Загрязнение атмосферы - одна из главных проблем нашей планеты. Природа и люди постоянно страдают от вреднейших выбросов в окружающую среду. Вы будете крайне удивлены, узнав о загрязнении воздуха такие факты, о которых и не подозревали.
- 1 От грязного воздуха люди толстеют
- 2 В условиях неблагоприятной экологии птицы поют лучше
- 3 Мы сможем выбрасывать мусор… на солнце
- 4 Чистота воздуха влияет на вероятность суицидов
- 5 Загрязнение окружающей среды уменьшает мозг
- 6 Хотите помочь науке? Дышите выхлопными газами!
- 7 Голуби летают быстрее в загрязнённой атмосфере
- 8 Нехватка чистого воздуха и переизбыток света в Гонконге
- 9 Лёгкие древних египтян не чище, чем у современного человека
- 10 Найти внеземные цивилизации помогут загрязнения атмосфер других планет
От грязного воздуха люди толстеют
«Оказывается, это всё воздух виноват в моих пышных формах!»
Всем известно: грязным воздухом тяжело дышать, он вызывает болезни дыхательных органов. Но, согласно новым исследованиям, наличие этого вредного фактора приводит и к ожирению! По мнению учёных, попадание в лёгкие частиц промышленного или сигаретного дыма может вызвать в организме воспаление, что, в свою очередь, снижает его способность сжигать энергию, приводя к увеличению веса.
Чтобы подтвердить эту теорию, в университете штата Огайо был проведён эксперимент на мышах. Их на определённое время поместили в среду с загрязнённым воздухом. В результате грызуны обзавелись характерным «жирком» на животах и вокруг внутренних органов. Также было подмечено снижение их восприимчивости к инсулину.
Изучение этой проблемы не ограничилось экспериментами на животных. Было проведено несколько исследований в самых загрязнённых городах мира. Результаты подтвердили, что человеческий организм реагирует на нечистый воздух подобным образом.
Хонг Ченг, работник общественной системы здравоохранения города Онтарио и Института клинических оценочных наук Канады, изучил записи о здоровье 62 тыс. людей на протяжении 14-летнего периода. Он обнаружил, что риск развития диабета увеличивается на 11% у тех людей, которые дышат особенно грязным воздухом. Другой учёный Эндрю Рандл из Колумбийского университета обнаружил подобную аналогию. Он заявил, что дети, выросшие в загрязнённых регионах, таких как Бронкс, в 2–3 раза больше склонны к ожирению, чем те, кто живёт в более чистой среде.
В условиях неблагоприятной экологии птицы поют лучше
Чем заливистее песни, тем ближе экологическая катастрофа?
Трудно поверить в то, что плохая экология может иметь какие-либо выгоды, но это так. Учёные из Кардиффского университета в Уэльсе обнаружили, что самцы птиц в загрязнённой среде поют мелодичнее.
Поведенческий эколог Шай Маркмен вместе со своей командой избрал объектами исследования диких европейских скворцов. Эти птицы добывают пищу внутри канализационных очистных сооружений. Живущие там дождевые черви часто содержат в себе вредные вещества с высоким уровнем химического эстрогена.
Исследователи кормили скворцов загрязнёнными червями. Со временем область мозга птиц, отвечающая за пение, увеличилась в размерах. Это позволило самцам петь более долгие и сложные рулады - именно на эту способность самки обращают внимание при поиске партнёра. Но также исследователи обнаружили, что загрязнение ослабляет иммунитет пернатых.
Мы сможем выбрасывать мусор… на солнце
Убрать в одном месте и переместить в другое? Отличная мысль!
«Мусорная» проблема на сегодняшний день стала настолько глобальной, что рассматриваются самые странные способы её решения. Одной из таких идей стало запускание мусора на солнце. Во время эфира на радио BBC4 докторами наук Адамом Резерфордом и Анной Фрай было подтверждено, что на первый взгляд глупая идея - не так уж фантастична. Воплотить в реальность её будет очень сложно, ведь запуск ракет в космос обходится крайне дорого. А здесь цена будет ещё зависеть от веса багажа.
Но слабую надежду на успех проекта даёт фирма Илона Маска SpaceX, которая занимается разработкой дешёвых ракет. Возможно, по мере развития космических технологий «выстреливание» мусора на сонце станет повседневной реальностью.
Чистота воздуха влияет на вероятность суицидов
«Воздух чистый, дыхание свежее. Но слабое…»
Когда мы слышим слово «самоубийство», последнее, что может прийти в голову - загрязнение воздуха. Тем не менее, вдыхание грязного воздуха человеком повышает риск совершения суицида. Особенно критичные периоды - весна и осень.
Исследователи Университета штата Юта изучили истории более 1500 человек, совершивших самоубийство с 1 января 2000 года по 31 декабря 2010-го. Те из них, которые подверглись воздействию мелкодисперсных частиц или диоксиду азота в течение трёх дней перед суицидом, довели задуманное до конца на 5–20 процентов чаще остальных людей из группы риска.
Руководитель исследований доктор Аманда Бакиан отметила, что эти результаты не отводят загрязнениям главную роль в причинении суицида. Но взаимосвязь психологических, физических и экологических факторов может существенно увеличивать риск самоубийств.
Загрязнение окружающей среды уменьшает мозг
Почему-то чаще всего в таких случаях достаётся мозгам!
В 2015 году были опубликованы результаты интересного исследования. Оказывается, мозг человека в результате длительного воздействия грязного воздуха может уменьшаться! Учёные Бостонского медицинского центра обследовали 943 здоровых жителя Нового Английского района от 60 лет и старше. Использовался метод магнитно-резонансной томографии, при котором изучали строение мозга и его зависимость от загрязнения в местах проживания людей. Оказалось, что увеличение в воздухе вредных частиц (например, выхлопных газов) до двух микрограммов на кубический метр приводит к сокращению объёма мозга на 0,32%. Что, в свою очередь, эквивалентно одному году старения мозга!
Те же злосчастные 2 микрограмма увеличивают риск развития «тихих» инсультов на 46%! Эта болезнь влияет на развитие деменции и ухудшение познавательной функции, но протекает бессимптомно - обнаружить её можно лишь путём сканирования мозга.
Хотите помочь науке? Дышите выхлопными газами!
Для опытов подобного типа желающих находится мало
Жители Канады могут присоединиться к изучению длительного влияния грязного воздуха на человека. Желающие поучаствовать в программе на протяжении двух часов будут дышать выхлопными газами дизелей в герметичном стеклянном коробе с параметрами: 1,2 метра - длина, 1,8 - ширина, 2,1 - высота. По качеству этот воздух сравним с тем, которым дышат люди Пекина и Мехико. Во время эксперимента добровольцы могут отдохнуть и посмотреть любимый сериал на канале Netflix.
Пока желающих поучаствовать в эксперименте очень мало, поэтому приходится использовать для этой цели морских свинок. Считают, что проект очень важен. Вдыхание грязного воздуха на протяжении двух часов в день способно вносить изменения в генетическую структуру живых организмов, так считают учёные. Но на последовательность ДНК этот фактор не влияет, разве что в структуру может добавиться ещё одно звено.
Голуби летают быстрее в загрязнённой атмосфере
В наше время ещё кто-то использует это средство коммуникации?
Хоть это звучит невероятно, но является правдой: почтовые голуби (также называемые спортивными) в загрязнённом воздушном пространстве летают быстрее! Эти птицы популярны тем, что развивают высокую скорость полёта и умеют возвращаться на «домашнюю базу».
Команда учёных проанализировала данные по скоростным почтовым голубям Северо-Китайской равнины с 2013 по 2014 год. Этот регион имеет самый загрязнённый воздух в стране. Ожидалось, что плохая экология будет препятствовать самонаведению, точности маршрута и скорости полёта птиц.
Однако результаты показали обратное. Пернатые в таких плохих условиях летают быстрее. Учёные не понимают, почему так происходит, но имеют на этот счёт несколько теорий. Одна из них связана с ароматическими импульсами, особенно важными для птиц. Предположительно в очень грязном воздухе присутствует много органических и неорганических соединений. Их наличие помогает голубям определять месторасположение «дома».
Нехватка чистого воздуха и переизбыток света в Гонконге
Воздуха мало, света много… И почему Гонконг считают раем на земле?!
В Гонконге воздух загрязнён в высочайшей степени. Но есть ещё одна беда - слишком много света. Ночью этот город светится в тысячу раз ярче, чем предусмотрено международными стандартами.
Есть две причины этой проблемы. Первая - это отсутствие правил регулировки искусственного освещения, как, например, в Сиднее или Лондоне. Вторая - власти Гонконга буквально одержимы общественной безопасностью. С этой целью городские парки и скверы ночью освещаются так, чтобы уровень света был таким же, как и в ясный день.
В сельской местности, например, в городе Лантау, и в водно-болотных парках люди тоже страдают от переизбытка света. Это довольно тревожный фактор. Последние исследования показали, что он негативно влияет на животных, бодрствующих в ночное время.
Лёгкие древних египтян не чище, чем у современного человека
15 мумий - не показатель?
Многие полагают, что загрязнение воздуха - проблема современности. Новые исследования опровергают это утверждение. Некоторые древние цивилизации также страдали от такой проблемы. Учёные обследовали 15 египетских мумий и обнаружили в их лёгких твёрдые частицы. Именно они вызывали проблемы с лёгкими, сердечные заболевания и даже рак. Ещё больше удивились учёные, когда обнаружили, что мелкие частицы подобны тем, которые остаются в лёгких сегодня вследствие вдыхания выхлопных газов автомобилей.
В 2011 году исследователь Роджер Монтгомери обнаружил, что уровень твёрдых частиц в лёгких древних египтян почти такой же, как у наших современников, причём одинаковое состояние было у людей разных сословий - у бедняков и важных персон.
Это открытие заинтриговало общественность. Возможно, причиной является наличие в то время горной промышленности. Но твёрдых частичек в лёгких древних египтян обнаружено слишком много. Вопрос о том, где же они умудрялись найти такой загрязнённый воздух, до сих пор остаётся открытым.
Найти внеземные цивилизации помогут загрязнения атмосфер других планет
Кто знает, может, своими выходками земляне спровоцируют возмущение иных форм жизни?
Много кто интересуется поисками внеземной жизни за пределами нашей Солнечной системы. Как найти другие формы жизни на планетах, находящихся от нас на протяжении миллионов световых лет? Ответ: исследуя степень их загрязнённости.
К 2018 году Джеймс Вебб планирует закончить разработку новейшего телескопа. Гарвардские изобретатели уже считают, что открытие можно будет использовать для поиска хлорфторуглеродов (сокращённо ХФУ) на дальних планетах. ХФУ - это парниковые газы, повреждающие озоновый слой Земли.
Ведущий исследователь Генри Линн преполагает, что обнаружение загрязнений окружающей среды поможет определить приблизительный возраст внеземной цивилизации. Некоторые вредные вещества могут накапливаться и оставаться на поверхности планеты на протяжении 50 тыс. лет. Другие недолговечны - растворяются в атмосфере за одно десятилетие. Если на чужой планете будут обнаружены только долговечные загрязнения, это может говорить о том, что ранее она была заселена внеземными формами жизни, которые давно вымерли.
Гарвардские исследователи отметили, что наличие в атмосфере планеты ХФУ не доказывает 100%-ного наличия следов жизни. Кроме того, внеземные цивилизации могут намеренно заражать атмосферы слишком холодных планет загрязняющими веществами для их «подогрева», что делает их пригодными для жизни.
Исходя из вышеперечисленных фактов, можно сделать обнадёживающий вывод. Современная наука не стоит на месте. Ученые тщательно изучают проблемы экологии нашей планеты, ищут варианты их решения. Некоторые открытия, сделанные во время поисков, потрясли научный мир и общественность. Уверены, эти неожиданные находки помогут человечеству сделать большой шаг в борьбе с загрязнениями окружающей среды.
Государственное Общеобразовательное Учреждение
Высшее Профессиональное Образование
Вятский Государственный Университет
Биологический факультет
Кафедра микробиологии
Реферат на тему:
Растения и животные – индикаторы загрязнения окружающей среды
Киров, 2010
Введение
В последнее время весьма актуальными являются наблюдения за изменениями состояния окружающей среды, вызванными антропогенными причинами. Система этих наблюдений и прогнозов составляет суть экологического мониторинга. В этих целях все чаще применяется и используется достаточно эффективный и недорогой способ мониторинга среды – биоиндикация, т.е. использование живых организмов для оценки состояния окружающей среды.
Последствия загрязнения окружающей среды отражаются на внешнем виде растений. У растений под влиянием вредных веществ происходит увеличение числа устьиц, толщины кутикулы, густоты опушения, развивается хлороз и некроз листьев, раннее опадание листвы. Некоторые растения наиболее чутко реагируют на характер и степень загрязнения атмосферы. Это означает, что они могут служить живыми индикаторами состояния среды. В настоящее время разработана концепция комплексного экологического мониторинга природной среды, составной частью которого является биологический мониторинг. Индикаторные растения могут использоваться как для выявления отдельных загрязнителей воздуха, так и для оценки качественного состояния природной среды. Обнаружив по состоянию растений присутствие в воздухе специфических загрязнителей, приступают к измерению количества этих веществ различными методами, например, испытанием растений в лабораторных условиях.
На уровне вида и сообщества о состоянии природной среды можно судить по показателям продуктивности растений. Индикаторами присутствия сернистого газа являются лишайники и хвойные породы, наиболее сильно страдающие от загрязнений. Во многих промышленных городах вокруг заводов возникают зоны, где лишайники вообще отсутствуют – «лишайниковые пустыни». Хвоя сосны образует на своей поверхности тем более толстый слой воска, чем выше концентрация или продолжительнее действие на нее сернистого газа. На этом основании был разработан метод индикации в атмосфере сернистого газа – «тест помутнения по Гертелю». Другой признак действия двуокиси серы на растения – снижение рН содержимого клеток.
Весь комплекс экологических факторов (температура воздуха и почвы, влагообеспеченность, рН среды, загрязнение почв и воздуха металлами) сказывается на биосинтезе пигментов, изменяя окраску различных частей растения. Этот биоиндикатор может оказаться наиболее информативным.
Исследования, проведенные на древесных растениях показали, что тяжелые металлы могут накапливаться в растениях, и по их содержанию можно оценить экологическую обстановку территории. Загрязнение медью сказывается на росте растений, цинком – приводит к отмиранию листьев у растений, кобальтом – к ненормальному развитию и т.д. Индикаторами присутствия фтора являются чувствительные растения, накапливающие его и реагирующие на этот фитотоксикант некрозом листьев (гладиолусы, фрезия).
Приведенные примеры свидетельствуют о том, что селекционеры могут сделать многое для создания биоиндикаторов различного рода загрязнений. Чувствительные растения могут заменить дорогостоящую установку для газовых анализов. Такой «газоанализатор» окажется доступным каждому человеку.
1. Биологические индикаторы
(Б.и.) - организмы, которые реагируют на изменения окружающей среды своим присутствием или отсутствием, изменением внешнего вида, химического состава, поведения.
При экологическом мониторинге загрязнений использование Б.и. часто дает более ценную информацию, чем прямая оценка загрязнения приборами, так как Б.и. реагируют сразу на весь комплекс загрязнений. Кроме того, обладая <памятью>, Б.и. своими реакциями отражают загрязнения за длительный период. На листьях деревьев при загрязнении атмосферы появляются некрозы (отмирающие участки). По присутствию некоторых устойчивых к загрязнению видов и отсутствию неустойчивых видов (например, лишайников) определяется уровень загрязнения атмосферы городов.
При использовании Б.и. важную роль играет способность некоторых видов аккумулировать загрязняющие вещества. Последствия аварии на Чернобыльской АЭС были зафиксированы в Швеции при анализе лишайников. Сигнализировать о повышенном содержании бария и стронция в окружающей среде могут береза и осина неестественно зеленым цветом листьев. Аналогично в ареале рассеяния урана вокруг месторождений лепестки иван-чая становятся белыми (в норме - розовые), у голубики темно-синие плоды приобретают белый цвет и т. д.
Для выявления разных загрязняющих веществ используются разные виды Б.и.: для общего загрязнения - лишайники и мхи, для загрязнения тяжелыми металлами - слива и фасоль, диоксидом серы - ель и люцерна, аммиаком - подсолнечник, сероводородом - шпинат и горох, полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) - недотрога и др.
Используются и так называемые <живые приборы> - растения-индикаторы, высаженные на грядках, помещенные в вегетационные сосуды или в специальных коробочках (в последнем случае используют мхи, коробочки с которыми называются бриометрами). <Живые приборы> устанавливают в наиболее загрязненных частях города.
При оценке загрязнения водных экосистем в качестве Б.и. могут использоваться высшие растения или микроскопические водоросли, организмы зоопланктона (инфузории-туфельки) и зообентоса (моллюски и др.). В средней полосе России в водоемах при загрязнении воды разрастаются роголистник, рдест плавающий, ряски, а в чистой воде - водокрас лягушачий и сальвиния.
С помощью Б.и. можно оценивать засоление почвы, интенсивность выпаса, изменение режима увлажнения и т. д. В этом случае как Б.и. чаще всего используется весь состав фитоценоза. Каждый вид растений имеет определенные пределы распространения (толерантности) по каждому фактору среды, и потому сам факт их совместного произрастания позволяет достаточно полно оценивать экологические факторы.
Возможности оценки среды по растительности изучаются специальным разделом ботаники - индикационной геоботаникой. Ее основной метод - использование экологических шкал, т. е. специальных таблиц, в которых для каждого вида указаны пределы его распространения по факторам увлажнения, богатства почвы, засоления, выпаса и т. д. В России экологические шкалы были составлены Л. Г. Раменским.
Широкое распространение получило использование деревьев как Б.и. изменения климата и уровня загрязнения окружающей среды. Учитывается толщина годичных колец: в годы, когда выпадало мало осадков или в атмосфере повышалась концентрация загрязняющих веществ, образовывались узкие кольца. Таким образом, на спиле ствола можно видеть отражение динамики экологических условий.
1.2 Биологический контроль окружающей среды
Биологический контроль окружающей среды включает две основные группы методов: биоиндикацию и биотестирование. Применение в качестве биоиндикаторов растений, животных и даже микроорганизмов позволяет проводить биомониторинг воздуха, воды и почвы.
Биоиндикация ( bioindication ) – обнаружение и определение экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. Биологические индикаторы обладают признаками, свойственными системе или процессу, на основании которых производится качественная или количественная оценка тенденций изменений, определение или оценочная классификация состояния экологических систем, процесса и явлений. В настоящее время можно считать общепринятым, что основным индикатором устойчивого развития в конечном итоге является качество среды обитания.
Биотестирование ( bioassay ) – процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо то того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Для оценки параметров среды используются стандартизованные реакции живих организмов (отдельных органов, тканей, клеток или молекул) В организме, пребывающем контрольное время в условиях загрязнения, происходят изменения физиологических, биохимических, генетических, морфологических или иммунных систем. Объект извлекается из среды обитания, и в лабораторных условиях проводится необходимый анализ.
Хотя подходы очень близки по конечной цели исследований, надо помнить, что биотестирование осуществляется на уровне молекулы, клетки или организма и характеризует возможные последствия загрязнения окружающей среды для биоты, а биоиндикация – а уровне организма, популяции и сообщества и характеризует, как правило, результат загрязнения. Живые объекты – открытые системы, через которые идёт поток энергии и круговорот веществ. Все они в той или иной мере пригодны для целей биомониторинга.
Контроль качества окружающей среды с использованием биологических объектов в последние десятилетия оформился как актуальное научно-прикладное направление. При этом необходимо отметить дефицит учебной литературы по этим вопросам и большую потребность в ней.
1.3 Принципы организации биологического мониторинга
Под экологическим качеством среды обитания человека понимают интегральную характеристику природной среды, обеспечивающую сохранение здоровья и комфортное проживание человека.
Поскольку человек адаптирован и может комфортно существовать только в современном биологическом окружении, в при родных экосистемах, понятие «экологическое качество среды» подразумевает сохранение экологического равновесия в природе (относительной устойчивости видового состава экосистем и со става сред жизни), которое и обеспечивает здоровье человека.
Необходимо различать цели и способы нормирования и оценки качества среды обитания человека по основным физико-химическим параметрам, с одной стороны, и экологического прогноза будущего изменения состояния экосистемы и здоровья людей в условиях антропогенного пресса - с другой.
Для общей оценки состояния окружающей среды и определения доли участия отдельных источников в ее загрязнении применяют санитарно-гигиенические и токсикологические нормативы (предельно допустимые концентрации - ПДК - поллютантов, предельно допустимые уровни воздействия - ПДУ). Однако для прогноза результатов влияния антропогенных факторов как на экосистемы, так и на здоровье людей необходимо учитывать так же и многие показатели, характеризующие реакцию отдельных организмов и экосистемы в целом на техногенное воздействие.
Антропогенные загрязнения действуют на живые организмы, и в том числе на человека, в самых различных сочетаниях, комплексно. Их интегральное влияние можно оценить только по реакции живых организмов или целых сообществ. Прогноз действия на человека загрязненной воды, химических добавок в пище или за грязненного воздуха правомочен, если в оценку токсичности входят не только аналитические методы, но и биологическая диагностика действия среды на животных. Кроме того, многие ксенобиотики (чуждые для биосферы вещества) накапливаются в организме, и в результате длительное воздействие даже малых концентраций этих веществ вызывает патологические изменения в организме. Наконец, известен парадоксальный эффект малых доз многих биологически активных соединений, когда сверхслабые дозы (ниже ПДК) оказывают на организм более сильное действие, чем их средние дозы и концентрации.
Универсальным показателем изменения гомеостаза тест-организма является состояние стресса при попадании из «чистой» среды в «загрязненную».
В биологии под стрессом понимается реакция биологической системы на экстремальные факторы среды (стрессоры), которые могут в зависимости от силы, интенсивности, момента и продолжительности воздействия более или менее сильно влиять на систему.
Стрессовое воздействие среды приводит к отклонению основных параметров организма от оптимального уровня.
В настоящее время оценка степени экологической опасности традиционно осуществляется путем определения в окружающей среде отдельных потенциально вредных веществ или воздействий и сравнения полученных результатов с законодательно установленными для них предельно допустимыми величинами.
Реализация основных принципов устойчивого развития цивилизации в современных условиях возможна лишь при наличии соответствующей информации о состоянии среды обитания в ответ на антропогенное воздействие, собранной в ходе проведения биологического мониторинга. Оценка качества среды является ключевой задачей любых мероприятий в области экологии и рационального природопользования. Сам термин «мониторинг» (от англ. monitoring - контроль) подразумевает проведение мероприятий по непрерывному наблюдению, измерению и оценке состояния окружающей среды.
Объектами мониторинга являются биологические системы и факторы, воздействующие на них. При этом желательна одновременная регистрация антропогенного воздействия на экосистему и биологического отклика на воздействие по всей совокупности показателей живых систем.
Основополагающим принципом биологического мониторинга является установление оптимального - контрольного - уровня, любые отклонения от которого свидетельствуют о стрессовом воз действии. Обычно при оценке оптимума по какому-либо одному параметру возникает вопрос о том, будут ли данные условия оптимальными также для других характеристик организма. Однако если исследуемые параметры характеризуют основные свойства организма в целом, то их оптимальный уровень оказывается сходным. Например, столь разные и, казалось бы, совершенно независимые параметры, как асимметрия морфологических признаков, показатели крови, интенсивность потребления кислорода, ритмика роста и частота хромосомных аберраций, могут изменяться синхронно, когда при определенном стрессовом воздействии в действительности изменяется наиболее общая базовая характеристика организма - гомеостаз развития.
2.Биоиндикация окружающей среды
2.1 Общие принципы использования биоиндикаторов
Биоиндикаторы (от био и лат. indico - указываю, определяю) - организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Их индикаторная значимость определяется экологической толерантностью биологической системы. В пределах зоны толерантности организм способен поддерживать свой гомеостаз. Любой фактор, если он выходит за пределы «зоны комфорта» для данного организма, является стрессовым. В этом случае организм реагирует ответной реакцией различной интенсивности и длительности, проявление которой зависит от вида и является показателем его индикаторной ценности. Именно ответную реакцию определяют методы биоиндикации. Биологическая система реагирует на воздействие среды в целом, а не только на отдельные факторы, причем амплитуда колебаний физиологической толерантности модифицируется внутренним состоянием системы - условиями питания, возрастом, генетически контролируемой устойчивостью.
Многолетний опыт ученых разных стран по контролю состояния окружающей среды показал преимущества, которыми обладают живые индикаторы:
· в условиях хронических антропогенных нагрузок могут реагировать даже на относительно слабые воздействия вследствие кумулятивного эффекта; реакции проявляются при накоплении не которых критических значений суммарных дозовых нагрузок;
· суммируют влияние всех без исключения биологически важных воздействий и отражают состояние окружающей среды в целом, включая ее загрязнение и другие антропогенные изменения;
· исключают необходимость регистрации химических и физических параметров, характеризующих состояние окружающей среды;
· фиксируют скорость происходящих изменений;
· вскрывают тенденции развития природной среды;
· указывают пути и места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений и ядов, возможные пути их попадания в пищу человека;
· позволяют судить о степени вредности любых синтезируемых человеком веществ для живой природы и для него самого, при чем дают возможность контролировать их действие.
Выделяют две формы отклика живых организмов, используемых в целях биоиндикации, - специфическую и неспецифическую. В первом случае происходящие изменения связаны с действием одного какого-либо фактора. При неспецифической биоиндикации различные антропогенные факторы вызывают одинаковые ре акции.
В зависимости от типа ответной реакции биоиндикаторы под разделяют на чувствительные и кумулятивные. Чувствительные биоиндикаторы реагируют на стресс значительным отклонением от жизненных норм, а кумулятивные накапливают антропогенное воздействие, значительно превышающее нормальный уровень в природе, без видимых изменений.
· быть типичным для данных условий;
· иметь высокую численность в исследуемом экотопе;
· обитать в данном месте в течение ряда лет, что дает возможность проследить динамику загрязнения;
· находиться в условиях, удобных для отбора проб;
· давать возможность проводить прямые анализы без предварительного концентрирования проб;
· характеризоваться положительной корреляцией между концентрацией загрязняющих веществ в организме-индикаторе и объекте исследования;
· использоваться в естественных условиях его существования; »иметь короткий период онтогенеза, чтобы была возможность отслеживания влияния фактора на последующие поколения.
Ответная реакция биоиндикатора на определенное физическое или химическое воздействие должна быть четко выражена, т.е. специфична, легко регистрироваться визуально или с помощью приборов.
Для биоиндикации необходимо выбирать наиболее чувствительные сообщества, характеризующиеся максимальными скоростью отклика и выраженностью параметров. Например, в водных эко системах наиболее чувствительными являются планктонные со общества, которые быстро реагируют на изменение среды благо даря короткому жизненному циклу и высокой скорости воспроизводства. Бентосные сообщества, где организмы имеют достаточно длинный жизненный цикл, более консервативны: перестройки происходят в них при длительном хроническом загрязнении, приводящем к необратимости процессов.
К методам биоиндикации, которые можно применять при ис следовании экосистемы, относится выявление в изучаемой зоне редких и исчезающих видов. Список таких организмов, по сути, является набором индикаторных видов, наиболее чувствительных к антропогенному воздействию.
2.2 Особенности использования растений в качестве биоиндикаторов
С помощью растений можно проводить биоиндикацию всех природных сред. Индикаторные растения используются при оценке механического и кислотного состава почв, их плодородия, увлажнения и засоления, степени минерализации грунтовых вод и степени загрязнения атмосферного воздуха газообразными соединениями, а также при выявлении трофических свойств водоемов и степени их загрязнения поллютантами. Например, на содержание в почве свинца указывают виды овсяницы (Festuca ovina и др.), полевицы (Agrostis tenuis и др.); цинка - виды фиалки (Viola tricolor и др.), ярутки (Tlaspi alpestre и др.); меди и кобальта - смолевки (Silene vulgaris и др.), многие злаки и мхи.
Чувствительные фитоиндикаторы указывают на присутствие загрязняющего вещества в воздухе или почве ранними морфологическими реакциями - изменением окраски листьев (появление хлорозов; желтая, бурая или бронзовая окраска), различной фор мы некрозами, преждевременным увяданием и опаданием листвы. У многолетних растений загрязняющие вещества вызывают изменение размеров, формы, количества органов, направления роста побегов или изменение плодовитости. Подобные реакции обычно неспецифичны.
Б. В. Виноградов классифицировал индикаторные признаки растений как флористические, физиологические, морфологические к фитоценотические. Флористическими признаками являются различия состава растительности изучаемых участков, сформировавшиеся вследствие определенных экологических условий. Индикаторное значение имеет как присутствие, так и отсутствие вида. К физиологическим признакам относятся особенности обмена веществ растений, к анатомо-морфологическим признакам - особенности внутреннего и внешнего строения, различного рода аномалии развития и новообразования, к фитоценотическим при знакам – особенности структуры растительного покрова: обилие и рассеянность видов растений, ярусность, мозаичность, степень сомкнутости.
Очень часто в целях биоиндикации используются различные аномалии роста и развития растения - отклонения от общих закономерностей. Ученые систематизировали их в три основные группы, связанные: (1) с торможением или стимулированием нормального роста (карликовость и гигантизм); (2) с деформациями стеблей, листьев, корней, плодов, цветков и соцветий; (3) с возникновением новообразований (к этой группе аномалий роста относятся также опухоли).
Гигантизм и карликовость многие исследователи считают уродствами. Например, избыток в почве меди вдвое уменьшает размеры калифорнийского мака, а избыток свинца приводит к карликовости смолевки.
В целях биоиндикации представляют интерес следующие де формации растений:
· фасциация - лентовидное уплощение и сращение стеблей, корней и цветоносов;
· махровость цветков, в которых тычинки превращаются в лепестки;
· пролификация - прорастание цветков и соцветий;
· асцидия - воронковидные, чашевидные и трубчатые листья у растений с пластинчатыми листьями;
· редукция - обратное развитие органов растений, вырождение;
· нитевидность - нитчатая форма листовой пластинки;
· филлодий тычинок - превращение их в плоское листовидное образование.
Биомониторинг может осуществляться путем наблюдений за отдельными растениями-индикаторами, популяцией определенного вида и состоянием фитоценоза в целом. На уровне вида обычно производят специфическую индикацию какого-то одного загрязнителя, а на уровне популяции или фитоценоза - общего состояния природной среды.
2.3 Особенности использования животных в качестве биоиндикаторов
Позвоночные животные также служат хорошими индикатора ми состояния среды благодаря следующим особенностям:
· являясь консументами, они находятся на разных трофических уровнях экосистем и аккумулируют через пищевые цепи загрязняющие вещества;
· обладают активным обменом веществ, что способствует быстрому проявлению воздействия негативных факторов среды на организм;
· имеют хорошо дифференцированные ткани и органы, которые обладают разной способностью к накоплению токсических веществ и неоднозначностью физиологического отклика, что позволяет исследователю иметь широкий набор тестов на уровне тканей, органов и функций;
· сложные приспособления животных к условиям среды и чет кие поведенческие реакции наиболее чувствительны к антропогенным изменениям, что дает возможность непосредственно наблюдать и анализировать быстрые отклики на оказываемое воз действие;
· животных с коротким циклом развития и многочисленным потомством можно использовать для проведения ряда длительных наблюдений и прослеживать воздействие фактора на последующие поколения; для долгоживущих животных можно выбрать особо чувствительные тесты в соответствии с особо уязвимыми этапами онтогенеза.
Основное преимущество использования позвоночных животных в качестве биоиндикаторов заключается в их физиологической близости к человеку. Основные недостатки связаны со сложностью их обнаружения в природе, поимки, определения вида, а также с длительностью морфо-анатомических наблюдений. Кроме того, эксперименты с животными зачастую дороги, требуют многократной повторяемости для получения статистически достоверных выводов.
Оценка и прогнозирование состояния природной среды с при влечением позвоночных животных проводятся на всех уровнях их организации. На организменном уровне с помощью сравнительного анализа оцениваются морфо-анатомические, поведенческие и физиолого-биохимические показатели.
Морфо-анатомические показатели описывают особенности внешнего и внутреннего строений животных и их изменение под воздействием определенных факторов (депигментация, изменение покровов, структуры тканей и расположения органов, возникновение уродств, опухолей и других патологических проявлений).
Поведенческие и физиолого-биохимические параметры особенно чувствительны к изменению внешней среды. Токсиканты, проникая в кости или кровь позвоночных животных, сразу же воз действуют на функции, обеспечивающие жизнедеятельность. Даже при узкоспецифичном влиянии токсиканта на определенную функцию ее сдвиги отражаются на состоянии всего организма вследствие взаимосвязанности процессов жизнедеятельности. Достаточно отчетливо присутствие токсикантов проявляется в нарушении ритма дыхания, сердечных сокращений, скорости пище варения, ритмике выделений, продолжительности циклов размножения.
Для того чтобы иметь возможность сравнивать материал, со бранный разными исследователями в различных районах, набор видов-индикаторов должен быть един и невелик. Вот некоторые критерии пригодности различных видов млекопитающих для биоиндикационных исследований:
· принадлежность к разным звеньям трофической цепи - рас тительноядным, насекомоядным, хищным млекопитающим;
· оседлость или отсутствие больших миграций;
· широкий ареал распространения (сравнительно высокая эвритопность), т.е. этот критерий исключает использование в качестве тест-индикаторов эндемиков;
· принадлежность к естественным сообществам: критерий исключает синантропные виды, питающиеся вблизи жилища чело века и неадекватно характеризующие микроэлементный состав загрязнения данного региона;
· численность вида должна обеспечивать достаточный матери ал для анализа;
· простота и доступность методов добывания видов.
Анализируя по данным критериям представителей всех отрядов млекопитающих, встречающихся на территории стран СНГ, можно остановиться на семи видах: обыкновенная бурозубка (Sores areneus ), европейский крот (Talpa europaea ), алтайский крот (Talpa altaica ), бурый медведь (Ursus arctos ), лось (Alces alces ), рыжая полевка (Clethrionomys glareolus ), красная полевка (Clethrionomys rubilus ).
2.4 Симбиотические методы в биоиндикации
2.5 Области применения биоиндикаторов
2.5.1 Оценка качества воздуха
От загрязнения воздуха страдают все живые организмы, но особенно растения. По этой причине растения, в том числе низшие, наиболее пригодны для обнаружения начального изменения состава воздуха. Соответствующие индексы дают количественное представление о токсичном эффекте загрязняющих воздух веществ.
Лишайники являются симбиотическими организмами. Многими исследователями показана их пригодность для целей биоиндикации. Они обладают весьма специфическими свойствами, так как реагируют на изменение состава атмосферы, обладают отличной от других организмов биохимией, широко распространены по разным типам субстратов, начиная со скал и кончая корой и листьями деревьев, удобны для экспозиции в загрязненных районах.
Выделяют четыре основные экологические группы лишайников: эпифитные - растущие на коре деревьев и кустарников; зпиксильные - растущие на обнаженной древесине; эпигейные - на почве; эпилитные - на камнях. Из них наиболее чувствительны к загрязнению воздуха эпифитные виды. С помощью лишайников можно получать вполне достоверные данные об уровне загрязнения воздуха. При этом можно выделить группу химических соединений и элементов, к действию которых лишайники обладают сверхповышенной чувствительностью: оксиды серы и азота, фторо- и хлороводород, а также тяжелые металлы. Многие лишайники погибают при невысоких уровнях загрязнения атмосферы эти ми веществами. Процедура определения качества воздуха с помощью лишайников носит название лихеноиндикации.
Оценку чистоты воздуха можно проводить с помощью высших растений. Например, голосеменные - отличные индикаторы чистоты атмосферы. Возможно также изучение мутаций в волосках тычиночных нитей традесканции. Французские ученые подмети ли, что при увеличении в воздухе окиси углерода и окислов азота, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания, окраска ее тычиночных нитей меняется от синей к розовой. По следствия нарушений в индивидуальном развитии растений могут быть выявлены также по частоте встречаемости морфологических отклонений (фенодевиантов), величине показателей флуктуирующей асимметрии (отклонение от совершенной билатеральной и радиальной симметрии), методом анализа сложноорганизованных комплексных структур (фрактал-анализ). Уровни любых отклонений от нормы оказываются минимальными лишь при оптимальных условиях и возрастают при любых стрессирующих воз действиях.
окружающий среда загрязнение биоиндикатор
2.5.2 Оценка качества воды
Для биологической индикации качества вод могут быть использованы практически все группы организмов, населяющие водоемы: планктонные и бентосные беспозвоночные, простейшие, водоросли, макрофиты, бактерии и рыбы. Каждая из них, выступая в роли биологического индикатора, имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют границы ее использования при решении задач биоиндикации, так как все эти группы играют ведущую роль в общем круговороте веществ в водоеме. Организмы, которые обычно используют в качестве биоиндикаторов, ответственны за самоочищение водоема, участвуют в создании первичной продукции, осуществляют трансформацию веществ и энергии в водных экосистемах. Всякое заключение по результатам биологического исследования строится на основании совокупности всех полученных данных, а не на основании единичных находок индикаторных организмов. Как при выполнении исследования, так и при оценке полученных результатов необходимо иметь в виду возможность случайных, местных загрязнений в точке наблюдения. Например, разлагающиеся растительные остатки, труп лягушки или рыбы могут вызывать местные изменения в характере населения водоема.
2.5.3 Диагностика почв
Теоретической предпосылкой применения почвенно-зоологического метода для целей диагностики почв является сформулированное М.С.Гиляровым в 1949 г. представление об «экологическом стандарте» вида - потребности вида в определенном комплексе условий среды. Каждый вид в пределах своего ареала встречается только в тех местообитаниях, которые обеспечивают полный комплекс необходимых для проявления жизнедеятельности условий. Амплитуда варьирования отдельных факторов среды характеризует экологическую пластичность вида. Эврибионты мало пригодны для индикационных целей, тогда как стенобионты служат хорошими индикаторами определенных условий среды и свойств субстрата. Это положение представляет собой общий теоретический принцип в биологической диагностике. Однако использование для индикации одного вида не дает полной уверенности в правильности выводов (здесь имеет место «правило смены местообитаний» и как следствие смена экологических характеристик вида). Лучше исследовать весь комплекс организмов, из которых одни могут быть индикаторами на влажность, другие - на температуру, третьи - на химический или механический со став. Чем больше общих видов почвенных животных встречается на сравниваемых участках, тем с большей долей вероятности можно судить о сходстве их режимов, а следовательно, о единстве почвообразовательного процесса. Менее других полезны микроскопические формы - простейшие и микроартроподы (клещи, ногохвостки). Их представители отличаются космополитизмом в силу того, что почва для них не выступает как единая среда обитания: они живут в системе пор, капилляров, полостей, которые можно найти в любой почве. Из микроартропод наиболее хорошо изучены индикаторные свойства панцирных клещей. Состав их комплексов сообществ зависит не только от почвенных условий, но и от характера и флористического состава растительности, поэтому данный объект перспективно использовать для индикации повреждающих воздействий на почву.
Особенно ценны и удобны для индикационных работ сообщества крупных беспозвоночных (дождевые черви, многоножки, личинки насекомых). Так, стафилиниды рода Bledius и чернотелки рода Belopus показательны для солончаково-солонцовых почв, многоножки-кивсяки, некоторые мокрецы и легочные моллюски служат индикаторами содержания в почве извести. Дождевые черви Octolasium lacteum и некоторые виды проволочников являются показателями высокого содержания кальция в грунтовых водах.
Интерес представляет почвенно-альгологическая диагностика, в основе которой лежит положение о том, что зональности почв и растительности соответствует зональность водорослевых группировок. Она проявляется в общем видовом составе и комплексе доминантных видов водорослей, наличии специфических видов, характере распространения по почвенному профилю, преобладании определенных жизненных форм.
3. Биотестирование окружающей среды
3.1 Задачи и приёмы биотестирования качества среды
В выявлении антропогенного загрязнения среды наряду с химико-аналитическими методами находят применение приёмы, основанные на оценке состояния отдельных особей, подвергающихся воздействию загрязнённой среды, а также их органов, тканей и клеток. Их применение вызвано технической усложнённостью и ограниченностью информации, которую могут предоставить химические методы. Кроме того, гидрохимические и химико-аналитические методы могут оказаться неэффективными из-за недостаточно высокой их чувствительности. Живые организмы способны воспринимать более высокие концентрации веществ, чем любой аналитический датчик, в связи с чем биота может быть подвержена токсическим воздействиям, не регистрируемым техническими средствами.
Биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или накапливающегося загрязнения по индикаторным видам живых организмов и экологическим характеристикам сообществ организмов. Пристальное внимание в настоящее время уделяется приёмам биотестирования, т.е. использования в контролируемых условиях биологических объектов в качестве средства выявления суммарной токсичности среды. Биотестирование представляет собой методический приём, основанный на оценке действия фактора среды, в том числе и токсичного, на организм, его отдельную функцию или систему органов и тканей. Кроме выбора биотеста существенную роль играет выбор тест-реакции – того параметра организма, который измеряется при тестировании.
3.2 Основные подходы биотестирования
«Подходами» можно условно назвать группы методов, характеризующих сходные процессы, происходящие с тест-объектами под влиянием антропогенных факторов. Основные подходы:
· Биохимический подход
· Генетический подход
· Морфологический подход
· Физиологический подход
· Биофизический подход
· Иммунологический подход
Биохимический подход
Стрессовое воздействие среды можно оценивать по эффективности биохимических реакций, уровню ферментативной активности и накоплению определённых продуктов обмена. Изменение содержания в организме определённых биохимических соединений, показателей базовых биохимических процессов и структуры ДНК в результате биохимических реакций могут обеспечить необходимую информацию о реакции организма в ответ на стрессовое воздействие.
Генетический подход
Наличие и степень проявления генетических изменений характеризует мутагенную активность среды, а возможность сохранения генетических изменений в популяциях отражает эффективность функционирования иммунной системы организмов.
В норме большинство генетических нарушений распознаются и элиминируются клеткой, например путем апоптоза за счет внутриклеточных систем или посредством иммунной системы. Достоверное превышение спонтанного уровня таких нарушений является индикатором стресса. Генетические изменения могут выявляться на генном, хромосомном и геномном уровнях. Принято выделять следующие типы мутаций. Генные, или точковые, - их делят на две группы: замены оснований в ДНК и вставки или выпадения нуклеотидов, приводящие к сдвигу рамки считывания генетического кода. Генные мутации делят также на прямые и об ратные (реверсии). Мутации типа сдвига рамки считывания значительно менее склонны к спонтанным реверсиям, чем мутации типа замен оснований. Хромосомные перестройки (аберрации) заключаются в различных нарушениях структуры хромосом. Геномные мутации - изменение количества хромосом в ядре.
Для диагностики воздействия загрязнений на морфологические характеристики применяются методы оценки флуктуирующей асимметрии.
В качестве тест-функций применяются физиологические параметры пресноводных беспозвоночных гидробионтов разных уровней филогенеза.
Иммунологический подход при оценке состояния окружающей среды заключается в изучении изменений врождённого и приобретённого иммунитета у беспозвоночных и позвоночных животных.
Список литературы
1.Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учебное пособие для студ. высш. учеб. Заведений/ О.П. Мелехова, Е.И. Сарапульцева, Т.И. Евсеева и др; под ред. О.П. елеховой и Е.И. Сарапульцевой. – 2-е издание, испр. – М.:Издательский центр «Академия», 2008
2.Биологические методы оценки природной среды/Под редакцией Н.Н. Смирнова – М.: издательство «Наука»,1978 г.
3.Биологическая роль микроэлементов. – М.: Наука, 1983, 238с.
Государственное Общеобразовательное Учреждение Высшее Профессиональное Образование Вятский Государственный Университет Биологический факультет Кафедра микробиологии Реферат на тему: Растения и жАтмосферные загрязнения оказывают многообразное вредное влияние на организм человека, животных, растения и микроорганизмы, вызывают глобальные изменения в биосфере, наносят ощутимый экономический ущерб.
Повышенный уровень загрязнения атмосферного воздуха отражается, прежде всего, на здоровье людей. Многочисленными исследованиями доказано, что в промышленных центрах с высоким уровнем загрязнения воздуха резко возрастает количество заболеваний, особенно среди людей старшего возраста и детей, повышается смертность. Взвешенные частицы дыма и сажи поглощают солнечный свет, при этом теряется значительная часть ультрафиолетовых лучей, представляющих наибольшую ценность для здоровья людей и животных. Ультрафиолетовая недостаточность часто становится причиной заболеваний рахитом и авитаминозом. Загрязненный воздух вызывает раздражения и болезни дыхательных путей - бронхит, эмфизему, астму.
Особенно опасны воздействия на человека канцерогенных веществ, которые способствуют развитию раковых и других опухолевых образований. Канцерогенные вещества образуются в результате частичного синтеза при неполном сгорании топлива. Их источниками являются выхлопные газы автотранспорта, авиации, промышленные отходы при сжигании твердого и жидкого топлива, газы, образующиеся в процессе переработки нефти.
Через атмосферный воздух распространяются радиоактивные загрязнения. Наибольшей биологической активностью обладают рентгеновские и гамма-лучи. Большую опасность для здоровья человека представляет стронций, который накапливается в костной ткани, в результате развиваются рак, белокровие и другие заболевания.
Признаки и последствия действий загрязнителей воздуха на организм человека большей частью выражаются в ухудшении общего состояния здоровья: появляются головные боли, тошнота, чувство слабости, снижается или теряется трудоспособность, сопротивляемость организма инфекциям. Неприятные запахи, запыленность, шумы и другие загрязнители воздушной среды вызывают ощущение дискомфорта, что психологически отрицательно воздействует на людей.
Животные так же, как и человек, подвергаются влиянию загрязнения воздушного бассейна. Находящиеся в атмосфере и выпадающие из нее вредные вещества поражают животных через дыхательные органы и проникают в организм вместе со съедаемыми запыленными растениями. Под влиянием острых и хронических отравлений животные болеют, теряют аппетит и массу; известны случаи падежа скота и диких животных. Происходят генетические преобразования, которые вызывают наследственные изменения, особенно под воздействием радиоактивного загрязнения. Загрязнители атмосферы взаимодействуют с естественными элементами биосферы и природными процессами. В итоге идет перенос загрязняющих веществ из воздуха через растения и воду в организм животных.
Развитие растительности на Земле во многом обусловлено чистотой воздушной среды. Действие загрязняющих веществ на растения зависит от вида загрязнителей, их концентрации, длительности воздействия, относительной восприимчивости видов растений и стадии их физиологического развития. Видимыми симптомами повреждения, то есть внешними признаками заболеваний растений, является, прежде всего, загрязнение от сажи, летучей золы, цементной пыли, оксидов железа и др. В условиях городской среды имеет место интегральный эффект влияния на растения различных загрязнителей и токсичных веществ. Наиболее чувствительны растения к воздействию сернистого газа (S02), соединений фтора (HF, SiF4), соединений хлора (HCl). Загрязнение воздуха приводит к замедлению роста, снижению качества лесных насаждений, заболеваниям и гибели растительности.
Загрязнение воздушного бассейна вызывает значительные потери в народном хозяйстве. В промышленном производстве - это разрушение металлических конструкций, крыш и фасадов зданий, снижение качества выпускаемой продукции. Высокие концентрации в воздухе окислов серы, азота и углерода ускоряют процессы разрушения строительных материалов и коррозии металлов. Установлено, что в индустриальных городах сталь ржавеет в 20, а алюминий разрушается в 100 раз быстрее, чем в сельской местности. Аналогичный ущерб наносится жилищно-коммунальному хозяйству городов, объектам социально-культурной сферы, памятникам архитектуры и искусства, находящимся на открытом воздухе.
Загрязнение атмосферы наносит огромный ущерб сельскому хозяйству. Существует зависимость недобора урожая сельскохозяйственных растений от содержания загрязнителей в воздухе. Установлено отрицательное влияние фенола, пыли и сернистого ангидрида на урожайность озимой пшеницы. При снижении концентрации пыли на 0,1 мг/м3 урожайность пшеницы возрастает на 0,36 ц/га. С загрязнением воздуха и других компонентов окружающей среды связано снижение продуктивности сельскохозяйственных животных.
14. Принципы нормирования городской воздушной среды по ГН 2.1.6.695-98 «ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».
Под качеством атмосферного воздуха понимают совокупность свойств атмосферы, определяющую степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом.
Нормативами качества воздуха определены допустимые пределы содержания вредных веществ как в производственной (предназначенной для размещения промышленных предприятий, опытных производств научно/исследовательских институтов и т.п.), так и в селитебной зоне (предназначенной для размещения жилого фонда, общественных зданий и сооружений) населенных пунктов.
Основные термины и определения, касающиеся показателей загрязнения атмосферы, программ наблюдения, поведения примесей в атмосферном воздухе определены ГОСТом 17.2.1.03_84. Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения контроля загрязнения .
Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (ПДКрз) - концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или при другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, на протяжении всего рабочего стажа не должна вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площади, на которой находятся места постоянного или временного пребывания рабочих.
Как следует из определения, ПДКрз представляет собой норматив, ограничивающий воздействие вредного вещества в рабочем помещении.
Предельно допустимая концентрация максимально разовая (ПДКмр) - концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест , не вызывающая при вдыхании в течение 20 минут рефлекторных (в том числе, субсенсорных) реакций в организме человека.
Понятие ПДКмр используется при установлении научно-технических нормативов - предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ.
При этом обязательно, чтобы в результате рассеяния примесей в воздухе при неблагоприятных метеорологических условиях на границе санитарно-защитной зоны предприятия концентрация вредного вещества в любой момент времени не превышала ПДКмр.
Предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДКсс) - это концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест , которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании. Таким образом, ПДКсс рассчитана на все группы населения и на неопределенно долгий период воздействия и, следовательно, является самым жестким санитарно-гигиеническим нормативом, устанавливающим концентрацию вредного вещества в воздушной среде. Именно величина ПДКсс обычно выступает в качестве критерия оценки благополучия воздушной среды в селитебной зоне.
Таблица 1. Соотношение различных видов ПДК в воздухе для некоторых веществ
Для сравнительной оценки загрязнения воздушной среды используются различные индексы, которые позволяют учесть присутствие нескольких загрязняющих веществ. Наиболее распространенным является комплексный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). Его рассчитывают по формуле:
q cp.i - средняя концентрация i- ого вещества;
ПДК cс.i - ПДК сс для i -ого вещества;
c i - безразмерная константа приведения степени вредности i /ого вещества к вредности диоксида серы, зависящая от того, к какому классу опасности принадлежит загрязняющее вещество.
В зависимости от токсичности все химические соединения подразделяются на 4 класса опасности. У чет класса опасности позволяет дифференцированно подходить к обоснованию необходимых профилактических мероприятий (например, к мерам безопасности при работе с различными веществами), а также предварительно оценивать сравнительную опасность воздействия тех или иных веществ на организм человека.
Таблица 2. Константы приведения вредности для веществ разных классов опасности
Таблица 3. Классы опасности химических соединений в зависимости от характеристик их токсичности
Загрязненный воздух повреждает сперму, снижает шансы забеременеть, и может приводить к преждевременным родам. И это еще одна из причин, почему много автомобилей на ископаемом топливе - это плохо для людей.
Загрязнение воздуха стало самой большой экологической проблемой для здоровья людей. Ученые говорят, что из-за него каждый год преждевременно умирают более 3,7 миллионов человек (по данным 2012 года). Но как влияет загрязнение на еще не рожденных детей? Или даже на пары, пытающиеся забеременеть? Новое исследование показывает, что это влияние очень негативное.
Проблемы начинаются с мужской спермы. В исследовании под названием “Наличие мелких веществ в атмосфере и качество семени в Тайване” ученые из Китайского университета в Гонг-Конге исследовали 6475 мужчин возрастом от 14 до 49 лет, и обнаружили, что чем более загрязненному воздуху подвергается мужчина, тем выше риск получить неправильной формы и мелкие сперматозоиды. Большинство участников не курят и употребляют алкоголь не более одного раза в неделю.
Почему это происходит? Потому что загрязненный воздух содержит твердые частицы, состоящие из тяжелых металлов (канцерогенный кадмий, например) и полицикличные ароматичные углеводороды. Они токсичны для качества спермы во всех тестах на животных. Исследование говорит о том, что хронический контакт с твердыми частицами ведет к значительному нарушению сперматогенеза.
Из-за этого парам труднее завести ребенка. Сегодня 48,5 пар не могут иметь детей по всему миру, поэтому ученые призывают разрабатывать глобальные стратегии уменьшения загрязнения воздуха для того, чтобы улучшить людей.
Но даже если женщина забеременела, проблемы могут не закончиться. Еще одно исследование под названием “Влияние химического и шумового загрязнения воздуха в Лондоне на вес младенцев при рождении”, опубликованное в журнале BMJ, раскрывает влияние газов транспорта в Лондоне на рост плода.
Оно обнаружило, что жизнь в грязном воздухе действительно имеет крайне негативный эффект на здоровье ребенка, и влияет на вес новорожденных (2-6% выше риск низкого веса) и недоношенность (1-3% увеличение риска). Низкий вес при рождении является большой проблемой, поскольку он может приводить к медленному росту ребенка, отставании развития, низкому иммунитету и даже ранней смерти.
Ученые утверждают, что необходимо разработать новое экологическое законодавство, уменьшающее количество машин с ДВС. Это приведет к понижению выбросов загрязнителей в атмосферу. Иначе, будущее не выглядит хорошо для города: с увеличением количества новорожденных в Лондоне в ближайшем будущем, абсолютные показатели дефектов, а с ними и давление на систему охраны здоровья, будут расти.
Поэтому, множество быстро движущихся машин на наших дорогах и улицах не только убивают и калечат огромное количество людей на дорогах. Теперь есть доказательства того, что они также имеют токсичный эффект на людей, даже до их рождения. Пришло время начать убирать грязный транспорт с улиц наших городов. Им здесь не место.
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор, как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объем этого вмешательства, оно стало многообразнее, и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества.
Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы – той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.
Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.
Поговорка «необходим как воздух» не случайна. Народная мудрость не ошибается. Без пищи человек может прожить 5 недель, без воды – 5 суток, без воздуха – не более 5 минут. В большинстве мира воздух тяжёлый. То, чем он засорён, на ладони не ощутить, глазом не увидеть. Однако ежегодно на головы горожан падает до 100 кг загрязняющих веществ. Это твёрдые частицы (пыль, зола, сажа), аэрозоли, выхлопные газы, пары, дым и др. Многие вещества вступают в атмосфере в реакции между собой, образуя новые, часто ещё более токсичные соединения.
Среди веществ, вызывающих химическое загрязнение городского воздуха, наиболее распространены оксиды азота, серы (сернистый газ), угарный газ (окись углерода), углеводороды, тяжёлые металлы.
Загрязнение воздуха отрицательно сказывается на состоянии здоровья человека, на животных и растениях. Например, механические частицы, дым и копоть в воздухе вызывают лёгочные заболевания. Угарный газ, содержащийся в выхлопных выбросах автомобилей, в табачном дыму, приводит к кислородному голоданию организма, т. к. связывает гемоглобин крови. В выхлопных газах содержатся соединения свинца, вызывающие общую интоксикацию организма.
Что касается почвы, то можно отметить, что северные таежные почвы относительно молоды и неразвиты, поэтому частичное механическое разрушение не сказывается существенно на их плодородии по отношению к древесной растительности. Но срезание гумусового горизонта или насыпка грунта вызывает гибель корневищ ягодных кустарничков брусники и черники. А поскольку эти виды размножаются в основном корневищами, они исчезают на трассах трубопроводов и дорогах. Их место занимают хозяйственно менее ценные злаки и осоки, которые вызывают естественное задернение почвы и затрудняют естественное возобновление хвойных пород. Такая тенденция и характерна для нашего города: кислая почва по своему первоначальному составу и без того малоплодородна (учитывая бедную микрофлору почв и видовой состав почвенных животных), а также загрязнена токсичными веществами, поступающих из воздуха и талых вод. Почвы в городе в большинстве случаев перемешанные и насыпные с высокой степенью уплотнения. Опасно и вторичное засоление, возникающее при применении соляных смесей против дорожного обледенения, и процессы урбанизации, и применение минеральных удобрений.
Безусловно, посредством методов химического анализа можно установить присутствие вредных веществ в окружающей среде даже в самых незначительных количествах. Однако этого оказывается недостаточно для того, чтобы определить качественное воздействие этих веществ на человека и окружающую среду, и тем более, отдаленные последствия. К тому же можно лишь в неполной мере оценить угрозу со стороны содержащихся в атмосфере, воде, почве загрязняющих веществ, рассматривая влияние только отдельных веществ без их возможного взаимодействия с другими веществами. Поэтому контроль за качеством компонентов природы должен отслеживаться на более ранней стадии в целях предупреждения опасности. Окружающий нас мир растений чувствительнее и информативнее всяких электронных приборов. Этой цели могут служить специально подобранные виды растений, содержащиеся в соответствующих условиях, так называемые фитоиндикаторы, которые обеспечивают раннее распознавание возможной опасности для атмосферы и почв города, исходящей от вредных веществ.
Основные загрязняющие вещества
Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовался весь этот период, были незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешал дыханию, а сажа ложилась черным покровом на потолке и стенах жилища. Получаемое тепло было для человека важнее, чем чистый воздух и не закопченные стены пещеры. Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы, ибо люди обитали тогда небольшими группами, занимая обширную нетронутую природную среду. И даже значительное сосредоточению людей на сравнительно небольшой территории, как это было в классической древности, не сопровождалось еще серьезными последствиями.
Так было вплоть до начала девятнадцатого века. Лишь за последние столетие развитие промышленности "одарило" нас такими производственными процессами, последствия которых вначале человек еще не мог себе представить. Возникли города-миллионеры, рост которых остановить нельзя. Все это результат великих изобретений и завоеваний человека.
В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений – теплоэлектростанции, бытовые котельные, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух окислы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Вот некоторые из загрязнителей: а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает при сжигании твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.
б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн. т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65% от общемирового выброса.
в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11км. от таких предприятий, обычно бывает густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.
г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.
д) Окислы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.
е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений – фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.
ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных металлов и ядовитых газов.
з) Диоксид серы (SO2) и серный ангидрид (SO3). В комбинации со взвешенными частицами и влагой оказывают наиболее вредное воздействие на человека, живые организмы и материальные ценности. SO2 - бесцветный и негорючий газ, запах которого начинает ощущаться при его концентрации в воздухе 0,3-1,0 млн. , а при концентрации свыше 3 млн. имеет острый раздражающий запах. Это один из самых распространенных загрязнителей атмосферы. Широко встречается как продукт металлургической и химической промышленности, полупродукт производства серной кислоты, главный компонент выбросов тепловых электростанций и многочисленных котельных, работающих на сернистых видах топлива, особенно на угле. Сернистый газ – один из главных компонентов, принимающих участие в образовании кислотных дождей. По своим свойствам бесцветен, ядовит, канцерогенен, имеет острый запах. Диоксид серы в смеси с твердыми частицами и серной кислотой уже при среднегодовом содержании 0,04-0,09 млн. и концентрации дыма 150-200 мкг/м3 приводит к увеличению симптомов затрудненного дыхания и болезней легких. Так при среднесуточном содержании SO2 0,2-0,5 млн. и концентрации дыма 500-750 мкг/м3 наблюдается резкое увеличение числа больных и смертельных исходов.
Малые концентрации SO2 при воздействии на организм раздражают слизистые оболочки, более высокие – вызывают воспаление слизистых носа, носоглотки, трахеи, бронхов, а иногда приводят к носовым кровотечениям. При длительном контакте открывается рвота. Возможны острые отравления со смертельным исходом. Именно сернистый газ был главным действующим компонентом знаменитого Лондонского смога 1952 года, когда погибло большое количество людей.
Предельно допустимая концентрация SO2 -10 мг/м3. порог запаха – 3-6 мг/м3. Первая помощь при отравлении сернистым газом – свежий воздух, свобода дыхания, кислородные ингаляции, промывание глаз, носа, полоскание носоглотки 2% раствором соды.
В черте нашего города выбросы в атмосферу осуществляются котельной и автотранспортом. В основном это углекислый газ, соединения свинца, оксиды азота, серы (сернистый газ), угарный газ (окись углерода), углеводороды, тяжёлые металлы. Месторождения практически не загрязняют атмосферу. Это подтверждают данные.
Но наличие далеко не всех загрязнителей можно определить при помощи фитоиндикации. Однако этот метод обеспечивает более раннее, по сравнению с инструментальным, распознаванием возможностей опасности, исходящей от вредных веществ. Спецификой этого метода является подбор растений – индикаторов, обладающих характерными чувствительными свойствами при контакте с вредными веществами. Методы биоиндикации, с учетом климатических и географических особенностей региона, могут быть успешно применены в качестве составной части отраслевого производственного экологического мониторинга.
Проблема контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями (ПДК)
Приоритет в области разработки предельно допустимых концентраций в воздухе принадлежит СССР. ПДК – такие концентрации, которые влияют на человека и его потомство прямого или косвенного воздействия, не ухудшают их работоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых условий жизни людей.
Обобщение всей информации по ПДК, получаемой всеми ведомствами, осуществляется в ГГО – Главной Геофизической Обсерватории. Чтобы по результатам наблюдений определить значения воздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с максимальной разовой предельно допустимо концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены ПДК, а также во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК. Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивают с ПДК длительного действия – среднеустойчивой ПДК. Состояние загрязнения воздуха несколькими веществами, наблюдаемые в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя – индекса загрязнения атмосферы (ИЗА). Для этого нормированные на соответствующее значение ПДК и средние концентрации различных веществ с помощью несложных расчетов приводят к величине концентраций сернистого ангидрида, а затем суммируют.
Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости от промышленного развития города. Наибольшие максимальные концентрации характерны для городов с численностью населения более 500тыс. жителей. Загрязнение воздуха специфическими веществами зависит от вида промышленности, развитой в городе. Если в крупном городе размещены предприятия нескольких отраслей промышленности, то создается очень высокий уровень загрязнения воздуха, однако проблема снижения выбросов до сих пор остается нерешенной.
ПДК (предельно допустимые концентрации) некоторых вредных веществ. ПДК, разработанные и утверждённые законодательством нашей страны, - это максимальный уровень содержания данного вещества, который человек может переносить без ущерба для здоровья.
В черте нашего города и за его пределами (на месторождениях) выбросы диоксида серы от производства (0,002-0,006) не превышают ПДК (0,5), выбросы общих углеводородов (менее 1) не превышают ПДК (1) . По данным УНИР концентрация массовых выбросов СО, NO, NO2 от котельных (паровых и водогрейных котлов) не превышает нормы ПДВ.
2. 3. Загрязнение атмосферы выбросами подвижных источников (автотранспорт)
Основной вклад в загрязнение воздуха вносят автомобили, работающие на бензине (в США на их долю приходится около 75%), затем самолеты (примерно 5%), автомобили с дизельными двигателями (около 4%), тракторы и сельскохозяйственные машины (около 4%), железнодорожный и водный транспорт (примерно 2%). К основным загрязняющим атмосферу веществам, которые выбрасывают подвижные источники (общее число таких веществ превышает 40%), относится оксид углерода, углеводороды (примерно 19%) и оксиды азота (около 9%). Оксид углерода (СО) и оксиды азота (NОх) поступают в атмосферу только с выхлопными газами, тогда как не полностью сгоревшие углеводороды (HnCm) поступают как вместе с выхлопными газами (это составляет примерно 60% от общей массы выбрасываемых углеводородов), так и из картера (около 20%), топливного бака (около 10%) и карбюратора (примерно 10%); твердые примеси поступают в основном с выхлопными газами (90%) и из картера (10%).
Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при разгоне автомобиля, особенно при быстром, а также при движении с малой скоростью (из диапазона наиболее экономичных). Относительная доля (от общей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, доля оксидов азота – при разгоне. Из этих данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью.
Создаваемые в городах системы движения в режиме "зеленой волны", существенно сокращающие число остановок транспорта на перекрестках, призваны сократить загрязнение атмосферного воздуха в городах. Большое влияние на качество и количество выбросов примесей оказывает режим работы двигателя, в частности, соотношение между массами топлива и воздуха, момент зажигания, качество топлива, отношение поверхности камеры сгорания к ее объему и др. При увеличении отношения массы воздуха и топлива, поступающих в камеру сгорания, сокращаются выбросы оксида углерода и углеводородов, но возрастает выброс оксидов азота.
Несмотря на то, что дизельные двигатели более экономичны, таких веществ, как СО, HnCm, NOх, выбрасывают не более чем бензиновые, они существенно больше выбрасывают дыма (преимущественно несгоревшего углерода), который к тому же обладает неприятным запахом создаваемом некоторыми несгоревшими углеводородами. В сочетании же с создаваемым шумом дизельные двигатели не только сильнее загрязняют среду, но и воздействуют на здоровье человека в гораздо большей степени, чем бензиновые.
Основные источники загрязнения атмосферы в городах – автотранспорт и промышленные предприятия. В то время как промышленные предприятия в черте города неуклонно снижают количество вредных выбросов, автомобильный парк представляет собой настоящее бедствие. Решению этой проблемы поможет перевод транспорта на высококачественный бензин, грамотная организация движения.
Ионы свинца накапливаются в растениях, но не проявляются внешне, т. к. ионы связываются со щавелевой кислотой, образуя оксолаты. Мы же в своей работе использовали фитоиндикацию по внешним изменениям (макроскопическим признакам) растений.
2. 4. Влияние загрязнения атмосферы на человека, растительный и животный мир
Все загрязняющие атмосферный воздух вещества в больше или меньшей степени оказывают отрицательное влияние на здоровье человека. Эти вещества попадают в организм человека преимущественно через систему дыхания. Органы дыхания страдают от загрязнения непосредственно, поскольку около 50% частиц примеси радиусом 0,01-0,1 мкм, проникающие в легкие, осаждаются в них.
Проникающие в организм частицы вызывают токсический эффект, поскольку они: а) токсичны (ядовиты) по своей химической или физической природе; б) служат помехой для одного или нескольких механизмов, с помощью которых нормально очищается респираторный (дыхательный) тракт; в) служат носителем поглощенного организмом ядовитого вещества.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ АТМОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ
РАСТЕНИЙ-ИНДИКАТОРОВ
(ФИТОИНДИКАЦИЯ СОСТАВА ВОЗДУХА)
3. 1. О методах фитоиндикации загрязнений наземных экосистем
Одним из важнейших направлений экологического мониторинга выступает сегодня фитоиндикация. Фитоиндикация – это один из способов биоиндикации, т. е. оценка состояния окружающей среды по реакции растений. Качественный и количественный состав атмосферы влияет на жизнь и развитие всех живых организмов. Присутствие вредных газообразных веществ в воздухе оказывает различное влияние на растения.
Метод биоиндикации как инструмент наблюдения за состоянием окружающей среды получил в последние годы большое распространение в Германии, Нидерландах, Австрии, Центральной Европе. Необходимость биоиндикации ясна в аспекте контроля за экосистемой в целом. Особую значимость методы фитоиндикации приобретают в черте города и его окрестностей. В качестве фитоиндикаторов используются растения, при этом исследуется целый комплекс их макроскопических признаков.
На основе теоретического анализа и собственных нами сделана попытка описания некоторых оригинальных, доступных в условиях школы методов фитоиндикации загрязнений наземных экосистем на примере изменений внешних признаков растений.
Вне зависимости от видовой принадлежности у растений можно в процессе индикации обнаружить следующие морфологические изменения
Хлороз – бледная окраска листьев между жилками, наблюдаемая у растений на отвалах, оставшихся после добычи тяжёлых металлов, или хвои сосны при слабом воздействии газовых выбросов;
Покраснение – пятна на листьях (накопление антоциана);
Пожелтение краёв и участков листьев (у лиственных деревьев под влиянием хлоридов);
Побурение или побронзовение (у лиственных деревьев это часто показатель начальной стадии тяжёлых некротических повреждений, у хвойных – служит для дальнейшей разведки зон дымовых повреждений);
Некрозы – отмирание участков ткани – важный симптом при индикации (в том числе: точечные, межжилковые, краевые и др.);
Опадение листвы – деформация – обычно происходит после некрозов (например, уменьшение продолжительности жизни хвои, её осыпание, опадение листвы у лип и каштанов под воздействием соли для ускорения таяния льда или у кустарников под действием оксида серы);
Изменение размеров органов растений, плодовитости.
Для того, чтобы определить, о чем же свидетельствуют данные морфологические изменения растений-фитоиндикаторов, мы применяли некоторые методики.
При обследовании повреждений хвои сосны важными параметрами считаются прирост побегов, верхушечные некрозы и продолжительность жизни хвои. Одним из позитивных моментов в пользу данного метода является возможность проводить обследования круглогодично, в том числе и в городской черте.
В изучаемом районе выбирались либо молодые деревья, отстоящие друг от друга на расстоянии 10 – 20 м, либо боковые побеги в четвёртой сверху мутовке очень высоких сосен. В обследовании выявлялись два важных биоиндикационных показателя: класс повреждения и усыхания хвои и продолжительность жизни хвои. В результате экспресс-оценки определилась степень загрязнения воздуха.
В основу описываемой методики были положены исследования С. В. Алексеева, А. М. Беккер.
Для определения класса повреждения и усыхания хвои объектом рассмотрения выступала верхушечная часть ствола сосны. По состоянию хвоинок участка центрального побега (второго сверху) предыдущего года определяли класс повреждения хвои по шкале.
Класс повреждения хвои:
I – хвоинки без пятен;
II – хвоинки с небольшим числом мелких пятен;
III – хвоинки с большим числом чёрных и жёлтых пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину хвоинки.
Класс усыхания хвои:
I – нет сухих участков;
II – усох кончик, 2 – 5 мм;
III – усохла 1/3 хвоинки;
IV – вся хвоинка жёлтая или наполовину сухая.
Оценка продолжительности жизни хвои нами делалась по состоянию верхушечной части ствола. Прирост брался за несколько последних лет, причём считается, что за каждый год жизни образуется одна мутовка. Для получения результатов необходимо было определить полный возраст хвои – число участков ствола с полностью сохранённой хвоей плюс доля сохранённой хвои на следующем за ним участке. Например, если верхушечная часть и два участка между мутовками полностью сохранили свою хвою, а на следующем сохранилась половина хвои, то результат будет равен 3,5 (3 + 0, 5= 3,5).
Определив класс повреждения и продолжительность жизни хвои, можно было оценить класс загрязнения воздуха по таблице
В результате проведенных нами исследований хвои сосны на предмет класса повреждения и усыхания хвои выяснилось, что в городе небольшое количество деревьев, у которых наблюдается усыхание кончиков хвои. В основном это был хвоя 3-4 лет жизни, хвоинки были без пятен, но у некоторых наблюдалось усыхание кончика. Сделан вывод, что воздух в черте города чистый.
С использованием данной методики биоиндикации в течение ряда лет можно иметь возможность получить достоверные сведения о газодымовых загрязнениях как в самом городе, так и его окрестностях.
Другими растительными объектами биоиндикации загрязнений наземных экосистем могут выступать:
➢ кресс-салат как тест- объект для оценки загрязнения почвы и воздуха;
➢ лишайниковая растительность – при картировании местности по их видовому многообразию;
Лишайники очень чувствительны к загрязнению воздуха и погибают при высоком содержании в нем угарного газа, соединений серы, азота и фтора. Степень чувствительности у разных видов неодинакова. Поэтому их можно использовать в качестве живых индикаторов чистоты окружающей среды. Данный метод исследования называется лихеноиндикация.
Существует два способа применения метода лихеноиндикации: активный и пассивный. В случае активного метода листовые лишайники типа Гипогимнии выставляются на специальных досках по сетке наблюдений, а позднее определяются повреждения на теле лишайников вредными веществами (пример был взят из данных по определению методом биоиндикации степени загрязнения воздуха близ алюминиевого металлургического завода. Это позволяет сделать непосредственные выводы о существующей в данном месте угрозе растительности. В черте города Когалыма были найдены Пармелия вздутая и Ксантория настенная, но в малых количествах. За пределами города данные виды лишайников встречены в больших количествах, причем с неповрежденными телами.
В случае пассивного метода используется картирование лишайников. Уже в середине 19 столетия наблюдалось такое явление, что в связи с загрязнением воздуха вредными веществами лишайники исчезали из городов. Лишайники могут быть использованы для дифференцированного отображения как участков загрязнения воздушной среды на больших пространствах, так и источников загрязнения, действующих на небольших территориях. Нами была проведена оценка загрязнения воздуха с помощью лишайников-индикаторов. Степень загрязнения воздуха в городе мы оценивали по обилию различных лишайников
В нашем случае были собраны различные виды лишайников как на территории города, так и на прилегающей к городу территории. Результаты были занесены в отдельную таблицу.
Нами отмечено слабое загрязнение в городе и не отмечена зона загрязнения за пределами города. Об этом свидетельствуют найденные виды лишайников. Учитывался также медленный рост лишайников, разреженность крон городских деревьев в отличие от леса, действие прямых солнечных лучей на стволы деревьев.
И все же, растения-фитоиндикаторы говорили нам о слабом загрязнении воздуха в городе. Но чем же? Для того, чтобы определить, каким газом загрязнена атмосфера, мы использовали таблицу № 4 . Выяснилось, что концы хвоинок приобретают бурый оттенок при загрязнении атмосферы сернистым газом (от котельной), а при более сильных его концентрациях происходит гибель лишайников.
Для сравнения мы провели опытные работы, которые показали нам следующие результаты: действительно встречались обесцвеченные лепестки садовых цветков (петуния), но замечено было их небольшое количество, т. к. вегетационные процессы и процессы цветения в нашей местности непродолжительные, а также концентрация сернистого газа некритическая.
Что касается опыта № 2 «Кислотные дожди и растения» то, судя по собранным нами гербарным образцам, встречались листья с некротическими пятнами, но пятна проходили по краю листа (хлороз), а при действии кислотных дождей наблюдается появление бурых некротических пятен по всей пластинке листа.
3. 2. Исследование почвы с помощью растений-индикаторов – ацидофилов и кальцефобов
(фитоиндикация состава почвы)
В процессе исторического развития сложились виды или сообщества растений, связанные с определёнными условиями обитания настолько прочно, что экологические условия могут быть распознаны по присутствию этих видов растений или их сообществ. В этой связи выделены группы растений, связанных с наличием в составе почвы химических элементов:
➢ нитрофилы (марь белая, крапива двудомная, кипрей узколистный и др.);
➢ кальцефилы (лиственница сибирская, мордовник, венерин башмачок, др.);
➢ кальцефобы (вереск, сфагновые мхи, пушица, вейник тростниковидный, плаун сплюснутый, плаун булавовидный, хвощи, папоротники).
В процессе исследования нами было установлено, что на территории города сформировались почвы, бедные азотом. Этот вывод был сделан благодаря отмеченным нами видами следующих растений: кипрей узколистный, клевер луговой, вейник тростниковидный, ячмень гривастый. А в прилегающих к городу лесных районах очень много растений-кальцефобов. Это виды хвощей, папоротников, мхов, пушицы. Представленные виды растений оформлены в гербарную папку.
Кислотность почв определяется наличием следующих групп растений:
Ацидофильные – кислотность почвы от 3,8 до 6,7 (овёс посевной, рожь посевная, седмичник европейский, белоус торчащий, ячмень гривастый, др.);
Нейтрофильные – кислотность почвы от 6,7 до 7,0 (ежа сборная, тимофеевка степная, душица обыкновенная, таволга шестилепестная, др.);
Базофильные – от 7,0 до 7,5 (клевер луговой, лядвенец рогатый, тимофеевка луговая, костёр безостый, др.).
О присутствии кислых почв ацидофильного уровня нам говорят такие виды растений, как клевер луговой, ячмень гривастый, найденные нами на территории города. На небольшом расстоянии от города о таких почвах свидетельствуют виды осок, клюква болотная, подбел. Это виды, которые исторически сложились на влажных и болотистых территориях, исключающие присутствие в почве кальция, предпочитающие только кислые, торфяные почвы.
Другой апробированной нами методикой является изучение состояния берез как индикаторов засолённости почвы в условиях города. Такая фитоиндикация осуществляется с начала июля по август. На улицах и в лесопарковой зоне города встречается береза пушистая. Повреждение листвы березы под действием соли, применяемой для таяния льда, проявляется следующим образом: появляются ярко – жёлтые, неравномерно расположенные краевые зоны, затем край листа отмирает, а жёлтая зона продвигается от края к середине и основанию листа.
Нами были произведены исследования листьев березы пушистой, а также рябины обыкновенной. В результате исследования обнаружен краевой хлороз листьев, точечные вкрапления. Это говорит о 2 степени повреждения (незначительной). Результат такого проявления – внесение соли для таяния льда.
Анализ видового состава флоры в контексте определения химических элементов и кислотности почвы в условиях экологического мониторинга выступает как доступный и простейший метод фитоиндикации.
В заключение отметим, что растения выступают важными объектами биоиндикации загрязнений экосистем, а исследования их морфологических признаков при распознавании экологической обстановки является особенно эффективным и доступным в черте города и его окрестностях.
4. Выводы и прогнозы:
1. На территории города методом фитоиндикации и лихеноиндикации выявлено слабое загрязнение воздушной среды.
2. На территории города методом фитоиндикации выявлены кислые почвы. При наличии кислых почв для улучшения плодородности использовать известкование по навеске (расчетным способом), вносить доломитовую муку.
3. На территории города выявлено незначительное загрязнение (засоление) почвы соляными смесями против дорожного обледенения.
4. Одной из сложных проблем промышленности является оценка комплексного влияния различных загрязняющих веществ и их соединений на окружающую среду. В этой связи представляется чрезвычайно важной оценка здоровья экосистем и отдельных видов с помощью биоиндикаторов. В качестве биоиндикаторов, позволяющих наблюдать за загрязнением атмосферы на промышленных объектах и в городских условиях, мы можем рекомендовать:
➢ Листоватый лишайник Гипогимния вздутая, который наиболее чувствителен к кислотным загрязнителям, сернистому газу, тяжелым металлам.
➢ Состояние хвои сосны для биоиндикации газодымовых загрязнений.
5. В качестве биоиндикаторов, позволяющих оценить кислотность почв и наблюдать за загрязнением почвы на промышленных объектах и в городских условиях, можно рекомендовать:
➢ Городские виды растений: клевер луговой, ячмень гривастый для определения кислых почв ацидофильного уровня. На небольшом расстоянии от города о таких почвах свидетельствуют виды осок, клюква болотная, подбел.
➢ Береза пушистая как биоиндикатор антропогенной засоленности почв.
5. Широкое применение метода биоиндикации предприятиями позволит более оперативно и достоверно оценивать качество природной среды и в комплексе с инструментальными методами стать существенным звеном в системе промышленного экологического мониторинга (ПЭМ) объектов промышленности.
При реализации систем промышленного экологического мониторинга немаловажно учитывать экономические факторы. Стоимость приборов и аппаратов для ПЭМ только для одной линейной КС составляет 560 тысяч рублей
