Оценка риска загрязнения лесных экосистем Беловежской пущи

Оценка риска загрязнения лесных экосистем Беловежской пущи

Сидорович Е.А.*, Бусько Е.Г.*, Чубанов К.Д.*, Арабей Н.М.*, Кирковский К.К.*, Бурганский В.Л.*, Пикулик Н.И.*, Козырь О.С.*, Толкач В.Н.**
*Центральный ботанический сад АНБ, 
**Бюро управления Проекта “Охрана биоразнообразия лесов Беловежской пущи”

ВВЕДЕНИЕ

В связи с развитием промышленности, сельскохозяйственного производства, транспорта, ростом городов в последние десятилетия в республике Беларусь ухудшилась экологическая ситуация, прежде всего вследствие загрязнения природной среды токсичными техногенными отходами. Особое беспокойство вызывает загрязнение атмосферного воздуха, обусловленное местными источниками эмиссий, а также трансграничным переносом поллютантов из соседних стран, что привело к необходимости налаживания на территории республики экологического мониторинга с целью оценки уровня и характера техногенного загрязнения ее территории, изучения влияния токсичных поллютантов на человека, растительность и животный мир. 

За последние 20 лет в данном направлении белорусскими учеными проделана значительная работа. В частности, осуществлена оценка уровня загрязнения природной среды соединениями серы и рядом токсичных металлов на основе фитоиндикации как вокруг отдельных крупных промышленных центров (Чубанов, Киселев, Бойко, 1989), так и на всей территории Беларуси (Бусько, Сидорович, Рупасова и др., 1995). 

Однако данные по техногенному загрязнению территории Национального парка “Беловежская пуща”, расположенного у юго-западных границ Беларуси и находящегося на пути западных трансграничных переносов воздушных эмиссий, до последнего времени носили несколько обобщенный характер, что было обусловлено методикой отбора фитоиндикационного материала на всей территории Беларуси, не позволявшей обеспечить достаточную репрезентативность в каждом отдельно взятом регионе. 

Международным Проектом “Охрана биологического разнообразия лесов Беловежской пущи”, была поставлена задача оценить риск загрязнения лесов Пущи техногенными поллютантами. В связи с этим появилась настоятельная потребность в детальном анализе уровня и характера техногенного загрязнения всего лесного массива Беловежской пущи, а также территории его приписной (охранной) зоны.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Мониторинг по оценке риска техногенного загрязнения лесных фитоценозов Беловежской пущи проведен нами в течение 1994-95 гг. на основе метода аккумулятивной лихеноиндикации. Этот метод является одним из наиболее перспективных для оценки уровня техногенного загрязнения. Он базируется на количественном определении содержания загрязняющего вещества в слоевище лишайников, т.е. имеет в своей основе химический анализ клеточной ткани. В настоящее время лишайники широко используются для оценки загрязнения природной среды более чем 30 химическими элементами, особенно соединениями серы и тяжелыми металлами, а также радионуклидами (Нифонтова, Алексашенко, 1992; Case, 1984). 

Исследования показали, что степень накопления тяжелых металлов в лишайниках, как и соединений серы, тесно связана со степенью загрязнения ими воздуха (Galun, Garty, Ronen, 1984). Непосредственно из атмосферного воздуха в слоевища лишайников проникают газообразные токсиканты, например, неорганическая сера (SO3, SO2), накапливающаяся в виде сульфатов в клетках водорослей - симбиотического компонента таллома. На основании этого в качестве теста на загрязнение атмосферного воздуха сернистыми соединениями было предложено определять количественное содержание сульфат-ионов в талломе лишайников (Горбач, Гетко, 1979). 

Необходимо, однако, иметь в виду, что указанный способ определения уровня загрязнения воздушной среды соединениями серы не может быть использован в условиях лишайниковых “пустошей” или “пустынь”, когда уровень загрязнения серой превышает порог чувствительности того или иного вида лишайника к загрязнителю. Как показывает опыт применения в качестве фитоиндикатора среднего по чувствительности эпифитного лишайника Hypogymnia physodes (L.) Nyl., “пустоши” образуются там, где содержание сульфат-ионов в талломах данного вида превышает 65 мкг/г сухого вещества, что соответствует концентрации сернистого ангидрида в воздухе более 50 мкг/м3, т.е. примерно соответствует принятой в республике ПДК для SO2. Эти наблюдения позволили разработать шкалу соответствия концентрации сульфат-ионов в лишайнике H. physodes содержанию серы в воздухе (Чубанов, Киселев, Бойко, 1989). По более ранним данным (Hawksworth, Rose, 1970), отмирание талломов H. physodes или его локализация у комлевой части ствола происходят при среднем содержании SO2 в воздухе около 70 мкг/м3. 

Однако при слабом и умеренном загрязнении соединениями серы лишайник удерживается на поверхности стволов и ветвей деревьев многие годы, что представляет собой важное преимущество по сравнению с другими фитоиндикаторами (например, хвоей и листьями деревьев), ввиду возможности получения более интегрированных по времени показателей. Кроме того, вследствие слабой зависимости от субстрата (его поверхность служит лишь для прикрепления слоевищ), отсутствие связи с почвенными процессами, лишайники накапливают только те техногенные вещества, которые поступают из атмосферного воздуха, включаясь затем в той или иной мере в обменные внутриклеточные процессы, либо оседая на поверхности в виде твердых частиц и аэрозолей. 

Метод аккумулятивной лихеноиндикации успешно зарекомендовал себя при мониторинге воздушного техногенного загрязнения соединениями серы и тяжелыми металлами как отдельных залесенных промышленных регионов Беларуси, так и ее лесных ландшафтов в целом. Он использован нами также для анализа уровня загрязнения вышеупомянутыми ингредиентами лесных фитоценозов Беловежской пущи. В данном случае мы использовали уже упоминавшийся эпифитный лишайник H. physodes, широко распространенный в лесах Беларуси. 

По результатам рекогносцировочных исследований на территории Беловежской пущи (белорусской и польской ее частей), а также ее охранной (буферной) зоны было отобрано 183 образца фитоиндикационного материала. В каждом намеченном пункте образцы отбирали с 12 стволов хвойных пород (сосна и ель обыкновенные) на высоте 1,3-1,5 м от поверхности земли, при взаимном удалении деревьев 50-100 м. Из отобранного материала приготавливался средний образец для последующих химических анализов по содержанию в нем общей серы и токсичных металлов (Pb, Cd, Ni, Cr, Cu, Zn, Sr, Mn, Co, Mo). 

Определение концентрации общей серы осуществлялось спектрофотометрическим методом (Мочалова, 1975), а ионов вышеупомянутых металлов - на плазменном спектрометре “Spektroflame” (Германия). В конечном результате было выполнено 2452 химических анализа, обработка которых осуществлялась на компьютере типа AT-486DX4-100. 

На основе полученных результатов выполнены карты-схемы зонирования территории Беловежской пущи и примыкающей к ней охранной зоны по уровню загрязнения лесных фитоценозов промышленными поллютантами. Карты выполнены отдельно по каждому исследованному химическому элементу. Зоны по градациям уровня загрязнения определенным элементом выделены на картах-схемах изолиниями и условным цветом. Концентрация общей серы в лишайнике определена в процентах на сухое вещество, а содержание металлов в мкг/г сухого вещества. 

Фоновый уровень содержания серы, при котором формируются так называемые “первично чистые” зоны, согласно принятым нормам, для сосны обыкновенной 0,07% сухого вещества. В случаях, когда существуют значения выше данной концентрациях, речь уже идет о загрязненных в той или иной мере территориях. Для подавляющего большинства тяжелых металлов, концентрация которых исследовалась нами в тест-индикаторе, фактический уровень соотносился с фоновыми уровнями в незагрязненных районах мира, приведенными в литературе для лишайника H. physodes (Nieboer, Richardson, Tomasini, 1978). На основании такого сопоставления устанавливался действительно аномальный уровень содержания металлов в тех или иных районах Пущи. Градации ниже верхнего предела фонового уровня определяли как условно аномальные с целью подчеркнуть различия с минимальным содержанием анализируемого элемента.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В результате проведенных исследований уровня загрязнения лесных фитоценозов белорусской части Беловежской пущи общей серой и 10 металлами, осуществлено зонирование территории Пущи и ее охранной зоны по градациям загрязнения каждым из элементов. 

Как показали данные, полученные в отношении загрязнения Пущи серой, существует несколько зон слабого и незначительного загрязнения в северной, центральной, южной и юго-восточной ее частях, где степень загрязнения фитоиндикатора этим элементом достигает более 0,12% сухого вещества (максимум 0,16%), либо колеблется в пределах 0,10-0,12% (Рис. 1). Зоны с последней из градаций занимают по площади территории больше предыдущей, окружая их, либо образуя обособленные очаги.



Рис. 1. Содержание серы в лихеноиндикаторе на территории Беловежской пущи

Наиболее обширные зоны незначительного загрязнения расположены в северной и юго-западной частях лесного массива белорусской части Беловежской пущи. 

Результаты исследований уровня техногенного загрязнения серой польской части Беловежской пущи показали (Рис. 1), что преобладающая часть ее, преимущественно в северном и центральном районах (около 2/3 площади) относится к зоне слабого загрязнения серой (более 0,12% серы сухого вещества лишайника). В южной части в основном сформировались зоны незначительного загрязнения, а также ”первично чистая” зона (0.08-0,12% и менее 0.08% серы соответственно). В значительно меньшей степени зоны с таким уровнем загрязнения имеют место в северной, центральной и восточной частях Пущи.

Установлено, что концентрация металлов -- Pb, Cd, Ni, Cr, Cu, Zn -- не выходит за пределы фонового уровня, определенного для данного вида лишайника как на белорусской, так и на польской частях Беловежской пущи. Однако амплитуда колебания фоновых значений для каждого из указанных элементов довольно значительна в пределах белорусской части Пущи, и уровни условно аномальных концентраций обнаружены чаще всего в одних и тех же районах, а именно на северной ее окраине, в северо-восточной, юго-западной и южной частях Национального парка, с частичным в отдельных случаях заходом в охранную зону (район пос. Каменюки). В польской части Пущи колебания концентрации названных элементов в большинстве случаев отмечаются у нижних пределов фона. 

По таким элементам, как Sr (стабильные изотопы), Mn, Co, Mo выявлены более или менее значительные по площади аномалии, где содержание указанных металлов выше фонового уровня. Зоны с аномалиями Sr расположены примерно в тех же районах белорусской части Беловежской пущи, в которых наблюдалось относительно повышенное содержание ряда металлов в тест-индикаторе, не выходящее, однако, за пределы фона.

На польской части территории Пущи сравнительно небольшой по площади очаг аномалии Sr (Рис. 2) установлен на востоке (район пос. Беловеж).

Особенно значительная аномалия, причем на большей части территории Пущи (в пределах Беларуси и Польши), характерна для Mn (Рис. 3). Наиболее выраженная аномалия выявлена у ее северной границы (более, чем в 5 раз выше верхнего предела фона). Нормальное (ниже 100 мкг/г сухого вещества) содержание Mn отмечено в пяти обособленных зонах различной величины, расположенных в различных частях Пущи. 

По Co установлены 2 очага аномалий в юго-западной и южной частях лесного массива белорусской части Пущи (Рис. 4), по Mo - 5 очагов аномалий. Наиболее крупный из них находится на северо-восточной окраине, где зафиксирован максимум концентрации данного элемента (Рис. 5). В пределах белорусской части существуют также аномальные зоны по Mo на севере, юго-западе и юге пущи. 

Аномалии Co в пределах польской территории Беловежской пущи установлены в трех местах, преимущественно в западной ее части (Рис. 4). В северной части Пущи на значительных площадях отмечены также аномалии Mo (Рис. 5).



Рис. 2. Содержание стронция в лихеноиндикаторе на территории Беловежской пущи

 



Рис. 3. Содержание марганца в лихеноиндикаторе на территории Беловежской пущи

 



Рис. 4. Содержание кобальта в лихеноиндикаторе на территории Беловежской пущи

 



Рис. 5. Содержание молибдена в лихеноиндикаторе на территории Беловежской пущи



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Резюмируя итоги наших исследований основанных на использовании метода аккумулятивной лихеноиндикации загрязнения территории Беловежской пущи серой и тяжелыми металлами, можно заключить, что в отдельных ее районах (на севере, в центральной ее части и юго-востоке) сформированы зоны слабого и незначительного загрязнения серой, причем наибольшая по площади зона слабого загрязнения серой находится на польской части пущи, занимая здесь северную и центральную часть лесного массива. 

Концентрация Pb, Cd, Ni, Cr, Cu, Zn в лихеноиндикаторе повсеместно не выходит за пределы фоновых показателей, приведенных в научной литературе. Более или менее значительные по площади аномалии концентрации металлов выявлены по Sr, Mn, Co, Mo. Особенно существенная аномалия на большей части территории Пущи характерна для Mn. 

Существование на территории Беловежской пущи зон с повышенным содержанием серы в тест-индикаторе, а также зон с аномалиями Sr, Mn, Co, Mo пока не носят угрожающего характера для ее лесных экосистем, однако для предотвращения возможного дальнейшего загрязнения Пущи продуктами химической переработки минерального сырья, сжигания каменного угля требуется совершенствование технологических процессов, повсеместное применение различных пылегазоулавливающих установок (особенно в местных котельных), разработка технологии улавливания и утилизации вредных выбросов на предприятиях, непосредственно функционирующих на территории Беловежской пущи и за ее пределами. 

С целью выявления прогрессирующих тенденций изменений в динамике биологического разнообразия лесных экосистем Беловежской пущи будут продолжены исследования в рамках Европейского экологического мониторинга на основе существующих стационаров на ее территории.

ВЫВОДЫ

1. Лесные экосистемы Национального парка “Беловежская пуща” в настоящее время находятся под постоянным комплексным воздействием техногенных поллютантов, включающих соединения серы, а также Sr, Mn, Co, Mo и др., поступающих исключительно за счет трансграничного переноса из районов горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. 

2. Наиболее сильное деструктивное воздействие на природные комплексы Пущи, приводящее к снижению их биологического разнообразия, оказывает Mn, в меньшей степени -- Co и Mo и весьма незначительно -- S и Sr. 

3. Наиболее загрязненной серосодержащими поллютантами является западная часть Пущи, Mn и Mo - северная, Со - южная, испытывающая также влияние Мо. 

4. На основании изучения уровня распространения техногенных поллютантов в растительных объектах Беловежской пущи установлено, что ее территория является своеобразным биогеохимическим барьером в их перемещении, преимущественно из промышленных районов верхней Силезии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бусько Е.Г., Сидорович Е.А., Рупасова Ж. и др. Техногенное загрязнение лесных экосистем Беларуси. - Минск, 1995. - 320 с. 2. Горбач Н., Гетко Н. Способ лихеноиндикации загрязнения воздуха // Доклады АН БССР.- 1979.-Т. 23, N 8.- С. 734 - 745.

3. Никонова С.Г., Алексашенко В.Н. Содержание Sr90 и Cs134,137 в грибах, лишайниках и мхах из ближней зоны Чернобыльской АЭС //Экология.- 1992.- N 3. C.26 - 30.

4. Чубанов К.Д., Киселев В.Н., Бойко А.В. Природная среда в зонах влияния промышленных центров //Сосновые леса Белоруссии. - Минск, 1989. - 180 с.

5. Чуваев П.П., Кулагин Ю.З., Гетко Н.В. Вопросы индустриальной экологии и физиологии растений. - Минск,, 1973. - 195 с.

6. Case I.W. Lichen biomonitoring networks in Alberta //Environ. Monitoring and Assesement.- 1984.- Vol. 4, N 3. - P. 303 - 313.

7. Galun M., Garty I., Ronen R. Lichens as bioindicators of air pollution //Weblia. - 1984. - P. 371 - 383.

8. Hawksworth D.L., Rose F. Quantitative scale for estimating sulphur dioxide air pollution in England and Wales using epiphytic lichens //Nature. - 1970. - N 227. - P. 145 - 148.

9. Nieboer E., Richardson D.N.S., Tomasini P.B. Mineral Uptake and Release by lichens: An Overview //The Bryologist. - 1978. - N 81 (2). - P. 226 - 246.

Опубликовано на стр. 44 - 53.