Биоиндикация атмосферного воздуха по растениям в городе Магнитогорск

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Атмосферный воздух – это исключительно важная составляющая жизнедеятельности любого живого организма, живой природы в целом. Атмосфера – это регулятор теплового режима на планете, защита планеты от космического излучения, предметов, которые могут попасть на Землю из космоса, это источник кислорода, среда для распространения звуков, среда, определяющая световой режим на планете. При этом можно видеть значительную антропогенную нагрузку на атмосферу, которая не только снижает качество атмосферного воздуха, но и наносит существенный вред здоровью человека, экосистемам, биосфере в целом.
Так, по данным Росстата, на территории Российской Федерации загрязняющих веществ в атмосферу было выброшено 32301 тыс. т. в 2000 году, 35835 тыс. т. в 2005 году, 32353 тыс. т. в 2010 году, 31269 тыс. т. в 2015 году, 22735 тыс. т. в 2019 году. Таким образом, на протяжении 20 лет мы видим высокий уровень загрязнения, который не только не падает, но и часто растет. Большая часть этих выбросов приходится на стационарные источники . Больше всего выброшено оксидов углерода, на втором месте – выбросы диоксида серы, на третьем – оксида азота. Так, в 2019 году из 22735 тыс. т. общих выбросов, доля оксидов углерода составила 37,9% (8607 тыс. т.), оксидов серы – 16,3% (3714 тыс. т.), оксидов азота – 12,7% (2877 тыс. т.) .
На территории страны было 46 городов с высоким и очень высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха в 2018 году и 40 таких городов в 2019 году . В списке такие города как Абакан, Братск, Зима, Иркутск, Кызыл, Лесосибирск, Минусинск, Норильск, Свирск, Селенгинск, Улан-Удэ, Усолье-Сибирское, Черемхово, Черногорск, Чита, Шелехово, Южно-Сахалинск. В этом списке есть и г. Магнитогорск . Численность населения в этих городов в совокупности превышает 3 млн. человек.
Все это приводит к тому, что в стране патологии органов дыхания являются ведущей группой патологий. Так, в 2018 году первичная заболеваемость патологиями органов дыхания составила 52833 тыс. человек, т.е. 46,0% от общей заболеваемости . Иными словами, почти половина всех случаев заболеваний, выявленных впервые в жизни – это заболевания органов дыхания.
Очевидно, что проблема загрязнения атмосферного воздуха требует незамедлительного решения. Особенно данная проблема заметна в условиях крупных городских поселений, промышленных центров, например в г. Магнитогорск. Такие центры отличаются высокой концентрацией автотранспорта, источников промышленных выбросов.
С целью мониторинга загрязнения атмосферного воздуха необходимы как высокотехнологичные методы, так и методы, которые могут применяться как скрининговые. Примером последних может быть биоиндикация.
Таким образом, актуальность настоящего исследования определяется тем, что сегодня проблема загрязнения атмосферного воздуха исключительно актуальна.
Цель исследования состоит в изучении возможностей применения метода биоиндикации для оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха на примере г Магнитогорск.
Задачи исследования:
1. Дать понятие биоиндикации.
2. Охарактеризовать особенности использования растений для биоиндикации в городской среде.
3. На примере г. Магнитогорск изучить применение метода биоиндикации при оценке загрязнения атмосферного воздуха.
Объект исследования: биоиндикация.
Предмет исследования: биоиндикация с использованием растений.
Методы исследования:
1. Теоретические методы – анализ литературы по проблеме исследования.
2. Практические методы – измерение размеров листа березы вида Береза повислая (Betula pendula), математические методы анализа полученных данных.






ГЛАВА 1. ВОЗМОЖНОСТИ БИОИНДИКАЦИИ В ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСТЕНИЙ
1.1. Понятие о биоиндикации
Биоиндикация – это метод, который имеет глубокие исторические корни. В частности, первые схемы растений-индикаторов горных пород были составлены Карпинским А.П. (1846-1847) в конце XIX в. В начале XX в. растения-биоиндикаторы применялись при изучении сельскохозяйственных угодий, климата, горных пород, ареалов грунтовых вод. Это были работы Клементса Ф. (1874-1945), Раменского Л.Г. (1884-1953), Сукачева В.Н. (1880-1967) и т.д. Природоохранная индикация развивалась со второй половины XX в.
Экологическими основами биоиндикации является тот факт, что все живые существа требуют определенные условия существования. Любой живой организм невозможно рассматриваться вне окружающей его среды. Под окружающей средой принято понимать комплекс всех объектов, явлений и процессов, внешних по отношению к данному организму, популяции или сообществу организмов, но взаимодействующих с ними. Все свойства окружающей среды и ее элементы, способные прямо или косвенно влиять на организм или группу организмов называются экологическим факторами .
Экологические факторы исключительно разнообразны. Именно с этим связано большое число классификаций, которые применяются для их дифференциации . Одна из самых употребляемых делит все факторы окружающей среды на три группы:
– абиотические, или абиогенные;
– биотические, или биогенные;
– антропогенные .
Несмотря на тот факт, что факторы окружающей среды обладают большим разнообразием, существует ряд закономерностей их влияния на живые организмы. Среди них выделяются:
– закон оптимума (толерантности);
– неоднозначность действия факторов среды на разные функции организма;
– разнообразие индивидуальных реакций каждого конкретного организма на различные факторы среды;
– относительная независимость приспособления организмов к разным факторам среды;
– взаимодействие экологических факторов;
– правило лимитирующих факторов среды и закон минимума .
Закон оптимума, или толерантности, который впервые был сформулирован В. Шелфордом гласит, что для каждого биоценоза, организма или определенной стадии его развития существует диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения каждого фактора.
Неоднозначность действия факторов среды на разные функции организма проявляется в том, что оптимальное значение фактора среды для одной функции может угнетать другую функцию живого организма.
Разнообразие индивидуальных реакций каждого конкретного организма на различные факторы среды часто легко наблюдать на различных этапах развития того или иного организма.
Относительная независимость приспособления организмов к разным факторам среды проявляется в том, что способность вида существовать при, например, широком температурном диапазоне, не означает такую же его способность к жизнедеятельности при, например, значительных колебаниях солености.
Принцип взаимодействия экологических факторов ярче всего проявляется в случае, когда зона оптимума и пределы выносливости по отношению к какому-либо фактору среды смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании воздействуют одновременно другие факторы.
Сущность правила лимитирующих факторов среды и закон минимума заключается в том, что фактор, находящийся в недостатке или избытке, отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме .
Если хотя бы один из лимитирующих факторов нарушается, растение испытывает угнетение. Как следствие происходит нарушение морфологических структур, физиологических функций. По этим изменениям можно оценивать и изменения окружающей среды .
Метод биологической индикации имеет такие преимущества как:
– Метод позволяет не использовать дорогостоящее, сложное в обращении, трудоемкое аналитическое оборудование.
– Биоиндикаторы позволяют провести интегральную оценку состояния окружающей среды.
– Биоиндикаторы позволяют оценить скорость происходящих изменений, привычные пути миграции, места скопления токсичных веществ.
– Метод подходить для экспресс-оценки состояния окружающей среды.
Вместе с тем биоиндикация не позволяет численным образом оценить состояние окружающей среды, выявить элементарный состав загрязнителей.