Биологические методы, используемые для оценки загрязнения окружающей урбанизированной среды

БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЫ

Н.Г. Тихонова Научный руководитель - д.т.н., профессор В.П. Вейко

В статье приведено обоснование использования аналитических методов в совокупности с биологическими при оценке загрязнения окружающей урбанизированной среды в рамках проектирования градостроительной документации.

Введение

Основной целью разработки документации территориального планирования является обеспечение устойчивого и безопасного развития территории, комфортных условий проживания населения. Особое внимание при разработке документации уделяется требованиям в области охраны окружающей среды.

Согласно Федеральному закону РФ «Об охране окружающей среды» №7-ФЗ от 10 января 2002 г., органы местного самоуправления ответственны за состояние всей подведомственной территории и обязаны оказывать содействие гражданам в реализации их прав в области охраны окружающей среды. Муниципальные власти вправе использовать данные экологического мониторинга для разработки прогнозов социально-экономического развития и целевых программ в области охраны окружающей среды. Полномочия и обязанности муниципальных властей в области охраны окружающей среды определены и в Федеральном законе №131 «Об общих принципах организации местного самоуправления» от 6 октября 2003 г.

В задачи раздела «Охрана окружающей среды», входящего в состав документации территориального планирования, входит выявление наиболее острых экологических проблем, причин их возникновения, определение наиболее проблемных участков. На основании анализа ситуации разрабатывается комплекс градостроительных мероприятий по улучшению экологической обстановки на проектируемой территории в целом, а также рекомендации по градостроительному освоению территории на перспективу. В рамках данного исследования рассматривается проектирование генерального плана муниципального образования города Йошкар-Ола.

Аналитические методы, использованные при оценки загрязнения окружающей среды в г. Йошкар-Ола

Очевидно, чтобы предложить наиболее эффективные мероприятия по оздоровлению окружающей среды в условиях города, необходимо провести компетентную оценку существующего ее состояния в целях управления ее качеством. На данный момент для оценки загрязнения окружающей среды, в основном, используется анализ ингреди-ентного или параметрического загрязнения экологических факторов (группа методов физико-химического или аналитического анализа).

Ингредиентное (химическое) загрязнение наблюдается вследствие увеличения концентрации вредных веществ, входящих в состав атмосферного воздуха, водной среды, почвенного и растительного покрова, выше предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ; параметрическое (физическое) - при увеличении значений параметров физических факторов, таких как шум, вибрация, электромагнитное и радиационное излучение, выше предельно допустимых уровней (ПДУ) воздействия. Затем полученные данные сравнивают с нормативно установленными значениями ПДК загрязняющих веществ в какой-либо среде или с превышениями ПДУ значений параметров физических факторов. На основании проведенного анализа делается вывод о

степени загрязненности сред тем или иным загрязнителем или вследствие воздействия физического фактора. Значения ПДК и ПДУ устанавливаются в зависимости от пределов толерантности человеческого организма по отношению к какому-либо фактору, чтобы данный фактор не стал лимитирующим или летальным для человека.

В соответствии с алгоритмом работы пользователя с ГИС при оценке экологического состояния в г. Йошкар-Ола проводился анализ территории с помощью аналитических методов оценки. В г. Йошкар-Ола были выявлены основные источники загрязнения: промышленные предприятия, автотранспорт, ливневая и сточная канализации, объекты инженерной инфраструктуры, очистные сооружения, свалки отходов, радиопередающие установки и пр.

Чтобы осуществить компетентный экологический анализ исследуемой территории, необходимо построить план современного использования территории для наглядного представления сложившейся ситуации. Такой план существующего использования называется опорным планом территории. Его основными компонентами являются жилые, садовые, общественные, административные, торговые, рекреационные зоны, зоны инженерной и транспортной инфраструктур, зоны специального назначения, промышленные и прочие городские территории.

По каждой из сред и экологических факторов, подвергаемых анализу, а именно: атмосферный воздух, вода, почвы, шумовая, электромагнитная и радиационная обстановки, были выявлены участки территорий, на которых необходима организация и содержание их соответствующим образом в зависимости от зоны, к которой относится территория - например, статус особо охраняемой территории, санитарно-защитные зоны, зоны санитарной охраны 1-Ш поясов источников водоснабжения и пр. Далее эти ограничения наносятся на единую карту планировочных ограничений, основой которой послужил опорный план территории. На основании комплексной оценки можно наиболее эффективно принять решение о проведении необходимых мероприятий на данной территории (см. рисунок).

Рисунок. Схема комплексной оценки территории

На карте представлены основные источники загрязнений, особо охраняемые природные территории, охранные коридоры ЛЭП, автомобильных и железных дорог, границы водоемов с указанием постов наблюдений с превышениями исследуемых элементов по отношению к 1 ПДК, санитарно-технические объекты, объекты инженерной инфраструктуры с охранными коридорами для каждых.

На последующих этапах проводилась разработка мероприятий, проведение которых необходимо для улучшения экологического состояния территории: озеленение территорий с целью улучшения качества воздуха; снижения шумового воздействия от промышленных предприятий, транспорта, строительства и организация санитарно-защитных зон; а также проведение мероприятий на конкретных промышленных установках, сбрасывающих или выбрасывающих загрязнения в окружающую среду для очистки выбрасываемых загрязнений и многое другое.

Завершает работу составление резюме в форме пояснительной записки для более детального описания нанесенных на карту комплексной оценки территории ограничений и проектных мероприятий.

Преимущества и недостатки аналитических методов исследования

Далеко не всегда применение аналитических методов дает адекватное представление о реальном состоянии природной среды, особенно в зонах слабого и умеренного техногенного загрязнения. Это обусловлено высокой дифференцированностью различных организмов по устойчивости к различным типам промышленного загрязнения, с одной стороны, и нелинейным характером зависимости биологических эффектов от дозы загрязняющих соединений в условиях комплексного загрязнения с одновременным действием экстремальных метеорологических условий - с другой [1].

Аналитические методы, во-первых, не учитывают совокупное влияние всех факторов на природу и человека, во-вторых, достаточно условно анализируют аккумулятивное воздействие от загрязнения, в-третьих, не учитывают нелинейную зависимость между воздействием фактора и реакцией организмов на данное воздействие, вследствие чего такие методы контроля экологических факторов в пределах ПДК и ПДУ является несколько ограниченными. Также эти методы не позволяют непосредственно наблюдать эффект от загрязнения, что является важнейшим недостатком данных методов.

В связи с этим в последние годы все более популярными становятся методы биологической индикации, которые имеют явное преимущество по сравнению с физико-химическими методами, поскольку с их помощью оценивается прямой отклик природного объекта на изменение качества внешней среды [1].

Обоснование использования биологических методов оценки санитарного состояния территории в совокупности с аналитическими

В изучении взаимоотношений городской среды и растений прослеживаются два направления. В первом случае растения рассматриваются как терморегуляторы и фи-тофильтры загрязнителей и шумов; оцениваются их ландшафтная, санитарно-гигиеническая, рекреационная и эстетическая ценность. Этот круг вопросов изучен достаточно полно.

Второе направление связано с изучением воздействий факторов городской среды на жизнедеятельность самих растений. Многие из изучаемых биологических и экологических характеристик отражают реальное состояние зеленых насаждений в городе и закономерности изменений, происходящих во времени, а также являются достоверными индикаторами качества городской среды и могут использоваться в вопросах мониторинга загрязнения воздуха и почв [2].

По данным лаборатории биомониторинга ВятГГУ, к биологическим методам, используемым для оценки загрязнения окружающей урбанизированной среды, могут быть отнесены: методы альгоиндикации, палинологический анализ (основанный на определении процента абортивности пыльцевых зерен), метод анализа отклика педобион-тов, исследования состояния почвы по ее цветению, метод анализа флуктуирующей

асимметрии билатеральных морфологических признаков, метод стеклообрастания (применяемый в почвенной микробиологии), изучение состава снегового покрова или микроскопических водорослей (мониторинг атмосферного воздуха) и др.

Особую значимость имеет то обстоятельство, что биоиндикаторы отражают степень опасности соответствующего состояния окружающей среды для всех живых организмов, в том числе и для человека. Высокочувствительными к антропогенному загрязнению представителями биоты являются организмы-индикаторы, которые используются для идентификации изменений в окружающей среде, обусловленной действием смеси загрязнителей.

К чувствительным биоиндикаторам относятся лишайники, мхи, почвенные и водные микроорганизмы (водоросли, бактерии, микрогрибы). В роли биоиндикаторов могут быть использованы пыльца растений, хвоя сосны обыкновенной и др. Среди животных также выделяются группы организмов, положительно или отрицательно реагирующие на различные формы антропогенной трансформации среды (ракообразные, хи-рономиды, моллюски, личинки ручейников, поденок, веснянок и др.) [3].

Данные методики биотестирования отличаются высокой чувствительностью. Они позволяют регистрировать загрязнения воздуха в 3-5 раз ниже санитарно-гигиенических ПДК, практически без физико-химических анализов проб воздуха определять уровни загрязнения воздуха на обширных территориях, определять степень и опасность воздействия загрязнителей на экосистемы, изучать характер антропогенной дигрессии компонентов экосистем, разрабатывать экологические нормативы антропогенных воздействий на экосистемы и многое другое [2].

Преимуществом методов биоиндикации и биотестирования перед физико-химическими методами является интегральный характер ответных реакций организмов, которые суммируют все без исключения биологически важные данные об окружающей среде, отражают ее состояние в целом, реагируют на очень слабые воздействия в условиях хронической антропогенной нагрузки в силу аккумуляции дозы, фиксируют скорость происходящих в окружающей среде изменений и проч. [3]. К недостаткам биологических методов перед физико-химическими можно отнести те обстоятельства, что они, во-первых, не дают информации об источнике загрязнения, во-вторых, о количественном содержании каждого загрязнителя в среде, так как позволяют оценить суммарное воздействие от всех видов загрязнений. Но в исследованиях состояния окружающей среды в рамках проектирования градостроительных документов, о которых говорилось выше, к сожалению, не используются биологические методы.

Заключение

С помощью результатов, полученных при исследовании территории биологическими методами в совокупности с методами ингредиентного и параметрического анализа, можно осуществить более эффективный анализ состояния окружающей среды в условиях города.

На основании сказанного можно выделить границы территории, наиболее и менее загрязненные по состоянию биоты, которые являются прямым индикатором загрязнения среды. На базе этого можно начертить комплексную схему загрязнения территории, отражающую нагрузку на окружающую среду.

Методы ингредиентного и параметрического анализа не позволяют построить такой интегральной схемы, так как позволяют лишь вычислить коэффициент антропогенной нагрузки на территорию, который является достаточно условной характеристикой.

Задачу, которая была поставлена в начале статьи, можно решить путем проведения компетентной оценки существующего ее состояния, которое возможно при исполь-

зовании физико-химических и биологических методов исследования санитарного состояния территории в совокупности.

Литература

1. Жиров В.К., Голубева Е.И., Говорова А.Ф., Хаитбаев А.Х. Структурно-функциональные изменения растительности в условиях техногенного загрязнения на Крайнем севере. Полярно-альпийский ботанический сад-институт КНЦ РАН. -М.: Наука, 2007. - 166 с.

2. Неверова О.А. Экологическая оценка состояния древесных растений и загрязнения окружающей среды промышленного города: Дисс докт. биол. наук. - Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2005. - 332 с.

3. Ашихмина Т.Я., Домрачева Л.И., Дабах Е.В., Кантор Г.Я., Огородникова С.Ю., Ти-монюк В.М., Кондаков И.А. Биоиндикация и биотестирование природных сред и объектов в организации экологического мониторинга на территории зоны защитных мероприятий объектов уничтожения химического оружия // Информационно-аналитический сборник «Федеральные и региональные проблеммы уничтожения химического оружия». - 2004. - Вып. 6.