Оценка состояния парковых территорий города Казани с
advertisement
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ФГАОУВПО «КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ИНСТИТУТ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ МЕДИЦИНЫ И БИОЛОГИИ КАФЕДРА БИОЭКОЛОГИИ Специальность: 020803.65- биоэкология Специализация: биолог-эколог ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ ДИПЛОМНАЯ РАБОТА СТУДЕНТКИ V КУРСА ИГНАТЕНКО ЕКАТЕРИНЫ ВАСИЛЬЕВНЫ Оценка состояния парковых территорий города Казани с использованием метода флуктуирующей асимметрии по листовой пластинке липы мелколистной (Tilia cordata Mill) Работа завершена: « » 2014 г. ____________ (Е.В.Игнатенко) Работа допущена к защите: Научный руководитель Кандидат биологических наук, доцент « » 2014 г. (Ильясова А.Р.) Заведующий кафедрой Доктор биологических наук, профессор « » 2014 г. ____________ Казань- 2014 (И.И. Рахимов) Оглавление Введение………………………………………………………………………… 3 Глава 1. ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ 1.1. Социально-экологические системы городской среды………………….. 6 1.2. Проблемы загрязнение городской среды автотранспортом промышленностью....................................................... …………………... 9 1.3. Парки и скверы как зоны отдыха в городской среде………………….. 14 Глава 2. МЕТОДЫ БИОИНДИКАЦИИ ПРИ ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА СРЕДЫ 2.1. История возникновения биоиндикационных методов………….……… 18 2.2. Биоиндикация как метод экологического мониторинга..………….19 2.3. Растения как индикаторы окружающей среды ………………...………. 22 2.4. Возможность использования флуктуирующей асимметрии как параметра биондикации ………………………………..……..…… 26 Глава 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 3.1. Физико-географическая и экологическая характеристика г. Казани…………………………………………………………………… 31 3.2. Характеристика объекта исследования…………………………………. 45 3.3. Методика изучения объекта……………………………………………… 49 3.4. Методы статистической обработки……………………............................ 53 Глава 4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 4.1. Обсуждение статистических расчетов…………………………………... 56 4.2 Расчет величины флуктуирующей асимметрии………………................ 64 Выводы…………………………………………..........................................76 Список литературы………………........................................................... 77 Приложение 2 Введение Стремительные темпы развития городов создают сложные проблемы, связанные с ростом химического и физического загрязнения среды, а также с недостатками ее санитарного благоустройства. Территория города характеризуется наиболее высокими техногенными нагрузками на природную среду. В крупных городах к этим проблемам добавляется перенаселенность, недостаток свободных и озелененных участков. Современные города с их высокими разнообразными техногенными нагрузками на среду, обеднённость многих из них растительностью, не создают комфортных условий жизни. Процесс урбанизации приводит к сильному изменению среды обитания человека и других живых организмов — биосферы, повышению зависимости ее качества и пути развития от уровня антропогенной нагрузки (Ашихмина, 2005). Все возрастающее антропогенное воздействие на природную среду диктует необходимость контроля ее состояния, обеспечения ее благоприятности для живых существ и человека. Как отмечено в Экологической доктрине РФ (2002), в современных условиях в связи с постоянно растущими темпами антропогенного влияния на природные комплексы, требуется «совершенствование системы показателей, создание методологии экологического мониторинга, включая комплексную оценку состояния окружающей среды (Экологическая доктрина РФ, 2002). Одним из перспективных подходов для интегральной характеристики качества среды является оценка состояния живых организмов по стабильности развития. Некоторые из них могут выступать в качестве индикаторов загрязнения. Применение организмов, реагирующих на загрязнение среды обитания изменением признаков, позволяет существенно сократить или даже исключить применение дорогостоящих и трудоемких физико-химических методов анализа. Биоиндикаторы интегрируют биологически значимые эффекты загрязнения. Оценка состояния живых существ в природных популяциях представляется принципиально важной задачей, как для теории, так и для практики. В 3 теоретическом аспекте — это путь получения информации о реакции организма на условия развития как важнейшей микроэволюционной характеристике природной популяции. В практическом плане такая оценка важна для мониторинга качества среды (Захаров, 2001). Различные методы биоиндикации достаточно информативны сами по себе, но использование их в сочетании с другими методами определения состояния окружающей среды делает оценку наиболее объективной. В последнее время для интегральной оценки состояния окружающей среды стал широко использоваться биоиндикационный подход, основанный на оценке морфометрических параметров. Оценка качества среды становится принципиально важной задачей, как при планировании, так и при осуществлении любых мероприятий по природопользованию, охране природы и обеспечению экологической безопасности (Захаров, 2000). Актуальность исследования. С увеличением антропогенного воздействия на окружающую среду возросла актуальность и экологического мониторинга. Наряду с традиционными методами контроля химического загрязнения путем исследования проб воды, воздуха, почв, существуют методы биоиндикации, основанные на изменении морфологических структур растений под влиянием техногенных поллютантов. Наиболее часто применяется оценка стабильности развития живых организмов по уровню асимметрии морфологических структур, в частности выраженности флуктуирующей асимметрии (ФА). В условиях увеличения техногенных нагрузок в городе Казани, как и в большинстве крупных городов России, сохранившиеся природные парки могут служить прекрасным индикатором экологического состояния городской среды обитания и одновременно инструментом ее регулирования и оптимизации. Цель исследования – дать оценку качества экологического состояния парковых территорий г. Казани методом биоиндикации (по результатам анализа показателей флуктуирующей асимметрии мелколистной (Tilia cordata Mill). 4 листовых пластинок липы Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: 1) Проанализировать особенности формирования антропогенной нагрузки в городе Казани; 2)Изучить возможность использования флуктуирующей асимметрии как биоиндикационного параметра; 3) Провести экспериментальные замеры параметров листовой пластинки липы мелколистной (Tilia cordata Mill), для определения стабильности развития; 4) Дать оценку состояния парковых территорий г. Казани на основе проведенного исследования Предметом исследования явились территории 6 парков в различных районах города Казани. Объектом исследования для определения степени стабильности развития выбрана липа мелколистная (Tilia cordata Mill, 1768). 5 Глава 1. Общие проблемы загрязнения городской среды 1.1. Социально - экологическая система городской среды По мере развития человечества, освоения природной среды, роста урбанизированных территорий поселения во взаимодействии с окружающей их природной средой превратились в новую динамичную социально - экологическую систему. В социально-экологические системы входят два основных взаимодействующих компонента – социальный и экологический, которые должны быть устойчивы, обладать способностью к самоадаптации, самоприспособлению. Социальный компонент включает в себя человеческое сообщество, все виды деятельности, все искусственные объекты и застроенные территории и обычно находится в границах населенной территории. Экологический компонент – это все виды природных территорий и природных ресурсов, в том числе естественные и культурные ландшафты, составляющие экологический след (Тетиор, 2006). Города как места сосредоточения основной массы жителей Земли призваны удовлетворять их потребностям и обеспечивать достаточно высокое, экологически обоснованное качество городской среды жизни. Но вместе с тем они являются центрами возникновения основных экологических проблем (Ашихмина, 2005). Изменение природной среды, достигшее в последние десятилетия глобальных размеров, во многом вызвано стремительной урбанизацией. В процессе урбанизации формируется урбоэкосистема, под которой понимается природногородская система, состоящая из фрагментов природных экосистем, окруженных домами, промзонами, автодорогами. Антропогенные нарушения функций компонентов в городской системе зависят от источника и вида вмешательства человека, от качества среды, что приводит к определенным последствиям, в том числе и негативным (www.ecology.ru). Городская территория отличается высокой степенью хозяйственного освоения. Это среда обитания и производственной деятельности значительного числа людей; это и городская среда, которая включает и природные, и 6 техногенные составляющие. Крупные города стали фокусами сосредоточения нарастающих потоков людей, энергии, сырья, воды, твердых и жидких отходов производства и функционирования городской системы и готовой продукции (Сочава, 1978). Из всех видов антропогенных воздействий наиболее опасны загрязнения. Загрязнения могут антропогенными быть природными (вызванными (из-за деятельностью природных человека). катастроф) и Антропогенные загрязнения подразделяются на физические, химические, механические и биологические (Рис.1) ( www.ecopages.ru). Физическое загрязнение может быть: тепловым - вследствие повышения температуры из-за потерь теплоты на объектах промышленности; шумовым - изза превышения интенсивности шума вследствие работы предприятий; световым из-за превышения освещенности, создаваемой искусственными источниками света; электромагнитным - в результате действия радио, телевидения, промышленных установок; радиоактивным - из-за превышения естественного радиоактивного уровня (фона). Химическое загрязнение вызывается внесением в природную среду какихлибо новых химических соединений или повышением концентрации присутствующих в ней химических веществ. Механическое загрязнение, вызываемое веществами, не оказывающими на среду физического или химического воздействия, характерно для строительства и производства строительных материалов. Биологическое и микробиологическое загрязнения происходят при поступлении в окружающую среду биологических отходов или в результате быстрого размножения микроорганизмов на антропогенных субстрата 7 Рис.1. Схема комплексного загрязнения среды (по А.Н Тетиор, 2006) Все виды загрязнений в итоге влияют на биосферу, оказывая техногенные вклады в ее эволюцию. Воздействия передаются живым организмам через «ворота» - аэрогенные (дыхание), пероральные (питание), слух, кожный покров и др. Особенно опасны загрязнения, нарушающие генетическую устойчивость, увеличивающие частоту мутаций. Уровень всех загрязнений среды нормируют путем установления предельно допустимых концентраций (ПДК) и времени воздействия. ПДК - это нормативное количество вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте с человеком или при воздействии на него в течение определенного промежутка времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства (Тетиор, 2006). 8 Влияние широкого комплекса загрязнений городской среды на жителей городов и природу изучено недостаточно, так как период наблюдений мал, а действие загрязненной среды проявляется постепенно, на протяжении жизни многих поколений. Известный российский эколог Н.Ф. Реймерс поставил эксперимент по (подсознательно определению все люди влияния понимают озеленения на необходимость здоровье наличия людей зеленых насаждений рядом с ними). Оказалось, что уровень здоровья людей выше в тех небольших и сопоставимых по числу жителей городах, где больше озелененной территории, приходящейся на жителя (www.ecocom.ru). 1.2. Загрязнение городской среды автотранспортом и промышленностью Основными источниками загрязнения в условиях города являются промышленные предприятия и автомобильный транспорт. Вредные выбросы автотранспорта и промышленных предприятий, превышающие ПДК, губят растительность на локальных территориях и в масштабе целых районов. Нагрузки на городские территории в пределах застройки с высокой плотностью населения способствуют уплотнению и вытаптыванию почв, обеднению их питательными веществами. Нарушается репродуктивность, что приводит к деградации растительности (Маслов, 2003). Автотранспорт стал основным источником современного загрязнения воздуха. Однако загрязнители, которые действительно вызывают проблемы, сами по себе не выбрасываются автотранспортом. Химические реакции, приводящие к образованию вторичных загрязнителей, протекают наиболее эффективно при солнечном свете, поэтому возникающее загрязнение воздуха называется фотохимическим смогом (Андруз, 1999). Фотохимический смог - не единственная проблема, создаваемая автотранспортом. С автомобилями связывают и другие загрязнители, например свинец и бензол. Опасность автомобильных выхлопных газов в том, что вредные предприятиями, вещества, выбрасываемые концентрируются по 9 производственными ограниченному радиусу в определенной зоне, а выхлопные газы автомобилей преследуют чело века на всей территории населенного пункта (www.ecocom.ru). Именно в атмосфере городов, влияние выражено наиболее ярко. В городской среде присутствуют загрязняющие вещества, непосредственно выброшенные в атмосферу, они называются первичными загрязнителями . Многие первичные загрязнители могут вступать в реакции с образованием вторичных. Именно различие между первым и вторым загрязнением лежит в основе понимания разницы между отдельными типами загрязнения воздуха, оказывающими влияние на города (Андруз, 1999). Автомобили выбрасывают вместе с выхлопными газами соединения свинца, сажу и другие твердые углеводороды. Свинец аккумулируется в почве и растительности вдоль автострад (в городах — вдоль улиц с оживленным движением), заметное количество соединений свинца содержится в воздухе крупных городов (Лозановская, 1998). Подсчитано, что общее количество свинца, поступающего от автомобилей в атмосферу в течение года, составляет 250 тысяч тонн. Крупные частицы оседают на автомагистрали или вблизи от нее, а мелкие разносятся воздушными потоками на большие расстояния. Концентрация свинцовой пыли в воздухе города определяются интенсивностью движения автомобилей, скоростью и направлением ветра (Макаров, 2002). К токсичным соединениям относят следующие компоненты выхлопных газов: оксид углерода, оксид азота, углеводороды. Негативное влияние автотранспорта особенно заметно в населенных пунктах. Большую опасность представляют поступающие с отработавшими газами автомобилей канцерогенные вещества (бенз(а)пирен, бензол, формальдегид, сажа) и тяжелые металлы (www.ecopages.ru). Установлена зависимость между содержанием свинца в воздухе и интенсивностью движения автомобилей, ускорением их до постоянной скорости, направлением ветра, расстоянием от дороги (Макаров, 2002). 10 Таблица 1. Влияние выхлопных газов автомобилей на здоровье человека (По Х.Ф. Френчу,1992) Вредные вещества Оксид углерода Последствия воздействия на организм человека Препятствует абсорбированию кровью кислорода, что ослабляет мыслительные способности, замедляет рефлексы, вызывает сонливость и может быть причиной потери сознания и смерти. Свинец Влияет на кровеносную, нервную и мочеполовую системы: вызывает, вероятно, снижение умственных способностей у детей, откладывается в костях и других тканях, поэтому опасен в течение длительного времени Оксиды азота Могут увеличивать восприимчивость организма к вирусным заболеваниям (типа гриппа), раздражают легкие, вызывают бронхит и пневмонию Озон Раздражает слизистую оболочку органов дыхания ,вызывает кашель, нарушает работу легких: снижает сопротивляемость к простудным заболеваниям; может обострять хронические заболевания сердца, а также вызывать астму и бронхит Токсичные выбросы (тяжелые металлы) Вызывает рак, нарушает функции половой системы и дефекты у новорожденных Людям, живущим в крупных промышленных городах, приходится дышать воздухом, перенасыщенным вредными и ядовитыми веществами, которые выбрасывают в атмосферу промышленные предприятия. При этом масштабы загрязнения зависят от размеров предприятия, потребляемого сырья. Особенно сильно влияют на загрязнение воздуха предприятия чёрной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики, топливной промышленности. Окислами углеводорода, азота, серы загрязняют атмосферный воздух тепловые электростанции. Предприятия химической промышленности, выпускающие лекарства, средства бытовой химии, удобрения и многие другие продукты, используемые почти во всех случаях жизни, выбрасывают в воздух до 80 тысяч различных химикатов. При производстве строительных материалов, 11 особенно таких, как цемент, стекло, асфальтобетон воздух загрязняется пылью, соединениями свинца, окисью азота, фтористым водородом и другими. В городах, где развита угольная промышленность, воздух перенасыщен зольной пылью, летучими органическим соединениями и свинцом, что ведёт к росту заболеваемости органов дыхательной системы (табл. 3). Наряду с развитием промышленности происходит постоянное увеличение загрязнённости атмосферного воздуха. Предприятия выбрасывают в воздух тысячи тонн пыли, химических соединений, тяжёлых металлов. На каждого жителя России приходится примерно по 200 килограммов распылённой в окружающем воздухе «грязи» - это сажа, диоксид серы, аммиак, оксид углерода, бензапирен, формальдегид, диоксид азота, сероводород (Стрельцов, 2003). Химическая отрасль и ее вклад в загрязнение окружающей среды зависит от специфики промышленности. Выбросы и сбросы химической промышленности представляют собой целый набор химических ингредиентов, многие из которых крайне токсичны: оксиды азота, оксиды серы, бензапирен (концераген) продукт неполного сгорания, продукт нефтехимического производства; оксидокислоты, аммиак, альдегиды. Таблица 2. Виды промышленности и воздействие их на окружающую среду Виды промышленности Воздействие на окружающую среду Машиностроительная промышленность Пыль различного гранулированного состава, диоксид серы, оксиды азота, сероводород, отходы красок, растворитель; обтирочный материал ,отходы масла. В стоках отмечается большое содержание тяж металловгальваническое напыление Промышленность строительных материалов Частицы мелкодисперсных соединений, усмен, асбест, пыль древесная, пыль-мин. вата, взвесь от теплоизоляционных материалов, лаки ,строительные краски. Строительная пыль оседает в легких и даже может вызвать рак. 12 Деревообрабатывающаяцеллюлозно-добывающая Сероводород, фенолы, оксид углерода, оксид серы, азота. Выделяется формальдегид. В этой промышленности самое опасное- присадки, красители, отбеливатели. Агропромышленный комплекс Источники загрязнения-сами сельскохозяйственные угодия, так и хозяйства птицеводческие, предприятия по производству сельскохозяйственная продукции. Пестициды, удобрения, взвесь, органолептика, метан. Черная и цветная металлургия Оксиды азота, серы, углерода, пыль Легкая промышленность Краски, отбеливатели, закрепители, отдушка, дубильные вещества, лаки. Таблица 3. Связь заболеваний с загрязнением атмосферного воздуха Патологии Болезни системы кровообращения Болезни нервной системы и органов чувств. Психические расстройства Болезни органов дыхания Болезни органов пищеварения Болезни крови и кроветворных органов Антропогенное воздействие окружающей среды Загрязнение атмосферы оксидами азота, оксидами углерода, сернистыми соединениями, сероводородом, этиленом, пропиленом, бутиленом, жирными кислотами, ртутью, свинцом и т.п. Загрязнение атмосферы оксидами серы, оксидами углерода и азота, хромом, сероводородом, двуокисью кремния, ртутью и т.п. Загрязнение атмосферы пылью, оксидами серы и азота, оксидами углерода ,сернистым ангидридом, фенолом, аммиаком, углеводородами, двуокисью кремния, хлором, ртутью и т.п. Загрязнение атмосферы сероуглеродом, сероводородом, пылью, оксидами азота, хромом, фенолом, двуокисью кремния, фтором и т.п. Загрязнение атмосферного воздуха оксидами серы, оксидами углерода, оксидами азота, углеводородом, азотисто- водородной кислотой, этиленом, пропиленом, сероводородом и др. 13 Болезни кожи и подкожной клетчатки Болезни эндокринной системы, расстройство питания, нарушение обмена веществ Врожденные аномалии Болезни мочеполовых органов Новообразования Загрязнение атмосферного воздуха фенолом, ксилолом, формальдегидом, оксидом углерода Загрязнение атмосферного воздуха бенз(а)пиреном, формальдегидом Загрязнение атмосферного воздуха диоксидом азота, формальдегидом Загрязнение атмосферы сероуглеродом, двуокисью углерода, углеводородом, сероводородом, этиленом, оксидом серы, бутиленом, амиленом, оксидом углерода Загрязнение атмосферного воздуха канцерогенными веществами, акролеином и другими фитооксидантами (оксиды азота, формальдегид, органические перекиси) сероуглеродом, двуокисью углерода, углеводородом, сероводородом, этиленом, оксидом серы, бутиленом, амиленом, оксидами углерода 1.3. Парки и скверы как зоны отдыха в городской среде По мере нарастания темпов урбанизации, качество жизни в крупнейших городах в большей степени определяется степенью сохранения компонентов природной среды. Для жизнедеятельности человека требуются не просто сохраненные эталоны природы, а структурно и эстетически организованный ландшафт для отдыха внутри города. Самыми значительными объектами такого рода являются городские парки и скверы (Нефедов, 2002). Ведущим звеном системы озеленения города считается городской парк. Парк - озелененная открытая территория, предназначенная для отдыха. Без крупных парков система озеленения городов считается неполноценной, так как именно парк создает условия для организации практически всех видов отдыха; значительные размеры массива насаждений обеспечивают достаточно мощное благоприятное воздействие на городскую среду. Находясь в черте города, сады и парки наиболее приближены к населению и являются адекватными природным условиям (Константинов, 2001). Первый парк культуры и отдыха был создан в нашей стране в 1928 г. в Москве. Опыт создания первых парков культуры и отдыха в столице быстро распространился по всей стране. 14 Парки делятся на выставочные, дендрологические, природные, мемориальные, спортивно-оздоровительные, национальные, городские лесопарки и парки жилых массивов, составляющие основу в организации постоянного отдыха Парки имеют важную рекреационную функцию. Они, как крупные массивы растительности, выполняют микроклиматическую, санитарно- гигиеническую роль, повышая качество и комфортность среды для городских жителей, которые в повседневной жизни удалены от природы (Полтараус, 1966). Многие исследователи особо подчеркивают роль парков в сохранении биоразнообразия в городах. Указывается, что флористический состав парков может достигать 20-30% от флоры региона. Парки содержат большое количество видов, преимущественно деревьев и кустарников, которые не только формируют облик озелененного пространства, но и могут закрепляться на данных территориях и принимать участие в формировании новых уникальных растительных сообществ (Полякова,1992). Как и другие естественные системы, парки подчинены природным закономерностям и, либо с самого начала, либо на определенном этапе формирования, способны к саморегуляции (Нефедов, 2002). Ошибки в проектировании садово-парковых объектов и недостаточный уход за ними, приводят к обеднению видового состава флоры и интродуцентов, ухудшению санитарного состояния насаждений, к снижению эстетических характеристик, и в целом, к уменьшению рекреационной привлекательности. Растительность парков и скверов составляет зелёную зону города, которая играет чрезвычайно важную роль в оздоровлении окружающей среды. Зелень парков и садов, опрятные улицы не только украшают город, но и дают своё экологическое воздействие (Александровская, 1989). Мероприятия по озеленению и благоустройству населенных мест являются определяющими в вопросах качества жизни городской среды. Зеленые насаждения являются органической частью планировочной структуры современного города и выполняют в нем разнообразные функции. Эти функции 15 можно подразделить на две большие группы: санитарно-гигиенические и декоративно-планировочные. Санитарно-гигиенические функции: Зеленые насаждения очищают городской воздух от пыли и газов. Значительная часть пыли оседает на поверхность листьев, хвои, веток, стволов. Среди зеленых насаждений запыленность воздуха в 2—3 раза меньше, чем на открытых городских территориях. Пылезадерживающие свойства различных пород деревьев и кустарников неодинаковы и зависят от морфологических особенностей листьев. Зеленые насаждения значительно уменьшают вредную концентрацию находящихся в воздухе газов. Вредные газы поглощаются растениями, а твердые частицы аэрозолей оседают на листьях, стволах и ветках растений. К слабо повреждаемым породам относятся вяз (шершавый и гладкий), ель колючая, ива древовидная, клен ясенелистый, осина, тополь (берлинский, бальзамический, канадский и черный), яблоня сибирская, акация желтая, боярышник сибирский, вишня дикая, калина обыкновенная, смородина черная, сирень обыкновенная; к средне повреждаемым— береза бородавчатая, ель Энгельмана, лиственница сибирская, рябина обыкновенная, ива корзиночная, клен татарский. Учеными установлено, что тополь канадский, белая акация, бузина красная, берест перисто-ветвистый, бирючина обыкновенная улавливают соединения серы, а активным поглотителям фенола является акация белая, аморфа кустарниковая и бирючина обыкновенная. Белая акация и ива устойчивы по отношению к фтору. Растения с повышенной интенсивностью фотосинтеза имеют меньшую устойчивость к газам. Особенностью зеленых насаждений является также то, что они в результате фотосинтеза поглощают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород. Разные породы древесно-кустарниковых растений обладают неодинаковой интенсивностью фотосинтеза и поэтому выделяют различное количество кислорода (www.ecoclub.nsu.ru). Зеленые насаждения, располагаемые между источниками шума (транспортные магистрали, электропоезда и т. д.) и жилыми домами, участками для отдыха и спортивными площадками, снижают уровень шума на 5—10%. 16 Кроны лиственных деревьев поглощают 26% падающей на них звуковой энергии. Кустарниковые и древесные породы с густой кроной на участке шириной в 30— 40 м могут снижать уровни шума на 17 - 23 Дб, небольшие скверы и внутриквартальные посадки с редкими деревьями — на 4—7 Дб. Крупные лесные массивы снижают уровни шума авиационных моторов на 22—56%. (www. ecoclub.nsu.ru). Декоративно-планировочные функции зеленых насаждений можно подразделить на три большие группы: ландшафтообразующие, планировочные, организацию отдыха городского населения. - Ландшафтообразующие: зеленые насаждения активно участвуют в создании ландшафтов жилых районов. - Планировочные: функции зеленых насаждений заключаются в организации городских территорий. Даже небольшие участки зеленых насаждений, отдельно стоящие деревья и кустарники, газоны и цветники организуя движение и подчеркивая наиболее играют огромную роль, ответственные элементы архитектуры. - Организация отдыха городского населения: зеленая окраска листвы, менее высокая температура в жаркие дни, наличие в воздухе фитонцидов, бальзамических и других веществ, выделяемых растениями, слабая запыленность воздуха и повышенное содержание в нем кислорода оказывают благотворное физиологическое действие на нервную систему человека, снимая напряжение, вызванное ритмом городской жизни, укрепляя здоровье человека и повышая его работоспособность (Горохов, 1991). Таким образом, значение городских парков в системе озеленения города определяется тем, что они создают условия для разнообразного отдыха жителей. Парк в современном городе – важнейший элемент системы озелененных пространств, обеспечивающих оздоровление окружающей среды, обогащение городского ландшафта, обеспечение максимально комфортных условий для рекреации. 17 Глава 2. Методы биоиндикации при оценке качества среды 2.1. История возникновения биоиндикационных методов Использование живых организмов в качестве чувствительных к загрязнению окружающей среды уходит своими корнями в древние века. Первые наблюдения сделали еще античные ученые: именно они обратили внимание на связь облика растений с условиями их произрастания. Теофраст (327 - 287 гг. до н. э) написал широко известную работу «Природа растений», в которой содержится немало советов о том, как по характеру растительности судить о свойствах земель. Аналогичные сведения можно встретить в трудах римлян Катона и Плиния Старшего. Идею биоиндикации с помощью растений сформулировал еще в I в. до н. э. Колумелла. Это направление, ныне получившее название ландшафтной биоиндикации, успешно используется в практических целях (Ашихмина, 2005). В нашей стране основоположником биоиндикационного использования растений, оценки свойств почв и подстилающих горных пород по особенностям развития растений и составу растительного покрова считают А. П. Карпинского. А.П. Карпинский писал о возможности растительной биоиндикации, и использовал характер распространения растений для составления геологических карт. По словам Кашина, Иванова (1980), «растения являются высокоинформативным индикатором уровня доступных форм химических элементов в окружающей среде и основным источником их для человека и животных. В связи с этим они представляют большой интерес в качестве эффективных объектов при экологическом мониторинге загрязнения окружающей среды …». У.Д. Мэнинг (1985) и У.А. Федер (1985) определяют растение-индикатор как «растение, у которого признаки повреждения появляются при воздействии на него фитотоксичной концентрации одного загрязняющего вещества или смеси таких веществ». Индикаторными могут быть так же те растения, которые аккумулируют в тканях загрязняющие вещества или продукты метаболизма, получаемые в результате взаимодействия растения и загрязняющего вещества. Но а самый большой вклад в развитие биоиндикации внес русский ученый-почвовед В.В. 18 Докучаев. Самое быстрое освоение биоиндикации началось в XIX в.. При помощи биоиндикации устанавливают содержание в субстрате витаминов, антибиотиков, гормонов и др. биологически активных веществ, а также определяет интенсивность различных химических (pH, содержание солей и др.) и физических факторов (радиоактивность) и другие среды (Ашихмина, 2005). На современном этапе наиболее важные задачи биоиндикации и биомониторинга состоят в разработке теоретических основ и методологии анализа реакции биологических систем на многофакторные воздействия факторов риска и патологических явлений в зависимости от экологических условий и состояния организмов, популяций, ценозов и отдельных экосистем (Рысин, 1999). Впервые в России в 2001г. в г. Сыктывкар Международный союз биологических наук, Междисциплинарная комиссия по биоиндикаторам и Российская академия наук провели XI международный симпозиум по биоиндикаторам «Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга», где обсуждались не только традиционные вопросы биоиндикации, но и новые методы, включая дистанционное зондирование, а так же подходы, охватывающие комплексные методы индикации - от традиционных биогеохимических до создания геоинформационных систем (Ушакова, 2002). 2.2. Биоиндикация как метод экологического мониторинга Любая система контроля природной среды включает экологический мониторинг - систему наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния экологических систем и их элементов под влиянием природных и антропогенных воздействий. Мониторинг (от лат. monitor - тот, кто напоминает, предупреждает) слежение за какими-либо объектами, явлениями, в том числе биологического характера. В наиболее полном виде многоцелевая инфор мационная система, основные задачи которой наблюдение, оценка и прогноз состояния природной среды под влиянием антропогенного воз- 19 действия с целью предупреждения о создающихся критических ситуа циях (Реймерс, 1990). Мониторингом окружающей среды называют регулярные наблюдения природных сред, природных ресурсов, растительного и животного мира, позволяющие выделить изменения их состояния. Собственно цель экологического мониторинга одна - создание информационной основы принятия управленческих природопользования проведенного и решений экологической экологического в области природоохраны, безопасности. мониторинга Анализ состоит из данных нескольких последовательных этапов, окончание каждого из которых знаменует собой получение самостоятельного экологического результата. частью мониторинга является прогнозирование - включающей существенный как прогнозирование. предсказание состояния элемент хотя Завершающей Экологическое какой-либо бы одну системы, природную популяцию (Стрельцов, 2003). Биоиндикация — это обнаружение и определение биологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакций живых организмов и их сообществ. исследований в Современный основном этап связан с развития поисками биоиндикационных удобных видов — биоиндикаторов. Все живые объекты - открытые системы, через которые идет поток энергии и круговорот веществ, все они в той или иной мере пригодны для целей биоиндикации. Биоиндикаторы (от греч. bios - жизнь и лат. indicatio - указываю, определяю) - это организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды. Другими словами, под биологическими индикаторами в экологии понимаются живые системы (клетки, многоклеточные организмы, популяции, виды организмов), которые по зволяют судить о состоянии среды обитания (Стрельцов, 2003). 20 Используемые виды- биоиндикаторы должны удовлетворять следующим требованиям : а) это должны быть виды характерные для данной природной зоны,где располагается данный объект; б) организмы – мониторы должны быть распространены на всей изучаемой территории повсеместно; в) иметь высокую численность в исследуемом экотопе; г) обитать в данном месте в течение ряда лет, что дает возможность проследить динамику загрязнения; д) находится в условиях, удобных для отбора проб. Живые организмы несут наибольшее количество информации об окружающей их среде обитания: живой организм как биологическая система замыкает на себя все процессы, протекающие в экосистеме. Под воздействием неблагоприятных условий эти механизмы могут быть так нарушены, что это приводит к нарушению самого развития. Кроме того, реакция живого организма позволяет оценить антропогенное воздействие на среду обитания в показателях, имеющих биологический смысл. Следовательно, приоритетность биологической оценки качества среды определяется, кроме интегральности, получением непосредственной характеристики здоровья среды, ее пригодности для живых организмов, в том числе и человека (Стрельцов, 2003). Современная система биологической оценки качества среды — биоиндикация, должна соответствовать следующим основным требованиям: - возможность оценки отклонения от оптимума; - общий характер используемых параметров, отражающих наиболее важные черты функционирования биологических систем; - высокая чувствительность, позволяющая выявлять даже начальные (еще обратимые) изменения в состоянии живых существ в ответ на отклонения параметров среды; 21 - универсальность, позволяющая выявлять последствия воздействия на различные виды живых существ в различных регионах и типах экосистем; - возможность оценки ситуации в природе; - пригодность для широкого пользования Логическим завершением биоиндикационных исследований является биомониторинг – система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биологических систем под влиянием антропогенных воздействий на окружающую среду (Константинов, 2001). 2.3. Растения как индикаторы окружающей среды Городские насаждения являются неотъемлемой частью градостроительной структуры города и важнейшей частью её экологического каркаса. Они входят в систему обеспечения города, как важнейший средообразующий и средозащитный фактор, обеспечивающий комфортность и качество среды обитания человека, и как обязательный и важный элемент городского ландшафта. Развитие человеческого общества и, в частности, рост городов ведет к постепенному появлению в них в разной степени преобразованных природных комплексов (Мокров,2005). Растение - крайне важный и интересный объект для характеристики состояния окружающей природной среды так как: растения являются основными продуцентами; растения чувствительный объект, позволяющий оценивать весь комплекс воздействий, характерный для данной территории; они ведут прикрепленный образ жизни, состояние их организма отражает состояние конкретного локального местообитания; использование растений состоит в доступности и простоте сбора материала для исследования. Основные антропогенные факторы неблагоприятного воздействия на растительность крупных городов: - загрязнение атмосферы, поверхностных и грунтовых вод и почвы (Установлена связь пораженности растительности и накопления в растениях ряда химических элементов (свинца, олова, ванадия, стронция, серебра, кобальта, меди, цинка) 22 - нарушение гидрологического режима и эрозионные процессы, вызванные неправильными хозяйственными мероприятиями и промышленной деятельностью; - увеличения площади перестойных насаждений, роста очагов гнилевых болезней; - избыточное рекреационное воздействие, сопровождающееся уплотнением почвы, нарушением мохово-травяного покрова, уничтожением и повреждением подроста и подлеска, образованием непланируемых дорог и заездов (Денисов, 2007). Морфометрические изменения растений, используемые в биоиндикации : 1. Изменение окраски листьев - Хлорозы - бледная окраска листьев между жилками - Пожелтение участков листьев. Характерно для лиственных деревьев при засолении почвы хлоридами. - Покраснение, связанное с накоплением антоциана. Возникает под действием сернистого газа. - Пробурение или побронзовение. Часто означает начальную стадию некротических повреждений. 2. Некрозы- отмирание участков ткани листа, их форма иногда специфична 3. Преждевременное увядание. 4. Дефолиация- опадание листвы. 5. Изменение жизненной формы растения 6. Изменение плодовитости Комплексное воздействие перечисленных и других экологических факторов среды обитания привело к тому, что в городской экосистеме возникают и формируются специфические растительные сособщества. Так, для крупных городов, в центрах преобладающими являются так называемые «экстремально урбанофильные» виды, ближе к периферии увеличивается доля «умеренно урбанофильных» видов. К сожалению, видовой состав городских насаждений весьма ограничен. Среди них преобладающими являются широколиственные деревья — липа (Tilia L.), клен остролистный (Acer platanoides L.), тополь 23 бальзамический (Populus balsamifera L.), ясень пенсильванский (Fraxinus pennsylvanica MARSH.), вяз гладкий (Ulmus laevis PALL.), из мелколиственных — береза повислая (Betula pendula ROTH), представленные в таблице(табл.3). На улицах города можно увидеть такие виды, как вяз шершавый (Ulmus glabra HUDS.), дуб черешчатый (Quercus robur L.), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L), клен американский (Acer negundo L), каштан конский (Aesculus L), тополь (Populus L) разных видов (берлинский, канадский, черный, китайский), липа крупнолистная (Tilia platyphyllos SCOP), ель обыкновенная (Picea abies L.), лиственница европейская (Larix decidua MILL ) и другие (Стольберг,2000). На ходе жизненных процессов растений, их внешнем виде и строение органов сильно сказываются и особенности городской среды. Например, у городских деревьев фотосинтетическая активность снижена, поэтому они имеют более редкую крону, мелкие листья, короче побеги. Из-за ослабленности городских деревьев они уязвимы перед нашествием вредителей и всевозможных болезней, что является причиной их преждевременной гибели (Стрельцов, 2003). Многие растения быстро реагируют на низкие концентрации загрязнения и их реакция поддается прогнозу. По этой причине растения обычно считаются более чувствительными к воздействию загрязняющих веществ, чем животные и человек. Поэтому растение-монитор должен быть не только индикатором, но и помогать в получении количественной оценки. Постоянное загрязнение воздуха промышленными газами вызывает появление видимых повреждений в виде некрозов (ожогов) на листьях и хвое (Мэннинг, 1985). 24 Таблица 4. Основные растения-индикаторы загрязнения атмосферного воздуха (В.А. Вронский,1996) Компоненты Важнейшие древесные породы – индикаторы загрязнения Ель европейская (Picea abies L.) Диоксид серы Пихта сибирская (Abies sibirica Ledeb) Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) Ясень американский (Fraxinus americana L.) Ель европейская (Picea abies L.) Фтористый водород Пихта сибирская (Abies sibirica Ledeb) Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) Аммиак Липа мелколистная (Tilia Cordata Mill.) Ель европейская (Picea abies L.) Пихта кавказская (Abies nordmanniana Spach) Хлористый водород Лиственница европейская (Larix decidua Mill.) Ольха клейкая (Alnus glutinosa L.) Лещина обыкновенная ( Corylus avellana L.) Озон Сосна веймутова (Pinus strobus L.) Тяжелые Вяз гладкий (Ulmus laevis Pall.) металлы Боярышник обыкновенный (Crataegus laevigata Poir.) При выборе вида в зависимости от задачи исследования, необходимо учитывать, что, мелкие травянистые виды растений в большей степени, по сравнению с древесными видами, могут отражать микробиотопические условия (как естественные — локальные различия типа почвы, влажности и других факторов, так и антропогенные — точечное загрязнение). Это означает, что для выявления микробиотопических различий предпочтителен выбор травянистых, в 25 то время как для характеристики достаточно больших территорий лучше использовать древесные растения (Захаров, 2001). В городах и промышленных центрах у растений наблюдается уменьшение размеров листьев, увеличение числа устьиц на листовой поверхности и изменение показателей анатомической структуры мезофилла листа (Кулагин,1974). Под воздействием промышленных загрязнений у растений возрастает количество стерильной и сокращение размеров фертильной пыльцы (Лабутина, 2005). В настоящее время наиболее часто применяемые на практике методы биоиндикации учитывают морфологические изменения высших растений. Для некоторых стрессовых факторов уже испытаны и подобраны различные морфологические индикаторы, с помощью которых возможно кратко- или долговременная индикация, как при низких, так и при высоких дозах воздействия. Основным подходом при оценке морфологических изменений, вследствие нарушений гомеостаза развития, является морфогенетический (Захаров,2000). 2.4.Возможность использования флуктуирующей асимметрии как параметра биоиндикации Возникновение билатеральной симметрии (зеркальной, симметрии левого и правого) является важным эволюционным достижением, раскрывающим большие возможности для дифференцировки организма (Стрельцов, 2003). Но, так как в природе строение живых тел не бывает совершенным, естественно, встречаются самые различные, как направленные, так и случайные, отклонения от билатеральной симметрии (Вейль, 1968). Среди всего разнообразия явлений асимметрии были выявлены существенные различия между сторонами, имеющие явно адаптивное значение и строгую наследственную обусловленность, и напротив, случаи, когда асимметричное 26 проявление нерегулярно и выражается в незначительных отклонениях от строго билатеральной симметрии без какой-то ни было направленности. Поэтому представляется необходимым рассмотреть возможную классификацию этих явлений. Наиболее распространенной и часто используемой при практических исследованиях в настоящее время является классификация, предложенная Ван Валенном (Van Valen, 1962) согласно которой все разнообразие проявлений асимметрии подразделяется на три основных типа: - Направленная асимметрия, охватывающая круг явлений, когда в норме какая-то структура развита на одной определенной стороне больше, чем на другой. -Антисимметрия, характеризуется большим развитием структуры то на одной, то на другой стороне тела, что соответствует отрицательной связи между сторонами. -Флуктуирующая асимметрия (ФА) является результатом неспособности организмов развиваться по точно определенным путям, определяется как следствие несовершенства онтогенетических процессов. По феноменологии она представляет собой незначительные ненаправленные отклонения от строгой билатеральной асимметрии. Каждый из этих типов асимметрии выделяются на основании разных критериев: - по направленности, - по взаимосвязи между сторонами, - по причинной обусловленности. Явления флуктуирующей асимметрии охвачены практически все билатеральные структуры у самых разных видов живых организмов. Все многочисленные исследованные В.М. Захаровым (1987) и многими другими исследователями признаки обнаружили ФА. Даже для тех структур, которые при общем поверхностном анализе могут быть оценены как полностью симметричные, при более тщательном рассмотрении выявляется та или иная степень выраженности ФА. Флуктуирующая асимметрия ненаправленные различия - представляет собой незначительные между правой и левой сторонами и является 27 результатом ошибок в ходе индивидуального развития организма. При нормальном состоянии окружающей среды их уровень минимален, при возрастающем негативном воздействии увеличивается, что ведет к повышению асимметрии. Показатель ФА позволяет фиксировать даже незначительные отклонения параметров среды, еще не приводящих к существенному снижению жизнеспособности особи (Корона, 2000). В результате популяционных исследований показателя ФА было обнаружено, что он может изменяться как во времени, так и в пространстве. При этом оказалось, что величина его может различаться как между определенными внутрипопуляционными группировками, так и между популяциями и видами (Захаров, 1987). В то же время у растений, как и у животных, явления отклонения от состояния идеальной симметрии достаточно широко распространены, причем их проявления даже более разнообразны. У растений симметрия проявляется как во внешнем, так и во внутреннем строении органов, в расположении боковых органов по отношению к оси материнского побега. Осевые органы (стебли, корни) обладают радиальной симметрией, листья билатеральной (Мокров, 2005). Листья являются типичными метамерами - гомологическими повторяющимися элементами растения. Метамеры одного и того же растения, построенные на основе одного генотипа, но реализующиеся при разной констелляции факторов среды, позволяют приблизиться к оцен ке соотношения роли генотипа и среды в развитии растения (Корона, 2007). Асимметрия листьев рассматривается в разнице силы развития правой и левой стороны пластинки (Молотковский, 1961). По признаку листовой пластинки встречаются полностью правые или левые и рацемические экземпляры растений. Симметрия листьев связана с симметрией листорасположения. Правые листья встречаются при правой спирали листорасположения, а левые - при левой спирали (Молотковский,1961). 28 Отклонения от билатеральной симметрии также могут встречаться как у травянистых, так у древесных растений. Это чаще всего направленные различия между правой и левой сторонами различных морфологических структур(флуктуирующая окружающей среды асимметрия). их уровень При нормальном минимален, при состоянии возрастающем стрессирующем воздействии увеличивается, соответственно приводит и к увеличению асимметрии (Валеева,2003). Интенсивное изучение явлений асимметрии в популяциях растений началось относительно недавно. Оказалось, что важное адаптивное значение имеет симметрия фактически всех органов растения. Жестко му отбору подвергаются не только вегетативные органы, имеющие значение для выживания особи, но и генеративные органы. Так, при изучении влияния симметрии цветка на пищевое поведение шмелей было отмечено, что шмели предпочитают питаться на более симметричных цветках (West,1998). Авторы предполагают, что таким образом осуществляется отбор на опыление: более симметричные цветки посещаются на 20% чаще, чем асимметричные и билатеральные на 45% чаще, чем радиальные. Аналогичные эксперименты проводили и другие авторы. А.Моллер и Ж.Сорци (Moller, Sorci, 1998) использовали окрашенные модели цветков, изменяя их размер и симметрию. Размер и цвет моделей не имели сходства с существующими симметричные в большие природе модели цветками. Насекомые несимметричным предпочитали маленьким. Эти результаты показывают очевидность посещения насекомыми симметричных цветов даже при отсутствии опыления (Мокров, 2005). Адаптивность и связанная с ней стабильность популяции растительных организмов — важнейшие показатели их состояния и способности к росту и развитию без заметных нарушений (Кузнецов,2008). Хотя флуктуирующая асимметрия имеет не генотипическую, а фенотипическую природу, на частоту асимметричных проявлений влияет общее состояние генома (Валеева,2003). 29 Повышенный показатель асимметрии может быть отмечен у деревьев, произрастающих на обедненных почвах, например на каменистом склоне сопки. Кроме того, из-за прикрепленного образа жизни на растения в большей степени, чем на животных, могут влиять локальные загрязнения, геохимические аномалии и микроклиматические условия (Шадрина, 2003). Существует множество оценок стабильности, среди которых методу определения флуктуирующей асимметрии принадлежит заметное место к анализу системы морфологических признаков с широким использованием автоматизированных расчетов и высокой скоростью получения математических результатов. В современной литературе имеются рекомендации по расчету ФА для животных и растительных организмов. Адаптация растений к действию каких-либо факторов окружающей среды обеспечивается путем перестройки комплекса функциональных и структурных (морфо-анатомических) признаков и образования новых норм реакций в филогенезе (Кузнецов,1998). Анализ ФА относится к методам прямого определения с той особенностью, что является специфическим. При разработке технологии определения стабильности развития какого-либо организма, следует создавать специфическую шкалу оценки ФА, а сам анализ — рассматривать в качестве одного из способов биомониторинга как системы наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биологических систем под влиянием антропогенных воздействий (Макаров,1993). Таким образом, за последнее десятилетие появилось много научных работ, посвященных изучению влияние разных факторов на стабильность развития растений и проявление флуктуирующей асимметрии в строении разных органов, в основном цветка и листа. Большинство авторов склоняются к мысли, что величина флуктуирующей асимметрии у растений отражает генетический или средовой стресс, являясь неспецифическим индикатором дестабилизации процессов развития. Поэтому в последнее время флуктуирующая асимметрия стала использоваться для оценки состояния среды, в котором произрастают растения (Ашихмина, 2005). 30 Глава 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1 Физико - географическая и экологическая характеристика г. Казани Казань - столица Республики Татарстан, город с населением ( на начало 2013г.) 1190.8 млн. человек – расположена в Среднем Поволжье на востоке Европейской части России. Площадь города составляет более 515,8 км2. Мягкий, умеренно-континентальный климат Казани обусловлен большим количеством лесных массивов. Река Волга обеспечивает умеренно-влажную погоду в Казани на весь год. Среднее годовое количество осадков 500 мм, большая часть осадков выпадает в виде снега. Средняя годовая влажность – 64% - более обусловлена наличием лесов и близким расположением к воде. Казань выделяется особым местоположения на стыке лесной и лесостепной зон. По данным профессора В.С. Порфирьева (1987), совмещение на данной территории элементов темнохвойно-широколиственных лесов и степной растительности - специфическая особенность Казанского края, как зональнокомплексного геоботанического региона. Населения города по административным районам неравномерно. Свыше 60% населения проживает на территории трех районов (Советском-22% населения, Приволжском -20%, и Ново-Савиновском-18,0%) (Экология города Казани, 2005). Город расположен в центре экономически развитого Приволжского федерального округа РФ. Концентрация на относительно малой территории интенсивного техногенного воздействия, специфичность географического расположения и устройства поверхности города определили свою, характерную для Казани экологическую ситуацию. Промышленный комплекс На территории административных районов г. Казани расположено свыше 140 крупных и более 70 тысяч средних и мелких предприятий, исторически образующих несколько крупных промышленных зон. -Северо-Восточная - из предприятий химической промышленности; -Северо-Западная - из предприятий химической промышленности; 31 предприятиями -Юго-Западная-представлена химической и металлообрабатывающей промышленности, стройиндустрии; -Южная - из предприятий машиностроения, химической, лёгкой и пищевой промышленности; -Восточная представлена стройиндустрии и пищевой промышленности; -Юдинская - включает предприятия строительной индустрии и железнодорожного транспорта; -Промзона в Дербышках - включает предприятия бытовой химии и приборостроения; - Центральный район - среди жилой застройки размещен ряд предприятий лёгкой, пищевой и металлообрабатывающей промышленности. Значения суммарного индекса загрязнения достигают максимума в северной части Казани - центральной части Заречья (здесь расположены крупные источники загрязнения – ОАО «Казаньоргсинтез», ФГУП им. Ленина, НПХФО «Татхимфармпрепараты», ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3, ОАО «Татэнерго»). Наиболее мощная зона риска - это северная часть Казани. Основные предприятия, являющиеся источниками загрязнения атмосферного воздуха в г. Казани (65,7%): ОАО «Казаньоргсинтез» (10,347 тыс. т), ТЭЦ-1 (2,435 тыс. т), ТЭЦ-3 Филиал ОАО ТГК -16 (1,272 тыс. т), ТЭЦ-2 (1,523 тыс. т), МУП ПО «Казэнерго» (1,672 тыс. т), ОАО «Казанский комбинат силикатных стеновых материалов» (0,764 тыс. т). Наибольший процент улова ЗВ приходится на предприятия химического и нефтехимического (82,5%), легкой промышленности (81,6%), пищевого (78,9%), строительного (59,4%), лесного и деревообрабатывающего (59,2%) комплексов. Основными веществами, загрязняющими атмосферный воздух, являются: углеводороды, включая летучие органические соединения (ЛОС) – 139,709 тыс. т, диоксид серы – 25,370 тыс. т, оксиды азота – 38,790 тыс. т, оксид углерода – 66,226 тыс. т, взвешенные вещества – 14,242 тыс. т, прочие – 3,783 тыс. т. (Гос. доклад РТ, 2013). 32 Таким образом, химической, насыщенность машиностроительной, территории текстильной города предприятиями промышленности так же определяют экологическое состояние города (Экология города Казани, 2005). Транспортный комплекс В Казани загрязнение воздуха выбросами отработанных газов является основной экологической проблемой (на их долю приходится до 60-90 % общего объема выбросов). Среднегодовые концентрации г. Казани в 2012 г. превышали предельно допустимые концентрации (ПДК) по следующим загрязняющим веществам: по бенз(а)пирену в 2,5 раза, диоксиду азота в 1,8 раз, формальдегиду в 1,7раз. По данным наблюдений за состоянием воздушного бассейна, осуществляемых ФБГУ «УГМС РТ», уровень загрязнения атмосферного воздуха в г. Казани характеризовался как «высокий» (Государственный доклад РТ, 2013). Качество атмосферного воздуха характеризуется не только выбросами в атмосферный воздух, но и направлением ветров и рассеиванием. При «розе ветров» ветровой режим города характеризуется преобладанием южного направления, затем западного и северо- западного и северного направления. Повышенный уровень загрязнения атмосферного воздуха в 80 % случаев отмечается при антициклональной погоде. Высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха в г. Казани при скорости ветра больше 6 м/c не отмечается. Наиболее высокие концентрации загрязняющих веществ обычно отмечаются в весенний период при влажности воздуха 88 % и скорости ветра 0,5 м/c. Содержание химических веществ в атмосферном воздухе бывает наименьшим при ветрах юго - западного и северо- восточного направлений (Экология города Казани, 2005). К приоритетным загрязнителям атмосферного воздуха от промышленных предприятий и автотранспорта можно отнести химические вещества: взвешенные вещества, сера диоксид, азота диоксид, углерод оксид, сажа, бенз(а)пирен, бензол, этилбензол, формальдегид. Ведущими загрязнителями атмосферного воздуха в 2010–2013 гг. (превышающими ПДК от 2 до 5 раз) на территории Республики Татарстан являлись дигидросульфид, 33 углерода оксид, азота диоксид, гидроксибензол и его производные, аммиак, углерод чёрный. Высокие уровни загрязнения атмосферного воздуха могут оказывать влияние на рост заболеваний органов дыхания, центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, крови, а также онкопатологии. Характерной особенностью структуры почвенного покрова г. Казани является фрагментарность размещения почв, обусловленная пространственным чередованием ареалов почв и фундаментов зданий, коммуникаций и асфальтовобетонных покрытий. Неравномерность распределения почв обуславливается особенностями организации территории города. Площадь незапечатанных участков в разных районах города изменяется от 1-5 % в центре, до 70-80 % на его окраинах. Естественные почвы сохранились преимущественно в пригороде и на окраине города, унаследованно – развивающиеся – небольшими участками в черте города. Почвенный покров природных ландшафтов города представлен слабо трансформированными и нетрансформированными дерново - подзолистыми и серыми лесными гранулометрического почвами состава супесчаного и легкосуглинистого (Экология города Казани, 2005). В 2013 г. показатель доля проб почвы, не соответствующей гигиеническим нормативам по содержанию тяжелых металлов составил – 1,15 % (0,6 % – 2012 г.) что выше показателей 2012 г. и 2011 г. К числу приоритетных тяжелых металлов, загрязняющих почву населенных мест, относятся кадмий, ртуть, свинец (Гос. доклад РТ, 2005). В природный комплекс Казани входят сохранившиеся в городе парковые массивы. На территории города имеется ряд крупных парков, а также скверов. Современные парки г. Казани представляют собой искусственно созданные («Крылья советов» ) или перепланированные из естественных лесов (ЦПКиО им. Горького, «ДК Химиков») зеленые территории, призванные служить отдыху и удовлетворению эстетических потребностей людей. Парки, сады и скверы играют большую роль в создании определенного микроклимата в многообразия фауны и флоры города ( Экология города Казани, 2005). 34 сохранении Назначение парков определяет сложную морфологию их ландшафта. Обычно они представляют собой массивы регулярно или пейзажно спланированной древесно-кустарниковой растительности (Парк «Урицкого»), лугов (Парк «Победы», ЦПКиО им. Горького), искусственных прудов (Парки: «Победы», «Урицкого», «Буревестник») и естественных водных объектов (Парки: «Победы», «Урицкого», «Кырлай»). Во всех парках встречаются сооружения декоративного и культурного назначения в виде мостиков, павильонов, галерей, аттракционов и т.п. (Экология города Казани, 2005). Площадь зеленых насаждений (объекты малого озеленения) в Казани достаточно велика и составляет 7560,5 га, в том числе общего пользования 1800 и 3742 га – особо охраняемая территория местного значения, лесопарк «Лебяжье». (Таблица 5) Таблица 5. Распределение зеленой зоны города Казани (Данные МУП ГОРВОДЗЕЛЕНХОЗА) за 2012 год Название района Авиастроительный Вахитовский Кировский Московский Ново- Савиновский Приволжский Советский Площадь Численность Количество Площадь, Обеспеченность , объектов га района, га озеленением, тыс. чел. м2/чел. 3891 111,2 13 24,5 2,2 2582 83,0 36 57,5 6,9 10879 108,2 9 19,5 1,8 3881 130,1 13 33,5 2,6 2066 205,4 9 18,5 0,9 11577 219,9 16 25,0 1,1 7687 272,8 8 9,5 0,4 Выявлено всего 104 сквера и сада в городе общей площадью 188 га, средняя обеспеченность малыми озелененными пространствами по городу составляет всего 1,7 м2/чел, что, очевидно, является недостаточным для крупнейшего города (рис.2). По данным инвентаризации зеленых насаждений в г. Казани, парки на 70% состоят из липы мелколистной (Tilia cordata Mill,1768) и на 25% из клена ясенелистного (Acer negundo L,1753). В озеленении широко используются тополя, 35 березы, рябина. Слабо представлены в уличных насаждениях кустарники. Только в отдельных случаях встречаются Caragána arboréscens, Crataégus, Syrínga. Рис. 2. Показатели обеспеченности по малому озеленению (сады, скверы, бульвары) населения г. Казани, чел /м2. В 2009 году Кабинетом Министров РТ было принято распоряжение «О мероприятиях по озеленению городов и населенных пунктов Республики Татарстан» от 03.09.2009 № 1106-р. Для улучшения экологической ситуации в 2011 году мэрией г. Казани был запущен проект «100 скверов», главная задача которого – обеспечить казанцев, независимо от района их проживания (новостройка это или центр города), шаговым и круглогодичным доступом в зоны отдыха. В 2012 году дан старт новому проекту по озеленению города – «Зеленый рекорд». 36 Таблица 5. Количество парков, скверов и садов по районам города Казани (по данным МУП треста «Горводзеленхоз» на 2010 год Авиастроительный Вахитовский Кировский Количество парков, скверов, садов 4 42 4 Московский Ново-Савиновский Приволжский 9 10 20 23.7 28.3 78.8 Советский Всего по г. Казани 10 99 21.6 261.0 Районы Площадь, га 14.6 95.9 6.1 По состоянию на 2012 год на территории Казани всего 99 парков, садов, скверов (отсюда название проекта - «100 скверов») общей площадью 261 га, находящихся в ведении «МУП трест «Горводзеленхоз» (табл. 5). Площадки для исследований и отбора материала заложены в парках в 6 административных районах города Казани (рис.3). 37 Рис.3. карта-схема площадок отбора материала (картооснова www.maps.yandex.ru) Площадка №1 - Центральный парк культуры и отдыха имени А.М. Горького (ЦпКиО им. Горького) ( Вахитовский район) Площадка №2 - Парк «Крылья Советов» (Авиастроительный район) Площадка № 3 - Парк «ДК Химиков» (Московский район) Площадка № 4 - Сквер «Сад Рыбака» (Кировский район) Площадка № 5 - Сквер микрорайона Дербышки (Советский район) Площадка № 6 - Сквер «Славы» (Приволжский район) Характеристика площадок исследования 1.«ЦПКиО им. Горького» (Прилож.1) расположен в Вахитовском районе г. Казани в центральной части города и является самым «зеленым» районом в городе. Площадь зеленых насаждений составляет 393,0 га. Это самый малочисленный район города по количеству населения (85,7 тыс. чел.). 38 На территории данного района располагаются несколько промышленных предприятий: ОАО Казанский завод «Электроприбор», ОАО «Казанский хлебобараночный комбинат», ОАО «Татспирпром», ООО «Хитон-пласт 2», ОАО «Адонис» и многие другие. Парк расположен в центре города, на левом берегу реки Казанки. Площадь парка равна 24,3 га. Он один из старейших парков города. С XIX века парк был излюбленным местом отдыха горожан и имел из-за своего ландшафта прозвище «Русская Швейцария». Южная часть ограничена улицей Ершова, восточная — ул. Вишневского, северная — ул. Подлужная, западная — Суворовским училищем. Парк значительно удален по расположению от основных автомагистралей, расстояние составляет около 100 м от автотрассы ул. Вишневского и более 200 м от ул. Толстого и ул. Подлужная, характеризующиеся интенсивным движением автомобилей. 2.Парк «Крылья советов» (Прилож. 2) расположен в Авиастроительном районе на севере г.Казани. Данный район является одним из крупнейших промышленных районов города Казани. На его территории расположены 11 промышленных предприятий, 4 строительные организации, 5 транспортных предприятий, 8 научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро. В районе сконцентрированы авиастроительные предприятия города, что и предопределило название района. На его территории находятся ОАО «Казанское авиационное производственное объединение им. С.П. Горбунова» и ОАО «Казанский вертолетный завод». Также на территории района находятся ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение», ООО «Казанский завод силикатных стеновых материалов» и многие другие. Парк «Крылья Советов» имеет площадь 16 га. С 2009 года стоит на балансе МУП треста «Горводзеленхоза». Парк ограничен двумя автотрассами – по ул. Копылова и ул.Дементьева, характеризующимися высокой интенсивностью движения. Расстояние от парка до основных автотрасс составляет менее 30 м. 3.Парк «ДК Химиков» (Прилож.3) Московского района располагается на севере города — в центре заречной части. Район считается центром- кластером 39 химической промышленности, так как на его территории расположены такие крупные химические предприятия «Татхимфармпрепараты», как технополис ОАО «Казаньоргсинтез», «Химград», где ОАО располагаются 70 профильных предприятий, ОАО «Тасма-холдинг» и Казанская ТЭЦ-3. Данный парк, площадью 4 га при ДК Химиков основан на месте старого кладбища Кизического монастыря, но с отсуствием эпиграфических памятников и оград. Располагается на пересечении улиц Декабристов, Ямашева, Ибрагимова. Парк расположен на расстоянии 30 м от основных автотрасс. 4.Сквер «Сад Рыбака» (Прилож. 4) Кировского района Казани занимает западную часть города. Производственный потенциал района составляют 21 крупных и средних промышленных предприятий различных отраслей, 4 строительных организации, 6 предприятий, обслуживающих отделение Горьковской железной дороги, 2 предприятия, связанных с сельским хозяйством. Химическая отрасль представлена крупнейшим предприятием района ФКП КГ "Казенный пороховой завод". Из предприятий машиностроения и металлообработки на территории района расположено ОАО "Сантехприбор". Отрасль текстильной и легкой промышленности представлена предприятиями: ЗАО "Кожгалантерейная фирма", ОАО АПК " Казанский Лен", ООО "Юдинская швейная фабрика". Пищевая отрасль промышленности представлена ОАО "Казанский уксусный завод". На территории района расположен пос. Юдино самый крупный железнодорожный узел Казанского отделения Горьковской железной дороги. Данный парк в Адмиралтейской слободе (по ул. Клары Цеткиной) на сегодняшний день находится на реконструкции. Парк расположен вблизи автодороги по ул. К. Цеткиной. Расстояние составляет менее 30 метров. 5.Парк микрорайона Дербышки (Прилож. 5) расположен в Советском районе г. Казани. Данный район, занимающий северо-восточную и восточную часть города, самый большой по численности населения. Советский район включает в себя крупный спальный район «Азино», несколько поселков, жилые массивы на Арских полях и вдоль Сибирского тракта, а также поселок-эксклав Дербышки. В районе располагаются 22 промышленных предприятий, такие как, 40 ОАО «Казанский завод компрессорного машиностроения»; ОАО «Казанский оптико-механический завод»; Филиал ООО «Просто молоко» «Казанский молочный комбинат»;1 ОАО ТРО «Холод», а также 8 строительных организаций, 8 предприятий транспорта и связи. Парк ограничен автотрассами по улице Тополевая, Энтузиастов. Сквер отдален от основных автотрасс на расстоянии более 100 метров. 6.Парк- сквер «Славы» (Прилож. 6) расположен в Приволжском районе г. Казани. Приволжский район — крупнейший по территории район Казани, занимающий южную часть города. На территории Приволжского района действуют 47 промышленных предприятий, которые представляют различные отрасли народного хозяйства, такие как машиностроение и металлообработка, химическая и нефтехимическая промышленность, электроэнергетика, чёрная металлургия, лесная и деревообрабатывающая промышленность, а также лёгкая, пищевая и промышленность строительных материалов. Среди предприятий района, наиболее крупные: ОАО "Казанский медико-инструментальный завод", ОАО «Радиоприбор», ОАО «Казанский завод синтетических каучуков», ЗАО Камско-Волжское АО «Кварт», ОАО «Казанский электротехнический завод», ОАО "Нэфис-Косметикс", ЗАО «Комбинат молочных продуктов «Эдельвейс-М». Парк «Славы» ограничен ул. Гарифьянова, Р.Зорге и Проспектом Победы. Это небольшой по площади сквер Приволжского района г. Казани. Расположен у станции метро «Проспект Победы», чем обусловлен большой проходимостью со стороны жителей города. Также сквер расположен рядом с дорогой, на расстоянии 30 м. Для определения нагрузки на парковые территории, нами были предприняты попытки подсчета и определения выбросов автотранспортных средств. Методика определения выбросов автомобильного транспорта Для определения выбросов автотранспорта на городских автомагистралях проводится изучение особенностей распределения автотранспортных потоков (их состава и интенсивности) по городу и их изменений во времени (в течение суток, недели и года). Территориальные различия 41 состава и интенсивности транспортных потоков зависят от площади и поперечных размеров города, количества населения, схемы планировки улично - дорожной сети, особенностей расположения промышленных предприятий, автохозяйств, бензозаправочных станций и станций техобслуживания (Ложкин, 1990). На основе изучения схемы улично - дорожной сети города, а также информации о транспортной нагрузке составляется перечень основных автомагистралей (и их участков) с повышенной интенсивностью движения и перекрестков с высокой транспортной нагрузкой. В качестве таких магистралей (участков) рассматриваются: - для городов с населением до 500 тысяч человек - магистрали (или их участки) с интенсивностью движения в среднем более 200 - 300 автомобилей в час; - для городов с населением более 500 тыс. человек - магистрали (или их участки) с интенсивностью движения в среднем более 400 - 500 автомобилей в час Для определения характеристик автотранспортных потоков на выбранных участках улично - дорожной сети проводится учет проходящих автотранспортных средств в обоих направлениях с подразделением по следующим группам: 1. Л - легковые, из них отдельно легковые и легковые дизельные автомобили; 2. ГК < 3 - грузовые карбюраторные грузоподъемностью менее 3 тонн и микроавтобусы (ГАЗ -51-53, УАЗы, «Газель», РАФ и др.); 3. ГК > 3 - грузовые карбюраторные грузоподъемностью более 3 тонн (ЗИЛы, Урал и др.); 4. АК - автобусы карбюраторные (ПАЗ, ЛАЗ, ЛИАЗ); 5. ГД - грузовые дизельные (КРАЗ, КАМАЗ); 6. АД - автобусы дизельные (городские и интуристовские «Икарусы»); 7. ГГБ - грузовые газобалонные, работающие на сжатом природном газе. Подсчет проходящих по данному участку автомагистрали транспортных средств проводится в течение 20 минут каждого часа. При высокой интенсивности движения (более 2 - 3 тыс. автомашин в час) подсчет проходящих автотранспортных средств проводится синхронно раздельно по каждому направлению движения (а при недостаточности числа наблюдателей - первые 20 42 минут - в одном направлении; следующие 20 минут - в противоположном направлении). Для выявления максимальной транспортной нагрузки наблюдения выполняются в часы «пик». Для большинства городских автомагистралей отмечается два максимума: утренний и вечерний (соответственно с 7 - 8 часов до 10 - 11 часов и с 16 - 17 часов до 19 - 20 часов), для многих транзитных автомагистралей наибольшая транспортная нагрузка характерна для дневного времени суток. С целью получения исходных данных о выбросах для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы города наблюдения организуются в часы «пик» летнего сезона года. Натурные обследования состава и интенсивности движущегося автотранспортного потока проводятся не менее 4 - 6 раз в часы «пик» на каждой автомагистрали (Ложкин, 1990). Выброс i-го загрязняющего вещества в зоне перекрестка определяется по формуле: ( 1) где Р (мин.) - продолжительность действия запрещающего сигнала светофора (включая желтый цвет); N Ц - количество циклов действия запрещающего сигнала светофора за 20минутный период времени; N гр - количество групп автомобилей; М´Пi,k (г/мин) - удельный выброс i - гo загрязняющего вещества автомобилями, k ой группы, находящихся в «очереди» у запрещающего сигнала светофора; Gk , n - количество автомобилей k группы, находящихся в «очереди» в зоне перекрестка в конце n - го цикла запрещающего сигнала светофора. Значения М´Пi определяются по таблице 6, в которой приведены усредненные значения удельных выбросов (г/мин), 43 учитывающие режимы движения автомобилей в районе пересечения перекрестка (торможение, холостой ход, разгон), а значения Gk - по результатам натурных обследований. Таблица 6. Усредненные значения удельных выбросов Наименование группы автомобилей Легковые Легковые дизельные Грузовые карбюраторные с грузоподъемностью до 3 т (в том числе работающие на сжиженном нефтяном газе) и микроавтобусы Грузовые карбюраторные с грузоподъемностью более 3 т (в том числе работающие на сжиженном нефтяном газе) Автобусы карбюраторные Грузовые дизельные Автобусы дизельные Грузовые газобалонные, работающие на сжатом природном газе * СО 3,5 0,13 NOx (в СН пересчете на NO2) 0,05 0,25 0,08 0,06 Выброс, г/мин SО2 Формальдегид Бенз(а)пирен 0,01 0,04 0,0008 0,0008 2,0 · 10-6 - 6,3 0,075 1,0 0,02 0,0015 4,0 · 10-6 18,4 0,2 2,96 0,028 0,006 4,4 · 10-6 16,1 0,16 2,64 0,03 0,012 4,5 · 10-6 2,85 0,81 0,3 0,075 0,015 6,3 · 10-6 3,07 0,7 0,41 0,09 0,020 6,4 · 10-6 6,44 0,09 0,26* 0,01 0,0004 3,6 · 10-6 - значение выброса за вычетом метана 44 3.2. Характеристика объекта исследования В работе для оценки качества среды парковых территорий города Казани, в качестве тест - объекта исследования использовалось древесное растение - липа мелколистная (Tilia cordata Mill). Домен: Эукариоты (Eukaryota) Царство: Растения (Plantae) Отдел: Цветковые (Magnoliophyta) Класс: Двудольные (Dicotyledones) Порядок: Мальвоцветные (Malvaceae) Семейство: Липовые (Tiliaceae) Род: Липа (Tilia) Вид: Липа мелколистная (Tilia cordata Mill,1768) Данный является вид широко распространен на территории г. Казани и одной из важнейших древесных пород, наиболее широко используемых в садах и парках регулярного стиля. Липа — одна из важнейших пород для озеленения населенных пунктов. Род «Липа» насчитывает около 40 видов. Категория: декоративные деревья и кустарники, растения для теневых зон. Липа мелколистная - дерево высотой до 25-30 м и стволом в диаметре свыше 1 м, – крупные листопадные деревья которые широко используются в современном зеленом строительстве. Все виды лип имеют красивую, густую, легко поддающуюся формовке крону (диаметр кроны липы – от 2 до 5 м). Листья липы простые, очередные, сердцевидные, острозубчатые по краю и остроконечные. Помимо своих декоративных качеств липы ценятся за обильные, душистые, желтые цветки, собранные в щитковидные соцветия; плоды липы – односемянные орешки. Цветки липы обладают рядом целебных свойств. Корневая система лип мощная, глубокая. Растения долговечны и устойчивы. Кроме того, липа – медонос. Растения примечательны тем, что относятся к почвоулучшающим 45 породам – листья липы, содержащие большое количество кальция, после опадания насыщают почву питательными веществами. Цветет липа мелколистная в июне-июле. Плоды созревают в августе-сентябре. Рис.4. Липа мелколистная (Tilia cordata Mill) Ареал липы сердцевидной простирается от Южной Британии и Центральной Скандинавии до европейской части России, Кавказа, Болгарии, Италии и Испании(Бурмистров,1990). В нашей стране и Европе широко распространена в естественных лесных насаждениях, где установлена межвидовая гибридизация (www.Wikipedia.ru). Липа является одним из видов, широко 46 используемых в озеленении городов различных климатических зон. Растения этого вида используют в уличных насаждениях в скверах, парках и лесопарках, а в последнее время и на больших приусадебных участках. Главными достоинствами практически всех лип являются компактность густолиственной кроны, теневыносливость, относительная нетребовательность к почвенным условиям, ветроустойчивость, неаллергенность, довольно высокая устойчивость к агрессивной городской среде - дыму, грязи, пыли, загазованности. К тому же, она неплохо чувствует себя при пересадке даже во взрослом состоянии, успешно приспосабливается к условиям произрастания, мало подвергается болезням и прекрасно противостоит вредителям. Особенно хороша липа летом (июнь-июль) во время цветения, когда дерево сверху донизу покрыто душистыми, источающими нежный аромат цветами. В цветках липы сердцевидной содержатся: эфирное масло (0,05%), гесперидин, тилиацин, сапонины, дубильные вещества, каротин и аскорбиновая кислота. В составе эфирного масла найден фарнезол. Липа — одна из лучших почвоулучшающих пород. Листья липы содержат большое количество кальция, благодаря которому при их разложении улучшаются физико-химические свойства почвы и в конечном итоге повышается ее плодородие. Опавшие листья кроме кальция (3 %) содержат 1,3 % калия, 2 % азота, 0,5-1 % серы (Сорокин, 2006). Искусственные парковые, лесопарковые и уличные посадки имеют продолжительность жизни не более 150 лет, отличаясь и сроками вегетации .К почвам липа мелколистная довольно требовательна (мегатроф), хотя легко мирится с бедными. Липа дает достаточно чуткий отклик на изменение концентрации питательных веществ изменением морфометрических параметров (Рахтеенко, 1963). Особую значимость для экологии и смежных с нею областей научного знания, а также лесохозяйственного производства представляет изучение экологобиологических особенностей Tilia cordata. Это обусловлено рядом причин. Так, современное состояние окружающей среды показывает, что экосистема может 47 быть стабилизирована за счет более рационального использования природных ресурсов, сохранения ценных видов растений, к числу которых относится липа мелколистная. По сравнению с другими растениями широколиственного комплекса, липа мелколистная менее требовательна к теплу, является важным стабилизирующим элементом в экосистемах как почвоулучшающая порода, хорошо растет и размножается в сложных экологических условиях. В этой связи названный вид Tilia может эффективно использоваться в местах с тяжелой техногенной нагрузкой как одно из средств восстановления экосистем. Изучение вида липы мелколистной осуществлялось учеными в различных аспектах. Авторами описан ареал распространения липы мелколистной (Крылов, 1891; Баранов, 1931; Малеев, 1949; Васильев, 1953, 1958; Попов, 1957; Хлонов, 1958), раскрыты ее биологические особенности (Гроздов, 1952; Ткаченко, 1952; Болотова, 1953; Крылов, 1958; Зыков, 1960; Харитонович, 1968; Иванов, 1975; Булыгин, 1991; Григорьев, 1998 и др.), рассмотрены отличия от других видов Tilia (Гроздов, 1952). На протяжении последних нескольких лет ведутся работы по изучению флуктуирующей асимметрии на примере липы мелколистной в разных городах России. Авторы рассматривают возможность использования морфометрических признаков листа для оценки окружающей среды. Такие работы проводилась в Московской области (Баранов, 2009), в городе Ижевске и Воткинске (Удмуртская республика) в 2011 году (Хузина,2011). Основной целью ряда исследований было определение модели изменчивости показателей ФА метрических признаков липы мелколистной, являющейся типичным и равномерно произрастающим видом для городов. В г. Екатеринбурге проводилась научно-исследовательская работа по изучению «Влияние экологических факторов на рост и развитие липы мелколистной в г. Екатеринбурге» (Агафонов, 2011). В Тюменской области была проведена исследовательская работа «Метод флуктуирующей асимметрии, как индикатор отклонений параметров среды в условиях г. Ишима» (Козловцева,2012). В г. Саратове была изучена стабильность развития семи древесных видов (тополя 48 пирамидального, сирени, липы мелколистной, берёзы повислой, каштана конского, клёна остролистного, акации белой) в условиях различных антропогенных нагрузок на основе расчета флуктуирующей асимметрии листьев. Среди них выявлены те, что являются наиболее эффективными биоиндикаторами — берёза повислая, каштан конский, липа мелколистная. Таким образом, Tilia cordata очень широко используется как вид, дающий отклик на изменения в окружающей среде и рекомендован как тест - объект в биоиндикационных исследованиях. 3.3. Методика изучения объекта Наши исследования проводились по методике, разработанной доктором биологических наук, членом-корреспондентом РАН, Захаровым В.М. При выполнении работ нами использованы «Методические рекомендации по выполнению оценки качества среды (оценка стабильности развития живых организмов по уровню асимметрии морфологических структур», утвержденные Распоряжением Росэкологии от 16.10.2003 г. № 460-р.) Сбор проводился после остановки роста листьев (в средней полосе начиная с июля). При выборе деревьев учитывалась четкость определения принадлежности растения к исследуемому виду. При сборе материала также было учтено возрастное состояние деревьев. Для исследования выбирались деревья, достигшие генеративного возрастного состояния. У липы мелколистной с одной точки отбора равномерно со всех доступных веток собирались листья из нижней части кроны. Это по 200 листьев с одной точки. Размер листьев должен быть сходным, средним для данного растения. Все листья для одной выборки необходимо сложить в полиэтиленовый пакет, туда же вложить этикетку. На этикетки указывается номер выборки, место сбора, дату сбора. Собранные листья для непродолжительного хранения можно хранить в полиэтиленовом пакете на нижней полке холодильника. Для длительного 49 хранения зафиксировать материал в 60% растворе этилового спирта или гербаризировать. Для измерения лист липы необходимо положить перед собой внутренней стороной вверх. Измерения проводились по пяти параметрам, которые показаны на рис. 2. 4 2 5 1 3 Рис.5. Схема морфологических признаков, использованных для оценки стабильности развития липы мелколистной: 1- ширина левой и правой половинок листа (для измерения лист складывается пополам, верхушка совмещается с основанием листовой пластинки, по образовавшейся в середине складке измеряется расстояние от границы центральной жилки до края листа); 2- длина жилки второго порядка, второй от основания листа; 3- расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка; 4- расстояние между концами этих же жилок; 5- угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка. Промеры 1 - 4 снимаются циркулем-измерителем, угол между жилками (признак 5) измеряется транспортиром. Результаты исследований заносятся в таблицу. 50 Величина асимметрии у растений рассчитывается как различие в промерах слева и справа, отнесенное к сумме промеров на двух сторонах. Интегральным показателем стабильности развития для комплекса мерных признаков является средняя величина относительного различия между сторонами на признак. Этот показатель рассчитывается как среднее арифметическое суммы относительной величины асимметрии по всем признакам у каждой особи, отнесенное к числу используемых признаков. Такая схема обработки используется для растений. В таблицах 7 и 8 на приводится расчет средней относительной величины асимметрии на признак для пяти промеров листа у десяти растений. Разность между промерами слева (L) и справа (R) делят на сумму этих же промеров: L-R/L+R, Полученные величины заносятся в соответствующие графы вспомогательной таблицы 8.Затем вычисляется показатель асимметрии для каждого листа. Например, для листа 1 (см. табл. 2): (0,052+0,015+0+0+0,042)/5=0,022 Результаты вычислений заносят в последнюю графу вспомогательной таблицы 8. На последнем этапе вычисляется интегральный показатель стабильности развития - величина среднего относительного различия между сторонами на признак. Для этого вычисляют среднюю арифметическую всех величин асимметрии для каждого листа (они занесены в последнюю графу таблицы 8). Это значение округляется до третьего знака после запятой. В нашем случае искомая величина равна: (0,022+0,015+0,057+0,061+0,098+0,035+0,036+0,045+0,042+0,012)/10=0,042 51 Таблица 7. Образец таблицы для обработки данных по оценке стабильности развития с использованием мерных признаков (промеры листа) Номер признака N 1 слева справ а 1 18 20 2 20 19 3 18 18 4 18 19 5 20 20 6 12 14 7 14 12 8 13 14 9 12 14 1 14 14 0 2 слева справа 32 33 31 30 30 22 26 25 24 25 33 33 31 32 33 22 25 23 25 25 3 слев а 4 3 2 2 6 4 3 3 5 4 справа 4 слева 4 3 3 3 3 4 3 3 5 4 12 14 12 10 13 11 11 10 9 9 справа 5 слева справа 12 13 11 11 14 9 11 8 9 8 46 50 50 49 46 39 34 39 40 32 50 49 46 49 53 39 40 42 32 32 Таблица 8. Образец вспомогательной таблицы для расчета интегрального показателя флуктуирующей асимметрии в выборке (пример заполнения таблицы) Номер признака N 1 2 3 1 0,052 0,015 0 2 0,026 0 0 3 0 0 0,2 4 0,027 0,032 0,2 5 0 0,048 0,33 6 0,077 0 0 7 0,077 0,019 0 8 0,037 0,042 0 9 0,077 0,020 0 1 0 0 0 0 Величина асимметрии в выборке: Величина асимметрии листа 4 0 0,037 0,044 0,048 0,037 0,1 0 0,111 0 0,059 5 0,042 0,010 0,042 0 0,071 0 0,081 0,037 0,111 0 0,022 0,015 0,057 0,061 0,098 0,035 0,036 0,045 0,042 0,012 X=0,042 52 Для оценки степени выявленных отклонений от нормы, их места в общем диапазоне возможных изменений показателя разработана балльная шкала. Таблица 9. Пятибалльная шкала оценки отклонений состояния организма от условной нормы по величине интегрального показателя стабильности развития (Захаров,2000) Величина показателя стабильности развития 0,040 Анализ показателей I II 0,040 - 0,044 III 0,045 - 0,049 IV 0,050 - 0,054 V 0,054 Незначительные отклонения от нормы Средний уровень отклонения от нормы Значительные отклонения от нормы Критическое состояние Балл Условная норма 3.4. Методы статистической обработки Для вычисления интегрального показателя флуктуирующей асимметрии листьев липы мелколистной (Tilia cordata Mill.) в работе использовались следующие методы оценки: определение среднего значения, стандартное отклонение, коэффициент корреляции, коэффициент вариации. Для определения среднего значения и дисперсии исследуемых величин использовались следующие формулы: (1) где n- число сравниваемых объектов, Х- среднее значение (2) 53 где - среднее квадратическое отклонение (стандартное отклонение). Следующей использованные расчеты - коэффициент вариации. Данный показатель измеряется в процентах. Это отношение стандартного отклонения к средней величине Формула коэффициента вариации: (3) где V- коэффициент вариации. Согласно Лакину Г.Ф. (1980), при величине коэффициента вариации до 10% изменчивость оценивается как слабая, при 11-25% - как средняя, при достижении значения более 25% трактуется как сильная. Таким образом, по данный показатель дает возможность определить применение методики ФА с использованием листьев липы мелколистной. Если вариабельность морфометрического признака древесной пароды соответствует высокому уровню изменчивости (больше 25%), она определяет его непригодность в качестве биоиндикационного вида, и снижает его практическую ценность (Кокорина, Татаринцев, 2010). Один из основных коэффициентов измеряющих связь между варьирующими признаками X и Y, является коэффициент корреляции R, который находятся в пределах от 0 до ± 1. Если R близок к 0, то это указывает на отсутствие связи: при R = 0,2 - 0,3 - малая связь; при R = 0,4 - 0,6 - средняя связь; при R = 0,7- 0,9 связь считается сильной. Знак минус или плюс у коэффициента корреляции R указывает на направление связи. Знак плюс означает, что связь между признаками X и Y прямая (положительная), знак минус - связь обратная (отрицательная). В нашем исследовании коэффициент корреляции выявляет величину и направление связи лишь тогда, когда связь между признаками близка к прямолинейной. Коэффициент корреляции вычисляется по формуле: 54 (4) где x и у, -сравниваемые количественные признаки; n - число сравниваемых наблюдений. В работе корреляционный подход был использован для оценки относительного различия признаков, необходимый для выяснения зависимости признаков флуктуирующей асимметрии друг от друга (Стрельцов 2006). 55 Глава 4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 4.1 Обсуждение статистических расчетов Промеры отобранных материалов измерялись по параметрам, представленых в Главе 3 (рис. 5). Результаты измерений в каждой из шести точек были занесены в рабочий журнал. Был сформирован массив данных для обработки, включающий 12000 измерений. Математическая обработка данных проводилась на базе программ Exel 2010 и Statistica 7 Были рассчитаны следующие показатели: - проверка массива данных на нормальное распределение; - среднее; - дисперсия; - среднеквадратическое отклонение; - коэффициент вариации; - корреляционная зависимость относительного различия признаков; Расчет средних значений по каждому показателю в точках отбора проводился по стандартной формуле, приведенной в Главе 3. 56 Таблица 9. Среднее значение промеров листовой пластики Tilia cordata Mill. ЦПКиО им. Горького (Вахитовский район) Признак ЦПКиО им. Горького Ширина листовой пластинки слева 3,25 Ширина листовой пластинки справа Длина 2-й жилки 2-го порядка слева Длина 2-й жилки 2-го порядка справа Pасстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок второго порядка слева Pасстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок второго порядка справа Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок слева Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок справа Угол между главной и 2-й жилок слева Угол между главной и 2-й жилок справа 3,25 5,03 5,08 0,55 0,57 3,48 3,49 39,32 39,29 Таблица 10. Среднее значение промеров листовой пластики Tilia cordata Mill Парк «Крылья Советов» (Авиастроительный район) Признак Парк «крылья Советов» Ширина листовой пластинки слева Ширина листовой пластинки справа Длина 2-й жилки 2-го порядка слева Длина 2й жилки 2-го порядка справа Расстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок второго порядка слева Расстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок второго порядка справа Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок слева Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок справа Угол между главной и 2-й жилок слева Угол между главной и 2-й жилок справа 57 3,22 3,33 4,99 5,06 0,49 0,5 4 4,1 38,92 38,4 Таблица 11. Среднее значение промеров листовой пластики Tilia cordata Mill Парк «ДК Химиков» (Московский район) Признак Парк «ДК Химиков» Ширина листовой пластинки слева 3,08 3,13 4,84 4,94 0,41 Ширина листовой пластинки справа Длина 2-й жилки 2-го порядка слева Длина 2-й жилки 2-го порядка справа Расстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок второго порядка слева Расстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок второго порядка справа Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок слева Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок справа Угол между главной и 2-й жилок слева Угол между главной и 2-й жилок справа 0,39 3,31 3,3 37,01 37,31 Таблица 12. Среднее значение промеров листовой пластики Tilia cordata Mill Сквер «Сад Рыбака» (Кировский район) Признак Сквер «Сад Рыбака» Ширина листовой пластинки слева 3,25 Ширина листовой пластинки справа Длина 2-й жилки 2-го порядка слева Длина 2й жилки 2гопорядка справа Расстояние между основаниями 1-й и 2й жилок второго порядка слева Расстояние между основаниями 1-й и 2й жилок второго порядка справа Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок слева Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок справа Угол между главной и 2-й жилок слева Угол между главной и 2-й жилок справа 3,28 5,16 5,23 0,5 0,5 3,38 3,4 36,64 37 58 Таблица 13. Среднее значение промеров листовой пластики Tilia cordata Mill Сквер микрорайона Дербышки (Советский район) Признак Сквер в микрорайона Дербышки Ширина листовой пластинки слева 3,29 3,31 5,03 5,09 0,56 Ширина листовой пластинки справа Длина 2-й жилки 2-го порядка слева Длина 2-й жилки 2-го порядка справа Расстояние между основаниями 1-й и 2й жилок второго порядка слева Расстояние между основаниями 1-й и 2й жилок второго порядка справа Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок слева Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок справа Угол между главной и 2-й жилок слева Угол между главной и 2-й жилок справа 0,6 3,49 3,49 39,42 39,51 Таблица 14. Среднее значение промеров листовой пластики Tilia cordata Mill Парк- сквер «Победы» (Приволжский район) Признак Сквер «Победы» Ширина листовой пластинки слева 3,23 Ширина листовой пластинки справа Длина 2-й жилки 2-гопорядка слева Длина 2-й жилки 2-го порядка справа Расстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок второго порядка слева Расстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок второго порядка справа Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок слева Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок справа Угол между главной и 2-й жилок слева Угол между главной и 2-й жилок справа 3,34 4,99 5,06 0,5 0,5 4,01 4,12 39,05 38,69 59 В таблице 15 представлены средние значения и расчет среднеквадратического отклонения пробных параметров листа. Таблица 15. Среднее значение исследуемых признаков в выборках липы мелколистной (Tilia cordata Mill) Признак Ширина листовой пластинки слева Ширина листовой пластинки справа Длина 2-й жилки 2гопорядка слева Длина 2й жилки 2го порядка справа Расстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок слева Расстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок справа Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок слева Расстояние между концами 1-й и 2-й жилок справа Угол между главной и 2-й жилок слева Угол между главной и 2-й жилок слева ЦПКиО им. Горького 3,25±0,23 Парк «крылья Советов» 3,22±0,34 Пробные площадки Парк «ДК Сквер Сквер мкр. Химиков» «Сад Дербышки Рыбака» 3,08±0,27 3,25±0,26 3,29±0,25 3,25±0,26 3,33±0,33 3,13±0,27 3,28±0,27 3,31±0,28 3,34±0,33 5,03±0,5 4,99±0,53 4,84±0,44 5,16±0,47 5,03±0,5 4,99±0,53 5,08±0,47 5,06±0,53 4,94±0,46 5,23±0,44 5,09±0,47 5,06±0,52 0,55±0,12 0,49±0,13 0,41±0,12 0,50±0,14 0,56±0,13 0,5±0,13 0,57±0,14 0,5±0,16 0,39±0,1 0,50±0,13 0,6±0,14 0,5±0,14 3,48±0,58 4±0,77 3,31±0,47 3,38±0,40 3,49±0,58 4,01±0,77 3,49±0,55 4,1±0,7 3,3±0,44 3,4±0,36 3,49±0,54 4,12±0,7 39,32±5,79 38,92±5,1 1 37,01±6,0 6 36,64±4,2 3 39,42±5,66 39,05±5,02 39,29±6,19 38,4±5,36 37,31±5,8 2 37±4,33 39,51±6,12 60 Сквер «Победы» 3,23±0,33 38,69±5,29 Результаты средних значений исследуемых промеров листовой пластинки липы мелколистной отражены на рис.5. ПП № 1 ПП № 2 ПП № 3 ПП № 4 ПП № 5 ПП № 6 Рис.5. Средние значения промеров листовой пластинки липы мелколистной на пробных площадках Данная диаграмма показала, что средние значения параметров промеров листовой пластинки липы мелколистной отличаются между собой в разной степени, но резкого отличия между данными промерами не наблюдается, кроме одного признака: наиболее вариабельным оказался признак - угол между главной и 2-й жилкой, различающийся значением параметра на разных площадках. 61 Для каждого измеренного признака был рассчитан коэффициент вариации (таблица 16). Таблица 16. Коэффициент вариации для каждого признака Признак Ширина листовой пластинки слева Ширина листовой пластинки справа Длина 2й жилки 2гопорядка слева Длина 2й жилки 2го порядка справа расстояние между основаниями 1й и 2й жилок второго порядка слева расстояние между основаниями 1й и 2й жилок второго порядка справа Расстояние между концами 1й и 2й жилок слева Расстояние между концами 1й и 2й жилок справа Коэффициент вариации, (%) 8,7 8,8 9,88 9,49 Угол между главной и 2й жилок слева 13,8 11,2 13 10,1 12 Угол между главной и 2й жилок справа 14,1 Значение коэффициентов вариации листовой пластинки показало, что все признаки характеризуются низкими (до 10 %) и средними (11-25%) значениями коэффициента вариации, что свидетельствует о низком уровне их изменчивости, следовательно, о возможности использования данных признаков в биоиндикационных исследованиях (Кокорина, Татаринцев, 2010). Между полученными данными просчитана корреляционная зависимость относительно различия признаков (Табл. 17). 62 Таблица 17. Матрица корреляции относительно различия признаков лиcтовой пластинки липы мелколистной Признак Ширина половинок листа Длина 2й жилки Расстояние между основаниями 1 и 2й жилок Расстояние между концами 1й и 2й жилок Угол м/y центральной и 2й жилкой Значение коэффициента корреляции(r) Ширина половинок листа 1,00 Длина 2й 0,17 1,00 жилки Расстояние -0,16 между основаниями 1 и 2й жилок -0,01 1,00 Расстояние между концами 1й и 2й жилок 0,38 0,22 -0,08 1,00 Угол м/y центральной и 2й жилкой 0,29 -0,08 0,38 0,48 1,00 Наши расчеты показали, что 80% признаков оказались нескоррелированными между собой по величине асимметрии (L – R). Исключение составляют две пары признаков. Так, в максимальной степени зависят друг от друга: расстояние между концами 1-й и 2-й жилок второго порядка и угол между центральной жилкой и 2-й от 63 основания жилкой второго порядка. Кроме того, между собой оказались скоррелированными ширина половинок листа и расстояние между концами 1-й и 2-й жилок (r=0,38). Анализ полученных результатов (таблица 20) показывает, что корреляция между относительными различиями признаков отсутствует. Соответственно далее можно применить метод флуктуирующей асимметрии. 4.2 Расчет величины флуктуирующей асимметрии Расчет величины флуктуирующей асимметрии (ФА) - оценивается с помощью интегрального показателя – величины среднего относительного различия на признак (средняя арифметическая отношения разности к сумме промеров листа слева и справа, отнесенная к числу признаков). Для проведения вычислений использовали промеры листа липы мелколистной. Для достоверности результатов значение промера обозначаем, как X, тогда его значение с правой и левой стороны соответственно будет Хл и Хп. Измеряя параметры листа по пяти признакам (справа и слева) получаем десять значений Х. В первом действии находим относительное различие между значениями признака слева и справа- (Y) для каждого признака. Для этого вычисляем разность значений измерений по одному признаку для одного листа ,затем находим сумму этих же значений и разность делим на полученную сумму. Например у листа №2 по первому признаку Хл =22, а Хп =18. Находим значение Y1 по формуле: ,1 (1) Подробные вычисления проводим по каждому признаку, соответственно получаем пять значений Y для одного листа. Такие же действия осуществления осуществляем для каждого листа в отдельности. 64 Во втором действии находим значение среднего относительного значения между сторонами на признак для каждого листа (Z). Для этого сумму относительных различий делим на число признаков. Например для второго листа Y1=0,1; Y2=0,02; Y3=0,27;Y4=0,29;Y5=0,07.Находим значение Z1 по формуле : (2) Где N- число признаков. Подобные действия проводим для каждого листа. В третьем действии вычисляем среднее относительное различие на признак для выборки (Х). Для этого все значения Z сложим и поделим на число этих значений в нашей выборке: (3) Проверка массива значений ФА на нормальное распределение При получении данных результатов нами были построены гистограммы распределения данных на нормальное распределение, которые приведены в рис. 6-11. 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 ФА 0 0,03 0,031 0,039 0,046 0,048 0,043 0,041 Рис. 6. Массив данных в ПП № 1 65 0,039 0,032 0,032 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 ФА 0 0,042 0,052 0,064 0,068 0,069 0,064 0,06 0,052 0,049 0,047 Рис. 7. Массив данных в ПП № 2 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 ФА 0 0,04 0,043 0,046 0,047 0,064 0,069 0,046 0,042 Рис. 8. Массив данных в ПП № 3 66 0,043 0,041 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 ФА 0 0,04 0,041 0,054 0,052 0,054 0,045 0,045 0,045 0,044 0,039 Рис. 9. Массив данных в ПП № 4 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 ФА 0 0,033 0,043 0,039 0,047 0,061 0,057 0,053 0,043 Рис. 10. Массив данных в ПП № 6 67 0,043 0,036 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 ФА 0 0,039 0,053 0,06 0,055 0,057 0,063 0,055 0,049 0,048 0,047 Рис. 11. Массив данных в ПП № 6 На основе полученных гистограмм можно сделать вывод о нормальности распределения данных и о возможности их использования для дальнейшей оценки. Далее было рассчитываем среднее значение показателя ФА для каждой точки наблюдений :равниваем полученное значение со шкалой качества среду, полученные данные заносим в свободную таблицу 18. 68 Таблица 18. Оценка качества среды пробных площадок Площадки 1. ЦПКиО им. Горького 2.Парк «Крылья Советов» 3. Парк «ДК Химиков» 4. Парк «Сад Рыбака» 5.Парк в микр- не Дербышки 6. Парк-сквер «Победы» Значение показателя асимметричности х±m Балл Качество среды I Условная норма V Критическое состояние III Средний уровень отклонения от нормы III Средний уровень отклонения от нормы III 0,045±0,001 Средний уровень отклонения от нормы 0,052±0,002 Значительные отклонения от нормы 0,038±0,001 0,056±0,001 0,048±0,002 0,046±0,002 IV На основании вычисления среднего значения флуктуирующей асимметрии признаков листовой пластинки липы мелколистной (Tilia cordata Mill) все шесть площадок были оценены по 5–ти бальной шкале. Расчет коэффицента флуктуирующей асимметрии липы мелколистной (Tilia cordata Mill) дает нам более продуктивную оценку качества среды в городских парках и скверах г. Казани. Полученные результаты отражены на рис. 12 69 Рис. 12. Величина интегрального показателя стабильности развития липы мелколистной (Tilia cordata Mill) на пробных площадках По результатам исследований можно отметить, что состояние качества среды в парках города по данным ФА неоднородно. На основании вычисления среднего значения ФА листовых пластинок липы мелколистной (Tilia cordata), места произрастания данного вида условно можно выделить в 3 группы: 1)Первая группа – это группа экстремального загрязнения. Максимальный показатель зафиксирован в парке «Крылья Советов» (0,056), (Авиастроительный 70 район), что соответствует V баллу - «критическому» значению качества среды. Считаем, что высокие показатели загрязнения среды связаны с тем, что данный парк расположен в крупнейшем промышленном районе Казани и еще одним значимым фактором, воздействующим на территорию, является интенсивность автотранспорта, так как данный парк расположен вблизи от основных автомагистралей (менее 30м). 2) Вторая группа – это территории, подвергающееся воздействию средней тяжести. К этой группе относятся: парк «ДК Химиков» (Московский район), сквер «Сад Рыбака» (Кировский район) и (Советский район) - показатели ФА в сквер микрорайона Дербышки находятся в интервале от 0,045-0,048, и качество среды соответственно низкое и находится в пределах III-IV баллов. Обнаружение значимых изменений величины данного показателя является свидетельством изменения состояния организма. 3) К третьей группе относится территория «Парка им. Горького (Вахитовский район), здесь зафиксировано минимальное значение коэффициента ФА (0,038), величина коэффициента соответствует I баллу, а качество среды оценивается как «условное нормальное». Липа в данном парке подвергается наименьшему стрессирующему воздействию, так как данный парк изолирован на значительном расстоянии (150- 250 м) от сети основных автомагитралей и защищен посадкой хвойных деревьев. Интегральный показатель стабильности развития в данной группе свидетельствует об относительно благоприятной экологической обстановке. А также, согласно литературным источникам, при анализе оценки состояния древесных посадок по районам выяснилось, что в наилучшем состоянии находятся насаждения Вахитовского района, что и подтверждается нашими исследованиями. Для выявления влияния загрязнителей автомобильного транспорта на стабильность развития липы мелколистной, нами проведены натурные обследования автомагистралей, находящихся в непосредственной близости к пяти парковым территориям (по методике приведенной в главе 3). 71 Результаты измерений в каждой из исследуемых точек были занесены в рабочий журнал. Нами было высчитано количество загрязняющего вещества на площадках исследования, которое представлено в таблице 19. Таблица 19. Результат расчета выбросов движущегося автотранспорта на исследуемых площадках Площадки 1.Площадки исследования 2. Парк «Крылья Советов» (по ул. Копылова 3.Парк «ДК Химиков» (по ул. Декабристов) 4.Сквер «Сад Рыбака» (по ул. К. Цеткин 5.Сквер микр -на Дербышки (по ул. Советской) 6.Сквер «Победы» (по ул. Р. Зорге) Загрязняющие вещества CO NO CH SO2 Формальдегид Свинец (г/км) (г/км) (г/км) (г/км) (г/км) (г/км) 5706,78 73,925 416,64 16,66 1,3825 7,1105 Бенз(а)пирен (г/км) 0,003286 3165,67 45,85 300,21 9,13 0,743 8,9694 0,001814 4000,1 30,12 169 7,89 0,56 3,08 0,008 2115,67 36,3 150,1 6,13 0,503 1,68 0,001214 4225,2 51 209,3 12,08 0,966 4,29 0,002416 Так как основным источником загрязнения в городе является автотранспорт, нами был проведен корреляционный анализ между ФА и данными наблюдений загрязнения воздуха около автомобильных дорог. Для выявления зависимости между величиной интегрального показателя стабильности развития – ФА и величинами выбросов загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортными потоками на городских магистралях , был использован непараметрический коэффициент корреляции Спирмена. 72 Таблица 20. Статистический анализ корреляции между величиной интегрального показателя - ФА и показателями загрязняющих веществ (коэффициент корреляции по Спирмену, R) CO NO CH SO2 Формальде гид Свинец Бенз(а)пирен R 0,9000 0,9000 1 1 0,7000 0,4000 P-level 0,0373 86 0,3738 6 0,900 0 0,373 86 0,000 0,000 0,188120 0,504632 Для выявления показателя зависимости стабильности загрязняющих веществ в развития атмосферу между величиной – и ФА интегрального величинами автотранспортными выбросов потоками на городских магистралях , был использован непараметрический коэффициент корреляции Спирмена. По результатам, представленных в данной таблице, можно сделать вывод о том, что величина флуктуирующей асимметрии листовой пластинки липы мелколистной напрямую зависит от показателей загрязняющих веществ, а в частности от таких как: CO (R=0, 9000 при p= 0,037386), NO (R= 0,9000 при p= 0,037386), CH (R=0,9000 при p= 0,037386), SO2 (R=1 при p= 0,000), Формальдегид (R=1 при p= 0,000). Слабый показатель корреляции выявлен между ФА и свинцом ( R=0,7000 при p= 0,188120) и бенз(а)пиреном (R= 0,4000 при p= 0,504632). Результаты корреляционного анализа, приведенные в таблице 23,показывают зависимость у большинства анализируемых величин. 73 Городская среда представляет собой мощный фактор воздействия на живые системы. Настоящее время, характерное быстрым развитием промышленности и ростом городского автомобильного транспорта, роль зелёных насаждений в оздоровлении городской среды становится значительной. В связи с этим возникла проблема создания благоприятных условий для жизни населения. Одним из главных мероприятий по улучшению окружающей среды является благоустройство и озеленение населенных мест. Парки, расположенные в пределах городских территорий, подвержены негативному влиянию высокого уровня загрязнения атмосферного воздуха, обусловленного деятельностью промышленных предприятий и автотранспорта. Актуальность экологического мониторинга очевидна. При проведении оценки качества среды с применением различных подходов (физических, химических и т.д.) приоритетной представляется биологическая оценка. Биоиндикация – один из наиболее простых и адекватных методов оценки окружающей среды. Перспективным подходом в данном направлении является оценка качества среды с использованием индивидуального развития показателей стабильности-нестабильности видов-индикаторов. Оценка стабильности биологических систем любого уровня необходима, т.к. живые организмы несут наибольшее количество информации об окружающей их среде обитания. Исследования показывают, что уровень флуктуирующей асимметрии (промеров листа) чувствителен к действию химического загрязнения и возрастает при увеличении антропогенного прессинга. Величина флуктуирующей асимметрии у растений отражает генетический или средовой стресс, поэтому в последнее время флуктуирующая асимметрия стала использоваться для оценки состояния среды. Ведутся работы по изучению возможностей растений, как фактора улучшения качества урбанизированной и техногенной сред обитания. Одним из таких видов растений является липа мелколистная, которая широко используется в озеленении крупных промышленных городов. Имеющиеся в настоящее время сведения, в том числе и полученные нами результаты, позволяют рекомендовать липу мелколистную (Tilia cordata Mill) в качестве биоиндикатора. 74 Работа по изучению стабильности развития этих видов только начата. Постепенное накопление нового материала позволит более подробно интерпретировать полученные результаты. 75 Выводы: 1) Результаты средних значений параметров листовой пластинки липы мелколистной (Tilia coradata Mill) показали, что признаки исследуемых параметров варьируют от 8,7 до 14,1%, что свидетельствует о низком уровне их изменчивости, следовательно, о возможности использования данных признаков в биоиндикационных исследованиях. 2) В соответствии со шкалой отклонения от условной нормы определен уровень загрязнения в исследуемых площадках. Выявлено усредненное значение ФА (0,038-0,056) по всем районам исследования. Уровень флуктуирующей асимметрии возрастает при увеличении антропогенного прессинга. Оценка качество среды парков находится в пределах 3-5 баллов. Минимальное значение величины коэффициента ФА в ЦПКиО им. Горького (0,038±0,001),что соответствует I баллу стабильности развития. Максимальный показатель величины ФА зафиксирован в парке «Крылья Советов»(0,056±0,001), что соответствует V баллу – т.е. «критическому» значению качества среды. 3) По результатам исследований можно отметить, что состояние качества среды в парковых территориях города по данным ФА неоднородно. На основании вычисления среднего значения ФА листовых пластинок вида Tilia cordata, парковые территории выделены нами ФА: 1 группа – со значениями в 3 группы в зависимости от величины «экстремального» загрязнения среды (парк «Крылья Советов») , 2 группа – «средне» загрязненных территорий ( парк «ДК Химиков», Сквер «Сад Рыбака», сквер микр-на Дербышки и сквер «Победы»), 3 группа - «условной нормы» среды (ЦПКиО им.Горького). 76 Список литературы 1. Александровская З.И., Я.В. Медведев Я.В. , Богачев А.Г.. Чтобы город был чистым. Издание второе, 1989 г.,стр.3-39. 2. Андруз Дж., Джикелз Т., Лисс П. Введение в химию окружающей среды. Мир, 1999. - 271 с. 3. Артамонов В.И. Растения и чистота природной среды, 1986. -140 с. 77 4. Ашихмина Т. Я. Экологический мониторинг: Учебн. - методическое пособиеАкадемический проект, 2005. - 205 с. 5. Беклемишев В.Н. Сравнительная анатомия беспозвоночных. - М.: Уч.педгиз, 1952,176 с. 6. Биоиндикация и биомониторинг / Под ред. Д. А. Криволуцкого. - М: Наука, 1991. - 246 с. 7. Булгаков Г.Н. Индикация состояния природных экосистем и норми рование факторов окружающей среды: обзор существующих подходов // Успехи современной биологии. - 2002. 115-135с. 8. Бурмистров А.Н., Никитина В.А. - Медоносные растения и их пыльца, 1990 9. Бялобок С. Регулирование загрязнения атмосферы.//Загрязнение воздуха и жизнь растений,1988. - С. 500531. 10. Вайнерт Э. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. - М: Мир, 1998. - 348 с. 11. Вергунов А. П., Горохов В. А. ,Русские сады и парки,1987,418с. 12. Вейль Г. Симметрия. - М.: Наука, 1968. - 191 с. 13. Валеева Э.И., Глазунов В.А. Роль липы мелколистной (Tilia cordata)-B формировании мелколиственных и темнохвойных лесов Тарманского комплекса. Проблемы взаимодействия человека и природной среды: Выпуск 3., 2009- с. 48 14. Вронский ВА. Популярная экология от А до Я // География в школе. № 3, 1995, 140 с. 15. Горышина, Т. К. Растение в городе / Т. К. Горышина. Л. : Изд-во Ленингр. ун-та, 1991.-149 с. 16.Горохов В.А., Городское зеленое строительство ,1991г.,416с 17. Государственный доклад «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Республике Татарстан в 2013 году»,2013 18. Государственный доклад «о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан В 2011- 2012 году, 2013г. 19. Грибкова С.И., Фоломкина Т.Ю. Зеленые насаждения: как оценить бесценное; Территория и планирование: сетевой журнал. 2006 78 20. Дегтярева M.B. О липе и липняках в Тюменской области / Дегтярева М.В. // Пробл. взаимодействия человека и природ, среды, 2001. №2. С. 21.Денисов В.В., Экология города,2007,832с. 22. Заиканов В.Г. Геоэкологическая оценка территорий / Заиканов В.Г., Минакова Т.Б. - М.: Наука, 2005. - 319 с. 23. Захаров В.М., Чубинишвили А.Т., Дмитриев С.Г. и др. Здоровье среды: практика оценки. М.: Центр экологической политики России, 2000 а - 318 с. 24. Захаров В.М., Баранов A.C., Борисов В.И. и др. Здоровье среды: методика оценки. М.: Центр экологической политики России, 2000 - 66с. 25. Захаров В.М., Жданова Н.П., Кирик Е.Ф., Шкиль Ф.Н. Онтогенез и популяция: оценка стабильности развития в природных популяциях // Онтогенез. - 2001 а. - Т. 32, № 6. - С. 404-421. 26. Захаров В.М., Чубинишвили А.Т. Мониторинг здоровья среды на охраняемых природных территориях. - М.: Центр экологической политики России, 2001. - 148 с. 27. Захаров В.М., Чубинишвили А.Т., Баранов A.C. и др. Здоровье среды: методика и практика оценки в Москве. -Центр экологической политики России, 2001 б. — 68 с. 28. Илькун Г. М. Загрязнители атмосферы и растения. — Киев: Наукова думка, 1978. - 246 с. 29. Кокорина, П.Б. Татаринцев Югорский государственный университет(г. Ханты-Мансийск) Автореферат «Методические вопросы выбора тест- объектов биоиндикации с использованием алгоритма сравнения коэффициентов вариации»,2010 30. Кондратюк E.H., Тарабрин В.П., Бакланов В.И. и др. Промышленная ботаника. — Киев: Наук. Думка, 1980. -260 с. 31. Константинов E.Л. Особенности ФА листовой пластинки березы повислой (Betula Pendula) как вида биоиндикатора / Автореф. дисс. на соискание уч. степ. кан. биол. наук. Калуга, 2001. — 19 с. 79 32. Корона В. В., Васильев А.Г. Строение и изменчивость листьев рас тений: основы модульной теории. Екатеринбург: Екатеринбург, 2000. - 224 с. 33. Крокер В. Рост растений. - М.: Изд-во иностр. лит., 1950.- 250с 34. Кулагин Ю.З. Древесные растения и промышленная среда. - М.: Наука, 1974. - 124 с. 35. Кузнецов; Е.В. Значение эколого-физиологических методов, в оценке состояния городских и пригородных лесонасаждений / Кузнецов Е.В. //, 1998. № 269. С. 288-294. Рус. 36. Лабутина М.В., Анюшова Н.В., Лабутин Д.С. Жизнеспособность пыльцы некоторых видов цветковых в зависимости от условий обитания // Экология фундаментальная и прикладная: Проблемы урбанизации / Материалы Междунар. научн.-практ. конференции. - Екатеринбург, 2005. -С.192-194. 37. Ларина Т. Г. Геоботаиичсское изучение парковых культур фитоцепозов как метод выявления их устойчивости / Т. Г. Ларина // Бюллетень Главного ботанического сада : сб. науч. ст. М. 1987. - Вып. 144. С.54-59. 38. Ложкин В . Н ., Демочка О . И . и др . Экспериментально - расчетная оценка выбросов вредных веществ с отработавшими газами ДВС ,1990. 39. Лозановская И. Н., Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. - М: Высшая школа, 1998 -247 с. 40. Макаров В.Н. Свинец в биосфере Якутии. — Якутск: изд-во ин-та мерзлотоведения СО РАН, 2002. - 114 с. 41. Макаров В.Н. Экогеохимия городов в зоне с низкой способностью к самоочищению и устойчивостью ладшафтов. Якутск // Экогеохимия городов Восточной Сибири. - Якутск, 1993. — С. 52-59 42.Маслов Н.В. Градостроительная экология. — Высш. Шк., 2003. 284с. 43. Макеева Л.А; Анализ состояния городских насаждений, требующих реконструкции; Вопросы совершенствования агротехники в зеленом строительстве и хозяйстве. Сборник научных трудов. Научный редактор — канд. биол. наук О.Н. Покалов. М.: Онти акх им. К.Д. Памфилова, 1982. 120 с. 80 44. Мелехова О.П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений / О.П. Мелехова, Е.И. Егорова, Т.И. Евсеева; под ред. О.П. Мелеховой, Е.И. Егоровой. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 288 с 45. Методические рекомендации по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ (оценка стабильности развития живых организмов'по уровню асимметрии морфологических структур) [Электронный ресурс] / Центр экологической политики России. М., 2003. 46. Мокров И.В. Биоиндикационное значение флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы повислой в рекреационных зонах крупного промышленного центра и на осос- бо охраняемой природной территории (на примере Нижегородской области) / Автореф. дисс. на соискание уч. степ. кан. биол. наук. Нижний Новгород, 2005. - 23 с 47. Молотковский Г.Х., Молотковский Ю.Г. Асимметрия, диссиммет- рия и полярность развития растений // Ботанический журнал. -1961. - Т. XLVI, № 4. - С.469-487. 48. Мэннинг У.Д. Федер У.А. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений. — JL: Гидрометеоиздат, 1985. - 143 с. 49. Нефёдов В.А.,Ландшафтный дизайн и устойчивость среды,Санкт-Петербург 2002 50. Новикова A.A. Рост и развитие почек у некоторых древесных растений. — Минск: Наука и техника,1976. - 120 с. 51.Николаевский B.C. Биологические основы газоустойчивости растений. Новосибирск: Наука, 1979. - 278 с. 52. Николаевский B.C. Влияние промышленных газов на растительность. //Региональный экологический мониторинг, - М.:Наука, 1983. - С. 202 53. Полтараус Б. В. О микроклимате парков и площадей большого города 54. Полякова Е.В. / Организация мониторинга древесных растений на территории Владивостока / Полякова Е.В. // Классификация и динамика 81 лесов Дальнего Востока : Материалы междунар. конф., Владивосток, 5 -7 сент., 2001. Владивосток, 2001. С. 169-170. Рус.; рез. англ. 55. Плотникова Л. С. Совершенствование ассортимента зеленых насаждений Москвы и их роль в оптимизации среды / Л. С. Плотникова, Э. И. Якушина // Бюллетень Главного ботанического сада : сб. науч. ст. М., 1995. С. 72 56. Рахтеенко И. Н., Кочановский С. Б. Водный режим и минеральное питание липы мелколистной в условиях уличных посадок. ,1963, С. 42-47. 57. Реймерс Н. Ф. Природопользование / Словарь-справочник. - М: Мысль, 1990. - 130 с. 58. Рысин Л.П. Динамика лиственных лесов в Подмосковье / Рысин Л.П., Савельева Л.И., Полунина М.А. // Бюл. Моск. о-ва испыт. Природы. Отд. Биол, 1999. 104, № 4. С. 22-28 рус.: рез. англ. 59. Сорокин А.Д. Эколого-биологические особенности липы мелколистной (Tilia cordata Mill) в подзоне южной тайги омской области: автореф. дис.... канд. биол. наук. Омск, 2006. 19 с. 60. Сочава В. Б. Введение в учение о геосистемах. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1978. 319 с 61. Стрельцов А.Б. Региональная система биологического мониторинга. - Калуга: изд-во Калужского ЦНТИ, 2003. — 158с 62.Строгонов Б.П., Кабанов В.В., Шевякова Н.И. и др. Структура и функции клеток растений при засолении. - М.: Наука, 1970. - 318с. 63. Тарабрин В.П., Кондратюк E.H., Башкатов В.Г. и др. Фитотоксичность органических и неорганических загрязнителей. - Киев: Наукова думка, 1986. - 215 с. 64. Тетиор А. Н. Городская экология/Издательство "Академия", 2006 г, 336 c. 65. Тихонова О. А. Флора парков г. Ярославля и ее охрана / О. А. Тихонова // гос. ун-т. Ярославль, 1998. - С. 31-35. 66. Томас М.Д. Влияние загрязнения атмосферного воздуха на растения // Загрязнеия атмосферного воздуха. Женева: ВОЗ, 1962, с.251 -306. 82 67. Турмухаметова Н.В. Особенности морфогенеза побегов и феноритмов Betula pendula Roth, и Tilia cordata Mill, в условиях городской среды / Автореф. дисс. на соискание уч. степ. кан. биол. наук. Новосибирск, 2005. — 19 с. 68. Ушакова С.А., Кац Я. Г. Экологическое состояние территории России: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений - М.: Изд. центр «Академия», 2002. - 128 с 69. Хузина Г.Р. Характеристика флуктуирующей асимметрии билатеральных признаков листа липы мелколистной (Tilia cordata L.) // Вестн. Удм. ун-та. 2011. Вып.3. С.47-52. 70. Шадрина Е.Г., Вольперт Я.Л., Данилов В.А., Шадрин Д.Я. Биоин- дикация воздействия горнодобывающей промышленности на наземные экосистемы Севера (морфогенетический подход). — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 2003 а. - 110 с. 71. Экология - Природа-Человек-Техника - Акимова Т.А, Кузьмин А.П, Хаскин В.В.,2001,314 с. 72.Экология города Казани.- Казань : Издательство «Фэн» Академии наук РТ,2005. 73. Экологическая доктрина РФ Распоряжение Правительства РФ от 31.08.2002 N 1225-р «от 31 августа 2002 года» -576с. 74. Якубов, X. Г. Мониторинг зеленых насаждений как элемент общегородской системы мониторинга окружающей среды / X. Г. Якубов, Е. И. Пупырев // Экология большого города. Вып. 2. М. : Прима-Пресс, 1997. С. 4.12.249. 75. Якубов Х.Г. Экологический мониторинг зеленых насаждений МосквыМ: ООО «Стагирит-Н», 2005.-264. 76. Boullard B. Vegetation et pollution atmosphrique dans l'agglomération rouennaise // Rev. Soc. Savants Haute Normandie, 1971, №64, p. 21-27. 77. Garber K. Luftverunzeinigung und ihre Wirkungen Berlin( Показатели загрязнителей воздуха Берлина) // Nikolassee, 1967. - S. 51 83 78. Garber К. Schwermetalle als Luftverung-reinigung-Blei-Zink- CadmiumBeeinflussung der Vegetation (Тяжелые металлы, влияющие на растительность)// Staub Reinhaltung der Luft, 1974, Bd. 34, H. 1, S. 1-7. 79. Jennet J. Ch. e. a. Environmental problems and solutions associated with the development of the world largest lead mining district ( Экологические проблемы и решения, связанные с развитием крупнейшей в мире горнодобываюшего района) // Pollut. Eng. and Sci. Solut. New York-London, 1973, p. 320-330. 80. Martel J., Lempa K., Haukioja E. Effect of Stress and Rapid Growth on Fluctuating Asymmetry and Insect Damage in Birch Leaves(Влияние стресса на быстрый рост флуктуирующей асимметрии березы повислой), 1999. - P. 208-216. 81. Moller A. P., Sorci G. Insect Preference for Symmetrical Artificial (Симметрия на примере насекомых). 77. Munton R. Green belts: the end of era (Зеленый пояса: конец эпохи)// Geography J. № 3. 1986. - p. 206214Flowers // Oecologia. - 1998. - Vol. 114. P. 37-42 82.Van Valen L. A Study of Fluctuating Asymmetry(Изучение флуктуирующей асимметрии) // Evoiution. - 1962 81. West B.J., Laverty T.M. Effect of Floral Symmetry on Flower Choice and Foraging Behavior of Bumble Bees(Симметрия цветковых растений) // TREE. - 1998. - Vol. 76. - P. 730-739. 83. Hotta J., Osawa S. Asymmetry (Изучение асимметрии)1958, 15, p.85-94. 84. www.ecology.ru 85.www.ekologyprom.ru 86.www. ecoclub.nsu.ru 87.www.ecocom.ru 88. www.ecopages.ru 84 85
