Оценка качества атмосферного воздуха по величине флуктуирующей асимметрии Betula pendula Roth

УДК 574/577 ББК 28.080

О. Ю. Звягинцева

Забайкальский государственный университет (Чита, Россия),

e-mail: olya-zww@mail.ru

Оценка качества атмосферного воздуха по величине флуктуирующей асимметрии Betula pendula Roth

Качество атмосферного воздуха определяет уровень здоровья населения и состояние экологических систем на урбанизированных территориях. Виды живых организмов, которые могут выполнять роль биоиндикаторов, должны отвечать определённым требованиям. Работа посвящена изучению величины флуктуирующей асимметрии Betula pendula Roth в условиях городской среды, охраняемой природной территории и использование этого показателя для оценки состояния воздушного бассейна в условиях Восточного Забайкалья. Метод биоиндикации позволяет оценить комплексное воздействие загрязнителей на живые организмы, имеет большое значение в экологическом мониторинге. По результатам проведённых исследований составлена карта качества воздушного бассейна г. Чита и Ивано-Арахлейского заказника.

Ключевые слова: качество атмосферного воздуха, флуктуирующая асимметрия, биоиндикатор, экологическое районирование, Восточное Забайкалье, экологический мониторинг, урбанизированные территории, Betula pendula.

O. Yu. Zvyagintseva

Transbaikal State University (Chita, Russia), e-mail: olya-zww@mail.ru

Air Quality Assessment According to Betula рendula Roth Fluctuating Asymmetry

Air quality determines the level of human health and ecological systems in urban areas. Species of living organisms, which can serve as bio-indicators, should meet certain requirements. This work is devoted to the study of fluctuating asymmetry of Betula pendula Roth in urban conditions of the protected natural territory and the use of this indicator to assess air quality in Eastern Zabaikalye. The bio-indication method allows assessing complex impact of pollutants on living organisms and plays an important role in ecological monitoring. The research resulted in air quality mapping of Chita environs and Ivano-Arakhleisky wildlife reserve.

Keywords: air quality, fluctuating asymmetry, bio-indicator, ecological zoning,

Eastern Zabaikalye, ecological monitoring, urban territories, Betula pendula.

Качество атмосферного воздуха во многом определяет уровень здоровья населения и состояние экологических систем на урбанизированных территориях. Уровень загрязнения атмосферы в г. Чита характеризуется как очень высокий, где среднегодовое содержание бенз(а)пирена в 2010 г. превысило ПДК в 5,5 раза, формальдегида - в 4 раза, взвешенных веществ (пыли) - в 1,6 раза [3].

В экологическом мониторинге в настоящее время не учитывается комплексное и сочетанное действие смеси экотоксикантов, что более значимо для состояния экосистем урбанизированных территорий [7].

В решении этой задачи, для интегральной характеристики качества окружающей среды можно основываться на оценке состояния живых организмов по их условиям развития, которые характеризуются уровнем флуктуирующей асимметрии (ФА) морфологических структур [4].

© О. Ю. Звягинцева, 2012

Материалы и методы. Материалом настоящей работы послужили результаты натурных наблюдений, выполненных за 2004-2010 гг. на территории г. Чита, и Ивано-Арахлейского государственного природного ландшафтного заказника регионального значения. Отбор проб осуществлялся в июле месяце: в г. Чите повсеместно в местах произрастания берёзы повислой (82 точки), в Ивано-Арахлейском заказнике - на территориях, прилежащих к озерам Арахлей, Иван, Шакшинское, Тасей, Иргень, Гужирное, Большой Ундугун (59 точек). Всего за период исследований было собрано и промерено 30040 образцов листьев.

Сбор и обработка материала производились согласно «Методическим рекомендациям» [4].

Для количественной оценки состояния окружающей среды использовали: фондовые материалы Забайкальского межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (в настоящее время ГУ «Читинский ЦГМС-Р), содержащие информацию об индексе загрязнения атмосферы г. Чита по пяти приоритетным загрязнителям (ИЗА5), данные метеорологических наблюдений климата за 2004-2010 гг., ежегодные доклады МПР

Результаты и их обсуждение. Оценка качества атмосферного воздуха ООПТ -Ивано-Арахлейского заказника

За период исследования величина интегрального показателя стабильности развития в разных точках отбора заказника изменялась в пределах от 0,032 до 0,057, т. е. от условно нормальных до критических значений. Максимальные значения зарегистрированы в районе озёр Арахлей и Шакшинское. Средние значения величины ФА листовой пластинки берёзы повислой вблизи озер Ивано-Арахлейского заказника приведены в табл. 1, откуда видно, что атмосферный воздух этих же территорий наиболее загрязнён.

Таблица 1

Качество атмосферного воздуха на территории Ивано-Арахлейского заказника, оцениваемое по величине интегрального показателя ФА листовой пластинки

берёзы повислой

№ Наименование озера ПФА Балл Качество среды

1 Арахлей 0,046 ± 0,001 3 Средний уровень отклонений от нормы

2 Иван 0,044 ± 0,001 2 Начальные (незначительные) отклонения от нормы

3 Шакшинское 0,045 ± 0,001 3 Средний уровень отклонений от нормы

4 Тасей 0,043 ±0,001 2 Начальные (незначительные) отклонения от нормы

5 Иргень 0,042 ± 0,001 2 Начальные (незначительные) отклонения от нормы

6 Гужирное 0,038 ± 0,001 1 Условно нормальное

7 Большой Ундугун 0,037 ± 0,001 1 Условно нормальное

8 По заказнику 0,042 ± 0,001 2 Начальные (незначительные) отклонения от нормы

На территории Ивано-Арахлейского государственного природного ландшафтного заказника наибольшему антропогенному воздействию подвергается атмосферный воздух вблизи озёр Арахлей и Шакшинское, что можно объяснить наибольшим наличием здесь населённых пунктов и баз отдыха, а также наибольшим количеством неорганизованных отдыхающих как в летний, так и в зимний период. По данным А. Т. Солововой [8] за последние 30 лет рекреационная нагрузка на данные водоёмы увеличилась в несколько раз. Следует отметить, что водные экосистемы именно этих озер испытывают усиленную антропогенную нагрузку [6].

Многолетняя динамика качества атмосферного воздуха Ивано-Арахлейского заказника свидетельствует о начальных и средних уровнях отклонений от нормы (табл. 2, рис. 1). Полученные результаты являются основой для принятия решений по природоохранным мероприятиям данной ООПТ. Это могут быть: ограниченный или платный въезд на территорию, запрет работы автотранспорта на холостом ходу и пр. Но самое главное усиленный мониторинг качества окружающей среды.

Таблица 2

Многолетние изменения качества атмосферного воздуха, оцениваемое по величине интегрального показателя ФА листовой пластинки берёзы повислой

Год наблюдения Месторасположение

Ивано-Арахлейский заказник г. Чита

Величина показателя ФА Балл Величина показателя ФА Балл

2004 0,044 ± 0,001 (п = 60) 2 — —

2005 0,042 ± 0,001 (п = 60) 2 0,046 ± 0,001 (п = 600) 3

2006 0,043 ± 0,001 (п = 3640) 2 0,048 ± 0,001 (п = 4187) 3

2007 0,045 ± 0,001 (п = 3640) 3 0,049 ± 0,001 (п = 4187) 3

2008 0,042 ± 0,001 (п = 3640) 2 0,051 ± 0,001 (п = 4187) 4

2009 0,042 ± 0,001 (п = 3640) 2 0,0543 +0,001 (п = 1200) 5

2010 0,045 ± 0,001 (п = 400) 3 0,0536 +0,001 (п = 1200) 5

И ПС

у 7Е-05х-0,100 К2 0,012 -♦-Ряд! 11

V /

/

20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 20

Рис. 1. Многолетняя динамика ПФА в Ивано-Арахлейском заказнике

Оценка качества атмосферного воздуха урбанизированной территории г. Чита

За период исследования величина интегрального показателя стабильности развития в разных точках отбора изменялась в среднем в пределах от 0,043 до 0,058. Максимальный показатель ФА берёзы повислой отмечен вблизи ТЭЦ - 1, а также в районе улиц Набережная и Октябрьская. Подобные результаты получены и в других районах города (Центральном, Ингодинском, Железнодорожном) - от 0,050 до 0,053. Кроме того, нарушения стабильности развития были отмечены у деревьев, произрастающих в районе улиц с большой транспортной нагрузкой (0,049-0,058): Бабушкина, Новобульварная, Анохина,

Амурская, Красноармейская, Ленинградская, Красной Звезды, Лазо, Чкалова, Шилова, Рахова, Ярославского, Магистральная. Наименьшая величина (0,043-0,046) показателя ФА наблюдается в отдалении от центра города: ул. Гранитная, ул. Токмакова, в микрорайоне Северном, в районе дачных кооперативов, спортивной базы «Березка», спортивной базы «Высокогорье», ст. СибВО.

Результаты многолетней работы по определению качества атмосферного воздуха в г. Чита, оцениваемого по величине интегрального показателя ФА приведены в табл. 2, рис. 2. Многолетняя динамика ПФА свидетельствует об устойчивом нарастании данного показателя и о критическом состоянии атмосферного воздуха в г. Чита. По полученным материалам составлена экологическая карта состояния атмосферного воздуха в г. Чита. Анализ полученной карты позволяет выделить на территории города экологического комфорта и неблагоприятные участки. Обширная область загрязнения воздушной среды распространяется с юго-запада на северо-восток и приходится на центральную часть города.

Рис. 2. Зависимость ПФА от ИЗА в г. Чита

Сравнение средних значений ПФА берёзы повислой с ИЗА5 и со средними уровнями основных загрязняющих веществ воздуха: взвешенными веществами, фенолом, формальдегидом, бенз(а)пиреном, диоксидом азота (по данным стационарных постов г. Чита Государственной службы мониторинга загрязнения атмосферы) за 2005-2010 гг. в г. Чита выявило прямую корреляцию с ИЗА5 (коэффициент корреляции = 0,93) и бенз(а)пиреном (0,97) (рис. 2, 3). По остальным показателям устойчивой корреляции не выявлено.

Рис. 3. Зависимость ПФА от бенз(а)пирена в г. Чита

При сравнении среднегодовых значений ИЗА5 и средних величин интегрального показателя флуктуирующей асимметрии в г. Чите выявлена зависимость (см. рис. 2), описываемая уравнением:

у = 879,91х - 24,791

Данное уравнение позволяет получить величину ИЗА5 по имеющейся величине интегрального показателя флуктуирующей асимметрии для точек, где нет стационарных постов, составлять прогнозы. Статистическая обработка показала, что дисперсия техногенных факторов в виде ИЗА5 объясняет дисперсию величины интегрального показателя ФА на 93,27 % (показатель детерминации R2 = 0,9327).

Выводы

1. Установлено, что качество атмосферного воздуха в природных условиях Восточного Забайкалья - в особо охраняемой природной территории (ООПТ) - Ивано-Арахлейском государственном природном ландшафтном заказнике, определённое по показателям флуктуирующей асимметрии листовой пластинки берёзы повислой, оценивается как удовлетворительное с начальным и средним уровнем отклонений от нормы.

2. Выявлено, что в Ивано-Арахлейском заказнике наибольшему антропогенному воздействию подвергается атмосферный воздух вблизи озер Арахлей и Шакшинское. Полученные результаты являются основой для принятия решений по природоохранным мероприятиям данной ООПТ.

3. Качество атмосферного воздуха в условиях урбанизированной территории - г. Чита по показателям флуктуирующей асимметрии листовой пластинки берёзы повислой оценивается как критическое.

4. Выявлена прямая зависимость показателя флуктуирующей асимметрии листовой пластинки берёзы повислой от уровня загрязнения атмосферного воздуха и в первую очередь от бенз(а)пирена.

5. Получено уравнение у = 879,91х - 24,791, позволяющее в условиях сокращения постов наблюдений ГУ ЗабУГМС, производить количественные вычисления токсичных и вредных веществ и ИЗА5.

Список литературы

1. Биоиндикация и биомониторинг : сб. ст. / АН СССР, Ин-т зволюц. морфологии и экологии животных им. А. Н. Северцова, Нац. ком. биологов Сов. Союза; отв. ред. Д. А. Криволуцкий. М. : Наука, 1991. 288 с.: ил.

2. Государственный доклад «О состоянии и охране окружающей среды в Читинской области за 2006-2007 годы» / под ред. А. Н. Тарабарко. Чита, 2008. 110 с.

3. Государственный доклад «О состоянии и охране окружающей среды в Читинской области за 2008-2010 годы» / под ред. А. Н. Тарабарко. Чита, 2011. 198 с.

4. Захаров, В. М., Чубинишвили, А. Т., Баранов, В. И. и др. Здоровье среды: методика и практика оценки в Москве. М. : Центр экологической политики России, 2001.

5. Никонов А. И. Некоторые особенности методологического значения понятий симметрии и асимметрии в изучении эволюции органического мира // Филос. пробл. сознания. 1977. С. 30-48.

6. Оглы З. П. Водоросли внутриконтинентальных водных экосистем: состав, структура и функционирование (на примере Восточного Забайкалья) : автореф. дис. ... д-ра биол. наук: 03.00.05; 03.00.16. Улан-Удэ, 2009. 42 с.

7. Основы общей и экологической токсикологии : учеб. пособие / А. Н. Батян, Г. Е. Фру-мин, В. Н. Базылев. СПб. : СпецЛит, 2009. 352 с.

8. Соловова А. Т. Рекреационное природопользование Восточного Забайкалья. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2005. 144 с.

Рукопись поступила в редакцию 25.11.2011