Палиноэкологический мониторинг атмосферного воздуха г. рязани

На правах рукописи

ПОСЕВИНА Юлия Михайловна Палиноэкологический мониторинг атмосферного воздуха г. Рязани 03.02.08 – экология (биологические наук

и)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва – 2011

Работа выполнена на кафедре экологии и природопользования естественно географического факультета Рязанского государственного университета имени С.А.Есенина и на кафедре высших растений биологического факуль тета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова Научные руководители доктор сельскохозяйственных наук, профессор Евгений Сергеевич Иванов кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Елена Эрастовна Северова Официальные оппоненты доктор медицинских наук, профессор Валерий Иосифович Харитонов доктор биологических наук Лариса Викторовна Новоселова Ведущая организация Главный ботанический сад имени Н.В. Цицина РАН

Защита диссертации состоится «30» июня 2011 г.

в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.203. в Российском университете дружбы народов по адресу: 115093, г. Москва, Подольское шоссе, д. 8/5, экологический факультет РУДН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу: 117923, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6;

с авторефератом - на сайте ВАК: http://www.vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан «_ » _ 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент Карпухина Е.А.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. В атмосфере, окружающей человека, посто янно циркулирует огромное число частиц различного происхождения, со ставляющих атмосферные аэрозоли. Особый интерес среди них представля ют пыльца и фрагменты растений, споры папоротников, грибов различных групп, бактерии, вирусы и т.д. Многие из них, в первую очередь пыльца рас тений, способны вызывать аллергические заболевания у человека и живот ных (Perelman, Malley, 1973;

Головко, Куценогий, 1999;

Сарыджи, 1998а, 1998б;

Шалабода, Самодуров, 2001) и существенно влиять на качество жизни человека. Для точного выявления причинно-значимого аллергена необходи мо знать время пыления растений в данном регионе и период циркуляции пыльцы в атмосфере (Принципы и методы…, 1999).

Изучение качественных и количественных характеристик аэропалино логического спектра лежит в основе экологического мониторинга атмосферы и тесно связано с прикладными проблемами аллергологии и иммунологии.

Для больных поллинозами крайне необходима информация об аэропалиноло гическом составе воздуха, позволяющая планировать превентивную терапию, а в сезон пыления – корректировать прием лекарств, диету и образ жизни. С другой стороны, изучение особенностей формирования и динамики состава воздушных споро-пыльцевых спектров тесно связано с фундаментальными проблемами реконструкции растительности и климатов прошлого, что необ ходимо для понимания эволюции экосистем.

Особую актуальность аэропалинологические исследования приобрели в последние годы, что связано с ростом числа аллергических заболеваний под влиянием все возрастающей антропогенной нагрузки. По данным ВОЗ, около 20 % населения Европы страдают различными видами аллергии, боль шинство из которых приходится на долю поллинозов, т.е. вызываются пыль цой растений.

Перед станциями аэробиологического мониторинга стоит задача от слеживать текущее состояние атмосферы и прогнозировать возможные изме нения состава пыльцевого дождя в соответствии с географическими и клима тическими особенностями каждого конкретного региона. В Рязанской облас ти аэробиологические исследования никогда ранее не проводились. В связи с этим, вопросы изучения качественного и количественного состава пыльцево го дождя, особенностей его сезонной динамики и закономерностей формиро вания, составления календарей пыления, разработки прогнозов пыления и создания системы палиноэкологического мониторинга в этом регионе чрез вычайно актуальны.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является аэ ропалинологический анализ атмосферы г.Рязани и разработка основ палино экологического мониторинга. Для достижения цели были поставлены сле дующие задачи:

1. Исследовать качественные и количественные характеристики пыль цевого дождя г. Рязани;

2. Изучить сезонную динамику пыления основных таксонов аэропали нологического спектра, разработать календарь пыления для г. Рязани и выде лить основные фазы (волны) пыления;

3. Оценить влияние абиотических факторов на качественный и количе ственный состав пыльцевого дождя;

4. Выявить динамику поллинозов у населения г. Рязани и ее связь с со ставом аэропалинологического спектра;

5. Провести оценку и дать прогноз палиноэкологических рисков волн пыления для здоровья человека.

Научная новизна: впервые изучен состав аэропалинологического спектра г. Рязани, установлены сроки пыления наиболее аллергенных таксо нов;

разработан календарь пыления и выделены основные фазы (волны) пы ления;

выявлена зависимость содержания пыльцы в воздухе от метеорологи ческих факторов;

проанализирована динамика поллинозов у населения г. Ря зани, сопоставлены данные палинологического мониторинга с уровнем забо леваемости в городе;

разработана система оценки экологической опасности волн пыления для здоровья человека;

впервые создана качественная поли функциональная модель экологических рисков волн пыления для здоровья человека.

Практическая значимость работы. Результаты исследований пред ставлены в виде календаря пыления, который может применяться в практике врачей-аллергологов для диагностики поллинозов, проведения своевремен ной профилактики и адекватного лечения больных. Разработанные научно методические подходы могут быть использованы для создания службы пали нологического мониторинга в г. Рязани и других городах данного региона, а также для оценки экологических рисков волн пыления для здоровья челове ка. Собрана эталонная коллекция препаратов пыльцы, создан атлас основных пыльцевых типов аэропалинологического спектра г. Рязани. Полученные ма териалы интегрированы в учебный процесс РГУ имени С.А. Есенина по дис циплине «Экология организмов», РГАТУ имени П.А. Костычева по дисцип лине «Организм и среда»;

впервые в России разработаны программы и учеб ный курс «Аэропалиноэкология» для студентов по специальностям «эколо гия» и «природопользование» и направлению магистратуры «Экология и природопользование».

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований доложены и обсуждены на: Международной научно практической конференции «Современная экология – наука XXI века» (Ря зань, 2008), Международной научно-практической конференции «Современ ные проблемы гуманитарных и естественных наук» (Рязань, 2008), област ном семинаре по пчеловодству (Орел, 2008), IV Европейском симпозиуме по аэробиологии (Турку, Финляндия, 2008), Всероссийской палинологической конференции «Палинология, стратиграфия и геоэкология» (Санкт-Петербург, 2008), научно-практических конференциях с международным участием «Ак туальные проблемы экологии и природопользования» (Москва, 2009, 2010), Международной научно-практической конференции «Безопасность город ской среды» (Ярославль, 2010), Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2010), IX Международном конгрессе по аэробиологии (Буэнос-Айрес, Арген тина, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 17 работ, в том числе 3 - в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 131 странице, содержит 28 рисунков, 3 таблицы, 1 схему и 18 таблиц при ложения. Библиография включает 210 названий, в том числе 71 - на ино странных языках.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своим науч ным руководителям – д. с.-х. н., проф., зав. каф. экологии природопользова ния РГУ имени С.А. Есенина Е.С. Иванову и к.б.н., в.н.с. Биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова Е.Э. Северовой за неоценимую по мощь в написании работы, постоянную поддержку и профессиональное кон сультирование. Автор глубоко признателен зам. глав. врача по поликлиниче ской работе ГУЗ «Рязанская областная клиническая больница», к.м.н. Е.А.

Худиной за помощь в поиске медицинских данных;

к.б.н., н.с. каф. высших растений Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова С.В. По левовой за советы и замечания по написанию работы. Автор благодарен со трудникам Air Resources Laboratory, National Oceanic and Atmospheric Ad ministration (USA) за возможность использования модели обратных траекто рий HYSPLIT 4 и дисперсионной модели, находящихся в свободном доступе на веб-сайте http://www.art.noaa.gov/ready/hysplit4.html.

Основное содержание работы

Введение содержит обоснование актуальности темы, формулировку цели и задач работы, показывает научную новизну и практическую значимость ре зультатов, полученных в ходе исследования.

Глава 1. Обзор литературы В главе рассматриваются основные этапы становления аэропалиноло гии как науки и современные направления исследований: проблемы изучения аллергенных свойств пыльцевых зерен и их пороговых концентрации, влия ние дальнего транспорта пыльцы на состав аэробиологических спектров, во просы биоэкологического моделирования и прогнозирования. Анализируют ся современные методики изучения пыльцы как индикатора качества окру жающей среды. Особое внимание уделяется проблеме поллинозов. На основе анализа литературы обсуждаются концепции экологических рисков.

Глава 2. Физико-географическая и экологическая характеристика района исследования В главе приведены сведения о природно-климатических условиях, поч венном покрове, физико-географическом районировании и характере расти тельности г. Рязани. Рассматриваются проблемы абиотического загрязнения воздушного бассейна Рязанской области.

Глава 3. Методика, объекты и условия проведения исследований Аэробиологический мониторинг атмосферы г. Рязани проводился в пе риод с марта по сентябрь 2007 - 2009 гг. при помощи гравиметрического пыльцеуловителя Дюрама (Durcham, 1946;

Принципы и методы…, 1999).

Частота смены стекол в ловушке составляла одни сутки. Всего за период ис следования проанализировано более 800 аэропалинологических проб. Для оптимизации исследований, выявления региональных и локальных особенно стей аэропалинологического спектра и его взаимосвязи с особенностями ок ружающей растительности в 2007 г. были установлены две пыльцевые ло вушки в различных точках г. Рязани. Одна из них (№1) - расположена на крыше Астрономической обсерватории РГУ имени С.А. Есенина (центр го рода), вторая (№2) – на окраине г. Рязани на крыше жилого здания на той же высоте. Расстояние между ловушками составляло 10 км. В дальнейшем ис пользовался один пыльцеуловитель (№ 1), установленный на высоте 20 м над уровнем земли.

Подсчет и идентификацию пыльцевых зерен в препаратах проводили под световым микроскопом (МИКМЕД-1, XS-910 0351 ЛОМО) при увеличе нии х 400. В пробах определяли количество пыльцевых зерен (пз) и их таксо номическую принадлежность. Для получения нормированных данных со держание пыльцы каждого таксона пересчитывали на 1 см2. С целью иденти фикации пз в составе спектра была создана эталонная коллекция препаратов пыльцы, насчитывающая 50 образцов. На основании коллекции подготовлен атлас пыльцы (18 основных таксонов), циркулирующей в атмосфере г. Ряза ни. Он содержит световые и сканирующие электронные фотографии пз, а также изображения растений, любезно предоставленные м.н.с. Ботанического сада МГУ Я.В. Косенко и с.н.с. биологического факультета МГУ С.Р. Майо ровым. Световые фотографии пыльцевых зерен выполнены при помощи микроскопа Leica DMЕ, электронные фотографии – на сканирующих элек тронных микроскопах Jeol и Camscan в Общефакультетской лаборатории электронной микроскопии Биологического факультета МГУ. Для работы на сканирующих электронных микроскопах зафиксированные в фиксаторе Кар нуа пыльники обезвоживали в серии ацетонов и сушили в критической точке (Тимонин, 2005). Высушенные пыльцевые зерна наклеивали на предметные столики при помощи маникюрного лака и напыляли смесью золота и палла дия.

Результаты аэробиологического мониторинга представлены в виде ка лендаря и кривых пыления. Календарь пыления строился подекадно и вклю чал 18 наиболее аллергенных и/или распространенных пыльцевых типов.

Древесные и травянистые растения анализировались отдельно. Каждый из таксонов, входящий в календарь, анализировался индивидуально по 8 пока зателям: первое появление пыльцы в воздухе;

начало основного периода пы ления (ООП);

продолжительность ОПП;

окончание ОПП;

дата максимально го содержания пыльцы в воздухе;

максимальное суточное содержание пыль цевых зерен в атмосфере;

суммарное содержание пыльцы за сезон;

дата по следнего появления пыльцы в атмосфере. ОПП определялся как временной интервал, в течение которого содержание пыльцевых зерен в атмосфере со ставляло 95% от суммарного годового содержания пыльцы этого таксона (Nillson, Persson, 1981).

Для оценки влияния метеорологических факторов использовались дан ные сайта http://meteo.infospace.ru. (архив погоды Российской Федерации, Ря зань) за 2007-2009 гг.: среднесуточная температура, атмосферные явления, направление ветра.

Математическая обработка данных, построение графиков и диаграмм выполнены в программе Excel 2003. Для анализа эпизодов дальнего транс порта пыльцы использовался метод реконструкции обратных траекторий, реализованный в модели HYSPLIT 4 (Hybrid Single-Particle Lagrangian Inte grated Trajectory) (http://www.arl.noaa.gov/ready/hysplit4.html). Для построения траекторий были выбраны 2 высоты – 1000 м и 500 м, модель рассчитывалась на 72 часа назад.

На основе договора о творческом сотрудничестве с ГУЗ «Рязанская об ластная клиническая больница» изучена частота первичных обращений па циентов, страдающих аллергией. Анонимные данные были получены из «Та лонов амбулаторных пациентов». Учитывались диагнозы «поллиноз», «брон хиальная астма» и «ринит». Полученные результаты сопоставлялись с дина микой содержания пыльцы основных аллергенных таксонов.

При оценке экологического риска учитывались два показателя: степень аллергенности таксона и его обилие в определенный промежуток времени.

Для оценки аллергенности таксонов аэропалинологического спектра исполь зовалась пятибальная шкала (Sulmont et al, 2005). Для оценки обилия пыльцы в спектре предложена 4-бальная шкала, используемая при составлении ка лендаря пыления. Уровень риска определялся как произведение этих двух показателей.

Глава 4. Результаты исследований и их обсуждение 4.1. Палиноэкологическая характеристика воздушного спектра г. Рязани Качественный состав аэропалинологического спектра в центре города (ловушка № 1) и на окраине (ловушука № 2) идентичен. Начало пыления для большинства таксонов регистрировалось на 1-5 дней раньше в ловушке № или одновременно. Суммарное содержание пыльцы за сезон в ловушке № 2 в 1,2 раза больше. Содержание пз древесных таксонов, отражающих регио нальную растительность, практически одинаково, различия затрагивали в ос новном травянистую часть спектра. Наибольшая разница отмечена для си нантропных растений (крапива, маревые, полынь), в изобилии произрастаю щих на окраине города на близлежащих пустырях. Использование двух пыльцевых ловушек показало, что количественные характеристики аэропа линологического спектра зависят от состава окружающей растительности.

Начало и продолжительность пыления, время максимума в меньшей степени зависят от локализации ловушки и могут быть выявлены при помощи одного пыльцеуловителя. В дальнейшей работе использовалась только ловушка №1.

В воздушном бассейне г. Рязани зарегистрировано 35 (2007 г.), 36 ( г.) и 33 (2009 г.) пыльцевых типов. Суммарное годовое содержание пз значи тельно варьировало по сезонам. Количественно преобладала пыльца древес ных растений, однако для травянистых таксонов отмечено большее таксоно мическое разнообразие.

Для составления календаря пыления (рис.1) были отобраны 18 таксо нов: Betula, Alnus, Corylus, Acer, Populus, Salix, Quercus, Fraxinus, Ulmus, Pi nus, Picea, Ambrosia, Artemisiа, Chenopodiaceae, Plantago, Poaceae, Rumex, Ur tica. Их пыльца количественно доминирует в воздухе и/или обладает ярко выраженными аллергенными свойствами. Продолжительность сезона пыле ния составила 6 месяцев (середина марта – середина сентября). Сезон пыле ния условно разделен на три периода (экологические волны пыления), разли чающиеся как по качественному составу пыльцевого дождя, так и по частоте встречаемости регистрируемых пыльцевых типов.

Первая волна - пыление древесных таксонов (Alnus, Corylus, Betula, Acer, Salix, Quercus, Pinus, Picea, Fraxinus) – 27.03-5.06 (2007), 13.03-20. (2008), 15.03- 19.05 (2009) (рис.2). Этот период характеризуется самым высо ким содержанием пыльцы в воздухе, составляющим до 85 % от общей годо вой суммы.

март апрель май июнь июль август сентябрь Betula Alnus Corylus Acer Populus Salix Quercus Fraxinus Ulmus Pinus Picea 1-10 11-100 101-500 март апрель май июнь июль август сентябрь Ambrosia Artemisia Chenopodiaceae Plantago Poaceae Rumex Urtica 1-10 11-50 51-100 Рис. 1. Календарь пыления основных таксонов аэропалинологического спектра за 2007-2009 гг.

Доминирующим таксоном в этот период была Betula, на долю которой приходилось до 85 % от суммарного содержания пыльцы за первую волну пыления. Максимальное содержание пыльцы березы в атмосфере регистри руется в середине апреля – начале мая, максимум пыления приходился на апреля 2007 (1561 пз/см2), 10 апреля 2008 (1273 пз/см2) и 5 мая 2009 ( пз/см2). Пыльцевая продуктивность березы также сильно варьировала: в г. она составляла 24862 пз за сезон, в 2008 г. – 23054 пз, в 2009 г. – 3151 пз.

Полученные нами данные хорошо согласуются с имеющими в литературе сведениями о межсезонной ритмике пыления Betula.

SX UL AL SX QU 2% FR UL 2% AC AL 4,3%1,6% 3,9% AC FR 1,0% 4% 2% 1% 10,5% 4% CO 0,2% CO 0,2% BE BE 78,7% 85% 2007 год 2008 год UL 2% AC SX 16% 15% AL 8% PP 17% BE FR 28% 12% CO 2% 2009 год Рис. 2. Первая волна пыления.

Примечание: BE - Betula, AL - Alnus, AC -Acer, UL -Ulmus, SX - Salix, PP - Populus, FR - Fraxinus, CO - Corylus, QU – Quercus Второй по обилию таксон - Acer (2007- 10,5%), Acer и Fraxinus (2008 – по 4%);

Acer и Populus (2009 - 16 % и 17 %). Даты сезонных максимумов кле на, ясеня и тополя и их пыльцевая продукция также существенно различа лись в разные сезоны наблюдений.

Вторая волна пыления– 6.06-30.06 (2007), 21.05-16.07 (2008), 20.05 1.08 (2009). Индикаторами второй волны пыления выступают пыльцевые зерна злаков и сосны, которые, в зависимости от погодных условий, появля ются в составе спектра почти одновременно или последовательно (рис.3).

RU SX QU PL 0,2%1,7% 0,3% 5,3% PO UR 12,7% 28% FR 5,0% PI 49% BE RU 55,5% 2% BE PI 2% 19,5% PO QU 19% 0,3% BE 1% 2007 год 2008 год PI 45% UR 32% TI 2009 год 3% RU 1% PO PL 17% 1% Рис. 3. Вторая волна пыления.

Примечание: BE - Betula, SX - Salix, PI – Pinus, PL – Plantago, UR – Urtica, RU- Ru mex, PO – Poaceae, FR – Fraxinus, QU – Quercus, TI - Tilia Количественно в составе спектра преобладает пыльца Betula (55,5 %, 2007), Pinus (19,5 %;

49 %;

45 %), Poaceae (12,7 %;

19 %;

17 %) или Urtica (до 32 % в 2009 г.), однако именно злаки являются руководящим таксоном при выделении этого периода из-за их высокой аллергенности. Помимо вышепере численных растений, в первой половине лета в составе спектра в небольших количествах отмечаются пз Quercus, Fraxinus, Chenopodiaceae, Plantago, Rumex.

PL AM UR AM 2,7% 4,1% 12,2% 7% UR RU 24% 1,0% PO 7,6% RU PI 2% 0,6% AR PO 52,4% 5% CH CH 17,7% 5% AR 57% BE 1,6% 2007 год 2008 год UM AM 1% 5% UR 37% AR 46% PO CH 5% 6% 2009 год Рис. 4. Третья волна пыления.

Примечание: BE - Betula, PL – Plantago, UR – Urtica, RU- Rumex, PO – Poaceae, AR Artemisia, AM-Ambrosia, CH-Chenopodiaceae, PI - Pinus Третья волна - пыление разнотравья: 1.07-10.09 (2007), 17.07-14. (2008), 2.08-27.09 (2009). Доминирующими пыльцевыми типами в этот период были Artemisia (54,2 %;

57 %;

46 %) и Urtica (12,2 %;

24 %;

37 %), в составе спектра отмечались пз Chenopodiaceae, Plantago, Ambrosia. Руководящим так соном при выделении позднелетней волны пыления служила полынь (рис.4).

По характеру кривых пыления все изученные таксоны можно разде лить на три группы:

1. Раннецветущие деревья, характеризующиеся «взрывным» началом пыления и постепенным спадом содержания пыльцы в атмосфере (Alnus, Co rylus, Populus, Ulmus, Quercus, Acer, Fraxinus). Пик содержания пз всегда приходился на начало ОПП, максимальные концентрации регистрировались непродолжительное время (1-3 дня). Часто кривая пыления имеет несколько пиков, среди которых первый – доминирующий - всегда связан с началом ОПП. Последующие провалы и пики обусловлены либо действием абиотиче ских факторов, либо соответствуют пылению нескольких видов, плохо раз личимых палинологически и характеризующихся разной экологией цветения.

Для некоторых таксонов этой группы отмечен вторичный подъем пыльцевых зерен в атмосферу (Alnus, Corylus).

2. Деревья, пыльца которых присутствовала в составе спектра в тече ние всего сезона (Betula, Pinus), что обусловлено дальним транспортом пыльцы и вторичным подъемом пз в атмосферу после окончания сезона пы ления. Первое появление пыльцы этих таксонов в воздухе регистрируется за месяц до начало ОПП, непродолжительные пики в этот период связаны с за падными и юго-западными ветрами. Основной период пыления - до 23 дней, однако до конца вегетационного сезона в составе спектра отмечаются еди ничные пз. Кривая пыления часто имеет несколько пиков. Для рода Betula такая форма кривой связана с цветением двух видов березы: цветение B.pendula, как правило, на несколько дней опережает цветение B.pubescens, что проявляется на кривой пыления появлением второго, менее значимого, пика.

3. Травянистые растения характеризуются очень продолжительным ( и более дней) периодом пыления с несколькими явно выраженными, пример но одинаковыми периодами высокого содержания пыльцы (Poaceae, Cheno podiaceae, Artemisia, Urtica). Для злаков, маревых, полыни столь продолжи тельные ОПП связаны в первую очередь с тем, что эти таксоны представлены в средних широтах множеством видов, неразличимых палинологически, но отличающихся по экологии цветения. После окончания ОПП пз злаков боль ше месяца циркулируют в воздухе и регистрируются в составе АПС вплоть до середины сентября. Длинный период пыления крапивы (до 44 дней) обу словлен широким ее распространением, обилием и жизненной стратегией. К этой же группе относится Salix, период пыления которой очень растянут (29 41 день). Кривая пыления, как правило, имеет три ярко выраженных пика, отражающих особенности экологии цветения ив в нашем регионе. По флори стической сводке М.В. Казаковой (2004) на территории Рязанской области произрастает 17 видов рода Salix, различающихся сроками цветения. Первый пик (начало-середина апреля) связан с пылением S.acutifolia Willd. и S.caprea L., цветение которых наступает в конце марта, еще до распускания листьев.

Наибольшее содержание пыльцы ив в спектре отмечалось с 25 апреля по мая, во время цветения большинства видов (S.alba L., S.aurita L., S.cinerea L., S.dasyclados Wimm., S.fragilis L., S.myrsinifolia Salisb., S.phylicifolia L., S.triandra L., S.viminalis L., и S.vinogradovii A.Skvors.). Поздневесенний пик (конец мая – начало июня) выражен слабо, представлен единичными пыльце выми зернами и отражает цветение S.pentandra L. и S.starkeana Wild., зацве тающих после распускания листьев.

Пыльца Ambrosia – одного из самых аллергенных растений – в составе спектра немногочисленна. По-видимому, кривая пыления амброзии носит комбинированный характер. Находки пз этого растения в конце июля середине августа связаны с дальним транспортом пыльцы из южных регио нов, где амброзия широко распространена (Северова, 2008). Пыльца, регист рируемая в конце августа - начале сентября, отражает локальное цветение, что хорошо согласуется с фенологическими наблюдениями (Reznik, 2009).

Массовое цветение растений завершается в конце августа, однако еди ничные пз Urtica, Chenopodiaceae, Artemisia и Ambrosia регистрируются в воздухе вплоть до конца сентября. По-видимому, это явление вторичное и связано со подъемом пыльцевых зерен в атмосферу с поверхности земли.

4.2. Влияние абиотических факторов на состав аэропалинологического спектра Гравиметрический метод отбора проб не является строго количествен ным: число пз, осаждаемых на стеклах, полностью определяется текущими, постоянно меняющимися погодными условиями, что не дает возможности рассчитать концентрацию пыльцы в атмосфере. Особенности метода отбора проб не позволили нам провести расчеты прямых корреляций между палино логическими и метеорологическими параметрами. Метеорологические пока затели в данной работе использовались: 1) для оценки начала пыления ран нецветущих растений;

2) для качественного сопоставления кривых пыления с атмосферными явлениями (мокрый снег, дождь);

3) для расчета обратных траекторий переноса пз и выявления регионов – потенциальных источников дальнезаносной пыльцы.

Анализ пыления основных аллергенных таксонов показал, что начало пыления, особенно для раннецветущих растений, значительно варьирует. Это обусловлено, в первую очередь, текущими погодными условиями сезона. В многочисленных исследованиях показана прямая связь между началом пыле ния и накопленной суммой эффективных положительных температур (Нена шева, 2008, Mahura et al., 2008). В настоящей работе были проанализированы даты начала пыления «индикаторных» таксонов каждого периода (Betula, Poaceae, Artemisia) относительно накопленной суммы положительных темпе ратур, рассчитанной с 1 января. Четкого соответствия выявить не удалось – начало пыления березы наступало при накопленной положительной темпера туре 150-273,3 °, злаков – 682,8-749,1°, полыни - 1665,7-1774,6°. Такой раз брос значений соответствует периоду в 5-7 дней, что дает возможность ис пользовать полученные показатели для разработки долгосрочных прогнозов пыления. Более точное определение начала пыления возможно лишь при ис пользовании волюметрических пыльцевых ловушек.

Сопоставление данных палинологического мониторинга с атмосфер ными явлениями в течение всего вегетационного сезона показало, что сни жение концентрации пыльцы до минимума – результат воздействия погод ных условий в виде ливневых дождей и мокрого снега. Обильные осадки «очищают» атмосферу от пыльцы, осаждая ее из воздуха.

Нашими исследованиями установлено, что для некоторых таксонов аэ ропалинологического спектра характерен большой временной разрыв между первым появлением пыльцы в атмосфере и началом локального пыления (Be tula, Populus, Ulmus, Pinus, Ambrosia). Эпизоды раннего появления пз этих растений в атмосфере можно рассматривать как дальний транспорт пыльцы из соседних областей. Для дальнейшего анализа нами были выбраны два так сона – береза и амброзия, пыльца которых обладает ярко выраженными ал лергенными свойствами.

Род Ambrosia не характерен для флоры средней России, но широко распространен в южных регионах и в последние годы активно захватывает новые территории, продвигаясь на север и восток вдоль железных дорог. На территории Рязанской области отдельные небольшие популяции амброзии были обнаружены в ходе флористических исследований (Казакова, 2004), однако в непосредственной близости от места установки ловушки амброзия не произрастает. По данным станций европейской аэропалинологической се ти (EAN), пыление Ambrosia в центральной Европе наступает в конце августа - начале сентября. Анализ суточной ритмики пыления амброзии в Москве показал, что локальное цветение в средней полосе России отмечается не ра нее 26-28 августа (Северова, 2008). В Рязани пыльцевые зерна амброзии бы ли зарегистрированы в атмосфере в 2007 г – 22.07 (7 пз), 14.08 (16 пз), 15. (16 пз), в 2008 г. – 18.07 (8 пз), 14.08 (25 пз), в 2009 г. – 13.07 (40 пз), 10. (16 пз), 11.08 (28 пз). Для этих эпизодов были построены обратные траекто рии, некоторые из которых представлены на рис. 5.

Потенциальными регионами - источниками пыльцы Ambrosia в атмо сфере г. Рязани являются, вероятно, южные и юго-восточные регионы РФ (Северный Кавказ, Ставропольский, Краснодарский край, Ростовская об ласть). К сожалению, на юге России постоянно действующих станций пали нологического мониторинга не существует. Доступны данные лишь о составе аэробиологического спектра г. Краснодара в 2007-2008 гг. и г. Ставрополя в 2009 г. Начало пыления Ambrosia на территории Ставропольского края хо рошо согласуется с результатами моделирования.

Не всегда дальний транспорт связан со значительным увеличением концентрации пыльцы в атмосфере. Так, первое появление пыльцевых зерен березы в составе спектра на 1-1,5 месяца опережает начало пыления этого таксона в регионе, однако ее содержание до начала ОПП, как правило, очень незначительно. В сезоне 2008 и 2009 гг. пз Betula отмечались в составе спек тра 07.04.08 (34 пз), 29.03.09 (1 пз);

6.04.09 (1 пз);

17.04.09 (4 пз).

Рязань Рязань а) Ambrosia б) Betula Рис. 5. Обратные траектории переноса пыльцы амброзии и березы (http://www.art.noaa.gov/ready/hysplit4.html) Существенное увеличение концентрации пыльцы березы до начала ос новного периода пыления зафиксировано в 2007 г. 19-20.04.07 (98 пз;

134 пз).

Ранее появление пыльцы березы в составе спектра всегда сопряжено с ветра ми южного и юго-западного направлений. Реконструированные обратные траектории хорошо согласуются с данными станций мониторинга в южных регионах России, на Украине и в Белоруссии (рис. 5).

4.3. Оценка и прогноз экологических рисков волн пыления растений для здоровья человека Палиноэкологический риск понимается нами как производное двух па раметров: аллергенности пыльцы и ее обилия. Для оценки аллергенности таксонов аэропалинологического спектра была использована модифициро ванная автором (Посевина и др., 2008) пятибальная шкала (Sulmont et al, 2005): 5- очень сильно аллергенные;

4- сильно аллергенные;

3- средне аллер генные;

2 - мало аллергенные;

1 - почти не аллергенные. Предложенная для оценки обилия пыльцы в спектре 4-бальная шкала различалась для древес ных и травянистых растений (для деревьев: 1-10 пз/см2 - 1 балл;

1-100 пз/см – 2 балла, 101-500 пз/см2 – 3 балла;

500 пз/см2 – 4 балла;

для трав: 1- пз/см2 - 1 балл;

11-50 пз/см2 – 2 балла, 51-100 пз/см2 – 3 балла;

100 пз/см2 – 4 балла). Первая волна пыления характеризуется максимальным риском (222 305 баллов), риск третьей волны пыления оценивается в 216-254 балла, вто рой – в 90-263 балла. С точки зрения экологического риска наиболее значи мыми и опасными для здоровья таксонами являются береза, ольха и орешник (первая волна), злаки (вторая волна), полынь, амброзия и маревые (третья волна). Ход кривых пыления этих таксонов хорошо согласуется с динамикой заболеваемости поллинозами. Всплески первичной обращаемости либо сов падают с пиками их пыления, либо немного запаздывают и следуют сразу за увеличением содержания пз аллергенных растений в атмосфере.

Принятие решений в условиях экологического риска включает в себя три основных этапа: оценка, анализ и управление риском.

Оценка экологических рисков волн пыления - оценка наличия в воздухе аллергенной пыльцы - оценка качественных и количественных показателей пыльцевого дождя и порого вых концентраций - оценка особенностей пыления основных аллергенных таксонов и распределение их по степени аллергенности в каждой волне - оценка экологических рисков волн пыления для здоровья человека Анализ экологических рисков - сравнение количества больных с диагнозом поллиноз и его основными проявле ниями в каждой волне пыления - анализ количества пыльцевых типов в каждой волне пыления Управление экологическими рисками - сравнительная оценка и ранжирование рисков по каждой волне пыления - оповещение всех заинтересованных лиц через средства массовой информации (ра дио, телевидение, Интернет) - разработка рекомендаций по управлению рисками - принятие превентивных мер;

комплексная терапия для улучшения качества жизни населения Схема. Полифункциональная модель управления палинорисками Предлагаемая нами модель принятия решений включает в себя оценку экологических рисков на основе результатов текущего аэропалинологическо го мониторинга и определение степени аллергенности основных таксонов спектра;

анализ рисков на базе количественной оценки содержания пыльцы в атмосфере и частоты обращаемости больных поллинозами, а также ряд прак тических мероприятий, связанных с управлением рисками. Качественная мо дель управления экологическими рисками волн пыления представлена на схеме.

Выводы В составе аэропалинологического спектра зарегистрирована 1.

пыльца растений 36 таксонов. Семнадцать пыльцевых типов формируют ядро спорово-пыльцевого спектра, из которых обладают ярко выраженными аллергенными свойствами.

Качественный состав аэропалинологического спектра в 2007 2.

2009 гг. оставался постоянным, сроки начала пыления, его интенсивность и продолжительность значительно варьировали по сезонам.

Для вегетационного сезона характерны три волны пыления, 3.

различающиеся по качественному и количественному составу спектра.

Первая волна пыления приходится на апрель - май и связана с пылением сережкоцветных, в первую очередь березы, вторая – на конец мая - июнь (пыление злаков), третья – на июль-август (пыление маревых, полыни).

На начало, продолжительность и интенсивность пыления влияют 4.

температура, направление ветра и атмосферные осадки. Сумма накопленных положительных температур связана со сроками начала пыления, атмосферные явления определяют текущее содержание пыльцы в воздухе, а направление ветра влияет на состав аэропалинологического спектра, обуславливая наличие пыльцы дальнезаносного происхождения.

В составе аэропалинологического спектра г. Рязани 5.

зафиксирована пыльца дальнезаносного происхождения. Использование метода обратных траекторий позволило реконструировать возможные траектории транспорта и выявить регионы – потенциальные источники дальнезаносной пыльцы. К ним относятся южные и юго-восточные регионы России, Украина и Белоруссия.

Выявлена связь между заболеваемостью поллинозами и 6.

динамикой пыления основных аллергенных растений. Пики обращаемости пациентов в медицинские учреждения соответствуют волнам пыления и совпадают по времени или следуют после пиков пыления основных аллергенных таксонов.

Предложена бальная система оценка экологических рисков волн 7.

пыления, разработана качественная полифункциональная модель управления экологическими рисками волн пыления.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Посевина Ю.М., Северова Е.Э., Иванов Е. С. Анализ первых исследова 1.

ний палиноэкологического мониторинга атмосферы г. Рязани в 2007 г. и его прикладное значение // Современные проблемы гуманитарных и ес тественных наук / Мат. межд. научн. – практ. конф. – Рязань, 29 ноября 2007 года. – Рязань, 2007. – Т. 1. - С. 32-33.

Посевина Ю.М., Северова Е.Э., Иванов Е. С. Особенности пыления не 2.

которых таксонов аэропалинологического спектра г. Рязани в 2007 году // Проблемы биоэкологии и пути их решения / Вторые Ржавитинские чтения: мат. межд. конф. – Саранск, 15-18 мая 2008. – С.320-321.

Посевина Ю.М. Морфофизиологические адаптации пыльцы к переносу 3.

ветром и насекомыми // Сб. научн. тр. по пчеловодству (по материалам областного семинара). - Орловский государственный аграрный универ ситет – Вып. 16. – Орел, 2008. - С. 38-44.

4. Posevina Ju., Severova E., Ivanov E. Aerobiological investigations in Rya zan’ (central Russia): the first results // The 4th European Symposium on Aerobiology. – 12-16 August 2008 University of Turku, Finland Pro gramme. – Р. 97.

Посевина Ю.М., Северова Е.Э., Иванов Е.С. Особенности качественно 5.

го и количественного состава пыльцевого дождя г. Рязани // Сборник научных трудов XII Всероссийской Палинологической конференции «Палинология: стратиграфия и геоэкология». – Спб, 2008. – С. 167-172.

Посевина Ю.М. Экологические риски волн пыления. // Материалы ме 6.

ждународной научно-практической конференции «Современная эколо гия – наука XXI века» / Посевина Ю.М., Иванов Е.С., Северова Е.Э., Худина Е.А., Сторожихина О.Г. – Рязань: РГУ, 2008. – С. 651-658.

Лавренов С.М., Иванов Е.С., Посевина Ю.М. Палиноэкологический 7.

мониторинг атмосферного воздуха и его прикладное значение. // Сбор ник научных трудов профессорско-преподавательского состава и мо лодых ученых РГАТУ имени П.А. Костычева / Материалы научно практической конференции, 2009. - Рязань: Изд-во РГАТУ, 2009. – С.248 – 253.

Посевина Ю.М., Северова Е.Э., Иванов Е.С. Экология атмосферы: ди 8.

намика пыления основных таксонов аэропалинологического спектра г.

Рязани // Бюлл. МОИП. Отд. Биол. – 2009, т. 114, вып.1. – С.67-72.

Посевина Ю.М., Иванов Е.С., Северова Е.Э. Палиноэкологический мо 9.

нитроринг атмосферного воздуха г. Рязани // Сборник научных трудов научно-практической конференции с международным участием «Акту альные проблемы экологии и природопользования». – М.: ИД ЭНЕР ГИЯ. - Вып. 11. – Москва, 2009. – С. 20.

Посевина Ю.М., Иванов Е.С.Закономерности пыления и биоэкологиче 10.

ская структура аллергенных таксонов Рязанской области // Межвузов ский сборник научных трудов «Вопросы региональной географии и геоэкологии». / Отв. ред. В.А. Кривцов: вып.9. - Рязань, 2009, с 105-114.

Посевина Ю.М., Иванов Е.С., Северова Е.Э. Научно-методический ба 11.

зис магистерской программы специальной дисциплины «Аэропалино экология» // Межвузовский сборник научных трудов «Вопросы регио нальной географии и геоэкологии». / Отв. ред. В.А. Кривцов: вып.9. Рязань, 2009, с 152-161 с.

Посевина Ю.М., Иванов Е.С., Северова Е.Э. Палиноэкологическая 12.

оценка качества атмосферного воздуха // Вестник РУДН. Серия Эколо гия и безопасность жизнедеятельности. №5. М.: Изд-во РУДН, 2010.- С.

15-23.

Посевина Ю.М., Иванов Е.С., Северова Е.Э. Экология атмосферы:

13.

дальнезаносная пыльца в аэропалинологческом спектре г. Рязани // Сборник научных трудов научно-практической конференции с между народным участием «Актуальные проблемы экологии и природополь зования». – М.: ИД ЭНЕРГИЯ. - Вып. 12. – Москва, 2010. – С. 29-32.

Posevina Ju., Severova E., Ivanov E. Two traps in Ryazan, city (midlle Rus 14.

sia): comparison of pollen spectra // The 9th International Congress on Aero biology «Expending Aerobiology» – 23-27 August 2010, Buenos Aires, Ar gentina. - Р. 48.

Посевина Ю.М., Иванов Е.С., Северова Е.Э. Экологические аспекты 15.

профилактики поллинозов в условиях г. Рязани // Безопасность город ской среды: материалы международной научно-практической конфе ренции, посвященной 1000-летию г. Ярославль. / Науч.ред. А.Г. Гущин.

Изд-во ЯГПУ. - Ярославль, 2010. – С. 186-190.

Посевина Ю.М. Оценка экологических рисков волн пыления для здоро 16.

вья человека в Рязани // Экология России и сопредельных территорий / Мат. XI межд. Экологической студенческой конф., Новосибирский гос.ун-т. – Новосибирск, 2010. - С. 303-304.

Посевина Ю.М., Северова Е.Э., Иванов Е.С. Межсезонная ритмика пы 17.

ления раннецветущих древесных таксонов аэропалинологического спектра г.Рязани // Бюлл. МОИП. Отд. Биол. – 2009, т. 116, вып.4. – в печати.

Посевина Юлия Михайловна (Россия) Палиноэкологический мониторинг атмосферного воздуха г. Рязани Проведена комплексная оценка состояния атмосферного воздуха мето дами палинологического мониторинга. В ходе работы установлены качест венные и количественные особенности пыльцевого дождя г. Рязани, опреде лены сроки и сезонная динамика пыления основных аллергенных таксонов аэропалинологического спектра, выявлено влияние абиотических факторов на состав пыльцевого дождя, изучена динамика поллинозов на территории города. Приведены результаты оценки и прогноза экологических рисков волн пыления для здоровья человека. Разработана качественная полифункцио нальная модель управления палинорисками.

Posevina Juliya Mikhailovna (Russia) Palynoecological monitoring of Ryazan city air Integrated monitoring of the atmosphere of Ryazan’ city was carried out by pa lynological methods. Some basic features of aeropalynological spectrum were re vealed: qualitative and quantitative characters of pollen spectrum, seasonal dynamic of pollination of main allergenic taxa, influence of meteorological parameters. The dynamic of pollinosis in Ryazan’ was compared with aerobiological data. Ecological risks of different pollination periods were valued from medical point of view. Quali tative functional model of palynoecological risks management was developed.