Оценка загрязнения атмосферной среды города Кореновска с помощью растений-биоиндикаторо

Таким образом, методы фитоиндикации позволяют:

– оценить реальный характер распространения загрязнителей по территории и выявлять зоны с повышенными уровнями загрязнения;

– определить влияние разных уровней загрязнения среды и экологической опасности для наземных экосистем;

– прогнозировать развитие экологической опасности для отдельных регионов при разных выбросах поллютаитов и загрязнения атмосферного воздуха;

– совершенствовать программу и методы экологического мониторинга и ведомственный контроль экологический безопасности промышленных объектов [Николаевский, 2002].

Используя данный подход, можно судить о биологическом воздействии техногенных стрессов с новой стороны, недоступной методам, связанным с физическими или химическими измерениями в природе. К тому же методы биоиндикации оперативны, не требуют сложных технических средств, достаточно точны и пригодны для использования на больших территориях [Николаевский, 2002].

Все биосистемы обладают способностью противостоять повреждению от промышленных выбросов и некоторое время способны сохранять гомеостаз. Глубина и вариабельность изменений в растениях определяется степенью фитотоксичности поллютантов, уровнем их содержания в атмосфере и накопления в ассимиляционных органах, продолжительностью воздействия, особенностями растения. По современным представлениям существует следующая последовательность реакций растений на повреждение атмосферными загрязнителями: биохимический уровень, ультраструктурный и клеточный, после чего развиваются видимые повреждения [Коршиков, Тарабрин, 1990; Кулагин, 1974; Протопопова, 1980].

При воздействии атмосферных загрязнителей на растения развиваются биохимические превращения, затрагивающие, в первую очередь, метаболические и физиологические процессы, которые сказываются различным образом, вплоть до разрушения внутренней структуры клеток листа. По мере углубления изменений внутриклеточных структур начинают проявляться внешние, визуально наблюдаемые повреждения и отклонения от нормы у ассимиляционных органов и других частей растения [Сосна обыкновенная … , 1997]. Такими, более или менее выраженными изменениями, и служат следующие морфологические проявления:

–   хлорозы и некрозы (изменения цвета или ожоги на листьях или на других частях растений);

–    снижение продолжительности жизни листьев;

–    снижение олиственности кроны;

–    ускоренное отмирание ветвей основной части кроны;

–    снижение линейного прироста оси ствола и ветвей;

–    ослабление побегообразования за счет отмирания почек;

–    нарушение распределения фитомассы по высоте кроны;

– изменение габитуса молодых деревьев, превращение их в кустообразную или стланиковую форму;

–    гибель деревьев.

Хлорозы и некрозы являются основным диагностическим признаком повреждения растения от атмосферного загрязнения [Влияние загрязнений … , 1981; Ярмишко, 1992].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     2 Природно-климатическая характеристика г. Кореновска

 

2.1 Рельеф

 

В геологическом строении территории до водоупора грунтовых вод принимают участие (снизу-вверх):

– верхнеплиоценовые отложения;

– скифские отложения;

– нижне-среднеплейстоценовые эолово-делювиальные отложения;

– верхнеплейстоценовые эолово-делювиальные отложения;

– голоценовые аллювиально-делювиальные отложения;

– голоценовые элювиальные отложения [Официальный портал … , 2013].

Верхнеплиоценовые отложения представлены отложениями акчагыльских погребенных долин (песок разнозернистый), вскрытая мощность 1,8 м. Скифские отложения представлены плотными глинами и суглинками, пылеватыми, красновато-бурыми, с включениями гидроокислов марганца и с пятнами ожелезнения. Вскрытая мощность отложений порядка 10 м. Нижне-верхнеплейстоценовые аллювиально-делювиальные отложения мощностью 5 – 15 м представляют собой переслаивание суглинков и глин буровато-серых, опесчаненных, редко с включениями гравия и гальки; супесей и легких суглинков и песков пылеватых и мелкозернистых. Мощность прослоев песков и супесей – 0,5 – 1,5 м. Нижне-среднеплейстоценовые эолово-делювиальные отложения представлены лессовидными деградированными суглинками непросадочными, в кровле с горизонтами погребенных почв. Суглинки желто-бурые (погребенные почвы) темно-коричневые с включениями карбонатов. Мощность отложений от 5 до 12 м. Верхнеплейстоценовые эолово-делювиальные отложения распространены повсеместно и представлены суглинками лессовидными, желто-бурыми, макропористыми, с включениями рыхлых карбонатов, просадочными и непросадочными. Заканчивается разрез гумусированными лессовидными суглинками и глинами, темно-коричневыми, просадочными (почвенно-растительный слой), мощностью 1,2 – 2,0 м и насыпными грунтами. Голоценовые аллювиальные отложения распространены под руслом реки и представлены илами, глинами и суглинками иловатыми, темно-серыми и серыми. Русло реки на всем протяжении выстлано слоем ила серого с примесью растительных остатков. Мощность ила 1,0 – 30 м. Общая мощность подрусловых отложений порядка 4 – 5 м. Русла балок представлены голоценовыми аллювиально-делювиальными отложениями – суглинки легкие, иловатые [Официальный портал … , 2013].

 

2. Климат

 

В климатическом отношении территория г. Кореновска относится к северо-восточной степной провинции. Климат умеренно-континентальный, характеризуется жарким летом и умеренно холодной малоснежной с частыми оттепелями зимой, характерными особенностями климата являются засухи и суховеи. Среднегодовая температура воздуха плюс 9,6 °С с тенденцией повышения в последние годы. Зима неустойчивая, с частыми оттепелями и кратковременными морозами, наступающими в первых числах декабря, абсолютный минимум температуры воздуха достигает минус 35 °С. Наибольшая мощность снежного покрова составляет 25 см, продолжительность периода со снежным покровом 50 – 65 дней. Глубина промерзания почвы – 0,8 м. Средняя продолжительность безморозного периода равна 188 дням. Наибольшая продолжительность ежесуточного сияния выпадает на июль – август, а наименьшая – на декабрь. Весна прохладная, наступает в первой половине марта. Лето сухое, жаркое, начинается в первых числах мая, абсолютный максимум температуры воздуха плюс 41 °С, средняя продолжительность летнего периода около 130 дней. Осень теплая и мягкая, наступает в конце сентября. Первые заморозки обычно бывают в начале октября. Выхолаживание воздуха в ночные часы приводит к образованию туманов. Наибольшее количество дней с туманами отмечается с ноября по март (30 дней). Общее число дней с туманами достигает 38 [Официальный портал … , 2013].

Кореновск относится к зоне умеренного увлажнения. Влажность воздуха имеет отчетливо выраженный годовой ход, сходный с изменением температуры воздуха. Среднегодовое количество атмосферных осадков равно 531 мм, из них осадки теплого периода составляют 314 мм. Распределение осадков по месяцам (мм) характеризуется крайней неравномерностью, максимум осадков приходится на июнь (65 мм), минимум – на сентябрь (32 мм) [Официальный портал … , 2013].

Преобладающими ветрами в г. Кореновске как в годовом, так и в теплом периодах являются ветры восточных, северо-восточных и юго-западных румбов. Средняя скорость ветра – 3,8 м/с. Среднее число дней с сильным ветром (более 15 м/с) –16 [Официальный портал … , 2013].

 

3. Гидрология

 

Гидрогеологические условия территории определяются особенностями горизонта грунтовых вод, приуроченного к аллювиально-делювиальным и эолово-делювиальным отложениям [Официальный портал … , 2013].

Аллювиальные отложения р. Бейсужек Левый представлены слабопроницаемыми глинами и суглинками с прослойками и линзами песков и супесей, коэффициент фильтрации их от 0,1 – 0,2 до 0,58 – 0,8 м/сут. (коэффициент фильтрации песков составляет 6,3 м/сут.). Водоупором  грунтовых вод являются плотные скифские глины с коэффициентом фильтрации 0,001 м/сут. Питание грунтовых вод осуществляется преимущественно за счет инфильтрации атмосферных осадков, интенсивность которого оценивается величиной 0,0012 – 0,0008 м/сут. Дополнительное питание фунтовый поток в пределах города получает за счет утечек из водопроводных сетей, септиков, в результате полива приусадебных участков и улиц, а также за счет потерь воды из отстойников сахарного завода, находящихся в юго-восточных участках района работ [Официальный портал … , 2013].

Глубина залегания грунтовых вод на осенне-зимний период, близкий к осенне-зимнему минимуму, изменялась от 0,1 м вблизи реки и в балках до 9 и более метров на водораздельных пространствах. Уровневый режим грунтовых вод характеризуется плавным подъемом с ноября-декабря по май с последующим плавным спадом. Амплитуда колебания уровня составляет 0,5 – 1,0 м, причем наибольшая величина колебания уровня грунтовых вод приурочена к пойме реки, а наименьшая к водоразделу [Официальный портал … , 2013].

Участки с повышенной и высокой коррозионной активностью к углеродистой и низколегированной стали расположены вдоль р. Бейсужек Левый и в пониженных местах балок. Участки со средней коррозионной активностью занимают основную территорию г. Кореновска [Официальный портал … , 2013].

 

4. Почвенный покров

 

Почвенный покров развит повсеместно и представлен мощными карбонатными черноземами. Мощность черноземов достигает 1,2 – 2,0 м. Почвообразующими породами служат четвертичные суглинки и глины. Имея тяжёлый глинистый состав, слитые чернозёмы вначале весны и после дождей бывают вязкими и липкими,  а при высыхании – плотными и твердыми. Долинные чернозёмы, сформированные на относительно старых по возрасту высоких речных террасах и давно обсохших дернинах, подвергшихся остепнению, близки во многих отношения к западно-предкавказским черноземам водораздельных  равнин, содержат приблизительно 3,7 – 7,7 % гумуса, но имеют несколько меньшую мощность почвенного слоя и развиваются на материнских породах разнообразного состава – глинах, суглинках, супесях [Официальный портал … , 2013].

3 Материал и методы исследования

 

3.1 Объект  исследования

 

Объектом нашего исследования являются растения-биоиндикаторы г. Кореновска. Материалом для проводимой работы являются: гербарий растительности исследуемых участков, полевые записи и дневники, фотографии, а так же литературные данные.

Видовая принадлежность гербарных образцов устанавливалась при помощи следующих определителей: «Определитель высших растений Северо-Западного Кавказа»  И.С. Косенко [1970], «Флора Кавказа» А.А. Гроссгейма [1949], «Флора Северо-Западного Кавказа» А.С. Зернова [2006].

 

3.2 Экологические методы исследования 

 

Экологические группы по отношению к влажности определялись по системе, предложенной А.П.  Шенниковым [1964]:

1) гигрофиты – растения влажных местообитаний, онтогенез которых проходит при благоприятных условиях водоснабжения;

2) ксерофиты – растения засушливых  местообитаний, способные переносить  продолжительную засуху;

3) психрофиты – растения влажных и холодных местообитаний севера или высокогорий;

4) криофиты – растения сухих и холодных местообитаний севера или высокогорий;

5) мезофиты – растения средних  по увлажнённости местообитаний, занимающие промежуточное положение  между гигрофитами и ксерофитами.

Каждой из этих групп свойственна та или иная степень выраженности морфологических признаков.

При выделении жизненных форм растений нами использовалась наиболее известная биоморфологическая классификация Х. Раункиера [Raunkier, 1934].

– фанерофиты – это деревья и кустарники, чаще всего с закрытыми зимующими почками, расположенными высоко над водой;

– гемикриптофиты – это многолетние травянистые растения с почками возобновления, находящимися на поверхности почвы, хорошо защищенными подстилкой и снежным покровом;

–  криптофиты – это многолетние травянистые растения, у которых зимующие почки или верхушки побегов погружены в почву (геофиты) или под водой (гелиофиты);

– терофиты – это однолетние растения без зимующих почек, неблагоприятное время года переживают на стадии семян;

– хамефиты – это растения с закрытыми почками возобновления, расположенные в основании побегов на высоте не более 25 – 30 см. Зимой почки защищены снежным покровом. Продолжительность их жизни обычно не превышает 5 – 10 лет.

 

3.3 Метод флуктуирующей асимметрии древесных форм растений как тест-система оценки качества среды

 

Нами использовался метод, предложенный О.П. Мелиховой [Биологический контроль … , 2010]. Принцип этого метода основан на выявлении нарушений симметрии развития листовой пластины древесных и травянистых форм растений под действием антропогенных факторов.

Выборка листьев древесных растений делалась с нескольких близко растущих деревьев на опытных площадках. Использовались только средневозрастные растения, исключая молодые и старые. Всего собрали не менее 25 листьев среднего размера с одного вида растения. Листья собирали из нижней части кроны, на уровне поднятой руки, с максимального количества доступных веток, направленных условно на север, запад, восток и юг [Биологический контроль … , 2010].

Обработка заключалась в измерении ширины половинок, длины второй жилки, расстояния между основаниями и концами первой и второй жилок, а также угла между центральной и второй жилками. Измерения производились с левой и правой стороны. Жилки измерялись линейкой с точностью до 1 мм. Внимание акцентировалось не на размерах жилок, а на разнице их длины справа и слева [Биологический контроль … , 2010].

Величина асимметричности оценивалась с помощью интегрального показателя – величины среднего относительного различия на признак (средняя арифметическая отношения разности к сумме промеров листа слева и справа, отнесенная к числу признаков) [Биологический контроль … , 2010].