Применение ГИС MapInfo Professional при создании карты агроландшафтов (на примере Павлоградского района Омской области)

Состояние снежного покрова определяет последствия хозяйственной деятельности человека и является показателем зимних загрязнений окружающей среды. Снежный покров накапливает за определенный период времени загрязняющие вещества и отдает их весной при снеготаянии в окружающую среду. С талыми водами загрязняющие вещества перемещаются на значительное расстояние от мест их выпадения. Загрязненность снежного покрова в зоне влияния города – лишь часть локального воздействия урбанизации на окружающую среду. Исследование этой проблемы позволяет создать представление об одном из фрагментов антропогенного загрязнения окружающей среды [1, 2, 3].

Особая роль среди источников антропогенного загрязнения окружающей среды принадлежит городам. Красноярск – промышленный центр в Восточной Сибири. Максимальная высота снежного покрова в г. Красноярске и его окрестностях составляет 80–100 см.

Цель исследования – комплексная оценка антропогенного загрязнения административных районов г. Красноярска по состоянию снежного покрова.

Объекты и методы исследования

Объекты исследования – пробы снега с экспериментальных площадок административных районов г. Красноярска (Советский, Центральный, Железнодорожный, Октябрьский, Свердловский). Пробы отбирались в период с ноября 2013 г. по март 2014 г., как в период максимальных снегопадов, так и в начале снеготаяния.

Основной метод исследования – экологический мониторинг с применением полевых [4, 5] и лабораторных методик. Пробы брали на расстоянии 1 м с помощью снегомера. Отобранный снег растапливали в лаборатории при комнатной температуре. Снеговую воду использовали в опытах по определению содержания аммонийных соединений, нитратов, нитритов, фторидов, сухого остатка и для фито- и зоотестирования. Ион аммония определяли на фотоколориметре с помощью реактива Несслера. Определение нитратов проводили с помощью реактива Грисса на фотоколориметре. Наличие нитратов определяли с помощью визуальной оценки окрашенных соединений при взаимодействии нитратов с дифениламином.

Приоритетными методами экологического контроля в настоящее время являются биологические методы, в том числе методы биотестирования [6].

Биотестирование – это один из приемов исследования в водной токсикологии, который используется для определения степени повреждающего действия химических веществ, потенциально опасных для гидробионтов, в контролируемых экспериментальных лабораторных или полевых условиях [6, 7, 8].

В качестве фитотест-объектов использовались семена салата сорта «Ранний» и редиса сорта «Весенний» как культур, высеваемых первыми и испытывающих максимальную нагрузку при воздействии токсических веществ при снеготаянии. Проращивание семян салата и редиса проводили по стандартной методике в чашках Петри. Определение энергии прорастания тест-культур проводили на 3-й день опыта; всхожести – на 6-й день опыта. Опыт был заложен в трехкратной повторности методом рулонной культуры.

В качестве зоотест-объекта использовался одноклеточный организм инфузории Paramecium caudatum Ehrbg.

Результаты исследования

Исследования выполнены в инновационной лаборатории «Экологический мониторинг сельскохозяйственных и лесных культур» при ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет» и имеют большое значения для оценки экологической ситуации в административных районах города Красноярска.

Физико-химические показатели состояния снеговой воды

Физико-химические исследования направлены на определение токсического влияния комплекса химических элементов на состояние окружающей среды исследуемого района. Сухой остаток характеризует содержание в воде нелетучих растворимых веществ (минеральных и органических). Коммунальные службы, проводя «подсыпку» дорог технической солью, предопределяют содержание сухого остатка на исследуемых экспериментальных площадках. Средние данные этого показателя варьируют от 0,09 г/л в микрорайонах Академгородок и Ветлужанка

(ул. Стасовой) до 0,2 г/л в Центральном районе и 0,4 г/л в Советском и Железнодорожном районах г. Красноярска. Значение показателя не превышает ПДК. Максимальное значение в Советском районе объясняется расположением крупных промышленных предприятий (табл. 1).

Полученные данные о среднем содержании аммонийных соединений варьировали: 0,2 мг/л ‒ в Октябрьском районе (микрорайон Ветлужанка, ул. Стасовой); 0,6 мг/л ‒ в микрорайоне Академгородок; 0,9 мг/л ‒ в Советском районе; 1,3 мг/л ‒ в Железнодорожном районе и 1,4 мг/л ‒ в Центральном районе г. Красноярска (табл. 2).

Таблица 1

Содержание сухого остатка в снеговой воде (левобережье г. Красноярска), г/л

№ п/п	Дата взятия образца	Район (улица)
		Советский (пр. Ульяновский)	Центральный (ул. Ленина)	Железнодорожный (ул. Заводская)	Октябрьский (Академгородок)	Октябрьский (ул. Стасовой)	ПДК
1	Декабрь	0,4	0,1	0,3	0,1	0,08	1
2	Январь	0,3	0,2	0,3	0,09	0,09
3	Февраль	0,5	0,1	0,4	0,08	0,08
4	Март	0,6	0,2	0,4	0,09	0,1
Среднее		0,4 ± 0,1	0,2 ± 0,08	0,4 ± 0,08	0,09 ± 0,04	0,09 ± 0,04

Таблица 2

Содержание азотсодержащих соединений (левобережье г. Красноярска), мг/л

№ п/п	Дата взятия образца	Район (улица)
		Советский (пр. Ульяновский)	Центральный (ул. Ленина)	Железнодорожный (ул. Заводская)	Октябрьский (Академгородок)	Октябрьский (ул. Стасовой)	ПДК
NH4-ион
1	Декабрь	0,8	1,4	1,3	0,7	0,2	2,6
2	Январь	0,4	1,3	1,3	0,4	0,1
3	Февраль	1,2	1,6	1,2	1,0	0,3
4	Март	1,2	1,5	1,2	0,5	0,2
Среднее		0,9 ± 0,4	1,4 ± 0,2	1,3 ± 0,08	0,6 ± 0,2	0,2 ± 0,08
NO 3 -ион
1	Декабрь	17,2	30,2	19,3	10,9	8,7	4,5
2	Январь	16,6	23,3	13,2	13,2	6,6
3	Февраль	33,4	28,4	16,7	11,6	3,2
4	Март	22,3	25,2	17,1	9,3	4,3
Среднее		22,4 ± 7,8	26,7 ± 3,1	16,6 ± 2,5	11,3 ± 1,7	5,7 ± 2,4
NО 2 -ион
1	Декабрь	0,5	0,2	0,4	0,1	0,1	3,3
2	Январь	0,4	0,4	0,2	0,2	0,1
3	Февраль	0,3	0,4	0,3	0,3	0,1
4	Март	0,4	0,5	0,3	0,4	0,2
Среднее		0,4 ± 0,08	0,4 ± 0,1	0,3 ± 0,08	0,2 ± 0,08	0,1 ± 0,06

Содержание аммонийных соединений в снеговом покрове связано с выбросами автотранспорта и предприятий цветной металлургии.

Среднее содержание нитратов в Октябрьском районе г. Красноярска – 5,7 мг/л в микрорайоне Ветлужанка (ул. Стасовой) и 11,3 мг/л (в микрорайоне Академгородок). Этот показатель в Железнодорожном районе г. Красноярска – 16,6 мг/л; в Советском районе – 22,4 мг/л; в Центральном районе – 26,7 мг/л.

Среднее содержание нитритов в Октябрьском районе – от 0,1 мг/л на ул. Стасовой до 0,2 мг/л в микрорайоне Академгородок; 0,3 мг/л – в Железнодорожном районе; 0,4 мг/л – в Советском и в Центральном районах г. Красноярска.

Значение этих показателей не превышает ПДК. Колебания содержания нитритов можно объяснить интенсивностью движения автотранспорта.

Среднее значение содержания фторидов в Октябрьском районе – 0,4 мг/л в микрорайоне Ветлужанка; 0,6 мг/л в микрорайоне Академгородок; 1,1 мг/л в Железнодорожном районе; 1,4 мг/л – в Центральном районе и 1,7 мг/л – в Советском районе г. Красноярска (табл. 3).

Таблица 3

Содержание фторидов (левобережье г. Красноярска), мг/л

№ п/п	Дата взятия образца	Район (улица)
		Советский (пр. Ульяновский)	Центральный (ул. Ленина)	Железнодорожный (ул. Заводская)	Октябрьский (Академгородок)	Октябрьский (ул. Стасовой)	ПДК
1	Декабрь	1,7	1,4	0,7	0,3	0,3	1,5
2	Январь	1,6	1,5	0,8	0,6	0,3
3	Февраль	1,8	1,3	1,3	0,6	0,4
4	Март	1,7	1,2	1,2	0,8	0,5
Среднее		1,7 ± 0,1	1,4 ± 0,2	1,1 ± 0,3	0,6 ± 0,2	0,4 ± 0,2

Значение этого показателя превышает ПДК в Советском районе г. Красноярска, что объясняется нахождением в этом районе крупного промышленного предприятия – КраЗа. Зона загрязнения охватывает значительную часть жилых массивов.

Оценка токсичности снеговой воды по энергии прорастания и всхожести семян салата и редиса

Исследовались пробы талой воды с экспериментальных площадок административных районов г. Красноярска: Советского (ул. Шахтеров); Октябрьского (ул. Стасовой, Академгородок, станция «Бугач»); Свердловского (ул. Свердловская). В качестве фитотест-объектов для оценки токсичности снеговой воды использовались семена салата сорта «Ранний» и редиса сорта «Весенний». Получены результаты (табл. 4, 5) по энергии прорастания и всхожести тест-объектов (семян салата Ранний и редиса Весенний).

Максимальная энергия прорастания семян салата Ранний по сравнению с контролем наблюдается в Октябрьском районе (Академгородок и ул. Стасовой), а минимальная в Советском (ул. Шахтеров) и Свердловском (ул. Свердловская). Увеличение длины проростков семян салата в пробе талой воды отмечено в тех же административных районах г. Красноярска. Наиболее низкие показатели в районах Советский (ул. Шахтеров) и Свердловский (ул. Свердловская).

Максимальная энергия прорастания семян редиса Весенний по сравнению с контролем наблюдается в Октябрьском районе (Академгородок и ул. Стасовой), а минимальная в Советском (ул. Шахтеров), Свердловском (ул. Свердловская), Октябрьском (станция «Бугач»). Увеличение длины проростков семян редиса в пробе талой воды отмечено в тех же административных районах г. Красноярска. Наиболее низкие показатели в районах Советский (ул. Шахтеров), Свердловский (ул. Свердловская), Октябрьский (станция «Бугач»).

Таблица 4

Энергия прорастания и всхожесть семян салата Ранний в вариантах опыта*, %

Вариант	Повторность			Среднее
	1 1	2 1	3
Энергия прорастания
Контроль	95	92	93	93,3
Улица Стасовой	93	96	100	96,6
Академгородок	100	97	97	98,0*
Улица Шахтеров	95	86	85	88,6*
Улица Свердловская	92	97	93	94,0
Станция «Бугач»	93	95	96	94,6
Всхожесть
Контроль	100	100	100	100,0
Улица Стасовой	100	99	100	99,6
Академгородок	100	100	100	100,0
Улица Шахтеров	95	99	98	97,3
Улица Свердловская	94	96	95	95,0*
Станция «Бугач»	94	97	96	95,6*

*Разница достоверна; НСР05 = 4,31.

Таблица 5

Энергия прорастания и всхожесть семян редиса Весенний в вариантах опыта*, %

Вариант	Повторность			Среднее
	1 1	2 1	3
Энергия прорастания
Контроль	96	98	100	98,0
Улица Стасовой	86	84	88	86,0*
Академгородок	90	96	87	91,0*
Улица Шахтеров	86	84	83	84,6*
Улица Свердловская	81	87	84	84,0*
Станция «Бугач»	82	82	86	83,3*
Всхожесть
Контроль	100	100	100	100,0
Улица Стасовой	90	99	99	96,0
Академгородок	98	99	98	98,3
Улица Шахтеров	92	93	95	93,3*
Улица Свердловская	87	92	85	88,0*
Станция «Бугач»	84	85	88	85,6*

*Разница достоверна; НСР05 = 4,19.

Оценка токсичности снеговой воды по реакции выживаемости инфузории Paramecium caudatum

Выявлена динамика токсичности снежного покрова приусадебных участков, располо- женных в черте г. Красноярска по реакции выживаемости инфузории Paramecium caudatum

Токсичность снежного покрова приусадебных участков, расположенных в черте г. Красноярска, по реакции выживаемости инфузории Paramecium caudatum по прошествии 60 мин эксперимента [9]

(рисунок). Исследования показывают, что в первые пять минут эксперимента пробы снега исследуемых районов по реакции выживаемости инфузории Paramecium caudatum оцениваются на уровне допустимой и умеренной и характеризовались как нетоксичные [9].

В Октябрьском районе г. Красноярска (микрорайоны Академгородок; Ветлужанка (ул. Стасовой); станция «Бугач») в средней из трех проб по истечении пяти минут эксперимента не было отмечено снижения выживаемости инфузории Paramecium caudatum по критерию Стьюдента по сравнению с контролем (р < 0,05): X ± m = 12,8 ± 0,5; X ± m = 12,8 ± 0,5; X ± m = 10,0 ± 0,5 соответственно. По прошествии 60 мин данные эксперимента имеют достоверность различий по критерию Стьюдента по сравнению с контролем (р < 0,05): X ± m = 7,4 ± 0,5;

X ± m = 5,4 ± 0,4; X ± m = 6,1 ± 0,4 соответственно, которые свидетельствуют о хронической токсичности проб снега.

В Советском районе г. Красноярска (микрорайон Покровка) в средней из трех проб по истечении пяти минут эксперимента не было отмечено снижения выживаемости инфузории Paramecium caudatum по критерию Стьюдента по сравнению с контролем (р < 0,05): X ± m = 10,4 ± 0,4. По прошествии 60 мин данные эксперимента имеют достоверность различий по критерию Стьюдента по сравнению с контролем (р < 0,05): X ± m = 5,1 ± 0,3, которые свидетельствуют о хронической токсичности проб снега.

В Свердловском районе г. Красноярска (микрорайон Красфарма) в средней из трех проб по истечении пяти минут эксперимента не было отмечено снижения выживаемости инфузории Paramecium caudatum по критерию Стьюдента по сравнению с контролем (р < 0,05): X ± m = 12,1 ± 0,6. По прошествии 60 мин данные эксперимента имеют достоверность различий по критерию Стьюдента по сравнению с контролем (р < 0,05): X ± m = 3,2 ± 0,3, которые свидетельствуют о хронической токсичности проб снега.

Исследуемые районы г. Красноярска по состоянию снеговой воды по прошествии 60 мин оцениваются как токсичные, так как отмечается достоверное снижение выживаемости инфузорий по критерию Стьюдента по сравнению с контролем р < 0,05, как по правому, так и по левому берегу районов города.

По степени токсичности снеговой воды более токсичными участками являются микрорайоны Красфарма (Свердловский район) и станция «Бугач» (Октябрьский район). Остальные исследуемые участки характеризуются как среднетоксичные.

Выводы

Анализ физико-химических показателей снеговой воды показал, что их содержание не превышает ПДК во всех пробах снега на территории г. Красноярска. Исключением являются фториды, содержание которых в Советском районе составляет 1,7 мг/л, что превышает ПДК и объясняется нахождением в этом районе крупного промышленного предприятия – КраЗа.

В результате фитотестирования оптимальными для выращивания зеленых культур являются микрорайоны, расположенные в Октябрьском районе г. Красноярска. Максимальная энергия прорастания семян салата и редиса и увеличение длины проростков культур в пробе талой воды наблюдается в Октябрьском (Академгородок и Ветлужанка) районе, а минимальная – в Советском (Покровка) и Свердловском (Красфарма).

При зоотестировании за пять минут эксперимента пробы снега исследуемых районов по реакции выживаемости инфузории Paramecium caudatum оцениваются на уровне допустимой и умеренной и характеризовались как нетоксичные. По прошествии 60 мин данные эксперимента имеют достоверность различий по критерию Стьюдента (р < 0,05), которые свидетельствуют о хронической токсичности проб снега.