Содержание к диссертации
Стр.
Введение 5
1. Эколого-токсикологические и микробиологические
особенности антропоэкосистемы и их влияние на зеленые
насаждения [Обзор литературы] 10
1.1. Распределение тяжелых металлов в
антропоэкосистеме 10
1.2. Влияние тяжелых металлов на зеленые насаждения 12
1.3. Особенности распределения микроорганизмов в
условиях антропоэкосистемы 20
1.4. Влияние факторов окружающей среды на
фитонцидную активность растений 29
2. Методы исследования 35
2.1. Общеметодический подход 35
2.2. Методика эколого-токсикологической оценки
загрязнения почв г. Калуги тяжелыми металлами
2.3. Методика токсикологической и микробиологической оценки загрязнения снега тяжелыми металлами
Выбор объектов исследования
Время отбора
Объем исследований
2.3.4. Методика микробиологического исследования снега
2.3.5. Методика токсикологического исследования снега 40
2.4. Оценка загрязнения атмосферного воздуха г. Калуги
2.4.1. Эколого-токсикологическая оценка атмосферного
воздуха г. Калуги
2.4.2. Методика микробиологического исследования
воздуха
2.5. Методика микробиологического исследования почвы
2.6. Эколого-токсикологическая оценка зеленых
насаждений и их фитонцидной активности
Методика определения количества тяжелых металлов в листьях
Методика определения количества тяжелых металлов методом смывов с поверхности листьев
2.6.3. Методика проведения микробиологических
исследований смывов с листовых пластинок растений
2.6.4. Исследование фитонцидной активности растений
2.6.4.1. Заготовка растений 51
2.6.4.2. Исследование антимикробной активности
растений 51
Методика оценки состояния зеленых насаждений 54
Статистическая обработка результатов 55 3. Результаты собственных исследований 56
3.1. Характеристика суммарного загрязнения почв города
тяжелыми металлами
3.2. Характеристика микробного загрязнения почв города 56
3.3. Результаты исследования токсикологического и
микробиологического исследования загрязнения
снега
Результаты эколого-токсикологического и микробиологического исследования загрязненности атмосферного воздуха г. Калуги
Результаты эколого-токсикологического и микробиологического исследования растений г. Калуги
Результаты исследования антимикробной активности растений в антропоэкосистеме и за ее пределами
Результаты оценки состояния зеленых насаждений в г. Калуге
Обсуждение полученных результатов
107
Выводы 114
Список литературы 117
Введение к работе
Актуальность проблемы. Для промышленных городов характерно формирование техногенных ареалов загрязнения природной среды, включающих атмосферное загрязнение, загрязнение почвы, растений и воды. Характерной чертой городской среды стала агрессивность по отношению к природе. Она отчуждает человека не только от природы, но и от проживающих в том же городе людей [Битюкова В.Р., Угарова Н.А., 2003; Битюкова В.Р., 2004].
Если в 1880 г. горожане составляли 3% населения планеты, то к 1980г. - уже 40%, а в настоящее время для экономически развитых стран этот показатель достиг 80% - 90% [Межевич М.Н.,1990].
Урбанизация и увеличение промышленного потенциала городов способствуют изменению природных комплексов и биогеоценозов [Амбарцумян В. В., 1999; Орлов Д.С. и соавт., 2002].
Происходит интенсивное трансграничное и локальное загрязнение атмосферы, что приводит к загрязнению снеговых осадков, увеличению содержания сульфатов, нитратов и, соответственно, кислотности снеговой воды [Гудериан Р., 1979].
В снеговых осадках накапливаются тяжелые металлы. Например, в снеговых выпадениях на территории Европейской части России выявлены аномально высокие концентрации фтора, лития, сурьмы, мышьяка, ртути, кадмия и других тяжелых металлов. Основная часть тяжелых металлов, находящихся в снеговом покрове, растворяется в снеговой воде, то есть переходит в подвижную форму. В таком виде они мигрируют в поверхностные и подземные воды, а затем через растения в пищевую цепь и организм человека [Рощин А. В., 1983; Мапапап S.E., 1994; Ревель П., Ревель Ч., 1995].
Из атмосферы, путем наземных и сельскохозяйственных загрязнений, тяжелые металлы и другие загрязнители попадают в почвы. Практически все виды человеческой деятельности сопровождаются загрязнением почв.
Количественно общее поступление загрязнителей в почву в глобальном масштабе огромно [Бертокс П. 1980; Лимин Б.В. и соавт., 2003; Гусакова Н.В., 2004].
При изучении экологии современного города физические и химические факторы, неблагоприятно влияющие на человека и окружающую его среду, в той или иной степени исследуются. Однако микробиологические факторы рассматриваются крайне редко, и их роль в оценке взаимоотношений человека и окружающей среды в условиях промышленного города изучена недостаточно.
Микроорганизмы широко распространены во внешней среде. Они
находятся в воздухе, почве, воде, на окружающих нас предметах, растениях,
пищевых продуктах, в организме человека и животных. Микроорганизмы
имеют сложные взаимоотношения с окружающей средой. Их видовой состав
и свойства могут изменяться в результате деятельности человека, что может
оказывать прямое или косвенное неблагоприятное воздействие на здоровье
людей и биоту [Заварзин Г.А., Колотилова Н.Н., 2001; Экология
микроорганизмов , 2004].
Важные защитные функции в условиях антропоэкосистемы выполняют зеленые насаждения, которые при этом испытывают сильную нагрузку техногенных и антропогенных факторов, часто сопряженную с критической. Они защищают человека и животных от вредных воздействий физико-химических факторов и различных аэрозолей атмосферы, обладая огромной сорбционной способностью. Многие растения в естественной среде выделяют фитонциды для защиты от эпифитной микрофлоры. По данным различных авторов фитонциды воздействуют не только на микроорганизмы, но и благоприятно влияют на организм человека и животных [Токин Б. П., 1951; Дроболико В.Г. ,1968; Токин Б. П., 1980].
Однако в литературе недостаточно данных о фитонцидной активности растений в условиях антропоэкосистемы. Неизвестно, насколько эффективна деятельность растений по защите атмосферы от различных микроорганизмов
7 в условиях антропоэкосистемы, как ведут себя растения в городской среде. Эти знания необходимы при озеленении города, для обеспечения устойчивости антропоэкосистемы, для улучшения качества городской среды и условий обитания в ней живых организмов, в том числе и человека. Поэтому необходимость проведения исследований в этом направлении определяет актуальность выполненной работы.
Основными загрязнителями в условиях антропоэкосистемы являются тяжелые металлы. Поэтому целью данной работы явилось исследование влияния тяжелых металлов на фитонцидную активность растений и состояние микроорганизмов в условиях антропоэкосистемы.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
1. Провести исследование загрязненности почв города Калуги,
снежного покрова и атмосферного воздуха тяжелыми металлами.
Исследовать наличие взаимосвязи между загрязнением снежного покрова и почв города Калуги тяжелыми металлами, накоплением их в биомассе зеленых насаждений.
Исследовать зависимость между накоплением тяжелых металлов в биомассе зеленых насаждений, фитонцидной активностью и состоянием растений.
4. Исследовать особенности распределения микроорганизмов в
условиях антропоэкосистемы, загрязненной тяжелыми металлами.
5. Исследовать количественный и качественный состав эпифитной
микрофлоры в условиях антропоэкосистемы и особенности ее распределения
на растениях.
Научная новизна. В работе дана комплексная оценка содержания тяжелых металлов в различных средах антропоэкосистемы, их влияния на фитонцидную активность растений и микроорганизмы.
Проведена сравнительная оценка распределения тяжелых металлов в антропоэкосистеме, их накопления в растительной биомассе в условиях города.
Получены новые данные о состоянии древесно-кустарниковой растительности, произрастающей на почвах с различным содержанием тяжелых металлов, фитонцидной активности растений в условиях агрессивного воздействия городской среды.
Выполнены исследования по микробиологическому мониторингу города. Представлены новые данные по распределению микроорганизмов в различных средах антропоэкосистемы в различные климатические периоды года.
Выполненные исследования имеют важное теоретическое и практическое значение для понимания реакции растений на экологическое состояние окружающей среды.
Практическая значимость. Оценка состояния зеленых насаждений использована в проектах районной планировки и программе озеленения города Калуги, а также при анализе состояния городской среды.
Предложенная методология микробиологического исследования окружающей среды может быть использована в качестве подсистем экологического мониторинга, а также при выполнении практических занятий по курсу «Экология микроорганизмов».
Результаты, полученные в ходе выполнения настоящей работы, используются в лекционном материале и практических работах по курсам «Экология человека» и «Экология микроорганизмов» для студентов биолого-химического факультета КГПУ им. К.Э. Циолковского.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации доложены на научных семинарах кафедры ботаники и экологии КГПУ им. К.Э. Циолковского (2000 - 2004 гг.), на Межрегиональной научно-практической конференции «Река Ока - третье тысячелетие» (Калуга, 2001), Региональной научно-практической конференции «Влияние погоды и климата на устойчивое развитие отраслей экономики области, жизнь и здоровье людей» (Калуга, 2001), Международной научной конференции «Актуальные проблемы геоэкологии» (Тверь, 2002), 7-ой Пущинской школе-
9 конференции молодых ученых (Пущино, 2003), 8-ой Пущинской школе-конференции молодых ученых (Пущино, 2004).
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 129 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, практических предложений, списка литературы, состоящего из 152 названий (в том числе 40 иностранных). Работа включает 16 таблиц и 44 рисунка.
Основные положения, выносимые на защиту.
На защиту выносятся:
1. Комплексная эколого-токсикологическая оценка состояния
окружающей среды в сочетании с оценкой состояния зеленых насаждений.
2. Зависимость между содержанием тяжелых металлов в снежном
покрове и почвах города, накоплением в биомассе и фитонцидной
активностью растений.
3. Особенности распределения микроорганизмов в условиях
антропоэкосистемы.
4. Количественный и качественный состав микроорганизмов в
условиях антропоэкосистемы и особенности их распределения на растениях.
