Палиноэкологическая оценка качества атмосферного воздуха

ПАЛИНОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Ю.М. Посевина, Е.С. Иванов

Естественно-географический факультет Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина ул. Свободы, 46, Рязань, Россия, 390000

Е.Э. Северова

Биологический факультет Московский государственный университет

имени М.В. Ломоносова Воробьевы Горы, Москва, Россия, 119992

Палиноэкологическая оценка атмосферного воздуха проводилась в 2007—2008 гг. при помощи пыльцеуловителя Дюрама. Результаты оценки представлены в виде календаря пыления и кривых, отражающих пыльцевую динамику каждого таксона пыльцевого спектра, могут быть использованы в практической медицине, в диагностике поллинозов, разработке своевременной профилактики и адекватного лечения больных. Выявленные закономерности могут применяться для прогноза ал-лергологической обстановки и оценки экологических рисков волн пыления для здоровья человека. Для характеристики пыления отдельных таксонов рассчитан основной период пыления.

Ключевые слова: экология, аэропалинология, экологическая оценка, календарь пыления, аэропалинологический спектр, экологические риски.

В атмосфере, окружающей человека, циркулирует огромное количество частиц различного происхождения, составляющих атмосферные аэрозоли. Эти частицы можно классифицировать по происхождению, размерам, форме, по их влиянию на организм человека и животных. Важнейший компонент атмосферных аэрозолей — пыльца, споры растений и грибов, циркулирующие в воздухе и вызывающие аллергические реакции. По данным ВОЗ, около 20% населения Европы страдают различными видами аллергических заболеваний, большинство из которых приходится на долю поллинозов, т.е. вызываются пыльцой растений [5; 6; 7]. Для больных, страдающих поллинозами, крайне необходимы данные об аэропалинологической оценке атмосферы, позволяющие планировать превентивную терапию, а в сезон пыления — корректировать прием лекарств, диету и образ жизни [4]. Такая информация наряду с краткосрочными прогнозами пыления должна быть ежедневной и легко доступной. Подобная система слежения, оповещения и оценки воздуха в западной Европе активно развивается с 60-х гг. XX в. В настоящий момент насчитывает более 500 станций аэропалинологического мониторинга.

Особую актуальность аэропалиноэкологические исследования приобрели в последние годы. Под влиянием комплекса экологических, климатических и антропогенных факторов наблюдается постоянный рост числа заболеваний, вызванных пыльцой растений. Это связано в первую очередь с ослаблением иммунитета населения. Кроме того, изменяются морфология, белковый состав и другие био-

логические свойства самих пыльцевых зерен, усиливая ответную аллергическую реакцию человека.

Целью данной работы было проведение палиноэкологической оценки (ПЭО) качества воздуха в г. Рязани для составления регионального календаря пыления, разработки системы оценок экологических рисков для человека и организации мониторинга.

Оценка и мониторинг атмосферы проводился в 2007—2008 гг. гравиметрическим пыльцеуловителем Дюрама, установленым на крыше астрономической обсерватории РГУ имени С.А. Есенина на высоте 20 м над уровнем земли. В ловушках такого типа пыльца, циркулирующая в воздухе, пассивно осаждается на предметные стекла. Установка, замена предметных стекол и анализ пыльцы проводился ежедневно с середины марта до середины сентября с учетом экологии цветения основных таксонов Рязанской области. Подсчет и идентификацию пыльцевых зерен в препаратах проводили под световым микроскопом при увеличении в 400 раз. В препаратах определялось количество пыльцы и ее таксономическая принадлежность. Результаты оценки представлены в виде календаря пыления и кривых, отражающих пыльцевую динамику каждого таксона пыльцевого спектра. Для характеристики пыления отдельных таксонов рассчитан основной период пыления (ОПП) — промежуток времени, в течение которого содержание пыльцы в атмосфере составляет 95% от суммарного годового содержания данного таксона [1].

В воздушном бассейне г. Рязани зарегистрировано 35 (2007)1 и 36 (2008) пыльцевых типов. Для составления календаря пыления отобраны 18 таксонов, пыльца которых количественно доминирует в воздухе и (или) обладает ярко выраженными аллергенными свойствами (Betula, Alnus, Corylus, Acer, Populus, Salix, Quercus, Fraxinus, Ulmus, Pinus, Picea, Ambrosia, Artemisia, Chenopodiaceae, Plan-tago, Poaceae, Rumex, Urtica). Представители древесных и травянистых таксонов анализировались отдельно.

Суммарное годовое содержание пыльцы значительно варьировало по сезонам. Количественно преобладала пыльца древесных растений. Однако пыльцевые зерна травянистых растений таксономически представлены более разнообразно — 17 древесных, 18 травянистых (2007) и 16 древесных, 20 травянистых (2008).

Продолжительность сезона пыления составила 6 месяцев (середина марта — середина сентября). Анализ процесса пыления позволил оценить весь вегетационный сезон по трем экологическим волнам с основными аллергенными таксонами для человека.

Первая экологическая волна — пыление древесных таксонов (Betula, Acer, Salix, Quercus, Pinus, Picea, Fraxinus) — 27.03—5.06 (2007), 13.03—20.05 (2008) (рис. 1). Среди этих представителей наибольшую экологическую опасность для здоровья человека в этот период представляет пыльца ольхи, орешника, березы и дуба (2008), так как она обладают двумя факторами риска — аллергенностью и массовостью [8].

1Здесь и далее в скобках указывается год проведения эксперимента.

2007 г. 2008 г.

Рис. 1. Первая экологическая волна

Вторая экологическая волна — пыление злаков (Poaceae, Betula, Quercus, Pinus, Fraxinus, Chenopodiaceae, Plantago, Urtica, Rumex) — 6.06—30.06 (2007), 21.05—16.07 (2008) (рис. 2). Наибольший экологический риск в этот временной интервал имеет пыльца злаков, дуба, березы (2007), так как в огромных количествах она присутствует в спектре и имеют высокую степень аллергенности [8; 9].

0,3%

2007 г. 2008 г.

Рис. 2. Вторая экологическая волна

Третья экологическая волна — пыление разнотравья (Artemisia, Ambrosia, Chenopodiaceae, Plantago, Ambrosia, Urtica) — 1.07—10.09 (2007), 17.07—14.09 (2008) (рис. 3). Максимальную опасность для здоровья аллергиков в этой волне представляет пыльца полыни, амброзии, маревых, так как она формирует ядро аэ-ропалиноспектра в середине—конце лета и характеризуется ярко выраженными аллергенными свойствами.

2007 г.

2008 г.

Рис. 3. Третья экологическая волна

Качественный состав аэропалинологического спектра (АПС) в 2007 г. и в 2008 г. идентичен. Но продолжительность и сроки пыления отдельных таксонов различаются. Вероятно, это результат воздействия метеорологических факторов, оказывающих существенное влияние на начало, продолжительность и интенсивность пыления.

Так, ранняя весна 2008 г. сдвинула начало вегетационного сезона у раннецветущих таксонов (Alnus, Ulmus, Populus, Acer, Corylus) и практически не отразилась на сроках начала пыления растений, цветущих летом (Poaceae) (рис. 4).

Динамика пыления Betula

Динамика пыления Poaceae

Динамика пыления Acer

Динамика пыления Quercus

Рис. 4. Динамика пыления некоторых таксонов аэропалиноспектра

Оценка палинологических и метеорологических данных показала: наиболее важным абиотическим фактором, влияющим на динамику пыления, является температура (рис. 5). Зачастую во время основного периода пыления нарастание и спад концентрации пыльцы происходит соответственно ходу среднесуточных температур, а снижение концентрации пыльцевых зерен до минимума — результат воздействия погодных явлений в виде ливневых дождей и мокрого снега [3; 9].

Рис. 5. Связь динамики пыления Л1пив и Роасеае со среднесуточной температурой

Начало пыления раннецветущих таксонов напрямую зависит от накопленной суммы положительных эффективных температур [2]. Когда числовое выражение этого показателя достигает определенного значения, начинается ОПП. Именно эта зависимость широко используется для прогнозирования и оценки начала пыления наиболее аллергенных растений весеннего спектра — березы, ольхи и орешника (рис. 6). Пыльца БвШ1а присутствует в воздухе весь вегетационный период. Обладая двумя факторами риска, представляет максимальную экологическую опасность для здоровья населения г. Рязани.

Рис. 6. Накопленная сумма положительных температур

Оценка кривых пыления отдельных таксонов АПС показала, что для ряда растений первое появление пыльцы в атмосфере намного, иногда на целый месяц,

опережает начало локального пыления (Betula, Populus, Ulmus, Pinus, Picea, Ambrosia, Plantago, Poaceae, Urtica). Это явление обусловлено дальним транспортом пыльцы и связано с западными и юго-западными ветрами (рис. 7).

Рис. 7. Динамика пыления Betula

Дальний транспорт пыльцевых зерен хорошо известен в аэропалинологии. Особенности сезона пыления в каждом конкретном регионе (начало пыления, его интенсивность и продолжительность) в значительной степени зависят от этого явления. Такая связь отчетливо проявляется в северных и северо-восточных регионах, где цветение наступает сравнительно поздно. Выявить, предсказать и оценить дальнезаносную компоненту АПС можно лишь на основе комплексных исследований, включающих в себя аэропалинологические данные, метеорологические и фенологические наблюдения, а также анализ растительности.

Таблица 1

Оценка пыления основных таксонов аэропалинологического спектра г. Рязани

Таксон Дата первого появления Дата начала ОПП Продол-житель-ность ОПП, в днях Дата окончания ОПП Пик пыле-ния

2007 год

Alnus 27.03 27.03 18 13.04 31.03 16,15 51 12.06

Betula 27.03 26.04 20 15.05 27.04 1 561,45 2 486,2 06.09

Corylus 27.03 27.03 124 02.08 30.03 1,7 8,67 02.08

Acer 16.04 18.04 13 30.04 27.04 34,85 330,82 01.06

Populus 27.03 31.03 21 20.04 02.04 36,89 208,42 21.05

Salix 28.03 04.04 41 14.05 28.04 35,87 161,41 02.06

Quercus 11.05 14.05 15 28.05 15.05 21,42 117,98 14.06

Fraxinus 17.04 30.04 16 15.05 07.05 43,18 105,73 28.05

Ulmus 28.04 03.04 18 20.04 06.04 27,03 139,4 07.05

Pinus 29.03 20.05 20 08.06 21.05 89,76 434,35 19.08

Ambrosia 13.07 22.07 34 24.08 14.08 2,72 22,61 03.09

Artemisia 14.07 23.07 28 19.08 10.08 45,9 291,52 07.09

Chenopodi-aceae 13.06 18.07 32 18.08 13.08 19,04 99,52 06.09

Plantago 25.05 02.06 73 13.08 02.08 2,55 20,4 18.08

Poaceae 20.05 26.05 86 12.07 28.05 19,04 322,5 26.08

Rumex 17.06 17.06 47 02.08 02.08 1,87 9,25 20.08

Urtica 18.06 1.07 44 13.08 16.07 6,46 69,36 05.09

Окончание таблицы

Таксон Дата первого появления Дата начала ОПП Продол-житель-ность ОПП, в днях Дата окончания ОПП Пик пыления

2008 год

Alnus 13.03 16.03 21 05.04 02.04 36,89 96,39 26.07

Betula 15.03 10.04 23 02.05 10.04 1 219,41 3 921,73 13.09

Corylus 14.03 24.03 34 26.04 27.03 4,25 13,09 14.08

Acer 09.04 11.04 27 07.05 13.04 28,73 189,04 23.05

Populus 03.04 05.04 22 13.05 05.04 126,82 346,8 05.05

Salix 05.04 07.04 29 05.05 16.04 10,54 94,01 08.06

Quercus 27.04 29.04 22 20.05 20.05 21,76 91,29 04.07

Fraxinus 07.04 12.04 12 23.04 19.04 35,53 170 02.05

Ulmus 13.03 02.04 9 10.04 07.04 21,08 46,41 17.04

Pinus 04.04 18.05 22 07.06 27.05 82,45 434,35 15.08

Ambrosia 04.07 21.07 50 08.09 08.09 16,32 48,96 10.09

Artemisia 11.07 22.07 30 20.08 03.08 46,92 416,5 13.09

Chenopodi-aceae 07.07 17.07 52 06.09 14.08 5,27 40,29 09.09

Plantago 10.04 19.05 88 14.08 19.05 0,68 5,1 16.08

Poaceae 10.05 30.05 58 26.07 11.06 15,81 164,39 10.08

Rumex 20.05 03.06 73 15.08 25.07 2,72 26,88 23.08

Urtica 12.05 19.06 56 13.08 11.07 43,69 376,21 09.08

*Смакс — максимальная концентрация за сезон; **п.з. — пыльцевое зерно; ***£ — сумма за сезон.

сезон 1

Массовое пыление растений в г. Рязани завершается в конце августа — начале сентября. Единичные пыльцевые зерна фиксируются в атмосфере вплоть до конца сентября. Вероятно, это явление вторичное и связано с подъемом пыльцы ветром с поверхности почвы.

Установлены три экологически опасные волны пыления для человека. Наибольший риск для аллергиков представляют таксоны: в первой волне — ольха, орешник, береза; во второй — злаки, дуб; в третьей — полынь, амброзия, крапива. Данные сведения можно применять в практической медицине. Календарь пыления применим для оценки и диагностики поллинозов, разработки своевременной профилактики и адекватного лечения больных. Выявленные закономерности предлагается использовать в прогнозе аллергологической обстановки, оценке экологических рисков волн пыления для здоровья человека и в палиноиндика-ции качества воздуха.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Nilsson S., Persson S. Tree pollen spectra in the Stosckholm region (Sweden), 1973—1980 // Grana. — 1981. — Vol. 20. — P. 179—182.

[2] Mahura A., Rasmussen A., Baklanov A. Diurnal Cycle of Birch Pollen: Parameterization for Operational Modelling // The 4th European Symposium on Aerobiology. — 12—16 August 2008. University of Turku, Finland Programme. — P. 162.

[3] Посевина Ю.М., Северова Е.Э., Иванов Е.С. Особенности качественного и количественного состава пыльцевого дождя г. Рязани // Палинология; стратиграфия и геоэкология / Сб. научн. тр. Всерос. палинологической конф. — Санкт-Петербург, 29 сентября — 4 октября 2008. — Том 1. — С. 323.

[4] Мейер-Меликян Н.Р., Северова Е.Э., Гапочка Г.П., Полевова С.В., Токарев П.И., Бовина И.Ю. Принципы и методы аэропалинологических исследований. — М., 1999.

[5] Северова Е.Э. Аэробиологический мониторинг атмосферы // Современная экология — наука XXI века / Материалы международной научно-практической конференции. — Рязань, 2008. — С. 665—667.

[6] Шалабода В.Л., Самодуров В.П. Состав атмосферных аэрозолей промышленных зон // Пыльца как индикатор состояния окружающей среды и палеоэкологические реконструкции. Материалы I Международного семинара. — С.-П.: ВНИГРИ, 2001. — С. 225—230.

[7] Сарыджи С. Палиносостав атмосферы города Уфы // Итоги научных исследований биологического факультета Башкирского Государственного Университета за 1997 год. — Изд. БашГУ, 1998. — С. 35—43.

[8] Посевина Ю.М., Иванов Е.С., Северова Е.Э., Худина Е.А., Сторожихина О.Г. Экологические риски волн пыления // Современная экология — наука XXI века. Материалы международной научно-практической конференции — Рязань, РГУ, 17—18 октября, 2008. — С. 651—658.

[9] http://meteoinfospace.ru

PALINOECOLOGICAL ESTIMATION OF QUALITY ATMOSPHERIC AIR

Yu.M. Posevina, E.S. Ivanov

Ryazan state university of a name of S.A. Yesenin Svoboda str., 46, Ryazan, Russia, 390000

E.E. Severova

Moscow state university of name M.B. Lomonosov Vorobjevy gory, Moscow, Russia, 119899

Palinoecological estimation of atmospheric air was carried out in Ryazan in 2007—2008 with gravi-mentic air sampler. Results of PEM (pollen calendar, the curves of pollen, characteristics of the basic taxa) can be used for an estimation of quality of atmospheric air, in applied medicine, in diagnostics of pollino-sis, development of duly preventive maintenance and adequate treatment of patients. The revealed laws can be applied to the allergic forecast conditions and estimations of ecological risks of pollen waves for health of the person. For the characteristic separate taxa the basic pollen period has been designed.

Key words: ecology, a pollen calendar, palinoecological estimation, aeropalinologycal spectrum, ecological risks.