Влияние загрязнения атмосферного воздуха на состояние рябины обыкновенной

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).

Таблица 7 - Результаты множественных сравнений длины годичного прироста

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7