Оценка загрязнения атмосферного воздуха на примере городов Йошкар-Ола и Волжск Республики Марий-Эл

Введение. Основными источниками поступления вредных веществ в атмосферный воздух городов являются промышленные предприятия и автотранспорт, а наиболее распространенными загрязняющими веществами - пыль (взвешенные вещества различной природы), диоксид серы, оксид азота, оксида углерода, углекислый газ [1].

Общеизвестно, что техногенная среда значительно снижает все положительные проявления жизнедеятельности зеленых насаждений городов. Высокая степень влияния негативных факторов, присущих урбанизированным территориям, приводит к ослаблению, преждевременному старению, поражению болезнями и вредителями, а в конечном итоге, и к гибели городских зеленых насаждений.

Среди компонентов биосферы наиболее существенным фактором нейтрализации загрязнения воздушной среды является растительность, особенно древесно-кустарниковые насаждения и естественные лесные массивы. Зеленые насаждения выполняют разные функции в формировании городской среды: санитарно-гигиеническую, архитектурно-эстетическую, эмоциональнопсихологическую и др. Работая как своеобразный живой фильтр, они поглощают из воздуха химические токсины и задерживают на поверхности ассимиляционных органов значительное количество пыли.

Для озеленения промышленных центров необходимо применять ассортимент растений с высокой газопоглотительной и регенерационной способностью и устойчивостью к промышленному загрязнению.

Особую актуальность приобретают эти вопросы в условиях промышленного центра Республики Марий Эл г. Йошкар-Ола и г. Волжск – городов с активно развивающейся промышленность и постоянно растущим транспор-топотоком и количеством жителей.

В Республике Марий Эл загрязнителями атмосферного воздуха в наибольшей степени в 2016 году являлись предприятия, осуществляющие деятельность в сфере автотранспорта и связи - 17,727 тыс. тонн (48 % от общих выбросов) и предприятия по производству и распределению электроэнергии, газа и воды - 8,083 (22 %) без учета выбросов от автотранспорта [2].

В 2017 году объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников по республике составил 34,993 тыс.тонн. По сравнению с 2016 годом выбросы уменьшились на 1,445 тыс.тонн (на 4,1%). В годе Йошкар-Ола выбросы в 2017 году составили - 8,271, в городе Волжск – 2,376 тыс.тонн [3].

Основными предприятиями города Йошкар-Олы, оказывающими негативное воздействие на окружающую среду являются: МУП «Йошкар-Олинская ТЭЦ-1», ОАО «ЗПП»,

ОАО «Марибиофарм»,

ОАО «Стройкерамика», ООО «Мари-коммунэнерго», АО «ММЗ», АО «Завод Искож», ООО «Газпром газораспределение Йошкар-Ола» и другие [4].

Основу городской экономики составляют предприятия машиностроения и металлообработки, целлюлознобумажного производства, являющиеся источником темпов роста обрабатывающих отраслей. Ведущее значение имеют основные градообразующие предприятия: ОАО «Марийский целлюлозно-бумажный комбинат», ЗАО «Ариада»,

ЗАО «Завод Совиталпродмаш»,

ОАО «Волжский электромеханический завод». В непосредственной близости от г.Волжск проходят важные транспортные магистрали федерального значения [5].

Одним из методов оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха является мониторинг состояния атмосферного воздуха.

Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферного воздуха на республиканском уровне осуществляются ГУП РМЭ «Территориальный центр «Маргеомо-ниторинг» на стационарных постах наблюдений [2].

Отбор проб атмосферного воздуха в 2015-2016 гг в городе Йошкар-Ола и г. Волжск для последующего химического анализа на определение содержания загрязняющих веществ: диоксида азота, оксида азота, оксида углерода, диоксида серы, формальдегида, пыли (взвешенных частиц) года проводится на постах наблюдений (от стационарных и передвижных источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу) в городе Йошкар-Ола:

Пост № 1: Центральный парк, (селитебная зона); Пост № 2: Микрорайон «Нагорный (селитебная зона); Пост № 3: Район завода ОАО «ОКТБ Кристалл» (промышленная зона); Пост № 4 район водозабора города Йошкар-Ола.

В г. Йошкар-Оле КИЗА (комплексный индекс загрязнения атмосферы -количественная характеристика уровня загрязнения атмосферы, создаваемого веществами, присутствующими в атмосфере города) увеличился с 0,67 в 2015 году до 1,25 в 2016 году, что указывает на увеличение уровня загрязнения атмосферного воздуха.

В г. Волжск: Пост № 1: Микрорайон «Машиностроитель» (селитебная зона); Пост № 2: Район Парка «Дружба» (селитебная зона)

В городе Волжске КИЗА увеличился с 0,64 в 2015 г. до 1,12 в 2016 г., что также указывает на увеличение уровня загрязнения атмосферного воздуха в городе.

Результаты. Оценка уровня загрязнения по среднему значению КИЗА в 2016 году позволила распределить маршрутные посты наблюдений по уровню загрязнения атмосферного воздуха:

– в г. Йошкар-Ола: наибольший - в промышленной зоне Район завода ОАО «ОКТБ Кристалл» вблизи автомагистрали; меньший - в селитебных зонах Центральный парк и Микрорайон «Нагорный, наименьший – фоновый за городской чертой;

– в селитебных зонах г. Волжск показатель КИЗА выше в Микрорайоне «Машиностроитель», по сравнению с Парком «Дружба».

Для определения уровня и состава загрязнителей атмосферного воздуха используют древесные растения, обладающие высокой чувствительностью к воздействию загрязняющих веществ -биоиндикаторы. Среди растений выделяют: 1 - биоиндикаторы с высокой чувствительностью к поллютантам, 2 -биоиндикаторы-накопители. Первая группа биоиндикаторов позволяет оценивать суммарную техногенную нагрузку на атмосферный воздух и почвы, вторая - загрязнение окружающей среды, в том числе определенным токсикантом [6].

Методы биоиндикации основаны на учете морфологических изменений высших растений. Биоиндикационными признаками повреждения деревьев являются: изменение окраски листьев и хвои; некрозы; опадение листвы (дефолиация), изменение размеров органов по большей части неспецифично; изменение направления, формы роста и ветвления прочие [7].

Особенности жизнедеятельности древесных растений в условиях города должны учитываться в практике зеленого строительства города. Мнение о том, что растения города — лишь декоративный фон городской архитектуры и зеленое строительство носит затратный характер, опровергается при экологической оценке роли зеленых насаждений в создании оптимальной городской среды и поддержании здоровья населения. [8].

Сернистый газ является одним из наиболее распространенных токсикантов атмосферного воздуха, кроме того, это соединение наиболее токсично для растений [9]. Наиболее важными серосодержащими компонентами загрязненной атмосферы являются двуокись серы S0 2 и сероводород (НS З ). Допустимая максимально разовая концентрация SO 2 для растений равна 0,02 мг/м³ (для человека ПДК=0,5 мг/м³). При концентрации сернистого газа 0,03-0,5 мг/м³ у растений уже наблюдается подавление фотосинтеза, свыше 0,5 мг/м³ может вызвать изменение в органах ассимиляции и некрозные изменения [10]. Сернистый газ проникает через устьица растений внутрь листьев, скорость его поглощения зависит от характеристики листьев, скорости ветра, температуры, освещенности, влажности воздуха, рельефа, макро- и микро- элементов в почве. В природе кислые газы чрезвычайно распространены, а поскольку они тяжелее воздуха, то относятся к токсичным и удушающим газам при перенасыщении. Токсичные газы, нарушая рост и развитие растений, снижают их устойчивость к морозам, засухе, засолению почв и болезням [11].

Растения обладают способностью накапливать загрязняющие вещества -поглотительной способностью. Эта способность используется как биологический (дополнительный) способ снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха. Основными способами снижения уровня загрязнения являются тех- нологический метод (фильтры, уловители-установки по очистке газов) [11].

В 2017 году выполнение мероприятий по уменьшению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при осуществлении мероприятий по повышению эффективности действующих очистных установок и прочих мероприятий на 44,4% позволило уменьшить объем выбросов от стационарных источников на 0,9 тонн. [3].

Сернистый газ повышает кислотность клеточного сока растений, что приводит к последующим физиологическим нарушениям. О газопоглотительной способности растений судят по количеству накопленной листьями серы [9, 11].

Одним из наиболее распространенных методов оценки степени повреждения растений и для исследования характера загрязнения атмосферного воздуха является химико-аналитический метод исследования. Химико-аналитический метод исследования заключается в анализе листового аппарата для определения степени поглощения токсических веществ и химических изменений растительных субстанций [10].

Метод основан на способности сульфат-ионов SO 4 ^2- образовывать с ионом Ва²⁺ нерастворимый в кислотах белый осадок сульфата бария BaSO 4 :

BaCl 2 + Na 2 SO 4 =NaCl +⤓BaSO 4

С целью определения степени накопления токсических веществ (серы) в листовом аппарате растений в октябре 2017 года был проведен сбор полевого материала с разных частей кроны растений в конце вегетационного периода исследуемых объектов: липа мелколистная (Tilia cordata), рябина обыкновенная – (Sorbus aucuparia L.), ель колючая (Picea (pungens) голубая, яблоня ягодная — (Malus baccata (L.) Borkh), расположенных в промышленных и селитебных зонах г. Йошкар-Ола и г. Волжск.

Исследуемые объекты (деревья) расположены вблизи постов наблюдений, где проводится отбор проб атмосферного воздуха в рамках мониторинга состояния атмосферного воздуха.

Результаты . По результатам проведенных исследований установлено:

– в годе Йошкар-Ола наибольшее содержание серы в образцах листьев и хвое установлено на Посту № 3: Район завода ОАО «ОКТБ Кристалл (промышленная зона), более низкое содержание серы - Пост № 2: Микрорайон «Нагорный (селитебная зона), наименьшее содержание серы - Пост № 1:

Центральный парк, Ботанический сад (контроль) - самое низкое (рис.1);

В городе Волжск наибольшее содержание серы в образцах листьев и хвое установлено на добавленных мной объектах, расположенных в промышленной зоне г.Волжск, более низкое содержание серы Пост № 2: Парк «Дружба» (селитебная зона) и наименьшее содержание серы Пост № 1: Микрорайон «Машиностроитель» (селитебная зона).

Липа мелколистная

Яблоня ягодная

Рябина обыкновенная

Рис 1. Сравнительный анализ содержания серы в листьях и хвое на объектах исследования.

Использование данного метода позволяет оценить состояние атмосферного воздуха на указанных выше Постах и позволяет определить древесные породы – индикаторы загрязнения атмосферного воздуха серосодержащими токсикантами в разных функциональных зонах г. Йошкар-Ола и г. Волжск [12].

Выводы. Проведенные исследования объектов в г. Йошкар-Ола и г. Волжск показали содержание серы в листьях и хвое выше в г.Волжск, как в целом по всем объектам, так и по показателям в разных функциональных зонах. Осо- бенно ярко выражены показатели содержания серы в листьях и хвое при сравнении на объектах исследования в промышленных зонах.

Из исследуемых древесных пород наибольшей поглотительной способностью обладает липа мелколистная (Tilia cordata), что позволяет рекомендовать данный вид для активного использования в качестве дополнительного способами снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха на территории г. Йошкар-Ола и г. Волжск.