Биопедоценозы города Новосибирска и их экологическая оптимизация

Размещено на http://www.allbest.ru/

16

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Биопедоценозы города Новосибирска и их экологическая оптимизация

03.02.08 - Экология

Жигулина Юлия Александровна

Новосибирск 2011

Работа выполнена в ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет.

Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Наплекова Надежда Николаевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Незавитин Анатолий Григорьевич

доктор сельскохозяйственных наук, доцент Пасько Ольга Анатольевна

Ведущая организация - ФГОУ ВПО Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт

Защита состоится «___»________________2011 г. в ____часов на заседании диссертационного совета Д 220.048.03 при ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет по адресу: 630039, г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160.

Тел., факс (383) 264 29 34

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет и на сайте: www.nsau.edu.ru

Автореферат разослан «_____»_______________2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Маренков В.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Россия играет ключевую роль в поддержании глобальных функций биосферы, так как на ее обширных территориях, занятых различными природными экосистемами, представлена значительная часть биоразнообразия Земли. Масштабы природно-ресурсного, интеллектуального и экономического потенциала Российской Федерации обусловливают важную роль России в решении глобальных и региональных экологических проблем.

Наша страна относится к странам мира со сложной экологической ситуацией, где загрязнение природной среды достигло больших размеров. В интегративном поле человеческого воздействия на природную среду большую часть занимают города, их стремительный рост составляет одну из характерных особенностей современной эпохи. Урбанизация - исторический процесс повышения роли городов в жизни общества, связанный с концентрацией и интенсификацией промышленной деятельности в них. Она сопровождается неуклонным увеличением городского населения и сосредоточением на сравнительно небольших территориях значительного природного потенциала общества. Развитие городов, являющееся объективным и необратимым следствием научно-технического прогресса, приводит к глубоким изменениям городской природной среды.

Для столь крупного мегаполиса как Новосибирск экологические проблемы, характерные и для других городов, стоят особенно остро.

Под влиянием антропогенной нагрузки все компоненты среды в городе претерпевают неизбежные изменения: меняются рельеф, климат, в частности, трансформируются биологические ресурсы (почва, растительность, мезофауна, почвенные микроорганизмы). Их изменение происходит не только в промышленной зоне, но и на селитебных и даже рекреационных территориях, что непосредственно влияет на условия жизни растений, животных и человека. Поэтому вопросы трансформации биологических ресурсов города, специфики их загрязнения и экологической оптимизации обладают социально-экологической значимостью и актуальностью.

Цель исследования - провести комплексное изучение состояния биопедоценозов в различных функциональных зонах (промышленной, селитебной, рекреационной). Выявить механизмы воздействия антропогенных загрязнителей на городские биоценозы и определить пути экологической оптимизации.

В задачи исследования входило:

1. Изучение морфологии, водно-физических и физико-химических свойств почв в разных функциональных зонах городской территории.

2. Определение видового состава растительности экспериментальных участков, обилия, проективного покрытия и некоторых индикационных свойств растений.

3. Оценка состояния древесных насаждений (жизненность, облиственность и степень пораженности листа).

4. Определение содержания тяжелых металлов в почве, в зольном остатке растительности (трава и листья деревьев).

5. Определение численности микроорганизмов в почвах, их видового состава и биологической активности почв.

6. Изучение мезофауны экспериментальных участков (видового разнообразия, плотности, биомассы) в зависимости от степени антропогенного воздействия.

7. Определение путей экологической оптимизации для снижения уровня загрязнения городской среды.

Научная новизна. Выявлены особенности накопления тяжелых металлов в почве, растительности различных функциональных зон г. Новосибирска и их влияние на формирование микробиологических ценозов и мезофауну.

Предложен комплексный коэффициент экологического состояния (КЭС) функциональной зоны, позволяющий оценить уровень загрязнения окружающей среды.

Практическая значимость. Результаты обследования древесных насаждений переданы в Главное управление благоустройства и озеленения мэрии г. Новосибирска. Материал принят для использования в разработке концепции развития озеленения мегаполисов.

Результаты исследования содержания тяжелых металлов в почвах города переданы в Западно-Сибирский центр мониторинга окружающей среды и приняты к использованию в обзорах и докладах по загрязнению почв токсикантами промышленного происхождения.

Результаты также могут быть использованы при оценке состояния и прогноза тенденций развития биопедоценозов г. Новосибирска.

Апробация. Материалы диссертационной работы представлены на: II Всероссийской научно-технической Интернет-конференции «Современные проблемы экологии и безопасности» (Тула, 2006); VII Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2007); III Всероссийской научно-технической Интернет-конференции «Современные проблемы экологии и безопасности» (Тула, 2007); Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологии» (Тула, 2008); XI Международной научно-практической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (Пенза, 2009); Всероссийской научно-технической конференции «Экология: образование и здоровый образ жизни» (Тула, 2009); Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологии» (Тула, 2010).

Положения, выносимые на защиту:

1. Среда обитания г. Новосибирска подвержена техногенной трансформации, что подтверждается комплексом показателей, характеризующих состояния почвы, растительности, мезофауны и микробных ценозов.

2. Уровни загрязнения почвы, растительности функциональных зон тяжелыми металлами существенно отличаются от фоновых значений. Наиболее загрязнены участки промышленной зоны, где приоритетными загрязнителями являются Ti, Bi, Cu, Sn, Zn, Sr.

3. Коэффициент экологического состояния (КЭС), рассчитанный для функциональных зон, характеризующий качество атмосферного воздуха, воды, техногенную нагрузку на почву, позволяет оценить степень экологического неблагополучия. Наибольшая экологическая напряженность характерна для участков промышленной зоны. На основе рассчитанного КЭС даны предложения по озеленению промышленных, селитебных и рекреационных территорий.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 1 работа - в издании, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста; состоит из введения, четырех глав, выводов, предложений, библиографического списка, приложений. Работа иллюстрирована 33 таблицами, 4 рисунками. Библиографический список содержит 121 источник литературы, в том числе 6 зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Современное состояние биопедоценозов урбанизированных территорий

В главе проведен анализ литературы российских и зарубежных авторов, работающих над проблемой формирования в городах урбаноэкосистемы, характеризующейся появлением искусственных природно-антропогенных комплексов.

Проанализированы систематика городских почв, изменения их водно-физических, физико-химических свойств и загрязнения тяжелыми металлами. Приведены данные по зооценозу и микробиологическому состоянию почв. Изложено состояние фитоценозов урбанизированных территорий, их загрязнение тяжелыми металлами.

2. Объекты и методы исследования

В главе описаны климат Новосибирска, особенности почвенного покрова, дан анализ состояния зеленого фонда: его площадь, структура, размещение и обеспеченность озелененными территориями.

Атмосферу города загрязняют предприятия топливно-энергетического комплекса, строительных материалов, черной и цветной металлургии, радиоэлектронной, машиностроительной, химической, легкой и пищевой промышленности, а также автомобильный, железнодорожный и авиатранспорт.

Предприятия расположены по всей территории города большими комплексами и выбрасывают в атмосферу вредные вещества, по которым среднегодовые концентрации превышают ПДК ( формальдегид, бенз(а)пирен, диоксид азота, аммиак, фенол, фтористые газообразные соединения и сероводород).

На протяжении нескольких последних лет Новосибирск не входит в список городов Российской Федерации с наибольшим уровнем загрязнения воздуха. Значения индекса загрязнения атмосферы (ИЗА₅) за прошедшие годы заметно менялись: от 24,45 (очень высокий уровень загрязнения атмосферы) в 1992 г. до 7, 69 (повышенный уровень загрязнения) в 1998 г. За период с 1999 по 2006 г. качество атмосферного воздуха в городе существенно не изменялось (значения ИЗА5 составляли 9,7-13,03), что соответствует высокому уровню загрязнения атмосферы. В 2007 г. значение ИЗА5 составило 8,8.

Исследования по загрязнению почв токсикантами промышленного происхождения на трех площадках, проведенные Западно-Сибирским УГМС, показали, что содержание тяжелых металлов в почвенных образцах не превышает фоновых значений (исключение Pb).

С целью изучения биопедоценозов города выбраны экспериментальные участки в разных функциональных зонах (промышленной, селитебной, рекреационной), с которых отбирались пробы почвы и растительности. Исследования свойств почвы выполнены стандартными методами, принятыми в почвоведении; содержание тяжелых металлов в почве определено атомно-эмиссионным спектрографическим методом с дуговым аргоновым двухструйным плазмотроном; содержание тяжелых металлов в растительности получено методом атомно-абсорбционного спектрального анализа. Исследования проб проведены в Институте почвоведения и агрохимии СО РАН. Погрешность определения (относительное стандартное отклонение) не превышала 3%.

Мезо- и макрофауну определяли методом ручного разбора и с помощью ловушек Барбера с фиксирующей жидкостью (3%-й раствор формалина).

Микробные ценозы городских почв определяли по содержанию целлюлозоразрушающих (среда Гетчинсона) и азотфиксирующих микроорганизмов (среда Эшби); по численности микроскопических грибов (среда Чапека), микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота (КАА) и аммонифицирующих микроорганизмов (МПА), а также по биологической активности почв в естественной обстановке (по разложению целлюлозы).

Исследования проводились в период с 2006 по 2009 гг.

Материалы исследования статистически обрабатывались с помощью программы Microsoft Excel.

3. Состояние биопедоценозов г. Новосибирска

3.1. Исследование почв

Почвенные разрезы были заложены на 6 участках (по 2 в каждой зоне). Почвы представлены типами естественных зональных: черноземами, серыми лесными. В результате активной антропогенной деятельности почвы города видоизменены, существенное место в профилях почв занимают перерытые и насыпные грунты, уменьшена по сравнению с природными аналогами толщина гумусного слоя, реакция почвы сместилась в сторону слабощелочной и нейтральной. Из 6 участков только 3, расположенные в рекреационных и селитебной зонах, имеют ненарушенные генетические горизонты. Изучение водно-физических и физико-химических свойств показало, что наименьшая плотность почвы, наибольшие скважность и содержание гумуса выявлены на участках рекреационных зон.

Исследовали содержание тяжелых металлов (ТМ) в пробах почвы экспериментальных участков. Отбор проб проводили методом «конверта», масса объединенной пробы была не менее 1 кг. Уровень загрязнения почв оценивали с помощью суммарного коэффициента накопления тяжелых металлов в почве (Zc) по формуле Zc=? Кс -(n-1), где Kc - коэффициент накопления металлов в почве, равный отношению K/Kф (K,Kф - соответственно действительная и фоновая концентрации); n - число металлов, у которых Kc>1.

Оценка степени загрязнения почвы химическими веществами по значению суммарного коэффициента Zc принималась, таким образом: при Zc<2 - допустимая, при Zc от 2 до 8 - слабая, при Zc от 8до 32 -средняя, при Zc от 32 до 64 - сильная и при Zc>64 - очень сильная.

В таблице 1 показана степень загрязнения почвы тяжелыми металлами в различных функциональных зонах.

Таблица 1. Загрязнение почвы тяжелыми металлами в разных функциональных зонах г. Новосибирска

Зона	Местораспо-ложение	Металлы загрязнители	Уровень накопления ТМ	Степень загрязнения
Селитебная	Участок №9 ул. Б.Хмельницкого	Ba, Co, Cr, Ga, Ni, Sn, Ti	Zc =5,13	Слабая
	Участок №11 пос. Лесной авиации	Cr, Ga, La, Mn, Pb, Sn, Ti, V	Zc=4,23	Слабая
Рекреационная	Участок №13 Бугринская роща	As, B, Ba, Co, Ga, La, Mn, Mo, Pb, Sn, Ti	Zc=43,5	Сильная
	Участок №12 Дендрарий	Ba, Ga, La, Mo, Nb, Pb, Sn, Sr, Ti, Yb	Zc=9,54	Средняя
Промышленная	Участок № 6 ул. Аникина	Ni, Sn, Ti, Zn, As, Ba, Bi, Co, Cr, Cu, Ga, Pb	Zc=113,05	Очень сильная
	Участок №5 ул. Большая	Ba, Ga, Mn, Nb, Sr	Zc=9,76	Средняя

По степени загрязненности тяжелыми металлами функциональные зоны распределились следующим образом: селитебная зона имеет слабое загрязнение (Zc изменяется от 4,23 до 5,13); рекреационная - от средней (Zc = 9,54) до сильной (Zc = 43,5); промышленная - от средней (Zc = 9,76) до очень сильной (Zc = 113,05).

Содержание ТМ зависит от свойств почвы: рН почвы, механического состава и содержания гумуса. Почвы малогумусные, с щелочной реакцией, песчаные и супесчаные имеют низкое содержание тяжелых металлов; почвы суглинистые обладают большей удерживающей способностью по отношению к тяжелыми металлам.

3.2. Исследование фитоценозов

В связи с высокой антропогенной нагрузкой на природные компоненты городской среды чрезвычайно актуально исследование особенностей формирования растительности на территории города.

Видовой состав, обилие, проективное покрытие растений изучали на 14 участках, расположенных в промышленных, селитебных и рекреационных зонах. Большое видовое разнообразие (20 и более видов) характерно для рекреационных и селитебных зон (участки №9, 12, 13 - природные лесные, достаточно плодородные, не подверженные вытаптыванию). В промзонах видовое разнообразие меньше. Всего выявлено 80 видов растений, из которых 22 имели встречаемость от 50 до 100%. Наибольшее обилие и проективное покрытие принадлежат участкам с большим видовым разнообразием, т.е. рекреационным и селитебным зонам, минимальное - участкам промзоны.

Установлены растения-индикаторы дерновых почв (клевер луговой, клевер ползучий, костер безостый, мышиный горошек и др.), плодородия почв (крапива двудомная, земляника, иван-чай, кровохлебка, пижма обыкновенная и др.) и реакции почвенной среды, для чего использовались экологические шкалы. Экспериментально определенные значения pH почвы участков соответствовали реакции среды, установленной растениями-индикаторами.

Проведен анализ качества древесных насаждений на 12 улицах - транспортных магистралях, прилегающих к экспериментальным участкам. По методике Фролова выполнена оценка качества насаждений (ОКН). Всего обследовано 6635 деревьев, представленных 17 видами, наиболее распространены тополь, клен, береза. Плохое качество имеют 5506 деревьев, это объясняется загрязнением почвы тяжелыми металлами и различными антропогенными факторами.

В различных функциональных зонах были отобраны образцы растений (трава, листья тополя и березы). В зольном остатке проб определено содержание тяжелых металлов. Для характеристики степени загрязнения растений использован коэффициент обогащения травы (К об.тр.) и коэффициент обогащения листьев деревьев (К об.лист.), которые определены через отношение содержания тяжелых металлов в растениях к фоновому содержанию.

Наиболее информативным для характеристики загрязнения растений участка является СПК - суммарный показатель концентрации, который рассчитывается по формулам:

СПК тр.= ? К об.тр. ; СПК лист. = ? К об. лист.

В таблице 2 приведены значения СПК для травы и листьев деревьев на участках.

Таблица 2. Суммарные показатели концентрации ТМ в растительности

Месторасположение	СПК травы	СПК листьев	Zc	Механический состав почвы
Промышленная зона
Уч. № 5, ул. Большая, ТЭЦ-3	10.98	14,01	11,9 (среднее загрязнение)	Песчано-гравийный
Уч.№ 6, ул. Аникина	9,61	4,03	123,05 (очень сильное)	Суглинистый
Селитебная зона
Уч.№ 9, ул. Б.Хмельницкого	4,95	-	5,13 (слабое)	Супесчаный
Рекреационная зона
Уч.№ 12, Дендрарий	9,91	13,02	9,54 (среднее)	Легко-суглинистый
Уч.№ 13, Бугринская роща	5,83	6,66	43,50 (сильное)	Глинистый

Содержание подвижных форм тяжелых металлов, доступных растениям, снижается в ряду: супесь - песок - легкий суглинок - средний суглинок - тяжелый суглинок. В суглинистых почвах присутствует гумус, гумусные кислоты связывают тяжелые металлы в комплексные соединения, недоступные растениям. В песчаных почвах содержание гумуса невелико, поэтому подвижные формы тяжелых металлов доступны растениям. На участке № 5 - с песчаной почвой, гумус отсутствует, загрязнение ТМ среднее, СПК изменяется от 10,98 до 14,01, ТМ доступны растениям. На участоке № 6 - почва суглинистая, загрязнена сильно, гумус составляет 5,46%, СПК изменяется от 9,61 до 4,03, по-видимому, ТМ становятся недоступны растениям, так как их подвижные формы связывают гумусные кислоты.

3.3. Биологические свойства городских почв

Исследования по изучению мезофауны и микробных ценозов проводили на участках промышленной, селитебной и рекреационной зон. Мезофауну отбирали на каждом участке методом ручного разбора и ловушками Барбера с фиксирующей жидкостью. Ручной разбор проводили в квадратах размером 55Ч55 см в пяти повторностях до глубины встречаемости (до 30 см). Наиболее массовыми на участках были муравьи (Lasius niger) и черви дождевые (Eusenia fetida), в Дендрарии к ним добавились многоножки (Geophilus longicornis).

По результатам отборов определено видовое разнообразие, подсчитана плотность мезофауны, а также биомасса (табл.3). Биомассу определяли прямым взвешиванием с учетом наружной и внутренней влаги.

Таблица 3. Плотность и биомасса мезофауны на экспериментальных участках функциональных зон.

Номер участка	Адрес	Функциональная зона	Плотность, экз/мІ	Биомасса, г/мІ
6	Ул. Аникина	Промышленная	11±1,50	0,19±0,01
5	Ул. Большая	Промышленная	29±1,02	0,24±0,02
9	Ул. Б. Хмельницкого	Селитебная	32±0,61	0,56±0,05
11	Пос. Лесной авиации	Селитебная	30±1,53	0,49±0,06
12	Дендрарий	Рекреационная	78±2,04	2,45±0,30
13	Бугринская роща	Рекреационная	51±0,77	1,8±0,20

Обработка экспериментальных данных показала, что минимальная биомасса мезофауны наблюдалась на участках промышленной зоны (№6 - 0,19 г/мІ, № 5 - 0,24г/мІ). Данный показатель почти в два раза повышался на участках селитебной зоны (№ 9 - 0,56 г/мІ, № 11- 0,49 г/мІ), а максимального значения достигал в рекреационной зоне (№12 - 2,45 г/мІ и №13 - 1,8 г/мІ).

Аналогичное распределение наблюдалось и для плотности мезофауны: минимальное для промзоны (участок №6 - 11экз/мІ, №5 - 29 экз/мІ); среднее - для селитебной (участок №9 - 32 экз/мІ, №11 - 30 экз/мІ); максимальное - для рекреационной (участок №12 - 78 экз/мІ, №13 - 51 экз/мІ).

Видовое разнообразие по участкам было невелико (от 2 до 8 видов). По количеству беспозвоночных самая малонаселенная -промзона (15 экз. на участке №6, 44 экз. на участке №5), за ней следует селитебная (48 экз. на участке №9, 45 экз. на участке №11), наиболее населена рекреационная зона (117 экз. на участке №12 и 76 экз. на участке № 13).

Общая численность аммонифицирующих микроорганизмов, разрушающих белки, была наибольшей на участке Бугринской рощи и на участке по ул. Аникина (табл.4). На остальных участках численность изменялась мало (от 0,30 до 0,53 КОЕ млн/г). Методом дисперсионного анализа установлено высокое влияние места взятия пробы на численность микроорганизмов (Р<0,001). По видовому составу: на всех участках в преобладающем количестве присутствовал Bac. megaterium, на некоторых участках в небольших количествах обнаружены виды: Bac. cereus, Bac. virgules, Bac. subtilis, Bac. mycodies, Bac. idosus. Каждому виду почв свойственен характерный набор преобладающих бацилл. Bac. megaterium доминирует в почвах с переработанным органическим веществом ( Бугринская роща и ул.Аникина).

Таблица 4. Аммонифицирующие микроорганизмы почвы

Место взятия пробы	Всего КОЕ, млн/г почвы	Виды бацилл
Уч. № 13, Бугринская роща	3,33± 0,017	Bacillus cereus Bac. virgulus Bac. megaterium
Уч.№12, Дендрарий	0,40±0,034	Bac. megaterium Bac.subtilis Bac. mycodies
Уч.№6, ул. Аникина	1,00± 0,015	Bac. megaterium
Уч.№5, ул. Большая	0,53±0,005	Bac. megaterium Bac.subtilis
Уч.№ 11, пос. Лесной авиации	0,30±0,031	Bac. megaterium Bac.subtilis Bac. mycodies
Уч.№9, ул. Б. Хмельницкого	0,53±0,027	Bac. megaterium Bac. idosus

Сопоставляя численность аммонифицирующих микроорганизмов в почве участков в Бугринской роще и селитебной зоны (Лесной авиации, Б.Хмельницкого), можно увидеть ее заметное увеличение ( в 6-10 раз) в рекреационной зоне. Это объясняется тем, что на участках рекреационной зоны присутствует большое количество растительных остатков, необходимых для питания микроорганизмов.

Численность аммонификаторов в почвах промышленной (ул. Аникина) и рекреационной (Бугринская роща) зоны, подверженной воздействию антропогенного загрязнения, заметно увеличина за счет преобладания бацилл, споры которых устойчивы к загрязнению. Это подтверждают результаты многочисленных исследований о сильном влиянии промышленного загрязнения почв на важнейший фактор трансформации органического вещества - почвенные организмы, биологическую активность почв (численность, видовой состав, биомассу микроорганизмов, активность азотфиксации, нитрификационную способность почвы и т.д.).

В загрязненной рекреационной зоне (Бугринская роща) численность бактерий, усваивающих минеральные формы азота, была в 1,41 раза ниже, чем в такой же, но экологически более чистой рекреационной зоне (Дендрарий) (P<0,001).

При сравнении промышленной зоны (ул. Большая) и селитебной (пос. Лесной авиации) видно, что в селитебной зоне численность бактерии в 1,45 раза больше (P<0,001), чем в промышленной.

Что касается актиномицетов, то при сравнении участков рекреационных зон наблюдается похожее распределение: численность актиномицетов в Бугринской роще в 1,78 раза ниже, чем в Дендрарии (P<0,001). На участке промышленной зоны (ул. Большая) их численность в 2,11 раза ниже, чем в селитебной (пос. Лесной авиации).

Численность грибов по участкам различается незначительно.

Азотфиксирующие микроорганизмы представлены аэробами: азотобактером и олигонитрофилами. Олигонитрофилы на всех участках составляют 100%. Азотобактер наиболее активно развивается на участках по ул. Большой и Б. Хмельницкого, далее следуют Дендрарий и Бугринская роща. Азотобактеру для роста необходимы фосфор и кальций, а для усвоения азота - молибден. Все эти микроэлементы на перечисленных участках имеются в необходимых количествах. В пос. Лесной авиации количество азотобактера невелико ( в 3,8-5,3 раза меньше, чем в рекреационной зоне и в 2,5-6,3 раза меньше, чем в промышленной зоне (P<0,001)), что связано либо с недостатком доступного органического вещества для его развития, либо с высоким содержанием доступного азота в почве.

Содержание азотфиксирующих микроорганизмов в почве показано в табл.5

городской биоценоз экологический

Таблица 5. Азотфиксирующие микроорганизмы, %

Место взятия пробы	Азотобактер	Олигонитрофилы
Уч. № 13, Бугринская роща	45,00±0,58	100
Уч.№12, Дендрарий	61,66±0,33	100
Уч.№6, ул. Аникина	30,00±1,15	100
Уч.№5, ул. Большая	73,33±0,96	100
Уч. №11, пос. Лесной авиации	11,60±0,23	100
Уч.№9, ул. Б. Хмельницкого	96,66±0,58	100

На участках рекреационной зоны содержание азотбактера колебалось от 45 до 66%, а промышленной - от 30 до 73%. Такие различия можно объяснить микрозональностью сложения почв, наличием каменистости, строительного мусора в почве.

Микроскопические грибы на всех участках представлены в основном двумя родами: Aspergillus и Penicillium. В Бугринской роще и пос. Лесной авиации в незначительных количествах встречается Mucor (показатель разложения свежих растительных остатков) и Chaetomium.

Максимальная численность грибов отмечена на ул. Аникина: 25,66 тыс. КОЕ/г почвы, из них 24 тыс. КОЕ/г почвы составляют грибы рода Aspergillus и небольшую долю по численности занимает триходерма. Это в 1,71-2,65 раза больше, чем на участках рекреационной зоны, и в 1,75-3,66 раза выше, чем на участках селитебной зоны (P<0,0001). Для роста и развития Aspergillus необходима высокая концентрация солей в почве. Поскольку грибы сахаролитические, то интенсивность их развития связана с наличием свежих растительных остатков. Также исследование физико-химических свойств почвы показало, что участок по ул. Аникина имеет повышенное содержание обменных катионов, что и создает благоприятные условия для грибов рода Aspergillus. Толерантность грибов в рекреационной зоне выражена слабее по сравнению с селитебной и промышленной, соответственно в 1,5; 2 и 3 раза, что, вероятно, связано с более высоким уровнем загрязнения в промышленной зоне.

В расщеплении целлюлозы принимают участие миксобактерии (цитофага оранжевая и спороцитофага) и грибы ( Chaetomium globosum, Penicillium glaucum , Trichoderma viridis, Dematium pullulans ). На всех участках присутствуют цитофага оранжевая и спороцитофага. Бактерии Cytophaga и Sporocytophaga требовательны к среде и в большом количестве встречаются в удобренных почвах, поэтому их много на участках в Бугринской роще, Лесной авиации, Дендрарии. Грибы распределились таким образом: Penicillium присутствует на всех участках; Dematium, Trichoderma, Chaetomium на участках Лесной авиации, Бугринской рощи и в Дендрарии вытеснены, по-видимому, видом Cytophaga. На участках по ул. Аникина, Большая, Б. Хмельницкого эти виды присутствуют в небольших количествах.

Сопоставление по функциональным зонам показало увеличение численности доминирующих грибов рода Penicillium в рекреационной зоне и ее снижение в селитебной( в 1,92-6,66 раза, P<0,001) и промышленной зонах (в 1,04-2,13 раза, P<0,001).

По результатам обработки экспериментальных данных по численности микроорганизмов можно сделать выводы: состав и численность микроорганизмов связаны не столько с функциональным зонированием территории, сколько с фактическим уровнем загрязнения участка. В почвах рекреационных и селитебных зон разнообразие микроорганизмов обычно выше, чем в промышленных. Но и в одной и той же функциональной зоне в зависимости от степени загрязнения могут встречаться участки, сильно различающиеся по численности и видовому разнообразию микроорганизмов.

4. Экологическая оптимизация и рациональное использование природных ресурсов

Экологическое состояние биопедоценозов зависит от загрязняющих окружающую среду факторов. В первую очередь, необходимо оценить уровни загрязнения атмосферного воздуха, питьевых вод, почвенного покрова. Качество атмосферного воздуха зоны определялось коэффициентом загрязнения атмосферы Катм по материалам НЦМС; качество питьевой воды - коэффициентом Квод по информации МУП «Горводоканал»; качество почвенного покрова - коэффициентом Zc, полученным в данной работе. С помощью данных коэффициентов получен комплексный коэффициент экологического состояния (КЭС) функциональной зоны, вычисленный по формуле КЭС=(Катм+Квод+Zc)/3; его значения представлены в таблице 6.

Таблица 6. Коэффициенты загрязненности окружающей среды.

Участок	Коэффициент
	загрязнения атмосферного воздуха, Катм	качества воды, Квод	накопления тяжелых металлов в почве, Zc	экологического состояния участка
1	2	3	4	5
Промышленная зона
Уч.№5, ул. Большая, ТЭЦ-3	-	3,72	11,9	7,81*
Уч.№6, ул. Аникина	6,29	3,72	123,05	44,35
Селитебная зона
Уч.№9, ул.Б. Хмельницкого	5,33	3,72	5,!3	4,73
Уч.№11, пос. Лесной авиации	5,!5	3,72	4,23	4,37
Рекреационная зона
Уч.№12, Дендрарий	5,15	3,72	9,54	6,14
Уч.№13, Бугринская роща	6,29	3,72	43,50	17,84

Для участков селитебной зоны КЭС изменяется в интервале от 4,37 до 4,73, для рекреационной - от 6,14 до 17,84; для промышленной - от 7,81 до 44,35. Для участков, находящихся в зоне выбросов промышленных предприятий, независимо от функциональной принадлежности, значения КЭС максимальны, например, участок №13, относящийся к рекреационной зоне, имеет КЭС, равный 17,84.

Управление качеством среды обитания за счет разработки и совершенствования инженерно-технических средств ее защиты, относится к долговременным мероприятиям и требует больших капитальных вложений, поэтому в настоящее время большую роль играет санитарно-экологическая эффективность зеленых насаждений, их сохранение и воспроизводство. Учитывая санитарно-экологическую эффективность насаждений для селитебных и рекреационных зон, рекомендуется использовать растения с фитонцидными свойствами, очищающие воздух от органических примесей и ионизирующие его. Для озеленения промышленных территорий рекомендуется использовать древесные растения, пригодные для разных по уровню загрязнения зон.

Выводы

1. Исследования физико-химических свойств почв и их морфологическая характеристика показали, что почвы участков г. Новосибирска - антропогенно измененные с нарушенными генетическими горизонтами. Почвы рекреационной и селитебной зон обладают более высокими технологическими показателями, чем промышленной. В результате антропогенного воздействия реакция почвы изменяется от слабощелочной до нейтральной, что выявлено как опытным путем, так и с помощью экологических шкал растений-индикаторов.

2. Выявлена зависимость между уровнем загрязнения почвы тяжелыми металлами и принадлежностью участка к определенной зоне: менее загрязнена селитебная зона (Zc изменяется от 4,23 до 5,13); на участках рекреационной зоны степень загрязнения средняя (Zc - 9,54), единственным исключением является участок в Бугринской роще (Zc - 43,5), который находится в зоне действия выбросов оловокомбината; в промышленной зоне степень загрязнения колеблется от средней (Zc - 9,76) до очень сильной(Zc - 113,05).

3. Приоритетными тяжелыми металлами- загрязнителями для Новосибирска являются Ti, Ga, Sn, Pb, Nb, Sr: отмечено фоновое превышение по Ti (в 4,43 раза), Ga (в 1,9), Sn (в 13,6), Pb (в 1,62), Nb (в 5,24), Sr (в 2,5 раза). На участке №6 промзоны, ул. Аникина, установлены высокие концентрации, превышающие фоновые по Sn (в 39,5 раза), As (в 5,4), Bi (в 46,0), Cu ( в 17,6), Zn (в 6,28 раза).

4. Растительный покров функциональных зон г. Новосибирска зависит от условий произрастания - свойств почвы, уровня загрязнения тяжелыми металлами и др. Растения обильные, хорошо облиственные, яркой окраски принадлежат рекреационной и селитебной зонам. Проективное покрытие на этих участках 80-90%, количество видов более 20. Наиболее загрязнена тяжелыми металлами растительность вдоль автодорог и в промышленных зонах, менее - в рекреационных.

5. Уровень загрязнения растений ( травы и листьев деревьев) ТМ колеблется от слабого до очень сильного. СПК изменяется от 4,95 в селитебной зоне до 52,01 в промышленной.

6. Мезофауна городских почв представлена дождевыми червями, рыжими лесными и черными садовыми муравьями, многоножками, реже слизнями, личинками жесткокрылых. Максимальная плотность (78 экз/мІ) и биомасса (2,45 г/мІ) беспозвоночных выявлены в рекреационных зонах, минимальная (11 экз/мІ и 0,19 г/мІ) - в промзонах.

7. Состав и численность микроорганизмов зависят от физико-химических свойств почвы и степени загрязнения тяжелыми металлами. На участках селитебной и рекреационной зон с плодородной почвой и невысоким загрязнением для большинства микроорганизмов отмечены наибольшая численность и биологическая активность.

8. Проведено обследование состояния древесных насаждений ( всего 6635 деревьев) на 12 улицах, прилегающих к экспериментальным участкам. Качество насаждений плохое независимо от принадлежности к функциональной зоне.

9. Предложен комплексный коэффициент экологического состояния (КЭС) функциональной зоны, позволяющий оценить уровень загрязнения окружающей среды. Получено его среднее значение для каждой зоны.

10. Для сохранения зеленого фонда следует использовать различные ассортименты деревьев: для промышленных территорий - породы устойчивые к неблагоприятным условиям, для селитебных и рекреационных зон - породы, обладающие санитарно-гигиенической и микроклиматической эффективностью.

Предложения

1. Организовать мониторинговое исследование загрязнения почв Новосибирска тяжелыми металлами. В связи с повышенным содержанием тяжелых металлов в траве и листьях деревьев организовать мониторинговые исследования зеленых насаждений.

2. Для выявления зон риска, угрожающих здоровью населения, усилить контроль качества атмосферного воздуха, организовать контроль за содержанием тяжелых металлов в почве в селитебных зонах и местах организованного отдыха населения.

3. Для сохранения существующего зеленого фонда, повышения качества и устойчивости древесных насаждений предлагается высаживать породы деревьев с учетом их санитарно-экологической и микроклиматической эффективности, а также устойчивости к промышленным загрязнениям. В районах с низкой обеспеченностью насаждениями и неблагоприятной экологической ситуацией (Ленинский, Кировский) необходимо увеличивать площади озелененных территорий, повышая, таким образом, качество среды обитания.

Основные публикации по теме диссертации

1. Жигулина Ю.А. Загрязнение воздушного бассейна города автотранспортом / Ю.А. Жигулина // Современные проблемы экологии и безопасности: сб. материалов II Всерос. науч.-техн. Интернет-конф. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. - С. 23-24.

2. Жигулина Ю.А. Токсические выбросы автотранспорта на городской магистрали / Ю.А. Жигулина // Экология и безопасность жизнедеятельности: сб. ст. VII Междунар. науч.-практ. конф. / ПГСХА. - Пенза, 2007. - С. 74-75.

3. Жигулина Ю.А. Оценка качества древесных насаждений в г. Новосибирске / Ю.А. Жигулина // Современные проблемы экологии и безопасности: сб. материалов III Всерос. науч.-техн. Интернет-конф. - Тула, 2007: Изд-во ТулГу, - С. 93-95.

4. Жигулина Ю.А. Растения - индикаторы качества окружающей среды / Ю.А. Жигулина // Приоритетные направления развития науки и технологий: сб. докл. Всерос. науч. -техн. конф. -Тула: Изд-во ТулГу, 2008. -С. 42-45.

5. Жигулина Ю.А. Тяжелые металлы в почвах разных функциональных зон г. Новосибирска / Ю.А. Жигулина // Экология урбанизированных территорий. - 2008. - №3. - С. 51-53.

6. Жигулина Ю.А. Химическое загрязнение растительности в г. Новосибирске / Ю.А. Жигулина // Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии: сб. ст. ХI Междунар. науч.-практ. конф. /ПГСХА. - Пенза, 2009. - С. 61- 63.

7. Жигулина Ю.А. Изучение мезофауны на участках различных функциональных зон города / Ю.А. Жигулина // Экология, образование и здоровый образ жизни: сб. докл. Всерос. науч.-техн. конф. / - Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. - С. 5-7.

8. Жигулина Ю.А. Экологическое состояние функциональных зон в г. Новосибирске / Ю.А. Жигулина // Приоритетные направления развития науки и технологии: сб. докл. Всерос.науч.-техн.конф. - Тула: «Инновационные технологии», 2010. - С. 32 - 35.

Размещено на Allbest.ru

...