Оценка качества атмосферного воздуха в с. Армизонское Тюменской области методом биоиндикации

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, крупномас- штабных 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 pen-dula 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 «Арми-зонагрострой» 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 («Армизо-нагрострой»). 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.