Экологический мониторинг состояния атмосферного воздуха г.Владивостока методами биоиндикации по состоянию хвои

 

       Для проведения  исследовательской  работы  мы  использовали методику  описанную  

Полозовым Г.Ю., методистом МДЭБЦ, кандидатом биологических наук. Он считает, что  хвойные (голосеменные) деревья  чувствительны к загрязнению атмосферного воздуха отработанными выхлопами автомобилей, химических комбинатов и пр., особенно сернистому газу – SO₂. Кроме того, хвойные (сосна) чувствительны к радиационному фону. На загрязненность воздуха эти деревья  реагируют появлением хлорозов (пятен с измененной окраской) и некрозов (отмирания, усыхания) хвои. При дальнейшем негативном действии хвоинки буреют, засыхают и опадают – происходит  дефолиация  (опадание листвы/хвои). Чем старше возраст хвоинок, тем больше в них накапливается токсинов из воздуха и с тем большей вероятностью они повреждаются и опадают.

Появление хлорозов, некрозов и дефолиация служат количественными и качественными указателями на загрязнение атмосферы данного места. [3]

     При выполнении  работ  мы  руководствовались  логической схемой проведения  экологического мониторинга методами биоиндикации предложенной автором данной  методики [3]: 

 

1.      Выбор  участка для анализа

2.      Сбор материала

3.      Анализ собранного материала и составление базы данных.

4.      Анализ базы и предварительные выводы

 

1. Выбор участков для анализа с составлением карты района мониторинга.

 

 

 1.1       Мы выбрали места мониторинга, для оценки степени загрязненности в разных скверах  города   Владивостока.

1.2       Провели маршрутизацию – осмотрели  скверы, обращая внимание  на наличие и доступность объектов биоиндикации на участках. Отметили  в блокноте наличие объектов и их количество, примерный возраст, доступность.

1.3       С учетом полученной информации отметили на карте реальные места, на которых можно провести биоиндикацию, присваиваете  объектам и участкам номера. 

 

2.   Сбор материала  

 

В качестве материала мы рассматривали 4 вида деревьев  встречающихся  в выбранных скверах ели корейская, пихта цельнолистная, пихта белокорая, сосна обыкновенная.   По каждому виду составили  раздельные таблицы баз данных. 

При проведении исследований, мы:

1.     Изучали  экземпляры деревьев в возрасте примерно 8-15 лет.

2.     Отбирать пробу с каждого дерева  с трех веток,  на  каждой  ветке  рассматривали  по 2 участка  побегов прошлого года и по 1 участку побегов этого года.

3.      Пробы отбирали  с высоты 1-1,5 метров и по всей окружности кроны деревьев.

4.     Подсчет   иголок  вели непосредственно   на  деревьях, на  отрезках веточек   длиной  по 2 см,  фиксируя  информацию  на  заранее  заготовленных  таблицах.

5. На этих отрезках подсчитывали и записывали число хвоинок, бонитетные классы по хлорозам и некрозам, количество пустых мест прикрепления к побегу (без хвоинок).

6.     По возможности делали цифровое фото и описание места. В блокноте проставляли  соответствие номера снимка и номера дерева.

 

 

 3. Анализ собранного материала.

1. Анализируя  собранный  материал у нас получились  базы данных в виде  таблиц,  в которых подписи обозначают  номер  отрезка (части веточки).     

        номер дерева – 1. – первая цифра, 

        номер ветки  с этого дерева – 1.1. – вторая цифра,

        номер  отрезка - 1.1.1 – побеги первого года, 1.1.2 и 1.1.3 – побеги второго года

2. В верхнем ряду  таблицы цифрами обозначены  классы бонитета хвоинок, определяющиеся визуально, по соответствии с рис 2.
3. Затем составили суммарную таблицу бонитетных классов дерева.
4. Подсчет  бонитета  проводился по  формуле:

М= 0,61*1+0,35*2+0,04*3= 1,43 ± 0.04 

Умножая  долю иголок с  данным  бонитетом от  общей  суммы  иголок  на  этом  отрезке  на  класс  бонитета (первого класса – умножаем на один,  второго класса – умножаем  на два и т.д.)

5. На основании  полученных  данных  составили  диаграммы.
6. Сравнивая  диаграммы  мы  сделали  выводы.

 

       При дальнейшем повреждении хвоинок наблюдаем их засыхание и опадение – дефолиацию.  Для учета  дефолиации  подсчитываем  количество хвоинок на участке в 2 см и количество пустых  мест прикрепления  хвоинок. Складывая эти  цифры,   получаем  общее  число  хвоинок на отрезке. Общее  число хвоинок принимаем  за 100% и находим  долю  пустых  мест, там произошел сброс хвои (дефолиация). Общая дефолиация по первому или второму  году высчитывается по формуле:         

Р_дф= пустых мест прикрепления / общее число мест. [3] 

        Вся  информация  бала  занесена  в  таблицы в виде  базы  данных  первоначально  на  каждое  дерево.  Затем  были  созданы   сравнительные  таблицы, в которых   помещались данные  со  всех  скверов на  один  вид  деревьев. Это  позволило   сравнить  состояние  атмосферы  в  разных местах  города и выявить   наиболее и  наименее чистые  скверы. Сравнительные  таблицы,  в которых  помещались  данные  о разных  видах  деревьев,  но произрастающих  в  одном   сквере  позволили  выявить   наиболее  и наименее устойчивые  к антропогенным  факторам  и к условиям  нашего города. А так же  выявить  виды  наиболее  чувствительные  к   загрязнениям атмосферы, которые   лучшим  образом  подходят  для  биоиндикации. 

                  4. Анализ непредвиденные  исследования

Изучая степень  хлороза,  некроза  и дефолиации хвои деревьев  разного  вида  мы  обратили  внимание  на то, что  в сквере  Адмиралтейский в отличие от других скверов, на ветках встречаются  иголки  слегка  изогнуты. [см. Приложение. Фото 7,8 ] Данный  факт  можно принять, как «изменение формы хвои»,  одной из  возможных причин такого морфоза может быть  повышенный  уровень радиации  на  основании данных  предложенных  учеными   ИОГен РАН. [3] 

                      Индикация радиационного фона по сосне.

Работами ученых (ИОГен РАН) показано, что сосна весьма чувствительна к радиации. Она реагирует на повышенный радиационный фон изменением морфологической структуры как хвои, так и побегов. Отмечены следующие нарушения (морфозы): двойной прирост в течение года вегетации;  неравномерный рост хвои на побегах;  «метлообразные» побеги;  многопочечность (до 30 почек); появление «мятой» хвои;  изменение формы хвои;  гигантизм и карликовость побегов и хвои. 

 

3.  Анализ  результатов исследования

     Для  проведения  обобщающего  анализа  сопоставим  полученные  данные  сведя  их  в  единую  таблицу.  Для  этого   присвоим   наименьший порядковый  номер тем   скверам  в которых  высокие  показатели  негативного  влияния  окружающей  среды. Наибольшее  значение получат  те  скверы,  в которых   негативное  влияние среды наименьшее.   Сравним  результаты  по  степени  хлороза. [Таблица 27]

Расположим скверы по степени  загрязнения  атмосферы  в порядке  уменьшения:

1. Муравьева-Амурского,
2. Адмиралтейский
3. Сквер им. Суханова, сквер Театральный
4. Ул.Фонтанная
5. Ул.Береговая
6. Сквер почётных граждан города Владивостока.
7. Ботанический  сад

       Таким   образом,  по  результатам наших исследований  в ходе  обобщения по степени хлороза можно сделать вывод,  что наиболее  загрязненные  скверы: Муравьева Амурского, Адмиралтейский.     Наиболее  чистым местом  в городе  Владивостоке  является  ботанический  сад.

        Результаты  исследований  в сквере  Почетных  граждан города Владивостока  показали, что  в глубине   сквера  воздух  чище, чем у  дороги. Это подтверждают нашу гипотезу,  что дороги  города  являются  источниками загрязнения атмосферы и хвойные действительно могут   создавать благоприятный микроклимат вокруг себя,  очищая воздух.  Подобное  явление мы  наблюдали и в сквере  Муравьева-Амурского - сосна,  стоящая со стороны дороги имеет 100% хлороз 3 степени, т.е. все  иголки  желтые.  Сосна, стоящая за  ней – результаты  который видны на этой  таблице поражена  хлорозом  в меньшей степени. [см. Фото 9] Ветки этой  сосны,   исследуемые нами  со  стороны сквера  имеют меньшее поражение,  чем ветки этой же сосны со стороны дороги.

     Сравним результаты по степени  некроза, расположим скверы по степени  загрязнения  атмосферы  в порядке уменьшения:

1. Театральный
2. Фонтанная
3. Сквер почетных граждан  (у здания)
4. Ботанический  сад
5. Адмиралтейский
6. Муравьева- Амурского

       Обобщая  мы получаем  результат,  что   наиболее  некрозам  поражены  деревья:  в сквере Театральном,  по ул. Фонтанная и в сквере  Почетных граждан города Владивостока.  И на ул.Фонтанная и в сквере  почетных граждан  деревья   стоят  вблизи  зданий. На сновании  чего мы приходим к выводу,  что  некрозу  более  подвержена  хвоя  на  деревьях, которые   стоят  близко к зданию  и  на ветках  деревьев  со стороны   зданий.  На  основании этого   мы  сделали  вывод,  что   некроз хвои является  результатом   комплекса  факторов  не только  загрязнения  атмосферы, но  и  состояние  почвы (это  может быть сухая почва, повышенные  температуры  почвы летом) , а  так же наличие  рядом   стены здания.

Поэтому  по  некрозу  можно  судить  не  столько о  чистоте  воздуха,  сколько  о  состоянии  и самочувствии самих деревьев.  Таким образом, мы выявили, что чем ближе находятся  деревья к зданиям, тем хуже  они себя  чувствуют.   Это необходимо учитывать при планировании  посадки  хвойных  деревьев    с  целью  озеленения  города и придомовых территорий.

Наиболее  благоприятные  условия  для хвойных  деревьев с точки зрения  расположения  зданий  сложились   в  сквере им. Суханова [см. Фото1],  сквере на  ул. Береговой [см. Фото 3] – отсутствует   хвоя подверженная  некрозу.

 

Сравним  полученные  результаты на  основании  степени дефолиации (сброс хвои) [Таблица 29], расположим скверы по степени  загрязнения  атмосферы  в порядке уменьшения на основании разной степени дефолиации хвои:

1. Сквер Театральный
2. Сквер Адмиралтейский
3. Ботанический сад
4. Сквер Муравьева-Амурского,  Почетных граждан у здания
5. Ул.Фонтанная
6. Сквер Почетных  граждан (у дороги)
7. Сквер им. Суханова, сквер по ул.Береговая

      Анализирую  полученные  результаты  в ходе исследования  можно  заметить, что  сосна наиболее  чувствительна  к  антропогенному воздействию и активнее  других  сбрасывает  хвою в ответ на  неблагоприятные  изменения среды.  Хвоя  второго года  всех  видов деревьев  более подвержена  дефолиации, чем  хвоя  первого года.  Это скорее  всего  потому что дефолиация – происходит  в следствии  длительного  воздействия  негативного  фактора.  В таком  случае  степень  дефолиации  хвои  можно использовать   для  определения   времени  влияния  негативного  фактора.  Так  мы обнаружили  на побегах 3, 4 года  полное  отсутствие  хвои (100% дефолиации). Эти  побеги не  учитывались  нами  при  составлении  сравнительных  таблиц. Но хотим  отметить,  что  наибольшее  количество  побегов  со 100%-ной  дефолиацией  на  деревьях  в сквере  Почетных  граждан (у дороги)  и  на ул.  Фонтанная  все эти  деревья  находятся  не далее  10 метров  от  дороги.  В ботаническом  саду Ель  корейская  со стороны  дороги,  так же  имеет  большое количество  веток  со  100%-ной  дефолиацией,  со стороны  сада  таких  веток  мы не обнаружили   ни одной.  Из выше сказанного  следует,  что  наиболее  сильным  негативным  фактором влияющим на  состояние  хвойных  пород  являются  дороги.

     Таким образом,  степень дефолиации нам показала  наиболее  загрязнённые  места в городе  Владивостоке  находятся вблизи    дорог особенно  по ул. Фонтанная, в районе сквера  почетных  граждан города Владивостока  вблизи  Океанского проспекта, в сквере Адмиралтейский.  Близость  ботанического сада  к основной трассе,  делает  его таким же  загрязненным  как и скверы  в центре  города.  Отдыхая в ботаническом  саду  необходимо  помнить об этом  и стараться уходить дальше  от  дороги.  Перемещаясь по  нашему  городу  пешком  необходимо   держаться подальше  от  дороги и выбирать такой маршрут,  где есть зелёное ограждение между дорогой и тротуаром.  Хотелось, что бы в нашем городе  таких мест  становилось всё больше.

       Анализируя  таблицу 18, мы  сравнили  результаты,  полученные  при  исследовании  сквера Адмиралтейского, который  находится  в центре города и результаты,  полученные  при исследовании  растений, находящихся  в  ботаническом  саду.   Сравнивая  диаграммы можно  заметить,  что  чувствительность к негативным  факторам  окружающей  среды  у  разных видов  растений  в  разных  местах  проявляется  одинаково. Так  наиболее  чувствительным, т.е. наименее устойчивым,  видом  к загрязнению  атмосферы  является в обоих  местах – ель корейская.   По мере увеличения  устойчивости  к антропогенному  загрязнению атмосферы виды  распределились  следующим образом:

1. Ель корейская
2. Пихта цельнолистная
3. Представители рода сосны (сосна обыкновенная и сосна корейская)
4. Пихта белокорая

        Таким   образом  наиболее  чувствительным  оказался  вид  - ель корейская,  наиболее  устойчивым  к  антропогенному  загрязнению  атмосферы – вид  пихта  белокорая.

      Склонность  к  некрозам  и дефолиации  в  большей  степени  в   обоих  местах проявлялась   у пихты  цельнолистной и  сосны обыкновенной, в то время   как  ель корейская,  и пихта   белокорая  сохраняли  свои  иголки.  Деревья  чувствительных  пород  имели не одну  ветку   со стопроцентных  некрозом  и дефолиации, и выглядели   не  декоративно.  Деревья  вида   ели корейской,  не смотря  на  высокую  степень  хлороза   сохранили  свою  хвою  и  выглядели   более  декоративно,  по сравнению  с  другими хвойными, произрастающими по близости.  Таким образом,  каждый  вид хвойных растений  Приморского  края имеет  определённую  чувствительность к разным  факторам окружающей среды  и  выполняет свою  функцию  в поддержании  экологического   состояния  микроклимата города. В связи с этим  необходимо  высаживать  в городе  разнообразные виды  с учетом  их  чувствительности.  Вблизи  дорог - ель корейскую и пихту белокорую,  в глубине скверов сосны и пихту цельнолистную.  Для сохранения  деревьев  необходимо  увеличивать их  количество на улицах города и в скверах.  Одиночно стоящие деревья оказывались более подвержены  некрозам и дефолиации,  чем деревья,  стоящие в группах.