Растения как индикаторы экологического состояния среды курортного региона (на примере города кисловодска)
На правах рукописи
Мандра Юлия Александровна РАСТЕНИЯ КАК ИНДИКАТОРЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ КУРОРТНОГО РЕГИОНА (НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА КИСЛОВОДСКА) 03.02.08 – Экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Москва – 2010
Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет»
Научный консультант: кандидат биологических наук, доцент Глазунова Наталья Николаевна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Смуров Андрей Валерьевич кандидат географических наук Шартова Наталья Витальевна
Ведущая организация: ГУ «Ставропольский краевой центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды»
Защита диссертации состоится «19» ноября 2010 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.55 при Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова по адресу:
119991, г. Москва, Ленинские Горы, д. 1., кор. 12, МГУ им. Ломоносова, Биологический факультет, ауд. 389.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ.
Автореферат разослан «19» октября 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук Н. В. Карташева
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Говоря о развитии курортно-рекреационных зон, необходимо отметить, что залогом их устойчивого развития яв ляется рациональное природопользование, основанное на достоверной информации о состоянии окружающей природной среды. Таким обра зом, наблюдается взаимозависимость развития курортной деятельно сти и экологических условий рекреационных ландшафтов (Тарасова, 2004;
Михайленко, 2005;
Purandare, 2009).
Для разработки политики рационального использования курортно рекреационного региона, а также определения экологической емко сти территории необходима оценка качества окружающей среды, ее благоприятности для человека. Следует отметить, что вопрос оценки эффективности управления охраной окружающей среды и формиро вания системы природоохранных мероприятий не может быть объек тивно решен лишь на уровне рассмотрения формальных показателей, он требует проведения специальной разносторонней оценки состояния территории (Соколов и др., 1983;
Захаров и др., 2000;
Неверова, 2004;
Пчелинцева, 2004 и др.).
В современных условиях в связи с постоянно растущими темпами антропогенного влияния на природные комплексы требуется «совер шенствование системы показателей, создание методологии экологи ческого мониторинга, включая комплексную оценку состояния окру жающей среды» (Экологическая доктрина..., 2002). Кроме того, на не обходимость создания Единой региональной государственной систе мы комплексного экологического мониторинга (РГСКЭМ) указывает и Стратегия социально-экономического развития особо охраняемого эколого-курортного региона РФ – Кавказских Минеральных Вод до 2020 года (2006).
Город Кисловодск входит в состав Кавказских Минеральных Вод.
В связи с этим представляются актуальными работы по проведению экологической оценки состояния данного курорта.
Следует отметить, что существующая в Кисловодске система контро ля за состоянием окружающей среды относится к категории санитарно гигиенического мониторинга. Однако необходимо учитывать тот факт, что на территории города выделяются различные типы антропогенного воздействия: рекреационный, селитебный, транспортный, водохозяй ственный, сельскохозяйственный, лесотехнический, промышленный.
В этой связи для планирования развития курорта применение исклю чительно традиционных методов анализа становится неэффективным, поскольку физико-химические методы указывают лишь на содержание определенных загрязнителей в среде и не могут дать прямого ответа на вопрос о качестве среды и ее пригодности для обитания живых орга низмов, в том числе и человека.
По мнению многих ученых (Стрельцов, Константинов, 1999;
Заха ров, 2000;
Федорова, 2002;
Мануйлов, 2004 и др.), ключевым компо нентом в решении данного вопроса является использование методов биологического мониторинга, позволяющих получить интегральную оценку последствий воздействия комплекса всех внешних факторов на представителей живой природы. Одним из направлений биомонито ринга является фитоиндикация, представляющая собой обнаружение и определение экологически значимых нагрузок на основе реакций рас тительных организмов, произрастающих в данной среде.
Цель исследования – апробация использования растительных ор ганизмов для биологически значимой оценки состояния окружающей среды г. Кисловодска и обоснование использования полученных дан ных при планировании развития курорта.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Систематизация и анализ проблем оценки состояния окружаю щей среды курортного региона.
2. Исследование экологического состояния территории г. Кисло водска с помощью растений-фитоиндикаторов.
3. Экологическое зонирование территории города-курорта и кар тографическое отображение полученных результатов.
4. Сравнение результатов проведенной фитоиндикации с данными физико-химического контроля и функциональным зонировани ем территории г. Кисловодска.
5. Определение методически обоснованного сочетания фитоин дикационных подходов в системе экологического мониторинга среды курорта.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработан методический комплекс по оценке состояния окру жающей среды курортно-рекреационных территорий с исполь зованием растительных организмов.
2. Впервые в Кисловодске проведена комплексная фитоиндикаци онная оценка состояния окружающей среды.
3. На основе данных фитоиндикации выполнено экологическое зонирование территории города-курорта, позволяющее оценить общий уровень антропогенной нагрузки.
Теоретическая значимость работы. Научно обоснованные данные представляют интерес с точки зрения методов комплексного монито ринга курортно-рекреационных зон ввиду открытости и актуальности данного вопроса на современном этапе развития науки. Полученные данные в значительной степени дополняют и расширяют сведения об использовании растений в качестве фитоиндикаторов особо охра няемых природных территорий в целом и курортных регионов в част ности. Результаты исследований могут быть использованы в учебном процессе на специальностях «Природопользование», «Геоэкология», «Биоэкология», а также при написании научных трудов в области эко логического мониторинга и оценки качества окружающей среды.
Практическая значимость работы. Разработанный методический комплекс по оценке состояния окружающей среды с использованием растительных организмов может быть применен для диагностики эко логических изменений как в Кисловодске, так и на других территориях особо охраняемого эколого-курортного региона Кавказских Минераль ных Вод.
Личное участие автора. Автором самостоятельно поставлены цель и задачи исследования, разработаны основные положения программы и методики работ, собран, обработан и проанализирован эксперимен тальный материал.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложе ны и обсуждены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет» (2007– 2010 г.);
III Международной научно-практической конференции «Про блемы экологической безопасности и сохранение природно-ресурсного потенциала» (Ставрополь, 2006);
Всероссийской научно-практической конференции «Наука в современных условиях: от идеи до внедрения» (Димитровоград, 2007);
Международной научно-практической кон ференции «Интегрированная защита сельскохозяйственных культур и фитосанитарный мониторинг в современном земледелии» (Ставро поль, 2007);
Региональной конференции «Молодежная аграрная наука:
состояние, проблемы и перспективы развития» (Ставрополь, 2007);
Международной научно-практической конференции «Инновации аграрной науки и производства: состояние, проблемы и пути решения» (Ставрополь, 2008);
V Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых экологически чистых технологий в АПК» (Ставрополь, 2009);
Международной научно практической конференции «Рациональное использование природных ресурсов и экологическое состояние в современной Европе» (Ставро поль, 2009);
I Всероссийской конференции «Научный потенциал моло дежи для устойчивого развития современного мира» (Москва, 2010);
Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы совре менной науки и образования» (Сибай, 2010);
Всероссийской научной конференции «Проблемы непрерывного экологического образования» (Екатеринбург, 2010);
Международной научно-практической конфе ренции «Ломоносов–2010» (Москва, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 2 статьи в журналах из перечня, рекомендованного ВАК Мини стерства образования и науки РФ.
Внедрение. Полученные данные приняты к внедрению для со вершенствования мероприятий по экологическому мониторингу, проводимому ГУ «Ставропольский краевой центр по гидрометео рологии и мониторингу окружающей среды» на территории города курорта Кисловодск. Кроме того, результаты настоящей работы включены в учебно-научный процесс (используются на лекцион ных и лабораторно-практических занятиях по курсам «Экология», «Экологический мониторинг», «Контроль качества окружающей среды») ФГОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет».
Основные положения, выносимые на защиту.
1. В целях фитоиндикационной оценки состояния окружающей среды города Кисловодска необходимо использовать растения различных таксонов (лихенофлора, сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) береза повислая (Betula pendula Roth.), клевер пол зучий (Trifolium repens L.).
2. Экологическое зонирование территории города-курорта являет ся основой для принятия природоохранных решений, разработ ки политики развития курорта.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введе ния, пяти глав, заключения, выводов и предложений, списка литера туры, который включает 261 источник, в том числе 30 иностранных авторов. Диссертация изложена на 148 страницах компьютерного тек ста, иллюстрирована 15 таблицами и 35 рисунками. В дополнение к основной работе оформлено 2 приложения.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе автором изложено состояние исследуемого вопро са по результатам анализа отечественной и зарубежной литературы и определено направление исследований. Кроме того, дана общая харак теристика города-курорта Кисловодск.
Во второй главе отражены объект и методика исследований.
В целях диссертационной работы в период с 2007 по 2009 гг. на пробных площадках города-курорта Кисловодск проводились фитоин дикационные наблюдения. Площадки (50х50 м) выбирались по прин ципу равномерно-рассыпанного расположения (Тикунов, 1997;
Стрель цов, 2005). При таком их расположении охватываются все основные типы природно-ландшафтных комплексов города-курорта. Это позво ляет дать оценку состояния окружающей среды всей территории горо да, что имеет особую ценность при планировании природоохранных мероприятий.
За контроль была принята площадка № 30. Выбор обоснован тем, что она расположена на водоразделе, а учение о геохимических ланд шафтах относит такие ландшафты к категории автономных (Алексеен ко, 2000). В соответствии с указанным учением на экосистемы таких участков оказывается минимальное антропогенное воздействие.
Для удобства интерпретации полученных результатов использова лась информация по функциональным зонам города (Правила земле пользования.., 2007). Соответственно: а) промышленную зону харак теризуют 6 площадок;
б) зону общественного городского центра – 5;
в) зону курортного назначения – 6;
г) жилую зону – 13.
В пределах каждой пробной площадки проводились исследования с использованием следующих методик: 1) лихеноиндикация (Трасс, 1987;
Пчелкин, 2004);
2) оценка состояния среды по комплексу признаков у сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. (Денисова, 1999);
3) оценка флуктуирующей асимметрии (ФА) листовых пластинок березы повис лой Betula pendula Roth. (Захаров, 2000);
4) индикация состояния среды по частотам встречаемости фенов клевера ползучего Trifolium repens L.
(Экологический мониторинг.., 2005).
Экологическое зонирование территории города-курорта проводи лось на основе анализа полученных за 2007–2009 гг. результатов (ин декс полеотолерантности (IP);
комплекс морфометрических показате лей и показателей характера повреждения и усыхания хвои;
коэффи циент ФА;
индекс соотношения фенов (ИСФ)). Выделялись: условно чистая, переходная и условно загрязненная зоны. Понятие «условно» применяется автором в связи с тем, что используемые методы фи тоиндикации не дают информации о концентрации загрязнителей в природных объектах, это прерогатива физико-химических методов мониторинга. Выявленные же изменения в развитии фитоорганизмов свидетельствуют о воздействии на биосистемы всего многообразия внешних стрессоров. Поэтому степень загрязнения среды может оце ниваться как «условная».
Все данные, полученные в ходе полевых и лабораторных исследо ваний, обрабатывались с применением современных методов стати стического, корреляционного, дисперсного, кластерного анализа. Об работка данных велась в программах Statistica v. 7 и Biostat (Primer of biostatistics) v. 4.03.
В третьей главе приведены результаты фитоиндикационной оцен ки состояния окружающей среды города-курорта Кисловодск.
В ходе лихеноиндикационной оценки автором выявлено 30 видов лишайников (22 – эпифиты, 5 – эпилиты, 3 – напочвенные), из них 43 % – лишайники листоватой формы, 30 % – накипной и 27 % – кусти стой. Сравнение видового состава лихеносинузий для пробных площа док проводилось с использованием коэффициента Жаккара (KJ). Ми нимальное сходство (KJ = 0,19) обнаружено между площадками № (расположена в пределах промышленной зоны) и № 26 (жилая зона), а максимальное (KJ = 0,77) – между № 9 и № 15 (участки жилой зоны).
Был проведен кластерный анализ полученных данных (рис. 1).
Номер площадки 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0, Linkage distance Рис. 1. Дендрограмма сходства пробных площадок по видовому составу лихенофлоры На основании полученной информации выделено три основных кластера: к первому относятся участки, для которых расстояние свя зи (Linkage distance) не превышает 0,80;
ко второму – 0,87, к третье му – 0,95. Кроме того, один и тот же кластер объединил площадки, рас положенные в пределах разных функциональных зон г. Кисловодска (курортной, промышленной, жилой, зоны общественного городского центра). Таким образом, основываясь лишь на анализе видового со става лихенофлоры, провести оценку состояния окружающей среды не представляется возможным.
Для получения уточненных данных по состоянию окружающей сре ды на деревьях Betula pendula Roth. в течение трех лет проводилась ли хенометрическая съемка (Пчелкин, Слепов, 2004);
вычислялся индекс полеотолерантности (Трасс, 1985, 1987), который позволяет перевести данные из описательной формы на математическую основу (Лиштва, 2007). Всего было обследовано 150 деревьев (по 5 шт. на каждой пло щадке).
IP, % 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Номер площадки Рис. 2. Значения индекса полеотолерантности (IP) Было установлено, что значение IP на площадках колеблется от 3, (площадка № 30 – контроль) до 5,35 (площадка № 20 – ж/д вокзал) (рис. 2). Коэффициент вариации IP составляет 18,03 %, что указывает на экологическую неоднородность среды. В свою очередь, это является основанием для зонирования территории города-курорта по данному признаку.
Вторая методика, применяемая автором, – оценка состояния среды по комплексу признаков у сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.).
На территории Кисловодска обследовано 150 деревьев (по 5 шт. на каждой площадке).
Был рассчитан индекс продолжительности жизни хвои (Q), по зволяющий получить относительную оценку благополучия среды.
По данному критерию к участкам с минимальным уровнем загряз нения атмосферного воздуха относятся: № 30 – контроль (Q = 10,2);
№ 28 – район санатория «Эльбрус» (Q = 9,6);
№ 16 – квартал жилой зоны (Q = 9,2). Минимальные показатели индекса продолжительности жизни хвои Pinus sylvestris L. (3,8 Q 4,6) приходятся на территорию промышленной зоны (площадки № 3 и № 4) и зоны общественного городского центра (площадка № 20).
Согласно методике с каждой площадки ежегодно отбиралось по 1250 пар хвоинок. Морфометрические исследования хвои Pinus sylves tris L. показали, что на участках, приближенных к автодорогам, рын кам, предприятиям (№ 3, 6, 11, 13, 17, 20), отмечается утолщение и укорачивание хвоинок. Коэффициент вариации по данным признакам составил: длина – 3,62 %, ширина – 15,5 %. Кроме того, было установ лено, что на указанных участках число хвоинок на 10 см побега про шлого года достигает 220 – 226 шт. В то время как в контроле (№ 30) этот показатель составляет 197 шт. Это обусловлено тем, что в загряз ненной зоне замедляется рост побега Pinus sylvestris L., в результате чего пучки хвоинок более сближены (Федорова, Никольская, 2001).
В ходе исследований было определено, что абсолютно сухие хво инки (1000 шт.), собранные с площадок, испытывающих на себе повы шенную антропогенную нагрузку (№ 2–4, 6, 17), имеют меньший вес (10,6–11,2 г ) по сравнению с хвоей курортной зоны города (вес хвои с площадки № 30 составляет 12 г). Коэффициент вариации данного при знака (3,69 %) говорит о слабой степени его изменчивости.
Для выявления зависимости между изученными морфометри ческими признаками хвои был проведен корреляционный анализ (табл.1).
Таблица Матрица корреляции морфометрических признаков Pinus sylvestris L.
Коэффициент корреляции (r) Признак хвои Ширина, мм Длина, мм Вес, г Сближенность, шт.
Ширина, мм – – 0,97 – 0,97 – 0, Длина, мм – 0,97 – – 0,97 0, Вес, г – 0,97 0,99 – – 0, Сближенность, шт. – 0,80 – 0,80 – 0,79 – Из данных табл. 1 видно, что между указанными признаками Pinus sylvestris L. существует очень сильная корреляция. Наличие таких свя зей позволяет судить о том, что аномальные признаки отсутствуют и сосны города развиваются в соответствии со своими биологическими особенностями.
Помимо морфометрических параметров хвои информативным приз наком уровня загрязнения экосистемы является характер повреждений и усыхания хвои (Лесные экосистемы..., 1990;
Борисова, 2009). Резуль таты исследований (рис. 3) показали, что на всех пробных площадках присутствует хвоя второго класса повреждения (КП 2), что говорит об умеренной антропогенной нагрузке. Кроме того, хвоя третьего класса (КП 3), максимально пораженная пятнами, отмечена на большинстве площадок, за исключением площадок № 9, 10, 13, 14, 23–30).
Кол-во хвоинок, шт.
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Номер площадки Рис. 3. Количество хвои различных классов повреждения (КП):
КП 1 – хвоя без пятен;
КП 2 – хвоя с начальными признаками хлороза и некроза;
КП 3 – хвоя, на 50 % покрытая черными и желтыми пятнами.
Согласно используемой методике по степени усыхания выделяют ся хвоинки четырех классов. Результаты исследований (рис. 4) по казали, что хвоя максимального класса усыхания (КУ 4) встречается на площадках № 3, 4, 6 (промышленная зона), № 12, 15, 17–22 (тер ритория города, где наблюдается высокая степень загрязнения окру жающей среды вследствие выбросов автотранспорта). Пробные пло щадки, расположенные в пределах курортной зоны, вероятно, харак теризуются минимальным загрязнением атмосферного воздуха, так как здесь встречаются хвоинки 2-го года жизни только с усохшими кончиками (КУ 2).
Кол-во хвоинок, шт.
450 300 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Номер площадки Рис. 4. Количество хвои различных классов усыхания (КУ):
КУ 1 – на хвоинке нет сухих участков;
КУ 2 – усох кончик хвоинки (2–5 мм);
КУ 3 – усохла треть хвоинки;
КУ 4 – вся хвоинка желтая или более половины ее длины – сухая.
Следующая методика, апробированная автором на территории города-курорта Кисловодск, – оценка флуктуирующей асимметрии листовых пластинок березы повислой (Betula pendula Roth.). Выбор данной методики обусловлен тем, что ФА выступает в качестве меры стабильности развития организма и характеризует способность орга низма к формированию фенотипа при минимальном уровне онтогене тических нарушений, который в свою очередь является показателем степени соответствия условий среды требованиям организма (Захаров и др., 2000;
Leung and other, 2000;
Стрельцов, 2005).
Для получения данных по ФА на листовой пластинке Betula pendula Roth. снимались показатели по 5 основным промерам: 1) ширина по ловинки листа (мм);
2) длина второй от основания листа жилки второго порядка (мм);
3) расстояние между основаниями первой и второй жи лок второго порядка (мм);
4) расстояние между концами этих же жилок (мм);
5) угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка (градус). В качестве дополнительного признака была выбрана площадь (мм2) правой и левой сторон листовой пластинки Betula pendula Roth. Всего за период 2007–2009 гг. на каждой пробной площадке отобрано 750 шт. березовых листьев, снято 4500 промеров.
Расчет коэффициентов ФА показал, что его минимальное значение (0,027) наблюдается на площадках № 22 (район памятника Г. К. Орджо никидзе) и № 30 (контроль) (рис. 5). Наиболее подвержены влиянию комплекса негативных факторов участки, прилегающие к автодорогам, железнодорожным путям (№ 1, 3, 4, 11, 14, 19, 20), где показатели ФА максимальны (0,040–0,045).
0, 0, Коэффициент ФА 0, 0, 0, 0, 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Номер площадки Рис. 5. Коэффициент флуктуирующей асимметрии (ФА) листовой пластинки Betula pendula Roth.
Индикация фенов клевера ползучего (Trifolium repens L.) осу ществлялась путем визуального подсчета количества встречающихся экземпляров растения с различной формой «седого рисунка» и без него (Экологический мониторинг… 2005). Всего за 2007–2009 гг. с каждой пробной площадки было отобрано по 600 образцов клевера ползучего.
Для получения количественной оценки состояния окружающей сре ды на изучаемых площадках был рассчитан индекс соотношения фенов Trifolium repens L. Результаты расчетов представлены на рис. 6. Значе ние коэффициента вариации ИСФ составляет 14,3 %, что подтверждает результаты других проведенных оценок и указывает на экологическую неоднородность среды.
,% 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Номер площадки Рис. 6. Значения индекса соотношения фенов (ИСФ) Trifolium repens L.
Четвертая глава посвящена экологическому зонированию терри тории Кисловодска и картографическому отображению полученных данных. На основе результатов использования четырех фитоиндикаци онных методик (табл. 2) автором составлены соответствующие карто схемы, указывающие на наличие определенных «зон благополучия».
Таблица Зонирование территории г. Кисловодска по результатам фитоиндикации Данные фитоиндикации Индекс Коэффици Состояние окружаю- Индекс Комплекс соотноше ент ФА ли щей среды полеотоле- показателей ния фенов ста Betula («зона благополучия») рантности Pinus sylvestris (ИСФ) pendula (IP) L*. Trifolium Roth.
repens L.
8,1 Q 10, Условно чистая зона Менее 4,0 Менее Менее 0,7 Ш 0,9 0,04 25% 65,8 Д 68, 11,6 В 196 С КП 1, КУ 1, 2, Переходная зона 4,0–5,0 5,9 Q 8,1 0,04–0,044 25–30% 0,9 Ш 1, 63,5 Д 65, 11,2 В 11, 206 С КП 1, 2, КУ 1, 2, 3, Условно загрязнен- Более 5,0 3,8 Q 5,9 Более Более ная зона 1,1 Ш 1,3 0,045 30 % 61,1 Д 63, 10,8 В 11, 216 С КП 1, 2, КУ 1, 2, 3, *Примечание: Q – индекс продолжительности жизни хвои;
Ш – ширина хвоинок (мм);
Д – длина хвоинок (мм);
В – вес 1000 абсолютно сухих хвоинок (г);
С – сближенность хвоинок на 10 см побега второго года (шт.);
КП – присутствие хвои определенного класса повреждения (1,2,3);
КУ – присутствие хвои определенного класса усыхания (1, 2, 3, 4) В пятой главе анализируется общее экологическое состояние сре ды г. Кисловодска.
Для обнаружения связи между полученными фитоиндикационными данными был проведен корреляционный анализ (табл. 3) и выявлена положительная корреляция. Это обстоятельство позволяет утверждать, что полученные данные дополняют друг друга, обеспечивая достовер ность исследований.
Таблица Матрица корреляции данных, полученных с использованием различных растений-индикаторов Коэффициент корреляции (r) Индикатор Лишайники Сосна Береза Клевер Лишайники – 0,74 0,76 0, Сосна 0,74 – 0,61 0, Береза 0,76 0,61 – 0, Клевер 0,65 0,63 0,94 – Результаты комплексной оценки состояния окружающей среды на пробных площадках города-курорта Кисловодск представлены на рис. 7. Таким образом, к условно чистой зоне города относится лишь 20 % (около 1430 га) территории города-курорта Кисловодск. Около 17 % территории занимают участки, наиболее подверженные антро погенному изменению. На переходную зону приходится более 4500 га (63 %). Такое распределение указывает на неравномерность существу ющей антропогенной нагрузки.
Анализ фитоиндикационных данных показал, что условно чистые и переходные зоны расположены в пределах участков с минимальной хи мической нагрузкой. Кроме того, данные фитоиндикации, полученные на участках № 3, 4, 6, 14, 17 и 20, подтвердили результаты проведения физико-химического анализа (по данным ГУ «Ставропольский ЦГМС», концентрации пыли, оксидов азота и оксида углерода на указанных участ ках превышают значения соответствующих предельно-допустимых кон центраций (ПДК)). Таким образом, наблюдается зависимость изменения фитоиндикационных показателей от степени чистоты атмосферного воз духа. К сожалению, в количественном отношении данную корреляцию выразить крайне сложно, так как растения реагируют на весь комплекс факторов. Для установления влияния конкретных загрязнителей на из менение конкретного признака организма необходимо использовать ме тоды активной биоиндикации и биотестирования.
Рис. 7. Картосхема общей оценки состояния экосистем г. Кисловодска по изученным фитоиндикационным показателям:
I – промышленная зона;
II – жилая зона;
III – зона общественного городского центра;
IV – зона курортного назначения;
1 – 30 – номера пробных площадок.
Сравнительный анализ функционального зонирования территории города с экологическим зонированием, проведенным автором, пока зал, что практически вся жилая зона соответствует переходной (см.
рис. 7). В пределах промышленной зоны города отмечаются показа тели, характеризующие максимальное антропогенное воздействие, а также показатели переходной зоны (участки № 1, 2, 4, 5). Высокой опасности подвергаются экосистемы территории общественного го родского центра. Здесь 60 % участков соответствуют условно загряз ненной зоне и 40 % – переходной. Для зоны курортного назначения необходимо отметить, что ее экосистемы являются условно чистыми, за исключением участков, приближенных к автодорогам, домам от дыха, санаториям.
Таким образом, полученные четырьмя фитоиндикационными ме тодиками результаты дополняют и уточняют карту функционального зонирования города и могут быть приняты к сведению при формирова нии политики развития курорта.
В заключении автор дает обоснование использования разработан ного методического комплекса для оценки состояния окружающей сре ды курортного региона:
1. Каждая методика в отдельности является важной составляющей всей системы мониторинга окружающей среды. Для получения достоверных результатов необходимо использовать растения различных таксонов.
2. Сочетание четырех фитоиндикационных методик позволяет проводить исследования круглогодично и получать информа цию о всесезонном состоянии среды.
3. Указанный подход позволяет использовать методики как на всей территории города (для определения фонового загрязне ния), так и для оценки непосредственного влияния конкретного источника загрязнения на биологические системы.
4. Индикация по частотам встречаемости фенов клевера ползуче го является менее подходящей для фоновой оценки состояния среды. Это связано с пространственным и структурным изме нением травяного покрова на территории города, что затруд няет проведение ежегодных исследований в пределах одной и той же пробной площадки. Тем не менее данную методику можно применять при ведении работ по локальному монито рингу среды.
Таким образом, использование растений-индикаторов дает необхо димую для сбалансированного развития постоянно обновляемую си стемную информацию о состоянии всей территории. Это обстоятель ство особенно важно для эффективного функционирования всей си стемы экологического мониторинга отдельно взятого города-курорта и является основанием для разработки политики рационального при родопользования и устойчивого развития всего региона Кавказских Минеральных Вод.
ВЫВОДЫ:
1. Методический комплекс по фитоиндикационной оценке состоя ния окружающей среды курортной территории включает исполь зование растений различных таксонов (низшие – лишайники;
высшие – хвойные и лиственные древесные породы, травы).
2. Для оценки состояния окружающей среды курортного региона методически «удобными» фитоиндикаторами являются лишай ники, сосна обыкновенная Pinus sylvestris L., береза повислая Betula pendula Roth. Клевер ползучий Trifolium repens L. целе сообразно использовать при ведении работ по локальному мо ниторингу.
3. Данные, полученные различными фитоиндикационными мето диками, дополняют друг друга, обеспечивая их достоверность.
Выявлена положительная корреляция результатов применения различных методик (0,74 r 0,94).
4. Общая оценка уровней антропогенной нагрузки дает основа ние для комплексного экологического зонирования территории города-курорта. Условно чистую зону составляют 20 % терри тории Кисловодска, переходную – 63 % и условно загрязнен ную – 17 %.
5. Результаты фитоиндикационных исследований составляют ин формационную базу, являющуюся неотъемлемой частью регио нальной системы экологического мониторинга.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ:
1. Принять оперативные меры по оздоровлению среды на участ ках № 3 (автовокзал), № 4 (квартал между ул. Маяковского и ул. Подкумской), № 6 (район гимназии №19), № 14 (район кино театра «Россия»), № 17 (район центрального рынка), № 20 (ж/д вокзал). Для этого необходимо ограничить проезд грузового и легкового транспорта;
предприятиям – установить очистные сооружения, пыле- и газоулавливающие установки и вести про изводственный экологический контроль.
2. Разработать план долгосрочных мероприятий по сохранению и улучшению качества среды на участках переходной и условно чистой зон.
3. Периодически (1 раз в 3 года) вести фитоиндикационные иссле дования по разработанному комплексу методик;
о полученных результатах сообщать в администрацию г. Кисловодска.
4. Считать целесообразным создание лаборатории экологиче ского мониторинга, ведущей фитоиндикационные и физико химические наблюдения как в Кисловодске, так и в регионе Кавказских Минеральных Вод.
СПИСОК НАУЧНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Мандра, Ю. А. Комплексная фитоиндикационная оценка состо яния окружающей среды города-курорта Кисловодск [Текст] / Ю. А. Мандра // Юг России: экология, развитие. – 2010. – № 1. – С. 24–32.
2. Мандра, Ю. А. Место и роль фитоиндикации в общей системе экологического мониторинга курортно-рекреационного регио на [Текст] / Ю. А. Мандра // Вестник МГТУ Станкин. – 2010. – № 2. – С. 15–23.
Другие научные публикации:
1. Мандра, Ю. А. Биоиндикация как перспективная составляю щая экологического мониторинга на охраняемых территориях [Текст] / Ю. А. Мандра, И. О. Лысенко, В. Пустовит // Акту альные вопросы экологии и природопользования: сб. матер.
Междунар. науч-практ. конф. / СтГАУ. – Ставрополь : АГРУС, 2005. – Т. 1. – С. 328–331.
2. Мандра, Ю. А. Растения как тест-системы биологического тес тирования качества окружающей среды [Текст] / Ю. А. Ман дра, И. О. Лысенко // Студенческая наука–2006: сб. науч. раб. / СтГАУ. – Ставрополь : АГРУС, 2006. – С. 26–30.
3. Лысенко, И. О. Использование международных тест-систем для оценки состояния окружающей среды [Текст] / И. О. Лысенко, Ю. А. Мандра // Проблемы экологии и защиты растений в сель ском хозяйстве : сб. науч. ст. / СтГАУ. – Ставрополь : АГРУС, 2006. – С. 65–67.
4. Лысенко, И. О. Оценка состояния биогеоценоза с помощью интегрального коэффициента сохранности (ИКС) [Текст] / И. О. Лысенко, Ю. А. Мандра // Проблемы экологической безо пасности и сохранение природно-ресурсного потенциала : ма тер. III Междунар. науч.-практ. конф. – Ставрополь : Северный Кавказ, 2006. – С. 153–156.
5. Мандра, Ю. А. Место биоиндикации в общей системе экологи ческого мониторинга [Текст] / Ю. А. Мандра // Наука в совре менных условиях от идеи до внедрения : матер. Всерос. науч. практ. конф. / Ульяновская ГСХА. – Димитровоград, 2007. – С. 393–400.
6. Мандра, Ю. А. Оценка загрязнения экосистем Тебердинского государственного биосферного заповедника методом биоинди кации [Текст] / Ю. А. Мандра, И. О. Лысенко, Н. Н. Глазунова // Наука в современных условиях от идеи до внедрения : матер.
Всерос. науч.-практ. конф. / Ульяновская ГСХА. – Димитрово град, 2007. – С. 400–408.
7. Мандра, Ю.А. Определение степени загрязненности урбани зированной территории методом биоиндикации [Электронный ресурс] / Ю. А. Мандра // Материалы докладов XIV Междунар.
конф. студ., аспир. и молод. ученых «Ломоносов» / отв. ред.
И. А. Алешковский, П. Н. Костылев – М. : Изд. центр Факульте та журналистики МГУ им. М. В. Ломоносова, 2007. – Режим до ступа: http://www.lomonosov-msu.ru/arhive/Lomonosov_2007/02/ [email protected].
8. Мандра, Ю. А. О возможности проведения биоиндикации Там буканского озера [Текст] / Ю. А. Мандра // Молодежная аграр ная наука: состояние, проблемы и перспективы развития : сб.
науч. тр. по матер. регион. конф. / СтГАУ. – Ставрополь : АГРУС, 2007. – С. 541–543.
9. Мандра, Ю. А. ГИС в системе биологического мониторинга рекреационно-курортной зоны Кавказских Минеральных Вод [Текст] / Ю. А. Мандра // Молодежная аграрная наука: состоя ние, проблемы и перспективы развития : сб. науч. тр. по матер.
регион. конф. / СтГАУ. – Ставрополь : АГРУС, 2007. – С. 543– 546.
10. Мандра, Ю. А. Сравнительная оценка урбанизированной и охраняемой территорий методом биоиндикации [Текст] / Ю. А. Мандра, И. О. Лысенко, Н. Н. Глазунова // Интегрирован ная защита сельскохозяйственных культур и фитосанитарный мониторинг в современном земледелии : сб. науч. тр. по матер.
Междунар. науч.-практ. конф. / СтГАУ. – Ставрополь : АГРУС, 2007. – С. 223–233.
11. Мандра, Ю. А. Интегральная оценка состояния окружающей среды: возможности и перспективы [Текст] / Ю. А. Мандра // Инновации аграрной науки и производства: состояние, про блемы и пути решения : сб. науч. тр. по матер. Междунар.
науч.-практ. конф. / СтГАУ. – Ставрополь : АГРУС, 2008. – С. 175–178.
12. Мандра, Ю. А. Флуктуирующая асимметрия растительных организмов как тест-система оценки качества среды [Текст] / Ю. А. Мандра // Химия. Биотехнология. Защита растений : сб.
науч. тр. – Ставрополь : ООО «Мир данных», 2009. – С. 27–33.
13. Мандра, Ю. А. Индикация состояния курортно-рекреационных ландшафтов по частотам встречаемости фенов Trifolium repens [Текст] / Ю. А. Мандра // Проблемы экологии и защиты рас тений в сельском хозяйстве : матер. 73-й науч.-практ. конф. / СтГАУ. – Ставрополь : Параграф, 2009. – С. 136–139.
14. Мандра, Ю. А. Особенности биоиндикации агроценоза [Текст] / Ю. А. Мандра, Н. Н. Глазунова // Физико-технические пробле мы создания новых экологически чистых технологий в агро промышленном комплексе : сб. науч. тр. по матер. V Рос. науч. практ. конф. / СтГАУ. – Ставрополь : АГРУС, 2009. – С. 145– 148.
15. Мандра, Ю. А. Фитоиндикационная оценка состояния почвен ного покрова курортно-рекреационных ландшафтов [Текст] / Ю. А. Мандра // Рациональное использование природных ре сурсов и экологическое состояние в современной Европе : сб.
науч. тр. по матер. Междунар. науч.-практ. конф. / СтГАУ. – Ставрополь : ИП Сыровец В.Л.: Параграф, 2009. – С. 129–133.
16. Мандра, Ю. А. Система комплексного фитомониторинга ку рортного региона как основа его устойчивого развития [Текст] / Ю. А. Мандра // Ломоносов–2010: XVII Междунар. конф. студ., аспир. и молодых ученых;
секция «Биология» : тезисы докл. / МГУ им. М. В. Ломоносова. – М. : МАКСПресс, 2010. – С. 103– 104.
17. Мандра, Ю. А. Использование методов биоиндикации для формирования экологических знаний у студентов [Текст] / Ю. А. Мандра // Проблемы непрерывного экологического обра зования : матер. I Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. учас тием / УГТУ–УПИ. – Екатеринбург, 2010. – С. 310–312.
Подписано в печать 15.10.2010. Формат 60х84 1/16.
Гарнитура «Таймс». Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0.
Тираж 100. Заказ № 442.
Отпечатано в типографии издательско-полиграфического комплекса СтГАУ «АГРУС», г. Ставрополь, ул. Мира, 302.