Охрана окружающей среды и контроль уровня её загрязнения требуют привлечения эффективных и доступных методов изучения состояния природных комплексов. В настоящее время разработаны различные подходы к оценке экологического состояния городской среды, среди которых одним из наиболее доступных и перспективных направлений является биоиндикация загрязнений, основанная на изучении различных биологических, физиологических, анатомических и других отклонений в развитии организмов, возникающих под действием внешних факторов [5]. Перспективность биоиндикационных методов исследования заключается в том, что использование в качестве индикаторов состояния окружающей среды живых организмов позволяет дать комплексную оценку качества среды, а также выявить пути поступления и закономерности накопления в экологических системах различных загрязняющих веществ [8].
В соответствии с мнением В.М. Захарова [1, 2], под качеством среды понимается её состояние, необходимое для обеспечения здоровья человека и других видов живых существ. Для оценки этого качества необходимо определить степень нарушенности стабильности развития наиболее массовых видов. Наиболее простым и доступным способом подобной оценки является определение величины флуктуирующей асимметрии билатеральных морфологических признаков. Для оценки экологического состояния городской среды предпочтительно использовать древесные растения, что неоднократно указывалось в различных научных трудах по данной тематике [6, 7, 9]. Величина флуктуирующей асимметрии для древесных растений выражается в виде интегрального показателя стабильности развития, рассчитываемого на основе асимметрии правой и левой половинок листовой пластинки растения. Для оценки качества окружающей среды по величине этого показателя обычно используется пятибалльная шкала [2] (табл. 1).
Таблица 1
Шкала оценки отклонений состояния организма от условной нормы [2]
|
Балл |
Качество среды |
Величина показателя стабильности развития |
I |
Условная норма |
< 0,040 |
|
II |
Растения испытывают слабое влияние неблагоприятных факторов |
0,040 - 0,044 |
|
III |
Загрязненные районы |
0,045 - 0,049 |
|
IV |
Сильно загрязненные районы |
0,050 - 0,054 |
|
V |
Крайне неблагоприятные условия, растения находятся в сильно угнетенном состоянии |
> 0,054 |
Наиболее массовыми видами древесных растений, выбранными в качестве видов-индикаторов для оценки качества окружающей среды города Воронеж, являются берёза повислая (Betula pendula Roth.) и тополь пирамидальный (Populus pyramidalis Borkh.). Отбор материала и расчет показателей стабильности развития видов производился нами в соответствии с «Методическими рекомендациями по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ» [4]. На рассматриваемой территории г.Воронежа сбор листьев осуществлялся в 26 точек, равномерно распределенных по территории города и расположенных в функциональных зонах с разной степенью техногенного воздействия. Для этого в пределах городской черты было условно выделено четыре вида функциональных зон: 1) жилая зона с 3-мя подзонами (центральная историческая часть города, включая современную общественно-деловую застройку и «старую» 5-ти-этажную застройку 50-х - 70-хх годов прошлого века; кварталы с современной многоэтажной застройкой; «частный сектор» - преимущественно одноэтажная жилая застройка); 2) зона рекреации; 3) промышленная зона; 4) транспортная зона. На каждую зону (включая подзоны) приходится по четыре точки отбора. Кроме того, произведена выборка в двух «фоновых» точках, находящихся за пределами городской застройки. Схема расположения точек отбора листьев представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Схема расположения точек отбора листьев березы повислой и тополя пирамидального
При оценке качества окружающей среды для каждой выборки был рассчитан интегральный показатель стабильности развития и присвоен тот или иной балл в соответствии с таблицей 1. На основании полученных данных при помощи геоинформационно-аналитического комплекса, созданного в программной среде ГИС MapInfo Professional [3], была составлена карта стабильности развития видов, дающая наглядное представление об уровне загрязнения городской среды Воронежа (рис. 2).
Рис. 2. Пространственное распределение интегрального показателя стабильности развития видов
Зоны, в которых выявлены неблагоприятные условия, что соответствует IV - V баллам, отмечаются вблизи промышленных предприятий и крупных транспортных магистралей. Сопоставление представленной карты с сетью автомобильных дорог и схемой расположения крупных промышленных предприятий на территории г.Воронежа позволяет выявить основные источники антропогенного воздействия на окружающую среду. В левобережной части города к ним следует отнести крупнейшую транспортную артерию – Ленинский проспект, протянувшуюся в меридиональном направлении (в особенности участок кругового движения на пересечении с улицей Остужева), а также такие предприятия как ОАО «Воронежсинтезкаучук», ТЭЦ-1 ОАО «Квадра» и ОАО ХК «Мебель Черноземья». В правобережной части наиболее неблагополучная ситуация отмечается на улицах Матросова (участок кругового движения на пересечении с улицей Краснознаменная), 9 Января, Московском проспекте (на всем протяжении автодорог, с выделением отдельных экстремальных значений вблизи крупных перекрестков). Среди стационарных источников загрязнения следует выделить ОАО «Электросигнал», ОАО "Завод по выпуску тяжелых механических прессов", ЗАО «Воронежский промышленный железнодорожный транспорт».
Наиболее благополучные показатели качества среды (I - II балла) отмечаются в зоне рекреации (левобережные – район больницы «Электроника» и парк «Орленок»; правобережные – район санатория им. М. Горького и парк «Танаис») и в жилой зоне (в частности, в пределах подзоны одноэтажной жилой застройки). Большей же части территории города соответствует средний уровень отклонений от условной нормы (III балла), характеризующий умеренную степень техногенного загрязнения городской среды. К таким микрорайонам относятся кварталы с современной многоэтажной застройкой.
В г.Воронеже контроль за состоянием атмосферы осуществляется на 5 стационарных постах Воронежского ЦГМС – филиала ФГБУ «Центрально-Черноземное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды». Данные постов представляют собой показатели концентрации приоритетных загрязнителей в атмосферном воздухе. Проводя сравнение предоставленной ЦГМС информации с рассчитанными данными по оценке качества окружающей среды, нам удалось выявить взаимосвязь между загрязнением атмосферного воздуха и показателями стабильности развития видов. Максимальная концентрация в воздушной среде всех наблюдаемых поллютантов отмечается в районе поста № 7 (ул. Лебедева, 2), расположенного на границе промышленной и жилой зон вблизи ОАО «Воронежсинтезкаучук». Здесь же находится точка № 2 отбора листьев березы повислой и тополя пирамидального, в которой были отмечены наибольшие показатели флуктуирующей асимметрии по обоим видам-биоиндикаторам. В районах остальных четырех постов концентрации загрязнителей примерно равны. Этот факт позволяет предположить, что посты расположены в сходных по качеству среды районах. Данное предположение полностью подтверждается при сопоставлении схемы расположения постов с картой стабильности развития видов: 3 из 4 постов расположены в зоне среднего уровня отклонений от условной нормы (III балла), а один пост - на границе этой зоны с зоной слабого влияния неблагоприятных факторов (II балла).
В целом величина интегрального показателя стабильности развития видов древесных растений достоверно выше в левобережной части города, что объясняется, с одной стороны, концентрацией здесь многих объектов промышленно-производственного комплекса, а, с другой стороны, - особенностями низменного рельефа местности (левобережной надпойменной террасы), не способствующими самоочищению атмосферы. В условиях преобладающего западного ветропереноса левобережье становится «приемником» отходящих выбросов возвышенного правобережья территории города.
Таким образом, применение методов биоиндикации состояния городской среды по показателю флуктуирующей асимметрии показало, что в городе Воронеж наибольший антропогенный прессинг испытывают микрорайоны, расположенные в промышленной и транспортной функциональных зонах. Наиболее благоприятными для комфортного жизнеобеспечения можно считать зоны рекреации и «частного жилого сектора».
В заключение следует отметить, что применение биоиндикационных исследований является надежным инструментом для комплексной оценки качества городской среды. Конечно, следует учитывать, что причиной возникновения флуктуирующей асимметрии в определенной степени является генетическая обусловленность помимо антропогенной нагрузки [1]. Однако, проведенный выборочно-статистический анализ биоиндикационных признаков позволяет сделать вполне достоверный вывод о том, что данные о качестве среды, полученные на основе расчета интегрального показателя стабильности развития видов древесных растений полностью согласуются с имеющейся информацией о концентрации различных поллютантов в атмосферном воздухе, а также со схемой расположения основных промышленно-транспортных источников загрязнения городской среды.
Исследования проведены в рамках гранта президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских учёных – кандидатов наук (проект МК-1682.2014.5)
Рецензенты:
Анциферова Г.А., д.г.н., профессор кафедры природопользования Воронежского государственного университета, г. Воронеж;
Матвеев С.М., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой лесоводства, лесной таксации и лесоустройства Воронежской государственной лесотехнической академии, г. Воронеж.