Контроль качества воздуха города Кемерово с помощью методов фитоиндикции

Таким образом, в качестве индикаторных показателей состояния среды в условиях города в биотопах с элементами естественной растительности можно использовать плотность паукообразных, а при учете насекомых - плотность жесткокрылых и полужесткокрылых. Из самой многочисленной группы насекомых в городе - жесткокрылых - для биоиндикации возможно применение показателей плотности долгоносиков, стафилинид и пластинчатоусых жуков.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бабенко А.С. Использование стафилинид (Coleoptera, Staphilinidae) для оценки воздействия на окружающую среду производственных комплексов // Проблемы экологии Томской области. Томск:. 1992. Т. 2. С.9 - 10.

2. Тарасова И.В. Современное состояние растительности Рудничного бора г. Кемерово // Молодые ученые Кузбасса - народному хозяйству. Кемерово, 1990. Ч.4. С. 54.

3. Шиленков В.Г. Методы изучения фауны и экологии жесткокрылых на примере жужелиц (Coleoptera, Carabidae). Иркутск: Изд-во Иркутск. ун-та, 1982. 32 с.

4. Bugrova N.M., Reznikova J.I. The state of Formica polyctena Forest (Hymenoptera, Formicidae) population in recreation forest // Mem. Zool. 1990. Vol. 44. P.13 - 19.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВОЗДУХА ГОРОДА КЕМЕРОВО С ПОМОЩЬЮ МЕТОДОВ ФИТОИНДИКАЦИИ

О.А. Неверова, В.С. Николаевский

Кузбасский ботанический сад, г. Кемерово, МПФ Атомэнергопроект, г. Москва

Various bioindicators for the evaluation of the degree of air pollution and for the analysis of the location of air-polluted areas in Kemerovo city were used. In the research two kinds of bioindicators were: 1 - air pollution index (API) based on several parameters of the lichen flora (on Betula pendula Roth.); 2 - the radial year increase of Pinus sylvestris L.

As a result of usins bioindicating methods three eco-zones corresponding to different degree of air pollution were determined in Kemerovo. 11 parameters to analyze the degree of air pollution were used. The predictions of the city ecological developing were made.

Загрязнение атмосферного воздуха селитебной территории города Кемерово продолжает оставаться одной из острых проблем. Высокие уровни загрязнения атмосферы города обусловлены высокой концентрацией различных производств на относительно небольшой территории. В атмосферный воздух города в 2000 году выброшено вредных веществ от стационарных и передвижных источников 130, 416 тыс. тонн, против 108,685 тыс. тонн в 1999 г., т.е. на 20 % больше. Увеличение выбросов связано с возобновлением деятельности цехов и производств. В ряду первых вредных веществ приоритетного ряда "суммарной условной токсичности", определяющих загрязнение атмосферного воздуха города, стоят следующие вещества: зола - 36,2 %, диоксид азота - 31,4 %, диоксид серы - 19,7 %, свинец - 3,2 %, окись азота - 2,3 %, пыль - 1,7 %, сажа - 1,4 %, окись углерода - 1,04 %, аммиак - 0,81 % [1].

Для быстрой и достаточно надежной экологической оценки загрязнения окружающей среды и состояния природных экосистем используются методы биоинди-

кации, которые позволяют определять действительный характер распространения поллютантов по территории и выявлять зоны с разным уровнем загрязнения, давать оценку влияния разных уровней загрязнения среды и экологической опасности для наземных экосистем, разрабатывать прогнозы развития экологической опасности для отдельных регионов при разных выбросах поллютантов и загрязнения атмосферного воздуха.

Целью настоящих исследований являлось: определить степень и зональность загрязнения атмосферного воздуха на территории города Кемерово с использованием различных методов биоиндикации; на основании полученных результатов выполнить экологическое зонирование территории города; дать прогноз развития экологической ситуации в городе на будущее.

Объекты и методы исследований

Для оценки степени загрязнения атмосферного воздуха и экологического зонирования территории города Кемерово нами был использован лихенометрический метод индикации [2], с помощью которого мы рассчитали индекс чистоты атмосферного воздуха (ИЧВ) на территории города, а также данные по радиальному годичному приросту у древесных растений. Исследования проводились в летний период 2000 - 2001 гг. Для лихеноиндикации использовалась береза повислая (Betula pendula Roth.), широко распространенная в озеленении города. На территории города было заложено 27 стационарных площадок, включающих деревья уличных посадок (аллей, скверов, бульваров, куртин). На каждой стационарной площадке обследовалось по 100 деревьев. Стационарные площадки закладывались на территории пяти районов города: Ленинского (5 шт.), Центрального (6 шт.), Заводского (8 шт.), Кировского и Рудничного (по 4 шт.). В исследуемых типах насаждений для лихенометрических исследований использовались деревья диаметром от 28 см и более. Контрольные площади размещались в загородной зоне в радиусе 20, 25, 30, 50 км от городской черты.

Показатель ИЧВ высчитывался для лиственных насаждений (по березе повислой) по формуле: ИЧВ = (П + Н + С) X 1,91; где П - процент деревьев лиственных пород, заселенных лишайниками (10 % - 1 балл); Н - средняя высота заселения деревьев (1м = 1 балл); С - плотность заселения лишайниками коры деревьев (1 балл = 1 балл) [2].

Изучение радиального годичного прироста проводилось на сосне обыкновенной (Pinus sylvestris L.), входящей в основной ассортимент озеленения города. На территории города было заложено 47 стационарных площадок, включающих деревья уличных посадок (аллей, скверов, бульваров, куртин). В Ленинском районе было заложено 8 стационарных площадок, в Центральном -10, в Заводском -13, в Кировском - 7 и в Рудничном - 9. В исследуемых типах насаждений использовались деревья в возрасте 30 - 50 лет. Контрольные площади размещались в загородной зоне в радиусе 20, 25, 30, 50 км от городской черты. Радиальный годичный прирост изучали путем отбора кернов приростным буравом с северной стороны ствола на высоте 1,3 м у 10 - 20 модельных деревьев с каждой стационарной площадки. Толщину годичных колец определяли с помощью микроскопа МБС-2 и окулярного микрометра МОВ-10 с точностью до 0,05 мм.

Математическая обработка материала проведена с помощью статистического пакета Statistica 5,5 для IBM- совместимых компьютеров [3].

Результаты и их обсуждение

Результаты исследований показывают, что городская территория и загородная зона различаются между собой по изучаемым параметрам лихенофлоры и показателям радиального годичного прироста. В городской черте отмечается снижение процента деревьев, заселенных лишайниками, высоты и плотности заселения коры деревьев. Индекс чистоты воздуха (ИЧВ) для загородной (условно чистой) зоны составил 40,55, а в условиях городской среды ИЧВ варьируется от 0 до 11,08. На территории города наблюдается снижение радиального годичного прироста у сосны обыкновенной от 10 до 80 % по сравнению с условным контролем.

По данным параметров лихенофлоры и рассчитанных с их помощью индексов чистоты атмосферного воздуха (ИЧВ), а также по изменению радиального годичного прироста исследуемых деревьев проведено экологическое зонирование территории города.

На территории города выделено три экологические зоны. Зона 1 - неустойчивого экологического состояния: ИЧВ составляет 2,61, радиальный годичный прирост - менее 2 мм. Зона 2 - напряженного экологического состояния: ИЧВ равен 5,86-7,3, радиальный годичный прирост - 2 - 3 мм. Зона 3 - относительно устойчивого состояния: ИЧВ равен 10,22, радиальный годичный прирост более 3 мм (рис.1, 2).

Границы экологических зон по ИЧВ и радиальному годичному приросту сосны оказались достаточно близкими, однако с некоторыми различиями, очевидно, связанными с тем, что для индикации применялись различные биотесты, в которых использовались различные древесные породы, а также разное количество площадок наблюдения (рис.1, 2). Следует отметить, что в обоих случаях зонирования территории города формирование зоны 1 происходит в основном за счет территорий Кировского и части Заводского районов; зона 2 включает восточные части Рудничного, основную часть Центрального и восточную часть Заводского районов; зона 3 располагается в основном на территории Ленинского района города.

Следует отметить, что методы биоиндикации отражают комплексное воздействие на растительность факторов городской среды включая как техногенное загрязнение атмосферы, так и изменение водного, солевого режима почв, изменение солнечной радиации, ветрового режима и т.д. Однако, применяя математические методы анализа, можно выявить зависимость фитоиндикационных показателей состояния растений от какого-либо экологического фактора.

Нами была предпринята попытка сопоставить полученные значения ИЧВ и радиального годичного прироста у сосны обыкновенной с уровнями загрязнения атмосферного воздуха различных функциональных зон города, рассчитанные по 11 веществам (диоксид азота + диоксид серы + аммиак + фенол + сероуглерод + сероводород + серная кислота + формальдегид + оксид углерода + сажа + взвешенные вещества) [4].

Выявлена достоверная отрицательная корреляция между уровнями загрязнения воздуха различных селитебных зон и показателями ИЧВ и радиального прироста (г = - 0,89; I = -3,45; V = 25 в первом случае и г = -0,70; I = -6,59; V = 45 во втором), что доказывает возможность использования изученных в работе фитоиндикационных характеристик для оценки загрязнения воздуха и экологического зонирования территорий городов.

Обозначения: ^ - зона 1

- зона 2

++4 - зона 3

, - административная граница города - - граница административных районов города

Рис. 1. Экологическое зонирование г. Кемерово по ИЧВ

Обозначения:

- зона 1; - зона 2;

т\

- зона 3

Рис. 2. Экологическое зонирование территории г. Кемерово по изменению радиального годичного прироста у сосны обыкновенной

Заключение

Результаты экологического зонирования территории города фитоиндикаци-онными методами позволяют сделать некоторые прогнозы на будущее. Так как радиальный годичный прирост у сосны в зоне 1 ниже условного контроля более чем на 50 %, то здесь среднегодовые концентрации выбросов загрязняющих веществ по суммарному действию на древесные породы превышают экологически допустимые уровни загрязнения воздуха в 2 - 3 и более раз. Поэтому выброс поллютантов предприятиями города должен быть снижен минимум в три раза. Только в этом случае можно радикально улучшить экологическую обстановку и состояние зеленых насаждений города. В случае сохранения или увеличения выбросов промышленных газов предприятиями города может произойти переход зоны 3 в зону 2, а зоны 2 в зону 1, экологическая обстановка в городе ухудшится, и через 5 - 10 лет Кемерово может быть отнесен к зоне экологического бедствия.

Результатами исследований установлено, что ИЧВ является более чувствительным биоиндикационным показателем в сравнении с изменением радиального годичного прироста у сосны обыкновенной (в зоне 1 наблюдается снижение ИЧВ в 15 раз по сравнению с условным контролем, в то время как наблюдается снижение радиального годичного прироста в 2,5 раза), поэтому он может использоваться для выявления более низких уровней загрязнения атмосферного воздуха.

Если оценивать уровень загрязнения атмосферного воздуха Кемерово по ИЧВ как более чувствительному показателю, то выброс атмосферных загрязнителей предприятиями города должен быть снижен в 15 раз.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зайцев В.И., Михайлуц А.П. Гигиеническая оценка загрязнений окружающей среды при многолетней эксплуатации сосредоточенных химических предприятий. Кемерово: Летопись, 2001. 192 с.

2. Николаевский В.С. Экологическая оценка загрязнения среды и состояния наземных экосистем методами фитоиндикации. М.: МГУЛ, 1999. 193 с.

3. Боровиков В.П., Боровиков И.П. STATISTICA - Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. М.: Информационно-издательский дом "Фи-линъ", 1998. 608 с.

4. Зайцев В.И. Здоровье населения и окружающая среда // Информационный сборник.. Кемерово, 2000. Вып.10. С.221.

ОБ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА АКУСТИЧЕСКОЙ КОАГУЛЯЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ АЭРОЗОЛЕЙ

Н.Н. Чернов

Таганрогский государственный радиотехнический университет

В реальных промышленных установках технологическая схема расположения источника загрязнения и осадителя, а также величина скорости пылегазового потока таковы, что в случае расположения мощного источника звука в газоходах перед охладителем время пребывания частиц аэрозоля в звуковом поле не превышает 1,5 - 2,0 с. А, как известно [1], интенсивность укрупнения частиц за счет акустической коагуляции резко зависит от времени озвучивания. Повысить эффективность процесса акустической коагуляции можно путем удлинения пути движения частиц в звуковом поле, заставив их двигаться по спиральным траекториям. Для этой цели необходимо использовать звуковые поля, представляющие собой суперпозицию двух акустических полей, векторы колебательной скорости которых ортогональны и лежат в плоскости, параллельной вектору скорости движения пылегазового потока.

С учетом скорости движения потока траектория движения частиц аэрозоля в таких акустических полях представляет собой спираль, радиус которой равен амплитуде колебательного смещения, а шаг - скорости движения среды, поделенной на период колебания частицы.

В промышленных низкочастотных коагуляционных установках амплитуда колебательного смещения частиц достигает 1000 мкм, а скорость пылегазового потока порядка 10 м/с. Шаг спирали траектории движения частиц в диапазоне частот 800 -3000 Гц имеет тот же порядок величины, что и амплитуда смещения частиц. Движение частиц по спирали в таких акустических полях приводит к удлинению пути, про-