BIOINDICATOR ASSESSMENT OF AIR QUALITY IN ARMIZONSKOYE VILLAGE, TYUMEN REGION

Full Text

Введение В настоящее время из всех форм нарушенности природной среды России наиболее опасным остается загрязнение атмосферного воздуха вредными веществами, оказывающими как негативное влияние на здоровье людей, так и отрицательное воздействие на животных, состояние растений и экосистем в целом. Загрязнение атмосферного воздуха, изменение его газового состава связаны, главным образом, с различными видами хозяйственной деятельности человека [7], поскольку бурный рост объемов выпуска продукции сопровождается появлением многих новых предприятий, крупномасштабных производств - источников загрязнения атмосферы в суммарно увеличивающихся количествах [1, c. 3-6]. Важными факторами при этом являются урбанизированность и промышленное развитие территории (специфика предприятий, их мощность, размещение, применяемые технологии), а также климатические условия, которые определяют потенциал загрязнения атмосферы. Основные источники поступления загрязняющих веществ - это сжигание ископаемого топлива, выжигание лесов и выбросы промышленных предприятий. При использовании аэрозолей в атмосферу поступают хлорфторуглероды, в результате работы транспорта - углеводороды, бенз(а)пирен и др.) [11]. Современные технические средства контроля состояния окружающей среды, разработанные в первую очередь для оценки степени загрязненности в промышленных условиях, - не единственные способы определения состояния природной среды. Биоиндикация в этом плане является оптимальным и активно развивающимся методом ее оценки. Биологические методы помогают диагностировать негативные изменения в природной среде при низких концентрациях загрязняющих веществ. Преимуществом методов биоиндикации является интегральный характер ответных реакций живых организмов, так как они суммируют все без исключения биологически важные данные об окружающей среде и отражают ее состояние в целом, выявляют наличие в окружающей природной среде комплекса загрязнителей [5]. Материал и методы исследования Армизонский район расположен в юго-восточной части Тюменской области на расстоянии 230 км от областного центра и в 72 км от железной дороги. Граничит с Курганской областью (Мокроусовский, Частоозерский районы) и пятью районами Тюменской области (Бердюжский, Голышмановский, Омутинский, Заводоуковский, Упоровский). Площадь территории - 3109 км². Одним из наиболее характерных ландшафтов района являются многочисленные озера, самые разнообразные по величине и форме, происхождению и химическому составу воды. Всего на территории района расположено около 300 озер. В качестве районов исследования были выбраны прилегающие территории предприятий, расположенных в разных точках села и занимающихся различной производственной деятельностью: - Унитарное муниципальное предприятие жилищно-коммунального хозяйства (УМП ЖКХ) - оказание жилищно-коммунальных услуг населению; - Дорожно-ремонтное строительное управление (ДРСУ) - строительство, ремонт и содержание автомобильных дорог и дорожных покрытий на территории района; - ОАО «Армизонагрострой» - строительство гражданских и социальных зданий и сооружений; - Хлебоприемное предприятие (ХПП) - приемка, очистка, сушка, хранение и отпуск зерна. Качество атмосферного воздуха в с. Армизонское оценивали по результатам химического анализа, определяя содержание основных загрязняющих веществ, а также метода биоиндикации [6]. Для проведения биологических исследований растительные образцы отбирали непосредственно вблизи предприятий (опыт) и за чертой села (контроль). Для этого были использованы как травянистые растения (Taraxacum officinale Wigg, Plantago major L.), так и древесные (Betula pendula Roth., Acer negundo L.) [10]. У травянистых растений учитывали количество листьев, высоту растений, длину, ширину и площадь листовых пластинок; у березы и клена - длину и ширину листовых пластинок, длину черешков, количество зубчиков на листовой пластинке. При определении площади листьев у древесных культур предварительно определяли переводной коэффициент, а затем путем измерения длины и ширины листа производили вычисления площади листовой пластинки [10]. Статистическую обработку данных проводили по стандартной методике [4], используя метод вариационной статистики и определение корреляционной связи. Для установления коррелятивной связи были выбраны два вещества: оксид железа и соединения марганца и морфологические показатели - длина листовой пластинки и количество листьев (травянистые растения), длина и ширина листовой пластинки (древесные культуры). Результаты и их обсуждение Результаты химического анализа свидетельствуют о том, что преобладающими среди загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух и превышающих установленные ПДК в 1,5-6,0 раз, оказались оксиды железа и углерода, соединения марганца, взвешенные вещества и углеводороды (табл. 1). Высокие концентрации этих веществ связаны, вероятно, со спецификой производственной деятельности предприятий. К примеру, объемы углеводородов в максимальных количествах поступали от дорожно-ремонтного строительного управления, а взвешенных веществ - от ОАО «Армизонагрострой». Количества всех видов пыли (зерновая, абразивная, древесная) и сажа определялись на уровне нормативов, либо незначительно (на 9%) их превышали. Таблица 1 Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу предприятиями по отношению к ПДВ, раз Загрязняющие вещества Предприятия ДРСУ ХПП Агрострой ЖКХ ПО «Армизонское» Дорожник Оксид железа 1,08 0,12 2,67 1,53 1,00 0,71 Углеводороды 6,00 - 1,00 - 1,00 0,87 Взвешенные вещества - - 4,33 0,67 - Соединения марганца 0,02 - 0,67 2,00 - - Оксид углерода - - - - 0,91 2,00 Для оценки качества атмосферного воздуха методом биоиндикации были выбраны предприятия, которые располагаются в разных точках села. Анализ морфологических измерений показал, что на исследуемых территориях количество листьев подорожника большого отмечалось либо на уровне контроля (ХПП, ЖКХ), либо на 10-12% меньше (Агрострой, ДРСУ). Высота опытных растений незначительно (12-17%) отличалась от контрольных. Длина листовой пластинки подорожника практически на всех территориях (за исключением «Армизонагрострой») превышала контрольный уровень в 1,5-2,0 раза, тогда как ширина листа была выше контрольных значений только у ДРСУ (табл. 2). Таблица 2 Морфологические показатели подорожника большого Plantago major Район исследования Кол-во листьев, шт. Высота растения, см Листовая пластинка Длина, см Ширина, см Контроль 7,1±0,7 15,5±0,7 7,6±0,2 5,4±0,1 ДРСУ 6,3±0,5** 19,4±0,6 15,6±1,4 9,5±1,1 ХПП 6,9±0,2* 12,8±0,5** 11,9±0,4 4,9±0,2* ОАО «Армизонагрострой» 6,4±0,7* 13,5±0,6* 6,8±0,7* 4,5±0,3* УМП ЖКХ 7,0±0,9* 13,7±0,5* 11,4±1,2 5,3±0,2* Примечание: здесь и далее: * - Р < 0,05; ** - Р < 0,01. Таким образом, результаты измерений Plantago major свидетельствуют о том, что наиболее загрязненной оказалась территория «Армизонагростроя», т. к. по всем показателям отмечались достоверные отклонения от контроля, а менее загрязненной - ДРСУ: практически все тест-параметры превышали показатели контроля. При оценке влияния выбросов предприятий на рост и развитие одуванчика лекарственного было установлено, что все учитываемые показатели растений, отобранных на территориях ДРСУ, ХПП, «Армизонагрострой», были ниже контрольных значений на 5 (высота растений) - 35 (ширина листовой пластинки) процентов (табл. 3). Таблица 3 Морфологические показатели одуванчика лекарственного Taraxacum officinale Wigg Район исследования Кол-во листьев, шт. Высота растения, см Листовая пластинка Длина, см Ширина, см Контроль 11,1±0,2 13,1±0,3 11,8±0,3 3,4±0,1 ДРСУ 8,0±0,5* 13,1±0,5* 9,9±0,6* 2,2±0,1** ХПП 8,3±0,7* 12,5±0,5* 11,9±0,6 3,1±0,1* ОАО «Армизонагрострой» 7,9±0,9** 10,3±0,2** 9,8±0,7* 2,7±0,2** УМП ЖКХ 12,8±1,0 15,9±0,8 12,4±1,2 3,5±0,3 Согласно полученным результатам, наиболее загрязненными оказались территории «Армизонагрострой» и ДРСУ: морфологические показатели растений, отобранных вблизи этих предприятий, были достоверно ниже контрольных на 16-35%. Определена наиболее чувствительная тест-функция одуванчика - количество листьев, т. к. почти на всех территориях этот показатель составлял 71-75% от значений в контроле. При анализе морфологических показателей березы повислой было отмечено, что на всех исследуемых территориях (кроме ДРСУ) длина листовой пластинки превышала уровень контроля на 18-49%. Наибольшее отклонение по этому показателю отмечалось у листьев березы, отобранных вблизи предприятий УМП ЖКХ и «Армизонагрострой». Превышение контрольных значений (на 38%) регистрировалось также по площади листовой пластинки - на территории ЖКХ. Меньше контрольных значений у листьев березы были отмечены такие показатели как ширина листовой пластинки (на 17% - территория ДРСУ), количество зубчиков (17% - ДРСУ, 26% - ХПП) (табл. 4). Таблица 4 Изменение морфологических показателей березы повислой Betula pendula Район исследования Листовая пластинка Длина черенка, см Кол-во зубчиков, шт. Длина, см Ширина, см S, см2 Контроль 4,3± 0,5 4,2±0,18 2,1±0,04 39,2±0,52 14,0±0,8 ДРСУ 5,5±0,12 3,5±0,06* 2,3±0,04 32,4±0,54** 12,3±0,5* ХПП 5,08±0,07 3,9±0,1* 2,0±0,07* 29,1±0,62** 13,3±0,5* ОАО «Армизонагрострой» 5,7±0,08 4,0±0,05* 2,3±0,03 43,0±0,67 14,7±0,3 УМП ЖКХ 6,4±0,07 4,6±0,15 2,3±0,04 37,3±0,47* 19,3±0,9 Итак, согласно полученным данным, более загрязненными оказались территории ДРСУ и ХПП: практически по всем показателям зарегистрированы отклонения от контроля. Данные измерений свидетельствуют о том, что чувствительным показателем оказалось количество зубчиков на листовой пластинке березы повислой. Использование березы повислой как организма-биоиндикатора в оценке качества атмосферного воздуха отмечается в работах и других исследователей. К примеру, по флуктуирующей асимметрии листьев березы Betula pendula L. были выявлены зоны различной степени загрязненности г. Тольятти [3] и некоторых населенных пунктов Забайкальского края [9]. При анализе морфологических показателей листьев клена американского было отмечено, что все учитываемые параметры были либо на уровне контроля (длина черешка - территории ДРСУ и ЖКХ), либо ниже. Наибольшие отличия от контрольных значений наблюдались по ширине (29-45%) и площади (39-53%) листовой пластинки вблизи предприятий «Агрострой» и ХПК (табл. 5). Таблица 5 Изменение морфологических показателей клена американского Aceraceae nequndo Район исследования Листовая пластинка Длина черенка, см Кол-во зубчиков, шт. Длина, см Ширина, см S, см2 Контроль 10,3± 0,11 7,3±0,3 44,3±1,7 10,9±0,2 7,9±0,3 ДРСУ 8,6±0,2 * 4,4±0,2*** 22,1±2,5*** 10,8±0,6* 6,0±0,5** ХПП 8,4±0,1* 4,0±0,6*** 20,7±1,8*** 9,2±0,4* 4,7±0,15*** ОАО «Армизонагрострой» 8,8±0,13* 5,2±0,3*** 27±1,8** 10,1±0,2* 5,1±0,3*** УМП ЖКХ 9,2±0,13* 6,1±0,2** 37,2±4,9* 10,4±0,5* 6±0,3** Согласно результатам измерений, менее загрязненной оказалась территория ЖКХ. Чувствительными тест-функциями являлись ширина и площадь листовой пластинки. В целом же данные морфологических измерений растений свидетельствуют о неоднозначности полученных результатов. Вероятно, это можно объяснить тем, что степень устойчивости растения даже к одному и тому же виду загрязнения воздуха зависит от многих причин: расстояния от источника загрязнения, времени суток, погодных условий, интенсивности и режима выбросов вредных примесей, от физико-географических условий района, обеспечения растения элементами питания и пр. [8]. Результаты корреляционного анализа позволили выявить влияние основных загрязняющих веществ на морфологические показатели растений. Так, воздействие оксида железа на параметры березы повислой составило 18-22, подорожника большого - 26-34%, что говорит о существовании прямой корреляционной связи средней степени. Влияние соединений марганца на длину листовой пластинки подорожника большого и березы повислой составило 77-98 и 98% соответственно, что свидетельствует об обратной корреляционной связи сильной степени. При определении связи между содержанием соединений марганца и изменением ширины листовой пластинки (береза повислая) выявлена обратная корреляционная связь слабой степени, т. е. связь практически отсутствует. На основании полученных расчетов можно заключить, что изменение длины листовой пластинки растений в наибольшей степени связано с присутствием в выбросах предприятий соединений марганца. Выводы В атмосферный воздух с. Армизонского от наблюдаемых предприятий в процессе производственной деятельности в наибольшем количестве поступают оксид железа (все предприятия), углеводороды (ДРСУ), соединения марганца (Агрострой, ЖКХ), взвешенные вещества («Армизонагрострой»). К производствам, наиболее загрязняющим атмосферный воздух, относятся: ЖКХ, «Армизонагрострой», ДРСУ. Наибольшую чувствительность к загрязнению атмосферного воздуха среди древесных культур проявил клен американский; у травянистых растений - одуванчик лекарственный. Наиболее чувствительными показателями оказались ширина листовой пластинки и количество листьев (травянистые растения); площадь и количество зубчиков листовой пластинки (древесные культуры). По результатам биоиндикации атмосферного воздуха определены наиболее и менее загрязненные территории: ХПП и ЖКХ соответственно.

About the authors

T. G. Akatyeva

State Agrarian University of the Northern Trans-Urals

Ph.D.

References

Supplementary files