Чистый воздух необходим человеку для сохранения и поддержания нормального здоровья. Долгое время вопросу его загрязнения не уделялось нужного внимания. Однако с развитием промышленности, ростом транспорта на душу населения, атмосфера в городах стремительно загрязняется, люди дышат воздухом, отравленным различными ядовитыми химическими соединениями.
Поэтому эта проблема касается непосредственно каждого из нас. Ведь, согласно данным Всемирной организации здравоохранения, загрязнение воздуха и здоровье человека находятся в прямой зависимости – наполненная химическими отходами атмосфера является одним из главных факторов развития многих опасных заболеваний.
Влияние загрязненного воздуха на здоровье человека
Медики давно выявили связь между атмосферой больших городов, наполненной вредными веществами и увеличением количества болезней системы дыхания. Городской житель ежедневно вдыхает огромное количество газов, пыли, твердых частиц. Они непосредственно соприкасаются с поверхностью легких, и во много раз быстрее, чем через желудок, проникают в организм, а действуют в несколько десятков раз сильнее.
Поэтому развитие астмы, появление аллергии непосредственно связывают с вдыханием воздуха, в котором присутствует двуокись серы, окислы азота и пыль, а также имеются углеводороды, в составе которых имеются хлор и фтор.
Хронические болезни верхних дыхательных путей, некоторых кожных заболеваний могут появиться по причине наличия в атмосфере сернистого ангидрида. С этим химическим соединением связывают также появление стенокардии.
Наличие в воздухе повышенного содержания железа является одной из причин развития мочекаменной болезни, а наличие меди способствует ожирению, приводит к возникновению патологий костно-мышечной системы.
Загрязнение воздуха называют одним из существенных факторов развития сердечно-сосудистых заболеваний, возникновения инсульта. Наиболее опасны для человека диоксид азота, а также мелкодисперсная пыль. Эти вредные соединения, даже в сравнительно низкой концентрации, увеличивают риск ранней смерти людей до сорока лет.
Возле больших и малых городов часто расположены промышленные предприятия, отопительные системы, сжигающие уголь. Их выбросы в атмосферу, в совокупности с выхлопами автомобилей, насыщают городской воздух мельчайшими вредными частицами, которые при постоянном их вдыхании провоцируют избыточное загущение крови. Это, в свою очередь, приводит к образованию тромбов в полости кровеносных сосудов, значительно повышает риск развития гипертонической болезни.
Кроме того, регулярное вдыхание наполненного различными вредными веществами воздуха, провоцирует нервные расстройства, снижает работоспособность, оказывает негативное влияние на иммунную систему, ослабляет организм в целом.
Согласно статистическим данным, примерно пять процентов всех случаев госпитализации в мегаполисах происходит именно вследствие того что есть прямое влияние загрязнения атмосферного воздуха на здоровье человека.
Нельзя не отметить чрезвычайно негативное влияние различных вредных веществ, находящихся в атмосфере на здоровье новорожденных.
Кроме того, многие вещества влияют на внутриутробное развитие плода.
В частности, если беременная женщина регулярно вдыхает воздух, в котором повышено содержание озона и окиси углерода, возрастает вероятность рождения ребенка с пороками развития - заячьей губой, волчьей пастью, либо различными дефектами сердечного клапана.
Особенно это опасно в самом начале беременности – первые три месяца.
Борьба с загрязнением воздуха или как защитить воздух от загрязнений…
В нашей стране ведется большая работа по очищению атмосферы и профилактике ее загрязнения. Так, с принятием Закона об охране атмосферного воздуха, проводятся различные мероприятия, в частности, по предупреждению загрязнения атмосферы городов автомобильным транспортом.
Кроме того, принимаются меры по озеленению, так как зелёные насаждения способствуют поддержанию чистоты атмосферы – насыщают ее кислородом, очищают от пыли и твердых частиц (вредные вещества оседают на листьях). Особенно хороши, в этом смысле тополя и сирень.
Для поддержания чистоты воздуха, профилактики его загрязнения, во многих городах летом поливают улицы. Обильный полив водой не дает подниматься в воздух частицам пыли.
Законодательно запрещено сжигать мусор, сухую траву, опавшие листья в парках и садах, так как при их сжигании в атмосферу поднимается много вредных, а иногда ядовитых веществ.
С целью снижения влияния загрязненной атмосферы на здоровье, жителям городов рекомендуется чаще выезжать за город, заниматься посильным спортом, пить больше чистой, фильтрованной воды.
С целью очищения воздуха, во многих общественных местах – больницах, крупных магазинах, театрах, концертных залах и т.д устанавливают кондиционеры. В образовательных учреждениях, детских садах по нескольку раз за день проводят влажную уборку, чаще проветривают игровые комнаты, спальни, учебные классы.
Специалисты рекомендуют жителям городов, беременным женщинам, а также тем, кто страдает различными заболеваниями сердечно-сосудистой, дыхательной систем, чаще выезжать на природу, особенно в жаркие, сухие дни, а отпуск проводить вне города.
Медицинская экология как отрасль прикладной экологии
Медицинская экология - отрасль науки, находящаяся на стыке медицины и экологии, изучающая общие закономерности взаимодействия окружающей среды с людьми в сфере их здоровья; ее объектом являются окружающая среда, пространственно-территориальные антропо (медико)-экологические системы, а предметом - их свойства, проявляющиеся во влиянии на здоровье, экологические предпосылки здоровья и болезней людей; ее целью служит разработка мероприятий, обеспечивающих сохранение (восстановление) оптимального для здоровья людей экологического баланса на конкретных территориях, рассматривает взаимодействие между факторами риска внешней среды и здоровьем человека ивсе аспекты воздействия окружающей среды на здоровье населения с центром внимания на средовых заболеваниях.
Значение медицинской экологии в работе врача
Экологические и гигиенические знания необходимы каждому медицинскому работнику (в том числе стоматологического профиля). Чем глубже будут познания в области профилактики, тем эффективнее будет их профессиональная деятельность.
Влияние загрязнения атмосферного воздуха на здоровье и условия проживания человека.
Двуокись кремния и свободный кремний, содержащиеся в летучей золе, являются причиной тяжелого заболевания легких, развивающегося у рабочих «пыльных» профессий, например, у горняков, работников коксохимических, угольных, цементных и ряда других предприятий. Ткань легких заменяется соединительной тканью, и эти участки перестают функционировать. У детей, проживающих вблизи мощных электростанций, не оборудованных пылеуловителями, обнаруживают изменения в легких, сходные с формами силикоза. Большая загрязненность воздуха дымом и копотью, продолжающаяся в течение нескольких дней, может вызвать отравление людей со смертельным исходом.
Особенно губительно действует на человека загрязнение атмосферы в тех случаях, когда метеорологические условия способствуют застою воздуха над городом.
Содержащиеся в атмосфере вредные вещества воздействуют на человеческий организм при контакте с поверхностью кожи или слизистой оболочкой. Наряду с органами дыхания загрязнители поражают органы зрения и обоняния, а воздействуя на слизистую оболочку гортани, могут вызвать спазмы голосовых связок. Вдыхаемые твердые и жидкие частицы размерами 0,6-1,0 мкм достигают альвеол и абсорбируются в крови, некоторые накапливаются в лимфатических узлах.
Загрязненный воздух раздражает большей частью дыхательные пути, вызывая бронхит, эмфизему, астму. К раздражителям, вызывающими эти болезни, относятся SO2 и SO3, азотистые пары, HCl, HNO3, H2SO4, H2S, фосфор и его соединения. Пыль, содержащая окислы кремния, вызывает тяжелое легочное заболевание – силикоз. Исследования, проведенные в Великобритании, показали очень тесную связь между атмосферным загрязнением и смертностью от бронхитов.
Уличные глазные травмы, вызываемые летучей золой и другими загрязнителями атмосферы, в промышленных центрах достигают 30-60% всех случаев глазных заболеваний, которые очень часто сопровождаются различными осложнениями, конъюктивитами.
Признаки и последствия действий загрязнителей воздуха на организм человека проявляются большей частью в ухудшении общего состояния здоровья: появляются головные боли, тошнота, чувство слабости, снижается или теряется трудоспособность. Отдельные загрязняющие вещества вызывают специфические симптомы отравления. Например, хроническое отравление фосфором первоначально проявляется болями в желудочно-кишечном тракте и пожелтением кожаного покрова. Эти симптомы сопровождаются потерей аппетита и замедлением обмена веществ. В дальнейшем отравление фосфором приводит к деформации костей, которые становятся все более хрупкими. Снижается сопротивляемость организма в целом.
СО. Бесцветный и не имеющий запаха газ. Воздействует на нервную и сердечно-сосудистую систему, вызывает удушье. Первичные симптомы отравления оксидом углерода (появление головной боли) возникают у человека через 2-3 часа его пребывания в атмосфере содержащей 200-220 мг/м3 СО; при более высоких концентрациях СО появляется ощущение пульса в висках, головокружение. Токсичность СО возрастает при наличии в воздухе азота, в этом случае концентрацию СО в воздухе необходимо снижать в 1.5 раза.
Оксиды азота. NO N2O3 NO5 N2O4 .В атмосферу выбрасывается в основном диоксид азота NO2 – бесцветный не имеющий запаха ядовитый газ, раздражающе действующий на органы дыхания. Особенно опасны оксиды азота в городах, где они взаимодействуют с углеродами выхлопных газов и образуют фотохимический туман - смог. Отравленный оксидами азота воздух начинает действовать с легкого кашля. При повышении концентрации NO, возникает сильный кашель, рвота, иногда головная боль. При контакте с влажной поверхностью слизистой оболочки оксиды азота образуют кислоты HNO3 и HNO2 , которые приводят к отеку легких.
SO2- бесцветный газ с острым запахом, уже в малых концентрациях (20-30 мг/м3) создает неприятный вкус во рту, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Вдыхание SO2 вызывает болезненные явления в легких и дыхательных путях, иногда возникают отек легких, глотки и паралич дыхания. Действие сероуглерода сопровождается тяжелыми нервными расстройствами, нарушением умственной деятельности.
Углеводороды (пары бензина, метана и т.д.) обладают наркотическим действием, в малых концентрациях вызывает головную боль, головокружение и т.п. Так при вдыхании в течение 8 часов паров бензина в концентрации 600 мг/м3 возникают головные боли, кашель, неприятные ощущения в горле.
Альдегиды. При длительном воздействии на человека альдегиды вызывают раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, а при повышении концентрации отмечается головная боль, слабость, потеря аппетита, бессонница.
Соединения свинца. В организм через органы дыхания поступает примерно 50% соединений свинца. Под действием свинца нарушается синтез гемоглобина, возникает заболевание дыхательных путей, мочеполовых органов, нервной системы. Особенно опасны соединения свинца для детей дошкольного возраста. В крупных городах содержание свинца в атмосфере достигает 5-38 мг/м3, что превышает естественный фон в 10 000 раз.
Признаки отравления сернистым ангидридом замечают по характерному привкусу и запаху. В концентрации 6-20 см3/м он вызывает раздражение слизистых оболочек носа, горла, глаз, раздражаются увлажненные участки кожи. Особенно опасны полициклические ароматические углеводороды типа 3,4-бензопирена (C20H12), образующиеся при неполном сгорании топлива. По данным ряда ученых, они обладают канцерогенными свойствами.
Дисперсный состав пыли и туманов определяет общую проникающую способность в организм человека вредных веществ. Особую опасность представляют токсичные тонкодисперсные пылинки с размером частиц 0,5-1,0 мкм, которые легко проникают в органы дыхания.
Наконец различные проявления дискомфорта в связи с загрязнением воздуха – неприятные запахи, снижение освещенности и другие психологически отрицательно действуют на людей.
Кроме того, вместе с выбросами в атмосферный воздух, народное хозяйство теряет много ценных продуктов. Некоторые выбрасываемые вещества разрушают металлические конструкции, бетон, естественные строительные каменные материалы, и т.д., нанося тем самым вред промышленным объектам и архитектурным памятникам.
Будь то в виде твердых частиц или в виде раствора в атмосферных осадках. Такое вторичное, через , загрязнение , растительности, вод оказывает заметное влияние на состояние . Уже упоминалось губительное влияние «кислых дождей» на водные и наземные экосистемы. В результате исчезновения или сильного подавления жизнедеятельности многих видов животных и растений этих экосистем резко снижается]их способность к самоочистке, то есть к связыванию и нейтрализации вредных примесей. Вернуть их к нормальному существованию становится весьма непростой задачей.
Для наземных экосистем эффект поглощения загрязнителей растительностью непосредственно из воздуха листвой или корневыми системами через почву оказывается столь же губительным. При малых концентрациях загрязнителей лесные экосистемы успешно их нейтрализуют и связывают. Некоторые загрязнители, к которым растения чувствительны меньше, чем животные, могут даже улучшать состояние растений, подавляя вредителей. Но это редко наблюдается в естественных условиях, поскольку в составе реальных загрязнений практически всегда содержится больше веществ, подавляющих фотосинтез и рост растений, снижающих их устойчивость к грибковым и вирусным заболеваниям и повреждению насекомыми.
Наиболее чувствительные к загрязнениям организмы - лишайники , и снижение их численности или исчезновение всегда свидетельствует о неблагополучии лесной растительности, а значит, и всей экосистемы. Метод определения общей загрязненности территории при помощи учета количества и видового разнообразия лишайников - лихеноиндикация - один из наиболее чувствительных в арсенале мониторинга природной среды.
На территориях, находящихся под максимальным воздействием воздушных выбросов крупных промышленных центров, леса часто оказываются в настолько подавленном состоянии, что прекращается естественное возобновление, резко снижается способность экосистем к очистке воздуха, а это ведет к усилению вредного воздействия промышленных выбросов на животных, и человека.
Влияние загрязнений воздуха на здоровье людей может быть прямым и опосредованным . Прямое связано с воздействием на организм человека частиц и газов, вдыхаемых с воздухом. Большинство таких загрязнений вызывает раздражение дыхательных путей, снижение устойчивости к воздушно-капельным инфекциям (вспомните регулярные эпидемии гриппа в больших городах, где наряду с высокой частотой контактов между людьми, как показали многие исследования, устойчивость к таким инфекциям у большинства населения понижена), повышению вероятности раковых заболеваний и нарушений наследственного аппарата, что ведет к повышению частототы уродств и общему ухудшению состояния потомства.
Многие загрязнители обладают одновременно канцерогенным (вызывающим раковые заболевания) и мутагенным (вызывающим повышение частоты мутаций, включая нарушения, ведущие к уродствам) свойствами, поскольку механизм их действия связан с нарушениями структуры ДНК или клеточных механизмов реализации генетической . Такими свойствами обладают как радиоактивные загрязнения, так и многие химические вещества органической природы - продукты неполного сгорания топлива, ядохимикаты, применяемые для защиты растений в сельском хозяйстве, многие промежуточные продукты органического синтеза, частично теряемые в производственных процессах.
Опосредованное влияние, то есть воздействие через почву, растительность и воду, связано с тем, что те же вещества попадают в организм животных и человека не только через дыхательные пути, но и с пищей и водой. При этом область их воздействия может существенно расширяться. Например, ядохимикаты, сохранившиеся в овощах и фруктах в опасных количествах, воздействуют не только на население сельских районов, но и на жителей городов, питающихся этой продукцией.
Опасность бесконтрольного применения пестицидов возрастает еще и от того, что продукты их метаболизма в почве иногда оказываются более токсичными, чем сами использованные на полях препараты.
Чистота воздуха, предотвращение попадания в воздушную среду антропогенных загрязнений - одна из важнейших задач, решение которой необходимо для улучшения экологического состояния планеты и каждой страны. К сожалению, работы, которые ведутся в этом направлении, недостаточны - уровень загрязненности атмосферного воздуха на Земле продолжает нарастать. От того, насколько эффективно сумеют государственные службы и общественные организации обеспечить снижение загрязненности воздуха, особенно в больших городах, во многом зависят возможности нормальной жизни будущих поколений.
Естественный, фоновый уровень содержания в воздухе пылевых частиц и газовых примесей от естественных источников в городах и промышленных районах иногда во много раз превышается выбросами предприятий и транспорта. Часть выбросов составляют новые для природы химические вещества, среди которых есть и высокотоксичные.
Лесные экосистемы - наиболее эффективный естественный фильтр, очищающий воздух, но при высоком уровне загрязнений они угнетаются или погибают. Загрязнения, вынесенные из воздуха или смытые с листвы растений осадками, попадают в почву и воду, оказывая вредное воздействие на людей и экосистемы на больших территориях.
Стратегия и тактика борьбы с загрязнением воздушного бассейна требуют совершенствования, поскольку трансграничный перенос может быть ликвидирован или компенсирован только согласованными усилиями многих стран.
Одним из наиболее опасных компонентов загрязнений воздушного бассейна, имеющих антропогенное происхождение, стали в последние десятилетия многочисленные пестициды, многие тысячи тонн которых ежегодно распыляются над сельскохозяйственными угодьями для защиты растений от вредителей и болезней. Высокая токсичность их для человека и животных, постепенное накопление самих пестицидов и токсичных продуктов их метаболизма в почвах, продукции сельского хозяйства, в организме людей требуют скорейшего перехода от массовой химизации сельского хозяйства к развитию биологических и комбинированных методов защиты растений и повышения плодородия почв.
Согласованные усилия многих стран в уменьшении загрязнения не имеющей государственных границ воздушной среды - настоятельная потребность уже наших дней.
Воздействие загрязнителей воздуха на организм человека может быть как прямым, так и косвенным.
К прямому вредному влиянию на организм человека следует отнести воздействие воздуха, насыщенного пылью разнообразного происхождения - частицами горных пород, почвы, сажи, золы. Общее количество пыли, ежегодно поступающей в атмосферу Земли, оценивается в 2 млрд. т, причем антропогенные аэрозоли составляют 10-20%. При длительном вдыхании запыленного воздуха у людей и домашних животных возникает болезнь, получившая название пыльной пневмонии.
К косвенному вредному влиянию следует отнести запыленность воздуха в городах. С увеличением запыленности атмосферы над крупными городами снижается прямая солнечная радиация. В их центрах суммарная солнечная радиация на 20-50% ниже, чем в пригородах. Существенно уменьшается поступление ультрафиолетовых лучей. Это приводит к увеличению в городском воздухе болезнетворных бактерий. В запыленном воздухе резко возрастает число ядер конденсации воды. В результате этого количество туманных и облачных дней в крупных городах в несколько раз больше, чем за их пределами.
Существующее загрязнение воздуха представляет собой сложную смесь. В атмосфере присутствуют твердые, жидкие и газообразные вещества, результаты многих реакций. Поэтому влияние озона, диоксида азота или частиц РМ, отдельно взятых, оценить достаточно сложно, оно может быть усилено смесью всех других загрязняющих атмосферу веществ. Смесь создается, например, под влиянием солнечной радиации, когда происходит взаимодействие диоксида азота с органическими компонентами и образуется озон.
Характерным загрязнителем воздуха, занимающим первое место среди других (около 30 % всего объема загрязнений), является продукт неполного окисления углерода – СО – оксид углерода или угарный газ.
Концентрация этого газа, превышающая предельно допустимую, способствует отложению липидов на стенках кровеносных сосудов, ухудшая их проводимость, приводит к физиологическим изменениям в организме человека. Объясняется это тем, что СО – исключительно агрессивный газ, легко соединяющийся с гемоглобином. При соединении образуется карбоксигемоглобин, повышение содержания которого в крови (сверх нормы, равной 0,4 %) сопровождается:
Ухудшением остроты зрения и способности оценивать длительность интервалов времени;
Нарушением некоторых психомоторных функций головного мозга (при содержании 2-5 %);
Изменениями деятельности сердца и легких (при содержании более 5 %);
Головными болями, сонливостью, спазмами, нарушениями дыхания и в некоторых случаях смертью (при содержании более 10 %).
Степень воздействия оксида углерода на организм зависит не только от его концентрации, но и от времени пребывания (экспозиции) человека в загазованном СО воздухе. К счастью, образование карбоксигемоглобина в крови – процесс обратимый: после прекращения вдыхания СО начинается его постепенный вывод из крови; у здорового человека содержание СО в крови каждые 3–4 часа уменьшается в 2 раза.
Оксид углерода – очень стабильное вещество, время его жизни в атмосфере составляет 2–4 мес. При ежегодном поступлении 350 млн. т концентрация СО в атмосфере должна была бы увеличиваться примерно на 0,03 млн. т/год. Однако этого, к счастью, не наблюдается, чем человечество обязано, в основном, почвенным грибам, очень активно разлагающим СО (положительную роль играет также переход СО в СО 2).
Среди соединений серы наиболее токсичными для человеческого организма являются ее диоксид (SO 2) и серный ангидрид (SO 3). В комбинации с взвешенными частицами и влагой они оказывают наиболее вредное воздействие на живые организмы. SO 2 – бесцветный и негорючий газ; в смеси с твердыми частицами (при концентрации дыма 150-200 мкг/м 3) приводит к нарастанию симптомов затрудненного дыхания и обострению болезней легких, а при концентрации дыма 500–750 мкг/м 3 резко увеличивается число больных и повышается количество смертельных исходов. Бронхиальная астма – наиболее частое заболевание у людей, дышащих воздухом с повышенным содержанием диоксида серы. Установлена тесная связь повышенной смертности от бронхитов с повышенной концентрацией диоксида серы в воздухе.
Оксиды азота и некоторые другие вещества.
Оксиды азота (наиболее ядовит диоксид азота – NO 2), соединяясь при участии ультрафиолетовой солнечной радиации с углеводородами (среди которых наибольшей реакционной способностью обладают олефины), образуют пероксиацетилнитрат (ПАН) и другие фотохимические окислители, в том числе пероксибензоилнитрат (ПБН), озон, перекись водорода, диоксид азота. Эти окислители – основные составляющие фотохимического смога, который часто возникает в сильно загрязненных городах, расположенных в низких широтах северного и южного полушарий.
Оценка скорости фотохимических реакций, приводящих к образованию ПАН, ПБН и озона, показывает, что в ряде южных городов летом в околополуденные часы (когда велик приток ультрафиолетовой радиации) эти скорости превосходят значения, при которых начинает образовываться смог. Так, в Одессе и других городах при наблюдаемых уровнях загрязнения воздуха максимальная скорость образования СО достигала 0,70-0,86 мг/м 3 в час, в то время как смог возникает уже при скорости 0,35 мг/м 3 в час.
Наличие в составе ПАН диоксида азота и йодистого калия придает смогу коричневый оттенок. При высокой концентрации ПАН выпадает на землю в виде клейкой жидкости, губительно действующей на растительный покров.
Все окислители – в первую очередь ПАН и ПБН – сильно раздражают слизистую оболочку глаз и вызывают воспаление. В комбинации с озоном эти вещества раздражают носоглотку, приводят к спазмам сосудов, а при высокой концентрации (свыше 3–4 мг/м 3) способствуют появлению сильного кашля.
Назовем некоторые другие загрязняющие воздух вещества, вредно действующие на человека. Установлено, что у людей, профессионально имеющих дело с асбестом, повышена вероятность раковых заболеваний. Бериллий оказывает вредное воздействие на дыхательные пути, а также на кожу и глаза. Пары ртути нарушают работу центральной нервной системы и почек. Поскольку ртуть может накапливаться в организме, то в конечном итоге ее воздействие приводит к расстройству умственных способностей человека. Отрицательно действуют на нервную систему соединения свинца. Проникая через кожу и накапливаясь в крови, свинец снижает активность ферментов, участвующих в насыщении крови кислородом. Это, в свою очередь, нарушает нормальные обменные процессы.
Как уже отмечалось выше, атмосфера содержит большое количество разнообразных веществ, сложную смесь субстанций, находящихся в твердом, газообразном и жидком состоянии.
Твердые вещества по своему составу и размерам не однородны, они состоят из органических и неорганических веществ. В составе твердых веществ в атмосферном воздухе содержатся бенз(а)пирен, металлы, их окислы и многие вторичные продукты реакций. Размеры твердых частиц, находящихся в атмосфере, составляют от нескольких десятков нанометров до сотен микрометров.
В последнее десятилетие среди взвешенных веществ стали выделять частицы размером менее 10 мкм. Международная организация по стандартизации разработала определения для этих малых частиц. Выделяют частицы диаметром 10 мкм, которые названы РМ 10 , и более мелкие – диаметром менее 2,5 мкм, названные РМ 2,5 . В книге «Мониторинг качества атмосферного воздуха для оценки воздействия на здоровье человека», изданной Европейским отделением ВОЗ (Европейская серия, №85. 293 с. 38), содержится определение понятий этих частиц.
Частицы с аэродинамическим диаметром 10 мкм и менее в основном составляют респирабельную фракцию общих взвешенных частиц, т.е. ту их часть, которая попадает в организм, минуя гортань.
Частицы с аэродинамическим диаметром 2,5 мкм и менее составляют респирабельную часть общих взвешенных частиц, проникающих в нецилиарную область дыхательных путей у лиц из групп высокого риска (дети и взрослые с определенными легочными заболеваниями).
В материалах, подготовленных Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), сказано, что около 6,4 млн. лет здоровой жизни потеряно из-за длительного воздействия на человека частиц содержащихся в атмосфере.
В городах вследствие увеличивающегося загрязнения воздуха неуклонно растет число больных, страдающих хроническим бронхитом, эмфиземой, раком легких, различными аллергическими заболеваниями.
В современных условиях организм человека подвергается комбинированному – одновременному или последовательному воздействию вредных веществ при одном и том же пути поступления.
Эти действия проявляются следующим образом:
Аддитивное действие – суммарный эффект смеси равен сумме эффектов действующих компонентов, что указывает на однонаправленность их действия;
Потенцированное действие (синергизм) – одно вещество усиливает действие другого, в результате совместное действие больше аддитивного; наблюдается только при остром отравлении;
Антагонистическое действие – одно вещество ослабляет действие другого, в результате совместное действие меньше аддитивного;
Независимое действие – комбинированный эффект не отличается от изолированного действия каждого вредного вещества; это смеси продуктов сгорания, пыли и др.
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор, как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объем этого вмешательства, оно стало многообразнее, и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества.
Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы – той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.
Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.
Поговорка «необходим как воздух» не случайна. Народная мудрость не ошибается. Без пищи человек может прожить 5 недель, без воды – 5 суток, без воздуха – не более 5 минут. В большинстве мира воздух тяжёлый. То, чем он засорён, на ладони не ощутить, глазом не увидеть. Однако ежегодно на головы горожан падает до 100 кг загрязняющих веществ. Это твёрдые частицы (пыль, зола, сажа), аэрозоли, выхлопные газы, пары, дым и др. Многие вещества вступают в атмосфере в реакции между собой, образуя новые, часто ещё более токсичные соединения.
Среди веществ, вызывающих химическое загрязнение городского воздуха, наиболее распространены оксиды азота, серы (сернистый газ), угарный газ (окись углерода), углеводороды, тяжёлые металлы.
Загрязнение воздуха отрицательно сказывается на состоянии здоровья человека, на животных и растениях. Например, механические частицы, дым и копоть в воздухе вызывают лёгочные заболевания. Угарный газ, содержащийся в выхлопных выбросах автомобилей, в табачном дыму, приводит к кислородному голоданию организма, т. к. связывает гемоглобин крови. В выхлопных газах содержатся соединения свинца, вызывающие общую интоксикацию организма.
Что касается почвы, то можно отметить, что северные таежные почвы относительно молоды и неразвиты, поэтому частичное механическое разрушение не сказывается существенно на их плодородии по отношению к древесной растительности. Но срезание гумусового горизонта или насыпка грунта вызывает гибель корневищ ягодных кустарничков брусники и черники. А поскольку эти виды размножаются в основном корневищами, они исчезают на трассах трубопроводов и дорогах. Их место занимают хозяйственно менее ценные злаки и осоки, которые вызывают естественное задернение почвы и затрудняют естественное возобновление хвойных пород. Такая тенденция и характерна для нашего города: кислая почва по своему первоначальному составу и без того малоплодородна (учитывая бедную микрофлору почв и видовой состав почвенных животных), а также загрязнена токсичными веществами, поступающих из воздуха и талых вод. Почвы в городе в большинстве случаев перемешанные и насыпные с высокой степенью уплотнения. Опасно и вторичное засоление, возникающее при применении соляных смесей против дорожного обледенения, и процессы урбанизации, и применение минеральных удобрений.
Безусловно, посредством методов химического анализа можно установить присутствие вредных веществ в окружающей среде даже в самых незначительных количествах. Однако этого оказывается недостаточно для того, чтобы определить качественное воздействие этих веществ на человека и окружающую среду, и тем более, отдаленные последствия. К тому же можно лишь в неполной мере оценить угрозу со стороны содержащихся в атмосфере, воде, почве загрязняющих веществ, рассматривая влияние только отдельных веществ без их возможного взаимодействия с другими веществами. Поэтому контроль за качеством компонентов природы должен отслеживаться на более ранней стадии в целях предупреждения опасности. Окружающий нас мир растений чувствительнее и информативнее всяких электронных приборов. Этой цели могут служить специально подобранные виды растений, содержащиеся в соответствующих условиях, так называемые фитоиндикаторы, которые обеспечивают раннее распознавание возможной опасности для атмосферы и почв города, исходящей от вредных веществ.
Основные загрязняющие вещества
Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовался весь этот период, были незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешал дыханию, а сажа ложилась черным покровом на потолке и стенах жилища. Получаемое тепло было для человека важнее, чем чистый воздух и не закопченные стены пещеры. Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы, ибо люди обитали тогда небольшими группами, занимая обширную нетронутую природную среду. И даже значительное сосредоточению людей на сравнительно небольшой территории, как это было в классической древности, не сопровождалось еще серьезными последствиями.
Так было вплоть до начала девятнадцатого века. Лишь за последние столетие развитие промышленности "одарило" нас такими производственными процессами, последствия которых вначале человек еще не мог себе представить. Возникли города-миллионеры, рост которых остановить нельзя. Все это результат великих изобретений и завоеваний человека.
В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений – теплоэлектростанции, бытовые котельные, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух окислы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Вот некоторые из загрязнителей: а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает при сжигании твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.
б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн. т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65% от общемирового выброса.
в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11км. от таких предприятий, обычно бывает густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.
г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.
д) Окислы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.
е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений – фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.
ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных металлов и ядовитых газов.
з) Диоксид серы (SO2) и серный ангидрид (SO3). В комбинации со взвешенными частицами и влагой оказывают наиболее вредное воздействие на человека, живые организмы и материальные ценности. SO2 - бесцветный и негорючий газ, запах которого начинает ощущаться при его концентрации в воздухе 0,3-1,0 млн. , а при концентрации свыше 3 млн. имеет острый раздражающий запах. Это один из самых распространенных загрязнителей атмосферы. Широко встречается как продукт металлургической и химической промышленности, полупродукт производства серной кислоты, главный компонент выбросов тепловых электростанций и многочисленных котельных, работающих на сернистых видах топлива, особенно на угле. Сернистый газ – один из главных компонентов, принимающих участие в образовании кислотных дождей. По своим свойствам бесцветен, ядовит, канцерогенен, имеет острый запах. Диоксид серы в смеси с твердыми частицами и серной кислотой уже при среднегодовом содержании 0,04-0,09 млн. и концентрации дыма 150-200 мкг/м3 приводит к увеличению симптомов затрудненного дыхания и болезней легких. Так при среднесуточном содержании SO2 0,2-0,5 млн. и концентрации дыма 500-750 мкг/м3 наблюдается резкое увеличение числа больных и смертельных исходов.
Малые концентрации SO2 при воздействии на организм раздражают слизистые оболочки, более высокие – вызывают воспаление слизистых носа, носоглотки, трахеи, бронхов, а иногда приводят к носовым кровотечениям. При длительном контакте открывается рвота. Возможны острые отравления со смертельным исходом. Именно сернистый газ был главным действующим компонентом знаменитого Лондонского смога 1952 года, когда погибло большое количество людей.
Предельно допустимая концентрация SO2 -10 мг/м3. порог запаха – 3-6 мг/м3. Первая помощь при отравлении сернистым газом – свежий воздух, свобода дыхания, кислородные ингаляции, промывание глаз, носа, полоскание носоглотки 2% раствором соды.
В черте нашего города выбросы в атмосферу осуществляются котельной и автотранспортом. В основном это углекислый газ, соединения свинца, оксиды азота, серы (сернистый газ), угарный газ (окись углерода), углеводороды, тяжёлые металлы. Месторождения практически не загрязняют атмосферу. Это подтверждают данные.
Но наличие далеко не всех загрязнителей можно определить при помощи фитоиндикации. Однако этот метод обеспечивает более раннее, по сравнению с инструментальным, распознаванием возможностей опасности, исходящей от вредных веществ. Спецификой этого метода является подбор растений – индикаторов, обладающих характерными чувствительными свойствами при контакте с вредными веществами. Методы биоиндикации, с учетом климатических и географических особенностей региона, могут быть успешно применены в качестве составной части отраслевого производственного экологического мониторинга.
Проблема контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями (ПДК)
Приоритет в области разработки предельно допустимых концентраций в воздухе принадлежит СССР. ПДК – такие концентрации, которые влияют на человека и его потомство прямого или косвенного воздействия, не ухудшают их работоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых условий жизни людей.
Обобщение всей информации по ПДК, получаемой всеми ведомствами, осуществляется в ГГО – Главной Геофизической Обсерватории. Чтобы по результатам наблюдений определить значения воздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с максимальной разовой предельно допустимо концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены ПДК, а также во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК. Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивают с ПДК длительного действия – среднеустойчивой ПДК. Состояние загрязнения воздуха несколькими веществами, наблюдаемые в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя – индекса загрязнения атмосферы (ИЗА). Для этого нормированные на соответствующее значение ПДК и средние концентрации различных веществ с помощью несложных расчетов приводят к величине концентраций сернистого ангидрида, а затем суммируют.
Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости от промышленного развития города. Наибольшие максимальные концентрации характерны для городов с численностью населения более 500тыс. жителей. Загрязнение воздуха специфическими веществами зависит от вида промышленности, развитой в городе. Если в крупном городе размещены предприятия нескольких отраслей промышленности, то создается очень высокий уровень загрязнения воздуха, однако проблема снижения выбросов до сих пор остается нерешенной.
ПДК (предельно допустимые концентрации) некоторых вредных веществ. ПДК, разработанные и утверждённые законодательством нашей страны, - это максимальный уровень содержания данного вещества, который человек может переносить без ущерба для здоровья.
В черте нашего города и за его пределами (на месторождениях) выбросы диоксида серы от производства (0,002-0,006) не превышают ПДК (0,5), выбросы общих углеводородов (менее 1) не превышают ПДК (1) . По данным УНИР концентрация массовых выбросов СО, NO, NO2 от котельных (паровых и водогрейных котлов) не превышает нормы ПДВ.
2. 3. Загрязнение атмосферы выбросами подвижных источников (автотранспорт)
Основной вклад в загрязнение воздуха вносят автомобили, работающие на бензине (в США на их долю приходится около 75%), затем самолеты (примерно 5%), автомобили с дизельными двигателями (около 4%), тракторы и сельскохозяйственные машины (около 4%), железнодорожный и водный транспорт (примерно 2%). К основным загрязняющим атмосферу веществам, которые выбрасывают подвижные источники (общее число таких веществ превышает 40%), относится оксид углерода, углеводороды (примерно 19%) и оксиды азота (около 9%). Оксид углерода (СО) и оксиды азота (NОх) поступают в атмосферу только с выхлопными газами, тогда как не полностью сгоревшие углеводороды (HnCm) поступают как вместе с выхлопными газами (это составляет примерно 60% от общей массы выбрасываемых углеводородов), так и из картера (около 20%), топливного бака (около 10%) и карбюратора (примерно 10%); твердые примеси поступают в основном с выхлопными газами (90%) и из картера (10%).
Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при разгоне автомобиля, особенно при быстром, а также при движении с малой скоростью (из диапазона наиболее экономичных). Относительная доля (от общей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, доля оксидов азота – при разгоне. Из этих данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью.
Создаваемые в городах системы движения в режиме "зеленой волны", существенно сокращающие число остановок транспорта на перекрестках, призваны сократить загрязнение атмосферного воздуха в городах. Большое влияние на качество и количество выбросов примесей оказывает режим работы двигателя, в частности, соотношение между массами топлива и воздуха, момент зажигания, качество топлива, отношение поверхности камеры сгорания к ее объему и др. При увеличении отношения массы воздуха и топлива, поступающих в камеру сгорания, сокращаются выбросы оксида углерода и углеводородов, но возрастает выброс оксидов азота.
Несмотря на то, что дизельные двигатели более экономичны, таких веществ, как СО, HnCm, NOх, выбрасывают не более чем бензиновые, они существенно больше выбрасывают дыма (преимущественно несгоревшего углерода), который к тому же обладает неприятным запахом создаваемом некоторыми несгоревшими углеводородами. В сочетании же с создаваемым шумом дизельные двигатели не только сильнее загрязняют среду, но и воздействуют на здоровье человека в гораздо большей степени, чем бензиновые.
Основные источники загрязнения атмосферы в городах – автотранспорт и промышленные предприятия. В то время как промышленные предприятия в черте города неуклонно снижают количество вредных выбросов, автомобильный парк представляет собой настоящее бедствие. Решению этой проблемы поможет перевод транспорта на высококачественный бензин, грамотная организация движения.
Ионы свинца накапливаются в растениях, но не проявляются внешне, т. к. ионы связываются со щавелевой кислотой, образуя оксолаты. Мы же в своей работе использовали фитоиндикацию по внешним изменениям (макроскопическим признакам) растений.
2. 4. Влияние загрязнения атмосферы на человека, растительный и животный мир
Все загрязняющие атмосферный воздух вещества в больше или меньшей степени оказывают отрицательное влияние на здоровье человека. Эти вещества попадают в организм человека преимущественно через систему дыхания. Органы дыхания страдают от загрязнения непосредственно, поскольку около 50% частиц примеси радиусом 0,01-0,1 мкм, проникающие в легкие, осаждаются в них.
Проникающие в организм частицы вызывают токсический эффект, поскольку они: а) токсичны (ядовиты) по своей химической или физической природе; б) служат помехой для одного или нескольких механизмов, с помощью которых нормально очищается респираторный (дыхательный) тракт; в) служат носителем поглощенного организмом ядовитого вещества.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ АТМОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ
РАСТЕНИЙ-ИНДИКАТОРОВ
(ФИТОИНДИКАЦИЯ СОСТАВА ВОЗДУХА)
3. 1. О методах фитоиндикации загрязнений наземных экосистем
Одним из важнейших направлений экологического мониторинга выступает сегодня фитоиндикация. Фитоиндикация – это один из способов биоиндикации, т. е. оценка состояния окружающей среды по реакции растений. Качественный и количественный состав атмосферы влияет на жизнь и развитие всех живых организмов. Присутствие вредных газообразных веществ в воздухе оказывает различное влияние на растения.
Метод биоиндикации как инструмент наблюдения за состоянием окружающей среды получил в последние годы большое распространение в Германии, Нидерландах, Австрии, Центральной Европе. Необходимость биоиндикации ясна в аспекте контроля за экосистемой в целом. Особую значимость методы фитоиндикации приобретают в черте города и его окрестностей. В качестве фитоиндикаторов используются растения, при этом исследуется целый комплекс их макроскопических признаков.
На основе теоретического анализа и собственных нами сделана попытка описания некоторых оригинальных, доступных в условиях школы методов фитоиндикации загрязнений наземных экосистем на примере изменений внешних признаков растений.
Вне зависимости от видовой принадлежности у растений можно в процессе индикации обнаружить следующие морфологические изменения
Хлороз – бледная окраска листьев между жилками, наблюдаемая у растений на отвалах, оставшихся после добычи тяжёлых металлов, или хвои сосны при слабом воздействии газовых выбросов;
Покраснение – пятна на листьях (накопление антоциана);
Пожелтение краёв и участков листьев (у лиственных деревьев под влиянием хлоридов);
Побурение или побронзовение (у лиственных деревьев это часто показатель начальной стадии тяжёлых некротических повреждений, у хвойных – служит для дальнейшей разведки зон дымовых повреждений);
Некрозы – отмирание участков ткани – важный симптом при индикации (в том числе: точечные, межжилковые, краевые и др.);
Опадение листвы – деформация – обычно происходит после некрозов (например, уменьшение продолжительности жизни хвои, её осыпание, опадение листвы у лип и каштанов под воздействием соли для ускорения таяния льда или у кустарников под действием оксида серы);
Изменение размеров органов растений, плодовитости.
Для того, чтобы определить, о чем же свидетельствуют данные морфологические изменения растений-фитоиндикаторов, мы применяли некоторые методики.
При обследовании повреждений хвои сосны важными параметрами считаются прирост побегов, верхушечные некрозы и продолжительность жизни хвои. Одним из позитивных моментов в пользу данного метода является возможность проводить обследования круглогодично, в том числе и в городской черте.
В изучаемом районе выбирались либо молодые деревья, отстоящие друг от друга на расстоянии 10 – 20 м, либо боковые побеги в четвёртой сверху мутовке очень высоких сосен. В обследовании выявлялись два важных биоиндикационных показателя: класс повреждения и усыхания хвои и продолжительность жизни хвои. В результате экспресс-оценки определилась степень загрязнения воздуха.
В основу описываемой методики были положены исследования С. В. Алексеева, А. М. Беккер.
Для определения класса повреждения и усыхания хвои объектом рассмотрения выступала верхушечная часть ствола сосны. По состоянию хвоинок участка центрального побега (второго сверху) предыдущего года определяли класс повреждения хвои по шкале.
Класс повреждения хвои:
I – хвоинки без пятен;
II – хвоинки с небольшим числом мелких пятен;
III – хвоинки с большим числом чёрных и жёлтых пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину хвоинки.
Класс усыхания хвои:
I – нет сухих участков;
II – усох кончик, 2 – 5 мм;
III – усохла 1/3 хвоинки;
IV – вся хвоинка жёлтая или наполовину сухая.
Оценка продолжительности жизни хвои нами делалась по состоянию верхушечной части ствола. Прирост брался за несколько последних лет, причём считается, что за каждый год жизни образуется одна мутовка. Для получения результатов необходимо было определить полный возраст хвои – число участков ствола с полностью сохранённой хвоей плюс доля сохранённой хвои на следующем за ним участке. Например, если верхушечная часть и два участка между мутовками полностью сохранили свою хвою, а на следующем сохранилась половина хвои, то результат будет равен 3,5 (3 + 0, 5= 3,5).
Определив класс повреждения и продолжительность жизни хвои, можно было оценить класс загрязнения воздуха по таблице
В результате проведенных нами исследований хвои сосны на предмет класса повреждения и усыхания хвои выяснилось, что в городе небольшое количество деревьев, у которых наблюдается усыхание кончиков хвои. В основном это был хвоя 3-4 лет жизни, хвоинки были без пятен, но у некоторых наблюдалось усыхание кончика. Сделан вывод, что воздух в черте города чистый.
С использованием данной методики биоиндикации в течение ряда лет можно иметь возможность получить достоверные сведения о газодымовых загрязнениях как в самом городе, так и его окрестностях.
Другими растительными объектами биоиндикации загрязнений наземных экосистем могут выступать:
➢ кресс-салат как тест- объект для оценки загрязнения почвы и воздуха;
➢ лишайниковая растительность – при картировании местности по их видовому многообразию;
Лишайники очень чувствительны к загрязнению воздуха и погибают при высоком содержании в нем угарного газа, соединений серы, азота и фтора. Степень чувствительности у разных видов неодинакова. Поэтому их можно использовать в качестве живых индикаторов чистоты окружающей среды. Данный метод исследования называется лихеноиндикация.
Существует два способа применения метода лихеноиндикации: активный и пассивный. В случае активного метода листовые лишайники типа Гипогимнии выставляются на специальных досках по сетке наблюдений, а позднее определяются повреждения на теле лишайников вредными веществами (пример был взят из данных по определению методом биоиндикации степени загрязнения воздуха близ алюминиевого металлургического завода. Это позволяет сделать непосредственные выводы о существующей в данном месте угрозе растительности. В черте города Когалыма были найдены Пармелия вздутая и Ксантория настенная, но в малых количествах. За пределами города данные виды лишайников встречены в больших количествах, причем с неповрежденными телами.
В случае пассивного метода используется картирование лишайников. Уже в середине 19 столетия наблюдалось такое явление, что в связи с загрязнением воздуха вредными веществами лишайники исчезали из городов. Лишайники могут быть использованы для дифференцированного отображения как участков загрязнения воздушной среды на больших пространствах, так и источников загрязнения, действующих на небольших территориях. Нами была проведена оценка загрязнения воздуха с помощью лишайников-индикаторов. Степень загрязнения воздуха в городе мы оценивали по обилию различных лишайников
В нашем случае были собраны различные виды лишайников как на территории города, так и на прилегающей к городу территории. Результаты были занесены в отдельную таблицу.
Нами отмечено слабое загрязнение в городе и не отмечена зона загрязнения за пределами города. Об этом свидетельствуют найденные виды лишайников. Учитывался также медленный рост лишайников, разреженность крон городских деревьев в отличие от леса, действие прямых солнечных лучей на стволы деревьев.
И все же, растения-фитоиндикаторы говорили нам о слабом загрязнении воздуха в городе. Но чем же? Для того, чтобы определить, каким газом загрязнена атмосфера, мы использовали таблицу № 4 . Выяснилось, что концы хвоинок приобретают бурый оттенок при загрязнении атмосферы сернистым газом (от котельной), а при более сильных его концентрациях происходит гибель лишайников.
Для сравнения мы провели опытные работы, которые показали нам следующие результаты: действительно встречались обесцвеченные лепестки садовых цветков (петуния), но замечено было их небольшое количество, т. к. вегетационные процессы и процессы цветения в нашей местности непродолжительные, а также концентрация сернистого газа некритическая.
Что касается опыта № 2 «Кислотные дожди и растения» то, судя по собранным нами гербарным образцам, встречались листья с некротическими пятнами, но пятна проходили по краю листа (хлороз), а при действии кислотных дождей наблюдается появление бурых некротических пятен по всей пластинке листа.
3. 2. Исследование почвы с помощью растений-индикаторов – ацидофилов и кальцефобов
(фитоиндикация состава почвы)
В процессе исторического развития сложились виды или сообщества растений, связанные с определёнными условиями обитания настолько прочно, что экологические условия могут быть распознаны по присутствию этих видов растений или их сообществ. В этой связи выделены группы растений, связанных с наличием в составе почвы химических элементов:
➢ нитрофилы (марь белая, крапива двудомная, кипрей узколистный и др.);
➢ кальцефилы (лиственница сибирская, мордовник, венерин башмачок, др.);
➢ кальцефобы (вереск, сфагновые мхи, пушица, вейник тростниковидный, плаун сплюснутый, плаун булавовидный, хвощи, папоротники).
В процессе исследования нами было установлено, что на территории города сформировались почвы, бедные азотом. Этот вывод был сделан благодаря отмеченным нами видами следующих растений: кипрей узколистный, клевер луговой, вейник тростниковидный, ячмень гривастый. А в прилегающих к городу лесных районах очень много растений-кальцефобов. Это виды хвощей, папоротников, мхов, пушицы. Представленные виды растений оформлены в гербарную папку.
Кислотность почв определяется наличием следующих групп растений:
Ацидофильные – кислотность почвы от 3,8 до 6,7 (овёс посевной, рожь посевная, седмичник европейский, белоус торчащий, ячмень гривастый, др.);
Нейтрофильные – кислотность почвы от 6,7 до 7,0 (ежа сборная, тимофеевка степная, душица обыкновенная, таволга шестилепестная, др.);
Базофильные – от 7,0 до 7,5 (клевер луговой, лядвенец рогатый, тимофеевка луговая, костёр безостый, др.).
О присутствии кислых почв ацидофильного уровня нам говорят такие виды растений, как клевер луговой, ячмень гривастый, найденные нами на территории города. На небольшом расстоянии от города о таких почвах свидетельствуют виды осок, клюква болотная, подбел. Это виды, которые исторически сложились на влажных и болотистых территориях, исключающие присутствие в почве кальция, предпочитающие только кислые, торфяные почвы.
Другой апробированной нами методикой является изучение состояния берез как индикаторов засолённости почвы в условиях города. Такая фитоиндикация осуществляется с начала июля по август. На улицах и в лесопарковой зоне города встречается береза пушистая. Повреждение листвы березы под действием соли, применяемой для таяния льда, проявляется следующим образом: появляются ярко – жёлтые, неравномерно расположенные краевые зоны, затем край листа отмирает, а жёлтая зона продвигается от края к середине и основанию листа.
Нами были произведены исследования листьев березы пушистой, а также рябины обыкновенной. В результате исследования обнаружен краевой хлороз листьев, точечные вкрапления. Это говорит о 2 степени повреждения (незначительной). Результат такого проявления – внесение соли для таяния льда.
Анализ видового состава флоры в контексте определения химических элементов и кислотности почвы в условиях экологического мониторинга выступает как доступный и простейший метод фитоиндикации.
В заключение отметим, что растения выступают важными объектами биоиндикации загрязнений экосистем, а исследования их морфологических признаков при распознавании экологической обстановки является особенно эффективным и доступным в черте города и его окрестностях.
4. Выводы и прогнозы:
1. На территории города методом фитоиндикации и лихеноиндикации выявлено слабое загрязнение воздушной среды.
2. На территории города методом фитоиндикации выявлены кислые почвы. При наличии кислых почв для улучшения плодородности использовать известкование по навеске (расчетным способом), вносить доломитовую муку.
3. На территории города выявлено незначительное загрязнение (засоление) почвы соляными смесями против дорожного обледенения.
4. Одной из сложных проблем промышленности является оценка комплексного влияния различных загрязняющих веществ и их соединений на окружающую среду. В этой связи представляется чрезвычайно важной оценка здоровья экосистем и отдельных видов с помощью биоиндикаторов. В качестве биоиндикаторов, позволяющих наблюдать за загрязнением атмосферы на промышленных объектах и в городских условиях, мы можем рекомендовать:
➢ Листоватый лишайник Гипогимния вздутая, который наиболее чувствителен к кислотным загрязнителям, сернистому газу, тяжелым металлам.
➢ Состояние хвои сосны для биоиндикации газодымовых загрязнений.
5. В качестве биоиндикаторов, позволяющих оценить кислотность почв и наблюдать за загрязнением почвы на промышленных объектах и в городских условиях, можно рекомендовать:
➢ Городские виды растений: клевер луговой, ячмень гривастый для определения кислых почв ацидофильного уровня. На небольшом расстоянии от города о таких почвах свидетельствуют виды осок, клюква болотная, подбел.
➢ Береза пушистая как биоиндикатор антропогенной засоленности почв.
5. Широкое применение метода биоиндикации предприятиями позволит более оперативно и достоверно оценивать качество природной среды и в комплексе с инструментальными методами стать существенным звеном в системе промышленного экологического мониторинга (ПЭМ) объектов промышленности.
При реализации систем промышленного экологического мониторинга немаловажно учитывать экономические факторы. Стоимость приборов и аппаратов для ПЭМ только для одной линейной КС составляет 560 тысяч рублей
