Экологическая оценка загрязнения воздушной среды биоиндикационными методами

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

УДК 504.3.054:504.73

М.А. Клевцова

канд. геогр. наук, доцент, кафедра геоэкологии и мониторинга окружающей среды, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

университет»

А.А. Михеев

магистрант, кафедра геоэкологии и мониторинга окружающей среды, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

университет»

А.И. Якунин

студент,

кафедра геоэкологии и мониторинга окружающей среды, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

университет»

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ БИОИНДИКАЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ

\

Аннотация. В статье приведены результаты оценки состояния атмосферного воздуха по показателю кислотности и уровню накопления сульфатов в корке древесных растений. В качестве биоиндикатора выступает наиболее распространенный вид - сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Отбор образцов приводился в период с июня по август 2012-2013 гг. на территории города Воронежа и Воронежского биосферного заповедника.

Ключевые слова: загрязнение воздушной среды, биоиндикация, кислотность корки древесных растений, сульфаты, сосна обыкновенная.

M.A. Klevtsova, Voronezh State University

A.A. Mikheev, Voronezh State University

A.I. Yakunin, Voronezh State University

THE ENVIRONMENTAL ASSESSMENT OF AIR POLLUTION BIOINDICATING METHODS

Abstract. The article presents the results of the assessment of air quality in terms of acidity and the level of accumulation of sulfates in the crust of woody plants. As a bioindicator acts as the most common species - Pinus sylvestris L. Sampling was set in the period from June to August 2012-2013 in the territory of the city of Voronezh and Voronezh Biosphere Reserve.

Keywords: air pollution, bioindication, acidity cover, sulfates, Pinus sylvestris L.

Все химические соединения, которые выбрасываются в атмосферу прежде всего в результате хозяйственной деятельности человека и которые могут привести к повреждению в живых организмах, являются загрязнителями воздуха. Среди газообразных загрязняющих веществ наиболее типичными являются диоксид серы, оксиды азота, углеводороды, образующиеся при сгорании топлива (работа предприятий теплоэнергетики, котельных, отопительных печей населения, а также транспорта, особенно дизельного).

Для оценки экологического состояния окружающей среды все чаще применяется достаточно эффективный и недорогой способ мониторинга - биоиндикация. Актуальность использования биоиндикационных методов обусловлена скоростью, простотой и дешевизной подобного рода исследований.

Для условий лесной и лесостепной зоны европейской части России наиболее чувстви-

тельными к загрязнению воздуха являются сосновые леса. Это обусловливает выбор сосны обыкновенной в качестве вида-индикатора, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики».

Целью данной работы является изучение кислотности и содержания сульфатов в корке сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в разных условиях произрастания.

Для достижения поставленной цели было решено осущестить следующие задачи:

1. провести отбор образцов коры древесных растений на исследуемой территории;

2. определить кислотность и содержание сульфатов в коре сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в разных условиях произрастания;

3. проанализировать полученные данные, представить результаты, а также сделать выводы.

Объект исследования: насаждения сосны обыкновенной на территории центральной усадьбы Воронежского биосферного заповедника, а также лесопарка «Оптимистов» города Воронежа (пр. Патриотов, 52в.).

На исследуемой территории отбор корки сосны обыкновенной проводился по всей окружности дерева на высоте 140-150 см толщиной до 5 мм для последующего анализа. В каждой точке было выбрано по 24 модельных дерева. После транспортировки образцов в эколого-аналитической лаборатории ВГУ высушивали кору до абсолютно-сухого состояния в сушильном шкафу. После тщательного измельчения растительного материала с помощью лабораторной мельницы проводили просеивание с использованием сит диаметром 1-0,5-0,25 мм. Водную вытяжку готовили в соотношении 1:10, после двухчасовой выдержки определяли рН потенциомет-рически. Оставляли на сутки при температуре + 24°С и снова определяли кислотность.

Анализируя рН водной вытяжки коры после двухчасовой выдержки, отметим, что корка сосны обыкновенной имеет кислую реакцию. Показатель кислотности колеблется в пределах от 4,14 до 5,13. Значения рН суточной водной вытяжки у 67% образцов увеличиваются и стремятся к нейтральным, что связано с вымыванием протоногенных компонентов талыми водами и дождевыми потоками. Также это связано со свойствами органического субстрата: живые ткани растений в силу своих защитных приспособлений оказывают выщелачиванию определенное сопротивление, а вымывание соединений из мертвой корки деревьев происходит пассивно и поэтому находится в прямой зависимости от их содержания в коре [2].

В 2013 г. определяли рН корки сосны обыкновенной не только на территории Воронежского биосферного заповедника (табл. 4), но и в пределах г. Воронежа (лесопарк «Оптимистов»). Данный показатель в городских условиях (после 2-х часовой выдержки) составляет 4,40-5,50 по сравнению со значением рН для коры, отобранной в центральной усадьбе заповедника - 3,2-4,58. Из приведенных данных видно, что в городской среде происходит изменение рН коры сосны в сторону подщелачивания.

Наши исследования и научные результаты ряда ученых подтверждают, что древесная кора является чутким индикатором чистоты атмосферного воздуха. Так, если в живые растения загрязняющие вещества поступают из атмосферы и из загрязненной почвы, то древесная кора как губка поглощает загрязнители только из атмосферного воздуха [4]. В пользу применения коры деревьев для индикационных исследований говорит и тот факт, что ее можно использовать в любое время.

В кору сера поступает снаружи и сухими осаждениями, а при газообмене - через чечевички. При оценке загрязнения атмосферного воздуха способность коры накапливать поллю-танты использовалась многими учеными Западной Европы, Украины, Молдавии и др. К сожалению, в России количество аналогичных исследований ограничено, а самое масштабное проведено в Санкт-Петербурге и Ставропольском крае [3].

Нами был проведен лабораторный анализ по выявлению содержания сульфатов в коре

сосны обыкновенной в 2013 г. в шести образцах (три точки - на территории центральной усадьбы заповедника и три точки - в лесопарке «Оптимистов»). Исследования показали, что наиболее высокая концентрация сульфатов во всех образцах, отобранных на территории лесопарка «Оптимистов», составила 2-4 мг/л (200-400 мг/кг). В остальных пробах концентрация была менее 2 мг/л (200 мг/кг). Предельно допустимая (максимально разовая) концентрация в воздухе для Б02 - 0,5 мг/м3, среднесуточная - 0,05 мг/м3, класс опасности БО2 - 3.

Исследования подтвердили, что древесная кора является чутким индикатором чистоты атмосферного воздуха. Так, если в живые растения загрязняющие вещества поступают из атмосферы и из загрязненной почвы, то древесная кора поглощает загрязнители исключительно из атмосферного воздуха. В пользу применения коры деревьев для индикационных исследований говорит и тот факт, что ее можно использовать в любое время. Живые растения применяются только в течение вегетационного периода.

Очень чувствительны к негативным воздействиям в городских условиях промышленности и транспорта хвойные породы. Если в нормальных естественных условиях хвоя сосны опадает через 3-4 года, то при больших концентрациях загрязненного воздуха она может погибнуть буквально в несколько часов.

Многие годы основное внимание при изучении воздействия серных загрязнителей на растения и растительный мир было сосредоточено на проявлении внешних признаков (хлороз, некроз листьев, а при экстремальных условиях - гибель растений). Однако детальные исследования на современном уровне развития науки показали, что эта проблема значительно сложнее. Например, рост растения может быть сильно подавлен без сопутствующего проявления внешних признаков. Поэтому оценка воздействия серных загрязнителей должна учитывать как прямое, так и косвенное их влияние.

Хроническое повреждение растений является результатом длительного воздействия небольших концентраций. Для большинства видов древесной растительности острое поражение вызывается дозовой нагрузкой, определяемой действием двуокиси серы концентрации 1-2 мг/м в течение нескольких часов.

Для древесно-кустарниковой растительности первоначальные слабые симптомы хронического поражения появляются при длительном или постоянном воздействии концентрацией

33

0,1 мг/м , а сильные повреждения - при концентрациях 0,3-0,5 мг/м (данные получены в различных странах при неоднородных климато-географических условиях) [1].

На основе проведенных нами исследований можно сделать следующие выводы. Во-первых, в результате изучения теоретических основ по данной проблеме было установлено, что тяжелые металлы, сера и другие элементы накапливаются в органах растений, и по их содержанию можно оценить экологическую обстановку как городов, так и более обширных территорий, находящихся в зоне загрязнения, по сравнению с контролем (более чистой зоной). Особенно сильное накопление загрязняющих веществ наблюдается в зимний период при отсутствии жидких осадков.

Во-вторых, водная вытяжка корки сосны обыкновенной на исследуемой территории центральной усадьбы Воронежского заповедника имеет кислую реакцию. После двухчасовой выдержки показатель кислотности колеблется в пределах от 4,14 до 5,13. Значения рН суточной вытяжки у 67% образцов увеличиваются и стремятся к нейтральным. В 2013 г. рН корки сосны обыкновенной изменяется от 3,2 до 4,58. В городских условиях данный показатель составляет 4,40-5,50. Сравнительный анализ полученных данных свидетельствует о том, что в Воронеже преобладают загрязнители, имеющие щелочной характер, что и вызывает защелачивание коры деревьев.

В-третьих, наиболее высокая концентрация сульфатов была отмечена во всех образцах, отобранных на территории лесопарка «Оптимистов» г. Воронежа, - 2-4 мг/л (200-400 мг/кг).

В остальных пробах концентрация составляла менее 2 мг/л (200 мг/кг).

Таким образом, кора деревьев может использоваться для мониторинга загрязнения атмосферного воздуха. Древесная кора может использоваться в качестве накопителя загрязняющих веществ без каких-либо ограничений, связанных с проблемами быстрого роста растений.

Список литературы:

1. Горохов В.А. Городское зеленое строительство: учеб. пособие для вузов / В.А. Горохов. - М.: Стройиздат, 1991. - 416 с.

2. Иржигитова Д.М. Некоторые химические особенности коры деревьев как субстрата для развития лишайников (на примере Красносамарского лесного массива) / Д.М. Иржигитова, Е.С. Корчиков // Вестник СамГУ. Естественнонаучная серия. - Самара, 2011. - № 5. - С. 144-152.

3. Махмудова Г.К. Сравнительный анализ сульфатного загрязнения воздуха г. Санкт-Петербурга и г. Светлограда Ставропольского края / Г.К. Махмудова // Известия ДГПУ. - 2008. -№ 3. - С. 85-89.

4. Цирд М. Исследование состояния воздушного бассейна городов с помощью природных индикаторов: автореф. дис. ... канд. биол. наук / М. Цирд. - М., 1992 . - 24 с.