Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. CLASS Обзор литератур CLASS ы 11
1.1. Содержание загрязнителей в атмосфере и почве 11
1.1.1. Содержание тяжелых металлов в атмосферном воздухе, почве и их влияние на живые организмы 12
1.1.2. Выбросы промышленных предприятий и их влияние на живые организмы 14
1.1.3. Выбросы авто- и железнодорожного транспорта и их воздействие на живые организмы 16
1.1.4. Комплексное воздействие загрязнителей на живые организмы.. 18
1.2. Характеристика морфологических и цитогенетических методов оценки состояния окружающей среды 20
1.2.1. Метод оценки состояния окружающей среды по показателям флуктуирующей асимметрии морфологических признаков животных и растительных тест-объектов 22
1.2.2. Цитогенетические критерии оценки состояния окружающей среды 24
ГЛАВА 2. Материал и методика 27
2.1. Морфологическая и эколого-ареалогическая характеристика березового щитника (Elasmucha grisea L.) 27
2.2. Морфологическая и эколого-ареалогическая характеристика березы повислой {Betulapendula Roth) 28
2.3. Описание метода оценки состояния среды на основе анализа уровня флуктуирующей асимметрии морфологических признаков 29
2.4. Описание метода оценки состояния среды на основе цитогенетического анализа 32
2.5. Описание метода определения подвижных форм тяжелых металлов в почве 33
2.6. Объем материала 34
2.7. Статистические методы обработки материала 34
ГЛАВА 3. Экологическая характеристика территорий административных районов г. Воронежа и пункт овотбора проб 36
3.1. Экологическая характеристика Железнодорожного района 37
3.2. Экологическая характеристика Левобережного района 38
3.3. Экологическая характеристика Ленинского района 38
3.4. Экологическая характеристика Советского района 39
3.5. Экологическая характеристика Центрального района 40
3.6. Экологическая характеристика Коминтерновского района 40
3.7. Влияние экологических условий различных районов г. Воронежа на живые организмы 40
3.8. Климатические особенности г. Воронежа и метеорологические показатели 2005-2008 гг 43
3.9. Характеристика пунктов отбора проб 48
ГЛАВА 4. Результаты исследования 51
4.1. Результаты оценки уровня флуктуирующей асимметрии березового частоты встречаемости патологий митоза семян березы повислой в различных пунктах отбора проб 51
4.1.1. Территория БУНЦ «Веневитиново» 51
4.1.2. Территория Ботанического сада ВГУ 53
4.1.3. Территория санатория им. М. Горького 55
4.1.4. Ленинский проспект (остановка транспорта «Ильича») 59
4.1.5. Территория района завода КБХА 62
4.1.6. Территория областной клинической больницы № 1 64
4.1.7. Территория пос. Дубовка 67
4.1.8. Улица 20-летия Октября 69
4.1.9. Территория, прилегающая к корпусу ВГУ № 1 714
4.1.10. Территория Кольцовского сквера 72
4.2. Оценка степени чувствительности морфологических признаков животного тест-объекта, на примере березового щитника 74
4.3. Результаты оценки содержания подвижных форм тяжелых металлов в почве из анализируемых пунктов отбора проб 75
4.4. Сравнительная оценка результатов исследования 81
Выводы 100
Литература 102
Приложение 135
- Содержание тяжелых металлов в атмосферном воздухе, почве и их влияние на живые организмы
- Морфологическая и эколого-ареалогическая характеристика березового щитника (Elasmucha grisea L.)
- Влияние экологических условий различных районов г. Воронежа на живые организмы
- Оценка степени чувствительности морфологических признаков животного тест-объекта, на примере березового щитника
Введение к работе
Актуальность исследований Выбросы в окружающую среду различных химических соединений, шумовое, радиационное загрязнение, изменений светового, водного и температурного режимов территорий и другие виды воздействий накладываются друг на друга, что вызывает эффект их суммарного влияния, интенсивность которого можно оценить по реакциям живых существ (Биоиндикация..., 1988; Захаров, 2000 а; Захаров, 2001; Опекунова, 2004).
Для адекватной оценки экологического состояния окружающей среды необходимо проведение исследований на разных уровнях организации биосистем (Кабиров, 1997; Гелашвили, 2001; Стрельцов, 2003; Опекунова, 2004).
Интегральный индекс экологического состояния окружающей среды Воронежской области соответствует 11 месту наиболее загрязненных регионов среди 86 обследованных территорий Российской Федерации (Рубанов, 2007). По данным «Докладов о состоянии окружающей среды г. Воронежа...» (2002, 2004, 2006, 2007, 2008) негативное воздействие антропогенного пресса на окружающую среду в г. Воронеже и Воронежской области увеличивается с каждым годом.
Компоненты одной экосистемы находятся в условиях антропогенного пресса на окружающую среду. Представляется важным выяснение степени корреляции морфологического и цитогенетического показателей у членов единой системы, основанной на трофических связях. Для определения уровня антропогенного воздействия был использован биоиндикационный метод оценки состояния окружающей среды различных районов г. Воронежа и его окрестностей. В качестве тест-объектов нами были использованы автотрофный и гетеротрофный организмы - береза повислая (Betula pendula Roth) и клоп березовый щитник (Elasmncha grisea L.), как члены одной консорции в составе природных и антропогенно трансформированных экосистем. Биоиндикационные показатели тест-объектов относятся к двум уровням организации — организменному (березовый щитник) и клеточному (береза повислая).
Цель и задачи исследования
Целью работы явилась разработка подхода комплексного мониторинга состояния среды на основе методов морфологического и цитогенетического анализа животных и растительных тест объектов (на примере г. Воронежа и его окрестностей).
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи.
1. Реализовать комплексный мониторинг состояния среды в различных районах г. Воронежа и его окрестностях методами морфологического и цитогенетического анализа животных и растительных тест объектов.
2. Установить степень корреляции между уровнем флуктуирующей асимметрии морфологических признаков животного тест-объекта, частотой встречаемости патологий митоза растительного тест-объекта и содержанием подвижных форм тяжелых металлов в почве.
3. Выявить значимость комплексной оценки состояния окружающей среды, проведенной на основе показателей разных уровней организации (организменного и клеточного) тест-объектов, относящихся к различным трофическим группам.
4. Установить зависимость изменчивости морфологических признаков животного тест-объекта от стрессовых воздействий антропогенных факторов.
Научная новизна На основе фактического материала выявлена высокая корреляция морфологического и цитогенетического показателей биоиндикаторов антропогенного пресса. На организменном уровне использовался морфологический показатель нарушения стабильности онтогенеза березового щитника {Elasmucha grisea L.), на клеточном уровне - показатель частоты встречаемости патологий митоза семян березы повислой {Betula pendula Roth).
Впервые (на примере г. Воронежа и его окрестностей) проведен анализ корреляции морфологического и цитогенетического показателей стабильности онтогенеза животного и растительного тест объектов и содержания подвижных форм тяжелых металлов в почве (как показателя степени антропогенного пресса). Проведен комплексный кластерный анализ значений уровня флуктуирующей асимметрии (ФА) березового щитника и частоты встречаемости патологий митоза (ПМ) семян березы повислой, которые отражают интенсивность антропогенной нагрузки на урбанизированных территориях г. Воронежа и его окрестностей.
Теоретическая и практическая значимость работы Установлена корреляция реакций механизмов гомеостаза разного уровня организации трофически связанных между собой членов одной консорции на комплексное воздействие внешних факторов. Результаты работы позволяют использовать морфологический и цитогенетический показатели для адекватной оценки состояния среды. Полученные материалы использованы в учебном процессе, в курсе «Экология».
Положения, выносимые на защиту
1. Применение комплексной биоиндикационной оценки на основе трофически связанных между собой животного и растительного тест-объектов на разных уровнях организации позволяет провести адекватное определение степени антропогенного воздействия.
2. По данным биоиндикаторов различные районы г. Воронежа и его окрестностей значительно различаются степенью действия антропогенного пресса.
3. Между уровнем флуктуирующей асимметрии березового щитника, частотой встречаемости патологий митоза березы повислой и содержанием подвижных форм тяжелых металлов в почве существует достоверная корреляция.
Апробация работы Материалы диссертации представлены на Международной школе-конференции «Системный контроль генетических и цитогенетических процессов» (Санкт-Петербург, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы научной, обучающей и просветительской деятельности в биологических центрах ВУЗов и хозяйствах зоопаркового типа» (Тамбов, 2007); 11-й Международной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья Российской Федерации» (Липецк, 2007); 8-й Международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии» (Воронеж, 2008); 22-х Любищевских чтениях «Современные проблемы эволюции» (Ульяновск, 2008); 10-й Международной научно-практической экологической конференции «Живые объекты в условиях антропогенного пресса» (Белгород, 2008); Всероссийской научно-технической конференции «Экология и медицинские проблемы» (Тула, 2008); Международной конференции «Современные проблемы биоразнообразия» (Воронеж, 2008). Материалы исследования докладывались на отчетных научных сессиях профессорско-преподавательского состава ВГУ в 2007, 2008 гг. Публикации Результаты исследований опубликованы в 11 научных статьях и материалах научных конференций, из них одна - в списке изданий, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из 4 глав, выводов и списка литературы, включающего 272 источника (из них 60 на иностранных языках), приложения. Основной текст изложен на 134 страницах, иллюстрирован 4 таблицами и 37 рисунками; приложение включает 40 страниц. Общий объем диссертации составляет 174 страницы.
Благодарности Диссертант выражает глубокую признательность научному руководителю д.б.н. проф. Голубу В.Б. за неоценимую помощь при подготовке работы, искреннюю благодарность д.б.н. проф. Буториной А.К. и к.б.н. Калаеву В.Н. за помощь в проведении исследований цитогенетических показателей семенного потомства березы повислой, д.б.н. Джувеликяну Х.А. за помощь в проведении определения содержания подвижных форм тяжелых металлов в почве, ценные советы и рекомендации, д.б.н. проф. Негробову О.П. за предоставление обширной литературы в процессе подготовки диссертации. Особую благодарность выражаю моей семье за понимание интересов и поддержку моих начинаний.
Содержание тяжелых металлов в атмосферном воздухе, почве и их влияние на живые организмы
Атмосферный воздух, близкий к современному составу, сложился в конце протерозойской эры, около 1 млрд. лет назад (Опарин, 1968).
Чистый воздух, как существенная предпосылка для нормального развития организмов содержит ряд веществ, которые повсюду на Земле представлены в равных объемных долях. Загрязнение имеет место, когда одно или несколько загрязняющих веществ или их смеси содержатся в воздухе в таких количествах и так длительно, что создают опасность для живых организмов (Биоиндикация загрязнений наземных экосистем, 1988; Колесников, 2006).
Доля влияния загрязнения атмосферного воздуха на заболеваемость системы органов дыхания человека составляет 20%, системы кровообращения - 9% (Фрумин, 2002; Юсфин, 2002). Н.В. Реутова (2008), проанализировав в течение 9-летнего периода общий уровень заболеваемости населения, проживающего в районе расположения горно-обогатительного комбината в Кабардино-Балкарии, выявила повышенный уровень частоты заболеваемости костно-мышечной системы. Рядом авторов было выявлено влияние загрязнения атмосферного воздуха на общее состояние здоровья населения города (Муфтиева, 2008; Степанова, 2008).
В качестве приоритетных загрязнителей металлами Агентством по охране окружающей среды выделены Cd, Си, As, Ni, Hg, Pb и Cr (Gori, 1980). Однако часть из них относится к незаменимым элементам: Fe, К, Си, Mn, Zn, Со, Mo, Se, Cr, Ni, V, Si, As. В оптимальных концентрациях они необходимы для нормального роста и размножения высших позвоночных (Бутовский, 2005; Hopkin, 1989). Однако существенное превышение концентраций данных металлов оказывает негативное воздействие на живые организмы (Бутовский, 2005). В упрощенном варианте, из атмосферы в результате естественных процессов ее самоочищения (гравитационной седиментации пылевых частиц, вымывания атмосферными осадками, конвекции, диффузии и т.д.) мигрант поступает на почву, в растительные и животные организмы (Махонько, 1985).
Только за счет сжигания угля в различных энергетических установках в окружающую среду в мировом масштабе поступает ртути в 8700 раз, мышьяка в 125 раз, кадмия в 40 раз, ванадия в 4 раза больше, чем их вовлекается в естественный биологический кругооборот на Земле (Моисеев, 1982). По данным исследований В.Б. Ильина (1991), в почве около цинкоплавильных предприятий содержание Zn приближалось к 10 000, РЬ — к 1000, Cd-кЮОмг/кг.
Поступление ртути в отдельные компоненты биоценоза приводит к нарушению их нормального функционирования и его структурной перестройке (Безель, 1981).
Рядом авторов было изучено влияние почв, загрязненных тяжелыми металлами в районе добычи свинцовых и цинковых руд, на хлорагоциты дождевых червей: установлено значительное увеличение объема хлорагогенной ткани по сравнению с его объемом у червей из контрольных участков (Morgan, 2002).
Изучение воздействия загрязнения тяжелыми металлами на землероек Центрального Кавказа выявило, во-первых, бедность видового состава, а, во-вторых, уменьшение размеров селезенки, легких, почек, надпочечников , по сравнению с контрольными участками (Дзуев, 2006). С увеличением загрязнения почв падает численность и видовое богатство животных (Гришина, 1988; Емец, 2002; Sun Xian-bin, 2005).
Свободные ионы алюминия могут влиять на процессы митоза и синтеза ДНК (Freedman, 1986). Известно, что токсичность свинца и других металлов зависит от физиологических условий. Например, при взаимодействии свинца с кадмием она может усиливаться (Бутовский, 2005). Так замачивание семян клевера перед посевом в растворах молибдата аммония и сернокислой меди (в определенных концентрациях) приводит к оздоравливающему действию (Новицкий, 1974). Содержание кадмия в почве в дозах до 10 мг/кг включительно не оказывает влияния на рост и развитие овса и кукурузы; при увеличении содержания до 50 мг/кг и выше это влияние уже заметно. Содержание кадмия в дозах 100 мг/кг вызывает гибель части растений (Захарова, 1985; Попова, 2005).
1.1.2. Выбросы промышленных предприятий и их влияние на живые организмы
Как показывают исследования, главными источниками химического и механического загрязнения города в различных странах являются промышленные, энергетические объекты и автотранспорт.
К 2003 г. во всем мире было добыто и сожжено около 162 млрд. т угля и 64 млрд. т нефти (Экологический мониторинг токсикантов..., 2003). В год промышленные предприятия всего мира выбрасывают в атмосферу 200 млн. т S02 и 69 млн. т N02 (Джувеликян, 1996). В городах Франции половина всех загрязнений имеет промышленное происхождение, в Мексике 50% загрязнений выбрасывается энергетическими установками. В нашей стране около 60% загрязнителей представлены промышленными выбросами, 27% -выбросами объектов энергетики, 13% приходиться на транспортное загрязнение. Промышленные территории занимают от 20 до 60% площади города. Профиль промышленных предприятий, их расположение в структуре города определяют основные типы загрязнителей и характер их распространения в окружающей среде, включая воздух, воду и почвы (Никитин, 1980; Негробов, 2000). По данным Государственного доклада «О состоянии и охране окружающей среды в 2002 г. ...», выбросы загрязняющих веществ России в атмосферу от стационарных источников составили 19481,2 тыс. т.
Влияние выбросов различных предприятий на биологические системы отмечается на всех уровнях организации живых существ.
И.Л. Москвиной, Е.С. Овечкиным и Ф.Ю.Овечкиным (2006) выявлено влияние факелов сжигания попутного нефтяного газа на состояние хвои сосновых древостоев, хотя, прямой зависимости с продолжительностью жизни хвои не было обнаружено.
Исследователями S.S. Karabhantanal и J.S. Awaknavar (2005) была установлена зависимость влияния стоков сахарного завода, завода по производству искусственного волокна и бумажной фабрики на длину и массу тела дождевых червей. Во всех трех случаях наблюдалось существенное увеличение длины и массы тела.
О.А. Устюжанина (2002) показала (на примере бесхвостых амфибий) прямую корреляцию коэффициента асимметрии лягушек с неблагоприятными условиями окружающей среды в окрестностях промышленных предприятий г. Калуги.
Было выявлено увеличение хромосомных аберраций (по сравнению с контролем) у работников химического комбината г. Северска (Бочков, 1998), ухудшение общего уровня состояние здоровья рабочих нефтедобывающих предприятий (Еникеева, 2008).
Увеличение степени флуктуирующей асимметрии листовой пластинки, интенсивности процессов фотосинтеза березы повислой под действием радиации (Последствия Чернобыльской катастрофы..., 1996). Е.В. Сенкевич (2007) отмечается возрастание уровня и спектра патологий митоза у сосны обыкновенной и березы повислой в 1-км зоне Нововоронежской АЭС по сравнению с контролем. Рядом авторов было выявлено изменение цитогенетических характеристик в зоне подвергшейся радиоактивному облучению по сравнению с контролем (Артюхов, 2004; Артюхов, 2005; Артюхов, 2006; Калаев, 2006). Наблюдается снижение видового разнообразия, патологические изменения у животных (Криволуцкий, 1999), нарушение эмбрионального развития у грызунов (Соколов, 1999). Так же было выявлено увеличение количества онкологических заболеваний, заболеваний щитовидной железы, сердечно-сосудистой и пищеварительной систем человека (Кутепов, 1998), лейкозов (Kohniein, 1991; Бурлакова, 1998), увеличение числа мутаций (Sankaranarayanan, 1993), повышение базового уровня генетических повреждений, хромосомной нестабильности (Воробцова, 2006; Шевченко, 2006; Воробцова, 2007; Carosi, 1968; Butorina, 1999).
Было установлено негативное влияние соединений азота на самочувствие людей - это и воздействие на центральную нервную систему (NO), отек легких (NO2), снижение кровяного давления, боль и слезотечение в глазах (NH3), приступы кашля, головокружение, боль в желудке (Рохас Риоха, 2008).
Морфологическая и эколого-ареалогическая характеристика березового щитника (Elasmucha grisea L.)
Морфологическая и эколого-ареалогическая характеристика березового щитника {Elasmucha grisea L.)
Клоп березовый щитник {Elasmucha grisea L.) относится к семейству древесных щитников - Acanthosomatidae (Heteroptera).
Распространение. Транспалеарктический вид. Распространен от Норвегии, Франции и Португалии на западе до российского Дальнего Востока и Восточного Китая на востоке.
Экология. Основным кормовым растением березового щитника является береза повислая (Betula pendula Roth). Питается соками ее листьев. Березовый щитник встречается также и на других породах деревьев и кустарников (Пучков, 1965; Пучков, 1987; Кержнер, 1964; Винокуров, 1995).
В течение года вид развивается в одном поколении. Зимует в фазе имаго. В мае перезимовавшие самки откладывают яйца на верхнюю и нижнюю стороны листьев березы. В условиях лесостепи отрождение личинок начинается в конце июня, а их массовый выход происходит в июле (Пучков, 1961; собственные наблюдения в Воронежской области). В процессе развития личинки проходят пять стадий. Личинки по внешнему виду похожи на имаго, от которых отличаются меньшими размерами и неразвитостью половых органов. Личинки держатся группами на листьях кормового растения и не мигрируют. Отсутствию миграций способствует, очевидно, проявление у самок заботы о потомстве (они оберегают молодых личинок, которые прячутся под телом самок). Зачатки крыльев появляются у личинок третьего возраста. Имаго нового поколения можно обнаружить в конце июля и начале августа. В нижней части кроны (в которой происходил отбор проб) имаго держатся, преимущественно, в затененных участках (собственные наблюдения). Консорция (от лат. consortium - соучастие, сообщество) - это структурная единица биоценоза, объединяющая автотрофные и гетеротрофные организмы на основе пространстиенных (топических) и пищевых (трофических) связей. Примером консорции может служить любое отдельное дерево (или группа деревьев), то есть растение-эдификатор, с которым связаны фитофаги и их паразиты, микоризные грибы, эпифиты, гнездящиеся птицы и т. д. Представление о консорции сформулировано в начале 50-х гг. XX в. В.Н. Беклемишевым и Л.Г. Раменским (http://bio-slovar.ru/idx.php/0/2515/article/)
Таким образом, березовый щитник и береза повислая являются членами одной консорции.
Береза повислая {Betula pendula Roth) относится к семейству березовых - В etui асеае (Черепанов, 1995).
Распространение. Береза повислая имеет обширный евро-сибирский ареал. Он охватывает всю европейскую часть России (кроме крайнего севера и юга), Кавказ, Урал, Западную и, частично, Среднюю Сибирь, Западный Тянь-Шань. На востоке береза доходит до Байкала (Сергейчик, 1985).
Экология. Береза повислая {Betula pendula Roth) - листопадное дерево высотой до 20-25 м. Живет 100-200 лет (Сергейчик, 1985). Ветви обычно повислые. Цветет в апреле-мае; плоды созревают в августе-сентябре. Плод — продолговато-эллиптический орешек, с двумя перепончатыми крыльями (Клещева, 2007).
Береза встречается в смешанных лесах, лесостепных и степных районах. Высокая зимоустойчивость, умеренные требования к плодородию, влажности и кислотности почвы способствует тому, что береза повислая является пионером образования лесов на вырубках, пустырях и гарях (Сергейчик, 1985).
Береза распространена повсеместно в г. Воронеже и Воронежской области, является лесообразующей породой лесопарков (Григорьевская, 2000) и одной из основных пород широколиственных и смешанных лесов (Вересин, 1971).
Береза повислая в диплоидном наборе содержит 28 хромосом (Макарова, 1989; Буторина, 1990; Brown, 1982).
2.3. Описание метода оценки состояния среды на основе анализа уровня флуктуирующей асимметрии морфологических признаков
Березовый щитник собирался в кроне березы повислой энтомологическим сачком (Голуб, 1980). Отбор проб березового щитника проводился в намеченных пунктах 4 раза в течение вегетационного периода. Фиксация отобранных экземпляров проводилась в консервирующей жидкости, состоящей из смеси 96% этилового спирта и ледяной уксусной кислоты (3:1). Зафиксированный материал хранился в холодильнике.
Выявление уровня флуктуирующей асимметрии билатеральных морфологических признаков отобранных экземпляров проводилось с использованием стереоскопического микроскопа МБС-1.
Для анализа стабильности развития Elasmucha grisea использовались следующие морфологические признаки (рис. 2.1), проявляющие, различную степень чувствительности:
1) количество расположенных в линию точек пунктировки на темени с каждой ее стороны; 2) количество разбросанных точек пунктировки с каждой стороны лба, щек и темени в совокупности; 3) форма валиков на мозолистых возвышениях переднеспинки; 4) количество точек пунктировки с каждой стороны от медиальной линии щитка; 5) количество точек пунктировки на боковых краях щитка; 6) количество точек пунктировки на клавусе обоих надкрылий; 7) количество точек пунктировки на внутреннем крае кориума вдоль клавуса обоих надкрылий; 8) форма меланизированных пятен на заднем крае VII тергита с каждой стороны от медиальной линии.
Влияние экологических условий различных районов г. Воронежа на живые организмы
На территории этого района расположены главным образом организации железнодорожного транспорта, пищевая и топливная промышленность, учреждения административного управления, образования, культуры и спорта. Хозяйственную деятельность осуществляют более 20 крупных и средних предприятий (Доклад о состоянии..., 2008).
Валовый выброс загрязняющих веществ от стационарных источников в 2007 г. составил 599 т. По сравнению с 2006 г. произошло увеличение объема выбросов на 6 т, что связано с ростом объемов производства на отдельных предприятиях. Наибольшее воздействие на окружающую среду оказывают предприятия Юго-Восточной железной дороги - филиал ОАО «Российские железные дороги», ВТРЗ имени Дзержинского, «Воронежские тепловые сети» - филиал ОАО «ТГК-4» - «Воронежская региональная генерация». Валовый выброс ВТРЗ им. Дзержинского возрос в сравнении с 2006 г. на 5 т и составил 135 т (Доклад о состоянии..., 2008).
. Здесь размещаются предприятия, работающие не один десяток лет. АООТ «Электросигнал» - с 1931 г., ОАО «Автогенмаш» -с 1948 г., ОАО ВРЗ «Полюс» - с 1954 г. и др. (Доклад о состоянии..., 2002).
Валовый выброс загрязняющих веществ от стационарных источников загрязнения в атмосферу в 2001 г. составил 1478 т. На 2000 г. количество выбросов от нее составило 1136,7 т (Доклад о состоянии..., 2002).
Рядом исследователей была проведена оценка загрязнения почв тяжелыми металлами (Девятова, 2007). Определив суммарный показатель загрязнения, ими была составлена таблица ориентировочной оценочной шкалы уровня загрязнения. В соответствии с данными этой таблицы к наиболее загрязненным относят почвы, отобранные с территории ОАО «Воронежсинтезкаучук». «Высокий» уровень загрязнения выявлен на территориях АООТ «Электросигнал», ул. Краснознаменная (селитебная зона), АО «Тяжэкс» им. Коминтерна; «средний» - на территориях механического завода, ул. Димитрова, ФГУП ВВРЗ им. Тельмана и т.д.
Е.В. Шунелько (2000) обнаружила положительную связь между сильными видимыми повреждениями листьев древесных растений и высокой загазованности воздуха вследствие интенсивного движения автотранспорта на улицах г. Воронежа. Цитогенетический анализ выявил увеличение числа патологий митоза проростков семян березы повислой вблизи некоторых источников загрязнения г. Воронежа (Вострикова, 2001). В.Н. Калаев (2000) выявил воздействие выхлопных газов автотранспорта на изменение цитогенетических характеристик семенного потомства дуба черешчатого. Была изучена реакция актиномицетов в почвах г. Воронежа на действие стрессовых факторов. Для этих зон было характерно перераспределение видов по степени доминирования без изменения видового состава (Талалайко, 2004).
Цитогенетический мониторинг с использованием сосны обыкновенной указывает на среднюю степень риска в районах областной больницы № 1 и остановки «15-ый квартал», которые относятся к Коминтерновскому району г. Воронежа (Черкащина, 2007).
Рядом авторов было выявлено увеличение относительных значений интегральных показателей флуктуирующей асимметрии озерной лягушки на территории отстойно-очистных сооружений ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, дамбы Чернавского моста, в низовьях Воронежского водохранилища (Шиловский лес) по сравнению с участками со значительно меньшим антропогенным влиянием (Хицова, 2004). Также были вычислены значения показателя флуктуирующей асимметрии одного из вида полужесткокрылых {Kleydocerys resedae Pz.) в районе Шинного завода и санатория им. М. Горького. В районе Шинного завода указанный показатель имел более высокое значение по сравнению с районом санатория им. М. Горького (Логвиновский, 2005). Увеличение значений показателя флуктуирующей асимметрии в районе Шинного завода говорит о значительном уровне антропогенной нагрузки в данном пункте отбора проб по сравнению с котрольными участками. Используя метод флуктуирующей асимметрии, В.Б. Голубом, Л.Н. Хицовой и В.Г. Артюховым (2004) было выявлено, что наиболее благополучное состояние среды выявлено в Центральном районе (парк «Динамо») и Шиловском лесу. Наименее благополучная экологическая ситуация - в Левобережном районе (вблизи ВОГРЭС и ОАО «Воронежсинтезкаучук»), а также в районе цирка.
Большинство крупных предприятий г. Воронежа построено без учета розы ветров, что создает напряженную обстановку в жилых массивах (Семенова, 2007 в). Л.Н. Костылевой (2007) была выявлена взаимосвязь между близостью предприятий и увеличением заболеваемости детей г. Воронежа. Наиболее экологически неблагополучными территориями являются район ОАО «Воронежсинтезкаучук», территория Левобережного района, ограниченная Чернавским и Вогрэсовским мостами, а также часть Ленинского административного района города.
По данным «Доклада о санитарно-эпидемиологической обстановке...» (2007), на неблагополучной территории г. Воронежа (жилой массив в районе улиц Московский проспект и проспект Труда) уровень некоторых медицинских показателей детей был значительно выше, чем аналогичные показатели детей, проживающих на территории с меньшим уровнем антропогенной нагрузки (район СХИ) (Леонов, 2008; Лихачева, 2008). Также было выявлено влияние степени загрязнения атмосферного воздуха на увеличение заболеваний сердечно-сосудистой системы (Фертикова, 2008), а также диабетом и глаукомой (Немых, 2008), общей степени заболеваемости детей и взрослых (Экология и мониторинг..., 1997).
Оценка степени чувствительности морфологических признаков животного тест-объекта, на примере березового щитника
На примере клопа березового щитника (Elasmucha grisea L.) суммарный уровень антропогенной нагрузки в г. Воронеже оценивали по частоте асимметричного проявления признака (ЧАП). Для указанного тест-объекта были использованы 8 морфологических признаков (рис. 2.1). Нами была предпринята попытка анализа чувствительности отдельно взятых морфологических признаков при комплексной оценке здоровья среды.
Используя методы статистической обработки данных (критерий хи-квадрат), мы провели анализ частоты встречаемости отдельно взятых признаков. В качестве контрольных участков были приняты территории БУНЦ «Веневитиново» и Ботанического сада ВГУ.
Нами было выявлено, что в 2006 г. существовали статистически достоверное различие показателя флуктуирующей асимметрии выборок с территорий Ботанического сада ВГУ и областной клинической больницы № 1 (Р 0,05) только по четвертому признаку.
В 2007 г. отмечались статистически достоверные различия показателя флуктуирующей асимметрии выборок с территорий Ботанического сада ВГУ и остановки «Ильича» (Р 0,05) по первому признаку; с территорий Ботанического сада ВГУ и района завода КБХА (Р 0,05) по второму признаку; с территорий Ботанического сада ВГУ и остановки «Ильича» (Р 0505), Ботанического сада ВГУ и областной клинической больницы № 1 (Р 0,05) по третьему признаку; с территорий Ботанического сада ВГУ и района завода КБХА (Р 0,01), Ботанического сада ВГУ и областной клинической больницы № 1 (Р 0,01) по восьмому признаку.
В 2008 г. установлены статистически достоверные различия показателя флуктуирующей асимметрии выборок с территорий БУНЦ «Веневитиново» и санатория им. М. Горького (Р 0,05), БУНЦ «Веневитиново» и остановки «Ильича» (Р 0,05), БУНЦ «Веневитиново» и района завода КБХА (Р 0,05), БУНЦ «Веневитиново» и областной клинической больницы № 1 (Р 0,05), БУНЦ «Веневитиново» и пос. Дубовка (Р 0,01) по второму признаку; с территорий БУНЦ «Веневитиново» и района завода КБХА (Р 0,05), БУНЦ «Веневитиново» и областной клинической больницы № 1 (Р 0,05), БУНЦ «Веневитиново» и пос. Дубовка (Р 0,05) по восьмому признаку.
На основании проведенного статистического анализа можно сделать вывод о том, что наибольшую чувствительность к антропогенному прессу проявляют следующие морфологические признаки березового щитника: количество разбросанных точек пунктировки с каждой стороны лба, щек и темени в совокупности; форма меланизированных пятен на заднем крае VII тергита с каждой стороны от медиальной линии; форма валиков на мозолистых возвышениях переднеспинки; количество расположенных в линию точек пунктировки на темени с каждой ее стороны; количество точек пунктировки с каждой стороны от медиальной линии щитка.
К металлам относят 18 элементов, которые по свойствам могут быть разделены на 3 класса: класс А (Са, Mg, К, Sr, Na), класс В (Cd, Си, Hg, Ag) и промежуточные (Zn, Pb, Fe, Cr, Co, Ni, As, V). Металлы класса A преимущественно связывают кислород, металлы класса В - азот и серу, металлы промежуточного класса связывают все элементы. При этом к тяжелым металлам условно относят ряд элементов, плотность которых выше 5,0 г/см . В качестве приоритетных загрязнителей отмечают Cd (кадмий), Си (медь), As (мышьяк), Ni (никель), РЬ (свинец), Zn (цинк) и Сг (хром) (Gori, 1980).
Основные источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду можно разделить на группы: естественные (природные) и искусственные (антропогенные). К антропогенным источникам относятся автотранспорт, предприятия, городские сточные воды, различные виды удобрений, ядохимикаты; они являются главными и наиболее опасными. (Экологический мониторинг токсикантов, 2003; табл. 4.1; табл. 4.2).
К примеру, выхлопные газы автотранспорта привносят на поверхность Земли до 260 тыс. т свинца ежегодно (Овчаренко, 1995). Загрязнение отмечается на различных уровнях (локальном, региональном и глобальном). Особенно четко оно проявляется на локальном уровне (Мотузова, 1988; Черных, 2000). Ниже представлен примерный вклад различных источников в загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (табл. 4.3).
Как видно из табл. 4.3, в некоторых пунктах отбора проб выявлено существенное превышение значений ПДК по содержанию подвижных форм некоторых тяжелых металлов в почве.
На территории БУНЦ «Веневитиново» содержание подвижных форм указанных тяжелых металлов не превышало их ПДК. Данный факт объясняется отсутствием на анализируемом участке каких-либо существенных источников загрязнения, за исключением рекреационной нагрузки в летний период (табл. 4.3).
На территории Ботанического сада ВГУ не было выявлено превышение значений ПДК для указанных металлов (табл. 4.3).
В окрестностях санатория им. М. Горького содержанию подвижных форм не превышало значение ПДК (табл. 4.3).
На Ленинском проспекте (в районе остановки «Ильича») было обнаружено существенное превышение значения ПДК для свинца в почве на глубине 0-10 см (табл. 4.3). Источниками высокого содержания свинца, по-видимому, являются выхлопные газы автотранспорта. Данный пункт отбора проб располагается вблизи дороги с интенсивным автомобильным движением. Как известно, 91% выбросов всех загрязняющих веществ в атмосферу в г. Воронеже приходится на автотранспорт (Доклад о состоянии окружающей среды..., 2008).
В районе завода КБХА не было обнаружено превышения значений ПДК для указанных металлов (табл. 4.3).
На территории областной клинической больницы № 1 было выявлено значительное превышение значения ПДК по содержанию свинца на глубине 40-50 см (табл. 4.3). В данном пункте отбор почвенных образцов проводился в 200 м от автотрассы Воронеж-Москва.
На территории пос. Дубовка содержание свинца, цинка и меди превышало их значения ПДК в несколько десятков раз (табл. 4.3). Данный факт объясняется, вероятно, близостью железнодорожного полотна и двух железнодорожных станций. Кроме того, вероятно, за многие годы использования каменного угля и мазута в качестве топлива локомотивов в почве из данного пункта отбора проб аккумулированы продукты их сгорания и отходы.
На улице 20-летия Октября не выявлено превышения значений ПДК для указанных металлов (табл. 4.3). Данный факт, по-видимому, объясняется тем, что большая часть поллютантов, находящихся во взвешенном состоянии в атмосфере, оседает на листовых пластинках деревьев и надземных частях травянистых растений (Евдокимова, 1985; Решетников, 1988). Процесс накопления продолжается в течение всего летного периода времени. С наступлением осени, опавшую листву вывозят с улицы 20-летия Октября. Газоны, засеянные травянистыми растениями, в свою очередь, подвергают регулярной стрижке. По-видимому, основная часть загрязнителей удаляется из анализируемого пункта отбора проб описанными выше способами. На снижение содержания тяжелых металлов в почве по этим причинам указывалось ранее (Карабань, 1985).
Похожие диссертации на Комплексный мониторинг состояния среды г. Воронежа и его окрестностей методами морфологического и цитогенетического анализа животных и растительных тест-объектов
