Анализ состояния атмосферного воздуха в условиях урбанизированной среды с помощью фитоиндикации

М.В. Ларионов

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В УСЛОВИЯХ УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЫ

С ПОМОЩЬЮ ФИТОИНДИКАЦИИ

В работе представлены результаты фитоиндикации атмосферного воздуха древесными растениями из группы неустойчивых.

Установлено, что в наибольшей степени подвержены некрозу листья (хвоя) древесных насаждений в городах с высокой техногенной нагрузкой на окружающую среду (Саратов, Кузнецк, Волжский, Димит-ровград).

Ключевые слова: атмосферный воздух, виды-биоиндикаторы, древесные насаждения, урбанизированная среда.

M.V. Larionov ATMOSPHERIC AIR CONDITION ANALYSIS IN THE URBAN ENVIRONMENT CONDITIONS WITH THE HELP OF PHYTO-INDICATION

The results of the atmospheric air phyto-indication by unstable sort woody plants are presented in the article.

It is determined that woody plantation leaves (needles) are exposed to necrosis in the greatest degree in cities with a high anthropogenic load on the environment (Saratov, Kuznetsk, Volzhskiy, Dimitrovgrad).

Key words: atmospheric air, species-bioindicators, woody plantations, urban environment.

Атмосферный воздух является пограничной средой между почвенным покровом, водной средой и живыми организмами. Поэтому, имея представление об экологических параметрах атмосферного воздуха, можно судить о состоянии окружающей среды в целом, а также о возможных рисках загрязнения сопредельных депонирующих сред.

Многие исследователи рассматривают растения как наиболее чувствительные и надежные индикаторы загрязненности атмосферы [1-3].

Целью исследований, проведенных в 2007-2011 годах, было определение степени загрязненности приземного слоя воздуха в городах Среднего и Нижнего Поволжья (г. Балашов, Саратов, Сердобск, Кузнецк, Камышин, Волжский, Инза, Димитровград) с помощью фитоиндикации древесными растениями, которые относятся к группе неустойчивых [4, 5].

В городах района исследований на пробных площадях размером 2500 м2 (50x50 м2) были зарегистрированы и отобраны семь наиболее распространенных видов деревьев 25-30-летнего возраста по общепринятой методике [4, 5]: Pinus sylvestris L., Picea abies (L.) Karst., Abies sibirica Ledeb., Betula verrucosa Ehrh., Aesculus hippocastanum L., Robinia pseudoacacia L., Populus alba L.

Методы, использованные в работе, основаны на выявлении степени повреждения (некроза) растений токсичными веществами в процентах [4, 5].

Результаты исследований процентов повреждения листьев (хвоинок) на территории г. Балашова (Саратовская область) приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты учета поврежденной площади листовой пластинки (хвоинки) у видов-биоиндикаторов в г. Балашове

Год Прои ент поврежденной площади к общей площади Балл

0 До 15 До 50 Свыше 50

2007 - 7,8±0,23 - - 1

2008 - - 17,4±0,68 - 2

2009 - 9,5±0,37 - - 1

2010 - - 32,3±1,2 - 2

2011 - - 19,4±0,46 - 2

Средний балл 1,6

В 2007 году среднеарифметический процент поврежденной площади листа (хвоинки) составил 7,8±0,23, что соответствует категории «слабой» загрязненности (1 балл) атмосферного воздуха. В 2010 и 2011 годах степень загрязненности воздуха достигла «среднего» значения (2 балла): 32,3±1,2 и 19,4±0,46 % соответственно.

В таблице 2 содержатся результаты биоиндикации древесными растениями на территории г. Саратова.

Таблица 2

Результаты учета поврежденной площади листовой пластинки (хвоинки) у видов-биоиндикаторов в г. Саратове

Год Прои ент поврежденной площади к общей площади Балл

0 До 15 До 50 Свыше 50

2007 - - 21,5*0,65 - 2

2008 - - 18,2±0,43 - 2

2009 - - 24,7±0,59 - 2

2010 - - 51,1±1,8 3

2011 - - 25,6±0,57 - 2

Средний балл 2,2

Из таблицы 2 следует, что в течение всего периода биоиндикационных исследований выявлен «средний» уровень (2,2 балла) площади повреждения листовых пластинок (хвоинок) у видов-биоиндикаторов. Максимума процент повреждения листьев (хвоинок) достиг в 2010 (46,1±1,6 %) и 2011 годах (46,1±1,6 %), что наглядно свидетельствует о возрастании прессинга токсических веществ аэротехногенного происхождения.

В г. Сердобске (Пензенская область) на видах-биоиндикаторах проведены учеты площади поврежденных листьев (хвоинок) и получены соответствующие результаты в процентах, отраженные в таблице 3.

Таблица 3

Результаты учета поврежденной площади листовой пластинки (хвоинки) у видов-биоиндикаторов в г. Сердобске

Год Прои ент поврежденной площади к общей площади Балл

0 До 15 До 50 Свыше 50

2007 - - 16,6±0,73 - 2

2008 - 13,4±0,41 - - 1

2009 - 11,2±0,28 - - 1

2010 - - 23,5±0,86 - 2

2011 - - 21,1±0,39 - 2

Средний балл 1,6

На территории данного населенного пункта «слабая» степень повреждения листовой поверхности деревьев установлена в 2008 (13,4±0,41) и 2009 (11,2±0,28) годах. В 2007, 2010 и 2011 годах отмечен динамичный рост среднего процента площади повреждения листьев (хвоинок) у древесных растений: 16,6±0,73, 23,5±0,86 и 21,1±0,39 % соответственно для каждого года наблюдений, что соответствует «средней» степени повреждения листовой поверхности (2 балла).

Результаты биоиндикации листьев (хвоинок) растений-биоиндикаторов, произрастающих на территории г. Кузнецка (Пензенская область), представлены в таблице 4.

Таблица 4

Результаты учета поврежденной площади листовой пластинки (хвоинки) у видов-биоиндикаторов в г. Кузнецке

Год Прои ент поврежденной площади к общей площади Балл

0 До 15 % До 50 % Свыше 50 %

2007 - 14,7±0,62 - 1

2008 - - 21,7±0,51 - 2

2009 - - 22,3±0,64 - 2

2010 - - 34,4±1,2 - 2

2011 - - 29,5±0,83 - 2

Средний балл 1,8

«Слабая» степень повреждения листьев (хвоинок) древесных растений из числа биоиндикаторов установлена в 2007 году (14,7±0,62 %). «Средняя» степень повреждения листовой поверхности биоиндикаторов наблюдалась в последующие годы (2008-2011).

В таблице 5 представлены проценты поврежденности листьев (хвоинок) у растений-биоиндикаторов в г. Камышине (Волгоградская область).

Таблица 5

Результаты учета поврежденной площади листовой пластинки (хвоинки) у видов-биоиндикаторов в г. Камышине

Год Прои ент поврежденной площади к общей площади Балл

0 До 15 До 50 Свыше 50

2007 8,5±0,31 - 1

2008 17,2±0,56 2

2009 14,8±0,35 1

2010 25,6±0,68 2

2011 23,4±0,57 2

Средний балл 1,6

На данной территории отчетливо прослеживается следующая общая тенденция: с 2007 (8,5±0,31 % -«слабый» уровень повреждения поверхности листьев) по 2008 год (17,2±0,56 % - «средний» уровень повреждения листовой поверхности) происходило интенсивное увеличение площади поражения листьев (хвоинок), затем в 2009 году (14,8±0,35 % - «слабый» уровень повреждения) она незначительно сократилась и вновь повысилась в 2010 (25,6±0,68 - «средний» уровень повреждения) - 2011 годах (23,4±0,57 % - «средний» уровень антропогенного повреждения листьев деревьев).

Биоиндикационные исследования поврежденной поверхности листьев (хвоинок) древесных растений в пределах г. Волжского (Волгоградская область) позволили получить следующие результаты (табл. 6).

Таблица 6

Результаты учета поврежденной площади листовой пластинки (хвоинки) у видов-биоиндикаторов в г. Волжском

Год Прои ент поврежденной площади к общей площади Балл

0 До 15 % До 50 % Свыше 50 %

2007 - 12,3±0,48 - - 1

2008 - 14,8±0,63 - - 1

2009 - - 24,5±0,67 - 2

2010 - - 53,3±1,2 3

2011 - - 23,8±0,74 - 2

Средний балл 1,8

Как следует из таблицы 6, в 2007-2008 годах средние проценты составили 12,3±0,48 и 14,8±0,63 соответственно, что подтверждает «слабый» уровень повреждения листьев (хвоинок) древесных растений (1 балл). В 2009 и 2011 годах получены «средние» проценты поврежденной поверхности листьев (хвоинок): 24,5±0,67 и 23,8±0,74 % (2 балла), в 2010 году - «высокий» процент некроза листьев (хвоинок).

В таблице 7 отражены результаты биоиндикации поверхности листьев (хвоинок) древесных растений в границах г. Инзы (Ульяновская область).

Таблица 7

Результаты учета поврежденной площади листовой пластинки (хвоинки) у видов-биоиндикаторов в г. Инзе

Год Проц ент поврежденной площади к общей площади Балл

0 До 15 % До 50 % Свыше 50 %

2007 - 13,5±0,48 - - 1

2008 - 11,2±0,43 - - 1

2009 - 14,4±0,49 - - 1

2010 - - 19,7±0,72 - 2

2011 - - 20,1±0,76 - 2

Средний балл 1,4

В пределах г. Инзы в 2007-2009 годы исследований установлены «слабые» (1 балл) значения процента поврежденной поверхности листьев (хвоинок): 13,5±0,48, 11,2±0,43 и 14,4±0,49. В остальные годы наблюдений отмечен незначительный рост процентов повреждений листовых пластинок (хвоинок), что соответствует «среднему» значению (2 балла).

Распределение процентов поврежденной поверхности листьев растений-биоиндикаторов в пределах г. Димитровграда (Ульяновская область) имеет свою специфику (табл. 8).

Таблица 8

Результаты учета поврежденной площади листовой пластинки (хвоинки) у видов-биоиндикаторов в г. Димитровграде

Год Проц ент поврежденной площади к общей площади Балл

0 До 15 % До 50 % Свыше 50 %

2007 - - 15,6±0,62 - 2

2008 - - 20,4±0,53 - 2

2009 - 9,8±0,39 - - 1

2010 - - 24,9±0,84 - 2

2011 - - 21,7*0,66 - 2

Средний балл 1,8

Результаты таблицы 8 показывают, что «слабый» уровень повреждения поверхности листовых пластинок (хвоинок) установлен у видов-биоиндикаторов в 2009 году (9,8±0,39 %), а «средний» - в остальные годы исследований. Максимальные проценты поврежденной поверхности листьев (хвоинок) биоиндикаторов выявлены в 2010 (24,9±0,84) и 2011 (21,7±0,66) годах.

Таким образом, в период с 2007 по 2011 год происходило увеличение поврежденной поверхности листьев (хвоинок) у древесных растений-биоиндикаторов во всех рассмотренных городах. В 2010 году отмечен резкий рост площади повреждений листьев (хвоинок), что можно объяснить усилившимся прессингом техногенных загрязнителей атмосферы в комплексе с установившейся на продолжительный срок (июль-август) аномально высокой температуры воздуха в Среднем и Нижнем Поволжье.

Максимальная площадь поврежденной поверхности листьев (хвоинок) характерна городам Саратову (2,2 балла), Кузнецку (1,8 баллов), Волжскому (1,8 баллов) и Димитровграду (1,8 баллов). Состояние атмосферного воздуха в этих городах оценивается как напряженное.

На территории городов Балашова (1,6 баллов), Сердобска (1,6 баллов), Камышина (1,6 баллов) и Инзы (1,4 балла) листья (хвоинки) подвергались аэротехногенному прессингу в относительно меньшей степени.

Учитывая выявленную тенденцию к значительному увеличению площади поврежденных листьев (хвои) древесных насаждений и устойчивый рост концентраций поллютантов в атмосферном воздухе в последние годы, правомерно утверждать, что листья (хвоя) древесных насаждений в дальнейшем продолжат интенсивно повреждаться и деградировать. Это вызывает экологическую проблему нарушения существующей структуры насаждений и, следовательно, снижение суммарной способности древесных насаждений аккумулировать загрязняющие вещества из воздуха.

Наиболее подверженными воздействию техногенных химических загрязнений оказались представители хвойных: P. sylvestris L. (самый неустойчивый к загрязнению воздуха вид), A. sibirica Ledeb. и P. abies (L.) Karst. Из лиственных пород наименее устойчивыми к загрязнениям атмосферного воздуха являются B. verrucosa Ehrh., A. hippocastanum L., P. alba L.

Виды древесных растений-биоиндикаторов в условиях урбанизированной среды Среднего и Нижнего Поволжья можно расположить в следующем порядке по уменьшению устойчивости к техногенному фактору: R. pseudoacacia L. ^ P. alba L. ^ A. hippocastanum L. ^ B. verrucosa Ehrh. ^ P. abies (L.) Karst. ^ A. sibirica Ledeb. ^ P. sylvestris L.

Литература

1. Артамонов В.И. Растения и чистота природной среды. - М.: Наука, 1986. - 172 с.

2. Бессонова В.П. Состояние пыльцы как показатель загрязнения среды тяжелыми металлами II Эколо-

гия. - 1992. - № 4. - С. 45-50.

3. Илькун Г.М. Г азоустойчивость растений. - Киев: Наук. думка, 1971. - 146 с.

4. Мониторинг состояния зеленых насаждений и городских лесов Москвы I Е.Г. Мозолевская [и др.] II

Экология большого города: альм. Вып.2. Проблемы содержания зеленых насаждений в условиях Москвы. - М.: Прима-Пресс, 1997. - 176 с.

5. Сергейчик С.А. Древесные растения и окружающая среда. - Минск: Ураджай, 1985. - 111 с.