Влияние загрязнения атмосферного воздуха на состояние рябины обыкновенной

Плоды округлые яблочки, мелкие, диаметром 6-10 мм., 2-5-гнездные, оранжево-красные, блестящие (Бродович, 1979). На вкус горько-кислые, с 2-6 семенами терпкие, со своеобразным запахом, созревают в сентябре-октябре.

Семена с эндоспермом, обычно в количестве 3 штук, мелкие, сплюснутой формы, на концах острые или с загнутыми концами, трехгранные, коричневые, длиной около 4 мм, шириной 2 мм, толщиной 1мм (Онтогенетический.., 2000).  Семенная кожура светло- или темно-коричневая, блестящая. Всхожесть высокая.

Проростки однопобеговые с двумя овальными семядольными и двумя ассимилирующими листьями. Семядольные листья эллиптической или слегка яйцевидной формы, с коротким черешком, суженным основанием, 6-7 мм длиной и 3-4 мм шириной (Онтогенетический.., 2000).

Ритм сезонного развития. Живет рябина до 150 и более лет. Растет быстро, за 1 год вырастает на 0,5м. В первом десятилетии в благоприятных экологических условиях рябина обыкновенная является быстрорастущей древесной породой. Во втором – энергия ее роста в высоту снижается. Под пологом леса, особенно на бедных почвах, она растет небольшим деревцем или кустарником (Харитонович, 1968). 

Возобновление. После рубки рябина успешно возобновляется пневой порослью, отличающейся в первые годы быстрым ростом.

Размножение отводками. В лесные культуры рябину высаживают 2-летними сеянцами. В пределах своего обширного естественного ареала успешно размножается семенным путем (Харитонович, 1968). Образует пневую поросль и корневые отпрыски (Атрохин и др., 1982).

Расселение. По лесам, опушкам и открытым местам способствуют птицы. Самосев рябины появляется не только в лиственных и хвойно-лиственных лесах, но и в чисто хвойных. Однако лучше всего она разрастается на вырубках и других более освещенных местах. Под пологом ее кустов и зарослей часто поселяется ель и пихта, которые затем ее перерастают. В искусственных степных лесопосадках рябина расселяется с помощью птиц.

Экология вида. Одни авторы относят рябину обыкновенную к теневыносливым видам (Харитонович, 1968; Атрохин и др., 1982), другие напротив к достаточно светолюбивым (Бродович, 1979), однако и те и другие считают, что она может мириться с большим затенением, но не цветет в таких местах и выглядит угнетенной. Морозоустойчива и заморозками не повреждается, засухо- и жароустойчива (Харитонович, 1968) К почве рябина нетребовательна. (Атрохин и др., 1982).

Эдафический фактор: к почве рябина нетребовательна. (Атрохин и др., 1982). Удовлетворительно растет на подзолистых и дерново-подзолистых, суглинистых и супесчаных почвах лесной зоны, на серых и темно-серых суглинках и деградированных черноземах лесостепи, на черноземных почвах степной зоны и в горах на горно-лесных бурых почвах (Харитонович , 1968).  Однако интенсивнее она растет на свежих глубоких плодородных  супесчаных и суглинистых почвах (Бродович, 1979). Для произрастания этой породы непригодны засоленные, торфяно-болотные почвы и глубокие выщелоченные пески (Харитонович, 1968).

Применение. Рябина – ценная древесная порода, дает качественную красноватую древесину (Бродович, 1979), которая идет на изготовление различных столярных изделий, мебели, музыкальных инструментов; она огнестойка и с трудом загорается. Кора применяется для выделки самых дорогих и тонких кож. Листья рябины выделяют летучие вещества, убивающие бактерии (Онтогенетический.., 2000).

В медицине. Содержащиеся в ягодах рябины вещества повышают устойчивость организма к кислородному голоданию. Рябина укрепляет организм, способствует налаживанию обмена веществ, при помощи препаратов рябины лечат головные боли. Благодаря содержанию в рябине биологически активных веществ ее используют в борьбе с раком. С помощью отвара цветков рябины лечат зоб. Сорбит понижает содержание жира в печени, холестерина в крови и используется как заменитель сахара.

В народной медицине используют плоды, цветки, листья рябины обыкновенной. Они обладают желчегонным и мочегонным свойствами, а также противовоспалительным, витаминным, потогонным действием, понижают кровяное давление, повышают свертываемость крови.

В озеленении. Рябина и ее формы – красивые декоративные растения, широко используемые в зеленом строительстве (Бродович, 1979). Часто разводится в садах и парках. Выращивается в виде промышленной культуры повсеместно (Валягина-Малютина, 2001).

2.2. Методы исследования

Исследования проводились на базе филиала «Центр лабораторного анализа и технических измерений по Республике Марий Эл» (филиал «ЦЛАТИ по РМЭ» ФГУ «ЦЛАТИ по Приволжскому федеральному округу»).

Для определения района исследования использовали Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Республики Марий Эл в 2003 году и Ежегодный доклад о состоянии окружающей природной среды Республики Марий Эл в 2004 году.

2.2.1 Методы анализа атмосферного воздуха

Заборы воздуха производили в следующих районах исследования:

·                   районы умеренного загрязнения: ул. Суворова (около завода «ММЗ»); ул. Крылова (АО «Искож»); ул. Карла Маркса (кольцо Мясокомбината);

·                   районы слабого загрязнения: Парк культуры и отдыха XXX-летия ВЛКСМ; ул. Героев Сталинградской битвы (ОАО «Стройкерамика»);

·                   район условного контроля –  ул. Кирпичная, 86 (Сосновая роща);

с использованием электроаспиратора (ТУ 25-11-1414-78). 

В атмосферном воздухе определяли пыль (твердые частицы), оксид азота (IV), оксид серы (IV), оксид углерода (II), аммиак.

Оксид азота (IV) и оксид углерода (II) определяли экспресс-методом с использованием газоанализатора Анкат 7654-01.

2.2.1.1.       Определение диоксида серы в атмосфере

Методика предназначена для определения разовых концентраций двуокиси серы. Предел измерения 0,08 — 1,5 мкг/м3 при отборе пробы воздуха объемом 80 дм3.

Сущность метода заключается в окислении сернистого газа в процессе его улавливания из воздуха раствором хлората калия или перекисью водорода с последующим турбодиметрическим определением образующегося сульфат-иона с хлоридом бария. Чувствительность метода в анализируемом объеме пробы 5 мкг (Руководство по контролю…, 1979).

Построение градуировочного графика. Для построения калибровочного графика готовят серию стандартных растворов в мерных колбах емкостью 100 см3 согласно таблице 1.

Для приготовления шкалы стандартов отбирают в пробирки по 5 см3 каждого стандарта и проводят все операции согласно ходу анализа. Одновременно проводят измерение оптической плотности нулевой пробы. Калибровочный график строят по среднему значению, вычисленному из результатов измерений 3 - 5 шкал (= 400 нм).

Таблица 1 – Приготовление растворов

Отбор проб. Для определения разовой концентрации двуокиси серы исследуемый воздух протягивают со скоростью 4 дм3/мин в течение 20 мин через поглотительный прибор Рихтера, содержащий 6 см3 поглотительного раствора. При использовании U-образных поглотителей скорость аспирации не должна превышать 2 дм3/мин. Для очистки воздуха от аэрозолей сульфатов и серной кислоты перед поглотителем помещают пластмассовый патрон с фильтром АФА-В-10, присоединенный встык.

Анализ проб. В лаборатории доводят уровень раствора в поглотительном приборе до 6 см3 дистиллированной водой. Для анализа 5 см3 раствора пробы переносят в пробирку и добавляют по 1 см3 раствора ВаСl2. Содержимое пробирок тщательно встряхивают и через 15 мин, предварительно встряхнув, определяют оптическую плотность растворов в кюветах шириной 10 мм при длине волны 400 нм относительно воды. Время от добавления последнего реактива до измерения оптической плотности для всех проб должно быть одинаковым. Одновременно проводят измерение «нулевой» пробы, для чего 5 см3 поглотительного раствора анализируют аналогично пробам. Оптическая плотность нулевой пробы должна быть не более 0,01.

Количество двуокиси серы в пробах находят с помощью калибровочного графика по разности результатов измерений оптической плотности раствора пробы и нулевого раствора.

Расчет результатов анализа. Концентрацию двуокиси серы (С) в мкг/дм3 в анализируемой пробе находят по формуле:

             В ∙ М

С = ––––––––––   

         V • К • а

где  В — общий объем пробы в поглотительном приборе, см3;

М — количество вещества, найденное в а дм3 пробы, взятой для анализа, мкг;

V — объем протянутого воздуха, дм3;

К — коэффициент пересчета для приведения объема отобранного воздуха к нормальным условиям;

а — объем пробы, взятой для анализа, см3.

2.2.1.2.       Определение аммиака в атмосфере

Фотометрический метод определения массовой концентрации аммиака основан на образовании окрашенного в желтый цвет соединения при взаимодействии аммиака с реактивом Несслера и последующем измерении оптической плотности растворов при длине волны 450 нм.

Построение градуировочного графика. Для построения градуировочного графика необходимо приготовить образцы для градуировки с массой аммония от 1,0 до 20,0 мкг в 5 см3 раствора. Состав и количество образцов для градуировки приведены в таблице 5.

Анализ градуировочных образцов проводят в порядке возрастания их концентрации. Каждую искусственную смесь необходимо фотометрировать 3 раза с целью исключения случайных результатов и усреднения данных. По результатам полученных измерений может быть рассчитано уравнение линейной зависимости по методу «наименьших квадратов». При построении градуировочного графика по оси ординат откладывают значения оптической плотности, а по оси абцисс - величину концентрации вещества в мкг/пробе.

Таблица 2 - Состав и количество образцов для градуировки

Отбор проб. В поглотительные приборы вносят по 6 см3 поглотительного раствора. Анализируемый газ отбирают в два соединенных последовательно поглотительных прибора. Расход газа устанавливают 0,5-1,0 дм3/мин при концентрациях аммиака менее 0,4 мг/м3 или 0,2-0,5 дм3/мин при концентрациях аммиака более 0,4 мг/м3. В процессе отбора проб следят за показаниями ротаметра электроаспиратора, а также измеряют температуру и давление (разряжение) газа у ротаметра и атмосферное давление.

По окончании отбора закрывают вход и выход поглотителей резиновыми шлангами с пробками для предотвращения потерь поглотительного раствора.

Анализ проб. Поглотительные приборы после отбора выдерживают при комнатной температуре не менее 30 минут. Из каждого поглотительного прибора отбирают пипеткой 5 см3 раствора, переносят в колориметрические пробирки, приливают по 0,5 см3 реактива Несслера. Содержимое пробирки тщательно перемешивают, выдерживают 10 минут и измеряют оптическую плотность растворов в кювете с толщиной оптического слоя 10 мм при длине волны 450 нм относительно «холостой пробы». В качестве «холостой пробы» используется поглотительный раствор. По градуировочному графику определяют содержание ионов аммония в пробе.

Приведение отобранного объема газа к нормальным условиям. Объем отобранной пробы газа к нормальным условиям приводят по формуле:

где Vo - объем газа, приведенный к нормальным условия, дм3;

V - объем газа при условиях отбора пробы, дм3;

Р - атмосферное давление, кПа;

д Р - избыточное давление (разрежение перед ротаметром), кПа;

t - температура газа у ротометра,°С.

Расчет результатов анализа. Расчет массовой концентрации аммиака Х (мг/м3) проводят по формуле:

где m1 и m2 - содержание ионов аммония в пробах, взятых для анализа из первого и второго поглотителей соответственно, найденное по градуировочному графику, мкг в пробе;

0,94 - коэффициент пересчета ионов аммония на аммиак;

а - объем поглотительного раствора, залитого в поглотительный прибор, см3;

b - объем пробы, взятый на анализ, см3;

Vo - объем газа, приведенный к нормальным условиям, дм3 (Сборник методик.., 1993).

2.2.1.3.                  Определение содержания диоксида азота

Методика предназначена для определения концентрации диоксида азота в атмосферном воздухе населенных пунктов в диапазоне 0,02 – 1,40 мг/м3 при объеме пробы  воздуха 5 дм3 .

Метод основан на улавливании диоксида азота из воздуха раствором иодида калия. Образующийся нитрит-ион определяется фотометрически по азокрасителю, полученному в результате взаимодействия нитрит-иона с сульфаниловой кислотой и 1-нафтиламином (Сборник методик.., 1993).

2.2.1.4.                  Определение массовой концентрации пыли в атмосферном воздухе.

При определении концентрации пыли исследуемый воздух с помощью аспирационного прибора протягивается через предварительно взвешенный фильтр из фильтрующей ткани. За несколько дней до отбора проб фильтры взвешиваются неоднократно на аналитических весах до достижения постоянного веса каждого фильтра. На каждом фильтре записывается номер и его масса. В качестве фильтрующих материалов использовались аналитические аэрозольные фильтры (АФА), весовые из перхлорвинила (ВП), с рабочей поверхностью фильтра 20 см, которые обладают высокой эффективностью фильтрации и малым аэродинамическим сопротивлением. Эти фильтры задерживают частицы размерами 0,1 - 0,2 мкм при объемной скорости протягивания воздуха до 6 м3/ч. При проведении исследований время пропускания воздуха через фильтр составляло 20 минут при скорости протягивания 12 л/мин. После окончания отбора проб фильтры направляются в лабораторию для вторичного взвешивания на аналитических весах (ГОСТ 17.2.4.05-83).

Обработка результатов измерений.

По разности масс фильтров до и после отбора проб воздуха устанавливается концентрация пыли по формуле:

Где С - концентрация пыли, мг/м3;

m1- масса фильтра без пыли, мг;

m2 - масса фильтра с пылью, мг;

Vo - объём пропущенного через фильтр воздуха, приведённый к нормальным условиям, м3 (Руководящий документ.., 1991).

2.2.2. Определение содержания серы в листьях рябины обыкновенной

Содержание серы в листьях определяли фотометрическим методом. Метод основан на способности сульфат-ионов (SO42-) образовывать с ионом (Ba2+) нерастворимый в кислотах белый осадок сульфата бария BaSO4.

Брали две навески листьев (без черешков). Одну навеску массой 500 мг помещали в фарфоровый тигель для озоления. Озоление проводили в муфельной печи при температуре 8000C в течение 30 минут. Навеску массой 1,0-5,0 г для определения гигроскопической влаги в анализируемых листьях помещали в бюкс. Вычисление содержания серы производили на абсолютно сухое вещество. Брали пустой бюкс и взвешивали на аналитических весах, помещали в бюкс навеску листьев, предварительно взвешенную на технических весах, и снова взвешивали. Взвешивание производили с точностью до четвертого знака (0,0001г). Затем помещали бюкс с навеской в сухой термостат и производили высушивание при температуре 1050С в течение 6 часов, после чего производили повторное взвешивание.

Далее брали тигель с навеской после озоления и производили отмывание осадка. Для этого брали колбу на 50 мл и воронку с фильтром (фильтр смоченный дистиллированной водой). Золу из тигля высыпали в воронку с фильтром, тигель промывали два раза, воду сливали в воронку. Промывали золу, добавляя воду из промывалки. При отмывании осадка сульфаты из золы переходят в фильтрат, который собирается в колбе. Полноту отмывания осадка от сульфатов проверяли с помощью проб: брали на предметное стекло несколько капель фильтрата из воронки, вносили в него одну каплю соляной кислоты и 1-2 капли 5% раствора бария. Отсутствие помутнения свидетельствовало о полном отмывании сульфатов.

Затем собранный в колбе фильтрат доводили до 50 мл дистиллированной водой, и переливали в стакан объемом 100-150 мл, добавляли 1-2 капли соляной кислоты (для создания кислой среды, в которой лучше идет осаждение). Через одну минуту добавляли 5 мл осадителя, оставляли на двадцать минут для осаждения сульфатов. В присутствии сульфатов появляется белая взвесь – осадок сульфата бария.

Одновременно проводили «холостой» опыт («нулевая проба»), для чего в стакан наливали 50 мл дистиллированной воды и добавляли все реактивы в описанной выше последовательности. Через 20 минут измеряли оптическую плотность опытных проб на фотоэлектроколориметре КФК-2 против «нулевой» пробы, с синим светофильтром. Длина волны 400 нм, толщина кюветы 10 мм. По калибровочному графику определяли содержание SO2 в 1 мл раствора.

Расчет содержания серы в листьях производили по формуле:

C = АּВּК1ּК2 / Мּ104

где С – содержание серы в листьях на абсолютно сухое вещество в %;

А – концентрация сульфатов по калибровочному графику, мкг/мл;

В – объем фильтрата, взятый для анализа, мл;

К1 – коэффициент перевода сульфата в чистую серу, равен 0,333;

К2 – коэффициент гигроскопичности;

М – навеска листьев, взятая для озоления, г;

104 – множитель для перевода мкг в г и %.

Для расчета коэффициента гигроскопичности К2 использовали результаты взвешиваний навески номер два. Расчет производили по формуле: К2 = 100/100- (Д/Еּ100%)

где К2 – коэффициент гигроскопичности анализируемого растительного материала;

Д – разность масс навески до и после высушивания, г;

Е – масса сырых листьев, г.

2.2.3. Исследование изменения морфометрических показателей рябины обыкновенной

Основным сравниваемым элементом мы взяли годичный побег. Под годичным побегом мы понимаем побег, развивающийся из почки возобновления в течение одного вегетационного периода (Серебряков, 1952). В качестве изучаемых морфометрических признаков были выбраны длина и ширина листовой пластинки, длина черешка, число листочков на сложном листе, площадь листовой пластинки и удельная поверхностная плотность листа (УППЛ).

В основу работы положена концепция дискретного описания онтогенеза (Работнов, 1950,б; Уранов, 1975; Ценопопуляции.., 1976, 1988; Жукова, 1995). Исследование морфологической изменчивости осуществлялось на десяти деревьях средневозрастного онтогенетического состояния в каждой точке исследования. Выделение возрастных состояний проводилось на основании онтогенеза рябины обыкновенной, описанного Ю.А. Дороговой и Л.В. Прокопьевой (Онтогенетический..., 2000). С каждого дерева бралось по 10 побегов на высоте 2 м.

Площадь листовой пластинки и удельную поверхностную плотность сложного листа рябины обыкновенной определяли методом высечек. С каждой точки брали листья без черешков. Взвешивали их с точностью до 0,01 г. Затем из листьев с помощью остро заточенного цилиндрического сверла диаметром 1 см вырезали высечки и взвешивали их на аналитических весах. Для определения УППЛ помещали высечки в сушильный шкаф при температуре 100°С до полного высушивания и затем снова взвешивали на аналитических весах.

Площадь высечек S выс., определяли по формуле, мм2:

S выс = π D 2 / 4

где π = 3,14;

D – диаметр сверла, мм.

Далее определяли площадь листовых пластинок S лис., по формуле, мм2:

S лис. = S выс с / в

где в – масса высечек, мг;

с – масса листьев, мг.

УППЛ определяли по формуле, мг:

УППЛ = а / S лис

а – масса высушенных высечек, мг.

Статистическая обработка проводилась с использованием пакета программ Statistic for Windows 5.0.

3. Результаты исследования и обсуждение результатов

3.1.Характеристика атмосферного воздуха в городе Йошкар-Ола

Программой мониторинговых наблюдений за состоянием атмосферы в городах РФ предусматривается измерение концентраций основных (неспецифических) загрязнителей: пыли, ангидрида сернистого, азота диоксида и углерода оксида, а так же определенных для каждого города веществ (Гелашвили, 2000; Воскресенская, 2004).

Основные стационарные источники загрязнения города – это объекты энергетики, химико-фармацевтическая, машиностроительная, пищевая промышленность и промышленность строительных материалов. Наибольший вклад в загрязнение города Йошкар-Олы вносят электроэнергетика и химико-фармацевтическая промышленность и транспорт (Государственный доклад…, 2003). Основными вредными ингредиентами загрязняющими воздух являются пыль, ацетон, диоксид азота, диоксид серы, углеводороды, фтористые соединения (Хвастунов, 1999).

Для обеспечения экологической безопасности населения и природной среды необходимо, чтобы количество выбрасываемого в атмосферу вещества в единицу времени (мощность выброса) источником загрязнения атмосферы не приводило к превышению ПДК этого соединения. С этой целью для каждого источника загрязнения устанавливается предельно допустимый выброс вредных веществ в атмосферу (ПДВ). При этом выбросы вредных веществ, от данного источника и от совокупности источников, с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере, не создают приземистую концентрацию. То есть на высоте 1,5 – 2,5 м от поверхности земли, превышающую их ПДК для населения, растительного и животного мира (Гелашвили, 2000) (табл. 4).

Таблица 4 - ПДК некоторых загрязняющих веществ в атмосферном воздухе для растений и человека (по В. С. Николаевскому, 1988), мг/м3

* Для человека приведены ПДК максимально разовые

Нами было проведено исследование по выявлению пыли, ангидрида сернистого, азота диоксида, углерода оксида и аммиака в атмосферном воздухе города Йошкар-Олы.

3.1.1. Содержание пыли

Пылевидные частицы, содержащиеся в воздухе во взвешенном состоянии, оседают на надземных органах растений при соприкосновении с ними или под действием гравитационных и электрических сил. Осевшие на листьях пылевидные частицы создают дополнительный экран на пути проникновения лучей к хлоропластам, в большей или меньшей мере поступают во внутренние ткани листа и тем самым нарушают его нормальную жизнедеятельность (Соловьева, 2001).

Многие растения обладают пылеустойчивостью, например, такие как: вяз гладкий (Uimus laevis L.), липа сердцелистная (Tilia cordata L.), ель колючая (Picea pungens Engelm.), каштан конский (Aesculus hippocastanum L.), клен остролистный (Acer platanoides L.), можжевельник обыкновенный (Juniperus communis L.), черемуха обыкновенная (Padus racemosa (Lam.) Gilib.) и другие (Хвастунов, 1999). Задержке пыли способствует наличие на листьях опушения, так же противодействуют процессу оседания пыли, часто выпадающие осадки, смывающие с поверхности листа осевшие частицы и вымывающие адсорбированные поверхностными тканями ингредиенты.

Запыленность атмосферы нарушает работу устьичного аппарата растений, ограничивает процесс транспирации, ослабевает процесс фотосинтеза, понижает уровень сахаров в тканях, темпы накопления сухого вещества и роста растений (Артамонов, 1986).

Нами был проведен лабораторный анализ отобранных проб воздуха на наличие пыли в атмосферной среде города Йошкар-Олы.

Рис 1. Содержание пыли в атмосферном воздухе.

Как можно видеть из рисунка 1, высокая концентрация пыли в воздушной среде города была обнаружена на всех исследуемых улицах, кроме Сосновой рощи. На улице Суворова содержание исследуемого загрязнителя было наибольшим и составило 0,69 мкг/м3. На улице Крылова содержание пыли составило 0,56 мкг/м3. Для улиц Карла Маркса и Героев Сталинградской битвы показатели по данному загрязнителю имели примерно одинаковые средние значения и составили 0,37 и 0,35 мкг/м3 соответственно. Достаточно низкие показатели по концентрации пыли были получены в Парке культуры и отдыха XXX-летия ВЛКСМ и составляли 0,28 мкг/м3.

Таким образом, содержание исследуемого загрязнителя в воздухе колебалось в пределах от 0,28 до 0,69 мкг/м3. Причем превышение содержания пыли по сравнению с ПДК было выявлено на всех исследуемых улицах, за исключением контрольной. Установленная предельно-допустимая концентрация для данного загрязнителя в атмосферном воздухе составляет 0,2 мкг/м3 (табл. 4) (Руководство по контролю…, 1991). На улице Суворова содержание пыли по сравнению с ПДК составило 3,45 ПДК. В остальных перечисленных районах наблюдения концентрация пыли гораздо ниже, но и там наблюдается превышение предельно допустимой концентрации.

3.1.2. Содержание диоксида азота

Другим не менее опасным загрязнителем воздуха является и диоксид азота. Даже при незначительных его концентрациях происходит изменение цвета листьев и хвои, а при кратковременном действии больших доз обнаруживаются буровато – черные участки, изменения эпидермы растений (на вершине и по периферии листовой пластинки появляются буровато – черные участки, кончики хвоинок приобретают темно-красный цвет). По А.И. Хвастунову (1999), пороговая концентрация диоксида азота, принимаемая в качестве максимальной разовой для растений, составляет 0,02 мг/м3. Двуокись азота даже в очень слабых концентрациях (0,01 мг/м3) вызывает нарушение азотного обмена у растений, а так же влияние окислов азота оказывает отрицательное действие на процесс фотосинтеза (Артамонов, 1986). ПДК, установленное для диоксида азота, составляет 0,04 мг/м3 (табл. 4) (Руководство по контролю…, 1991).

Таким образом, из результатов проделанной нами работы видно, что показатели данного загрязнителя ни на одной из улиц не превысили ПДК (рис. 2). Наибольшая степень загрязнения диоксидом азота характерна для улицы Крылова (около завода ММЗ) и составила 0,033 мг/м3, а наименьшая для Сосновой рощи, где равнялась 0,004 мг/м3. Также низкие значения отмечены в Парке культуры и отдыха XXX-летия ВЛКСМ - 0,009 мг/м3. Лабораторный анализ проб воздуха, отобранных возле Мясокомбината и на улице Героев Сталинградской битвы, показал следующие результаты - 0,017 и 0,013 мг/м3 соответственно.

Рис. 2. Содержание диоксида азота в атмосферном воздухе.

Необходимо отметить, что растения, интенсивно поглощающие и усваивающие окислы азота и дающие большую биомассу, могут играть важную роль в очистке окружающей среды от этих фитотоксикантов.

3.1.3. Содержание углерода оксида

Соединения углерода являются наиболее распространенными веществами, поступающими в атмосферу в результате сжигания и переработке органического топлива. Особенно высокая концентрация угарного газа в воздухе наблюдается на перекрестках больших автомагистралей при скоплении автотранспорта, а так же на улицах с интенсивным движением. Угарный газ является сравнительно малотоксичным для растений, поскольку они обладают способностью окислять его до углекислого газа и связывать затем в фотосинтетическом цикле. Отрицательное влияние СО на растения проявляется при сравнительно высоких концентрациях – более 1%.

Показано, что угарный газ вызывает уменьшение проницаемости клеточных мембран. Одна из характерных особенностей действия угарного газа – его способность к образованию комплексов с железо- и медьпротеидами (например, цитохромоксидазой), что подавляет процесс дыхания растений (Артамонов, 1986).

Наши исследования по выявлению оксида углерода в атмосферном воздухе города Йошкар-Олы показали наиболее высокое его содержание на улице Карла Маркса, концентрация анализируемого вещества равнялась 2,0 мг/м3. На улицах Крылова, Суворова (около завода «ММЗ») и в Парке культуры и отдыха XXX-летия ВЛКСМ концентрация оксида углерода имела одинаковое значение и равнялась 1,7 мг/м3. Минимальное значение по данному показателю выявлено нами для улицы Героев Сталинградской битвы и в Сосновой роще, где составляло 1,3 и 1,4 мг/м3. Установленная предельно-допустимая концентрация для данного загрязнителя равна 3,0 мг/м3 (Руководство по контролю…, 1991). За период нашего наблюдения превышение концентрации оксида углерода относительно уровня ПДК не наблюдалось.

Рис. 4. Содержание оксида углерода в атмосферном воздухе.

Следует напомнить, что влияние угарного газа отрицательно сказывается на жизнедеятельности растений, но в большей степени на здоровье человека. По содержанию в выхлопных газах оксид углерода занимает первое место, однако он столь же эффективно поглощается растениями. Интенсивность связывания СО у разных видов растений различна. Отмечено активное усвоение угарного газа, кленом, осиной, елью (Артамонов, 1986). В результате первичного окисления из окиси углерода образуется углекислый газ, который потребляется растениями в ходе фотосинтеза. 

3.1.4. Содержание аммиака

В последние годы все чаще обнаруживаются поражения на растениях, вызванные действием аммиака. В непосредственном близости от крупных животноводческих комплексов повреждаются хвойные деревья в результате разложения мочевины и мочевой кислоты или при сжигании нечистот, содержащих аммиак. В меньших размерах те же явления наблюдаются вблизи коксохимических заводов и предприятий по производству удобрений и мочевины (Илькун, 1978).

ПДК, установленная для аммиака составляет 0,1 мг/м3 (табл. 4) (Руководство по контролю…, 1991). Таким образом, из результатов проделанной нами работы видно, что показатели данного загрязнителя ни на одной из улиц не превысили ПДК (рис. 5). Наибольшая степень загрязнения аммиаком характерна для улиц Суворова (около завода ММЗ) и для Парка культуры и отдыха XXX-летия ВЛКСМ и составила 0,053 и 0,051 мг/м3 соответственно, Чуть меньше обнаружено на улице Крылова (около завода Искож) – 0,04 мг/м3. Для улицы Карла Маркса степень загрязнения составила 0,032 мг/м3, а наименьшая степень загрязнения NH3 была выявлена на улице Героев Сталинградской битвы и равнялась 0,022 мг/м3, в Сосновой роще среднее значение концентрации этого газа равно 0,019 мг/м3 .

Рис. 5. Содержание аммиака в атмосферном воздухе.

3.1.5. Содержание ангидрида сернистого

По четырех балльной шкале опасности сернистый ангидрид относиться к третьему классу токсикантов. Серный ангидрид благодаря высокой гигроскопичности быстро реагирует с водяным паром атмосферы и превращается в аэрозоль серной кислоты, который проникает в хлоропласты и взаимодействует с зеленым пигментов хлорофиллом, вызывая превращение его в феофетин. Этот процесс сопровождается падением уровня каратиноидов, снижением уровня фотосинтеза (Соловьева, 2003).

Как свидетельствуют полученные в ходе лабораторного анализа показатели концентраций ангидрида сернистого, наиболее высокое его содержание в атмосферном воздухе обнаружено на улице Крылова – 0,45 мг/м3 (рис. 3). По сравнению с ПДК, установленной для ангидрида сернистого, равной 0,03 мг/м3 (табл. 4), наблюдается превышение в 15 раз. На улицах Карла Маркса и Суворова выявлено превышение концентрации сернистого ангидрида в воздухе в 12,3 и 5 раза соответственно. Самое низкое содержание SO2 в воздухе обнаружено в Парке культуры и отдыха XXX-летия ВЛКСМ и на улице Героев Сталинградской битвы равное 0,09 и 0,07 мг/м3 соответственно, но даже здесь наблюдается превышение в 3-2,3 раза. Только в Сосновой роще, выбранной нами в качестве контрольной точки, содержание в атмосферном воздухе сернистого ангидрида нами практически не выявлено.

Рис. 3. Содержание сернистого ангидрида в атмосферном воздухе.

Очень важно учитывать при создании санитарно-защитных зон и при озеленении города газопоглотительную способность и устойчивость растений к SO2. Прекрасными объектами для озеленения загазованных районов по Н.П. Красинскому и Е.И. Князевой (1950) являются тополь серебристый (Populus alba L.), клен яснелистный (Acer negundo L.), ива белая (Ulmus laevus L.). Рябину обыкновенную (Sorbus aucuparia L.) данные авторы отнесли к нерекомендуемому виду для озеленения промышленных территорий, так как данный вид имеет крайне низкую газоустойчивость (Кулагин, 1974).

3.1.6. Расчет единичного индекса загрязненности атмосферы

Экологическое состояние атмосферного воздуха определяется целой системой показателей, учитывая которые можно произвести оценку степени загрязнения воздуха различными веществами и соединениями, поступающими в атмосферу в результате выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) промышленными и транспортными источниками (Гелашвили, 2000).

Основным критерием качества атмосферного воздуха являются ПДК, утвержденные Минздравом России (табл. 4). Поэтому для оценки состояния или степени загрязнения атмосферы, в качестве интегрального показателя, используются единичные осредненные и разовые показатели загрязнения атмосферы, которые при нормировании на ПДК, называются единичными индексами загрязнения атмосферы (ИЗА). Так как нами была определена разовая концентрация загрязняющих веществ в атмосфере, измеренная путем отбора проб за 20÷30 минутный период, поэтому расчет ИЗА устанавливаем по соотношению для каждого загрязняющего вещества:

qi / ПДКм.р. < 1

где qi – разовая концентрация загрязняющих веществ

В курортных зонах и в городах с численностью более 200 тыс. человек воздух должен быть чище: для них в выше представленном неравенстве вместо единицы применяют 0,8 (Санитарные нормы и правила…, 1971).

Таблица 5 - Единичные индексы загрязненности атмосферы

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что наибольшее токсическое влияние на древесные растения в нашем городе оказывает диоксид серы и пыль, так как ИЗА превышен во всех точках, кроме Сосновой рощи.

3.2. Содержание серы в листьях рябины обыкновенной

В отличие от некоторого регулирования корнями поглощения катионов и анионов из почвы, растения практически не способны регулировать поглощение вредных веществ ассимилирующими органами из воздуха. Это приводит к тому, что вредные компоненты накапливаются в листовом аппарате растений (Кулагин, 1974).

Действие вредных веществ зависит от их вида, концентрации, длительности воздействия, а так же от относительной восприимчивости видов растений к различным загрязнителям. Для растений одним из наиболее опасных загрязнителей атмосферы является, сернистый ангидрид (Методические указания.., 1992). Максимально допустимая разовая концентрация SO2 для растений равна 0,02 мг/м3. Подавление фотосинтеза у наземных растений уже ощутимо при концентрации SO2 0,03 – 0,05 мг/м3. Концентрация SO2 свыше 0,4 мг/м3 даже при кратковременном воздействии может вызвать тяжелые нарушения в органах ассимиляции и некрозные изменения (Майснер, 1981).

В то же время сера входит в число основных питательных элементов, необходимых для жизни растения. Она поступает в них, главным образом, в виде сульфатов. В последнее время появились данные о том, что растения в качестве источника серы способны использовать SO2 атмосферы. Благоприятный эффект низких концентраций SO2 в воздухе наблюдается на рост растений при отсутствии SO4 в питательной среде (Гудериан, 1979). Однако подобное действие диоксид серы может оказывать лишь в концентрациях, не превышающих 0,2 мг/м3. В большинстве серосодержащих органических соединений сера находится в восстановленной форме. Процесс восстановления сульфата, обеспечивающий включение серы в серосодержащие аминокислоты, локализован преимущественно в листьях (в хлоропластах) и является ключевым в ассимиляции серы высшими растениями. Включение серы в органические вещества происходит следующим путем: активирование сульфата, восстановление серы и, наконец, само включение (Лесные экосистемы.., 1990).

Сера входит в состав важнейших аминокислот – цистеина и метионина, которые могут находиться в растениях как в свободном виде, так и в составе белков. Одна из основных функций серы в белках и полипептидах – участие SH-групп в образовании ковалентных, водородных, меркаптидных связей, поддерживающих трехмерную структуру белка. Другая важнейшая функция серы в растительном организме состоит в поддержании определенного уровня окислительно-восстановительного потенциала клетки. Сера входит также в состав важнейших биологических соединений – коэнзима А и витаминов (липоевой кислоты, биотина, тиамина).

Недостаточное снабжение растений серой тормозит синтез серосодержащих аминокислот и белков, снижает фотосинтез и скорость роста растений, особенно надземной части. В острых случаях нарушается формирование хлоропластов и возможен их распад (Сергейчик, 1984).    

Нами был проведен лабораторный анализ по выявлению содержания серы в листьях рябины обыкновенной, в шести различных районах города. Наши исследования показали, что самая высокая концентрация серы, обнаружена в листьях рябины обыкновенной, произрастающей на улице Крылова и равнялась 1,4 мг/г. Интересно, что для этой же улицы характерна самая высокая концентрация сернистого ангидрида в воздухе 0,45 мг/м3 (табл. 6). На улице Карла Маркса концентрация серы в листьях составляла 1,2 мг/г, а концентрация сернистого ангидрида в воздухе имела значение 0,37 мг/м3. Разница между этими двумя точками статистически не значима (Р>0,05). На улице Суворова (около завода «ММЗ»), концентрация серы в листьях составила 1,0 мг/г, а концентрация сернистого ангидрида в воздухе - 0,15 мг/м3. Почти одинаковые значения концентрации серы в листьях были получены в Парке культуры и отдыха XXX-летия ВЛКСМ и на улице Героев Сталинградской битвы и равнялись 0,86 и 0,85 мг/г, в то время как содержание сернистого ангидрида в воздухе на этих же улицах составило 0,09 и 0,07 мг/м3 соответственно (табл. 6). Наименьшая концентрация серы в листьях была обнаружена на улице Кирпичной (Сосновая роща) и была равна 0,47 мг/г, а в воздухе содержание SO2 нами практически не обнаружено (табл. 6).

Таблица 6 - Содержание серы в листьях рябины обыкновенной

Таким образом, из результатов нашей работы видно, что существует прямая зависимость между содержанием сернистого ангидрида в воздухе и содержанием серы в листьях. Данная зависимость установлена с помощью корреляционного анализа r = 0,94 (Р<0,005) (рис. 6).

Рис. 6. Зависимость между содержанием сернистого ангидрида в воздухе и серы в листьях рябины обыкновенной.

3.3. Изменение длины годичного побега рябины обыкновенной

Одним из перспективных подходов в изучении компонентов экосистем является оценка состояния их популяций и стабильности развития, которая обеспечивается сложным регуляторным аппаратом, защищающим нормальное формообразование от возможных нарушений как со стороны отклонений во внутренних факторах, так и со стороны изменений в факторах внешней среды (Влияние загрязнения.., 1989). Различные показатели могут быть использованы для оценки состояния организма и выявления его возможных изменений (Илькун, 1978, Косулина, 1993).

Мы проследили изменение длины годичного побега у рябины обыкновенной и получили следующие результаты. Самый высокий прирост длины годичного побега наблюдался у растений, произрастающих в Сосновой роще, и составил 81,8±3,13 мм. Важно отметить, что на данной улице нами выявлено минимальное содержание сернистого ангидрида в воздухе – 0,001 мг/м3 (прил. 2). Чуть ниже прирост длины годичного побега наблюдался в Парке культуры и отдыха XXX-летия ВЛКСМ и равнялся 71±3,54 мм, а содержание SO2 в воздухе составило 0,09 мг/м3. Аналогичная зависимость была характерна и для улиц Героев Сталинградской Битвы и Суворова, но отметим, что разница между этими тремя точками статистически незначима (табл. 7). Самый маленький прирост был замечен на улицах Крылова и Карла Маркса и составил 48±1,67 и 52±1,96 мм соответственно, а содержание сернистого ангидрида на этих улицах было самым высоким (0,45 и 0,37 мг/м3) (прил. 2). Отмечено, что разница между этими двумя точками статистически незначима (Р>0,05). Разница в длине годичного прироста рябины обыкновенной между всеми остальными точками статистически значима (Р<0,05) (табл. 7).

Страницы: 1, 2, 3