«Изучение состояния окружающей среды методом

«Использование результатов биомониторинга для повышения
эффективности управления качеством среды»
Елена Николаевна Краюшкина, Инна Здиславовна Каманина,
Ольга Александровна Савватеева
Научный руководитель: к.б.н., доц. Инна Здиславовна Каманина
ГОУ ВПО МО «Международный университет природы, общества и
человека «Дубна»
Аннотация
Изучено экологическое состояние территории г. Дубны с помощью метода
биоиндикации, основанного на определении величины флуктуирующей
асимметрии билатеральных морфологических признаков.
Повышенные значения коэффициента флуктуирующей асимметрии
отмечается районах с высокой плотностью застройки, большой интенсивностью
движения автотранспорта и в районе влияния предприятий.
Результаты свидетельствуют об устойчивой антропогенной нагрузке на
территории города Дубны.
Предложены возможные мероприятия для улучшения состояния
окружающей среды на территории города Дубна.
Статья
В настоящее время актуальным является использование методов
биомониторинга в наблюдениях за изменениями состояния окружающей среды,
вызванными антропогенными причинами. Методы биологического контроля
качества среды просты в исполнении, дешевы и позволяют вести контроль
качества среды в непрерывном режиме, а также дают возможность экспрессной
оценки экологического состояния городской среды и принятия срочных
решений по ее оздоровлению. Этот метод позволяет провести сравнительный
анализ состояния различных экосистем в настоящий момент времени и на
протяжении ряда лет, а также выявлять тенденции в изменении состояния
окружающей среды.
Изучение экологического состояния атмосферного воздуха в городе Дубна
и его пригородах по данным биомониторинга проводилось методом
флуктуирующей асимметрии листовой пластины древесных пород и
травянистых растений. В качестве биоиндикаторов использовались береза
бородавчатая (Betula pendula), сныть обыкновенная (Aegopodium podagraria),
мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara) и клен остролистный (Acer
platanoides). Все перечисленные растения имеют четко выраженную
двустороннюю симметрию, что является главным требованием метода. Принцип
метода основан на выявлении нарушений симметрии развития листовой
пластины древесных и травянистых форм растений под действием
антропогенных факторов. Чем больше асимметрия листовой пластины, тем
больше загрязнение окружающей среды.
Показатель асимметрии указывает на наличие в среде обитания живых
организмов негативного фактора. Это может быть химическое загрязнение,
изменение температуры, обитание биологического объекта на краю ареала и тд.
Показатель откликается повышением на изменение фактора и стабилен при
адаптации к имеющимся условиям. На основании периодического вычисления
показателя можно проследить изменение условий обитания объекта. [1]
Сбор и обработка биологического материала производился по методике и
сети точек проб отбора разработанными в 1997 году Лабораторией
биоиндикации Калужского государственного педагогического университета им.
Циолковского на 113 точках, равномерно расположенных на территории г.
Дубны. [1] Сбор биологического материала проводился после завершения
интенсивного роста листьев с 25 июня по 8 июля 2008 года. Выборка листьев
древесных растений производилась с нескольких близко растущих деревьев на
площади 10х10 м или на аллее длиной 30—40 м, в исключительных случаях с 23 растений. Выборка листьев с травянистых растений делалась с нескольких
экземпляров на площадке 1 м2. Использованы были только средневозрастные
растения. С одного вида растения было собрано не менее 25 листьев среднего
размера. Листья собирались в нижней части кроны, на уровне поднятой руки, с
максимального количества доступных веток, направленных условно на север,
запад восток и юг. У березы использовались листья только с укороченных
побегов.
Следует отметить, что не во всех точка удалось собрать материал, а только
на 84 точках. Особенно уменьшилась выборка мать-и-мачехи обыкновенной,
всего 16 точек из 113. В предыдущие годы (в 1997, 2003 и 2005 годы) количество
точек с данным видом растений составляет от 32 до 56, причем их количество
уменьшалось в каждом последующем году, в связи с увеличением площади
застроек, уменьшением площади зеленых насаждений и исчезновением
индикаторных видов.
Для прогнозирования изменений состояния окружающей среды
использовались данные предыдущих многолетних исследований.
Компьютерная
обработка
полученных
данных
проводилась
с
использованием программы Microsoft Excel: было вычислено отдельно для
каждой точки взятия проб по каждому виду растений коэффициенты
флуктуирующей асимметрии; интегральный коэффициент флуктуирующей
асимметрии по выборкам.
В 2008 году на большей части города наблюдаются невысокие значения
коэффициента флуктуирующей асимметрии (0,0035 - 0,0065). Повышенные
значения (от 0,0065 до 0,0095) отмечаются в центральной части районов
Большая Волга и Дубна-3, для которых характерна высокая плотность
застройки, большая интенсивность движения автотранспорта. А также в районе
Александровки, где располагаются промышленные площадки сразу нескольких
предприятий, котельная, ГИБДД и высокая интенсивность движения
автотранспорта.
Для каждого вида растений были рассчитаны данные описательной
статистики (стандартная ошибка, стандартное отклонение) и построены графики
по данным описательной статистики за весь период наблюдения (1997, 2003,
2005 гг). На графике статистических параметров интегрального коэффициента
флуктуирующей асимметрии наблюдается увеличение минимального значения
коэффициента флуктуирующей асимметрии и снижение максимального
значения данного параметра по всем предыдущим годам (рис. 1).
Фактически неизменное значение среднего свидетельствует о довольно
устойчивой антропогенной нагрузке.
Статистический анализ полученных данных говорит о высокой сходимости
результатов, нормальности распределения, об их однородности и достоверности.
Картирование полученных результатов выполнялось с помощью
программного комплекса Surfer двумя наиболее эффективными методами:
методом Криге (Kriging) с линейной (Linear) вариаграммой и методом
радиальных базисных функций (Radial Basis Functions). Картосхемы изолиний
распределения коэффициента флуктуирующей асимметрии выполнены по всем
изученным видам растений и распределения интегрального коэффициента (рис.
2). Оба этих метода дали близкие результаты, что говорит о высокой степени
достоверности результатов и о представительности точек на всей территории г.
Дубны.
Мозаичность распределения коэффициента флуктуирующей асимметрии на
территории г. Дубны отмечается в течение всего периода наблюдений с 1997 по
2008 гг., что указывает на большое количество точечных источников
загрязнения окружающей среды.
Было проведено сравнение картирования распределения интегрального
коэффициента флуктуирующей асимметрии за 2008 год с архивными данными
за 1997, 2003 и 2005 года. Сравнительный анализ данных с 1997 по 2008 г
свидетельствует о довольно устойчивой антропогенной нагрузке на территории
г. Дубны.
Рис. 2. Картосхема распределения интегрального коэффициента
флуктуирующей асимметрии, построенная по методу Криге
Количество участков с минимальным значением интегрального
коэффициента, по сравнению с 2005 годом увеличилось и соответствует уровню
1997 и 2003 годов. Это свидетельствует, о возможном оздоровлении состояния
окружающей природной среды.
Для прогноза возможных будущих изменений экологической обстановки в
различных районах г. Дубны были использованы простейшие операции
математического моделирования с помощью программного продукта Microsoft
Excel для пяти районов города Дубны: Левый берег, Большая Волга, Черная
Речка, институтская часть и территория университета, Александровка и дер.
Козлоки (рис. 3).
Рис. 3. Прогноз изменения уровней коэффициента флуктуирующей асимметрии для различных
районов г. Дубны
0,012
0,01
Левый берег
Институтская часть
0,008
Большая Волга
Черная Речка
0,006
Ун-т, Козлоки, Александровка
0,004
0,002
0
1997
2003
2005
2008
прогноз
По результатам расчетов математического моделирования прогнозируется
увеличение значений интегрального коэффициента флуктуирующей для района
Черная Речка, территории университета, Александровки и дер. Козлоки, что
свидетельствует об увеличении техногенной нагрузки в этих районах.
Методы биомониторинга позволяют вести контроль качества среды в
непрерывном режиме, а также дают возможность экспрессной оценки
экологического состояния городской среды и принятия срочных решений по ее
оздоровлению. По данным исследования были предложены возможные
мероприятия для улучшения качества окружающей среды.
С помощью данного метода были выявлены участки с наибольшей
антропогенной нагрузкой на окружающую среду. К таким участкам относятся
центральные части районов Большая Волга, Дубна-3 и район Александровки, где
отмечаются
повышенные
значения
интегрального
коэффициента
флуктуирующей асимметрии (от 0,0065 до 0,0095).
В зонах с высокой плотностью застройки и интенсивным современным
строительством (район Большой волги и Дубны-3) наблюдается исчезновение
индикационных видов растений. В данных районах необходимо проводить
озеленение территории. На данных территориях лучше высаживать деревьякрупномеры, которые будут выполнять свою экологическую функцию
практически сразу же после посадки. Также во время проведения строительных
работ необходимо оставлять как можно больше участков с естественной
природной растительностью.
Несмотря на проведение различных мероприятий, автомобильный
транспорт и дорожно-строительная техника продолжают оставаться наиболее
крупным источником негативного воздействия на окружающую среду. Для
улучшения экологической обстановки необходимо активизировать деятельность
городских и районных комитетов по охране окружающей природной среды и
служб охраны природы. [2]
В районе Александровки отмечается высокая интенсивность движения
автотранспорта (500-700 авт/ч). [2] Необходимо разгрузить данный участок
автодороги, ограничить движение грузовых автомобилей, междугородних
автобусов и легковых автомобилей (в час пик). Провести реконструкцию
данного участка с озеленением прилегающих территорий к данному дорожному
полотну. Озеленение должно выполнять не только эстетическую, но и
экологически-защитную функцию.
В районе Александровки располагаются промышленные площадки сразу
нескольких предприятий, котельная, ГИБДД и др. Без специальных мероприятий
по снижению загрязнения воздуха выбросы могут стать источником серьезного
ухудшения экологической обстановки, а расширение производств и постоянный
рост объемов транспортных средств только усугубляют сложившуюся
обстановку. Таким образом для промышленных предприятий необходимо
производить очистку газовых выбросов от вредных компонентов (оксиды серы,
азота, сероводород, углекислый газ и др) установкой различных фильтров или
применением физико-химических методов. Проведение экологического аудита
на предприятии поможет оценить эффективность управления охраной
окружающей среды, дать оценку экологического риска и предотвратить
возможность штрафных санкций за несоблюдение экологических требований.
Литература
1. Методика сбора и обработки материала для оценки качества среды.
Лаборатория биоиндикации Калужского государственного педагогического
университета им. К.Э. Циолковского, 1997 г.
2. Синева Е.Н. Воздействие автотранспорта на окружающую среду г. Дубна
(анализ и прогноз). Магистерская работа, 2008 г.