Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова

Биоиндикация загрязнения атмосферного воздуха урбосистем c помощью высших растений представляет собой неограниченные в пространстве и во времени наблюдения за их состоянием по различным показателям: длине и ширине листовых пластин, размерам ожоговых зон ассимилирующих органов, длине и массе годового прироста веток, соотношение видов травянистых растений и т.д. [1-17]. Подобная биоиндикация осуществляется с помощью визуальных методов, а также с дополнительным применением физических и физико-химических методов. Научной основой для разработки программ подобной биоиндикации служат исследования механизмов влияния атмосферных примесей на зелёные растения.
С точки зрения рационального природопользования изучение чувствительности растений к действию загрязняющих атмосферу веществ важно для дальнейшего совершенствования градостроительных методов реабилитации урбосистем с помощью озеленения, а также для совершенствования приёмов экологического нормирования с учётом реакции экологических мишеней на действие антропогенной нагрузки [18-20].
Наиболее просты и доступны визуальные методы биоиндикации, позволяющие оценить наличие примесей в атмосферном воздухе по внешнему виду ассимилирующих (зелёных) органов растений. К таким методам определения относятся: а) визуальная оценка наличия на листьях и хвои растений ожогов красного и оранжевого цветов, обуславливаемых действием на растения диоксида азота выхлопов автотранспорта б) наличие апикального охвоения веток елей и сосен, вызываемого действием щелочного аэрозоля, в совокупности со щелочной реакцией хвойного опада [4;7-12].
Достоинства таких методов очевидны:
1) высокая экспрессность,
2) простота и доступность широкому кругу наблюдателей,
3) низкая себестоимость,
4) относительно небольшая трудоёмкость,
5) возможность исключить пробоотбор листьев, хвои, веток и кернов
древесины,
6) возможность избирательного определения присутствие повышенных количеств только одного вещества (NO2), если цвет ожогов листьев и хвои (например, вызванных действием NO2) обусловлен высокоселективной биохимической реакцией,
7) при высокой селективности показателя можно ограничится только визуальным наблюдением без использования физико-химических методов.
Визуальное определение наличия в атмосферном воздухе щелочного аэрозоля связано с дополнительным использованием экспрессного и широко распространённого метода рН-метрии для оценки реакции хвойного опада. Использование этого физико-химического метода незначительно увеличивает трудоёмкость и себестоимость биоиндикационных наблюдений.
Для биоиндикации состояния урбосистем используют также визуально-измерительные методы. С их помощью определяют следующие показатели:
-длина и ширина листовых пластин,
-длина черешка листа,
-длина хвои,
-длина годичного прироста веток,
-масса листьев и хвои,
-масса годичного прироста веток,
-величина радиального прироста стволов деревьев,
-количество зубчиков на листьях одуванчика, [17]
-расстояние между основаниями жилок второго порядка листовых пластин
некоторых пород деревьев [16],
-количество следов хвоинок на продольном разрезе годичных колец сосновых
веток [15].
Последний показатель определяется с помощью метода, называемого методом следов хвои [15] и позволяет определить года максимального хвойного опада, что может быть полезным с точки зрения восстановления хронологии событий, являющихся причиной хвойного опада. Однако получаемые данным методом результаты не обладают высокой селективностью по отношению к действию атмосферных примесей и в условиях города представляют собой интегральную оценку неблагоприятного воздействия множества экологических факторов на сосновые лесопосадки. Кроме того, метод следов хвои является очень трудоёмким и требует значительных временных затрат.
Несомненными достоинствами визуально-измерительных методов служат простота измерений и доступность широкому кругу наблюдателей. Существенным недостатком визуально-измерительных методов [15-17] являются высокая трудоёмкость и, как следствие этого, большие временные затраты.
Особенность всех визуальных методов биоиндикации – полуколичественная оценка загрязнённости атмосферного воздуха, то есть оценка в довольно широких диапазонах концентраций.
Существует два подхода к изучению механизмов влияния атмосферного загрязнения на растения: 1) модельные эксперименты в лабораторных условиях [4;7-9],
2) наблюдения в полевых условиях [1-17].
Вторая разновидность наблюдений может представлять собой как наблюдения самостоятельно складывающихся (несмоделированнных в научно-исследовательских целях) ситуаций, так и полевой модельный эксперимент.
Недостатком лабораторных наблюдений служат специфичные условия, создаваемые в камерах искусственной фумигации, но отсутствующие в естественных условиях.
К недостаткам второго подхода (наблюдения в полевых условиях несмоделированных ситуаций) следует отнести одновременное воздействие на растения множества атмосферных примесей. При этом весьма затруднительно выявление идентификационных признаков повреждения растений, однозначно указывающих на негативное действие одного какого-либо вещества. Полевой модельный эксперимент в ряде случаев позволяет избежать эти недостатки.
Исследование идентификационных признаков и составление программ биоиндикации загрязнения атмосферы, в том числе тех, на основе которых осуществляется экологическое зонирование застраиваемых территорий, представляет собой сложную задачу и различными авторами решается по-разному.
Основные трудности в выборе показателей следующие: 1) их природа, селективность и чувствительность к данной атмосферной примеси,
2) пространственное и временное варьирование значений показателей. Чем выше коэффициент варьирования значений показателя, тем больше объём исследуемой выборки, а следовательно выше трудоёмкость и временные затраты определения этого параметра;
3) степень повреждения растений в момент пробоотбора,
4) выбор объекта исследования.
Например, оценка длины и массы хвои прироста веток сосен и елей позволяет проводить пробоотбор с наименьшим повреждением растений по сравнению с пробоотбором кернов древесины, сопровождающимся бурением ствола дерева. Оценка состояния ассимилирующих органов растений исключительно визуально, без пробоотбора, по цвету ожогов или степени охвоения веток (по размеру фрагмента веток с хвоей), длине прироста, измеряемого линейкой в полевых условиях, позволяет провести исследования практически без ущерба для растений с малой трудоёмкостью и в предельно короткие сроки. Подобные преимущества визуально определяемых показателей [6-12] позволяют их рекомендовать к практическому использованию во всех программах атмосферного мониторинга.
Выбор объекта исследований представляет собой самостоятельную и довольно сложную задачу, так как один и тот же показатель, наблюдаемый у разных видов растений, может характеризоваться весьма различной чувствительностью. В качестве объекта исследований целесообразно использовать наиболее чувствительные к действию атмосферных примесей растения, выбирая их либо по литературным данным, либо по результатам предварительных наблюдений. Наилучшим образом для таких целей подходят экологические мишени. Однако их поиск связан с большим объёмом наблюдений и глубоким серьёзным анализом полученных данных. Выбор вида растений, который можно было бы использовать в качестве экомишени, как правило, совпадает с изучением природы показателя, его чувтвительности и селективност. Поэтому эти критерии выбора показателя при составлении программ биоиндикации загрязнения атмосферы урбосистем можно объединить.
Результаты биоиндикации загрязнения атмосферы могут быть использованы:
1)экологическими службами для оценки экологической ситуации в городах и регионах, 2)градостроительными организациями в виде карт экологического зонирования, учитываемые на этапе проектирования различного уровня,
3)научными исследователями и экологическими организациями с целью совершенствования системы экомониторинга и принципов экологического нормирования показателей качества окружающей среды.

 

 

Литература:
1. Лаптев А.А., Глазачев Б.А., Маяк А.С. Работник зелёного строительства. – Киев, 1974.
2. Маргус М.М., Имелик О.И., Савр И.Ф., Янес Х.Я. Лес и здоровье человека. – М.: Лесная промышленность, 1979.
3. Машинский В.Л., Залогина Е.Г. Проектирование озеленения жилых районов. – М.: Стройиздат, 1978.
4. Мэннинг У., Федер У. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью высших растений – Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
5. Елизарова Л.В. Экология и градостроительство //Промышленное строительство, 1992, №6//
6. Коробова Н.Л. Почему засохли ёлки? //Проблемы экологии Южного Урала – Челябинск, 1999, №1//
7. Коробова Н.Л. , Миронов О.А., Кочкешова Т.В. Оценка устойчивости некоторых пород деревьев к действию выхлопов автотранспорта//Экология и промышленность России, 2003, №10//
8. Коробова Н.Л. Экологический мониторинг NO2 выхлопов автотранспорта с помощью лесопосадок городов Южного Урала //Инженерная экология, 2003, №6//
9. Кочкешова Т.В., Миронов О.А., Коробова Н.Л. Лесопосадки городов Южного Урала как биомониторы NO2 выхлопов автотранспорта// Экологические системы и приборы, 2004, №4 //
10. Коробова Н.Л. Лесопосадки городов Южного Урала как биомониторы известково-доломитового аэрозоля //Экологические системы и приборы, 2005, №1//
11. Коробова Н.Л. Оценка устойчивости сосен и елей к действию известкового аэрозоля в связи с задачами озеленения промышленных городов//промышленно-гражданское строительство, 2004, №9 //
12. Коробова Н.Л. Влияние известково-доломитового аэрозоля на хвойные //Лесное хозяйство, 2005, №1 //
13. Хлонов Ю.П. Некоторые экологические ососбенности липы сердцевидной //Сибирский экологический журнал. – Новосибирск, 2002, №2//
14. Шейлухо В.П. Динамика состояния хвойных древостоев в районе влияния выбросов щелочной промышленной пыли//Лесное хозяйство, 2004, №4 //
15. Федорков А.А. Ретроспективная оценка параметров сохранности хвои сосны обыкновенной //Экология – Екатеринбург, 2002, №6//
16. Субботина Н.Н., Липатова Л.Н. Биоиндикация экологического состояния окружающей среды с помощью берёзы повислой. – В сб.: Актуальные проблемы биологии, медицины и экологии. – Томск, 2004.
17. Петухова Г.А., Дмитриева С.Н., Петухова Е.С., Кочергин И.А. Мониторинг уровня загрязнённости атмосферы в г.Тюмени с помощью растительных тест –объектов. – В сб.: Актуальные проблемы биологии, медицины и экологии. – Томск, 2004.
18. Жаворонкова И.А. Эколого-градостроительные принципы формирования городской среды//промышленно-гражданское строительство, 1993, №6//
19. Опекунов А.Ю., Грацианский Е.В., Холмянский М.А. Перспективы развития экологического нормироваия в Российской Федерации.// Экология и промышленность России, 2000, №6//
20. Овчинникова И.Н., Василевская В.Д. Нормирование загрязнения почв на основе концепции критических нагрузок//Экологические системы и приборы, 2003, №12//