Оценка загрязнения атмосферной среды города Кореновска с помощью растений-биоиндикаторо

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение……………………………………………………………………………...4

1 Аналитический обзор……………………………………………………………...5

2 Природно-климатическая характеристика г. Кореновска……………………..13

   2.1 Рельеф…………………………………………………………………………13

   2.2 Климат………………………………………………………………………...14

   2.3 Гидрология……………………………………………………………………15

   2.4 Почвенный покров…………………………………………………………..              16

3 Материал и методы исследования………………………………………………17

   3.1 Объект исследования………………………………………………………...17

   3.2 Экологические методы исследования………………………………………17

   3.3 Метод   флуктуирующей    асимметрии   древесных   форм  растений

         как тест-система оценки качества среды…………………………………..     18

4 Оценка    загрязнения     атмосферной    среды     города    Кореновска   с

   помощью растений-биоиндикаторо……………………………………….……21

   4.1 Таксономический анализ…………………………………………………….21

   4.2 Экологический  анализ………………………………………………………22

         4.2.1 Экоморфы……...……………………………………………………….22

         4.2.2 Биоморфы……...……………………………………………………….23

   4.3 Изучение флуктуирующей асимметрии листьев видов-индикаторов…...    24

         4.3.1 Изучение         флуктуирующей             асимметрии           листьев     Betula pendula Roth……………………………………………………..24

         4.3.2 Изучение флуктуирующей асимметрии листьев Populus alba L……26

Заключение…………………………………………………………………………      29

Библиографический список………………………………………………………..31

Приложение А Анализ флоры г. Кореновска…………………………………….35

Приложение Б Карта-схема г. Кореновска…………….…………………………   40

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Чистота воздушного бассейна – существенный фактор сохранения экологического благополучия. В настоящее время масштабы загрязнения атмосферы весьма значительны, что представляет реальную угрозу для жизнедеятельности растительного и животного мира, в том числе и для человека. Существующая на сегодняшний день система экологического контроля, основанная на концепции предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ (ПДК), не является совершенной. Несмотря на трудоемкость и сложность проведения инструментального контроля, получаемые результаты не всегда позволяют оценить истинную опасность загрязнения, прогнозировать последствия воздействия поллютантов на живые организмы. В связи с этим все большую ценность приобретают биоиндикационные методы, главное достоинство которых заключается в предоставлении интегральной оценки качества окружающей среды [Федоров, Сахаров, Левич, 1982; Булгаков, Левич, Максимов, 2003].

Индикаторные растения могут использоваться как для выявления отдельных загрязнителей воздуха, так и для оценки качественного состояния природной среды. Обнаружив по состоянию растений присутствие в воздухе специфических загрязнителей, приступают к измерению количества этих веществ различными методами в лабораторных условиях [Булгаков, Левич, Максимов, 2003].

Целью нашей работы является оценка загрязнения воздуха  г. Кореновска с помощью растений-биоиндикаторов.

В соответствии с целью поставлены следующие задачи:

1. Установить видовой состав и провести таксономический анализ;
2. Провести экологический анализ;
3. Выявить основные биоморфы;
4. Изучить флуктуирующую асимметрию листьев видов-индикаторов. 
               1 Аналитический обзор

 

В настоящее время действует система экологического контроля за состоянием окружающей среды, основанная на концепции предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ. Согласно данной концепции соблюдение нормативов обеспечивает отсутствие прямого или косвенного влияния на здоровье населения и условия его проживания [Гелашвили, 1995].

Однако, в настоящее время подавляющим числом специалистов-экологов признается тот факт, что данная концепция не является совершенной, так как она экологически не обоснована [Федоров, Сахаров, Левич, 1982; Абакумов, Сущеня, 1991; Воробейчик, Садыков, Фарофонтов, 1994; Гелашвили, 1995; Воробейчик, 2003; Булгаков, Левич, Максимов, 2003].

Основные недостатки концепции ПДК [Шуберт, 1983]:

1. Нормативы ПДК едины для  огромных административных территорий. Не учитывается специфика фоновых, хозяйственных, климатических характеристик  конкретного региона;

2. Данная система экологического  контроля охватывает лишь незначительную  часть присутствующих в окружающей  среде веществ антропогенного  происхождения;

3. Не учитываются возможные эффекты комбинированного действия загрязняющих веществ на экосистемы.

Таким образом, можно констатировать, что действующая система экологического контроля качества окружающей среды носит антропоцентрический характер и не может обеспечить в равной мере защиту всех объектов живой природы. Следовательно, не в полной мере отвечает целям к задачам экологического мониторинга [Шуберт, 1983].

Одним  из возможных вариантов решения данной проблемы является использование методов биоиндикации. Способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на неё живых организмов и их сообществ получил название биоиндикации, а сами организмы биоиндикаторов [Гелашвили, 1995].

Биоиндикация опирается на закон экологической индивидуальности видов. Биоиндикаторы обладают рядом свойств, обеспечивающих и позволяющих успешно применять их для решения задач экологического мониторинга:

1. Предоставляют интегральную оценку  состояния окружающей среды, так  как суммируют все без исключения  биотически важные данные об окружающей среде и отображают ее состояние в целом;

2. Реагируют на кратковременные  и залповые выбросы поллютантов, которые может не зарегистрировать автоматизированная система контроля с периодическим отбором проб;

3. Отражают и фиксируют скорость  происходящих в окружающей среде  изменений, вскрывают тенденции  развития окружающей природной  среды;

4. Указывают пути и места скопления  в экосистеме ксенобиотиков и поллютантов и возможные пути их поступления в пищу человека;

5. Позволяют судить о степени  вредности тех или иных загрязняющих веществ для живой природы и человека, дают возможность контролировать токсичность и опасность вновь синтезируемых ксенобиотиков;

6. Помогают нормировать допустимую нагрузку на экосистемы, различающиеся своей устойчивостью к антропогенному воздействию [Фрей, 1982].

Следует отметить, что, несмотря на вышеперечисленные преимущества

существуют требования (необходимые условия), невыполнение которых накладывает ограничение на возможность использования методов биоиндикации [Фрей, 1982].

Необходимо помнить, что организм-биоиндикатор должен отвечать следующим требованиям: иметь высокую численность, достаточно продолжительный жизненный цикл, широкий ареал обитания, интенсивно размножаться, иметь постоянный контакт с изучаемым антропогенным фактором, быть легким  в сборе и относительно простым для идентификации видовой принадлежности. Удовлетворить в полном объеме вышеперечисленным требованиям в реальных условиях бывает достаточно сложно [Гелашвили, 1995].

Методы биотестирования, основанные на оценке действий факторов окружающей среды при помощи живых организмов (тест-объектов) в контролируемых условиях, дополняют и расширяют данные биоиндикационных исследований [Абакумов, Сущеня, 1991].

В результате концентрации и территориального разрастания промышленных объектов, а также роста плотности городского постоянно увеличивается уровень газо- и пылеобразных загрязнений атмосферного  воздуха, что наносит значительный ущерб деревьям и кустарникам искусственных насаждений, растительному покрову парков и пригородных зон, лесным экосистемам и природе в целом [Дончева, Казаков, Калуцков, 1992].    Воздействие загрязнения воздуха на растение может быть оценено двумя способами. Первый их них – измерение концентрации загрязняющего воздух вещества в натурных условиях и использование этих данных для оценки возможных эффектов с привлечением результатов изучения ответных реакций растительности на загрязнение воздуха (зависимость доза – эффект). Второй способ – непосредственное измерение эффекта воздействия загрязнения окружающего воздуха на растения [Постхумус, 1988].

Поскольку растения в целом обладают относительно высокой чувствительностью к воздействию загрязняющих веществ, их можно использовать в качестве индикаторов для выявления загрязнения и определения его уровня [Шуберт, 1983; Андерсон, Трешоу, 1988; Вронский, 1992].

Сущность индикационного подхода заключается в определении состояния одной системы по состоянию других систем, более доступных для исследования и измерения [Шелухо, 2001; Вайнерт, Вальтер, Ветуель, 1988; Николаевский, 1981].

Стрессоры вызывают различные изменения в экосистемах. Под их действием изменяются количественные соотношения между видами, структуры сообществ. Индикаторами могут быть различные организмы или сообщества, чьи жизненные функции так тесно коррелируют с определенными факторами среды, что могут применяться для их оценки и служат биоиндикаторами. Биоиндикаторы дают точную интегральную картину, которая учитывает и те выбросы загрязнений, которые не учтены контрольными службами [Мэннинг, Федер, 1985].

Биоиндикация может осуществляться на различных уровнях организации вещества (макромолекула, клетка, орган, организм, популяция, сообщество) и практически по любым видам, начиная от вирусов и микроорганизмов и заканчивая человеком [Постхумус, 1988; Гиляров, 1990; Гайсаев, 1992].

Однако, для поддержания биогеохимических циклов в биосфере и ее гомеостаза, необходимо, в первую очередь, обеспечить оптимальные условия для функционирования продуцентов (растительности), поскольку они стоят в начале трофической цепи и от их продуктивности зависит скорость круговорота. По этой причине качество среды, и особенно воздуха, целесообразно оценивать, прежде всего, по реакциям на загрязнители автотрофных органов продуцентов. Их использование для индикации связано с тем, что они:

– более чувствительны к большинству промышленных поллютантов;

– являются материальной и энергетической основой жизни другой биоты, в том числе человека;

– играют существенную роль в регуляции микроклимата и качества среды [Николаевский, 1990].

Особая чувствительность продуцентов вызвана наличием у них высокочувствительного фотосинтетического аппарата, которого нет у консументов и редуцентов. Первичный синтез органической материи и фиксирование световой энергии у продуцентов сопровождается поглощением из воздуха углекислого газа. Попутно, а иногда в ущерб ассимиляции СО2, растительность сорбирует из воздуха вредные поллютанты. Именно с этой спецификой автотрофного метаболизма продуцентов связана их более высокая чувствительность к большинству примесей [Николаевский, 1979; Николаевский, 1989].

К настоящему времени разработаны ботанические [Николаевский, 1983; Сергейчик, 1984], физиолого-биохимические [Сергейчик, Сергейчик, 1981; Барахтенова, 1991], морфо-биометрические [Норин, Ярмишко, 1990], биофизические [Гетко, 1989; Барахтенова, Николаевский, 1988], дендрохронологические [Шуберт, 1983], популяционные и биогеоценотические [Ланина, 1982; Сапунов, 1989] подходы и методы оценки влияния атмосферных загрязнений на растительность и способы биоиндикации состояния воздуха.

Классификация принципов и уровней биоиндикации качества воздуха и методов исследования может быть основана с учетом:

– уровней организации живой материи (молекулярного, субклеточного и клеточного, органного и opганизменного, популяционного, экосистемного, биосферного);

– по общности методов исследования (фенологического, морфо- и биометрического, анатомо-цитологического, физиологического, биохимического, биофизического, флористического, генетического, биоценотического, экосистемного);

– по ответной реакции растений  (биоиндикаторы с высокой чувствительностью к поллютантам и биоиндикаторы-накопители) [Шуберт, 1983; Мэннинг, Федер, 1985].

Для биоиндикаций пригодны в основном два метода – пассивный и активный. В первом случае у свободноживущих организмов исследуются видимые или незаметные повреждения и отклонения от нормы, являющиеся признаками стрессового воздействия. При активном способе оправдывает себя метод организмов-уловителей. Для этой цели отобранные биоиндикаторы помещают в тест-камеры и обрабатывают исследуемыми поллютантами. Через заданный промежуток времени они повторно обследуются и полученные результаты сравниваются с первоначальными показателями [Шуберт, 1983; Мэннинг, Федер, 1985].

При выборе растения для использования в качестве биомонитора необходимо учитывать определенные требования. Основными требованиями к ним являются:

– определенный уровень чувствительности к фактору;

– малая скорость восстановления после воздействий;

– зависимость отклика индикатора от уровня воздействия;

– наличие визуально наблюдаемых морфологических, биохимических, генетических изменений;

– оперативность обнаружения изменений индикаторов;

– достаточная точность и имформативность;

– не требовательность к применению сложных технических средств [Николаевский, 2002].

Все методы биоиндикации неспецифичны, потому что ответная реакция биоты на все виды стресса сходна, неопределенна. Поэтому, по изменениям у растений в экстремальных условиях, часто нельзя однозначно назвать вызвавших их причину или стресс-фактор. Появившиеся нарушения могут оказаться ответом как на действия поллютантов, так и обусловлены биологическими и экологическими факторами. Для идентификации причины, вызвавшей происходящие изменения, нужно:

–   знать экологическую обстановку на исследуемой территории;

– правильно оценить роль многих  экологических факторов за определенный период времени;

– проанализировать данные о работе промышленности (объем выбросов, состав, количество) [Николаевский, 2002].

Для повышения надежности экологических оценок рекомендуется использовать не один, а несколько (3 – 5) методов биоиндикации.