VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Городская среда является специфическим образованием, возникшим в результате взаимодействия существовавших ранее природных ландшафтов и городской структуры. Развитие городов преобразует естественный (природный) ландшафт, приводя к формированию урбанизированных экосистем. При этом в значительной степени изменяется состояние атмосферного воздуха, природных вод, почвы и микроклимата.

Ведущий фактор в формировании неблагополучия окружающей среды – это атмосферный воздух. Так, в Нальчике атмосфера на 90% загрязняется выхлопными газами автомобилей. В республике зарегистрировано 168 тыс. единиц автотранспорта, из них 22% составляет грузовой автотранспорт и автобусы. Объем выбросов от автотранспорта составляет около 87 тыс. т/год. Объем выбросов в атмосферный воздух от стационарных источников составляет около 3 тыс. т/год [1,2].

Из всех загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу города от промышленных предприятий и автомобильного транспорта, концентрация 10 загрязняющих веществ превышает ПДК, в т.ч. пыли, оксида азота, хлора и его соединений, фенола, аммиака, диоксида серы. В 5-ти районах города (Горный, Центр, Ж/д вокзал, Стрелка, Искож) наблюдается превышение ПДК по диоксиду азота и диоксиду серы в 1,5 и более раз [3]. В Нальчике коэффициент выпадений загрязняющих веществ выше единицы, в то время как в большинстве российских городов не превышает 0,25 [1].

Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводорода. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают канцерогенные вещества, свинец и сажа (табл. 1). Наличие свинца в выхлопных газах объясняется тем, что тетраэтилсвинец добавляется в бензин в качестве антидетонатора. В 1 л бензина может содержаться около 1 г тетраэтилсвинца, который разрушается и выбрасывается в атмосферу в виде соединений свинца. В выбросах дизельного транспорта свинец отсутствует [4].

Таблица 1 – Состав выхлопных газов

Компоненты выхлопного газа	Содержание по объему, %		Примечание
	Двигатели
	бензиновые	дизели
Азот	74,0 - 77,0	76,0 - 78,0	нетоксичен
Кислород	0,3 - 8,0	2,0 - 18,0	нетоксичен
Пары воды	3,0 - 5,5	0,5 - 4,0	нетоксичны
Диоксид углерода	5,0 - 12,0	1,0 - 10,0	нетоксичен
Оксид углерода	0,1 - 10,0	0,01 - 5,0	токсичен
Углеводороды неканцерогенные	0,2 - 3,0	0,009 - 0,5	токсичны
Альдегиды	0 - 0,2	0,001 - 0,009	токсичны
Оксид серы	0 - 0,002	0 - 0,03	токсичен
Сажа, г/м3	0 - 0,04	0,01 - 1,1	токсична
Свинец	0,05-0,10	0,00	канцероген
Бензопирен, мг/м3	0,01 - 0,02	до 0,01	канцероген

Одним из перспективных подходов к оценке экологического состояния городской среды является биоиндикация, дающая комплексную информацию об экологии города. Среди методов биоиндикации особое место занимает фитоиндикация. Многолетние растения, особенно древесные, испытывают антропогенное воздействие в течение долгих лет, поэтому реагируют на всю совокупность компонентов техногенной среды. При этом чувствительность отдельных видов чрезвычайно высока. Они способны реагировать даже на фоновое загрязнение.

Для активного мониторинга рекомендуется целый ряд растений, являющихся индикаторами как специфических, так и комплексных воздействий атмосферного загрязнения (табл. 2).

Таблица 2- Фитоиндикаторы вредных веществ в воздухе при активном мониторинге

Компоненты загрязнений	Фитоиндикаторы	Симптомы
Фтороводород (HF)	Тюльпан, гладиолус, касатик, петрушка кудрявая	Некроз листьев, накопление фтора фитомассой
Озон	Табак, шпинат, соя	Некроз верхней стороны листьев
Пероксиацетилнитрат	Крапива жгучая, мятлик однолетний	Некроз нижней стороны листьев
Диоскид серы	Люцерна, гречиха, подорожник большой, горох, клевер инкарнатный	Межжилковые некрозы и хлорозы
Оксид азота	Шпинат, махорка, сельдерей	Межжилковые некрозы
Хлор	Шпинат, фасоль, салат	Деформация хлоропластов, снижение интенсивности окраски
Этилен	Петуния, салат, томат	Отмирание цветочных почек, мелкие цветы, закручивание листьев, повышение активности пероксидазы
Фторид, тяжелые металлы (Pb, Zn, Cd, Mn, Cu)	Райграс, полевица, конский каштан	Накопление фтора и тяжелых металлов фитомассой
Комплекс загрязнителей (SO2, HCl, NO2, HF)	Хвойные (пихта, ель, сосна)	Снижение содержания хлорофилла, хлорозы и некроз, усыхание, задержка роста

В порядке возрастания толерантности к загрязнению растительные организмы располагаются в следующий ряд: лишайники, хвойные, травянистые растения, листопадные деревья. Лишайники, неприхотливые к условиям произрастания, очень чувствительны к загрязнению воздуха, особенно сернистым газом. Хвойные чувствительны к газовому составу атмосферы, в частности, к содержанию в составе воздуха диоксида серы, азота, хлоро- и фтороводорода.

Хвойные породы, в частности сосна обыкновенная и ель, являются фитоиндикаторами состояния городской среды. Известными признаками, характеризующими экологическую обстановку места произрастания, являются содержание фотосинтетических пигментов, химический состав хвои, ее морфометрические и анатомические показатели, интенсивность процессов дыхания, фотосинтеза, степень асимметрии хвои (показатель флуктуирующей асимметрии). Поступающие в ткани опасные соединения в кон­центрации, не превышающей ПДК, проникают в сосуды проводящего пучка, по которым оттекают и постепенно накапливаются на кончике хвоинки. При достижении концентрации, превышающей нейтрализующие способ­ности хвои, происходит изменение структуры клеток со­судов и плазмолиз в клетках мезофилла. Полное закупоривание сосудов является причиной резкого со­кращения притока воды и минеральных веществ, глубо­кого иссушения и отмирания [5, 6].

Для оценки экологической ситуации в городе Нальчик нами исследованы морфометрические показатели сосны обыкновенной и биоразнообразие лишайников в 3-х районах города: район Искож, район Горный, территория парка «Атажукинский сад» (контроль).

Методика исследования включала изучение следующих параметров: состояние хвои сосны; состояние кроны древостоев; содержание свинца в хвое [7]. Для исследования отбирали объединенные пробы хвои сосны первых трех лет жизни с побегов средней части кроны. По степени повреждения хвою делили на три класса: неповрежденная хвоя, хвоя с пятнами хлороза и некроза, хвоя с признаками усыхания. По степени усыхания хвою также распределяли на 3 класса: нетсухих участков; усыхание до 30%; усыхание 100%. Визуальную оценку древостоев проводили по совокупности признаков: состояние ствола, ветвей, степень густоты кроны. Количество обследованных деревьев – по 20 в каждом районе. Для определения свинца проводили качественную реакцию с сернистым натрием. К 100 г измельченной и гомогенизированной хвои добавляли по 50 г 40% этанола, кипятили (на водяной бане), и добавляли водный раствор сернистого натрия. Выпадение черного осадка сульфита свинца свидетельствует о загрязнении свинцом хвои.

По результатам исследования нами установлено, что в районе Искож хвоя имела наибольший процент повреждений и усыхания. Здесь доля хвои с повреждением 2-го и 3-го классов в сумме составила 31%, усыхания 2-го и 3-го классов – 21%. Значения аналогичных показателей в районе Горный составили 29 и 20%; соответственно. На контрольном участке 20 и 7% соответственно (рис. 1, 2).

Рис. 1. Распределение хвои сосны обыкновенной по степени повреждения, %: I – 1-й класс повреждения; II – 2-й класс повреждения; III – 3-й класс повреждения; 1 – Искож; 2 – Горный; 3 – контроль.

Рис. 2. Распределение хвои сосны обыкновенной по степени усыхания, %: I - 1-й класс усыхания; II – 2-й класс усыхания; III – 3-й класс усыхания; 1 – Искож; 2 – Горный; 3 – контроль.

В районах высокой и средней степени загрязнения атмосферного воздуха (районы 1 и 2) доля деревьев с густой зеленой кроной составила 25%, с кроной средней густоты – 45-60%; с сильно изреженной кроной – 15%. Сухостой (15%) отмечен в районе автодороги. В контроле (участок 3) доля деревьев с густой зеленой кроной составила 55%, с кроной средней густоты – 35%; с сильно изреженной кроной – 10%; сухостоя не отмечено.

Уровень концентрации свинца зависит от места произрастания растений. Самое высокое содержание свинца в хвое наблюдается в сильно загрязненных районах (участки 1 и 2). В контроле осадка сульфида свинца не наблюдалось.

Индикатором загрязнения может служить и ель, поскольку она представлена в достаточном количестве в разных районах города. Характерными признаками загрязнения атмосферы являются хлорозы и некрозы, уменьшение длины хвои, длины прироста, толщины побега, размера шишек, величины и числа заложенных почек.

На исследуемой территории обнаружено 3 типа лишайников - накипные, листоватые и кустистые. На контрольном участке преобладают накипные лишайники – 69%; доля листоватых и кустистых лишайников 25 и 6% соответственно. В районах Горный и Искож доля накипных лишайников возрастает до 82-89%. В районе Искож кустистые лишайники не обнаружены. Это свидетельствует о том, что воздух в исследованных районах имеет степень загрязненности сернистым газом от небольшой до средней (рис. 3).

Рис. 3. Доля лишайников разных типов, %, в исследованных районах: 1 – Искож, 2 – Горный, 3 – контроль.

Таким образом, результаты комплексного биоиндикационного исследования дают представление о степени загрязненности городской среды. Индикаторными показателями загрязнения воздуха у сосны обыкновенной являются: изреженность кроны, слабое ветвление, низкая охвоенность, желтый цвет, наличие повреждения и усыхания хвои, низкий годовой прирост, накопление свинца и других тяжелых металлов. Индикаторными показателями загрязнения воздуха диоксидом серы у лишайников являются: уменьшение проективного покрытия, снижение видового разнообразия, отсутствие кустистых и листоватых лишайников.

Список использованной литературы

1. Ежегодник состояния загрязнения атмосферы в городах на территории России за 2011 год. - СПб.: Астерион, 2012.

Государственный доклад «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Кабардино-Балкарской Республике в 2011 году» /http://07.rospotrebnadzor.ru

1. Дахова О.О. Исследование загрязнения городских антропогенных ландшафтов: автореф. … канд. геогр. наук. – М., 2010. – 18 с.

2. Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и ее охрана. – М.: Просвещение, 1985. - 191 с.

3. Василевская Н.В. Оценка стабильности развития популяций PinussylvestrisL. в условиях аэротехногенного загрязнения (Мурманская область) / Н.В. Василевская, Ю.М. Тумарова // Биогеография Карелии. Труды Карельского научного центра РАН. – Вып. 7. – Петрозаводск, 2005. – С. 21-25.

4. Федорова А. И. Биоиндикация загрязнений городской среды // Изв. РАН. Сер. География. - 2002. – № 1. – С. 72 – 80.

Андреева Е.Н., Баккал И.Ю., Горшков В.В., Лянгузова И.В., Мазная Е.А., Нешатаев В.Ю., Нешатаева В.Ю., Ставрова Н.И., Ярмишко В.Т., Ярмишко М.А. Методы изучения лесных сообществ. - СПб.: НИИХимии СПбГУ, 2002. - 240 с.

 

Код для цитирования: Скопировать