип ритмики цветения, необходимый для углубленного изучения растений, способствующих аллергизации населения г. Астрахань и сопредельных территорий.

5.3 Динамика состава аэропалинологического спектра

5.3.1 Аэропалинологические исследования в России и за рубежом

В разделе проанализированы работы, посвященные аэропалинологическим исследованиям, проведенным в России и за рубежом (Atkinson, 1990; Birks Н. J.B., 1983; El-Ghazaly G„ 1993; Tauber H., 1977; Aerobiologia, 2001; Bicakci A., 1999, 2003; Peternel R., 2003 и др.; Губанкова, 1973, 1981; Губанкова и Прощина, 1984; Полевова 1998; Северова и др., 2000; 2004,2005; Гандалипова, 2003; Елькина, 2009).

5.3.2. Общая характеристика аэропалинологического спектра г.

Астрахань

За весь период исследования в аэропалинологических ловушках г. Астрахань отмечалась пыльца растений, принадлежащая 31 таксону. В календаре пыления нами анализируются данные о видах, с ярко выраженной динамикой пыления.

Продолжительность сезона пыления около 9 месяцев. Качественный состав аэропалинологической ловушки в центре города и на окраине неидентичен. Начало пыления для большинства таксонов регистрировалось на 1-5 дней раньше в ловушке, установленной в центре города. На основе полученных данных можно выделить два ярко выраженных пика пыления (рис. 5.3.1.).

I пик - апрель-май, связан с цветением анемофильных древесных растений. В апреле преобладает пыльца вязов и тополя (70% и больше). В мае преобладает пыльца ив (около 50%). Также встречаются пыльцевые зерна: Betiila, Fraxinus, Malus, Ceratocephala, Brassicaceae и Poaceae.

II пик - август-сентябрь, связан с пылением наиболее распространенных аллергенных растений Artemisia, Ambrosia, Atriplex, Chenopodium. Пыльца этих растений преобладает в аэропалинологическом спектре.

Деревья

март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь

Таксоны 1 2 3 1 2 3 1 I 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Salix 11

Ulmus

Populas ■

Fr ах i mis

Tilia

Pinns :

Betiila

Elaeagnus я

¡llallis

Травянистые растения

Таксоны апрель 1ай | июнь | июль | август | сентяб| )Ь | октяб рь нояб| )Ь

1 2 3 1 2ЩЩЗ 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Роасеае

Chenopodium

Artemisia

Atriplex

Ambrosia

Brassicaceae Г

Taraxacum

Ceratocephala

___Количество пыльцевыхзерен (1 см /декада) _

I I 1-10 I I 11-100 I ¿1 101-500 ЁИЁИ >500 I

Рис.5.3.1 Усредненный календарь пыления основных таксонов для г.

Астрахань (2009-2011 гг.)

Небольшой пик отмечается в июне, что связано с массовым цветением злаков. Кроме того, отмечается пыльца лоха, одуванчика, липы, сосны. Этот период отличается меньшим количественным содержанием пыльцевых зерен на см2/декада, но большим разнообразием видового состава (в основном злаков).

При анализе аэропалинологических проб были обнаружены споры и конидии грибов (Кл. ОеШеготусегез, пор. Нуркотусе1а1ея), в основном альтернарии, в меньшей степени, кладоспориума и гельминтоспория. Первые споры появляются в апрельских аэропалинологических пробах. Наибольшее содержание спор и конидий характерно для палинологических проб центральной части г. Астрахань.

Исследование аэропалинологического спектра в течение 2009-2011 гг. показало, что основной состав пыльцевого спектра почти одинаков в различные годы, значительно варьируют сроки, интенсивность и характер пыления.

Выводы:

1. Антропогенная трансформация окружающей среды дельты Волги проявляется в увеличении процента тератоморфной и стерильной пыльцы у растений различных таксонов (Chenopodiaceae, Capsella bursa-pastoris (L.) Medik., Elaeagmis angustifolia L., Tilia cordata Mill.). Наиболее показательным индикатором техногенного загрязнения является пыльца Elaeagnus angustifolia и Tilia cordata.

2. Составлен региональный календарь цветения 56 видов растений и установлен их усредненный тип ритмики цветения.

3. Установлено, что на территории дельты Волги наиболее значимыми метеорологическими факторами, влияющими на сроки цветения и динамику пыления, является ветер, температура и количество осадков. Особенно ярко выражена эта зависимость у растений летнего и позднелетне-осеннего цикла цветения.

4. В региональном аэропалинологическом спектре отмечена пыльца растений 31 таксона, с различной степенью встречаемости. Отмечено присутствие спор грибов 3 таксонов класса Deuteromycetes.

5. Динамика пыления 16 таксонов покрытосеменных растений (8 древесных растений, 8 травянистых растений), 1 - таксона голосеменных растений отражена в составленном календаре пыления.

6. Выявлено два ярко выраженных пика пыления растений: I пик -апрель-май (преобладает пыльца анемофильных древесных растений), II пик - август-сентябрь (преобладает пыльца анемофильных, аллергенных растений сем. Маревые и полыней). Небольшой пик, связанный с массовым цветением злаков, отмечается в июне.

7. Установлено, что наиболее неблагоприятными районами являются: близлежащие районы и населенные пункты около Аксарайского газоконденсатного месторождения, центр г. Астрахань и район Аэропорта (Советский район г. Астрахань), а также перекрестки крупных дорог (например, пл. Шаумяна, ул. Н. Островского).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ * - публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ

1. Сероглазова Н.Г., Бакташева Н.М., Струков В.М. Морфология пыльцы весеннее- и раннелетнецветущих представителей семейства Brassicaceae // Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования: материалы II междунар. научно-практической конф. - Астрахань: Издательство «Астраханский университет», 2009.-С. 328-331

2. Сероглазова Н.Г., Струков В.М., Бакташева Н.М. Морфологические признаки пыльцевых зерен некоторых представителей семейства Chenopodiaceae. // Экология и жизнь: сборник статей XIX междунар. научно-практической конф. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2010. -С. 315-319

3. *Сероглазова Н.Г. Сроки пылеиия растений и метеорологические показатели окружающей среды (на примере г. Астрахань) //Естественные науки. - Астрахань, 2011. - №1(34). - С.31-35

4. Сероглазова Н.Г., Бакташева Н.М., Булатова С.Н. Индикация чистоты окружающей среды Астраханской области по состоянию пыльцы сорных растений сем. BRASSICACEAE // Сорные растения в изменяющемся мире: актуальные вопросы изучения разнообразия, происхождения, эволюции: материалы I междунар. науч. конф.- СПб.: ВИР, 2011.-С. 281-285

5. Сероглазова Н.Г. Пыльца Capsella bursa-pastoris (L.) Medik как индикатор чистоты окружающей среды Астраханской области // Экология России и сопредельных территорий: материалы XVI междунар. экологической студенческой конф - Новосибирск, 2011. - С. 304-305

6. *Сероглазова Н.Г., Бакташева Н.М. Индикация чистоты окружающей среды по состоянию пыльцы растений, произрастающих в дельте Волги // Вестник МГОУ. Серия «Естественные науки» - М., 2012. -№1. - С. 65-68

7. Бакташева Н. М., Сероглазова Н.Г. Палиноиндикационные исследования в дельте Волги с использованием пыльцы Tilia cordata Mili. II Проблемы сохранения и рационального использования биоразнообразия Прикаспия и сопредельных регионов: материалы VIII междунар. заочной научной конф. - Элиста, 2012. - С. 35-39

Подписано в печать 21.03.2012 г. Формат 60x90/16 Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,25 Тираж 100 экз.

Отпечатано в Астраханской цифровой типографии (ИП Сорокин Роман Васильевич) 414040, Астрахань, пл. К. Маркса, 33, 5-й этаж, 5-й офис Тел./факс (8512) 54-63-95 e-mail: RomanSorokin@list.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Сероглазова, Наталия Григорьевна, Астрахань

61 12-3/1103

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Астраханский государственный университет»

На правах рукописи

Сероглазова Наталия Григорьевна

ПАЛИНОИНДИКАЦИОННАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДЕЛЬТЫ ВОЛГИ

Специальность: 03.02.01 - Ботаника

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Бакташева Н.М.

Астрахань - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение......................................................................................................................................4

Глава 1. ЗНАЧЕНИЕ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В РАСПРОСТРАНЕНИИ И СОДЕРЖАНИИ

ПЫЛЬЦЫ В АТМОСФЕРЕ......................................................................................................9

1.1. Географическое положение....................................................................................................9

1.2. Климат........................................................................................................................................................9

1.3. Ветровой режим................................................................................................................................17

1.4. Характеристика флоры и растительности дельты Волги............................19

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ................................23

Глава 3. МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ПЫЛЬЦЕВЫХ ЗЕРЕН ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ..........................................29

3.1 Агрегатное состояние пыльцевых зерен.....................................................31

3.2. Полярность и симметрия пыльцевых зерен.......................................32

3.3. Апертуры................................................................................................................................................35

3.4. Форма и размеры..............................................................................................................................37

3.5 Строение оболочки пыльцевых зерен............................................................................39

3.6. Скульптура и текстура................................................................................................................41

Глава 4. ПАЛИНОИНДИКАЦИОННАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДЕЛЬТЫ ВОЛГИ........................................................43

4.1. Анализ состояния окружающей среды дельты Волги....................................43

4.2 Пыльца как индикатор состояния окружающей среды..................................50

4.3. Палиноиндикационные исследования в дельте Волги с использованием представителей семейства Крестоцветные..............................53

4.4. Палиноиндикационные исследования в дельте Волги с использованием пыльцы Tilia cordata Mili..........................................................................60

4.5. Палинологические особенности представителей семейство Маревые..............................................................................................................................................................73

4.6. Состояние пыльцы Elaeagnus angustifolia L. как показатель загрязнения среды в дельте Волги ..........................................................................................80

Глава 5. БИОРИТМОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЦВЕТЕНИЯ И ПЫЛЕНИЯ РАСТЕНИЙ ДЕЛЬТЫ ВОЛГИ....................87

5.1. Анализ биоритмов цветения растений в дельте Волги..................................87

5.2. Характеристика связи ритмов цветения и хода климатических

показателей годов исследования..................................................................................................91

5.3 Динамика состава аэропалинологического спектра..........................................101

5.3.1 Аэропалинологические исследования в России и за рубежом............101

5.3.2. Общая характеристика аэропалинологического спектра г.

Астрахань............................................................................................................................................................104

Выводы.....................................................................................................................114

Список литературы................................................................................................................................115

Приложения ..............................................................................................................................................1^5

Приложение 1..............................................................................................................................................135

Приложение 2..............................................................................................................................................143

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Современные научные исследования показывают, что среди многих опасностей, грозящих нормальному функционированию экосистем нашей планеты глобальный характер приобретают медленно развивающиеся экологические катастрофы, зачастую, связанные с техногенным атмосферным загрязнением (Harte J. et al., 1991; Проблемы загрязнения окружающей среды и токсикология, 1993). По мнению А.П. Пурмаля (1998) медленность развития придает им особую опасность, не меньшую, чем внезапность природных экологических катастроф. В связи с этим, индикация природной среды - это комплексная, многогранная проблема. Высокой чувствительностью к воздействию повреждающих агентов и специфичностью ответных реакций на них характеризуются растения. Подбор фитоиндикаторов, реагирующих на малейшие колебания факторов, состава и свойств среды является основополагающей проблемой при экологической оценке состояния окружающей среды.

В последнее время в качестве традиционной модели при изучении загрязнений окружающей среды, используют морфологические признаки пыльцы (Бессонова, 1993; Мейер-Меликян, Кифишина, 1993; Дзюба, 1995). В качестве контролируемых показателей в системе мониторинга используются изменения следующих признаков: числа борозд, пор, ор, появление или исчезновение структурных образований экзины, нарушение симметрии и направления борозд. Индикатором негативных факторов окружающей среды является выявление стерильной и уродливой (тератной) пыльцы (Глазунова и др., 1990; Веселова и др., 1996; Глазунова, 1996, 2001).

В то же время пыльца заслуживает особого внимания, среди загрязняющих веществ биологического происхождения, как фактор, вызывающий сезонные аллергические заболевания (Беклемишев и др., 1985; Gioulekas D et al, 1991; Кобзарь и Харитонова, 1996 и др.). Также в условиях

техногенных загрязнений пыльца может адсорбировать на себе ксенобиотики и транспортировать их на значительные расстояния (Савицкий и др, 2002). По результатам эпидемиологического исследования установлено, что распространенность пыльцевой аллергии у взрослых жителей Астраханской области составила 17,3% или 17258,9 на 100 тыс. взрослого населения, а основными этиологическими факторами проявления аллергии у населения Астраханской области является пыльца маревых и сложноцветных (Шамгунова и др., 2010).

Вышесказанное определяет актуальность проведения анализа современного состояния окружающей среды дельты Волги с применением методов палиноиндикации.

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось проведение палиноиндикации состояния окружающей среды дельты Волги на основе тенденций изменения структуры и качества пыльцы Capsella bursa-pastoris (L.) Medik., Elaeagnus angustifolia L., Chenopodium album L., Tilia cordata Mill, под воздействием антропогенных загрязнителей и анализ аэропалинологического спектра г. Астрахань.

В ходе реализации основной цели решались следующие задачи:

1. Оценить биоритмологические показатели цветения фоновых растений.

2. Оценить загрязненность окружающей среды по признакам изменения морфологических показателей пыльцевых зерен видов - индикаторов и анализа их качества.

3. Провести анализ циклических колебаний аэропалинологического спектра, определить его таксономический состав и вклад пыльцы отдельных таксонов.

4. Выявить динамику пыльцевой продуктивности и составить календарь пыления растений, в том числе аллергенных.

Научная новизна. Впервые выявлена динамика проявления изменчивости морфологических показателей пыльцевых зерен, растений

семейств Brassicaceae, Chenopodiaceae и пыльцевых зерен Elaeagnus angustifolia, Tilia cordata, связанная с техногенным загрязнением атмосферы дельты Волги. Установлена динамика состава и содержания пыльцы различных растений и спор грибов Alternaría, Cladosporium, Helmintosporium в аэропалинологическом спектре г. Астрахань, установлена их сезонная флуктуация. Впервые выявлена возможность применения пыльцы Capsella bursa-pastoris и Elaeagnus angustifolia, Tilia cordata, для диагностики загрязнений окружающей среды региона. Проведено сравнение характеристик пыльцевых зерен Tilia cordata дельты Волги с показателями, полученными в техногенно нарушенных экосистемах других регионов. По результатам исследования составлен календарь цветения и календарь динамики пыления растений, среди которых большинство продуцирует аллергенную пыльцу.

Научно-практическая значимость. Полученные данные могут быть использованы как основа при разработке мероприятий, направленных на улучшение и оздоровление окружающей среды дельты Волги. Составленный региональный календарь пыления может быть использован врачами -аллергологами для прогнозирования и диагностики поллинозов. Составленная коллекция снимков пыльцевых зерен может быть использована при проведении подобных исследований в сопредельных регионах.

Материалы диссертации включены в специальные лекционные курсы для студентов направления подготовки 020400 «БИОЛОГИЯ» по дисциплинам: экология растений, фитоиндикация, а также использованы при проведении лабораторных практикумов по морфологии растений и организации исследовательской работы студентов и школьников.

Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены на: II Международной научно-практической конференции «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования» (г. Астрахань, 2009); XIX Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2010); I

Международной научной конференции «Сорные растения в изменяющемся мире: актуальные вопросы изучения разнообразия, происхождения, эволюции» (Санкт-Петербург, 2011); XVI Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2011); 8 Международной заочной научной конференции «Проблемы сохранения и рационального использования биоразнообразия Прикаспия и сопредельных регионов» (Элиста, 2012).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, две из которых в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ.

Декларация личного участия автора. Автор лично участвовал в сборе полевого материала, работал в Гербариях БИН РАН (ЬЕ), Саратовского университета (8АЯАТ), Астраханского государственного университета. Самостоятельно проведена камеральная обработка материала. Статистическая обработка полученных данных, их интерпретация и оформление работы осуществлены автором самостоятельно. В совместных публикациях вклад автора составил 50 - 80 %.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 143 страницах и состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа содержит 15 таблиц и 33 рисунка. Список литературы включает 195 источников. В приложении приведена коллекция снимков пыльцевых зерен и спор (Приложение 1), встречающихся в аэроспектре и «Архив пыльцевого мониторинга» (Приложение 2).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Биоритмологические показатели характеризуют особенности цветения растений в вегетационные сезоны разных по климатическим показателям годов наблюдений и позволяют установить усредненный тип ритмики цветения местных видов, соответствующий сезонной динамике растительности пустынной зоны.

2. Антропогенная трансформация окружающей среды дельты Волги проявляется в увеличении процента тератоморфной и стерильной пыльцы

растений - индикаторов. По структурно-морфологической изменчивости пыльцевых зерен Elaeagnus angustifolia L., Tilia cordata Mill, можно проводить экспресс-диагностику загрязнения окружающей среды исследуемой территории.

3. Таксономический состав и анализ аэропалинологического спектра г. Астрахань.

Глава 1. ЗНАЧЕНИЕ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В РАСПРОСТРАНЕНИИ И СОДЕРЖАНИИ ПЫЛЬЦЫ В АТМОСФЕРЕ

1.1. Географическое положение

По территории Астраханской области с северо-запада на юго-восток протекает р. Волга, разделяя ее на две части.

На этой территории Волга в условиях аридного климата не принимает ни одного притока. У города Волжский от нее отделяется к востоку крупный рукав - река Ахтуба, которая на всем протяжении течет параллельно основному руслу Волги (Вознесенская, Бесчетнова, 2002).

Волга и Ахтуба, разветвляясь на ряд рукавов и протоков, не только образуют Волго-Ахтубинскую пойму, но и обширную дельту, которая занимает площадь 18950 кв. км (Волынкин, 1972). Дельта Волги - самая большая речная долина в Европе и вторая по величине в России.

Дельта, как правило, имеет вид треугольника. Вершина треугольника дельты Волги расположена у села Верхнее Лебяжье в месте отделения от Волги рукава Бузан (в 170 км от устья). Рукав Бахтемир является западной границей, а восточной - Кигач (Пилипенко и др., 2002).

В верхней части дельты Волги расположен город Астрахань. Площадь города составляет 162,98 км2, население - 570 тыс. чел. Основная часть города находится в пределах центральной части дельты (Сальников, Нигметова, 2007).

1.2. Климат

Климат территории является одной из главных характеристик, определяющих особенности физико-географических условий. По физико-географическому районированию (1968) дельта Волги находится в пустынной зоне и складывается в условиях засушливого климата.

Своеобразие климата дельты Волги изучалось рядом ученых (Полянская, 1968; Архангельский, 1970; Агроклиматические ресурсы Астраханской области, 1974; Вознесенская и Баранов, 1985; Шпрек, 1985; Бесчетнова, Вознесенская, 1997; Вознесенская, Бесчетнова, 2002 и другие).

Климат дельты умеренный, резкоконтинентальный (рис. 1.2.1.). Для климата дельты свойственны значительные годовые и суточные колебания температуры воздуха и сравнительно небольшое количество осадков и большая испаряемость (География Астраханского края, 2007).

Среднегодовая Среднегодовое

температура 9,3°С количество осадков

Рис 1.2.1. Климадиаграмма г. Астрахань (Растительный мир Земли,

1982)

Годовая амплитуда экстремальных температур воздуха составляет 7080°. Средняя многолетняя годовая температура воздуха по г. Астрахань колеблется от +7,7°С до +11,9°С. Самый жаркий месяц - июль. В этот период средняя температура воздуха повышается до +25°С и выше (табл. 1.2.1.). Самым холодным месяцем является январь, для которого характерно в среднем от -5 °С до -9 °С (Кузин, Бесчетнова, 2000).

Таблица 1.2.1.

Среднемесячная температура воздуха на высоте 10 метров от поверхности земли (°С) по данным http://astrakhan-meteo.ru

Год Месяцы За год

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14

1983 2.06 1.37 2.44 15.72 20.31 22.67 28.27 24.74 18.08 11.59 4.23 0.23 12.36

1984 0.11 5.94 2.07 10.68 21.03 24.28 29.32 24.02 20.10 11.68 2.75 5.50 11.26

1985 4.44 3.92 3.37 12.03 21.56 24.13 24.55 25.94 18.96 8.81 4.85 1.13 10.74

1986 0.74 7.93 0.77 15.51 18.95 26.20 27.13 26.13 20.35 9.74 1.40 1.37 11.45

1987 5.34 2.96 0.72 7.95 20.64 26.33 26.19 23.97 17.33 8.73 1.90 1.47 10.29

1988. 5.05 4.57 2.90 13.07 18.79 27.27 28.13 25.71 19.15 10.95 2.76 0.33 11.61

1989 2.94 0.29 5.86 12.81 17.42 25.59 26.95 26.26 19.32 12.17 3.94 0.26 12.30

1990 4.20 1.35 6.71 13.28 18.66 24.39 27.46 23.57 20.38 11.40 6.71 1.45 12.20

1991 2.98 3.10 2.56 13.65 20.19 25.94 29.14 25.31 18.38 14.07 2.36 2.42 12.01

1992 2.85 2.55 1.62 10.59 18.13 24.05 25.62 23.73 18.41 10.56 4.41 3.09 10.75

1993 2.64 3.71 1.79 10.94 18.62 23.19 26.30 24.63 17.05 9.70 5.04 1.13 10.07

1994 0.85 8.42 0.79 13.38 19.14 23.12 25.90 24.69 20.49 13.46 2.40 4.11 10.95

1995 2.15 0.93 5.05 16.63 21.23 26.89 26.84 25.64 20.02 11.39 6.18 2.42 13.07

1996 5.87 3.56 0.63 9.78 21.38 24.06 29.29 24.50 18.25 10.37 5.52 1.45 11.12

1997 5.81 3.56 2.44 12.83 20.24 24.52 26.21 26.02 16.54 14.59 3.06 3.56 11.21

1998 5.90 4.25 1.68 13.32 19.36 28.04 28.39 25.06 18.20 11.97 2.29 1.51 11.47

Год Месяцы За год

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1999 1.18 0.53 3.11 13.08 16.38 24.17 26.13 26.62 17.32 12.15 0.75 1.51 11. 66

2000 2.27 0.12 3.70 15.62 16.92 24.06 27.91 26.32 17.91 8.96 2.12 0.52 11.85

2001 1.06 1.38 5.91 14.07 19.10 23.78 27.64 25.10 18.48 9.35 5.36 3.32 11.99

2002 4.16 1.39 6.71 9.81 16.25 23.21 28.43 24.29 21.23 12.61 4.88 7.46 11.48

2003 2.53 5.31 0.16 9.63 20.13 21.40 25.80 25.42 18.31 13.53 2.98 1.05 10.81

2004 1.11 0.10 5.68 11.56 19.33 23.04 24.18 25.73 18.90 11.18 4.86 1.30 11.88

2005 1.80 3.90 0.81 11.68 21.65 23.43 26.90 24.35 20.99 11.83 4.89 0.58 11.87

19832005 2.96 2.71 2.58 12.51 19.37 24.51 27.07 25.12 18.88 11.34 3.22 1.80 11.43

Мин. разн. 2.94 5.72 5.95 -4.55 -3.12 -3.11 -2.89 -1.55 -2.33 -2.61 8.26 5.66 -4.06

Макс, разн. 2.85 4.10 4.13 4.12 2.28 3.53 2.25 1.50 2.35 3.25 3.49 3.31 3.10

Климатические особенности территории лучше всего прослеживаются по сезонам. Критерием для выделения сезонов приняты даты устойчивых переходов температуры воздуха через определенные температурные пределы.

Весна - период между датами перехода температуры воздуха через 0°С и +15°С к более высоким. Это наиболее короткий сезон года и наступает во второй половине марта. Нарастание тепла идет очень быстро. Примерно через 15 дней после перехода 0°С температура воздуха переходит +5°С, а к ко второй декаде апреля - через +Ю°С. К этому времени прекращаются заморозки, увеличивается число ясных дней.

Лето - период между датами устойчивого перехода температуры воздуха через +15°С в период подъема и в период спада температур.

Наступает в первой декаде мая. Лето — самый продолжительный период для данной территории, длится около 150 дней. Самый жаркий месяц - июль. Температура воздуха поднимается до +30°С и выше, а на поверхности почвы в отдельные часы июля может достигать +50 +60°С. В среднем такая жара наблюдается 50-60 дней. Облачность летом резко уменьшается. Дни без солнца практически отсутствуют. Редкие осадки в этот период преимущественно носят ливневый характер. Также для этого периода характерно возрастание количества суховейных дней.

Осень - период между датой устойчивого перехода температуры воздуха через +15°С к более низким значениям и датой перехода температуры воздуха через 0°С в сторону отрицательных температур. В основном наступает в третьей декаде сентября. Длится окол�