Різнорівнева біоіндикаційна оцінка екологічного стану слабкоурбанізованих селітебних територій Чернівецької області

Размещено на http://www.allbest.ru/

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

03.00.16 - екологія

Різнорівнева біоіндикаційна оцінка екологічного стану слабкоурбанізованих селітебних територій Чернівецької області

Морозова Тетяна Василівна

Чернівці - 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі загальної та експериментальної екології біологічного факультету Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор Руденко Світлана Степанівна Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, професор кафедри загальної та експериментальної екології

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор стефурак Василь Петрович Івано-Франківська державна медична академія МОЗ України, професор кафедри біології

доктор біологічних наук, професор Коршиков Іван Іванович Донецький ботанічний сад НАН України, завідувач відділом промислової ботаніки

Провідна установа Дніпропетровський національний університет

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Копильчук Г.П.

Анотація

Морозова Т.В. Різнорівнева біоіндикаційна оцінка екологічного стану слабкоурбанізованих селітебних територій Чернівецької області. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. - Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці, 2005.

Дисертацію присвячено порівняльному аналізу тест-ознак на різних рівнях організації живого з метою ранжування території за рівнем їх змін. Автором запропоновано і апробовано в умовах слабоурбанізованих селітебних територій Чернівецької області ряд методів для комплексної діагностики стану середовища.

На основі виділеної системи значимих тест-ознак проведено інтегральну біоіндикаційну оцінку стану навколишнього середовища в усіх точках біомоніторингу. Встановлена одна точка біомоніторингу з небезпечним станом довкілля - село Дубове та три точки з критичних станом - села Чорнівка, Луковиця та Селятин. Виділено точку біомоніторингу з високим частковим рейтингом зміни тест-ознак на всіх досліджених рівнях організації - село Киселів.

Побудовані інтегральні геоінформаційні карти зміни значущих тест-ознак в межах Чернівецької області. Виділено три локальні території з критичним та небезпечним екологічним станом довкілля.

Ключові слова: біоіндикація, слабкоурбанізовані селітебні території, тест-ознаки, види-біоіндикатори, різнорівнева біоіндикаційна оцінка, геоінформаційні карти, часткові рейтинги змін.

Аннотация

Морозова Т.В. Разноуровневая биоиндикационная оценка экологического состояния слабоурбанизированных селитебных территорий Черновицкой области. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16 - экология. - Черновицкий национальный университет имени Юрия Федьковича, Черновцы, 2005.

Работа посвящена сравнительному изучению тест-признаков на разных уровнях организации живых систем и вопросам ранжирования территорий по уровню их изменений. Автором предложено и апробировано ряд методов для комплексной диагностики состояния среды. Из числа 15 исследованных, выделено 9 значимых тест-признаков для биомониторинга Черновицкой области.

Максимальную чувствительность к загрязнителям окружающей среды данного региона проявляет такой тест-признак органного уровня организации, как длина корня проростков, выращенных на почвах исследуемых селитебных территорий. Высокую чувствительность проявляют также такие тест-признаки субклеточного уровня организации, как индекс безкрахмальных пыльцевых зерен Ranunculus acris L. и микроядерный индекс букального эпителия детей.

На основе выделенной системы значимых тест-признаков произведена интегральная биоиндикационная оценка состояния окружающей среды во всех точках биомониторинга. Установлена одна точка биомониторинга с опасным состоянием окружающей среды - село Дубовое и три точки с критическим состоянием окружающей среды - села Чорновка, Луковица и Селятин. Выделена точка биомониторинга с высоким долевым рейтингом изменения тест-признаков на всех исследованных уровнях организации - село Киселев.

Созданы интегральные геоинформационные карты изменения значимых тест-признаков в пределах области. Выделено три локальных территории с критическим и опасным уровнем экологического состояния окружающей среды: вокруг сел Дубовое, Чорновка и восточнее от села Ставчаны.

Определен вклад значимых тест-признаков в формирование критических и опасных зон. Наибольшим процентом совпадения (45 %) с очагами опасных и критических зон на интегральных геоинформационных картах биомониторинга характеризуется индекс хромосомных нарушений в корневых меристемах Allim cepa L.

Апробирована методика определения уровня обусловленности значимых тест-признаков биомониторинга антропогенными факторами определенного класса. Наиболее чувствительным тест-признаком к общему загрязнению поверхностного слоя почв тяжелыми металлами является индекс безкрахмальных пыльцевых зерен Ranunculus acris L.; к загрязнению цинком - длина корня проростков Raphanus sativus L. subsp. radicula (Pers.) DC. и индекс безкрахмальных пыльцевых зерен Ranunculus acris L.; к загрязнению железом - индекс хромосомных нарушений Allium cepa L. и длина корня проростков Lepidium sativum L.

Ключевые слова: биоиндикация, слабоурбанизированные селитебные территории, тест-признак, види-биоиндикаторы, разноуровневая биоиндикационная оценка, геоинформационные карты, долевые рейтинги изменений.

Annotation

Morozova T.V. The different levels bioindication estimation of an ecological condition delicate urbanizated ivhabited territories of Chernivtsy area. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of biological sciences on a speciality 03.00.16 - ecology. - Chernovtsy national university of a name Yuria Phedkovycha, Chernivtsy, 2005.

The work is devoted to comparative study of the test-attribute at different levels of organization of alive systems and to questions rangeration of territories behind a level of their changes. By the author it is offered and used some of methods for complex diagnostics environmental conditions.

On the basis of the allocated system important the test-attribute the integrated bioindication estimation environmental conditions in all local areas of biomonitoring is spent. The established one local areas of biomonitoring with a dangerous environmental conditions - Dubovo village and three points with a critical conditions - Chornivka, Lukovytsia and Seliatyn villages. The point of biomonitoring with a high partial rating of change the test - attribute at all reserched levels of organization - Kuseliv village is allocated.

The integrated geoinformation cards of change meaning the test - attribute are created within the limits of Chernivtsy area. Three local territories with a critical and dangerous ecological environmental conditions are allocated.

Key words: bioindication, delicate urbanizated ivhabited territories, test-attribute, bioindicator species, the different levels a bioindication estimation, geoinformation maps, part ratinges of changes.

1. Загальна характеристика роботи

біомоніторинг селітебний довкілля

Актуальність теми. Біоіндикаційні дослідження на території України носять фрагментарний характер і поки що не набули системного вигляду. Особливою рідкістю відзначаються дослідження з використанням тест-ознак різних рівнів організації, що є імперативним принципом біомоніторингу. В Україні такого плану дослідження проведені для Дніпропетровської області (Горова, 1996), для Запорізької (Бессонова, 1996), для Івано-Франківської (Стефурак, 1998, Случик, 2001) та для Донбасу (Коршиков, 1996). Біоіндикаційні дослідження в межах Чернівецької області стосувалися лише оцінки структурно-функціонального стану мікробоценозів ґрунтів (Назаренко, 1998, Нікорич, 2001, Дронь, 2002) та виявлення фенотипічно-нозологічних кореляцій людських популяцій різних природних зон (Руденко та ін., 2002). Більша увага була приділена екогеохімії антропогенних ландшафтів (Гуцуляк, 2001). Комплексні біоіндикаційні дослідження на різних рівнях організації живих систем на даній території до цього часу не проводились.

Наведені вище аргументи зумовлюють актуальність, своєчасність і доцільність проведення багаторівневого біомоніторингу території Чернівецької області.

Аналіз даних літератури засвідчує, що в практиці біомоніторингу, на відміну від геоекологічного, практично не використовувались геоінформаційні системи (ГІС). Між тим, саме ці технології дозволяють максимально узагальнювати та візуалізувати результати багаторівневого біомоніторингу, завершальним етапом якого повинна бути інтеграція змін усіх досліджених тест-ознак. Отже, використання ГІС в практиці біомоніторингу є своєчасним і актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі загальної та експериментальної екології Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича в розрізі наукових тематик: комплексної держбюджетної науково-дослідної теми ”Розробка та обґрунтування концепції поліцентричної Al-F-I-Se-ої біогеохімічної провінції” (тема № 51.85, номер державної реєстрації 0101U008207, 1998-2003 рр.); кафедральної теми “Біоіндикація природних, урбо- та агроекосистем Чернівецької області” (номер державної реєстрації 0103U001966, 2004-2007 рр.); госпдоговірної теми 28.01 “Дослідження впливу техногенних факторів на довкілля і біоту міста Чернівці та районів Чернівецької області” (номер державної реєстрації 0101U002963, 1999-2004 рр.). Автор брала безпосередню участь у науково-дослідній роботі кафедри, зокрема в проведенні біологічного, цитогенетичного та хімічного моніторингу Чернівецької області.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи було проведення різнорівневого біомоніторингу селітебних територій Чернівецької області та встановлення на його основі екологічно небезпечних та критичних зон.

У відповідності до мети були визначені основні завдання:

Провести біоіндикацію селітебних територій Чернівецької області за комплексом тест-ознак різного рівня організації.

Виділити найбільш значущі тест-ознаки і побудувати геоінформаційні карти рівня зміни кожної з них відносно фонових значень.

На основі виділеної системи значущих тест-ознак здійснити інтегральну біоіндикаційну оцінку стану довкілля окремих точок біомоніторингу та всієї території Чернівецької області.

Провести порівняльний геоінформаційний аналіз чутливості та внеску значущих тест-ознак у формування критичних та небезпечних зон.

Апробувати методику визначення рівня зумовленості зміни окремих та комплексу значущих тест-ознак біомоніторингу антропогенними чинниками певного класу.

Об'єкт дослідження - система різнорівневого біомоніторингу.

Предмет дослідження - зміна тест-ознак біоіндикаторів на слабкоурбанізованих селітебних територіях Чернівецької області.

Методи дослідження. При проведенні біомоніторингу використано популяційний, морфометричний, гістохімічний та цитогенетичний методи дослідження. Визначення вмісту важких металів у ґрунтах здійснювали методом атомно-абсорбційного аналізу. Узагальнення результатів біологічного та хімічного моніторингу здійснено з використанням ГІС.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше здійснено багаторівневий біомоніторинг території Чернівецької області. На основі останнього побудовано серію оригінальних геоінформаційних карт, яка дозволяє виявити екологічно критичні та небезпечні зони в межах дослідженої території.

Запропоновано ряд нових методик, які можна використати в практиці біоіндикаційних досліджень: визначення типу життєвої стратегії та життєвості популяцій, рівня чутливості та інформативності тест-ознак, оцінка чутливості тест-ознак біомоніторингу до різних видів забруднювачів.

Практичне значення одержаних результатів. Результати дисертаційної роботи та їх узагальнення доповнюють і поглиблюють існуючі уявлення про методи та принципи біомоніторингу. Запропоновані та апробовані методи можуть бути використані у біоіндикаційних дослідженнях. Визначено ряд значущих тест-ознак та високочутливих видів для подальшого проведення ефективного біомоніторингу в межах Чернівецької області. Виділені населені пункти з критичним та небезпечним станом довкілля можуть слугувати полігоном для проведення поглибленого хімічного та фізичного моніторингу екологічними службами області. Результати роботи засвідчують необхідність проведення постійного контролю за вмістом феруму та цинку у різних сферах довкілля Чернівецької області, як найбільш небезпечних забруднювачів для наявної тут біоти. Рекомендовано посилити генетичний контроль дитячого населення сіл Дубове, Чорнівка та Селятин, де рівень генетичних змін вдвічі перевищує фоновий. Матеріали й методи досліджень використовуються у навчальному процесі в курсах спеціальних дисциплін і лабораторно-практичних занять зі спеціальності “Екологія та охорона навколишнього середовища” біологічного факультету Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича.

Особистий внесок здобувача. Автором дисертаційної роботи здійснено аналіз джерел літератури, участь в експедиціях у визначені точки біомоніторингу Чернівецької області. Проведено забір і виготовлення тимчасових препаратів букальних епітеліоцитів, зразків ґрунту та рослин, виконані основні експериментальні дослідження, статистична обробка даних та їх основний аналіз. Особисто здійснено оформлення роботи, написано основні розділи та висновки, підготовлено публікації за результатами досліджень, а також представлено їх на наукових конференціях.

Формулювання завдань, аналіз результатів та їх інтерпретація проведені за участю наукового керівника - доктора біологічних наук, професора Руденко С.С.

Апробація результатів дисертації. Результати дослідження, основні положення та висновки дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на Всеукраїнській науковій конференції “Біологічні дослідження молодих вчених на Україні” (Київ, 2002), V-VI Міжнародних науково-практичних конференціях “Екологія. Людина. Суспільство” (Київ, 2002-2004), “Актуальні проблеми дослідження довкілля” (Суми, 2004), ІІ Міжнародній конференції “Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти” (Львів, 2004), VIІІ Міжнародній науковій екологічній конференції “Актуальні проблеми збереження стійкості живих систем” (Бєлгород, 2004), ІІ науковій конференції Українського товариства генетиків і селекціонерів “Проблеми екогенетики в Україні” (Яремча, 2005) на наукових семінарах кафедри загальної та експериментальної екології Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича (2000-2004 рр.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи автором та за його участю опубліковано 16 наукових праць, з них 7 у фахових наукових виданнях та 9 - в матеріалах та тезах наукових доповідей.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, огляду літератури, опису методів і об'єкту досліджень, аналізу та узагальнення результатів досліджень, висновків, списку використаних джерел (всього 228 найменувань, з них 52 - іноземних) і додатків. Робота викладена на 157 сторінках машинописного тексту, ілюстративний матеріал представлено 7 рисунками, 19 картами та 42 таблицями. Додатки викладені на 10 сторінках.

2. Основний зміст роботи

Огляд літератури

У розділі описано основні принципи біомоніторингу. Розглядаються питання різнорівневої біоіндикації, а також можливості використання інтегрального підходу оцінки стану середовища. Аналіз досліджень, проведених деякими авторами на різних рівнях організації, дозволив виділити біоіндикаційні тест-ознаки, ефективність яких була доведена на практиці. Для популяційного рівня це життєва стратегія рослин, для організмового - енергія проростання та схожість насіння, для органного - довжина вегетативних органів проростків, для клітинного - мітотичний індекс, для субклітинного - індекс хромосомних порушень, мікроядерний індекс та відсоток безкрохмальних пилкових зерен. Аналіз праць зарубіжних та вітчизняних авторів засвідчив прагнення екологів до використання уніфікованої системи не лише тест-ознак, але й видів-біоіндикаторів. До числа найбільш пріоритетних видів у біоіндикаційних дослідженнях можна віднести Raphanus sativus L. subsp. radicula (Pers.) DC., Lepidium sativum L., Allium cepa L. Зазначені тест-ознаки та види-біоіндикатори були використані у даній роботі при проведенні біомоніторингу Чернівецької області.

В огляді літератури звернено увагу на факт відсутності прикладів використання ГІС при проведенні біомоніторингу територій.

Об'єкт і методи дослідження

Біомоніторинг проводився окремо в межах кожної з природних зон Чернівецької області: Прут-Дністровської підвищеної рівнинної лісостепової, Прут-Сіретської підвищеної погорбованої лісо-лучної та Покутсько-Буковинських Карпат.

Дослідження здійснювали протягом 5 років на селітебних територіях 31-го населеного пункту з низьким ступенем антропогенного навантаження та кількістю населення менше 5 тис. Для кожної природної області виділяли фонові території за методикою Ю.Є. Саєта (Саєт, 1990), які слугували контролем при оцінці рівня зміни тест-ознак біоіндикаторів.

Мітотичний індекс та індекс хромосомних порушень визначали в клітинах кореневих меристем Allium cepa L. Приготування давлених препаратів, фіксацію, фарбування матеріалу та підрахунок аберацій хромосом проводили за стандартною методикою (Паушева, 1988).

Матеріалом для дослідження змін спадкового матеріалу людини слугували ексфоліативні клітини букальних епітеліоцитів дітей. Приготування та фарбування препаратів проводили за стандартною методикою (Sarto еt al., 1987) у нашій модифікації (Руденко та ін., 2002).

Індекс безкрохмальних пилкових зерен визначали у рослин Capsella bursa-pastoris (L.) Medik. та Ranunculus acris L. за йодним методом (Паушева, 1988).

Ідентифікацію типів стратегії та життєвості популяцій Ranunculus acris L. проводили за запропонованою нами методикою (Руденко та ін., 2002) та методикою Ю. Одума (Одум, 1986).

Вміст рухомих форм важких металів та алюмінію визначали на атомно-абсорбційному спектрофотометрі С-115-М1 (полум'яний варіант) за методикою Й. Хавесова (1983).

При визначенні екологічного стану територій як для окремих тест-ознак, так і для сукупності значущих тест-ознак користувалися градацією, запропонованою А.І. Горовою (Горова, 1996).

Для цифрових результатів усіх вимірювань проведена варіаційно-статистична обробка. Достовірність між варіантами оцінювали за критерієм Стьюдента, використовуючи 5% рівень значущості (Лакін, 1990).

Отримані результати були зведені у бази даних, що характеризували екологічний стан кожної точки біомоніторингу. При використанні програмного забезпечення SURFER, побудовані електронні карти зміни тест-ознак геоінформаційної системи (ГІС) MapInfo. Побудова карт проведена на кафедрі екології Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу за методикою О.М. Адаменка (Шевчук, 2004).

Біоіндикація території Чернівецької області за допомогою тест-ознак різних рівнів організації

При проведенні біомоніторингу на популяційному рівні організації порівнювалась чутливість двох методів визначення життєвості популяцій широко розповсюдженого виду жовтцю їдкого (Ranunculus acris L.). Перший, розроблений нами метод, враховував лінійні параметри та кількість вегетативних та генеративних органів рослин у природних популяціях, а другий - суху масу генеративних та вегетативних органів (Одум, 1986).

При використанні методики Ю.Одума доволі часто рослини, які мають найбільшу суху масу, характеризуються як s-стратеги, і, навпаки, ті що мають найменшу суху масу - як К-стратеги. У запропонованій нами методиці такі невідповідності виключаються. Виходячи з цього, для інтегральної оцінки використовували частковий рейтинг зміни життєвості популяцій жовтцю їдкого, визначений за нашою методикою.

Проведені біоіндикаційні дослідження на організмовому рівні організації засвідчили відсутність достовірної різниці в енергії проростання, та в схожості насіння Lepidium sativum L. на ґрунтах селітебних територій порівняно із відповідними фоновими. Тому частковий рейтинг змін на організмовому рівні був визначений лише за енергією проростання та схожістю насіння Raphanus sativus L. subsp. radicula (Pers.) DC.

Біоіндикація на органному рівні полягала у порівнянні довжини вегетативних органів (головного кореня та стебла) проростків Lepidium sativum L. і Raphanus sativus L. subsp. Radicula (Pers.) DC., вирощених на ґрунтах досліджуваних селітебних територій у лабораторних умовах. Порівнювані види-біоіндикатори виявляли певну видоспецифічну чутливість до ґрунтів досліджених точок біомоніторингу, що засвідчує необхідність врахування змін кожного з них в інтегральному рейтингу. Доведена більша ефективність використання такої тест-ознаки як довжина кореня, яка і була використана для інтегральної оцінки.

Клітинний рівень біоіндикаційних досліджень представлений вивченням мітотичної активності клітин апікальних меристем Allium cepa L. та співвідношення їх у різних фазах мітозу. У одинадцяти точках біомоніторингу було зареєстровано достовірне зменшення мітотичного індексу порівняно з фоновими значеннями. У варіантах з пониженою мітотичною активністю виявлено різноспрямованість змін у співвідношенні клітин на різних фазах мітозу.

Біоіндикація на субклітинному рівні організації проводилась за рядом індексів: індексом безкрохмальних пилкових зерен, індексом хромосомних порушень та мікроядерним індексом. Усі тест-ознаки та види-біоіндикатори, використані для біомоніторингу на цьому рівні організації, виявились значущими і були застосовані для визначення інтегрального показника зміни тест-ознак.

Інтегральна біоіндикаційна оцінка стану довкілля окремих точок біомоніторингу та всієї території Чернівецької області за системою значущих тест-ознак різних рівнів організації

Для проведення інтегральної оцінки стану довкілля на основі багаторівневої системи біомоніторингу, враховували лише значущі тест-ознаки, виділені в процесі порівняльного аналізу. Особлива увага в даному параграфі була приділена точкам біомоніторингу та територіям з високим та максимально високим рівнем інтегрального показника зміни значущих тест-ознак.

У межах Прут-Дністровської підвищеної рівнинної лісостепової області зареєстровано лише дві з 16-ти точок біомоніторингу, де виявлено низький рівень зміни значущих тест-ознак. Це села Михалкове та Вовчинець.

Особливо слід відзначити селітебну територію села Киселів, де високі чи максимально високі зміни тест-ознак були зареєстровані на всіх досліджених рівнях організації живого. У межах зазначеної фізико-географічної області виділена така точка біомоніторингу, як село Чорнівка, де виявлено високий та максимально високий частковий рейтинг зміни тест-ознак на найнижчих рівнях організації - органному, клітинному та субклітинному. На даній селітебній території серед 4-х тест-ознак субклітинного рівня організації три характеризувались максимально високим частковим рейтингом зміни: мікроядерний індекс, індекс хромосомних порушень та індекс безкрохмальних пилкових зерен Ranunculus acris L. Занепокоєння викликає небезпечний стан довкілля для такої тест ознаки як індекс хромосомних порушень, оскільки сам, факт появи цих порушень виявився надзвичайно рідкісним явищем в межах Чернівецької області. В цілому, високий рівень зміни тест-ознак на найнижчому рівні організації живого визначив відповідне підвищення інтегрального показника зміни значущих тест-ознак у даній точці біомоніторингу та критичний стан довкілля.

У переважній більшості точок біомоніторингу в межах зазначеної фізико-географічної області зареєстровано критичний та небезпечний стан довкілля для такої тест-ознаки, як довжина головного кореня проростків, що можна вважати доказом значного рівня забруднення ґрунтів відповідних селітебних територій. Оскільки стан коренів проростків досліджувався в лабораторному експерименті і тому виключав безпосередній вплив забруднювачів атмосферного повітря.

Загалом, застосована багаторівнева система моніторингу тест-ознак у межах Прут-Дністровської фізико-географічної області дозволила характеризувати середовище існування як таке, де переважають селітебні території із загрозливим для біоти станом довкілля.

У межах Прут-Сіретської погорбованої лісо-лучної області виявлена єдина з усіх досліджених точка біомоніторингу (село Дубове), яка характеризувалася небезпечним станом довкілля для застосованої системи тест-ознак. Встановлені для даної точки біомоніторингу індекс хромосомних порушень в кореневих меристемах Allium cepa L. та мікроядерний індекс у букальному епітелії дітей відзначались найвищими абсолютними значеннями по Чернівецькій області.

Критичним за інтегральним показником зміни значущих тест-ознак виявився стан довкілля у селі Луковиця. В даній точці біомоніторингу встановлено високий та максимально високий рівень часткового рейтингу зміни тест-ознак всіх рівнів організації (крім клітинного) відносно фонових значень.

У межах даної фізико-географічної області не було виявлено жодної точки біомоніторингу, де хоча б одна з тест-ознак не характеризувалася би високим чи максимально високим рівнем часткового рейтингу її зміни відносно фонового значення. Найбільш стабільною тут виявилась така тест-ознака клітинного рівня організації, як мітотичний індекс.

У межах області Покутсько-Буковинських Карпат виявлено лише дві точки біомоніторингу (села Стебник та Перкалаб), в яких зареєстрований низький та середній рівень зміни часткових рейтингів значущих тест-ознак. При цьому за інтегральним показником стан довкілля можна характеризувати як сприятливий та конфліктний відповідно. Максимально високий рівень зміни тест-ознак субклітинного та популяційного рівнів організації зумовив критичний стан довкілля для дослідженої системи тест-ознак в такій точці біомоінторингу як Селятин. За інтегральним показником зміни значущих тест-ознак в інших точках біомоніторингу даної фізико-географічної області стан довкілля був визначений як загрозливий.

На основі інтегрального показника зміни тест-ознак біоіндикаторів нами побудована геоінформаційна карта, в основу якої покладено весь комплекс значущих тест-ознак.

На підставі розробленої геоінформаційної карти виділено три локальні зони з критичним та небезпечним рівнем екологічного стану довкілля, які розміщені навколо села Чорнівка та на схід від села Ставчани (у межах Прут-Дністровської рівнинної лісостепової області) та навколо села Дубове (у межах Прут-Сіретської підвищеної погорбованої лісо-лучної області).

Зона із загрозливим станом довкілля носить не локальний, а більш-менш суцільний характер. Вона широкою дугою обтікає екологічно сприятливу територію Делеруйського котловинного, долинно-зсувного, лісостепового фізико-географічного району. У східному напрямку дана зона переходить через вузький перешийок в суцільну територію, обмежену з півночі річкою Дністер, з півдня - державним кордоном з Румунією, а зі сходу - рифовими горбами Товтр.

Рівень чутливості окремих тест-ознак визначали за відсотком територій з високим та максимально високим рівнем їх зміни від загальної площі Чернівецької області. За дослідженим показником усі тест-ознаки можна поділити на чотири групи:

40-відсотковий - довжина коренів проростків;

30-відсотковий - індекс безкрохмальних пилкових зерен Ranunculus acris L. та мікроядерний індекс букального епітелію дітей та схожість насіння Raphanus sativus L. subsp. radicula (Pers.) DC.

20-відсотковий - індекс безкрохмальних пилкових зерен Capsella bursa-pastoris (L.) Medik. та мітотичний індекс у кореневих меристемах Allim cepa L.

10-відсотковий - життєвість популяцій Ranunculus acris L. та індекс хромосомних порушень Allim cepa L.

Окремим напрямком досліджень було визначення внеску кожної тест-ознаки у формування критичних та небезпечних зон інтегральної геоінформаційної карти біомоніторингу. Даний показник визначали шляхом накладання геоінформаційних карт.

За внеском у формування критичних та небезпечних зон інтегральної геоінформаційної карти біомоніторингу усі тест-ознаки можна умовно поділити на чотири групи. До самих впливових тест-ознак віднесено індекс хромосомних порушень в кореневих меристемах Allim cepa L. (внесок цієї ознаки у формування відповідних територій становить 45 %). Другу групу (15-20 %) складають індекс безкрохмальних пилкових зерен Capsella bursa-pastoris (L.) Medik. та мікроядерний індекс букальних епітеліоцитів дітей. Менш впливовими виявилися індекс безкрохмальних пилкових зерен Ranunculus acris L. та мітотичний індекс в кореневих меристемах Allim cepa L. (10 %). Усі решта тест-ознаки утворюють групу із незначним внеском у формування критичних та небезпечних зон (менше 10 %).

Нами апробована методика визначення рівня обумовленості зміни тест-ознак біомоніторингу такою групою антропогенних чинників як важкі метали. При цьому встановлено, що виділені території з критичним та небезпечним рівнем екологічного стану довкілля не співпадають з осередками небезпечного рівня сумарного показника забруднення важкими металами, що спонукає до пошуку невизначених імперативних чинників. Встановлено, що для Чернівецької області серед металів найбільш значимими щодо впливу на біоту є ферум та цинк. В межах даного напрямку досліджень проводився пошук біоіндикаторів та тест-ознак, чутливих до забруднення важкими металами. Показано, що найбільш чутливим до сукупного рівня забруднення ґрунтів важкими металами є такий показник як індекс безкрохмальних пилкових зерен Ranunculus acris L., до забруднення ферумом - індекс хромосомних порушень Allium cepa L., а до забруднення цинком - довжина кореня проростків Raphanus sativus L. subsp. Radicula (Pers.) DC.

Висновки

У дисертації наведено теоретичне узагальнення й нове вирішення наукового завдання, що виявляється у розробці та застосуванні ефективної системи багаторівневого біомоніторингу з використанням геоінформаційних систем для встановлення екологічно небезпечних і критичних точок та зон у межах Чернівецької області.

У літературі пропонуються тест-ознаки та біоіндикатори для проведення біомоніторингу на різних рівнях організації. Проте, в Україні комплексна багаторівнева біоіндикація проводилась лише для Дніпропетровської, Івано-Франківської, Запорізької областей та Донбасу. Крім того, повністю відсутні роботи по застосуванню ГІС-технології для проведення такого роду досліджень. Немає робіт щодо визначення значущих та високочутливих тест-ознак біомоніторингу до забруднювачів довкілля Чернівецької області.

Побудована на основі інтегрального показника зміни тест-ознак біоіндикаторів геоінформаційна карта дозволила виявити на території Чернівецької області три локальні території з критичним та небезпечним рівнем екологічного стану довкілля: навколо сіл Дубове, Чорнівка та на схід від села Ставчани.

На основі інтегрального показника зміни значущих тест-ознак серед 31-ї дослідженої точки біомоніторингу, встановлена одна з небезпечним станом довкілля - село Дубове та три точки з критичним станом довкілля - села Чорнівка, Луковиця та Селятин. Виділена точка біомоніторингу із високим частковим рейтингом зміни тест-ознак на всіх досліджених рівнях організації - село Киселів.

Виявлено три точки біомоніторингу з високим рівнем хромосомних порушень як у рослинного вида-біоіндикатора, так і в людини: села Дубове, Селятин та Чорнівка.

Серед досліджених тест-ознак максимальну чутливість до забруднювачів довкілля Чернівецької області виявляє тест-ознака органного рівня організації - довжина кореня проростків Lepidium sativum L. та Raphanus sativus L. subsp. radicula (Pers.) DC., вирощених на ґрунтах досліджуваних селітебних територій, а високу чутливість - тест-ознаки субклітинного рівня організації: індекс безкрохмальних пилкових зерен Ranunculus acris L. та мікроядерний індекс у букальному епітелії дітей.

Виявлено високий ступінь співпадання (45 %) осередків небезпечних та критичних зон геоінформаційних карт інтегрального біомоніторингу та біомоніторингу за індексом хромосомних порушень у кореневих меристемах Allim cepa L.

Виділені на основі біомоніторингу території з критичним та небезпечним рівнем зміни тест-ознак не співпадають з осередками небезпечного рівня сумарного забруднення поверхневого шару ґрунтів важкими металами, що спонукає до подальшого пошуку невизначених імперативних чинників.

Найбільш чутливою тест-ознакою до сумарного забруднення поверхневого шару ґрунтів важкими металами є індекс безкрохмальних пилкових зерен Ranunculus acris L.; до забруднення цинком - довжина кореня проростків Raphanus sativus L. subsp. radicula (Pers.) DC. та індекс безкрохмальних пилкових зерен Ranunculus acris L., до забруднення ферумом - індекс хромосомних порушень Allium cepa L. та довжина кореня проростків Lepidium sativum L

Список праць, опублікованих за темою дисертації

1. Руденко С.С., Морозова Т.В., Костишин С.С., Стрельченко Є. Особливості впливу хімічних та фізичних чинників на цитогенетичні показники кореневих меристем Pisum sativum L. // Цитологія і генетика. - 2002. - Т. 36, № 3. - С. 22-28. (Морозова Т.В. дослідила динаміку змін мітотичної активності, провела статистичну обробку матеріалів, підготувала матеріал до друку).

2. Руденко С.С., Морозова Т.В., Костишин С.С., Безруков В.Ф., Горова А.І. Стан генофонду населення Чернівецької області та його екологічна обумовленість // Цитологія і генетика. - 2002. - № 4. - С. 23-29. (У роботі здобувачем особисто проведено експериментальну частину та статистичну обробку цих матеріалів, підготовлено матеріал до друку).

3. Руденко С.С., Костишин С.С., Морозова Т.В. Порівняльний аналіз забруднення агроландшафтів Чернівецької області важкими металами та алюмінієм // Екологія та ноосферологія. - 2003. - Т. 14, № 3-4. - С. 73-78. (Морозова Т.В. самостійно зробила всю експериментальну частину роботи, провела статистичну обробку цих матеріалів, підготувала матеріал до друку).

4. Костишин С.С., Руденко С.С., Морозова Т.В., Марциняк І.В. Фенотипічно-нозологічні кореляції як перспективний напрямок екології людини (на прикладі мешканців різних природних зон Чернівецької області) // Екологія та ноосферологія. - 2002. - Т. 12, № 3-4. - С. 94-99. (Фактичний матеріал для проведення досліджень збирався особисто здобувачем, Морозова Т.В. провела статистичну обробку цих матеріалів, підготувала матеріал до друку).

5. Костишин C.C., Руденко С.С., Морозова Т.В. Природний та антропогенно трансформований рівень рухомих форм важких металів та алюмінію в ґрунтах різних природних зон Чернівецької області України // Науковий вісник Чернівецького університету Серія: Біологія. - 2001. - Вип. 126. - С. 70-84. (Морозова Т.В. самостійно зробила всю експериментальну частину роботи, провела статистичну обробку цих матеріалів, підготувала матеріал до друку).

6. Руденко С.С., Костишин С.С., Морозова Т.В. Методика кількісного визначення життєвої стратегії розповсюджених рослин // Науковий вісник Чернівецького університету Серія: Біологія. - 2002. - Вип. 145. - С. 195-204. (Фактичний матеріал для проведення досліджень збирався особисто здобувачем, Морозова Т.В. брала участь у проведенні аналітичних робіт, інтерпретації отриманих результатів і висновків).

7. Морозова Т.В., Руденко С.С., Костишин С.С. Виявлення найбільш інформативних показників біомаси для визначення типу життєвої стратегії рослин жовтецю їдкого (Ranunculus acris L.) // Науковий вісник Чернівецького університету Серія: Біологія. - 2003. - Вип. 169. - С. 124-132. (Матеріал, який було покладено в основу цієї роботи збирався особисто дисертанткою. Морозова Т.В. самостійно провела аналіз біометричних показників та статистичну обробку цих матеріалів, підготувала матеріал до друку).

8. Морозова Т., Мандзій О., Дегтярьов Г. Оцінка рівня фітотоксичності ґрунтів селітебних територій Чернівецької області за допомогою різних тест-систем // Актуальні проблеми забруднення довкілля: Зб. наук. праць. - Суми: вид-во СумДУ, 2004. - С. 76-81. (Морозова Т.В. підготувала матеріал до друку, сформулювала основні положення та висновки.).

9. Морозова Т., Жук А. Палінологічна біоіндикація селітебних територій Чернівецької області // Актуальні проблеми забруднення довкілля: Зб. наук. праць. - Суми: вид-во СумДУ, 2004. - С. 81-83. (Використаний у роботі матеріал збирався дисертанткою особисто. Морозова Т.В. дослідила зміну стерильності пилкових зерен біоіндикаторів, підготувала матеріал до друку, сформулювала основні положення та висновки).

10. Дегтярьов Г.Ю., Мандзій О.М., Морозова Т.В. Pisum sativum L. - як тест-об'єкт для оцінки рівня фітотоксичності ґрунтів селітебних територій // Матеріали VІI Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство.”. - Київ: вид-во КПІ, 2004. - C. 28. (Морозова Т.В. провела оцінку толерантності, підготувала матеріал до друку. Дисертанткою особисто сформульовані основні положення та висновки).

11. Дегтярьов Г.Ю., Мандзій О.М., Морозова Т.В. Фітоіндикація поверхневого шару ґрунтів за допомогою редису посівного (Raphanus sativus L. var radicula Fers.) // Матеріали ІI Міжнародної конференції “Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти”. - Львів: вид-во “СПОЛОМ”, 2004. - С.318. (Морозова Т.В. провела оцінку толерантності біоіндикатора, підготувала матеріал до друку, сформулювала основні положення та висновки).

12. Руденко С.С., Морозова Т.В. Зависимость типа жизненной стратегии от условий среды // Материалы VIII Международной научной экологический конференции г. - Белгород: изд-во БелГУ, 2004. - С. 186-187. (Фактичний матеріал для проведення досліджень збирався особисто здобувачем, Морозова Т.В. брала участь у проведенні аналітичних робіт, інтерпретації отриманих результатів і висновків).

13. Морозова Т.В., Буждиган О.Я., Савчук М.М. Алюміній у біоценозах Прикарпаття // Матеріали V Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство”. - Київ: вид-во КПІ, 2002. - C. 132-133. (Фактичний матеріал для проведення досліджень збирався особисто здобувачем підбір методів дослідження, подальша обробка зібраного матеріалу та висновки зроблено Морозовою Т.В. самостійно).

14. Морозова Т.В., Дегтярьов Г.Ю., Мандзій О.М. Біоіндикаційні дослідження стану ґрунтів Чернівецької області та м. Чернівці за допомогою Lactuca sativa L. // Матеріали VІ Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство”. - Київ: вид-во КПІ, 2003. - С. 53. (Фактичний матеріал для проведення досліджень збирався особисто здобувачем, обробка зібраного матеріалу та висновки зроблено Морозовою Т.В. самостійно).

15. Морозова Т.В., Жук А.В. Використання Ranunculus acris L. при біоіндикаціних дослідженнях техногенного забруднення Чернівецької області. // Матеріали VІ Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство”. - Київ: вид-во КПІ, 2003. - С. 54. (Фактичний матеріал для проведення досліджень збирався особисто здобувачем, Морозова Т.В. брала участь у проведенні аналітичних робіт, інтерпретації отриманих результатів і висновків).

16. Морозова Т.В. Цитогенетичний моніторинг Чернівецької області // Матеріали ІІ Всеукраїнської конференції студентів та аспірантів “Біологічні дослідження молодих вчених на Україні”. - Київ: Український фітосоціоцентр, 2002. Вип. 1. - С. 31-33.

Размещено на Allbest.ru