Экологическая оценка окружающей среды урбанизированной территории города Белгорода методом биоиндикации

Введение. Урбанизация растет с каждым годом. Уже сейчас ее уровень в России составляет 75% [1]. При этом растет антропогенная нагрузка на урбоэкосистемы. Загрязняющие вещества проникают в различные компоненты городской среды. Растения являются активной частью урбанизированных экосистем. Через них проходят загрязняющие вещества попадают в другие среды, а часть их накапливается. Соответственно, растения реагирует на такую антропогенную нагрузку на различных уровнях, начиная с клеточного и заканчивая организменным. На этом основываются методы биоиндикации.

Белгород представляет собой город, расположенный в южной части России, является административным центром Белгородской области. Площадь Белгорода равняется 153,3 км ² . В городе автомобильный транспорт является главным источником загрязнения воздуха, воды, ландшафта. Уровень урбанизации в Белгороде непрерывно растет, чтобы минимизировать негативное влияние автотранспорта на окружающую среду, требуется создать лесные и парковые зоны, зеленые территории, водные объекты и комфортные места для отдыха на открытом воздухе [2]. Автомобильному транспорту как источнику загрязнения не уделялось должного внимания, хотя выхлопные газы автомобилей содержат около 200 вредных веществ. Автомобильный транспорт загрязняет окружающую среду выбросами отработанных газов, сажи и аэрозолей [3-5].

Оценка воздействия антропогенного фактора на зеленые насаждения в городах является необходимым условием для определения уровня негативного влияния. Растения в городе подвержены сильному влиянию множества факторов, вызванных загрязнением их среды обитания. Нарушение одного элемента природной среды может привести к изменению состояния всех остальных. Анализ состояния зеленых насаждений отражает степень антропогенной нагрузки, особенно на урбанизированной территории, где большую нагрузку представляет автомобильный транспорт. Анализ качества городской среды города при использовании показателей флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой ( Betula pendula Roth.) позволяет определить условия и состояния окружающей среды путем изучения симметрии листьев данного вида дерева. Результаты исследования позволяют получить характеристику условий городской среды и представляют возможности для дальнейшего изучения этой темы [69].

Материалы и методы. Объектом исследования являлись листья березы повислой ( Betula pendula Roth.). Листья растений считаются лучшим вегетативным органом деревьев. Под воздействием антропогенных факторов в листьях возникают морфологические изменения, такие как уменьшение площади листа и появление асимметрии. Из недавних исследований: данный вопрос биоиндикационной оценки урбанизированных территорий был рассмотрен Клевцовой М.А. в работе «Биоиндикационная оценка урбанизированных территорий с разной степенью антропогенной нагрузки (на примере города Белгорода)», где проведенные исследования позволили подтвердить связь между влиянием стрессовых факторов среды и ответной реакцией древесных растений [10].

Материалы были собраны после окончания роста листьев, в 20-25 числах августа 2023 года. Листья были выбраны с нижней части кроны на уровне, доступном для поднятой руки, с учетом их размера и функционального состояния. Предпочтение отдавалось листьям среднего размера, без повреждений согласно методике [11].

Каждая выборка включала в себя 100 листьев: 10 листьев с 10 деревьев. Листья собирались с растений, которые располагались в сходных экологических условиях. Были выбраны деревья, которые достигла генеративного возрастного состояния. Размер листьев был средним для данного вида растения, поврежденные листья не учитывались. Флуктуирующую асимметрию находили по методике, разработанной Захаровым В.М. Для этого с каждого листа с обеих сторон (с левой и правой половинки) делали замеры по пяти морфометрическим параметрам, а затем рассчитывали интегральный показатель [11].

Данные, которые учитывались при расчетах представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема морфологических признаков, использованных для оценки стабильности развития березы повислой ( Betula pendula ):

1 – ширина левой и правой половинок листа. Для измерения лист складывают пополам, совмещая верхушку с основанием листовой пластинки. Потом разгибают лист и по образовавшейся складке измеряется расстояние от границы центральной жилки до края листа.

2 – длина жилки второго порядка, второй от основания листа.

3 – расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка.

4 – расстояние между концами этих же жилок.

5 – угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.

Все полученные данные были внесены в таблицу Excel для дальнейшей обработки. Для каждого измеренного параметра были рассчитаны максимальное, минимальное, среднее значение. Величина флуктуирующей асимметрии рассчитывалась по Захарову. Расчет показателя асимметрии листовых пластин происходил по формуле:

IL-RI

\L + R\ где L – значение морфометрического признака с левой стороны листовой пластины, а R – значение морфометрического признака с правой стороны листовой пластины [11].

Результаты и обсуждение. Материалы для исследования были собраны в двенадцати точках вблизи основных и наиболее загруженных улиц Белгорода. Их точное расположение обозначено на карте на рисунке 2.

Рисунок 2 – Расположение точек отбора материала

С помощью полученных измерений билатеральных признаков каждого листа и последующего расчета флуктуирующей асимметрии каждого из них был посчитан интегральный показатель стабильности развития – величина среднего относительного различия между сторонами листа на признак. Для этого вычисляется средняя арифметическая всех величин асимметрии каждого собранного листа.

Для оценки степени выявленных отклонений от нормы, их места в общем диапазоне возможных изменений показателя разработана пятибалльная шкала. Чтобы более точно оценить влияние на окружающую среду, используется понятие качества среды, которое определяется как состояние среды, необходимое для поддержания здоровья человека и других видов живых организмов. Отклонение среды от нормы определяется на основе состояния населяющих ее живых организмов, которое в свою очередь зависит от нарушения стабильности развития наиболее массовых видов и оценивается по пятибалльной шкале (табл. 1).

Таблица 1 – Определение уровня загрязнения по величине показателя стабильности развития для березы повислой

Балл	Величина показателя стабильности развития	Шкала
I	<0,040	Условная норма
II	0,040-0,044	Слабое влияние неблагоприятных факторов
III	0,045-0,049	Загрязненные районы
IV	0,050-0,054	Загрязненные районы
V	>0,054	Критическое значение

Исходя из полученных результатов, представленных в таблице 2, можно судить об экологическом состоянии изучаемой территории. В большинстве точек отбора материала балл качества среды варьирует от III до V. Это говорит о том, что данные районы довольно сильно загрязнены. Они расположены по улицам Щорса, Архиерейская, 60 лет Октября, а также вблизи проспекта Ватутина. Транспортная нагрузка здесь намного выше, ввиду близкого прилегания автомобильной трассы и ее высокой загруженности.

Самое сильное загрязнение было обнаружено в точке 2, располагающейся на улице Щорса 36. Величина показателя стабильности развития в ней составила 0,57, что свидетельствует о критическом состоянии окружающей среды.

Наименьшее загрязнение среды было зафиксировано в точке 3 по улице Архиерейская 6, находящейся рядом с Архиерейской рощей.

Таблица 2 – Результаты вычисления показателя стабильности развития и качества среды

№	Место сбора	Посчитанная величина показателя стабильности развития	Балл	Значение по шкале
1.	Шаландина 4к1	0,054	IV	Загрязненные районы
2.	Щорса 36	0,057	V	Критическое значение
3.	Архиерейская 6	0,042	II	Слабое влияние неблагоприятных факторов
4.	Архиерейская 5к1	0,056	V	Критическое значение
5.	60 лет октября 1	0,054	IV	Загрязненные районы
6.	Щорса 62	0,056	V	Критическое значение
7.	Проспект Ватутина	0,054	IV	Загрязненные районы
8.	Проезд автомобилистов	0,053	V	Критическое значение
9.	Холмогорский переулок 2	0,046	III	Загрязненные районы
10.	Юрьевский переулок 1	0,047	III	Загрязненные районы
11.	Проспект Ватутина 16А	0,045	III	Загрязненные районы
12.	Мокроусова 11	0,045	III	Загрязненные районы

Заключение. На основании результатов исследования, проведенного с использованием метода биоиндикации через определение флуктуирующей асимметрии листа для экологической оценки урбанизированной территории Белгорода, можно сделать вывод, что состояние окружающей среды в большинстве изучаемых районов является плохим либо критическим. Единственное положительное значение показателя стабильности развития было зафиксировано лишь в одной из точек исследования. Основными причинами такого сильного загрязнения урбанизированной территории оказались высокая транспортная нагрузка на главных улицах города и деятельность промышленных предприятий. Эти результаты подчеркивают необходимость принятия срочных мер по улучшению экологической ситуации в городе и обращают внимание на разработку плана устойчивого развития и экологической безопасности в урбанизированных районах.

Работа выполнена в рамках НИР по теме № 202727-0-000 «Зеленая инфраструктура как основа экологического благополучия и устойчивого развития урбанизированной среды» на базе института экологии РУДН.