ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ  ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ Г. ИВАНОВО РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ

Советова Елена Сергеевна

cтудент 3 курса лечебного факультета Ивановская государственная медицинская академия

E-mail: OlgaSt_75@mail.ru

Стаковецкая Ольга Константиновна

научный руководитель, старший преподаватель кафедры биологии с экологией

Куликова Надежда Анатольевна

научный руководитель, д-р биол. наук, доцент кафедры биологии с экологией Ивановская государственная медицинская академия, г. Иваново

В последние годы, наряду с изменениями климата, происходит значительное увеличение антропогенной нагрузки на природные и урбанизированные экосистемы. Загрязнение атмосферы городов — одна из самых распространенных проблем в настоящее время. Воздух городов наполнен пылью, сажей, аэрозолями, дымом, твердыми частицами и т. д. К основным источникам загрязнения относятся промышленные, топливно-энергетические предприятия и транспорт.

Существуют различные способы выявления и оценки уровня загрязнения окружающей среды. В последние десятилетия экологами все часто применяется эффективный способ мониторинга состояния воздушной среды — биоиндикация. В качестве биоиндикаторов используются растения, которые типичны для данных условий, имеют высокую численность и наиболее чутко реагируют на загрязнение воздуха. Особый интерес с этой точки зрения представляют деревья.

Древесные растения в городских ландшафтах выполняют важнейшие средообразующие и средозащитные функции, связанные с выделением кислорода и фитонцидов, ионизацией воздуха, формированием своеобразного микроклимата, а также играют санитарно-гигиеническую роль, поглощая токсичные газы и накапливая вредные вещества. Зеленые насаждения,  произрастающие в городах, испытывают на себе постоянное отрицательное влияние техногенного загрязнения. Способность деревьев сохранять устойчивость и адаптироваться через изменение строения и функций к изменяющимся условиям среды приобретает важнейшее значение, позволяя выживать в условиях нарастающего антропогенного экологического стресса [4, с. 1].

Наиболее чувствительными к загрязнению окружающей среды органами древесных растений являются листья, на которых оседает пыль, а под влиянием различных загрязнителей атмосферы в листьях происходят морфологические изменения (появление асимметрии, уменьшение площади листовой пластины). Береза является одним из лучших видов деревьев с высокими газопоглащающими, пылеосаждающими и пылезадерживающими свойствами.

Целью данной работы являлась оценка экологического состояния воздушной среды города Иваново вблизи крупных автомагистралей методами биоиндикации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.

1.  Определить степень запыленности листьев березы и площадь листовых пластин на различном расстоянии от крупной автомагистрали.

2.  Оценить степень загрязнения воздушной среды рядом с автотрассой по величине флуктуирующей асимметрии и коэффициенту асимметрии вершин листовых пластинок.

В качестве объекта исследования нами была выбрана береза повислая (Betula pendula Roth), или бородавчатая (Betula verrucosa Ehrh) — массовый вид, встречающийся в городе Иваново с большой частотой.

Береза повислая (бородавчатая) — дерево с тонкими ветвями, обычно повисающими. Стебли молодых побегов покрыты бородавочками. Листья голые, в основании клиновидные [2, с. 211].

Сбор материала для исследования проводился в конце мая после завершения интенсивного роста листьев.  Образцы листьев брались на высоте 1,5—2 м с укороченных побегов, со стороны кроны, обращенной к автотрассе.

Листья собирали в 10 точках на различном расстоянии от автомагистрали: 16 м, 83 м, 149 м, 198 м, 202 м, 206 м, 303 м, 375 м, 378 м и 388 м. С каждой из десяти берез было взято для исследования по 10 листьев.

Для определения степени запыленности растений в зависимости от удаления от источника загрязнения собранные листья взвесили (отдельно с каждого дерева). Затем под проточной водой тщательно смыли пыль с поверхности каждого листа и просушили. Высушенные листья снова взвесили и рассчитали массу пыли.

Для определения площади листовой пластины использовали усовершенствованный весовой метод, разработанный Л.В. Дорогань. Сначала определили переводной коэффициент К. Для этого на листе бумаги очертили квадрат, равный длине и ширине листа дерева, взвесили его и рассчитали площадь Sкв. Затем обвели контуры листа дерева на такой же бумаге, вырезали его и взвесили (рис. 1), площадь листовой пластины определили по формуле Sл= (Рл х Sкв)/ Ркв, где Рл — масса контура листа; Sкв — площадь квадрата бумаги; Ркв — масса квадрата бумаги соответственно. Далее рассчитали переводной коэффициент К= Sл/S кв.

Рисунок 1. Определение массы квадрата бумаги и листа

Затем измерили длину и ширину каждого собранного листа (рис. 2) и установили его площадь (S) по формуле: S = АВК, где S — площадь листа; А — длина листа; В — ширина листа; К — переводной коэффициент.

Рисунок 2. Измерение длины и ширины листа

Для оценки степени загрязнения воздушной среды использовали предложенную В.М. Захаровым [3, с. 27] методику определения флуктуирующей асимметрии (Ф_А), основанную на выявлении нарушений симметрии развития листовой пластины растений под действием техногенной нагрузки. С каждого листа сняли показатели по 5-ти параметрам с левой и правой стороны (рис. 3):

1.  Ширина половинки листа.

2.  Длина второй жилки второго порядка от основания листа.

3.  Расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка

4.  Расстояние между концами этих жилок.

5.  Угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка.

Рисунок 3. Параметры листа

Расчет величины флуктуирующей асимметрии листовой пластинки проводили с помощью программы Microsoft Excel. Используя специальную таблицу, оценили состояние воздушной среды.

Таблица 1.

Оценка состояние воздушной среды

Уровень загрязнения атмосферы также оценивали по коэффициенту асимметрии вершины листовой пластинки [1, с. 6]. Сначала определили ось каждого листа, соединяя точки основания (точка прикрепления черешка) и вершины листовой пластинки. В левой верхней части от края листовой пластинки провели перпендикуляр к оси листа. Длина полученного отрезка (с) равна 1/3 части максимальной ширины  (х) листовой пластинки: с = х/3. Такие же манипуляции проделали с правой верхней стороной листа. Затем определили расстояние между точками соединения указанных перпендикуляров с осью листовой пластинки (b) и рассчитали отношение полученной величины к максимальной ширине листовой пластинки. Это отношение и использовали в качестве коэффициента асимметрии: К_а = b/х.

Важным показателем состояния воздушной среды является также масса пыли, оседающей на листьях. Известно, что зеленые насаждения в городской среде играют важную роль очистителя воздуха, осаждая на своей поверхности до 60 % пыли. Увеличение количества взвешенной в воздухе и осевшей на поверхности пыли объясняется повышенным износом асфальтового покрытия автомобильных дорог вследствие применения ошипованных шин. При движении легковых, грузовых автомобилей и автобусов образуется также асбестовая и резиновая пыль, которые пагубно влияют на здоровье человека — пыль засоряет слизистые оболочки дыхательных органов и глаз, раздражает кожные покровы человека, является фактором передачи бактерий и вирусов.

По совокупности указанных методик были получены следующие результаты.

Масса пыли на листьях обследованных деревьев уменьшается по мере удаления дерева от автострады (табл. 2).

Таблица 2.

Количество пыли на листьях березы в разных точках сбора

Во время формирования листовой пластины, вследствие накопления в ней токсических веществ, происходит торможение ростовых процессов и деформация листа. Площади листовых пластин на деревьях, испытывающих высокую техногенную нагрузку, оказались меньше, чем на деревьях, произрастающих в более благоприятных экологических условиях.

Наименьшее среднее значение площади листьев характерно для растений, произрастающих вблизи автомобильной дороги и испытывающих повышенное воздействие промышленных выбросов и выхлопов автотранспорта. По мере удаления от источника загрязнения площадь листовых пластин увеличивается (табл. 3).  

Таблица 3.

Площадь листьев березы в разных точках сбора

По результатам замеров и вычислений были построены ряды распределения встречаемости листьев определенной площади в зависимости от удаления от дороги (табл. 4).

Таблица 4.

Распределение листьев березы по их площади в разных точках сбора

Данные измерений коэффициента флуктуирующей асимметрии  свидетельствуют, что этот коэффициент тем выше, чем ближе к дороге находится растение. Наименьший показатель характерен для листьев, собранных на большом расстоянии от дороги (303—388 м), а наибольший — вблизи дороги (16 м) (табл. 5).

Таблица 5.

Показатели асимметрии листовых пластинок и качество среды в разных точках сбора

Расчет коэффициента асимметрии вершины листовой пластинки (К_а) также показал, что чем дальше растение расположено от дороги, тем меньше оно подвержено техногенному загрязнению. У растений, произрастающих на небольшом расстоянии от дороги (16 м), коэффициент составил 0,40, а на расстоянии 388 м от дороги — 0,22 (табл. 6). В этом случае можно говорить о снижении интенсивности воздействия загрязняющих веществ. 

Таблица 6.

Величина асимметрии листовых пластинок березы в разных точках сбора

Отметим, что показатели асимметрии отражают не только качество среды, но общее состояние данного растительного организма; их возрастание наблюдается при действии факторов, повышающих уровень нарушения стабильности развития.

Наиболее глубокие последствия загрязнения воздушной среды отмечаются на участках, подвергавшихся прямому техногенному воздействию (у дороги). На участках опосредованного воздействия отрицательные последствия не так значительны.

выводы

1.  Запыленность воздуха максимальна рядом с крупной автомагистралью в полосе шириной 100 м. Количество пыли, осевшей на листьях, на расстоянии 150 м от дороги уменьшается в 4 раза, на расстоянии 375 м — в 7 раз, по сравнению с их наибольшей запыленностью.

2.  Площадь листовых пластинок березы минимальна рядом с автотрассой в полосе шириной 100 м, на расстоянии 300 м от дороги она увеличивается в 1,5 раза.

3.  Величина флуктуирующей асимметрии листовых пластинок максимальна рядом с автотрассой, что указывает на существенные нарушения окружающей среды; по мере удаления степень загрязнения воздушной среды значительно снижается, а на расстоянии более 300 м от магистрали ситуацию можно оценить как условно нормальную.

4.  Коэффициент асимметрии вершины листовой пластинки максимален рядом с дорогой, на расстоянии 300 м его значения уменьшаются в 1,5 раза, что свидетельствует об уменьшении загрязнения среды.

Список литературы:

1.Андреева М.В. Оценка состояния окружающей среды в насаждениях в зонах промышленных выбросов с помощью растения-индикаторов. Автореф. дис. на соискание уч. степени канд. сельскохоз. наук. — СПб. — 2007. — 20 с.

2.Губанов И.А., Киселева К.В., Новиков В.С., Тихомиров В.Н. Определитель сосудистых растений. М: «Аргус», 1995. — 560 с.

3.Захаров В.М., Баранов А.С., Борисов В.И., Валецкий А.В., Кряжева Н.Г., Чистякова Е.К., Чубинишвили А.Т. Здоровье среды: методика оценки — М.: Центр экологической политики России, 2000. — 68 с.

4.Сарбаева Е.В., Воскресенская О.Л. Некоторые аспекты устойчивости туи западной в городских экосистемах [Электронный ресурс]. — Режим доступа: URL: http://new.marsu.ru/Genera/Information/structur/liber/resours/thuja/ index.html