Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Мониторинг качества среды по показателям флуктуирующей асимметрии 8
1.1. Биоиндикация и биомониторинг 8
1.2. Реакция растений на негативные воздействия окружающей среды и их использование в биоиндикации 12
1.3. Морфогенетический подход при оценке качества среды 21
1.4. Распространенность явлений асимметрии в живой природе и проявления асимметрии у растений 22
1.5. Флуктуирующая асимметрия и нарушения гомеостаза развития 34
1.6. Применение флуктуирующей асимметрии в экологических исследованиях 37
Глава 2. Физико-географические условия района исследования и экологические особенности антропогенного ландшафта 41
2.1. Экологические особенности городской среды 41
2.2. Физико-географическая и экологическая характеристика г. Якутска 44
Глава 3. Материал и методы исследования 65
Глава 4. Результаты и их обсуждение 75
4.1. Влияние биотических и абиотических факторов на показатели ФА березы плосколистной в природных биотопах 75
4.2. Показатели флуктуирующей асимметрии растений в условиях антропогенного воздействия на примере г. Якутска 79
4.3. Динамика изменения показателя ФА березы плосколистной в зависимости от уровня загрязнения окружающей среды 93
4.4. Флуктуирующая асимметрия как показатель межгодовых изменений экологических условий окружающей среды 103
4.5. Показатели флуктуирующей асимметрии растений в условиях загрязнения нефтепродуктами 106
4.6. Влияние железной дороги на стабильность развития растений 112
4.7. Радиационное загрязнение 112
Заключение 120
Выводы 123
Литература 125
- Реакция растений на негативные воздействия окружающей среды и их использование в биоиндикации
- Экологические особенности городской среды
- Показатели флуктуирующей асимметрии растений в условиях антропогенного воздействия на примере г. Якутска
- Показатели флуктуирующей асимметрии растений в условиях загрязнения нефтепродуктами
Введение к работе
Актуальность темы.
Оценка качества среды становится принципиально важной задачей, как при планировании, так и при осуществлении любых мероприятий по природопользованию, охране природы и обеспечению экологической безопасности. Одним из перспективных подходов для интегральной характеристики качества среды является оценка состояния живых организмов по стабильности развития, которая характеризуется уровнем флуктуирующей асимметрии морфологических структур.
Древесные растения в городских ландшафтах выполняют важнейшие средообразующие и средозащитные функции, связанные с выделением кислорода и фитонцидов, ионизацией воздуха, формированием своеобразного микроклимата. Однако насаждения, произрастающие на урбанизированных территориях, испытывают на себе постоянное отрицательное влияние техногенного загрязнения. Поэтому с каждым годом все большее значение приобретает проблема изучения жизнедеятельности древесных растений в городских условиях.
Одним из удобных способов оценки интенсивности антропогенного воздействия является метод оценки качества среды по показателям нарушения стабильности развития организмов. При этом наиболее широко применяется морфогенетический подход, основанный на оценке внутри-индивидуальной изменчивости морфологических структур, в частности, степени выраженности флуктуирующей асимметрии (ФА) (Захаров и др., 2000).
Цель и задачи исследования
Целью нашей работы является оценка качества среды природных и антропогенно трансформированных территорий Якутии по показателям стабильности развития высших растений на примере березы плосколистной (Betula platyphylla Sukacz.).
При этом перед нами были поставлены следующие задачи
-
Изучение показателей стабильности развития березы плосколистной в природных условиях.
-
Оценка стабильности развития березы плосколистной в условиях городской среды.
-
Оценка влияния разных загрязнителей на показатели ФА березы плосколистной.
-
Выполнение экологического картирования и зонирования территории г. Якутска.
Научная новизна и практическая значимость работы
Методика, рекомендованная МПР РФ для березы повислой, опробо-вована для березы плосколистной, и проведено сравнение балльной шкалы оценок. Впервые приводятся данные по показателям стабильности разви-
тия березы плосколистной в условиях различных природных ценозов в условиях Севера и показано, что стабильность развития зависит не только от техногенных, но и широкого круга биотических и абиотических факторов. На основе данных по показателям стабильности развития разработаны принципы зонирования и создана карта территории г. Якутска, отражающая качество среды.
Результаты исследований использовались при оценке последствий природной катастрофы в долине р. Лены (г. Ленек), в окрестностях аварийных подземных ядерных взрывов на территории Западной Якутии, вошли в научные отчеты ИПЭС АН PC (Я) «Проведение экологического мониторинга и разработка рекомендаций природоохранных мероприятий с целью обеспечения экологического обоснования обустройства скважин СВГКМ в пойменной части р. Вилюй», «Оценка современного состояния территории Талаканского нефтегазоконденсатного месторождения». Результаты оценки состояния экосистем после техногенного воздействия были изложены на научно-практических конференциях «Экологическая безопасность р. Лены. Мониторинг, природные и техногенные катастрофы» (Якутск, 2001), «Радиационная безопасность Республики Саха (Якутия)» (Якутск, 2003).
Основные положения, выносимые на защиту
-
Величина ФА березы плосколистной в природных биотопах зависит от внутривидовых и межвидовых отношений, а также воздействия абиотических факторов. Повышенный показатель ФА наблюдается на экологической периферии ареала.
-
Показатели ФА березы плосколистной в условиях городской среды зависят от уровня загрязнения воздуха и почвы.
-
Нарушения стабильности развития у древесных и кустарниковых растений наблюдаются при воздействии разных антропогенных факторов — загрязнений, связанные с работой транспорта и промышленных предприятий, нефтезагрязнений, повышенного радиационного фона.
Апробация работы. Результаты исследований и материалы диссертационной работы были изложены на международной научной конференции «Студент и НТП» (Новосибирск, 2001); научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 45-летию Якутского Государственного Университета им. М.К. Аммосова (Якутск 2003); III регионально научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов посвященная 10-летию технического института ЯГУ в г. Нерюн-гри (Нерюнгри, 2003 г); научно-практической конференции «Экологическая безопасность реки Лены» (Якутск, 2001); международной научно-практической конференции «Прикладная экология Севера: опыт проведенных исследований, современное состояние и перспективы» (Якутск, 2003);
республиканской научно-практической конференции «Радиационная безопасность PC (Я)» (Якутск, 2004); научно-практической конференции «Проблемы экологии и рационального природопользования природных ресурсов в Дальневосточном регионе» (Благовещенск, 2004).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 15 научных работах.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 139 страницах, содержит 20 таблиц, 16 рисунков. Список литературы включает 144 названия.
Во введении определяется актуальность темы, а также основные цели и задачи исследования.
Реакция растений на негативные воздействия окружающей среды и их использование в биоиндикации
Растение - крайне важный и интересный объект для характеристики состояния окружающей природной среды.
Важность оценки состояния природных популяций растений состоит в том, что именно растения являются основными продуцентами, их роль в экосистемах трудно переоценить.
Растения - чувствительный объект, позволяющий оценивать весь комплекс воздействий, характерный для данной территории в целом, поскольку они ассимилируют вещества и подвержены прямому воздействию одновременно двух сред: из почвы и воздуха.
В связи с тем, что растения ведут прикрепленный образ жизни, состояние их организма отражает состояние конкретного локального местообитания.
Удобство пользования растений состоит в доступности и простоте сбора материала для исследования.
При выборе вида в зависимости от задачи исследования, необходимо учитывать, что, в силу прикрепленного образа жизни, мелкие травянистые виды растений в большей степени, по сравнению с древесными видами, могут отражать микробиотопические условия (как естественные - локальные различия типа почвы, влажности и других факторов, так и антропогенные - точечное загрязнение). При наличии таких микробиотопических различий, получаемые оценки состояния растений могут существенно различаться для разных видов. Это означает, что для выявления микробиотопических различий предпочтителен выбор травянистых, в то время как для характеристики достаточно больших территорий лучше использовать древесные растения (Захаров и др., 2001 б).
Известно, что многие растения быстро реагируют на низкие концентрации загрязнения и их реакция поддается прогнозу. По этой причине растения обычно считаются более чувствительными к воздействию загрязняющих веществ, чем животные и человек. Растения представляют собой превосходный экспериментальный материал, так как их легко разводить и можно жертвовать ими в большом количестве для получения наиболее полной информации (Мэннинг, Федер, 1985).
Растение-индикатор - это такое растение, у которого признаки повреждения появляются при воздействии на него фитотоксичной концентрации одного загрязняющего вещества или смеси таких веществ. Растение индикатор является химическим сенсором, который может обнаруживать в воздухе присутствие загрязняющего вещества. Для мониторинга в большей степени характерна не качественная, а количественная оценка. Поэтому растение-монитор должен быть не только индикатором, но и помогать в получении количественной оценки (Мэннинг, Федер, 1985).
Использование чувствительных растительных биомониторов в сочетании с инструментальными методами измерений позволит получить необходимую информацию об ответной реакции растений-биомониторов на загрязнения окружающей среды. Такая информация важна и полезна не только для научных исследований, но и для выработки оценки и пересмотра стандартов качества окружающей среды (Мэннинг, Федер, 1985).
Большинство растений-биомониторов реагируют на действия не одного, а нескольких загрязняющих веществ, и поэтому правильно интерпретировать отклики растений на воздействие очень трудно. Ответные реакции других растений на воздействия загрязняющих веществ могут быть не типичными или признаки их повреждения нечетко выражены. По этой причине ощущается потребность вывести растения с подобными устойчивыми фенотипами для использования в системах биомониторинга. Подобные исследования будут способствовать устранению имеющейся значительной неопределенности в интерпретации откликов растений-биомониторов в естественных условиях (Мэннинг, Федер, 1985).
При работе с биоиндикатором необходимо считаться с возможностью присутствия вредителей, а также учитывать предыдущие погодные условия. Воздействие климатических и эдафических факторов на устойчивость или на картину повреждения до сих пор не изучено. Наряду с неспецифическими реакциями может наблюдаться также тесная корреляция между показателями видовой чувствительности различных видов растений к различным видам антропогенных воздействий. Оно проявляется в том, что если данный вид чувствителен к каким-либо загрязнениям, очень вероятно, что он чувствителен и к другим.
Постоянное загрязнение воздуха промышленными газами вызывает появление видимых повреждений в виде некрозов (ожогов) на листьях и хвое (Илькун, 1978; Николаевский, 1979; Строгонов и др., 1970; Garber, 1967; Berge, 1963). Многие исследователи отмечают засыхание побегов и ветвей в кроне, торможение роста главного побега и наоборот интенсивное боковое побегообразование, а также ускорение процессов старения организмов под влиянием условий внешней среды (Новикова, 1976; Николаевский, 1989; Тарабрин и др., 1986).
Данные исследований П.П. Бессчетнова и Л.М. Грудзинской (1974) показали, что факторы внешней среды заметно влияют на общую высоту дерева, форму ствола и высоту штамба, а также ряд вегетативных генеративных признаков побега. Ухудшение экологических условий вызывает уменьшение величины вегетативных органов, однако размеры и количество генеративных органов и длина почки при этом увеличиваются.
В городах и промышленных центрах у растений наблюдается уменьшение размеров листьев, увеличение числа устьиц на листовой поверхности и изменение показателей анатомической структуры мезофилла листа (Артамонов, 1986; Бялобок, 1988; Кулагин, 1974; Николаевский, 1979, 1983; Мэннинг, Федер, 1985; Турмухаметова, 2005). В то же время известно, что наибольшие морфологические изменения претерпевают листья, подвергающиеся действию химических веществ в состоянии зачатка (Hotta, Osawa, 1958). Некоторые авторы (Крокер, 1950; Томас, 1962; Boullard, 1971) указывают, что наиболее чувствительны к химическим веществам молодые листья, a B.C. Николаевский (1972) считает, что сильнее всего повреждаются средневозрастные листья.
Растения туи западной {Thuja occidentalis), произрастающие на урбанизированных территориях, испытывают негативное воздействие комплекса загрязняющих веществ, что приводит к изменению клеточного метаболизма. Это проявляется в увеличении проницаемости клеточных мембран и активности фермента пероксидазы, в снижении активности фермента каталазы и в изменении соотношения свободной и связанной воды по сравнению с растениями из экологически чистых районов города (Сарбаева, 2005).
В экологически неблагоприятных районах города снижается жизнеспособность пыльцы у некоторых видов растений (Лабутина, Аню-шова, Лабутин, 2005). Под воздействием промышленных загрязнений у таких растений возрастает количество стерильной и сокращение размеров фертильной пыльцы.
Выявлено, что потенциальная семенная продуктивность в неблагоприятных условиях обитания значительно снижается, однако при этом репродуктивное усилие, направленное на образование выполненных семян, повышается (Безель и др., 2004; Ишмуратова, Зайнагабди-нова, 2005).
Рассмотренная рядом исследователей структура энергетических затрат растений на семенное воспроизводство и их распределение по отдельным этапам онтогенеза способна адекватно реагировать на смену условий внешней среды, в том числе на химическое загрязнение почвы (Безель и др., 2004). При этом сохраняется неизменным условие стабильного функционирования ценопопуляции - восполнение минимально необходимого количества молодых генеративных растений.
Тяжелые металлы, поступающие с выбросами промышленных предприятий в атмосферу и соответственно в почву, активно воздействуют на растительность и экосистему в целом. Загрязнение атмосферного воздуха и почвы промышленными выбросами, в частности металлами, приводит к накоплению их в растениях.
Повышенное содержание металлов в растениях приводит к нарушению деятельности физиологических и биохимических регуляторных систем, а также вызывает анатомические и морфологические изменения и при достижении пороговых величин — отмирание растений (Кондратюк и др., 1980).
Экологические особенности городской среды
Принято считать, что в пределах урбанизированных территорий имеется много негативных факторов, влияющих на среду, но самым опасным является автотранспорт. Переход в XX веке к топливу, получаемому из бензина, привел к возникновению совершенно нового вида загрязнения воздуха, связанного с большей летучестью жидких видов топлива. Автотранспорт как важнейший потребитель жидкого топлива стал основным источником современного загрязнения воздуха. Однако загрязнители, которые действительно вызывают проблемы, сами по себе не выбрасываются автотранспортом. Скорее, они образуются в атмосфере в результате реакций первичных загрязнителей, таких как NO, с несгоревшим топливом, поступающим непосредственно из автомобилей. Химические реакции, приводящие к образованию вторичных загрязнителей, протекают наиболее эффективно при солнечном свете, поэтому возникающее загрязнение воздуха называется фотохимическим смогом (Андруз и др., 1999).
Фотохимический смог - не единственная проблема, создаваемая автотранспортом. С автомобилями связывают и другие загрязнители, например свинец и бензол. Успех улучшения работы автомобильных двигателей привел к тому, что в странах, где много автомобилей сконцентрировалось очень большие количества свинца (Андруз и др., 1999). Опасность автомобильных выхлопных газов в отличие от других загрязнителей в том, что вредные вещества, выбрасываемые производственными предприятиями, концентрируются по ограниченному радиусу в определенной зоне, а выхлопные газы автомобилей преследуют человека на всей территории населенного пункта, и не случайно в настоящее время считают, что если два десятилетия назад атмосферный воздух больше загрязнялся выбросами промышленных предприятий и продуктами сжигания угля, но ныне первенство в этом принадлежит автомобильному транспорту.
Изменения, вызванные человеком, значительны, хотя иногда и неуловимы в глобальном масштабе. Именно в атмосфере городов влияние человека выражено наиболее ярко. В городской среде присутствуют загрязняющие вещества, непосредственно выброшенные в атмосферу, они называются первичными загрязнителями. Дым — это наглядный пример первичного загрязнения. Многие соединения, однако, подвергаются реакциям в атмосфере. Продукты таких реакций называются вторичными загрязнителями. Таким образом, многие первичные загрязнители могут вступать в реакции с образованием вторичных. Именно различие между первым и вторым загрязнением лежит в основе понимания разницы между отдельными типами загрязнения воздуха, оказывающими влияние на города (Андруз и др., 1999).
Автомобили выбрасывают вместе с выхлопными газами соединения свинца, сажу и другие твердые углеводороды. Частицы свинца в выхлопных газах содержатся в случаях добавления к бензину в качестве антидетонатора тетраэтилсвинца или тетраметилсвинца. При сгорании такого топлива 98 % содержащегося в нем свинца выбрасывается в атмосферу в виде аэрозоля окиси или галогеновых солей.
С начала 30-х годов тетраметил- и тетраэтилсвинец добавляют в качестве антидетонатора к подавляющему большинству бензинов в количестве 80 мг/л. При движении автомобиля от 25 до 75% этого свинца выбрасывается в атмосферу, осаждается на землю, попадает в поверхностные воды. Свинец аккумулируется в почве и растительности вдоль автострад (в городах — вдоль улиц с оживленным движением), заметное количество соединений свинца содержится в воздухе крупных городов. Исходя из средних потерь нефтепродуктов по одну автомашину 10-11 л в год, общий выброс нефтепродуктов мировым автомобильным парком исчисляется 2,1-2,2 млн. т в год, причем большая часть его попадает в атмосферу (Лозановская и др., 1998).
Подсчитано, что общее количество свинца, поступающего от автомобилей в атмосферу в течение года, составляет 250 тысяч тонн. Крупные частицы оседают на автомагистрали или вблизи от нее, а мелкие разносятся воздушными потоками на большие расстояния. Концентрация свинцовой пыли в воздухе города и за ее окраинами определяются интенсивностью движения автомобилей, скоростью и направлением ветра. Не выявлено связи концентрации свинца с температурой и влажностью воздуха. Этот объем аэрозоля кажется незначительным для всей суши, но если учесть, что города занимают 0,01 % ее площади, то концентрация свинцовой пыли оказывается значительной.
В промышленно развитых странах основным источником загрязнения атмосферы является автотранспорт, парк которого непрерывно растет. Выбросы автотранспорта существенно зависят от режима работы двигателя и качества используемого топлива. К токсичным соединениям относят следующие компоненты выхлопных газов: оксид углерода, оксид азота, углеводороды. Кроме того, некоторые виды топлива содержат серу, что обуславливает содержание в выхлопных газах диоксида серы.
Предприятия автотранспорта включают автомобильный, морской, водный внутренний, железнодорожный и авиационный виды транспорта. Автотранспортные предприятия - наиболее проблемные загрязнители. Негативное влияние автотранспорта особенно заметно в населенных пунктах. Большую опасность представляют поступающие с отработавшими газами автомобилей канцерогенные вещества (бенз(а)пирен, бензол, формальдегид, сажа) и тяжелые металлы. Сохранила свою актуальность проблема свинцового загрязнения, связанная с преимущественным потреблением этилированных бензинов.
В городах загрязнение почв приводит к усилению загрязнения атмосферы. Главный источник выбрасываемого свинца в городах - автотранспорт (примерно 1 кг/год на автомобиль) и полиграфические предприятия (Макаров, 2002). Установлена зависимость между содержанием свинца в воздухе и интенсивностью движения автомобилей, ускорением их до постоянной скорости, направлением ветра, расстоянием от дороги. Происходит накопление свинца вдоль дорог (Daines et аі; цит. по: Макаров, 2002).
Показатели флуктуирующей асимметрии растений в условиях антропогенного воздействия на примере г. Якутска
Город Якутск — столица Республики Саха (Якутия) расположен на левом берегу р. Лены. С подчиненной ему территорией занимает 3600 кв. км, где проживает 1/5 часть населения республики. Выбросы загрязняющих веществ в городской воздушный бассейн в течение ряда лет стабильны. В атмосферном воздухе повышено содержание пыли и оксидов углерода. Загрязнение атмосферы наблюдается во всех селитебных зонах территории долины Туймаада. Средний объем суммарных выпадений из атмосферы изменяется от 5 до 104 т/км2 в год. Эколого-геохимический мониторинг территории города показал, что, несмотря на относительно небольшие размеры и невысокую концентрацию промышленности, территория г. Якутска отличается высокой плотностью техногенного давления на экосистемы, обусловленной как неблагоприятными климатическими и инженерно-геологическими условиями, так и ошибками, допущенными при строительстве города. Техногенные геохимические аномалии фиксируются во всех природных средах: атмосфере, снежном покрове, почвах, природных водах, растительности (Гос. доклад..., 2004).
Уровень загрязнения воздуха г. Якутска считается высоким среди городов России. Индекс загрязнения близок к показателям Барнаула, Хабаровска, Иркутска, Кемерово и Читы (Шматкова, 1997).
По территории города Якутска за период 2000 по 2005 гг. собрано и проанализировано 115 выборок, листьев из точек с разной транспортной нагрузкой (табл. 4.2).
В среднем за период исследования величина интегрального показателя стабильности развития (среднее относительное различие между сторонами на признак) в разных точках варьировала в пределах от 0,042 до 0,056. В качестве контроля мы рассматривали листья, собранные с деревьев, произраставших в естественном природном биотопе на удалении от города и дорог на территории Ботанического сада ИБПК СО РАН.
Величина интегрального показателя в контрольной точке составила 0,042.
В сравнении с контрольной точкой высокий показатель нарушения стабильности развития отмечен у деревьев, произрастающих в центре города, а именно на улицах с большой транспортной нагрузкой (0,050-0,056).
Известно, что основными источниками загрязнения бассейна атмосферного воздуха в городе являются промышленные предприятия и автомобильный транспорт. Для г. Якутска, учитывая ветровой режим и направление долины реки, основной техногенный поток имеет юго-западное направление. Зона повышенного техногенного загрязнения охватывает практически всю территорию городской застройки (Макаров, 1993).
Максимальный показатель ФА березы плосколистной отмечен нами на перекрестке улиц Лермонтова и Петровского (территория подстанций Центральных электрических сетей), а также на перекрестке улиц в районе автовокзала (0,056 и 0,055 соответственно). Сходные показатели отмечены в других центральных районах города 0,052 и 0,050; кроме того, нарушения стабильности развития отмечены у деревьев, произрастающих в районе улиц с большой транспортной нагрузкой (0,048-0,053). Для всех вышеперечисленных точек характерен высокий уровень достоверности различий с контрольной выборкой — по критерию Стьюдента значимость р 0,001.
Ранее уже отмечалось, что нарушения гомеостаза развития растений наблюдаются поблизости от дорог с высокой транспортной нагрузкой и в зависимости от расстояния между точкой и дорогой (Константинов, 2001, Солдатова, Шадрина, 2006). При этом надо отметить, что даже в центре города в зависимости от удаленности от дороги, а также от открытости местности показатель ФА варьирует (рис. 4.1).
Судя по величине показателя ФА, относительно благоприятные условия наблюдаются в районе Института мерзлотоведения, расположенного за городом (0,047) и в нескольких точках на окраинах города (0,045-0,046).
В целом для территории города можно отметить, что чем дальше расположена точка от центра города, тем ниже показатель ФА. Например, улица Дзержинского берет начало от площади Орджоникидзе (центр города) и продолжается Автострадой 50 лет Октября на выезде из города. Вдоль этой улицы можно проследить снижение показателя ФА березы плосколистной по мере удаления от центра. Наиболее высокие показатели, свидетельствующие, о значительном ухудшении качества среды зарегистрированы в районе домов №8 и 12 (центр города), тогда как на окраине показатели более благополучны (рис. 4.2.; Солдатова, Шадрина, 2007).
В данной работе мы попытались также установить роль зеленых насаждений как фактор газо-пылезащитных зон. Для этого были выбраны 3 точки непосредственно около дороги. Результаты оказались самыми высокими: улица Дзержинского 8 - 0,054; ул. Кальвица 14/1 - 0,052 и ул. Орджоникидзе 37 - 0,049. Четвертая точка находилась на расстоянии пяти метров от дороги и защищена первым рядом деревьев: проспект Ленина (Институт Геологии) - 0,046. Следующая точка по улице Лермонтова -это сквер в десяти метрах от дороги (0,045). Выбранная для сравнения шестая точка - это участок детского сада «Золотой ключик» (ул. Дзержинского, 8), который расположен в 100 метрах от дороги, и защищен от него жилыми домами (0,042).
Наименьшие показатели ФА наблюдаются в отдалении от города, в районе дачных участков: 1) Покровский тракт - 0,045; 2) Маганский тракт — 0,044; 3) Вилюйский тракт (территория городской свалки — 0,051); 4) точка, отдаленная от свалки густым хвойным лесом - 0,045 (рис. 4.3).
Из этих данных следует, что Покровские и Маганские дачные участки являются наиболее благоприятными, а наиболее остро стоит проблема с городской свалкой, которая расположена в восьми километрах от города по Вилюйскому тракту, где показатель ФА намного выше (Солдатова, Шадрина, 2006).
Таким образом, проведенный анализ показал наличие существенных изменений состояния древесных растений на территориях повышенного загрязнения в сравнении с контрольной точкой. Наименьший уровень асимметрии был выявлен в местах, удаленных от города, дорог и промышленных объектов. Нарушение гомеостаза развития растений наблюдалось поблизости от дорог с высокой транспортной нагрузкой, причем уровень нарушений зависит от расстояния между точкой и дорогой. Чем ближе расстояние от проезжей части, тем выше уровень показателей нарушения стабильности развития.
Анализ показателей стабильности развития березы плосколистной по улицам города Якутска с 2000 по 2005 гг. установил, что показатель качества среды несколько отклоняется от нормального природного, и определяется как неблагополучная экологическая ситуация для произрастания растительного сообщества. При этом анализ распределения показателей стабильности развития позволил разбить территорию на несколько зон.
Первая зона - это участок интенсивного негативного воздействия. К этой зоне можно отнести территорию, на которой расположены точки: проспект Ленина, Ойунского, Кирова, Петровского, Орджоникидзе и Дзержинского. Полученные данные свидетельствуют о сильном негативном воздействии на лиственные породы деревьев, вызываемым автотранспортным движением.
Вторую зону условно можно охарактеризовать как территорию, подвергающуюся воздействию средней тяжести. К ним относятся улицы Жорницкого, Чайковского, Стадухина, Кулаковского, Петра Алексеева и Хабарова.
Третья зона - слабого воздействия — район речного порта, института Мерзлотоведения, Новопортовского квартала, ДСК (автодорожная) и ГРЭС.
В результате распределения показателей стабильности развития на зоны, мы вычислили средние значения ФА для каждой из зон. 1 зона -0,0525, 2 зона - 0,0486 и 3 зона - 0,0456 (табл. 4.3).
Таким образом, рассмотрение показателей нарушения стабильности развития березы плосколистной показало, что в природных биотопах, расположенных на удалении от дорог, промышленных объектов и населенных пунктов состояние среды можно охарактеризовать как благополучное. Тогда как на территории г. Якутска наблюдается существенное повышение показателя асимметрии, свидетельствующее об ухудшении условий существования. При этом серьезное опасение вызывает значительное повышение показателей нарушения стабильности развития у деревьев, произрастающих в центре города.
В целом можно сделать вывод о том, что ситуация загрязнения в самом городе не однозначна. Определенные районы характеризуются неблагоприятными условиями существования растений, в других условия жизни значительно лучше.
Исходя из этого для полной оценки нарушения стабильности развития в г. Якутске использовали пятибалльную шкалу оценки отклонений состояния организма от условной нормы (табл. 4.4.; Чистякова, Кряжева, Захаров 1996).
Из этих данных видно, что большинство районов города относятся к третьему баллу - загрязненные точки, за исключением центра (4 балл) и района автовокзала (5 балл). Т.е. территория г. Якутска (административного центра) характеризуется наиболее резкими нарушениями в центральной части, в зоне наибольшей транспортной нагрузки, а на окраинах и в рекреационной зоне состояние среды благополучное (рис 4.4).
Показатели флуктуирующей асимметрии растений в условиях загрязнения нефтепродуктами
Большую роль в загрязнении среды на территории Якутии играют нефть и нефтепродукты. С одной стороны, в настоящее время начинается промышленная добыча нефти. С другой - существенную роль в загрязнении среды в условиях Севера играет автотранспорт — это основной способ доставки грузов, сообщения между мелкими населенными пунктами и единственный вид городского транспорта. Следовательно, загрязнение окружающей среды нефтепродуктами связано с двумя группами факторов — развитием добывающей промышленности и деятельностью автотранспорта и нефтебаз, рассеянных по всей Республике.
Негативное воздействие нефтебаз может осложняться тем, что часто они расположены в пойме крупных рек, и в случае аварий это может оказать серьезное воздействие на здоровье среды на большом протяжении долины. Иллюстрацией такого рода явлений могут служить последствия паводка 2001 г. в г. Ленске, когда затопление нефтебазы, через которую осуществляется снабжение горюче-смазочными материалами автобазы «Алмаздортранс», осуществляющей перевозки грузов по маршруту Ленек - Мирный, привело к загрязнению среды нефтепродуктами на обширном участке долины р. Лены. Листья березы плосколист-ной, собранные в пойме р. Лены в нескольких точках на разном расстоянии от г. Ленска, характеризовались повышенными уровнями показателя флуктуирующей асимметрии (Шадрина и др., 2001).
При этом наибольшими нарушениями стабильности развития характеризовались растения не на месте непосредственной аварии (нефтебаза), а ниже по течению (рис. 4.10). Это объясняется характером распределения загрязнения. По данным Д.Д. Саввинова с соавторами (2001) наибольшим содержанием нефтепродуктов характеризовались почвы в точках, расположенных ниже по течению р. Лены. Наши данные не показывают строгой линейной зависимости показателя стабильности развития от загрязнения почвой, но ранговый коэффициент корреляции Спирмена составляет для суммарного содержания нефтепродуктов в почве 0,917, что соответствует 5%-ному уровню значимости.
При этом надо обратить внимание, что наиболее высокий показатель ФА, свидетельствующих о серьезных нарушениях стабильности развития, отмечен у берез в окрестностях п. Разведчик. Здесь загрязнение происходило дважды - в 1998 и 2001 гг., а пробы собирали в 2000 и в 2001 гг. Следы мазута были хорошо видны на стволах деревьев, многие березы были угнетены, сосны - погибли. Листья собирали с физически не поврежденных деревьев, но показатель ФА составил 0,062, что свидетельствует о серьезных нарушениях стабильности развития. По-видимому, последствия нефтезагрязнений могут быть пролонгированы во времени.
Судя по полученным данным нарушения стабильности развития в результате природной катастрофы, усугубленной антропогенным фактором произошли на обширном участке поймы от п. Витим до г. Олек-минск.
В зоне предполагаемого воздействия Талаканского лицензионного участка нами в 2002 г. обследовано три точки, на разном удалении от действующего факела, и одна контрольная. Сравнение показателей ФА у берез, произрастающих на разном удалении от факела дает достаточно яркую картину ухудшения качества среды по мере приближения к источнику загрязнения (рис. 4.11). При этом надо отметить, что различия между контрольной точкой и точкой, расположенной в 20 м от факела достигают высокого уровня статистической значимости (по критерию Стьюдента р 0,001). Однако, по полученным данным, на расстоянии свыше 300 м негативный эффект загрязнения значительно снижается, во всяком случае, разницы в показателях стабильности развития у растений на расстоянии 300 м и 1 км от источника загрязнения не обнаружено (рис. 4.11); при этом различия с контрольной точкой, тем не менее достигают статистически значимых уровней, хотя и с минимальным уровнем достоверности (р 0,05).
В 2005 г. сотрудниками ИПЭС обследовано пять точек в пределах Талаканского лицензионного участка. Точки № 1-5 расположены на разном удалении от источников загрязнения: № 1-4 соответственно 20, 40 и 50 м, а точка № 5 - примерно 300 м, но находится относительно недалеко от одной из буровых и от дороги. Поскольку в зоне возможного техногенного воздействия одновременно действует несколько разных факторов, невозможно выявить градиент загрязнения, следовательно, и градиент ухудшения качества среды, т.к. при таких формах воздействия загрязненные участки могут чередоваться с менее нарушенными, в пределах рассматриваемой территории могут наблюдаться колебания показателя нарушения стабильности развития, что и зафиксировано на обследованном участке. Сравнение двух лет исследования по трем точкам, общим для двух лет исследования, показало интересную картину: в районе факела показатель ФА у березы практически не изменился, а на удалении от него - повысился (рис. 4.12; Оценка современного..., 2005).
Для растений в целом можно отметить повышение уровня асимметрии, что свидетельствует об ухудшении качества среды, особенно на участках наиболее интенсивного техногенного воздействия. Особого внимания заслуживает повышение показателя нарушения стабильности развития на участках, удаленных от источников загрязнения. Это может свидетельствовать о расширении зоны техногенного воздействия или о его интенсификации.
Средневилюйское газоконденсатное месторождение
Сбор листьев осуществлялся в пойменной части месторождения, где в настоящее время добыча сырья ограничена, а многие скважины законсервированы. В пос. Кысыл-Сыр в районе газоконденсатного месторождения интегральный показатель ФА березы плосколистной варьировал в пределах 0,043 - 0,058. В то же время надо отметить, что во время сбора материала были открыты только скважины № 5, 47, 81, остальные законсервированы (Проведение экологического мониторинга..., 2005).
Химико-аналитические работы не выявили в почвах возле скважин значительных концентраций нефтепродуктов. И, тем не менее, оказалось, что показатели ФА березы возле действующих скважин зачастую ниже, чемвозле законсервированных, а серьезные нарушения отмечались только возле одной скважины (№ 22). Поэтому можно предположить, что высокое варьирование показателя не связано непосредственно с воздействием высоколетучего газоконденсатного сырья, а связано с другими антропогенными загрязнениями или особенностями геохимического фона. Варьирование показателей ФА у березы при отсутствии значимых уровней техногенного загрязнения может объясняться свойствами материнских пород региона, т.к. из-за прикрепленного образа жизни на растения в большей степени могут влиять геохимические аномалии. Матричной основой современных ландшафтов являются горные породы, выступающие в роли почвообразующих систем и которые уже в силу специфичности своего состава предопределяют геохимический облик конкретных областей. Уровни концентрации химических элементов в земной коре определяются особенностями геологической среды и индивидуальными условиями существования современных ландшафтов, зависимостью от различных физико-географических факторов их местонахождения и в каждом конкретном случае характеризуются собственными геохимическими показателями (Ягнышев и др. 2005). Надо учесть, что практически вся территория Западной Якутии является зоной тех или иных геохимических аномалий (Ягнышев и др., 2005). Изучение геохимии снежного покрова также показало, что часть региона находится в зоне высокого техногенного давления за счет атмосферных выбросов Норильского горно-промышленного района (Макаров и др., 1990).
