Оценка экологически допустимых уровней токсико-химического загрязнения атмосферного воздуха

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 575.224.42 (043)

Л.Ф. Бобырь, Н.А. Емец, И.И. Романенко Институт проблем природопользования и экологии НАН Украины, Днепропетровск

Аннотация

Проведен анализ причин неудовлетворительного экологического состояния различных наземных экосистем города Днепропетровска. Определено влияние загрязнителей атмосферы в ухудшении экологической ситуации. Установлены экологически допустимые уровни концентрации основных загрязняющих веществ в атмосферном воздухе по условиям устойчивости фитоценозов.

Проведено аналіз причин незадовільного екологічного стану різних наземних екосистем міста Дніпропетровська. Визначено вплив забруднювачів атмосфери в погіршенні екологічної ситуації. Встановлені екологічно припустимі рівні концентрації основних забруднюючих речовин в атмосферному повітрі за умовами стійкості фітоценозів.

The analysis of the reasons of a unsatisfactory ecological state of various ground-level ecological systems of Dniepropetrovsk-city is held. The influencing of an atmosphere pollution in impairment of an ecological situation is determined. The ecologically allowable levels of concentration of the basic pollutants in atmospheric air on conditions of stability of phytocoenosis are established.

Введение

В ряде работ [1,2] разрабатывается система оценки экологически допустимых уровней антропогенных загрязнителей, которая открывает новые возможности анализа роли различных антропогенных факторов в изменении экологического состояния природных объектов. Опираясь на метод экологических модификаций [3,4], авторы классифицируют экологическое состояние в исследуемых экосистемах. Затем анализируется диапазон варьирования концентрации загрязнителя в каждом из классов. Критерием выбора факторов, ухудшающих экологическое состояние (переводящих состояние системы из одного класса в другой), является сдвиг верхней границы “выпадающих” значений концентрации загрязняющего фактора в ранжированном ряду его распределения для какого-нибудь класса, а сама верхняя граница может служить показателем экологически допустимого уровня (ЭДУ) для таких факторов. Данный метод является альтернативным многофакторному регрессионному анализу.

Авторы использовали свой метод для анализа причин неблагополучия экологического состояния в пресноводных экосистемах. Однако они считают, что при наличии системы классификации экологических состояний этот метод применим и к наземным экосистемам.

Цель данной работы - используя вышеприведенный метод, оценить роль некоторых антропогенных загрязнителей атмосферного воздуха в ухудшении экологического состояния в различных наземных экосистемах г. Днепропетровска.

Методика работы

Оценивали роль следующих токсико-химических загрязнителей атмосферного воздуха в ухудшении экологического состояния фитоценозов - SO2, NO2, CO, взвешенных веществ (пыли). В течение года с апреля по сентябрь анализировали среднемесячные значения концентраций загрязнителей в воздухе, определяемые гидрометеорологической службой в их пунктах наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха на территории города. За этот период ежемесячно биоиндикационными методами оценивали экологическое состояние искусственных фитоценозов (растительность парков, скверов, бульваров, садов и т.д.), расположенных в районах пунктов наблюдения Госкомгидромета Украины.

В основе биоиндикационного метода - оценка структурно-функционального состояния фотосинтетического аппарата растений-биоиндикаторов, ответственного за утилизацию энергии в фитоценозе [5,6]. С этой целью на специально разработанном устройстве регистрировали два биопараметра: миллисекундный компонент замедленной люминесценции хлорофилла листьев, обработанных диуроном (ДСМИ), и флуоресценцию хлорофилла у этих листьев. Первый биопараметр характеризует структурные свойства фотосинтетического аппарата - содержание реакционных центров фотосистемы 2 на единицу площади листа. Второй биопараметр, определяемый как отношение флуоресценции (Ф+Д - Ф-Д)/Ф+Д, регистрируемой на необработанных (-Д) и обработанных (+Д) диуроном листьях, отражает функциональные свойства фотосинтетического аппарата - энергетическую эффективность работы реакционных центров.

Уровень нарушений в работе фотосинтетического аппарата индикаторных растений, вызванный различными неблагоприятными факторами окружающей среды (в том числе и загрязнителями атмосферного воздуха), оценивали с помощью разработанного [7] условного показателя повреждаемости (УПП), вычисляемого по результатам регистрации двух биопараметров, характеризующих структурную и функциональную устойчивость фотосинтетического аппарата индикаторов. Значение УПП может варьировать в диапазоне от 0 (комфортные условия для жизнедеятельности биоиндикаторов) до 1 (критические условия). Различные неблагоприятные факторы отрицательно влияют на продукционно-энергетические процессы в фитоценозах, вызывая в них состояние экологического напряжения, а при длительном стрессовом воздействии (например, высоком антропогенном загрязнении окружающей среды) сдвигают состояние фитоценозов в сторону экологического и метаболического регресса.

Все эти сдвиги проявляются в увеличении значений УПП. Исходя из этого, оценку экологического состояния в исследуемых фитоценозах определяли по значению УПП биоиндикаторов.

Экологическое состояние классифицировали следующим образом: в местах замеров, где УПП не превышал 0,45, состояние оценивали как условно благополучное (1 класс), а со значениями выше 0,45 - неблагополучное (2 класс).

При анализе причин экологического неблагополучия в пунктах наблюдения исходили из того, что месячная экспозиция растений в условиях повышенного загрязнения атмосферного воздуха экотоксикантами достаточна для достоверных изменений в структурно-функциональной устойчивости их фотосинтетического аппарата [8] и ухудшения экологического состояния фитоценозов.

Поэтому при составлении ранжированных рядов экологических состояний или концентраций загрязняющих воздух факторов за один любой ранг такого ряда принимали единичный замер состояния фитоиндикаторов или среднемесячное значение концентрации загрязнителя воздуха.

Для каждого из классов экологического состояния (условно благополучного и неблагополучного) составляли ранжированные ряды распределения концентрации исследуемого загрязнителя воздуха (независимая переменная). Верхнюю границу “выпадающих” значений в ранжированном ряду распределения концентрации загрязнителя находили по следующему уравнению [1,9]

ИО = ИН + 1,5 (ИН-LH),

где ИО - верхняя граница “выпадающих” значений концентрации загрязнителя, ИН и LH - верхняя и нижняя квартили распределения.

Результаты исследований и их обсуждение

Анализировались данные службы Госкомгидромета Украины по загрязнению воздуха в различных пунктах г. Днепропетровска и зарегистрированные нами в этих же местах нарушения (УПП) в структурно-функциональном состоянии фотосинтетического аппарата фитоиндикаторов (клен остролистный, акация белая). УПП косвенно свидетельствует об экологическом состоянии фитоценозов, размещенных в этих пунктах наблюдения. Сгруппировав все замеры экологического состояния фитоценозов в различных пунктах города в два класса (1 класс - УПП?0,45; 2 класс - УПП>0,45) и проведя ранжировку содержания загрязнителей воздуха в каждом из классов, определяли параметры таких ранжированных рядов для взвешенных веществ (пыли) в воздухе, CO, SO2 и NO2. Результаты представлены в табл.1.

Как следует из этих данных (см. табл.1), для неблагополучного класса (при сравнении с условно благополучным) наблюдается сдвиг (увеличение) медианы и верхней границы “выпадающих” значений для всех четырех исследуемых факторов. Согласно авторам метода [1,2] это указывает на то, что анализируемые факторы загрязнения воздуха влияют на экологическое состояние наземных экосистем города, а сама верхняя граница распределения является экологически допустимым уровнем (ЭДУ) фактора. Превышение этого значения с необходимостью переводит экологическое состояние в неблагополучное. В табл.2 приведены среднемесячные концентрации загрязнителей воздуха, представляющие собой экологически допустимые уровни для фитоценозов города. Как и авторами данного метода, нами вычислены еще два параметра - точность объяснения (ТО) и полнота объяснения (ПО).

Точность объяснения равна отношению числа замеров с неблагополучными экологическими оценками и содержанием фактора, превышающим ЭДУ, к общему числу параметров с содержанием фактора, превышающим ЭДУ. Согласно авторам, эта величина характеризует степень уверенности в том, что при превышении ЭДУ экологическое состояние будет неблагополучным. Из данных табл.2 видно, что для СО, пыли и SO2 точность объяснения высока (100%), для NO2 она составляет 92%, так как в одном из замеров наблюдали несовпадение, т.е. при содержании загрязнителя, превышающем ЭДУ, не регистрировали неблагополучное экологическое состояние.

экосистема город фитоценоз воздух

Таблица 1. Анализ диапазонов изменчивости содержания загрязнителей атмосферного воздуха в различных пунктах г. Днепропетровска за период с апреля по сентябрь 1997 года