CC BY
10
УДК: 504.3.054
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА НЕБЛАГОПРИЯТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ АВТОТРАНСПОРТНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭМИССИЙ НА ВОЗДУШНУЮ СРЕДУ КРАСНОЯРСКА
Л.В. Ставникова, О.А. Есякова, Р.А. Степень
ФБГОУ «Сибирский государственный технологический университет»
660049 Красноярск, пр. Мира, 82; e-mail: Olga-LA83@mail.ru
Показано при исследовании изменений в хвое ели сибирской на участках в разных районах города комплексом био-индикационных методов, что в Красноярске выбросы автотранспорта опаснее промышленной эмиссии.
Ключевые слова: хвоя ели сибирской, автотранспорт, промышленность, загрязнение атмосферы
It is shown that emissions of motor transport it is more dangerous than industrial issue in Krasnoyarsk at research of changes in Siberian spruce needles on sites in different disctricts of the city by a complex of bioindicator methods.
Key words: Siberian spruce needles, motor transport, industry, air pollution
ВВЕДЕНИЕ
Ускоренная автомобилизация населения означает наращивание доли автотранспортной эмиссии в ее общей массе. С учетом низкого уровня выбросов можно ожидать, что АТС представляют большую экологическую опасность по сравнению с промышленными загрязнителями. В связи с значительным различием компонентного состава автотранспортных и промышленных выбросов решение данного вопроса химическими и физико-химическими методами затруднительно. Существенными возможностями для этого располагают биоиндикационные методы, оценивающие опасность воздействия среды по состоянию живых организмов. Целью исследования являлась сравнительная оценка негативного влияния промышленного и автотранспортного загрязнения атмосферы г. Красноярска по морфометрическим, гравитометрическим и биохимическим изменениям ассимиляционного аппарата ели сибирской - высокочувствительной и широко распространенной на территории города древесной породе.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
В качестве основных выбраны участки 30-35летних деревьев ели в Ленинском (№№ 1 и 2) и Советском (.№№ 3 и 4) районах. Первый из них, находящийся преимущественно под воздействием производственно-энергетической эмиссии, находится в 450 м к западу от КрасТЭЦ. На метаболизм ели участка № 2, расположенного на расстоянии около 1 км от первого в непосредственной близости от пр. Красноярский рабочий, негативно влияют автотранспортные выбросы. Под воздействием автотранспортной эмиссии в основном находятся и деревья участка № 3, произрастающие в Гвардейском парке у обочины ул. Тельмана. Определенное влияние на них оказывают и выбросы КрАЗа и КрАМЗа. Для ориентировочного вычленения последних исследовали хвою деревьев в глубине парка (уч. № 4).
В качестве контроля выбрана пробная площадь в еловом массиве в Рыбинском районе (уч. № 5).
Негативное влияние воздействия загрязнения атмосферы оценивали путем визуального обследования деревьев, по изменению морфометрических и гравитометрических показателей, а также по содержанию и составу пигментов и эфирного масла хвои. Для анализа использовалась хвоя 2 года среднего яруса, не подвергающаяся сильному запылению и адаптированная к аэрогенным условиям.
При проведении исследований использовали стандартные методики (Ушанова и др., 2004, Есякова, Степень, 2009). Линейные размеры хвои измеряли линейкой и измерительной лупой, массу - взвешиванием, содержание и состав хлорофиллов и ка-ротиноидов - спектрофотометрически, эфирного масла - волюмометрически с изучением состава методом ГЖХ на хроматографе Хром 5. Колонка с неподвижной фазой 8Б-30 5 % на хроматоне А зернением 0,20-0,25 мм. Анализ проводили при 135 оС с пламенно-ионизационным детектором. Отношение компонентов масла рассчитывали по площадям пиков.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Обследование показало, что деревья на участках №№ 1,2 и 3 находятся в угнетенном состоянии с искривленными стволами. У многих из них отмечается суховершинность и изреженность кроны, хлорозы и некрозы. Средний возраст хвои на участках № 2 и 3 практически 2 года, № 1 - частично 3 года. Средняя высота деревьев и диаметр на уровне 1.3 м на уч. № 2 по сравнению с уч. № 1 соответственно меньше на 7 и 2 %. Еще больше различие (11 и 7 %) этих показателей у деревьев на уч. №№ 3 и 4. Высота и диаметр контрольных деревьев существенно превышают таковые городских посадок. Результаты обследования указывают на усиление негативного воздействия в направлении контроль-промышленность-автотранспорт. Таким же образом уменьшается интенсивность окраски хвои.
З21
Длина, ширина, толщина и рассчитанные по ним №№ 2 и 3) и их слабому сочетанному (уч. № 4) воз-
поверхность и объем хвои деревьев, подверженных действию, а также контрольного участка (№ 5) при-
промышленному (уч. № 1), автотранспортному (уч. ведены в таблице 1.
Таблица 1 - Изменчивость морфометрических показателей хвои ели под воздействием аэрогенного загрязнения
участков ели
№№ участка Длина, мм Ширина, мм Толщина, мм Поверхность, мм2 Объем хвои, мм3
1 16,5±0,4 0,94±0,04 0,78±0,04 15,5 12,1
2 15,3±0,3 0,90±0,03 0,77±0,02 13,8 10,6
3 15,4±0,4 0,92±0,04 0,85±0,05 14,2 12,0
4 17,5±0,3 1,01±0,04 0,89±0,03 17,7 15,7
5 19,1±0,3 1,10±0,03 0,93±0,03 21,0 19,5
Минимальные размеры свойственны для хвои ели 2 участка, расположенного вблизи мощной автомагистрали. Линейные размеры, поверхность и особенно объем хвои сравниваемого и находящегося под промышленно-энергетическим воздействием участка (№ 1), заметно выше. Еще значительнее морфометрические показатели хвои обоих насаждений уступают хвое лесного участка (№ 5). Подобные результаты получены и при измерении хвои ели на участках в Советском районе. Различие морфометрических показателей хвои деревьев примагистрального участка и парка оказалось значительнее: линейные размеры в среднем - на 8,2 %, поверхности - на 19,8 % и объема - на 15,3 %. Вместе с тем, здесь больше и больной хвои, что, по-видимому, связано с повышенным присутствием в атмосфере фтористых соединений (Павлов, 2006).
Превышение хвои ели лесного участка над городскими посадками по линейным размерам около 15 %, поверхности - 27 % и объему - 35 %. Практически одинаковые линейные размеры и поверхность хвои участков №№ 2 и 3 свидетельствуют о близком негативном потенциале автотранспортных выбросов в этих зонах. Этому несколько противоречат их данные по объему. С целью уточнения проведено 5-кратное измерение отобранной с этих деревьев хвои более объективным волюметрическим методом (Прибор..., 2009). Полученные данные показали более узкий интервал объема хвои (соответственно 9,9±0,2 и 10,4±0,2 мм3). В целом, результаты морфометрических анализов подтверждают представление о более опасном характере автотранспортной эмиссии по сравнению с производственно-энергетическими выбросами.
Загрязнение атмосферного воздуха отражается и на биомассе хвои (табл. 2).
Таблица 2 - Биомасса хвои ели, мг/шт
№№ участка Биомасса №№ участка Биомасса
1 4,6 4 4,3
2 5,8 5 6,2
3 5,5 6 5,7
Биомасса хвои деревьев загрязненных городских участков (№№ 1, 2 и 3) превышает хвою относительно чистого, произрастающего в глубине парка насаждения (№ 4). Частично она может увеличиваться за счет включения в метаболизм тяжелых
примесей. Однако, главной причиной, по-видимому, является осаждение на поверхности хвои пыли и других компонентов эмиссии, чему способствует наличие там транспирационной воды и метаболитов. Нарастание массы обусловлено также замедленной транспирацией воды из ассимиляционного аппарата в связи с засмолением и закупоркой устьиц. Биомасса хвои деревьев, находящихся преимущественно под влиянием промышленных выбросов (уч. № 1), меньше таковой прима-гистральной зоны (уч. №№ 2 и 3). Эти данные соответствуют представлению о превалировании автотранспортного воздействия над производственноэнергетическим. Вместе с тем представление о превышении биомассы хвои ели загрязненных насаждений над (чистыми) вряд ли правомерно, о чем свидетельствуют гравитометрические показатели хвои фонового (уч. № 5) и пригородного (уч. № 6) фитоценозов. Вероятнее, что оно обусловлено адсорбцией примесей и засмолением.
Дополнением к обследованию, морфометрическим и гравитометрическим анализам служили биохимические исследования. Считается, что они информативнее отражают изменения, происходящие в организме при загрязнении среды (Мокроно-сов, Гавриленко, 1992, Неверова, Цандекова, 2010). Результаты количественного определения содержания хлорофиллов а и б и каротиноидов и их отношение в хвое насаждений, воздушная среда которых соответственно преимущественно загрязнена промышленными (№ 1) и автотранспортными (№ 2 и № 3) выбросами, а также фонового участка (№ 5), приведены в таблице 3.
Содержание хлорофиллов а и б и каротиноидов, а также отношение суммы хлорофиллов к кароти-ноидам в исследуемых случаях последовательно убывает от фонового насаждения к посадкам ели, подвергающимся воздействию промышленных и автотранспортных средств. Отношение вклада типов хлорофилла возрастает в обратном направлении. Согласно литературным сведениям (Неверова, Цандекова, 2010, Тужилкина и др., 1998), такая изменчивость содержания и структуры пигментов указывает на снижение в этой последовательности активности ассимиляционного аппарата растений и, следовательно, на повышенную опасность автотранспортных выбросов по сравнению промышленно-энергетическими.
Таблица 3 - Изменчивость содержания (мг/г а.с.м.) и структуры пигментов в хвое ели на участках с разной аэрогенной нагрузкой__________________________________________________________________________________________
№№ участка Хлорофилл а Хлорофилл б Отношение Сумма хлорофиллов хлорофиллов а/б а+б Каротиноиды (к) Отношение пигментов (а+б)/к
1 707±11 255±8 Ленинский район 2,73 962 296±8 3,25
2 694±9 243±10 2,96 Советский район 937 292±7 3,21
3 688±11 224±7 3,07 912 281±8 3,25
4 758±15 279±10 2,72 Лесной массив 1039 301±10 3,45
5 934±12 426±8 2,18 1360 346±10 3,95
Выход эфирного масла хвои второго года ис- тяжелых (кислородсодержащей и сесквитерпено-
следованных участков ели и отношение компо- идной) фракций в этих образцах приведены в
нентов монотерпеновой и более таблице 4.
Таблица 4 - Выход и соотношение компонентов фракций эфирного масла хвои ели на участках с разной загрязненностью атмосферы________________________________________________________________________________________
„ Участки ели
Показатели участков -----------г—;---------------—т----------- --------------- --------------— -------
______________________________________№1______________№2______________№3___________№4_______________№ 5
Выход эфирногомасла, % 0,68 0,61 0,64 1,01 0,89
Отношение компонентов
, ^ 0,81 0,68 0, /1 1,32 1, /1
__________фракции масла_______________'_______________'______________'_____________'________________'______
ВЫВОДЫ
Выход и особенно отношение монотерпенов к суммарным кислородсодержащим и сесквитерпено-идным соединениям служат количественным показателем интенсивности загрязнения атмосферы территории (Есякова, Степень, 2010). Слабое загрязнение воздуха стимулирует образование терпеноидов, выполняющих защитную роль в организме. При сильном загрязнении система метаболизма деградирует и вклад терпениодов снижается пропорционально интенсивности воздействия. Кроме того характер загрязнения воздушной среды определяется и компонентным составом эфирного масла. При произрастании в естественных условиях отношение монотерпе-новых углеводородов к сумме кислородсодержащих и сесквитерпеноидных соединений в масле хвои ели 1,5 и выше, в пригородах - 1,2-1,4, в городских районах - 1,0 и ниже в зависимости от загрязненности воздуха. Исходя из результатов исследования ель на уч. №№ 1,2 и 3 испытывает сильное негативное воздействие, на уч. № 4 - оно существенно меньше и на уч. № 5 - фоновое. При этом, судя по значению показателей, выбросы автотранспорта (уч. №№ 2 и 3) опаснее производственно-энергетической эмиссии. Такое заключение подтверждается данными обследования, морфометрических и гравитометрических анализов, а также результатами изучения пигментов хвои.
Таким образом, результаты исследования хвои ели, произрастающей в загрязненных районах Красноярска, посредством комплекса биоиндикационных
методов свидетельствуют о превышении негативного воздействия автотранспортных выбросов производственно-энергетической эмиссии.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Есякова, О.А. Влияние загрязнения воздушной среды на компонентный состав ассимиляционного аппарата ели сибирской / О.А. Есякова, Р.А. Степень // Экологическая химия. - 2009. - № 18(2). - С. 93-98.
Есякова, О.А. Влияние загрязненности воздушной среды Красноярска на терпеноидный состав эфирного масла ели сибирской / О.А. Есякова, Р.А. Степень // Химия растительного сырья. - 2010. - № 4. - С. 137-143. Мокроносов, А.Т. Фотосинтез. Физиолого-экономические и биохимические аспекты / А.Т. Мокроносов, В.Ф.
Гавриленко. - М.: МГУ, 1992. - 320 с.
Неверова, О.А. Фотосинтетическая способность древесных растений как индикатор суммарного загрязнения атмосферного воздуха городской среды / О.А. Неверова, О. Л. Цандекова // Сибирский экологический журнал. -2010. - Т. 17, № 2. - С. 193-196.
Павлов, И.Н. Древесные растения в условиях техногенного загрязнения / И.Н. Павлов. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2006. - 360 с.
Прибор для измерения объема хвои / Р.А. Степень, О.А.
Есякова, О.Н. Амбарцумян. - Патент № 89222. - 2009 г. Тужилкина, В.В. Влияние техногенного загрязнения на фо-тосинтетический аппарат сосны / В.В. Тужилкина, Н.В. Ладанова, С.Н. Плюснина // Экология. - 1998. - № 2. -С. 89-93.
Ушанова, В.М. Основы научных исследований Ч.3. Исследование химического состава растительного сырья / В.М. Ушанова, О.И. Лебедева, А.Н. Девятловская. -Красноярск: СибГТУ, 2004. - 359 с.
Поступила в редакцию 2 марта 2012 г. Принята к печати 7 сентября 2012 г.
