Оценка качества атмосферного воздуха по величине флуктуирующей асимметрии березы повислой (на примере урбанизированных и ООПТ Восточного Забайкалья)

• 1.    Изучить показатели стабильности развития березы повислой ( Betula pendula Roth ), находящейся на урбанизированной и особо охраняемой природной территории Восточного Забайкалья.

• 2.    Проанализировать влияние наиболее значимых загрязняющих веществ по данным стационарных постов наблюдений на показатели ФА березы повислой.

• 3.    Оценить использование березы повислой в качестве биоиндикатора и выполнить экологическое районирование города для выявления неблагополучных районов.

Объекты и методы исследований. Сбор и обработка материала производились согласно «Методическим рекомендациям...» [2], утвержденным распоряжением Министерством природных ресурсов России от 16.10.03 № 460-р. Оценка симметричности проводилась по пяти параметрам правой и левой половины листа (рис. 1): 1 – ширина левой и правой половинок листа (измерение проводили посередине листовой пластинки) (ширина); 2 – длина жилки второго порядка, второй от основания листа (длина); 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 (угол).

Рис. 1. Схема морфологических признаков листовой пластинки березы повислой для проведения анализа флуктуирующей асимметрии

Для оценки степени отклонений в стабильности развития березы повислой использовалась пятибалльная оценка (табл. 1).

Таблица 1

Оценка степени нарушения стабильности развития растений

Балл	Качество среды	Величина показателя стабильности развития
1	Условно нормальное	< 0,040
2	Начальные (незначительные) отклонения от нормы	0,040–0,044
3	Средний уровень отклонений от нормы	0,045–0,049
4	Существенные (значительные) отклонения от нормы	0,050–0,054
5	Критическое состояние	> 0,054

В качестве объекта исследований были выбраны насаждения березы повислой, произрастающие на территории города Чита и на территории Ивано-Арахлейского государственного природного ландшафтного заказника регионального значения (контрольная территория). В среднем за период исследования величина интегрального показателя флуктуирующей асимметрии листовой пластинки повислой в разных точках отбора в городе Чита изменялась в пределах от 0,040±0,001 до 0,068±0,001, на территории Ивано-Арахлейского государственного природного ландшафтного заказника регионального значения – от 0,032 до 0,057.

Для количественной оценки состояния окружающей среды использовали фондовые материалы Забайкальского межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ныне ГУ «Читинский ЦГМС-Р»), содержащие информацию об индексе загрязнения атмосферы по пяти приоритетным загрязнителям (ИЗА 5 ), данные метеорологических наблюдений климата за 2004–2010 годы, ежегодные доклады МПР Забайкальского края [3,4].

Результаты исследований и их обсуждение. В результате исследований получены значения величины флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы повислой по исследуемым территориям вблизи озер Ивано-Арахлейского заказника (табл. 2). Результаты многолетней работы по определению качества среды в Чите и Ивано-Арахлейском заказнике, оцениваемые по величине интегрального показателя флуктуирующей асимметрии, даны в таблице 3. Для занесения и хранения числовых значений измерений использовалось компьюторное програмное обеспечение Microsoft Excel, а при статистической обработке материала – следующие параметры: сравнения между выборками проводились с использованием непараметрических (критерии Краскела-Уоллиса, Ньюмена-Кейлса, Фридмана) и параметрических методов статистического анализа (критерия Стьюдента, для множественных сравнений, двухфакторного дисперсионного анализа).

Установлено, что в 2010 и 2007 годах качество среды в заказнике оценивалось 3 баллом (средний уровень отклонений от нормы), в 2004–2009 годах – 2 баллом (начальные (незначительные) отклонения от нормы).

Качество среды в Ивано-Арахлейском заказнике, оцениваемое по показателю ФА листовой пластинки березы повислой

Качество среды в Чите и Ивано-Арахлейском заказнике, оцениваемое по показателю ФА листовой пластинки березы повислой

Таблица 2

Наименование озера	ПФА	Балл	Качество среды
Арахлей	0,046 ± 0,001	3	Средний уровень отклонений от нормы
Иван	0,044 ± 0,001	2	Начальные (незначительные) отклонения от нормы
Шакшинское	0,045 ± 0,001	3	Средний уровень отклонений от нормы
Тасей	0,043 ± 0,001	2	Начальные (незначительные) отклонения от нормы
Иргень	0,042 ± 0,001	2	Начальные (незначительные) отклонения от нормы
Гужирное	0,038 ± 0,001	1	Условно нормальное
Большой Ундугун	0,037 ± 0,001	1	Условно нормальное
По заказнику	0,042 ± 0,001	2	Начальные (незначительные) отклонения от нормы

Таблица 3

Год наблюдения	Заказник		г. Чита
	Величина показателя ФА	Балл	Величина показателя ФА	Балл
2005	0,042 ± 0,001 (n=60)	2	0,046 ± 0,001 (n=600)	3
2006	0,043 ± 0,001 (n=3640)	2	0,048 ± 0,001 (n=4187)	3
2007	0,045 ± 0,001 (n=3640)	3	0,049 ± 0,001 (n=4187)	3
2008	0,042 ± 0,001 (n=3640)	2	0,051 ± 0,001 (n=4187)	4
2009	0,042 ± 0,001 (n=3640)	2	0,0543 + 0,001 (n= 1200)	5
2010	0,045 ± 0,001 (n=400)	3	0,0536 + 0,001 (n= 1200)	5

Сравнение полученных значений показателя флуктуирующей асимметрии березы повислой (Betula pendula Roth) со средними уровнями загрязнения воздуха (мг/м3) по взвешенным веществам, фенолу, фор- мальдегиду, бенз(а)пирену, диоксиду азота за 2005–2010 годы в городе Чите (данные стационарных постов ГУ «Читинский ЦГМС-Р») показало:

• 1.    На территории Ивано-Арахлейского государственного природного ландшафтного заказника наибольшему антропогенному воздействию подвергается наземная экосистема вблизи озер Арахлей и Шакшинское, что можно объяснить наибольшим наличием населенных пунктов и баз отдыха, а также значительным количеством отдыхающих, как в летний, так и в зимний период.

• 2.    Отмечается небольшое снижение загрязнения воздуха вредными веществами в Чите по взвешенным веществам (пыли), диоксиду азота, а увеличение наблюдается по бенз(а)пирену и формальдегиду.

• 3.    Величина показателя флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы повислой реагирует в основном на выбросы бенз(а)пирена (рис. 2).

• 4.    На основании исследования с использованием метода флуктуирующей асимметрии выявлены зависимости величины интегрального показателя ФА от загрязняющих веществ (бенз(а)пирен, взвешенные вещества) и от ИЗА 5 , позволяющие оценить состояние воздушной среды в Восточном Забайкалье.

• 5.    В результате статистической обработки при сравнении среднегодовых значений ИЗА 5 и средних величин интегрального показателя флуктуирующей асимметрии в Чите выявлена зависимость (рис. 3), описываемая уравнением у=879,91х – 24,791.

  

Год

Рис. 2. Сравнение среднего показателя ФА березы повислой со средними уровнями загрязнения воздуха (мг/м³) по бенз(а)пирену за 2005 – 2010 год в г. Чите

Рис. 3. Сравнение среднего показателя ФА березы повислой с ИЗА 5 за 2005 – 2010 годах в г. Чите

Данное уравнение позволяет получить величину ИЗА 5 по имеющейся величине интегрального показателя флуктуирующей асимметрии для точек, где нет стационарных постов (составлять прогнозы). Статистическая обработка показала, что дисперсия техногенных факторов в виде ИЗА 5 объясняет дисперсию величины интегрального показателя ФА на 93,27 % (показатель детерминации R²=0,9327).

Использование березы повислой в качестве биоиндикатора позволило осуществить районирование исследуемых территорий [5] и составить экологическую карту. Анализ полученной карты Читы позволяет выделить на территории города области экологического комфорта и неблагоприятные участки. Обширная область загрязнения воздушной среды распространяется с юго-запада на северо-восток и приходится на центральную часть города.

Таким образом, можно констатировать, что в период с 2006 по 2010 год наблюдалось существенное ухудшение экологического состояния воздушного бассейна Читы, что выражалось в негативном влиянии в основном автотранспорта на стабильность развития березы.

Заключение. Использование метода флуктуирующей асимметрии березы повислой ( Betula pendula Roth ) как дополнительного позволит улучшить систему мониторинга воздушного бассейна, а иногда и заменить стационарные посты наблюдений, поскольку ГУ «Читинский ЦГМС-Р» вынуждена сокращать их число из-за недофинансирования.