Оценка загрязнения снежного покрова в городе Красноярске

УДК 633.4;574.21 ГРНТИ 87.15.91

Г.А. Демиденко, Н.С. Напесочный

ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА В ГОРОДЕ КРАСНОЯРСКЕ

Представлены результаты исследования загрязнения административных районов города Красноярска нелетучими растворимыми и азотосодержащими веществами, фторидами, содержащимися в снеге. Выполнена оценка фитотоксичности и зоотоксичности снеговой воды районов исследования. Снежный покров накапливает за определенный период времени загрязняющие вещества и отдает их весной при снеготаянии в окружающую среду. С талыми водами загрязняющие вещества перемещаются на значительное расстояние от мест их выпадения. Приоритетными методами экологического контроля в настоящее время являются биологические методы, в том числе методы биотестирования. В качестве фитотест-объектов использовались семена салата сорта «Ранний» и редиса сорта «Весенний» как культур, высеваемых первыми и испытывающих максимальную нагрузку при воздействии токсических веществ при снеготаянии. В качестве зоотест-объекта использовался одноклеточный организм инфузории Paramecium caudatum Ehrbg. Анализ физико-химических показателей снеговой воды показал, что их содержание не превышает ПДК во всех пробах снега на территории г. Красноярска. Исключением являются фториды, содержание которых превышает ПДК в Советском районе. Максимальная энергия прорастания семян салата и редиса и увеличение длины проростков культур в пробе талой воды наблюдаются в Октябрьском районе (Академгородок и Ветлужанка), а минимальная в Советском (Покровка) и Свердловском (Красфарма). При зоотестировании (5 и 30 мин эксперимента) пробы снега исследуемых районов по реакции выживаемости инфузории Paramecium caudatum оцениваются на уровне допустимой и умеренной и характеризовались как нетоксичные. По прошествии 60 мин данные эксперимента имеют достоверность различий по критерию Стьюдента (р < 0,05), которые свидетельствуют о хронической токсичности проб снега.

Ключевые слова: снежный покров, загрязнение, загрязняющие вещества, биотестирование, тест-объекты, фитотоксичность, зоотоксичность.

G.A. Demidenko, N.S. Napesochny

THE ASSESSMENT OF THE SNOW COVER CONTAMINATION IN KRASNOYARSK CITY

The research results on the contamination of Krasnoyarsk administrative districts by non-volatile soluble and nitrogen-containing substances, fluorides contained in snow are presented. The assessment of the phyto-toxicity and zoo-toxicity of the snow water of the studied areas is conducted. Snow cover accumulates the contaminants over a definite period of time and releases them into the environment in spring snowmelt. The contaminants travel to a considerable distance from the place of precipitation with the meltwater. The priority methods of ecological control at the present time are biological methods, including methods of biotesting. The seeds of the lettuce sort "Early" and the radish sort "Spring" sown first and experiencing maximum load when exposed to toxic substance influence during snowmelt were used as the phyto-test objects. The single-celled organism -ciliate Paramecium caudatum Ehrbg was used as the zoo-test object. The analysis of the snow water physical-chemical indicators showed that their content does not exceed the MPC (maximum permissible concentration) in all samples of snow in Krasnoyarsk; the exception is the fluoride, the content of which in Krasnoyarsk city exceeds MPC in Sovetskiy district. The maximum energy of the lettuce and radish seed germination and the increase in the seedling length in the sample of meltwater is observed for research areas in the Oktyabrskiy district (Akademgorodok and Vetluzhanka), and the minimum for Sovetskiy district (Pokrovka) and Sverdlovskiy district (Krasfarma). In zoo-testing the 5 and 30-minute experiments of the snow samples in the researched areas by the reaction of the survival of the ciliate Paramecium caudatum are assessed as permissible and moderate and were characterized as non-toxic. After 60 minutes of experiment the data have the reliability of differences by Student's criterion (p < 0.05), that prove the chronic toxicity of snow samples.

Keywords: snow cover, contamination, contaminants, biotesting, test-objects, phyto-toxicity, zoo-toxicity.

© Демиденко Г.А., Напесочный Н.С., 2016

Введение

Состояние снежного покрова определяет последствия хозяйственной деятельности человека и является показателем зимних загрязнений окружающей среды. Снежный покров накапливает за определенный период времени загрязняющие вещества и отдает их весной при снеготаянии в окружающую среду. С талыми водами загрязняющие вещества перемещаются на значительное расстояние от мест их выпадения. Загрязненность снежного покрова в зоне влияния города - лишь часть локального воздействия урбанизации на окружающую среду. Исследование этой проблемы позволяет создать представление об одном из фрагментов антропогенного загрязнения окружающей среды [1, 2, 3].

Особая роль среди источников антропогенного загрязнения окружающей среды принадлежит городам. Красноярск - промышленный центр в Восточной Сибири. Максимальная высота снежного покрова в г. Красноярске и его окрестностях составляет 80-100 см.

Цель исследования - комплексная оценка антропогенного загрязнения административных районов г. Красноярска по состоянию снежного покрова.

Объекты и методы исследования

Объекты исследования - пробы снега с экспериментальных площадок административных районов г. Красноярска (Советский, Центральный, Железнодорожный, Октябрьский, Свердловский). Пробы отбирались в период с ноября 2013 г. по март 2014 г., как в период максимальных снегопадов, так и в начале снеготаяния.

Основной метод исследования - экологический мониторинг с применением полевых [4, 5] и лабораторных методик. Пробы брали на расстоянии 1 м с помощью снегомера. Отобранный снег растапливали в лаборатории при комнатной температуре. Снеговую воду использовали в опытах по определению содержания аммонийных соединений, нитратов, нитритов, фторидов, сухого остатка и для фито- и зоотестирования. Ион аммония определяли на фотоколориметре с помощью реактива Несслера. Определение нитратов проводили с помощью реактива Грисса на фотоколориметре. Наличие нитратов определяли с помощью визуальной оценки окрашенных соединений при взаимодействии нитратов с дифениламином.

Приоритетными методами экологического контроля в настоящее время являются биологические методы, в том числе методы биотестирования [6].

Биотестирование - это один из приемов исследования в водной токсикологии, который используется для определения степени повреждающего действия химических веществ, потенциально опасных для гидробионтов, в контролируемых экспериментальных лабораторных или полевых условиях [6, 7, 8].

В качестве фитотест-объектов использовались семена салата сорта «Ранний» и редиса сорта «Весенний» как культур, высеваемых первыми и испытывающих максимальную нагрузку при воздействии токсических веществ при снеготаянии. Проращивание семян салата и редиса проводили по стандартной методике в чашках Петри. Определение энергии прорастания тест-культур проводили на 3-й день опыта; всхожести - на 6-й день опыта. Опыт был заложен в трехкратной повторности методом рулонной культуры.

В качестве зоотест-объекта использовался одноклеточный организм инфузории Paramecium caudatum Ehrbg.

Результаты исследования

Исследования выполнены в инновационной лаборатории «Экологический мониторинг сельскохозяйственных и лесных культур» при ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет» и имеют большое значения для оценки экологической ситуации в административных районах города Красноярска.

Физико-химические показатели состояния снеговой воды

Физико-химические исследования направлены на определение токсического влияния комплекса химических элементов на состояние окружающей среды исследуемого района. Сухой остаток характеризует содержание в воде нелетучих растворимых веществ (минеральных и органических). Коммунальные службы, проводя «подсыпку» дорог технической солью, предопределяют содержание сухого остатка на исследуемых экспериментальных площадках. Средние данные этого показателя варьируют от 0,09 г/л в микрорайонах Академгородок и Ветлужанка

(ул. Стасовой) до 0,2 г/л в Центральном районе и 0,4 г/л в Советском и Железнодорожном районах г. Красноярска. Значение показателя не превышает ПДК. Максимальное значение в Советском районе объясняется расположением крупных промышленных предприятий (табл. 1).

Полученные данные о среднем содержании аммонийных соединений варьировали: 0,2 мг/л - в Октябрьском районе (микрорайон Ветлужанка, ул. Стасовой); 0,6 мг/л - в микрорайоне Академгородок; 0,9 мг/л - в Советском районе; 1,3 мг/л - в Железнодорожном районе и 1,4 мг/л - в Центральном районе г. Красноярска (табл. 2).

Таблица 1

Содержание сухого остатка в снеговой воде (левобережье г. Красноярска), г/л

Дата взятия образца Район

№ п/п Советский (пр. Ульяновский) Центральный (ул. Ленина) Железнодорожный (ул. Заводская) Октябрьский (Академгородок) Октябрьский (ул. Стасовой) ПДК

1 Декабрь 0,4 0,1 0,3 0,1 0,08

2 Январь 0,3 0,2 0,3 0,09 0,09

3 Февраль 0,5 0,1 0,4 0,08 0,08 1

4 Март 0,6 0,2 0,4 0,09 0,1

Среднее 0,4 ± 0,1 0,2 ± 0,08 0,4 ± 0,08 0,09 ± 0,04 0,09 ± 0,04

Таблица 2

Содержание азотсодержащих соединений (левобережье г. Красноярска), мг/л

№ п/п Дата взятия образца Район

Советский (пр. Ульяновский) Центральный (ул. Ленина) Железнодорожный (ул. Заводская) Октябрьский (Академгородок) Октябрьский (ул. Стасовой) ПДК

NH4-ион

1 Декабрь 0,8 1,4 1,3 0,7 0,2 2,6

2 Январь 0,4 1,3 1,3 0,4 0,1

3 Февраль 1,2 1,6 1,2 1,0 0,3

4 Март 1,2 1,5 1,2 0,5 0,2

Среднее 0,9 ± 0,4 1,4 ± 0,2 1,3 ± 0,08 0,6 ± 0,2 0,2 ± 0,08

NO3-ион

1 Декабрь 17,2 30,2 19,3 10,9 8,7 4,5

2 Январь 16,6 23,3 13,2 13,2 6,6

3 Февраль 33,4 28,4 16,7 11,6 3,2

4 Март 22,3 25,2 17,1 9,3 4,3

Среднее 22,4 ± 7,8 26,7 ± 3,1 16,6 ± 2,5 11,3 ± 1,7 5,7 ± 2,4

NОгион

1 Декабрь 0,5 0,2 0,4 0,1 0,1 3,3

2 Январь 0,4 0,4 0,2 0,2 0,1

3 Февраль 0,3 0,4 0,3 0,3 0,1

4 Март 0,4 0,5 0,3 0,4 0,2

Среднее 0,4 ± 0,08 0,4 ± 0,1 0,3 ± 0,08 0,2 ± 0,08 0,1 ± 0,06

Содержание аммонийных соединений в снеговом покрове связано с выбросами автотранспорта и предприятий цветной металлургии.

Среднее содержание нитратов в Октябрьском районе г. Красноярска - 5,7 мг/л в микрорайоне Ветлужанка (ул. Стасовой) и 11,3 мг/л (в микрорайоне Академгородок). Этот показатель в Железнодорожном районе г. Красноярска - 16,6 мг/л; в Советском районе - 22,4 мг/л; в Центральном районе - 26,7 мг/л.

Среднее содержание нитритов в Октябрьском районе - от 0,1 мг/л на ул. Стасовой до 0,2 мг/л в микрорайоне Академгородок; 0,3 мг/л - в Железнодорожном районе; 0,4 мг/л - в Советском и в Центральном районах г. Красноярска.

Значение этих показателей не превышает ПДК. Колебания содержания нитритов можно объяснить интенсивностью движения автотранспорта.

Среднее значение содержания фторидов в Октябрьском районе - 0,4 мг/л в микрорайоне Ветлужанка; 0,6 мг/л в микрорайоне Академгородок; 1,1 мг/л в Железнодорожном районе; 1,4 мг/л - в Центральном районе и 1,7 мг/л - в Советском районе г. Красноярска (табл. 3).

Таблица 3

Содержание фторидов (левобережье г. Красноярска), мг/л

№ п/п Дата взятия образца Район

Советский (пр. Ульяновский) Центральный (ул. Ленина) Железнодорожный (ул. Заводская) Октябрьский (Академгородок) Октябрьский (ул. Стасовой) ПДК

1 Декабрь 1,7 1,4 0,7 0,3 0,3 1,5

2 Январь 1,6 1,5 0,8 0,6 0,3

3 Февраль 1,8 1,3 1,3 0,6 0,4

4 Март 1,7 1,2 1,2 0,8 0,5

Среднее 1,7 ± 0,1 1,4 ± 0,2 1,1 ± 0,3 0,6 ± 0,2 0,4 ± 0,2

Значение этого показателя превышает ПДК в Советском районе г. Красноярска, что объясняется нахождением в этом районе крупного промышленного предприятия - КраЗа. Зона загрязнения охватывает значительную часть жилых массивов.

Оценка токсичности снеговой воды по энергии прорастания и всхожести семян салата и редиса

Исследовались пробы талой воды с экспериментальных площадок административных районов г. Красноярска: Советского (ул. Шахтеров); Октябрьского (ул. Стасовой, Академгородок, станция «Бугач»); Свердловского (ул. Свердловская). В качестве фитотест-объектов для оценки токсичности снеговой воды использовались семена салата сорта «Ранний» и редиса сорта «Весенний». Получены результаты (табл. 4, 5) по энергии прорастания и всхожести тест-объектов (семян салата Ранний и редиса Весенний).

Максимальная энергия прорастания семян салата Ранний по сравнению с контролем наблюдается в Октябрьском районе (Академгородок и ул. Стасовой), а минимальная в Советском (ул. Шахтеров) и Свердловском (ул. Свердловская). Увеличение длины проростков семян салата в пробе талой воды отмечено в тех же административных районах г. Красноярска. Наиболее низкие показатели в районах Советский (ул. Шахтеров) и Свердловский (ул. Свердловская).

Максимальная энергия прорастания семян редиса Весенний по сравнению с контролем наблюдается в Октябрьском районе (Академгородок и ул. Стасовой), а минимальная в Советском (ул. Шахтеров), Свердловском (ул. Свердловская), Октябрьском (станция «Бугач»). Увеличение длины проростков семян редиса в пробе талой воды отмечено в тех же административных районах г. Красноярска. Наиболее низкие показатели в районах Советский (ул. Шахтеров), Свердловский (ул. Свердловская), Октябрьский (станция «Бугач»).

Таблица 4 Таблица 5

Энергия прорастания и всхожесть семян Энергия прорастания и всхожесть семян

салата Ранний в вариантах опыта*, % редиса Весенний в вариантах опыта*, %

Вариант Повторность Среднее

Энергия прорастания

Контроль 95 92 93 93,3

Улица Стасовой 93 96 100 96,6

Академгородок 100 97 97 98,0*

Улица Шахтеров 95 86 85 88,6*

Улица Свердловская 92 97 93 94,0

Станция «Бугач» 93 95 96 94,6

Всхожесть

Контроль 100 100 100 100,0

Улица Стасовой 100 99 100 99,6

Академгородок 100 100 100 100,0

Улица Шахтеров 95 99 98 97,3

Улица Свердловская 94 96 95 95,0*

Станция «Бугач» 94 97 96 95,6*

*Разница достоверна; НСР05 = 4,31.

Вариант Повторность Среднее

Энергия прорастания

Контроль 96 98 100 98,0

Улица Стасовой 86 84 88 86,0*

Академгородок 90 96 87 91,0*

Улица Шахтеров 86 84 83 84,6*

Улица Свердловская 81 87 84 84,0*

Станция «Бугач» 82 82 86 83,3*

Всхожесть

Контроль 100 100 100 100,0

Улица Стасовой 90 99 99 96,0

Академгородок 98 99 98 98,3

Улица Шахтеров 92 93 95 93,3*

Улица Свердловская 87 92 85 88,0*

Станция «Бугач» 84 85 88 85,6*

*Разница достоверна; НСР05 = 4,19.

Оценка токсичности снеговой воды по реакции выживаемости инфузории Paramecium caudatum

Выявлена динамика токсичности снежного покрова приусадебных участков, расположенных в черте г. Красноярска по реакции выживаемости инфузории Paramecium caudatum

(рисунок). Исследования показывают, что в первые пять минут эксперимента пробы снега исследуемых районов по реакции выживаемости инфузории Paramecium caudatum оцениваются на уровне допустимой и умеренной и характеризовались как нетоксичные [9].

В Октябрьском районе г. Красноярска (микрорайоны Академгородок; Ветлужанка (ул. Стасовой); станция «Бугач») в средней из трех проб по истечении пяти минут эксперимента не было отмечено снижения выживаемости инфузории Paramecium caudatum по критерию Стьюдента по сравнению с контролем (р < 0,05): X ± m = 12,8 ± 0,5; X ± m = 12,8 ± 0,5; X ± m = 10,0 ± 0,5 соответственно. По прошествии 60 мин данные эксперимента имеют достоверность различий по критерию Стьюдента по сравнению с контролем (р < 0,05): X ± m = 7,4 ± 0,5; X ± m = 5,4 ± 0,4; X ± m = 6,1 ± 0,4 соответственно, которые свидетельствуют о хронической токсичности проб снега.

В Советском районе г. Красноярска (микрорайон Покровка) в средней из трех проб по истечении пяти минут эксперимента не было отмечено снижения выживаемости инфузории Paramecium caudatum по критерию Стьюдента по сравнению с контролем (р < 0,05): X ± m = 10,4 ± 0,4. По прошествии 60 мин данные эксперимента имеют достоверность различий по критерию Стьюдента по сравнению с контролем (р < 0,05): X ± m = 5,1 ± 0,3, которые свидетельствуют о хронической токсичности проб снега.

В Свердловском районе г. Красноярска (микрорайон Красфарма) в средней из трех проб по истечении пяти минут эксперимента не было отмечено снижения выживаемости инфузории Paramecium caudatum по критерию Стьюдента по сравнению с контролем (р < 0,05): X ± m = 12,1 ± 0,6. По прошествии 60 мин данные эксперимента имеют достоверность различий по критерию Стьюдента по сравнению с контролем (р < 0,05): X ± m = 3,2 ± 0,3, которые свидетельствуют о хронической токсичности проб снега.

Исследуемые районы г. Красноярска по состоянию снеговой воды по прошествии 60 мин оцениваются как токсичные, так как отмечается достоверное снижение выживаемости инфузорий по критерию Стьюдента по сравнению с контролем р < 0,05, как по правому, так и по левому берегу районов города.

По степени токсичности снеговой воды более токсичными участками являются микрорайоны Красфарма (Свердловский район) и станция «Бугач» (Октябрьский район). Остальные исследуемые участки характеризуются как среднетоксичные.

Выводы

Анализ физико-химических показателей снеговой воды показал, что их содержание не превышает ПДК во всех пробах снега на территории г. Красноярска. Исключением являются фториды, содержание которых в Советском районе составляет 1,7 мг/л, что превышает ПДК и объясняется нахождением в этом районе крупного промышленного предприятия - КраЗа.

В результате фитотестирования оптимальными для выращивания зеленых культур являются микрорайоны, расположенные в Октябрьском районе г. Красноярска. Максимальная энергия прорастания семян салата и редиса и увеличение длины проростков культур в пробе талой

100 90

район

Токсичность снежного покрова приусадебных участков, расположенных в черте г. Красноярска, по реакции

выживаемости инфузории Paramecium caudatum по прошествии 60 мин эксперимента [9]

воды наблюдается в Октябрьском (Академгородок и Ветлужанка) районе, а минимальная - в Советском (Покровка) и Свердловском (Красфарма).

При зоотестировании за пять минут эксперимента пробы снега исследуемых районов по реакции выживаемости инфузории Paramecium caudatum оцениваются на уровне допустимой и умеренной и характеризовались как нетоксичные. По прошествии 60 мин данные эксперимента имеют достоверность различий по критерию Стьюдента (р < 0,05), которые свидетельствуют о хронической токсичности проб снега.

Список литературы

1. Василенко, В.Н. Мониторинг загрязнения снежного покрова / В.Н. Василенко, Н.М. Назаров. -Л., 1985. - 256 с.

2. Кузьмин, П.П. Процесс таяния снежного покрова / П.П. Кузьмин. - Л., 1981. - 345 с.

3. Лобанов, А.И. Экологическая ситуация в г. Красноярске на 2011 г. / А.И. Лобанов, Н.Н. Морозова // Разработка механизмов взаимодействия различных субъектов городского сообщества для обеспечения экологической безопасности городской среды : материалы науч.-практич. семинара. - Красноярск, 2011. - 119 с.

4. Муравьев, А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами / А.Г. Муравьев. - СПб, 1998. - 224 с.

5. Фомина, Н.В. Микробиологический анализ почвы рекреационных зон Красноярской урбоэкоси-стемы / Н.В. Фомина // Вестник КрасГАУ. - 2013. -№ 11.- С. 80-85.

6. Бурдин, К.С. Основы биологического мониторинга / К.С. Бурдин. - М., 1984. - 208 с.

7. Инфузории в биотестировании : тез. докл. Междунар. заоч. науч.-практ. конф. // Архив ветеринарных наук. - М., 1998. - 304 с.

8. Кириенко, Н.Н. Использование методов биотестирования при анализе загрязнености снегового покрова г. Красноярска / Н.Н. Кириенко, А.С. Черепанова // Вестник КрасГАУ. - 2012. - № 5. - С. 244-247.

9. Демиденко, Г.А. Оценка токсичности снегового покрова приусадебных участков, расположенных в черте г. Красноярска, по реакции выживаемости инфузории Paramecium caudatum / Г.А. Демиденко, Н.С. На-песочный // Вестник КрасГАУ. - 2014. - № 6. -С. 176-182.

Демиденко Галина Александровна, доктор биол. наук, профессор, Красноярский ГАУ, Demiden-koekos@mail.ru; Напесочный Николай Сергеевич,

аспирант, Красноярский ГАУ, napesochnui@mail.ru.

References

1. Vasilenko V.N. Monitoring zagryazneniya snezhnogo pokrova / V.N. Vasilenko, N.M. Nazarov. - L., 1985. - 256 s.

2. Kuzmin P.P. Protsess tayaniya snezhnogo pokrova / P.P. Kuzmin. - L., 1981. - 345 s.

3. Lobanov A.I. Ekologicheskaya situatsiya v g. Krasnoyarske na 2011g / A.I. Lobanov, N.N. Morozova // Razrabotka mekhanizmov vzaimodeystviya razlichnykh subektov gorodskogo soobshchestva dlya obespecheniya ekologicheskoy bezopasnosti gorodskoy sredy: materialy nauchno-prakticheskogo seminara. - Krasnoyarsk, 2011. -119 s.

4. Muravev A.G. Rukovodstvo po opredeleniyu pokazateley kachestva vody polevymi metodami / A.G. Muravev. - Sankt-Peterburg, 1998. - 224 s.

5. Fomina N.V. Mikrobiologicheskiy analiz pochvy rekreatsionnykh zon Krasnoyarskoy ur-boekosistemy / N.V. Fomina // Vestnik KrasGAu. - 2013. -№ 11. - S. 80-85.

6. Burdin K.S. Osnovy biologicheskogo monitoringa / K.S. Burdin. - M., 1984. - 208 s.

7. Infuzorii v biotestirovanii: tez. dokl. Mezhdunar. zaoch. nauch.-prakt. konf. // Arkhiv veterinarnykh nauk. -M., 1998. - 304 s.

8. Kirienko N.N. Ispolzovanie metodov biotestiro-vaniya pri analize zagryaznenosti snegovogo pokrova g. Krasnoyarska / N.N. Kirienko, A.S. Cherepanova // Vestnik KrasGAU. - 2012. - № 5. - S. 244-247.

9. Demidenko G.A. Otsenka toksichnosti snegovogo pokrova priusadebnykh uchastkov, raspolozhennykh v cherte g. Krasnoyarska, po reaktsii vyzhivaemosti infuzorii Paramecium caudatum / G.A. Demidenko, N.S. Napesoch-nyy // Vestnik KrasGAU. - 2014. - № 6. - S. 176-182.

Demidenko Galina Aleksandrovna, of Biological Sciences, Professor, Krasnoyarsk SAU, Demiden-koekos@mail.ru; Napesochnyy Nikolay Sergeevich,

PostGraduate Student, Krasnoyarsk SAU, napesoch-nui@mail.ru.

Статья поступила в редакцию 14 марта 2016 г.