Russian Federation
Russian Federation
Studies on the stability of the development of woody plants (birch) were conducted on the terri-tory of Angarsk. Based on the measurement of the system of morphological features and the calculation of the integrated indicator of fluctuating asymmetry (IPFA), an assessment of the eco-logical state of the atmosphere of the urban environment is made
the ecological state of the environment, the natural framework of the city of Angarsk, the transfer of pollutants
Определение флуктуирующей асимметрии (ФА) относится к оценке состояния среды, которая, как и опирающийся на санитарно-гигиеническое нормирование традиционный подход [2, 3], может использоваться для оценки экологического состояния окружающей среды. Наша задача – оценить экологическое состояние воздушной среды г. Ангарска и сравнить полученные результаты с аналогичными оценками на основе санитарно-гигиенического подхода.
Исследование ФА листьев березы повислой (Betula pendula Roth.) проводили в 2002 г. в 13 точках, 2011-12 гг. в 22 точках на территории жилой застройки г. Ангарска, расположенного между рекой Ангара и ее притока р. Китой. Природно-рекреационный каркас города включает в себя отдельные массивы сосновых лесов с примесью лиственных пород (береза и осина), которые относятся к коренным, с преимуществом в основном ярусе лесостоя сосны. За время существования города природный каркас территории претерпел значительные структурные и пространственные изменения, что привело к преобладанию в основном одноярусного древостоя со слабой выраженностью подлеска и обеднением видового состава травостоя.
Для определения флуктуирующей асимметрии измеряли морфологические признаки листьев березы согласно существующей методике [2] (рисунок 1).
На основе отдельных структурных признаков провели расчёт интегрированного показателя флуктуирующей асимметрии (ИПФА) по приведённой разности согласно формуле 1:
ИПФА = (1)
где i-й – лист; j-й – признак; n, m – количество признаков и листьев; L, R – величина признаков левой и правой половины листа.
При определении асимметрии руководствовались методическими рекомендациями [4].
Рисунок 1 – Морфологические признаки флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой
Все промеры были проведены по фотографиям с применением измерительных инструментов (штангенциркуль, транспортир, курвиметр). Все измерения проводились с точностью до 0,5 мм, углы измеряли с точностью до 1 градуса. Полученные показатели вносились в таблицы, составленные в программе Excel. Всего было проведено измерений по морфологическим признакам: в 2002 г. – 1108 штук (5540 измерений), а в 2011-12 гг. – 1012 штук (5060 измерений). Статистическая обработка материалов выполнялась с использованием программы Statistica v5.5.
Степень загрязнения атмосферы населённых пунктов в значительной степени определяется также ветровой активностью и формируемой ею скоростью переноса загрязняющих веществ, и устойчивостью атмосферы. На территории г. Ангарска в основном преобладают воздушные потоки северо-западного и юго-восточного направлений ветров. Наряду с этим ветры северо-западного, северо-северо-западного и северного направления типичны для циклонического типа погоды. Повторяемость данных ветров с высокими величинами таких видов скоростей, как средняя годовая (5–6 м/с), максимальная средняя (17–19 м/с) и мгновенная (24–26 м/с) составляет более 40% годового цикла [1]. Преобладающие юго-восточные, восточно-юго-восточные и восточные ветры обладают минимальными (до 1 м/с) по сравнению с северо-западными ветрами величинами различных видов скоростей. При северо-западных ветрах загрязненный воздух выносится за пределы промышленной площадки основного градообразующего предприятия г. Ангарска – АО «АНХК» – на расстояния более одного километра [1]. Юго-восточные ветры в свою очередь выносят загрязненный воздух на территорию северной части жилой застройки г. Ангарска. При этом юго-восточные и южные ветры имеют закономерные колебания скорости со снижением ее в дневные часы суток. Одновременно со снижением скорости ветра его направление меняется на восточное. Как мы видим, ветры несут ответственность за распространение загрязненного воздуха в жилых районах города, особенно в вечернее и ночное время (от 1 до 4–5 часов), загрязняют атмосферу и различные районы города. Юго-восточный ветер «тянет» загрязненный воздух не только от промышленного предприятия АО «АНХК», но и от ТЭЦ-10 «Иркутскэнерго» на юго-восточную часть жилых массивов города Ангарска. Обзор официальных документов [2], оценивающих экологическое состояние атмосферы г. Ангарска, подтвердил о загрязнении воздушной среды в годы измерения ФА. Также по девяти веществам отмечалось превышение ПДКмр, особенно существенное по бенз(а)пирену, формальдегиду, диоксиду азота и оксиду углерода.
На рисунке 2 показаны min и max каждого из пяти показателей в годы наблюдений признаков флуктуирующей асимметрии листьев березы. Темные столбики – минимум, светлые – максимум морфологического признака
Как видим, скорость изменения отдельных морфологических признаков в 2002 г. составляла 1,3–1,8, а в 2011-12 гг. она увеличилась до 1,7–2,3.
Показатель ФА по каждому из морфологических признаков сравнили с квалиметрической шкалой [5], согласно которой значение ФА более 0,054 соответствует категории «сильное, экстремальное загрязнение». Сравнение показало, что дестабилизация развития листьев березы отмечалась уже в 2002 г., она продолжилась в последующие годы, а по отдельным признакам даже усилилась, поскольку увеличилась кратность различий минимальных и максимальных величин ФА в 2011-12 гг.
С целью определения того, какой из пяти морфологических показателей больше других отклонялся от стандарта, принятого в соответствии с квалиметрическим измерением, и составлял менее 0,040, изучали долю значений ФА, соответствующих этому стандарту (таблица 1).
Рисунок 2 – Пределы изменения морфологических признаков, характеризующих флуктуирующую асимметрию листьев березы, растущей на территории г. Ангарска, в 2002 (а) и 2011-12 гг. (б)
Интегрированный показатель флуктуирующей асимметрии, рассчитанный в 2002 и 2011-2012 гг., изменялся в пределах 0,071–0,104, что существенно превышало его максимум по квалиметрической шкале [5], соответствующий категории «сильное, экстремальное загрязнение». Значения ИПФА листьев березы повислой, произрастающей в пределах жилых массивов г. Ангарска, частично соответствуют результатам, полученным для того же вида в условиях г. Братска [6]. Однако в г. Ангарске зафиксирован максимальный интегральный показатель ФА, тогда как в г. Братске ИПФА оказался меньше, достигнув 74,1 и 83,8% от самых высоких значений показателя, зафиксированных в г. Ангарске.
Несмотря на то, что при определении описательных статистик в 2002 и 2012 гг. объем выборок был значительным (335–465 и 360–665 значений соответственно) по сравнению с 2011 г. (90–130 значений), в обоих случаях была получена достаточно сильная изменчивость ИПФА, характеризуемая коэффициентом вариации. По-видимому, значительное варьирование показателей флуктуирующей асимметрии, регистрируемое на больших и малых по объему выборках, свидетельствовало о нестабильности развития ассимилирующих органов березы, обусловленной антропогенными факторами, характерными для экологических условий урбосреды г. Ангарска.
Общим моментом, установленным в результате статистического анализа в годы наблюдений (2002, 2011-12 гг.), было то, что точки со средними значениями ИПФА, не имевшими достоверных различий между собой, ограничивали части территории жилой застройки г. Ангарска, располагающиеся к западу или юго-западу относительно точек, средние величины ИПФА которых имели таковые различия (рисунок 3).
Рисунок 3 – Объединение точек, в которых средние интегральные показатели флуктуирующей асимметрии листья березы, растущей в пределах жилой застройки г. Ангарска, не имели достоверных различий
Таким образом, по данным биоиндикации листьев березы методом определения их динамической асимметрии экологическое состояние атмосферы в городе Ангарске оценено на разных уровнях категории «сильное, экстремальное загрязнение». Это не согласуется с оценкой, сделанной на основе традиционного метода чистоты и гигиены, который показывает естественное состояние воздушной среды города на уровне нормативного загрязнения. При исследовании ИПФА в различных точках территории жилой застройки г. Ангарска как в 2002, так и 2011-12 гг. оказалось, что наиболее низкой степенью «сильного, экстремального загрязнения» атмосферы города характеризовались его части, расположенные ближе к правому берегу р. Китой.
Таблица 1 – Доля соответствующих норме значений морфологических признаков
асимметрии листьев березы, растущейна територии г. Ангарска
|
№ точки
|
Доля значений признака асимметрии, % |
№ точки
|
Доля значений признака асимметрии, % |
||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
1a
|
57,5
|
66,7
|
1,1
|
6,9
|
49,4
|
5
|
40,0
|
55,0
|
0
|
0
|
50,0
|
|
2b
|
44,7
|
72,4
|
1,3
|
1,3
|
55,3
|
7
|
41,2
|
64,7
|
0
|
35,3
|
47,1
|
|
3c
|
41,2
|
52,9
|
4,7
|
2,4
|
34,1
|
8
|
40,9
|
31,8
|
0
|
9,1
|
40,9
|
|
4d
|
45,7
|
46,7
|
3,3
|
2,2
|
50,0
|
9
|
45,5
|
77,3
|
0
|
27,3
|
68,2
|
|
5e
|
50,0
|
54,3
|
0
|
4,3
|
40,2
|
10
|
15,8
|
42,1
|
0
|
0
|
63,2
|
|
6f
|
43,3
|
55,2
|
0
|
0
|
34,3
|
11
|
55,5
|
22,2
|
5,6
|
0
|
55,5
|
|
7g
|
52,8
|
51,7
|
0
|
6,7
|
41,6
|
12
|
46,2
|
50,0
|
3,6
|
11,4
|
61,5
|
|
8h
|
60,7
|
53,6
|
1,2
|
4,8
|
41,7
|
13
|
50,0
|
70,0
|
0
|
0
|
80,0
|
|
9i
|
39,4
|
53,2
|
1,1
|
4,3
|
50,0
|
14
|
50,0
|
64,5
|
0,9
|
14,5
|
52,7
|
|
10j
|
30,2
|
41,9
|
0
|
3,5
|
43,0
|
15
|
53,9
|
67,6
|
3,9
|
8,8
|
55,9
|
|
11k
|
56,8
|
61,7
|
1,2
|
4,9
|
49,4
|
16
|
47,3
|
68,8
|
0
|
4,3
|
48,4
|
|
12l
|
50,6
|
56,5
|
0
|
0
|
48,2
|
18
|
48,6
|
66,7
|
5,6
|
31,9
|
51,4
|
|
13m
|
53,8
|
61,5
|
0
|
0
|
33,0
|
19
|
47,2
|
66,7
|
2,8
|
31,9
|
52,8
|
|
2
|
78,9
|
47,4
|
5,3
|
10,5
|
61,2
|
20
|
64,4
|
75,3
|
1,0
|
1,0
|
49,3
|
|
3
|
44,4
|
83,3
|
0
|
11,1
|
66,7
|
21
|
52,5
|
71,3
|
0,0
|
15,0
|
56,3
|
|
4
|
61,1
|
66,7
|
0
|
5,6
|
61,1
|
22
|
48,1
|
62,4
|
2,3
|
5,3
|
44,4
|
Примечание: в таблице первые 13 точек соответствуют 2002 г., а остальные – 2011-12 гг.
1. Vorob'ev E.I., Prusakov V.M., Dushutin K.K. Ohrana atmosfery i neftehimiya. L.: Gidrometeoizdat, 1985. 231 s.
2. Gosudarstvennyy doklad «O so-stoyanii okruzhayuschey sredy Irkutskoy oblasti v 2009 godu». – Irkutsk, 2010. – 585 s.
3. Zaharov V.M. Ontogenez i populyaciya (stabil'nost' razvitiya i populyacionnaya izmenchivost') // Ekologiya. 2001. № 3. S. 177–191.
4. Metodicheskie rekomendacii po vypolneniyu ocenki kachestva sredy po so-stoyaniyu zhivyh suschestv (ocenka stabil'nosti razvitiya zhivyh organizmov po urovnyu asimmetrii morfologicheskih struktur) / MPR RF; Vved. 16.10.03. № 460-R. M., 2003. 24 s.
5. Kostromina O.A. Ekologicheskaya ocenka sostoyaniya listvennyh drevostoev v zonah tehnogennogo vozdeystviya. Avtoref. … kand. s/h nauk. Special'nost' 03.00.16 – «Ekologiya». – 2009. – 22 s.
6. Runova E.A., Kostromina O.A. Ocenka tehnogennogo zagryazneniya po pokazatelyu fluktuiruyuschey asimmetrii berezy povisloy (Betula pendula Roth.) v okrestnostyah g. Bratska // Vestnik Kras-Gau. 2007. № 6 (21). S. 121–127.
