Оценка качества окружающей среды в городе Кировск (Мурманская область) по состоянию хвои ели сибирской
- Авторы: Александрова Е.Ю.1, Троценко А.А.1, Калиновская Л.С.2
-
Учреждения:
- Мурманский арктический государственный университет
- Санкт-Петербургский государственный университет
- Выпуск: Том 9, № 3 (2020)
- Страницы: 10-14
- Раздел: Общая биология
- URL: https://snv63.ru/2309-4370/article/view/50338
- DOI: https://doi.org/10.17816/snv202093101
- ID: 50338
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В статье представлены данные по оценке качества окружающей среды по состоянию хвои ели сибирской (Picea obovata) в городе Кировск Мурманской области за период – осень 2019 года. Подтверждено, что методики биоиндикации состояния окружающей среды с использованием хвойных растений основываются, в первую очередь, на изучении их морфологических и структурных изменений. Выявлено, что состояние хвои ели сибирской в исследуемом районе (г. Кировск Мурманской области) оценивается как удовлетворительное. Средний процент площади поврежденных растений в разных пунктах отбора проб колеблется от 1,96 до 2,4%. С высотой дерева хвоя становится более подверженной усыханию, что может быть связано с увеличением возраста (старением) побегов и хвои, а также с действием абиотических факторов (ветер, осадки). Зависимость величины среднего процента повреждений от высоты не выявлена. Основной вывод заключается в том, что состояние окружающей среды в городе Кировск Мурманской области оценено как «хорошее». Показатели оценки состояния окружающей среды в исследуемых районах отличаются незначительно. Полученные данные могут быть использованы при мониторинге окружающей среды различных районов Мурманской области и других субъектов северных широт, при формировании плана природоохранных мероприятий и экологического мониторинга различных промышленных предприятий Мурманской области.
Полный текст
Введение
С ростом городов и развитием промышленности перед людьми встала проблема загрязнения окружающей среды, в частности – атмосферного воздуха [1, с. 32]. Согласно исследованиям, на загрязнение окружающей среды остро реагируют хвойные древесные растения. Характерными признаками неблагополучной окружающей среды, в частности – газового состава атмосферы, является уменьшение размеров ряда органов, наличие разного рода хлорозов и некрозов. Существует несколько подходов к биоиндикации по хвойным породам деревьев: исследование общего состояния деревьев, определение состояния хвои по некрозам и усыханиям; определение площади поверхности хвои; определение состояния генеративных органов; состояние прироста последних лет; определение продолжительности жизни хвои. Удобство использования хвойных для биоиндикации состоит в том, что наблюдения возможны круглогодично как на небольших, так и на значительных по масштабу территориях [2, с. 50].
Цель исследования: оценить качество окружающей среды по состоянию хвои ели сибирской (Picea obovata) в городе Кировск Мурманской области.
Задачи: проанализировать состояния хвои ели сибирской в трёх районах города Кировск (въезд в город со стороны г. Апатиты, северный склон г. Айкуайвенчорр, гаражный кооператив по ул. 50 лет Октября); оценить состояние окружающей среды в городе Кировск Мурманской области.
Развитие каждого растительного организма включает ряд этапов, характеризующихся различием по морфологическим и физиологическим признакам. При выделении этапов развития хвойных растений используют, главным образом, морфологические признаки. Влияние загрязненного воздуха на растения происходит не только путем прямого действия на ассимиляционный аппарат, но и путем косвенного воздействия через почву [3, с. 90].
Выбор ели сибирской (Picea obovata) в качестве объекта исследования обусловлен широкой распространенностью вида в пределах Мурманской области [4, с. 10]. Сосна обыкновенная, ель, пихта наиболее чувствительны к повышенному содержанию диоксида серы (SO₂) и хлора (Cl) и радиационному заражению. Высокая чувствительность у хвойных также наблюдается (при длительном воздействии) к таким веществам, как: фтороводород (HF), хлороводород (HCl), аммиак (NH₃). Говоря о макроскопических изменениях, следует отметить прежде всего изменения окраски листьев, к которым относятся хлорозы, пожелтение, побурение, побронзовение, посеребрение хвои, что свидетельствует о первых стадиях тяжёлых морфофункциональных изменений у хвойных растений [5, с. 250]. Изменения размеров и формы органов чаще всего носят неспецифичный характер. Так, в окрестностях промышленных предприятий, производящих удобрения, хвоя сосны может увеличиваться под действием нитратов и укорачиваться под действием SO₂. Таким образом, можно говорить о том, что при среднегодовом содержании SO₂ в воздухе до 10 мкг/м³ наблюдается нормальное развитие хвойных растений. [6, с. 101].
Характеристика района исследования
Город Кировск расположен в центре Кольского полуострова. АО «Апатит» – предприятие, оказывающее основное воздействие на состояние окружающей среды городского округа, включает в себя четыре рудника, две обогатительные фабрики. Основной вид выпускаемой продукции – апатитовый, сфеновый и нефелиновый концентраты, используемые в дальнейшем для производства текстиля, фаянса, чистых химических элементов (натрий, алюминий, калий, титан), для производства минеральных удобрений [7].
Для отбора проб было выбрано три точки в разных районах города. Первым местом отбора проб (пункт № 1) был выбран участок на въезде в город Кировск со стороны города Апатиты, расположенный в 40–100 м от основной автодороги, рядом с проселочной дорогой. Расстояние до ближайших жилых домов около 300 м. Рядом протекает река Белая.
Вторым местом отбора проб (пункт № 2) был выбран северный (городской) склон горы Айкуайвенчорр, находящийся в северной части города Кировск. На склонах горы расположены горнолыжные подъёмники и горнолыжные трассы, которые, однако, не затрагивают непосредственно район отбора проб. Основное воздействие на склон оказывает строительство административно-спортивного комплекса СДЮСШОР по горнолыжному спорту, которое продлится до 2022 г. Данный строительный объект следует рассматривать как дополнительный источник выбросов (работа ДВС) [7].
Третьим местом отбора проб (пункт 3) был выбран район гаражного кооператива по улице 50 лет Октября, на склоне, ниже пролегания лыжной трассы, в 100 метрах от дома № 33а.
В каждом пункте было выбрано несколько участков, в которых были отобраны пробы. Описание методики проведения исследования приведено в следующем разделе.
Методы исследования
Анализ хвои по методике О.П. Мелеховой проводится в несколько этапов [8, с. 195]:
1) Путем осмотра побегов с хвоей по количеству мутовок определяется продолжительность жизни хвои.
2) С помощью биологической измерительной лупы, предварительно установив цену деления лупы, производят измерение длины и ширины хвоинок (не менее 50-ти хвоинок с каждого дерева) на побеге прошлого года.
3) Анализ хлорозов и некрозов заключается в определении доли повреждений и классов усыхания хвои на кончиках и на всей их поверхности с обязательным занесением всех данных в таблицы. Цвет повреждений является информативным качественным признаком и может быть различным: от красновато-бурого и жёлто-коричневого до сизого [9].
4) Полусферическая поверхность хвоинок оценивается по формуле 1 [8]:
(1),
где: r – 1/2 ширины плоской части хвои; L – длина хвои.
5) Общая поверхность хвоинки оценивалась по формуле 2:
(2),
где: r – 1/2 ширины плоской части хвои; L – длина хвои.
6) Анализ результатов, формулировка выводов о состоянии окружающей среды.
Отбор проб во всех трёх пунктах осуществлялся 13.10.2019 г. Температура воздуха в этот день в среднем составляла +3°C, временами наблюдались осадки в виде мокрого снега. Все три пункта отбора проб были разбиты на несколько участков, на каждом участке было выбрано по два дерева высотой 2–2,2 м, с обхватом ствола 16–18 см на небольшом удалении (не более 10 м) друг от друга. Пробы отбирались на высоте 1,5 м от земли [10, с. 200; 11].
Для пункта № 1 было выбрано три участка отбора проб на расстоянии 30 м друг от друга, удалённые от основной трассы на 40, 70 и 100 м соответственно.
Для пункта № 2, расположенного на склоне, предварительно была отмечена высота начальной точки отбора проб – подножие склона, около 390 м над уровнем моря, в непосредственной близости от строительного объекта, а также – высота конечной точки, исходя из того, что пояс хвойных лесов не поднимается выше 470 м над уровнем моря – граница окончания хвойного леса, около 450 м над уровнем моря. Учитывая, что склон имеет уклон, было принято решение выбрать пять участков через каждые 20 м, чтобы дополнительно установить, изменяется ли состояние хвои с высотой.
В пункте № 3 обнаружено большое количество деревьев с обломанными верхушками, это может быть связано со сходом лавин в зимний период. Для пункта № 3, как и для пункта № 1, было выбрано три участка отбора проб на расстоянии 30 м друг от друга, на разном удалении от гаражного кооператива – 20, 50, 80 м. Средний возраст хвои на исследуемых побегах составил 3 года.
Достоверность представленных показателей подтверждена с использованием онлайн-приложения для определения критерия Стьюдента (зона незначимости различий).
Результаты
Для оценки состояния окружающей среды по комплексу признаков хвойных была использована шкала оценки, представленная в таблице 1.
Результаты анализа представлены в таблице 2 и 3.
Из приведённых в таблицах количественных данных следует, что в целом состояние атмосферного воздуха в исследуемом районе оценивается как хорошее. Можно также выделить некоторые закономерности для каждого из пунктов.
Так, для пункта № 1 (въезд в город) отмечено, что чем удалённее участок от дороги, тем меньше доля повреждений и класс усыхания у ели сибирской. Это, вероятно, связано с тем, что с удалением от основной трассы уменьшается количество влияющих на растения выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта. Для наглядности был построен график (рис. 1), отражающий данную закономерность.
Таблица 1 – Шкала оценки состояния окружающей среды
Категория состояния окружающей среды | Состояние хвои | ||
Средняя доля повреждений, % | Превалирующий класс усыхания | Характеристика повреждений | |
Хорошее | Не более 5 | 1 | Пятна отсутствуют |
Удовлетворительное | 5–10 | 2 | Обнаруживаются чёрные и желтые пятна |
Неудовлетворительное | 10–20 | 3 | Отмечается частичное усыхание хвои |
Крайне неудовлетворительное | Более 20 | 4 | Наблюдается усыхание хвои |
Таблица 2 – Результаты анализа повреждений хвои
№ пробы (участок) | Класс усыхания (доля повреждённой хвои, %) | Суммарная доля поврежденных хвоинок по II–IV классам усыхания, % | |||
I (усыхание отсутствует) | II (усыхание 2–5 мм) | III (усыхание 1/3) | IV (усыхание более 1/2) | ||
1.1 (1) | 68 | 30 | 2 | – | 32 |
1.1 (2) | 68 | 32 | – | – | 32 |
1.2 (1) | 76 | 24 | – | – | 24 |
1.2 (2) | 72 | 28 | – | – | 28 |
1.3 (1) | 84 | 14 | 2 | – | 16 |
1.3 (2) | 86 | 14 | – | – | 14 |
2.1 (1) | 98 | 2 | – | – | 2 |
2.1 (2) | 96 | – | – | 4 | 4 |
2.2 (1) | 100 | – | – | – | – |
2.2 (2) | 66 | 14 | 20 | – | 34 |
2.3 (1) | 84 | 4 | 10 | 2 | 16 |
2.3 (2) | 86 | 8 | 6 | – | 14 |
2.4 (1) | 80 | 18 | – | 2 | 20 |
2.4 (2) | 90 | 6 | 2 | 2 | 10 |
2.5 (1) | 70 | 26 | 4 | – | 30 |
2.5 (2) | 52 | 42 | 6 | – | 48 |
3.1 (1) | 54 | 46 | – | – | 46 |
3.1 (2) | 56 | 40 | 4 | – | 44 |
3.2 (1) | 78 | 20 | 2 | – | 22 |
3.2 (2) | 74 | 24 | 2 |
| 26 |
3.3 (1) | 78 | 22 | – | – | 22 |
3.3 (2) | 88 | 12 | – | – | 12 |
Таблица 3 – Оценка состояния окружающей среды на исследуемой территории
№ участка | Результаты анализа проб | ||
Средняя доля повреждения, % | Средний класс усыхания | Категория состояния окружающей среды | |
1.1 | 2,71 | 1,32 | Хорошее |
1.2 | 1,62 | 1,26 | Хорошее |
1.3 | 1,55 | 1,16 | Хорошее |
Средний показатель для пункта № 1 | 1,96 | 1,25 | Хорошее |
2.1 | 2,81 | 1,07 | Хорошее |
2.2 | 1,07 | 1,07 | Хорошее |
2.3 | 2,24 | 1,25 | Хорошее |
2.4 | 2,72 | 1,20 | Хорошее |
2.5 | 1,47 | 1,44 | Хорошее |
Средний показатель для пункта № 2 | 2,06 | 1,21 | Хорошее |
3.1 | 2,98 | 1,47 | Хорошее |
3.2 | 2,44 | 1,26 | Хорошее |
3.3 | 1,79 | 1,17 | Хорошее |
Средний показатель для пункта № 3 | 2,40 | 1,30 | Хорошее |
Средний показатель по городу Кировск | 2,14 | 1,25 | Хорошее |
При качественном анализе пункта № 2 (склон горы Айкуайвенчорр) обнаружено, что с высотой увеличивается число усохших хвоинок, что, вероятно, связано с усилением действия ветра (скорость подачи влаги в растущие органы растений не успевает за высоким уровнем транспирации). Однако достоверная зависимость средней доли повреждений хвои от высоты не выявлена.
Для пункта № 3 (в районе гаражного кооператива) выявлена следующая зависимость: чем удалённее участок от гаражного кооператива, тем лучше состояние хвои ели сибирской. Это, вероятно, связано с уменьшением антропогенных воздействий – так, из гаражных кооперативов часто происходит загрязнение почвы нефтепродуктами и ПАВ (например, при мытье машин), а также происходит загрязнение атмосферного воздуха при работе автомобильных двигателей. Зависимость отражена на графике (рис. 2).
Полученные данные могут быть использованы при мониторинге окружающей среды различных районов Мурманской области и других субъектов северных широт, при формировании плана природоохранных мероприятий и экологического мониторинга различных промышленных предприятий Мурманской области [12–14].
Рисунок 1 – Динамика показателей состояния хвои ели сибирской с изменением расстояния от автотрассы
Рисунок 2 – Динамика показателей состояния хвои ели сибирской с изменением расстояния от гаражного кооператива
Выводы
- Подтверждено, что исследование общего состояния деревьев, определение площади поверхности и состояния хвои, обнаружение некрозов и определение класса усыхания, определение состояния генеративных органов и продолжительности жизни хвои – всё это является основным подходом в биоиндикации окружающей среды с использованием хвойных растений.
- Состояние хвои ели сибирской в исследуемом районе (г. Кировск Мурманской области) оценивается как удовлетворительное. Средний процент площади поврежденных растений в разных пунктах отбора проб колеблется от 1,96 до 2,4%. Установлено, что с удалением от автодорог и гаражных кооперативов, состояние хвои улучшается. Также обнаружено, что с высотой хвоя становится более подверженной усыханию, что может быть связано с увеличением возраста (старением) побегов и хвои, а также с действием абиотических факторов (ветер, осадки). Зависимость величины среднего процента повреждений от высоты не выявлена.
- Согласно используемой шкале оценки состояние окружающей среды в городе Кировск Мурманской области оценено как «хорошее». Показатели оценки состояния окружающей среды в исследуемых районах отличаются незначительно.
Об авторах
Евгения Юрьевна Александрова
Мурманский арктический государственный университет
Email: dzhessika_www@mail.ru
кандидат педагогических наук, доцент кафедры естественных наук
Россия, МурманскАлла Анатольевна Троценко
Мурманский арктический государственный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: trotcenko2007@yandex.ru
кандидат биологических наук, доцент кафедры естественных наук
Россия, МурманскЛюдмила Сергеевна Калиновская
Санкт-Петербургский государственный университет
Email: cooldances19@gmail.com
магистрант кафедры геоэкологии и природопользования
Россия, Санкт-ПетербургСписок литературы
- Калякина Р.Г., Рябухина М.В., Рябинина З.Н., Ангальт Е.М. Эколого-биологические особенности хвойных пород деревьев в урбанизированной среде: монография. Оренбург: Издат. центр ОГАУ, 2018. 171 с.
- Прожорина Т.И., Каверина Н.В., Иванова Е.Ю., Федорова А.И., Анциферова Г.А., Муравьев А.Г., Михеева М.А., Сиваченко В.В., Трегуб Т.Ф. Эколого-аналитические методы исследований окружающей среды. Воронеж: Изд-во «Истоки», 2010. 304 с.
- Неверова О.А. Применение фитоиндикации в оценке загрязнения окружающей среды // Биосфера. 2012. Т. 4, № 1. С. 82–92.
- Aleksandrova E.Yu., Trotsenko A.A., Minchenok E.E., Kovaleva T.O., Katansky A.A. Bioindication potential of conifers for environmental assessment // Agritech-II – 2019: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 421 (1). P. 011001 (1–10). doi: 10.1088/1755-1315/421/2/022036.
- Авдеева Е.В. Рост и индикаторная роль древесных растений в урбанизированной среде: монография. Красноярск: СибГТУ, 2007. 382 с.
- Авдеева Е.В., Вагнер Е.А., Надемянов В.Ф., Черникова К.В. Информационно-аналитическая система «Управление качеством городских объектов озеленения». Модуль 2. Оценка качества городских объектов озеленения // Хвойные бореальные зоны. 2015. № 3–4. С. 96–102.
- Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Мурманской области в 2018 году. Мурманск: Министерство природных ресурсов и экологии Мурманской области, 2019. 165 с.
- Мелехова О.П., Егорова Е.И., Евсеева Т.И. и др. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. М.: Академия, 2007. 288 с.
- Шелухо В.П., Бердов А.М., Паничева Д.М. Биоиндикаторы состояния пригородных лесов и их информативность. Брянск: БГИТА, 2011. 182 с.
- Уткин А.И. Площадь поверхности лесных растений: сущность, параметры, использование. М.: Наука, 2008. 292 с.
- Чеснокова С.М. Биологические методы оценки качества объектов окружающей среды. Ч. 1: учеб. пособие в 2-х частях. Владимир: Изд-во Владимирского гос. ун-та, 2007. 82 с.
- Маркова В.Д., Кузнецова С.А. Стратегический менеджмент: понятия, концепции, инструменты принятия решений: справочное пособие. М.: Инфра-М, 2012. 319 с.
- Троценко А.А., Будилова Е.В., Журавлева Н.Г. Показатели резистентности организма человека как биоиндикатор качества окружающей среды // Доклады по экологическому почвоведению. 2013. № 18. С. 99–113.
- Мустафин А.Г., Пестриков С.В., Ковтуненко С.В., Сабитова З.Ш. Отработанные месторождения полезных ископаемых как источник загрязнения окружающей среды // Экология и промышленность России. 2008. № 11. С. 32–35.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)