Биомониторинг и его особенности. Реферат по МОС (Биомониторинг). Биомониторинг атмосферы и его особенности
 Скачать 2.24 Mb.
|
|
Глава 2. Состояние атмосферного воздуха 2.1 Состояние атмосферного воздуха на территории России В 2020 г. наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха проводились в 253 городах Российской Федерации на 684 станциях. Из них регулярные наблюдения за содержанием в атмосферном воздухе 57 загрязняющих веществ, в т.ч. 11 тяжелых металлов выполнялись в 221 городе на 612 станциях. В 2020 г., согласно наблюдениям, 34 города Российской Федерации были подвержены высокому и очень высокому загрязнению воздуха, что на 6 городов меньше, чем в 2019 г. (рис.3)
По данным регулярных наблюдений за период 2016–2020 гг. средние за год концентрации исследуемых веществ изменились следующим образом: – формальдегида – не изменились; – бенз(а)пирена – увеличились на 6%, – взвешенных веществ, диоксида азота, оксида азота, диоксида серы и оксида углерода – снизились на 4–13%. На рисунке 4 продемонстрирована характеристика тенденций изменения за период 2016–2020 гг. количества городов, среднегодовые концентрации отдельных исследуемых веществ в которых превысили 1 ПДК.
Количество городов за период 2016–2020 гг., в которых средние за год концентрации какой-либо примеси превышают 1 ПДК, снизилось на 13. Количество городов, в которых уровень загрязнения атмосферы оценивался (по показателю ИЗА) как высокий и очень высокий, за пять лет снизилось на 10 городов, по сравнению с предыдущим годом – снизилось на 6 городов. Количество городов, в которых за последние 5 лет средние за год концентрации следующих веществ превысили 1 ПДК: – взвешенных веществ – увеличилось на 3 города; – бенз(а)пирена – не изменилось; – диоксида азота – уменьшилось на 22 города; – формальдегида – уменьшилось на 20 городов. В 2020 г. в 34 городах Российской Федерации, что составляет 15% городов страны, уровень загрязнения воздуха является высоким и очень высоким (рис. 5).
В 66% городов уровень загрязнения остается низким. В городах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха проживает 9,6 млн чел., что составляет 9% городского населения В 134 городах (53% городов из числа тех, где проводятся наблюдения) средние за год концентрации какого-либо вещества превышают 1 ПДК. В этих городах проживает 52,6 млн чел. (рис. 6).
Линейный восходящий тренд общего объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферу с 2014 г. в 2019 г. резко сменил направление, когда сильно уменьшились выбросы от передвижных источников. В свою очередь, объем выбросов от стационарных источников поддержал среднемноголетний тренд (рис. 7).
Общий объем выбросов загрязняющих веществ в 2020 г. сократился на 2,2% по сравнению с 2019 г. и составил (по данным Росприроднадзора) 22227,6 тыс. т, что является минимальным значением за период 2010-2020 гг. Выбросы от стационарных источников снизились по сравнению с показателями 2019 г. (17295 тыс. т) и составили 16951,5 тыс. т. Также в 2020 г. наблюдалось незначительное сокращение объема выбросов от передвижных источников – 5276,1 тыс. т против 5440,1 тыс. т в 2019 г. [7] 2.2 Состояние атмосферного воздуха на территории республики Башкортостан Определяющим фактором качества воздуха является поступление в атмосферу загрязняющих веществ в результате деятельности предприятий и организаций промышленного и аграрного комплекса, расположенных на территории Башкортостана и граничащих с ним областей и республик, а также от автомототранспортных средств. Порядка 4,0 тысяч объектов промышленных предприятий и организаций имеют источники выбросов загрязняющих веществ, а республиканский автопарк насчитывает более 1770 тыс. единиц автомототранспортных средств. Из-за проблем с загрязнением атмосферы за три месяца 2020 года в Башкирии впервые выявлено 2441 случай злокачественных новообразований. Это на 272 случая больше, чем в прошлом году. Сегодня заболеваемость раком на 100 тысяч населения составляет 269,4 человека, что на 10,5% больше аналогичного периода 2019 года (243,7). [8] Мониторинг состояния загрязнения атмосферного воздуха осуществляется ФГБУ «Башкирское УГМС» в пяти городах: Уфа, Стерлитамак, Салават, Туймазы и Благовещенск. Общее количество постов наблюдений составляет 20 единиц. Наиболее высокие средние уровни загрязнения в 2021 году были отмечены: ▪ взвешенными веществами – 2,8 ПДК в г. Туймазы, ▪ формальдегидом – 2,0 ПДК в гг. Благовещенск и Стерлитамак, ▪ хлоридом водорода – 1,7 ПДК в г. Уфа, ▪ диоксидом азота – 0,98 ПДК в г. Уфа. Объем выбросов загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников в 2021 году составил 574,9 тыс. т, при этом объем выбросов от стационарных источников – 449,3 тыс. т, от передвижных источников – 125,6 тыс. т. Увеличение объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников в 2021 году объясняется тем, что в 2020 году объемы производств снизились из-за пандемии коронавирусной инфекции. Изменение количества выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по Республике Башкортостан за 2017-2021 годы представлено на рисунке 8.
В валовых выбросах преобладают: оксид углерода – 175,0 тыс. тонн, летучие органические соединения (ЛОС) – 121,2 тыс. тонн, сернистый ангидрид – 51,5 тыс. тонн, диоксид азота – 71,6 тыс. тонн. Динамика изменения количества основных загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу по Республике Башкортостан за 2017-2021 гг., представлена на рисунке 9.
В расчете на одного жителя республики поступление загрязняющих веществ в атмосферу составило в среднем 0,144 тонны. [9] Карты средних концентраций загрязняющих веществ и карта комплексного индекса загрязнения атмосферы на территории республики Башкортостан без учета влияния рельефа представлена на рисунке 10.
Анализируя рисунок 10, можно отметить высокие концентрации оксидов углерода вблизи крупных городов (Уфа, Благовещенск, Стерлитамак, Салават, Туймазы). Средние значения превышают 5 мг/м3 (или 1,6 ПДКс.с. для атмосферного воздуха населенных пунктов) и достигают 25 мг/м3 (8 ПДК) вблизи городов Уфа, Стерлитамак. Это связано со значительными объемами выбросов оксида углерода от таких предприятий, как ПАО АНК «Башнефть», ООО «Уфа-Нефть», ООО «Башкирская генерирующая компания» и ООО «Башкирские распределительные тепловые сети». На остальной территории Башкирии преобладают низкие и средние значения концентраций до 1 мг/м3 (0,3 ПДК). [10] Таким образом, видно, что состояние атмосферного воздуха не является «идеальным», в нем присутствуют различные загрязняющие вещества, некоторые из которых превышают установленные для них предельно допустимые концентрации. Вместе с тем необходимо учитывать то, что для каждой городской территории имеется свой обусловленный видом промышленности на данной территории специфический набор загрязнений. Загрязнение атмосферного воздуха является причиной возникновения примерно 50% всех экологически обусловленных заболеваний. Прежде всего качество атмосферного воздуха влияет на здоровье детей, лиц пожилого возраста и лиц, страдающих хроническими заболеваниями органов дыхания и сердечно-сосудистой системы. В связи с выше сказанным, важно отслеживать состояние атмосферного воздуха, соответственно, экомониторинг является начальным этапом системы обеспечения экологической безопасности. Глава 3. Биомониторинг атмосферного воздуха Одним из важнейших объектов окружающей среды является атмосферный воздух. Устойчивость биосферы зависит от его чистоты. Воздух, которым мы дышим и пропускаем ежесуточно более 13 тыс. л через свои легкие, представляет собой физическую смесь газов. В составе воздуха имеются постоянные составные части, а также переменные количества различных примесей природного и антропогенного происхождения. Загрязнение воздуха имеет место в том случае, если в смеси имеются посторонние вещества в таких количествах и так долго, что создают опасность для человека, животных, растений или имущества. В качестве наиболее распространенных и опасных выделяют восемь категорий загрязнителей: 1) взвешенные вещества, они могут переносить другие загрязнители, растворенные в них или адсорбированные на поверхности частиц; 2) углеводороды и другие летучие органические соединения; 3) угарный газ (СО); 4) оксиды азота (NOх); 5) оксиды серы, в основном диоксид (SO2); 6) свинец и другие тяжелые металлы; 7) озон и другие фотохимические окислители; 8) кислоты, в основном серная и азотная. От загрязнения воздуха страдают все живые организмы, но особенно растения, имеющие очень высокую интенсивность газообмена, в разы превышающую газообмен у человека. По этой причине растения, в том числе низшие, наиболее пригодны для обнаружения начального изменения состава воздуха. Таблица 1 – Признаки повреждения некоторых древесных растений в зависимости от различных загрязняющих веществ
Окончание таблицы 1.
٭ – эпифиты, обитающие на коре деревьев Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию сосны В условиях города от загрязненного воздуха страдает не только население, но и растения, которые являются индикаторами загрязнения атмосферы. Наиболее чувствительна к загрязнению атмосферного воздуха хвоя сосны обыкновенной, это связано с длительным сроком жизни хвои и ее способностью активно поглощать газы. Сосна является наиболее распространенным растением, ее можно встретить как в центре города, так и в пригороде, она неприхотлива к местному климату. Известно, что сосна является очистителем воздуха, ее фильтрующая способность определяется количеством хвои. Такие химические вещества как диоксид серы, оксид азота, углеводороды и др. оказывают сильное влияние на состояние сосны обыкновенной. В незагрязненных лесах основная масса хвои не имеет повреждений, и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зеленые пятна и некротические точки микроскопических размеров. При загрязнении атмосферы появляются повреждения, и снижается продолжительность жизни хвои сосны. [11] Методика индикации чистоты атмосферы по состоянию хвои сосны состоит в следующем: с нескольких боковых побегов в средней части кроны 5...10 деревьев сосны в 15...20 летнем возрасте отбирают 200...300 пар хвоинок второго и третьего года жизни. Анализ проводят в лаборатории. Вся хвоя делится натри части (неповрежденная, с пятнами, с признаками усыхания), далее подсчитывается количество хвоинок в каждой группе (рис.11).
Чем выше продолжительность жизни хвои сосны (от 1 до 4...5 и более лет), тем чище воздух. С целью определения продолжительности жизни хвои на каждом участке осматривают не менее 100...200 деревьев. Продолжительность жизни хвои устанавливают путем просмотра побегов с хвоей по мутовкам (рис. 12).
Затем рассчитывают индекс продолжительности жизни хвои по формуле 1: Q = 3B1 + 2B2 + 1B3/B1 + B2 + B3 (1) где В1, В2, В3 — количество осмотренных деревьев с продолжительностью жизни хвои 1, 2, 3 года соответственно. Чем выше Q, тем чище воздух. Чтобы измерения были более точными, обследуют не менее 100 деревьев в разных местах исследуемого участка для исключения случайных факторов, например, вредителей (пильщик, хрущ, сосновая совка). Полученные результаты сравниваются с результатами прошлых лет, и делается вывод об изменении загрязнения атмосферы.
Как видно из рисунка 13, образцы хвои, взяты у дороги имеют желтые пятна, что свидетельствует о загрязнении атмосферного воздуха на этом участке, по сравнению с атмосферным воздухом в лесопарковой зоне, в большей степени это связано с выбросами ЗВ от автотранспорта. Биоиндикация загрязнения воздуха по лишайникам (лихеноиндикация) Лихеноиндикация представляет собой метод мониторинга загрязнения окружающей среды при помощи живых организмов. Методы лихеноиндикации показывают изменения в структуре лишайников и в их видовом и количественном составе на изучаемой территории. Лишайник – это двойной организм, состоящий из симбиотических отношений между грибком (микобионтом) и водорослью или цианобактерией (фотобионтом). Тело лишайников называется слоевище или же таллом. Строение слоевища может быть гомеомерным (однородным) или гетеромерным (слоистым). Лишайники хорошо известны своей чрезвычайной чувствительностью к загрязнению окружающей среды. Основная причина такой чувствительности заключается в том, что у них отсутствует защитная кутикула, как у высших растений, они поглощают большую часть своих питательных веществ непосредственно из атмосферы и физиологически активны, следовательно, подвержены травмам), только когда они влажные. Однако существует широкий диапазон чувствительности у разных видов. В целом кустарниковые лишайники являются наиболее чувствительными, листовые лишайники промежуточными и накипные лишайники наименее чувствительны. [12] В зависимости от строения или же от места прорастания лишайников разделяют на группы. По строению это – накипные (корковые), листоватые и кустистые.
Слоевище накипного лишайника представляет собой корочку, прочно сросшуюся с корой дерева, древесиной или поверхностью камней. Его невозможно отделить от субстрата без повреждения. К ним относится, например, бацидиум фисция. Листовые лишайники имеют вид чешуек или пластинок, прикрепленных к субстрату с помощью пучков грибных нитей. Лишь у немногих лишайников таллом срастается с субстратом только в одном месте, например, у пармелии, степной золотянки, гипогимнии. У кустистых лишайников таллом состоит из ветвей или более толстых, часто ветвящихся стволиков. Кустистый лишайник соединяется с субстратом и растет вертикально или свисает вниз, например, уснея, бриория, цетрария. Главный враг лишайников в городах — сернистый газ. Они исчезают, как только его концентрация достигнет 35 млрд-1. По мере приближения к источнику загрязнения слоевища лишайников становятся толстыми и почти совсем утрачивают плодовые тела. Дальнейшее загрязнение атмосферы приводит к тому, что лопасти лишайников окрашиваются в беловатый, коричневый или фиолетовый цвет, их талломы сморщиваются, и растения погибают. Методы оценки загрязненности атмосферы по встречаемости лишайников основаны на следующих закономерностях: чем сильнее загрязнен воздух, тем меньше встречается видов лишайников (вместо десятков может быть1...2 вида); чем сильнее загрязнен воздух, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев. При повышении загрязненности воздуха первыми исчезают кустистые лишайники, за ними — листоватые, последними — накипные. На основании этих закономерностей на городской территории выделяют «зоны лишайников» (табл. 2). Таблица 2 — встречаемость лишайников в разных частях города в зависимости от среднего количества диоксида серы в воздухе (по Т. Я. Ашихминой)
В лихеноиндикационных исследованиях в качестве субстрата выбирается вид дерева, который наиболее распространен на исследуемой территории, например, липа мелколистная. Город или поселок делят на квадраты, в каждом из которых подсчитывается общее число исследуемых деревьев и деревьев, покрытых лишайниками. Для оценки загрязнения атмосферы конкретной магистрали, улицы или парка описывают лишайники, которые растут «на деревьях по обеим сторонам улицы или аллеи парка на каждом третьем, пятом или десятом дереве. Пробная площадка ограничивается на стволе деревянной рамкой, например, размером 10*10 см, которая разделена внутри тонкими проволочками на квадратики по 1 см2. Отмечают, какие виды лишайников встретились на площадке, какой процент общей площади рамки занимает каждый растущий там вид. Кроме того, указывают жизнеспособность каждого образца: есть ли у него плодовые тела, здоровое или чахлое слоевище. На каждом дереве описывают минимум четыре пробные площадки: две у основания ствола (с разных его сторон) и две на высоте 1,4...1,6 м. Кроме выявления видового состава, определяют размеры розеток лишайников и степень покрытия в процентах. Оценка встречаемости и покрытия дается по 5 балльной шкале (табл. 3). Таблица 3 – Оценка частоты встречаемости и степени покрытия (по Т. Я. Ащихминой)
Таким образом, для каждой площадки описания и для каждого типа роста лишайников — кустистых, листоватых и накипных — выставляются баллы встречаемости и покрытия. После проведения исследований на нескольких десятках деревьев делается расчет средних баллов встречаемости и покрытия для каждого типа роста лишайников —накипных (Н), листоватых (Л) и кустистых (К). Зная баллы средней встречаемости и покрытия Н, Л,К, легко рассчитать показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) по формуле 2:  Чем выше показатель ОЧА (ближе к единице), тем чище воздух местообитания. Однако, используя этот метод, следует учитывать, что лишайники, как и любые живые организмы, откликаются на всякое изменение среды. Простое воздействие температуры или влажности может перекрывать влияние загрязнения. Поэтому в комплексе с визуальными наблюдениями используются аналитические методы, позволяющие определить количественно содержание загрязнителей, аккумулированных в лишайниках. Лишайники поглощают воду всей поверхностью тела в основном из атмосферных осадков, поэтому слоевище лишайников часто сравнивают с фильтровальной бумагой. Поглощение лишайниками из дождевой воды загрязнений происходит очень быстро и сопровождается их концентрированием, причем в накоплении металлов они далеко опережают сосудистые растения. Эти растения используются для наблюдения за распространением в атмосфере более 30 элементов: лития, натрия, калия, магния, кальция, стронция, алюминия, титана, ванадия, хрома, марганца, железа, никеля, меди, цинка, галлия, кадмия, свинца, ртути, иттрия, урана, фтора, йода, серы, мышьяка, селена и др. Состав минеральных элементов в лишайниковом слоевище определяют классическим методом сжигания, а образующаяся зола подвергается химическому анализу на содержание того или иного элемента. 3.3 Флуктуирующая асимметрия древесных и травянистых форм растений как тест-система оценки качества среды Наиболее удобными для целей биоиндикации являются следующие виды растений: травянистые – сныть обыкновенная (Aegopodium podagraria); мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara); древесные: тополь бальзамический (Populus balsamifera); клен остролистный (Acer platanoides) и ясенелистный (A. negundo); береза повислая (Betula pendula); водные – рдест пронзеннолистный (Potamogeton perfoliatus); рдест блестящий (P. luсens); рдест плавающий (Р. паtans). Все перечисленные растения имеют четко выраженную двустороннюю симметрию, что является главным требованием метода. Порядок определения: Проводятся измерения длин жилок на листьях справа и слева. Жилки измеряются с точностью до 1 мм с последующим определением разницы их длины справа и слева. Проводится более детальные расчеты флуктуирующей асимметрии. Для этого с одного листа снимают показатели по пяти параметрам (рис. 15).
Отдельно фиксируют «загнутость» макушки листа (рис. 16).
Данные измерений заносятся в таблицу. Величину флуктуирующей асимметрии оценивают с помощью интегрального показателя — величины среднего относительного различия по признакам (среднее арифметическое отношение разности к сумме промеров листа справа и слева, отнесенное к числу признаков). На рисунке 17 приведен пример как визуально различаются листовые пластины клена, прорастающие в различных районах. [13]
Баллы соответствуют следующим характеристикам среды обитания живых организмов: 1 — чисто; 2 — относительно чисто («норма»); 3 — загрязнено («тревога»); 4 — грязно («опасно»); 5 — очень грязно («вредно»). При балльной оценке используют таблицу соответствия баллов качества среды значениям коэффициентов асимметрии (таблица 4). Таблица 4 – Балльная система оценки качества среды обитания живых организмов по показателям флуктуирующей асимметрии высших растений (по А.Б. Стрельцову, 2003)
Индикация загрязнения окружающей среды по качеству пыльцы растений Репродуктивные ткани, где наиболее активно идут процессы деления клеток, очень чувствительны к различным изменениям в окружающей среде – и к естественным типа погодных условий, и к искусственным типа загрязнений почвы и воздуха, повышенной радиации и другим – и очень чутко реагируют на них. Методика анализа качества пыльцы заключается в определении процента ненормальных (абортивных) пыльцевых зерен. Высокая чувствительность к действию мутагенов (этиленамин, нитрозоэтилмочевина, некоторые пестициды) проявляется у томатов, в результате чего нарушается процесс образования пыльцы томатов вплоть до полного отсутствия в пыльниках нормальных пыльцевых зерен (рис. 18).
Обычно у растений в нормальных условиях пыльца имеет хорошее качество и процент нормальных пыльцевых зерен близок к 100 %. Повышенное загрязнение среды произрастания может снизить этот процент до 50% и ниже. Порядок выполнения: 1) Пыльца извлекается из пыльников, помещается на предметное стекло, сюда же добавляют каплю йода и перемешивают пыльцу с красителем (йод – реактив на белок и крахмал), стараясь как можно равномернее распределить пыльцу в капле по предметному стеклу. 2) Препарат выдерживается в течение 2 минут, накрывается покровным стеклом и рассматривается под микроскопом при малом увеличении. 3) Подсчитывается количество нормальных и стерильных (абортивных) пыльцевых зерен либо в нескольких полях зрения, либо по всему мазку. Нормальные – интенсивно окрашены, одинаковы по размерам и форме; стерильные – не окрашены или окрашены слабо, разных размеров и неправильной формы. Подсчет делается для каждого цветка и определяется среднее. 4) Определяется процент (%) нормальных пыльцевых зерен как отношение их числа к общему числу пыльцевых зерен для каждого подсчета, цветка, растения и т.д., умноженное на 100. [14] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
