КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПАРКА «НЕФТЯНИК» ГОРОДА ЯРОСЛАВЛЯ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПАРКА «НЕФТЯНИК» ГОРОДА ЯРОСЛАВЛЯ Соколов Е.А.

Соколов Евгений Андреевич - магистр, факультет химии и химической технологии, кафедра охраны труда и природы, Ярославского государственного технического университета, г. Ярославль

Аннотация: в данной статье рассматривается проблема загрязнения парков. Объектом нашего исследования являлась экосистема парка «Нефтяник» г. Ярославля. Предметом исследования выступало состояние абиотических компонентов данной экосистемы. В ходе исследования мы анализировали поставленную гипотезу: исходя из высокого уровня действующей антропогенной нагрузки, парк «Нефтяник» имеет неблагоприятное экологическое состояние, которая нами подтвердилась.

Ключевые слова: анализ, парк, атмосфера, окружающая среда, экосистема, загрязнение, нефтепродукты.

УДК 66.01

Введение. Парк - искусственная экосистема, выполняющая не только декоративное и рекреационное значение, но и важную санитарную роль.

Усиливающаяся с каждым днем техногенная нагрузка оказывает в современном мире существенное влияние на окружающую среду. Человек с каждым годом все больше и больше оказывает свое влияние на планету в целом.

Тяжелые металлы (сокращенно ТМ) оказывают очень сильное отрицательное влияние на природу. Существуют такие способы поступления ТМ в почву как различные шахты, производственные предприятия, электростанции и автомобильный транспорт.

Цель исследования: изучить экологическое состояние парка «Нефтяник».

Для осуществления нашей цели, мы поставили перед собой следующие задачи:

1. Провести оценку загрязнения атмосферного воздуха по флуктуирующей асимметрии листьев берёзы в районе парка.

2. Определить степень фитотоксичности почвы.

3. Измерить рН почвенного раствора, влажность почвы, а также содержание органических веществ в ней.

4. Определить содержание различных металлов в почве парка.

5. Провести анализ дождевой воды.

6. Определить концентрацию нефтепродуктов в снеге методом люминесцентного анализа.

Материалы и методы исследования. В качестве основного материала исследования мы выбрали

растения. Научно доказано, что выбросы производственных предприятий могут с легкостью распространиться на расстояние от 50 км и более от черты города. Растения могут впитывать в себя ТМ (такие как кадмий, свинец и др.) не только из почвы, но также из атмосферы. В результате в растениях накапливаются токсичные вещества [1]. Также их основное преимущество заключается в легкости сбора материала для исследования [2]. Объект исследования: Берёза повислая (в качестве контроля, для сравнения, измерения были проведены и в экологически чистом районе Ярославской области - в деревне Ямищи). Предмет исследования: флуктуирующая асимметрия листьев (небольшие ненаправленные (случайные) отклонения от двусторонней симметрии у организмов и (или) их частей), которая используется как яркий индикатор состояния среды и масштабов ее загрязнения.

Существует определенная методика определения флуктуирующей ассиметрии. Сбор материала следует проводить после остановки роста листьев (в средней полосе начиная с июля). Каждая выборка должна включать в себя 100 листьев (по 10 листьев с 10 растений). Листья с одного растения лучше хранить отдельно, чтобы в дальнейшем можно было проанализировать полученные результаты индивидуально для каждой особи [5]. Для этого рекомендуется собранные с одного дерева листья связывать за черешки. Все листья, собранные для одной выборки, сложить в полиэтиленовый пакет, туда же вложить этикетку с указанием номера выборки, места сбора (делая максимально подробную привязку к местности), даты сбора.

У березы повислой листья лучше собирать из нижней части кроны дерева с максимального количества доступных веток, относительно равномерно вокруг дерева.

Для непродолжительного хранения собранный материал можно держать в полиэтиленовом пакете на нижней полке холодильника.

Для того чтобы оценить, насколько стабильно развивается растение, мы решили учесть асимметрию тех природных объектов, которые должны быть от природы симметричными.

Для того чтобы измерить лист растения, его нужно положить перед собой той стороной, которая обращена к верхушке побега. С каждого листа снимают показатели по пяти промерам с левой и правой сторон листа.

Рис. 1. Схема морфологических признаков. для оценки стабильности развития березы повислой (Betula pendula) 1 - ширина половинки листа (измерение проводить по середине листовой пластинки); 2 - длина второй

от основания листа жилки второго порядка; 3 - расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка; 4 - расстояние между концами этих жилок; 5 - угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.

Для измерения листа, мы должны сложить его пополам, затем совместить верхушку с основанием листовой пластинки. Затем нужно лист разогнуть и измерить по складке, которая образовалась, ширину левой и правой половинок листа (в мм), длину жилки второго порядка, второй от основания листа, расстояния между основаниями первой и второй жилок второго порядка, расстояния между концами этих же жилок, угла между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка [4]. Чтобы провести измерения, нужно взять измерительный циркуль, линейка и транспортир. Промеры 1-4 снимаются циркулем-измерителем, угол между жилками измеряется транспортиром [2,4,5]. Результаты определения флуктуирующей асимметрии

Таблица 1. Интегральный показатель флуктуирующей асимметрии у растения Береза повислая (парк «Нефтяник»,

г. Ярославль).

Номер листа Номер признака Величина асимметрии листа

1-го 2-го 3-го 4-го 5-го

1 -0,047619 0 0,07692308 0,04761905 0,01694915 0,018774446

2 0 0 0,11111111 0,03030303 0,01204819 0,030692467

3 0,01694915 0,02272727 0,16666667 0,03030303 0 0,047329224

4 0 0,03030303 0 0,04347826 0 0,014756258

5 0,04545455 0,01265823 0,09090909 0,09090909 0 0,047986191

6 0,03448276 0,03370787 0,07692308 0,07142857 0 0,043308454

7 0,02439024 0,01492537 0,11111111 0,08333333 0,02564103 0,051880217

8 0,05555556 0,01538462 0 0,04761905 0,02631579 0,028975002

9 0,06976744 0,02941176 0 0,11111111 0,02564103 0,047186269

10 0,05263158 0 0,33333333 0,04761905 0,03896104 0,094509

11 0 0,01639344 0,14285714 0,05263158 0,03797468 0,04997137

12 0,04166667 0,01265823 0 0,08333333 0,04347826 0,036227298

13 0,01960784 0,02380952 0,05263158 0,03030303 0,03030303 0,031331001

14 0,01960784 0,01176471 0,07692308 0,11111111 0,02564103 0,049009553

15 0,04347826 0,01449275 0,25 0,09090909 0,02325581 0,084427184

16 0,01886792 0 0,14285714 0,17647059 0 0,067639131

17 0,05882353 0,03448276 0,33333333 0,14285714 0,01265823 0,116430998

18 0,07692308 0,02941176 0 0,05882353 0,03092784 0,039217241

19 0,05555556 0,04 0,2 0,04761905 0,01265823 0,071166566

20 0,02439024 0 0,25 0 0,01960784 0,058799617

21 0,09090909 0,02941176 0,25 0,04761905 0,03614458 0,090816896

22 0,07407407 0,03370787 0,14285714 0,11111111 0,04109589 0,080569217

23 0,04545455 0,04477612 0,25 0,04761905 0,02272727 0,082115397

24 0,03448276 0,02564103 0,09090909 0,08333333 0 0,046873242

25 0,02040816 0,025 0,11111111 0,07142857 0,04109589 0,053808747

26 0,09090909 0,02272727 0,25 0,13043478 0,04477612 0,107769453

27 0 0 0,09090909 0,09090909 0,86046512 0,20845666

28 0,05 0 0,07692308 0,04761905 0,02564103 0,04003663

29 0,02325581 0,03225806 0 0 0,06060606 0,023223988

30 0 0,05 0,11111111 0,15789474 0,03614458 0,071030085

31 0,04 0,02439024 0,125 0,08333333 0,02439024 0,059422764

32 0,02439024 0,03225806 0,25 0,06666667 0,01010101 0,076683197

33 0,06976744 0,05084746 0,2 0,2 0,02272727 0,108668434

34 0,05 0,03030303 0,09090909 0,11111111 0,04109589 0,064683825

35 0,05555556 0,03333333 0,16666667 0,14285714 0,02439024 0,084560588

36 0,05882353 0,03846154 0,14285714 0,05263158 0 0,058554758

37 0,04545455 0 0,25 0,14285714 0,03614458 0,094891253

38 0,1 0,04477612 0,4 0,17647059 0,01234568 0,146718477

39 0,04545455 0,01449275 0,33333333 0,09090909 0,03797468 0,104432881

40 0,11111111 0,01886792 0,13043478 0,04761905 0,02941176 0,067488926

41 0,05555556 0,04 0,2 0,125 0,02564103 0,089239316

42 0,06976744 0,03225806 0,14285714 0,05263158 0,01204819 0,061912484

43 0,05882353 0,03225806 0,14285714 0,14285714 0,03225806 0,081810789

44 0,02040816 0,025 0,05882353 0,11111111 0,02439024 0,04794661

45 0,11111111 0,09090909 0,14285714 0,09090909 0,01265823 0,089688933

46 0,05555556 0,03448276 0 0,125 0,02439024 0,047885712

47 0,04545455 0,03333333 0,09090909 0,04347826 0,01234568 0,045104182

48 0,10344828 0,01754386 0,2 0,06666667 0,02564103 0,082659966

49 0 0,01369863 0,11111111 0,08333333 0,02040816 0,045710248

50 0,02702703 0,05263158 0,14285714 0,11111111 0,01234568 0,069194508

Значение стабильности флуктуирующей асимметрии у Березы повислой 0,067231513

Город

Таблица 2. Интегральный показатель флуктуирующей асимметрии у Березы повислой (д. Ямищи, Ярославская обл.).

Номер листа Номер признака Величина асимметрии листа

1-го 2-го 3-го 4-го 5-го

1 0 0 0,11111111 0,08333333 0,01075269 0,041039427

2 0,01960784 0,01204819 0 0,09677419 0,01298701 0,028283448

3 0 0,01123596 0,06666667 0 0 0,015580524

4 0 0 0,0бббббб7 0 0,01204819 0,015742972

5 0,0б25 0 0 0 0 0,0125

б 0 0 0 0 0 0

7 0 0,27777778 0,14285714 0,047б1905 0,02439024 0,098528842

8 0,02857143 0 0,11111111 0,0434782б 0 0,03бб321б

9 0,05882353 0,01587302 0 0 0,015384б2 0,01801б232

10 0 0 0 0,052б3158 0 0,01052б31б

11 0 0,02439024 0,11111111 0 0,0204081б 0,031181904

12 0,05 0 0,14285714 0,047б1905 0,012б5823 0,050б2б884

13 0 0 0 0 0,01818182 0,003б3б3б4

14 0,02439024 0 0,125 0 0,0204081б 0,033959б81

15 0,02222222 0 0,0бббббб7 0 0 0,017777778

1б 0 0,01б94915 0 0 0,01098901 0,005587б33

17 0,0434782б 0,05454545 0 0,052б3158 0,03б14458 0,037359975

18 0 0,02222222 0 0,14285714 0 0,033015873

19 0,05882353 0 0,11111111 0 0,02702703 0,039392334

20 0,025б4103 0,0384б154 0 0 0,02325581 0,017471б7б

21 0,0бббббб7 0,01б39344 0,1бббббб7 0,11111111 0 0,0721б7577

22 0 0,02222222 0 0 0 0,004444444

23 0,04 0 0 0,1 0,02439024 0,032878049

24 0,0434782б 0 0,052б3158 0,0434782б 0 0,027917б2

25 0,025б4103 0,015384б2 0 0 0,01204819 0,010б147б7

2б 0,05882353 0 0 0,05882353 0 0,023529412

27 0 0 0 0 0,8125 0,1б25

28 0,0344827б 0 0 0,052б3158 0 0,0174228б8

29 0,03030303 0 0,11111111 0 0,012345б8 0,0307519б4

30 0,02702703 0 0 0,052б3158 0 0,015931721

31 0 0,019б0784 0,1бббббб7 0,05882353 0 0,049019б08

32 0 0,01587302 0 0 0 0,003174б03

33 0 0 0 0 0 0

34 0 0 0,1бббббб7 0,02857143 0 0,039047б19

35 0 0 0,25 0,11111111 0,02325581 0,07б873385

3б 0,04545455 0 0 0,02857143 0 0,014805195

37 0,02439024 0,02127бб 0,2 0,0434782б 0,01ббббб7 0,0б11б2353

38 0 0,01б39344 0,14285714 0,0434782б 0,01149425 0,042844б2

39 0,02325581 0,0204081б 0,28571429 0,15789474 0,03703704 0,1048б2007

40 0 0,0434782б 0,07б92308 0,04 0 0,0320802б8

41 0,0322580б 0 0,0бббббб7 0,09090909 0,00970874 0,039908512

42 0 0,02222222 0,14285714 0,1бббббб7 0,01б94915 0,0б9739037

43 0,02702703 0 0 0,052б3158 0 0,015931721

44 0 0,0322580б 0 0 0,01030928 0,0085134б9

45 0 0 0,09090909 0,0бббббб7 0 0,031515152

4б 0,03030303 0 0 0 0,03б14458 0,013289522

47 0 0,01754386 0 0,05263158 0,02857143 0,019749373

48 0,01754386 0 0 0 0,01204819 0,00591841

49 0 0 0,33333333 0,09090909 0,0212766 0,089103804

50 0,05263158 0 0 0,1 0 0,030526316

Значение стабильности флуктуирующей асимметрии у Березы повислой 0,033861668

Деревня

Значение стабильности флуктуирующей асимметрии у Березы повислой в парке «Нефтяник» равняется 0,067231513, а в деревне Ямищи - 0,033861668. Уровень атмосферного загрязнения по результатам всех измерений определяется в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3. Уровень атмосферного загрязнения по значению стабильности флуктуирующей асимметрии у Березы

повислой.

Балл Величина показателя стабильности развития Шкала

I <0.040 Условная норма

II 0.040 - 0.044 Слабое влияние неблагоприятных факторов

III 0.045 - 0.049 Загрязненные районы

IV 0.050 - 0.054 Загрязненные районы

V >0.054 Критическое значение

Отчетливо видно, что уровень атмосферного загрязнения в парке «Нефтяник» имеет критическое значение (> 0,054). Тогда, как этот же показатель в деревне соответствует условной норме.

Теперь поговорим об определении фитотоксичности почвы. Методом почвенных пластинок можно определить токсичность почв, находящихся в условиях промышленного загрязнения [3]. Фитотоксичность рассчитывается по формуле: Ф = (длина ростка на контроле - длина на экспериментальном участке) х 100 / длина ростка на контроле. Оценка фито-токсичности была проведена по четырём группам: < 20 - фито-токсичность не проявляется; 20 - 40 - слабая фито-токсичность; 40 -60 - средняя фито-токсичность; > 60 - сильная фито-токсичность. В качестве объекта исследования мы собрали образцы почвы парка «Нефтяник» города Ярославля (в качестве контроля, для сравнения, были отобраны образцы почвы в экологически чистом районе Ярославской области - в деревне Ямищи). Предметом нашего исследования является уровень фитотоксичности почвы парка «Нефтяник» города Ярославля (Табл. 4-5).

Таблица 4. Проявление фитотоксичности (%) по интенсивности нарастания корешков кресс-салата.

Срок определения, дни Контроль (поле без загрязнений) Парк «Нефтяник»

длина корешка, мм длина корешка, мм Фито-токсичность, %

3 33.5 16.0 52,2

6 34.8 15.6 55,1

9 37.9 18.2 51,9

Среднее 53,1

Вывод: по интенсивности нарастания корешков семян кресс-салата почва в парке «Нефтяник» обладает средней фитотоксичностью.

Таблица 5. Проявление фитотоксичности (%) по интенсивности нарастания проростков кресс-салата.

а я п Контроль (поле без загрязнений) Парк «Нефтяник»

- и н е л е ч е

м в? к т с 2 м « к т с 5? Л -т -

р с о к о о а о р п о а о р п Фит сичнос

р и а н и л и- а н и л » к о т

3 2.4 1.3 46

6 3.7 1.9 49

9 5.2 2.5 52

Среднее 49

Определение содержания металлов методом РФА

На следующем этапе образцы минеральной части почвы были исследованы методом рентгенофлуоресцентного анализа [10]. Данный метод основан на зависимости интенсивности рентгеновской флуоресценции от концентрации элемента в образце. При облучении образца мощным потоком излучения рентгеновской трубки возникает флуоресцентное излучение атомов, которое пропорционально их количеству в исследуемом образце. Полученные данные представлены в таблице 6, рис.2 и диаграммах 1-4.

Таблица 6. Металлы, входящие в состав почвенных образцов.

Место N1 Мп Си Ее

Парк 0,0619786% 0,1138383% 0,0091028% 2,4671272%

Деревня 0,0025004% 0,0670979% 0,0044404% 2,0186442%

0,120% 0,100% 0,080% 0,060% 0,040% 0,020% 0,000%

N1 Мп Си

■ Парк «Деревня

Рис.2. Сравнительное содержание некоторых металлов в образцах исследуемых почв. Содержание металлов в образцах почв

I«» пво

Диаграмма 1. Содержание лёгких металлов в деревенской почве

Диаграмма 2. Содержание тяжелых металлов в деревенской почве.

Диаграмма 3. Содержание лёгких металлов в почве парка «Нефтяник».

Диаграмма 4. Содержание тяжёлых металлов в почве парка «Нефтяник».

Вывод: в образце почвы парка «Нефтяник» по сравнению с деревенской значительно выше содержание таких металлов как никель, марганец, медь и железо.

Теперь обсудим определение концентрации нефтепродуктов в снеге методом люминесцентного анализа [5]. Мониторинг уровня загрязнения снежного покрова дает возможность оценки уровня техногенной нагрузки на окружающую среду городских территорий и здоровье населения [9].

Для определения содержания нефтепродуктов в талой воде был использован высокочувствительный метод люминесцентного анализа [6].

Полученные данные по анализу талой воды полученных из различных проб снега представлены в таблице 7.

Таблица 7. Концентрация нефтепродуктов в талой воде.

Время от момента выпадения снега до забора образца Концентрация нефтепродуктов в талой воде, мг/дм3

Количество дней Снег из д. Ямищи, Ярославской обл. (Контроль) Снег из парка «Нефтяник»

1 0,003 0,335

3 0,008 1,13

7 0,021 1,92

Вывод: концентрация нефтепродуктов в талой воде имеет существенное отличие, разница составляет между контролем, взятым из д. Ямищи, Ярославской обл. и снежным покровом парка «Нефтяник» более, чем в 110 раз. Концентрация нефтепродуктов в значительной степени зависит от времени нахождения осадка в соприкосновении с атмосферным воздухом.

Результаты и выводы. Исходя из полученных результатов исследования, мы видим, что выдвинутая нами гипотеза подтвердилась.

1. По значению стабильности флуктуирующей симметрии у Берёзы повислой мы выяснили, что степень загрязнения окружающей среды в парке высокая. Причём асимметрия листьев у растений может быть обусловлена не только загрязнением атмосферного воздуха, но и почвы.

2. Определение токсичности почвенных образцов показало наличие средней фитотоксичности.

3. Обнаружение высокого содержания некоторых металлов, в том числе тяжёлых, также подтверждает загрязнённость почвенной среды.

4. В составе дождевой воды имеется существенное отличие по электропроводности, что свидетельствует о наличии аэрозолей и пылевых частиц.

5. Нами установлено, что содержание нефтепродуктов в снежном покрове может служить отличным индикатором загрязнения воздуха исследуемой территории.

В результате исследования, мы пришли к выводу о том, что метод фитоиндикации можно использовать для оценивания степени загрязненности и токсичности почв в различных городских территориях. Во время использования данного метода, можно быстро и выгодно комплексно и объективно оценить экологическое состояние исследуемых природных территорий.

Данные, которые мы получили во время исследования, могут быть использованы как материал для дальнейшего изучения и предотвращения экологического загрязнения природных экосистем.

Список литературы

1. Елфимов Н.В., Бельшина Ю.Н., Клейменов А.В. Способ исследования нефти и нефтепродуктов методом люминесцентного анализа при решении задач диагностики и идентификации загрязнений // Современные проблемы гражданской защиты. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/sposob-issledovaniya-nefti-i-neiteproduktov-metodom-lyuminestsentnogo-analiza-pri-reshenii-zadach-diagnostiki-i-identifikatsii/ (дата обращения: 20.12.2022).

2. Козицкая Ю.С., Шавнин С.А., Исупов И.А и др. Влияние противогололедных материалов и проблемы фитотоксичности почвогрунтов придорожных территорий в городах ХМАО-Югры // Проблемы региональной экологии. 2006. № 3. С. 11-16.

3. Максимова Н.Б., Морковкин Г.Г. Оценка токсичности и загрязненности почв методом фитоиндикации // Вестник АГАУ. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n7otsenka-toksichnosti-i-zagryaznennosti-pochv-metodom-fitoindikatsii/ (дата обращения: 11.11.2022).

4. Радченко Н.М., Шабунов А.А. Методы биоиндикации в оценке состояния окружающей среды: Учебно-методическое пособие. - Вологда: Издательский центр ВИРО, 2006. - 148 с.

5. Решетник Л.А. Биохимическое и климатическое значение селена для здоровья человека // Микроэлементы в медицине, 2001. - №2 (2). - С. 2 - 8.

6. Свистова И.Д. Методические подходы к определению фитотоксической активности почвы и почвенных микроорганизмов // Лесотехнический журнал. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/metodicheskie-podhody-k-opredeleniyu-fitotoksicheskoy-aktivnosti-pochvy-i-pochvennyh-mikroorganizmov/ (дата обращения: 10.10.2022).

7. Соколов В.Е. Международная программа по биоиндикации антропогенного загрязнения природной среды / В.Е. Соколов, Я.И. Шаланки, Д.А. Криволуцкий и др //Экология, 1990. - №2. - С. 90 - 94.

8. Хомяков Д.М. К вопросу об оценке уровня загрязнения и состояния городских почв / Д.М. Хомяков // Современные проблемы загрязнения почв. III Межд. конф. М., 2010. - С. 53 - 57.

9. Черников В.А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие / В.А. Черников, Н.З. Милащенко, О.А. Соколов //Устойчивость почв к антропогенному воздействию. Кн.3. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2001. - 203 С.

10. Шайхутдинова А.А. Атмосфера промышленного предприятия. Методы анализа и очистки // Оренбург: Изд-во Оренбургского государственного университета. 2019.