Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №20 (апрель) 2015
Разделы: Экология
Размещена 29.04.2015. Последняя правка: 06.05.2015.

Оценка путем биоиндикации загрязнения атмосферного воздуха равнинных и горных регионов Ташкентской области по изменению биопоказателей хвои сосны обыкновенной (Pinus Silvestris)

Аскарходжаев Нодир Ахмедович

Кандидат биологических наук

Национальный Университет Узбекистана им. М.Улугбека

Доцент

Б.Т.Курбанов к.т.н.,Национальный центр геодезии и картографии К.У.Аскарходжаева к.б.н., НИХД им.К.Бехзода,


Аннотация:
В статье представлены данные о возможной эффективной биоиндикации загрязненности атмосферного воздуха по изменению морфологии хвои сосны обыкновенной, широко культивируемой в нашем регионе в последнее время, что имеет большое значение для аграрного сектора Республики.


Abstract:
The article presents data on the possible effective bioindication of air pollution on changes in the morphology of needles of Scots pine is widely cultivated in our region in recent times, which is important for the agricultural sector of the Republic.


Ключевые слова:
загрязнения атмосферного воздуха; окружающая среда; биоиндикация;биомониториг; сосна обыкновенная (Pinus Silvestris)

Keywords:
air pollution; environment;bio-indication; biomonitorig; Scots pine (Pinus Silvestris)


УДК 528.9:681.3:577.4:574

Введение

Среди проблем окружающей природной среды проблема загрязнения атмосферного воздуха занимает особое место. Известно, что существуют растения индикаторы загрязненности окружающей среды, которые могут эффективно использоваться для мониторинга загрязнения  атмосферного воздуха. [5]

Действительно в настоящее время разработана концепция комплексного экологического мониторинга природной среды (Израиль 1999),составной частью которого должен быть биологический мониторинг,  осуществляемый на станциях  фонового мониторинга, как в городах, так и в сельской местности.

В нашей республике мониторинг состояния атмосферного воздуха ведется в крупных городах.  Главный источник загрязнения воздуха в крупных городах — повышенное содержание вредных примесей в приземном слое воздуха, вызванное выбросами промышленных предприятий, выхлопными газами автотранспорта и другими факторами[1]

Однако проведение регулярных стационарных наблюдений связано с высокими затратами на оборудование и расходные материалы, что ограничивает возможности их более широкого и повсеместного использования.

Большое внимание, уделяемое биологическому мониторингу определяется рядом обстоятельств.

Во первых измерение физических и химических параметров загрязненности природной среды более трудоёмко по сравнению  методами биологического мониторинга.

Во вторых в окружающей природной среде нередко присутствуют не один, а несколько токсичных компонентов.

При этом довольно часто возникает синергизм в их действии на живые организмы, при котором суммарный эффект превышает действие, оказываемое каждым компонентом в отдельности.

Иными словами концентрация каждого отдельного компонента комплекса загрязнителей, фиксируемая с помощью физико-химических методов, может казаться неопасной для живых организмов, тогда как их совокупное влияние  является  угрожающим.

Этот синергизм не учитывается физико-химическими методами изучения загрязненности  природной среды, однако он выявляется при использовании биоиндикации.

Разумеется, биомониториг не подменяет и не вытесняет физико-химических методов исследования состояния природной среды. Однако его использование позволяет существенно повысить точность прогнозов сдвигов в экологической обстановке, вызванных деятельностью  человека.

Принципы биомониторинга в настоящее время интенсивно разрабатываются в ряде стран. Весьма важным элементом его является растительный мир, который очень отчетливо реагирует на загрязненность окружающий среды.[3]

Не удивительно, что исследователи рассматривают растения как наиболее чувствительное  и надежные индикаторы загрязненности атмосферы и гидросферы.

Растения, произрастающие в городе, страдают от выхлопных газов автомобилей и выбросов предприятий. Они рано стареют, редеют и искажаются, их крона преждевременно желтеет, и опадают листья и хвоя. У сосен, растущих в городе, поблизости от промышленных предприятий, хвоя опадает тем быстрее, чем сильнее загрязнен атмосферный воздух. В норме хвоя сосны обыкновенной опадает через 3-4 года, тогда как поблизости от промышленных предприятий значительно раньше.

Установлено, что хвоя сосны обыкновенной наиболее чувствительна к загрязнению атмосферного воздуха,  поэтому это растение входит в основной список растительных биоиндикаторов уровня загрязнения атмосферного воздуха. Повышенная чувствительность хвоинок связана с длительным сроком жизни хвои, активным поглощением газов, а также снижением массы хвои, хвойные растения удобны тем, что могут служить биоиндикаторами круглогодично. К тому же сосна обыкновенная    (Pinus Silvestris) достаточно распространенное растение, как в городах Узбекистана, так и в сельской местности Республики. Это растение неприхотливо к местным климатическим условиям почвам и влаге. Валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных и передвижных источников      характеризуют общую антропогенную нагрузку на атмосферный воздух.[4] 

 Материалы и методика исследования

Цель исследования: провести биоиндикацию загрязнения атмосферного воздуха  по жизненному состоянию сосны обыкновенной.

В задачи входило освоение, и применение на практике методики классификации хвои сосны обыкновенной по величине ее повреждения атмосферными загрязнениями сравнение этого явления с контрольными участками, выбранными вдали от производственных объектов и вдали от интенсивных автотранспортных путей-магистралей использованных нами как эталон контроля (таким  контрольным участком послужили сосны на территории Ботанического сада АН РУз).

В данной статье мы представляем данные первой части нашей работы проведенной в условиях Ташкентской области.

Были выбраны ряд участков в Ташкентской области.   Проникающие в ткани растений вредные соединения в различных концентрациях поступают в проводящие сосуды, и поражают фактически все ткани растения, наиболее чувствительные и наглядные повреждения они оказывают на хвою сосны. При повышении концентраций превышающих компенсирующих адаптативные способности хвои сосны, нейтрализующие и противостоящие повреждениям происходят глубокие изменения во всем организме растения на молекулярном уровне, в результате это проявляется  на морфологии растения-индикатора происходит изменение структуры клеток сосудов, тканей. Глубокие органические нарушения в жизнедеятельности ведет, по всей видимости, к сокращению притока воды, минеральных веществ    и дальнейшего отмирания  клеток  и тканей. В результате проведенного исследования на каждом участке высчитано среднее количество хвоинок  имеющих разную степень повреждения и подсчитана процентная их величина.

В выбросах стационарных источников преобладающее значение имеют такие вещества как диоксид серы, оксид углерода, окислы азота, твердые вещества. От стационарных источников в атмосферной воздух поступает более 150 наименований, загрязняющих веществ (включая металлы, бенз(о)пирена,  диоксида серы и специфических высокотоксичных вредных веществ. В общем объеме валовых выбросов  загрязняющих веществ  основная доля приходится на энергетику, нефтегазовую и металлургическую отрасли.

Источниками выбросов диоксида серы является ТЭС и ТЭЦ это связано с тем, что используемый на объектах энергетики газ и мазут являются высокосернистыми, а содержание серы   в исходном сырье  уже находится на уровне 1,8%.[4]

Попадая на хвою в качестве пыли эти вещества, проникая через кутикулы  внутрь клеток вызывают некротические пятна, а далее полное отмирание хвоинок.

На побегах хвои вблизи интенсивных автомагистралей толстым слоем лежит пыль, копоть, сажа, поэтому здесь отмечается высокий процент поврежденной хвои. Учитывая все выше изложенное, сосна обыкновенная выбрана нами как наиболее чувствительное растение к загрязнению атмосферного воздуха. Это растение  наиболее информативно, как по морфологическим и анатомическим изменениям, а  также по продолжительности жизни хвои и уменьшения её массы в загрязненной атмосферы от 30 до 60%.

Полевые наблюдения проводили следующим образом: на каждом  участке выбирали по 3-4 дерева 10-15 летнего возраста с растения собирали по 250 хвоинок из средней части кроны с побегов 2-го года жизни. Для оценки повреждения хвои использовали традиционную методику (М.Андреева 2009г.) классификацию хвои по степени повреждения атмосферным загрязнением. Анализировали хвою по площади повреждения:  хлорозы, некрозы по внешнему виду точки, пятна их количество и интенсивность.

Оценку повреждения хвои осуществляли по  следующим параметром и признакам:

а) Хвоинки имеют значительное число желтых, бурых и черных пятен;

б) Хвоинки имеют немногочисленные пятна;

в) Хвоинки не имеют пятен

Оценку усыхания хвои давали по следующим параметром и признакам:

1) Сухие участки отсутствуют

2) Кончики хвоинки усохшие на 2-5мм

3) Усохли ~30% хвоинки

4) Усохли  более 50% хвоинки или полностью на ощупь жесткая, скрученная.

Такой анализ хвои по степени повреждения атмосферными  загрязнениями дает возможность оценить жизненное благополучие растений-индикаторов и опосредовано судить о степени загрязнения атмосферы на исследуемом участке.

  В экологическом обзоре Узбекистана, основанным на индикаторах указаны 4 уровня загрязнения атмосферы.   В работах Е.Н. Андреевой также приводится  корреляция морфологических признаков изменения хвои сосны   от уровня загрязнения атмосферы. Учитывая все вышеизложенное нами в процессе исследований составлена таблица, согласно которой мы относим определенный обследованный участок к тому или иному уровню  загрязнения.                             

 

Таблица 1. Шкалирование уровня загрязнения атмосферы в зависимости от изменения морфологии хвои сосны обыкновенной  (Pinus silvestris) и состояния организма человека при этом

Уровни загрязнения атмосферы

Морфологические признаки ( по Е.Н. Андреевой) хвои сосны

Состояние организма человека по мнению специалистов ВОЗ

I  Допустимый или не загрязненный

I  Хвоинки без видимых визуально пятен и некоторых точек, видны только под микроскопом площадь повреждения их не превышает 5-15%

I Относительно безопасное состояние

 

 

 

 

II Слабое или низкое  загрязнение

II  На хвоинках немногочисленные пятна хлороза или некроза,  площадь повреждения их от 15-25%

II Функциональные изменения, не превосходящие норму

III Повышенное загрязнение

III  На хвоинках большое количество желтых или черных пятен  хлороза или некроза,  в том числе на всю ширину хвоинки, площадь повреждения их от 25-40%

III  Функциональные изменения,  превосходящие норму

IV Сильное загрязнение

IV Крупные хлорозные или некрозные пятна. Некрозы кончиков хвои (8-10мм) имеют ярко окрашенные тона от серо-зеленого до коричневого и красно-бурого, площадь повреждения хвоинки от 40-60%

IV Повышение заболеваемости и смертности

 
 
Результаты исследований

Как мы наблюдали в основных городах Ташкентского вилоята, хвоя сосны в норме должна вегетировать 3-4 года в загрязненной атмосферном воздухе обладая «памятью» хвоя своей реакцией отражает загрязнения за длительный период на хвоинках, как мы не однократно наблюдали   при загрязнении атмосферы появляются отмирающие участки (некрозы, хлорозы), по степени присутствия или отсутствия которых мы определяли уровень загрязнения атмосферного воздуха. 

Известно  что различные растения-биоиндикаторы выявляют самые различные поллютанты. Хвоя сосны обыкновенной, как показали наши полевые наблюдения    весьма чувствительна к диоксидам серы   и оксидам азота, а также к сероводороду, углеводородам и пыли, а значит к комплексу этих соединений в целом. 

Таблица2. Оценка уровня загрязнения атмосферы в зависимости от повреждения хвои сосны обыкновенной  (Pinus silvestris) в населенных пунктах  Ташкентской области
 
 

Местоположение обследованных участков

% повреждения хвоинок

Уровень загрязнения атмосферы

Янгиюль

16.8

II

Ахангаран

17

II

Бекабад

16.2

II

Алмалык

29.4

III

Ташкент

22.6

II

Чирчик

24.2

II

Ангрен

34.6

III

Аккурган

7.4

I

Алимкент

5.4

I

Газалкент

9.4

I

Оқтош

6.2

I

Озодбаш

7.4

I

Сўқок

7.6

I

Зафар(под.Бекабад)

8.0

I

Хумсан

7.2

I

Юсупхона

6.0

I

Кошроват

12.1

I

Растения - биоиндикаторы это «живые приборы» и при полевых наблюдениях позволяют дать общую оценку степени загрязнения атмосферы сразу с первого взгляда, по внешнему виду самого дерева (крона, кора, хвоя).

Известно, что Госкомприродой, совместно с другими ведомствами РУз разрабатываются всесторонняя информационная система управления окружающей средой, которая дает возможность обрабатывать большой массив информации по окружающей среде проводимых программ, обзоров, статистических анализов и ГИС   исследований, биоиндикация загрязнения атмосферы посредством  биоиндикаторов, в частности в данном случае , хвои сосны обыкновенной занимает здесь достойное место, давая  дополнительную информацию высокого качества.

Наши собственные исследования по биоиндикации атмосферного воздуха по  некоторым  городам Ташкентской области показали реальную возможность получать дополнительную информацию о состоянии загрязнения атмосферного воздуха по степени повреждения хвои сосны

обыкновенной.

Известно из литературы, что наиболее распространенные загрязнители в исследованных городах Ташкентской области и самом Ташкенте это: сернистый газ SO2, оксиды азота ( N2O, NO, NO2 ), оксид углерода  (угарный газ СО) хлор, формальдегид(НСНО) , фенол (С6 Н5 ОН ), сероводород ( Н2S ) , аммиак (NH3) ,бенз(а)пирен, пыль.

В последние годы общий объем выбросов в атмосферу в г. Ташкенте и городах Ташкентской области сокращается. Это в основном объясняется  некоторым спадом в секторах промышленности и энергетики за счет проведения переформирования и реконструкции предприятий, а также выполнением природохранных  мероприятий.

Общее количество выбросов загрязняющих веществ по ингредиентам распределяется следующим образом:

на оксид углерода приходится -50,3% , углеводороды -15,2%, диоксид серы -16%, окислы азота-8,5%, твердые вещества 6,1% , прочие 3,4%.

В основном источниками выбросов диоксида серы, окислов азота и твердых частиц являются теплоэлектростанции  и районные кательни.

Промышленными источниками металлургических производств выбрасывается: диоксид серы, а также фтористый водород, тяжелые металлы предприятиями нефтяной и газовой промышленности-углеводороды, твердые частицы и пыль.

Заключение

На  основании  анализа  результатов  исследований,  которые представлены  в таблицах  следует сделать следующие выводы: Проведено исследование по биоиндикации и биотестированию негативных воздействий на атмосферный воздух  некоторых промышленных городов Ташкентской области различных поллютантов по состоянию растения сосны обыкновенной (Pinus Silvestris) широко распространенной в этом регионе.

При этом удалось модифицировать традиционные методы биотестирования к субъективным местным условиям и получить ценные данные, основанные на биотические показатели, что весьма важно для аграрной сферы.

Показана принципиальная возможность использования живого организма Сосна обыкновенная как растение биоиндикатора экологического качества атмосферного воздуха.

Библиографический список:

1. Аскарходжаев Н.А., Курбанов Б.Т. Методика био-индикации загрязнения атмосферного воздуха по степени повреждения хвои сосны обыкновенной (Pinus Silvestris). Материалы Международной научно-практической конференции “Проблемы комплексного обустройства техноприродных систем”. Часть IV. «Экология окружающей среды». Москва 2013.С.20-26.
2. Курбанов Б.Т., Аскарходжаев Н.А. К вопросу анализа загрязнения атмосферного воздуха с использованием биоиндикаторов на базе ГИС-технологий//Современные энерго- и ресурсосберегающие, экологически устойчивые технологии и системы сельскохозяйственного производства. Сборник научных трудов. (выпуск 10). Рязань 2013. С..357-365.
3. Б.Т.Курбанов, Н.А.Аскарходжаев, Ш.С.Закиров, А.Б.Примов. Анализ и прогноз динамики экологического состояния Айдаро-Арнасайского озерного комплекса. Сборник научных трудов. Выпуск 5.Москва-Рязань 2012, с.410-414.
4. Курбанов Б.Т., Аскарходжаев Н.А. К вопросу решения проблемы оценки состояния атмосферного воздуха с использованием биоиндикаторов на базе ГИС и ДЗЗ. Материалы Международной научно-практической конференции “Проблемы комплексного обустройства техноприродных систем”. Часть IV. «Экология окружающей среды». Москва 2013. С.183-189.
5. Полякова А. Биоиндикаторы и методы биоиндикации загрязнения среды / А. Полякова, В. Поляков, Н. Ластовец и др. // Экол. вестн. России. 2002. - № 11.-С. 49-59.
6. Смуров А.В. Биодиагностика как инструмент получения объективных данных о качестве среды. В кн.» Биодиагностика в экологической оценке почв и сопредельных сред» М. 2013Ст.197.




Рецензии:

30.04.2015, 13:17 Воробьёв Сергей Александрович
Рецензия: В исследованиях автором сделан акцент на проблему учета местных условий антропогенного воздействия на такую породу зеленых насаждений как сосна обыкновенная. Учет особенностей местных географических и антропогенных факторов на сегодняшний день является очень актуальным, так как одни и те же растения-биоиндикаторы по-разному проявляют себя в разных географических широтах. В то же время, процент пород зеленых насаждений одинаковых для центров различных городов все время увеличивается (городская флора беднеет). Все больше для оценки качества окружающей среды в городских условиях приходится использовать ограниченный набор растений-биоиндикаторов. Поэтому исследование возможности использования как биоиндикатора такой распространенной породы зеленых насаждений как сосна обыкновенная интересна и актуальна. Статья структурирована, материал отличается четкостью изложения и может быть рекомендована к печати.

06.05.2015 19:19 Ответ на рецензию автора Аскарходжаев Нодир Ахмедович:
Уважаемый, Сергей Александрович выражаем Вам глубокую признательность за внимание и детальный анализ нашей работы. Ваши суждения по теме мы с ними совершенно согласны, они несомненно имеют значительный теоретический интерес и практическую ценность. И будут служить совершенствованию наших дальнейших исследований. С уважением, Аскарходжаев Н.А.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх