Программой мониторинговых наблюдений за состоянием атмосферы в городах РФ предусматривается измерение концентраций основных (неспецифических) загрязнителей: пыли, ангидрида сернистого, азота диоксида и углерода оксида, а так же определенных для каждого города веществ (Гелашвили, 2000; Воскресенская, 2004).

Основные стационарные источники загрязнения города – это объекты энергетики, химико-фармацевтическая, машиностроительная, пищевая промышленность и промышленность строительных материалов. Наибольший вклад в загрязнение города Йошкар-Олы вносят электроэнергетика и химико-фармацевтическая промышленность и транспорт (Государственный доклад…, 2003). Основными вредными ингредиентами загрязняющими воздух являются пыль, ацетон, диоксид азота, диоксид серы, углеводороды, фтористые соединения (Хвастунов, 1999).

Для обеспечения экологической безопасности населения и природной среды необходимо, чтобы количество выбрасываемого в атмосферу вещества в единицу времени (мощность выброса) источником загрязнения атмосферы не приводило к превышению ПДК этого соединения. С этой целью для каждого источника загрязнения устанавливается предельно допустимый выброс вредных веществ в атмосферу (ПДВ). При этом выбросы вредных веществ, от данного источника и от совокупности источников, с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере, не создают приземистую концентрацию. То есть на высоте 1,5 – 2,5 м от поверхности земли, превышающую их ПДК для населения, растительного и животного мира (Гелашвили, 2000) (табл. 4).

Таблица 4 - ПДК некоторых загрязняющих веществ в атмосферном воздухе для растений и человека (по В. С. Николаевскому, 1988), мг/м3

* Для человека приведены ПДК максимально разовые

Нами было проведено исследование по выявлению пыли, ангидрида сернистого, азота диоксида, углерода оксида и аммиака в атмосферном воздухе города Йошкар-Олы.

Содержание пыли

Пылевидные частицы, содержащиеся в воздухе во взвешенном состоянии, оседают на надземных органах растений при соприкосновении с ними или под действием гравитационных и электрических сил. Осевшие на листьях пылевидные частицы создают дополнительный экран на пути проникновения лучей к хлоропластам, в большей или меньшей мере поступают во внутренние ткани листа и тем самым нарушают его нормальную жизнедеятельность (Соловьева, 2001).

Многие растения обладают пылеустойчивостью, например, такие как: вяз гладкий (Uimus laevis L.), липа сердцелистная (Tilia cordata L.), ель колючая (Picea pungens Engelm.), каштан конский (Aesculus hippocastanum L.), клен остролистный (Acer platanoides L.), можжевельник обыкновенный (Juniperus communis L.), черемуха обыкновенная (Padus racemosa (Lam.) Gilib.) и другие (Хвастунов, 1999). Задержке пыли способствует наличие на листьях опушения, так же противодействуют процессу оседания пыли, часто выпадающие осадки, смывающие с поверхности листа осевшие частицы и вымывающие адсорбированные поверхностными тканями ингредиенты.

Запыленность атмосферы нарушает работу устьичного аппарата растений, ограничивает процесс транспирации, ослабевает процесс фотосинтеза, понижает уровень сахаров в тканях, темпы накопления сухого вещества и роста растений (Артамонов, 1986).

Нами был проведен лабораторный анализ отобранных проб воздуха на наличие пыли в атмосферной среде города Йошкар-Олы.

Рис 1. Содержание пыли в атмосферном воздухе.

Как можно видеть из рисунка 1, высокая концентрация пыли в воздушной среде города была обнаружена на всех исследуемых улицах, кроме Сосновой рощи. На улице Суворова содержание исследуемого загрязнителя было наибольшим и составило 0,69 мкг/м3. На улице Крылова содержание пыли составило 0,56 мкг/м3. Для улиц Карла Маркса и Героев Сталинградской битвы показатели по данному загрязнителю имели примерно одинаковые средние значения и составили 0,37 и 0,35 мкг/м3 соответственно. Достаточно низкие показатели по концентрации пыли были получены в Парке культуры и отдыха XXX-летия ВЛКСМ и составляли 0,28 мкг/м3.

Таким образом, содержание исследуемого загрязнителя в воздухе колебалось в пределах от 0,28 до 0,69 мкг/м3. Причем превышение содержания пыли по сравнению с ПДК было выявлено на всех исследуемых улицах, за исключением контрольной. Установленная предельно-допустимая концентрация для данного загрязнителя в атмосферном воздухе составляет 0,2 мкг/м3 (табл. 4) (Руководство по контролю…, 1991). На улице Суворова содержание пыли по сравнению с ПДК составило 3,45 ПДК. В остальных перечисленных районах наблюдения концентрация пыли гораздо ниже, но и там наблюдается превышение предельно допустимой концентрации.

Содержание диоксида азота

Другим не менее опасным загрязнителем воздуха является и диоксид азота. Даже при незначительных его концентрациях происходит изменение цвета листьев и хвои, а при кратковременном действии больших доз обнаруживаются буровато – черные участки, изменения эпидермы растений (на вершине и по периферии листовой пластинки появляются буровато – черные участки, кончики хвоинок приобретают темно-красный цвет). По А.И. Хвастунову (1999), пороговая концентрация диоксида азота, принимаемая в качестве максимальной разовой для растений, составляет 0,02 мг/м3. Двуокись азота даже в очень слабых концентрациях (0,01 мг/м3) вызывает нарушение азотного обмена у растений, а так же влияние окислов азота оказывает отрицательное действие на процесс фотосинтеза (Артамонов, 1986). ПДК, установленное для диоксида азота, составляет 0,04 мг/м3 (табл. 4) (Руководство по контролю…, 1991).

Таким образом, из результатов проделанной нами работы видно, что показатели данного загрязнителя ни на одной из улиц не превысили ПДК (рис. 2). Наибольшая степень загрязнения диоксидом азота характерна для улицы Крылова (около завода ММЗ) и составила 0,033 мг/м3, а наименьшая для Сосновой рощи, где равнялась 0,004 мг/м3. Также низкие значения отмечены в Парке культуры и отдыха XXX-летия ВЛКСМ - 0,009 мг/м3. Лабораторный анализ проб воздуха, отобранных возле Мясокомбината и на улице Героев Сталинградской битвы, показал следующие результаты - 0,017 и 0,013 мг/м3 соответственно.

Рис. 2. Содержание диоксида азота в атмосферном воздухе.

Необходимо отметить, что растения, интенсивно поглощающие и усваивающие окислы азота и дающие большую биомассу, могут играть важную роль в очистке окружающей среды от этих фитотоксикантов.

Содержание углерода оксида

Соединения углерода являются наиболее распространенными веществами, поступающими в атмосферу в результате сжигания и переработке органического топлива. Особенно высокая концентрация угарного газа в воздухе наблюдается на перекрестках больших автомагистралей при скоплении автотранспорта, а так же на улицах с интенсивным движением. Угарный газ является сравнительно малотоксичным для растений, поскольку они обладают способностью окислять его до углекислого газа и связывать затем в фотосинтетическом цикле. Отрицательное влияние СО на растения проявляется при сравнительно высоких концентрациях – более 1%.

Показано, что угарный газ вызывает уменьшение проницаемости клеточных мембран. Одна из характерных особенностей действия угарного газа – его способность к образованию комплексов с железо- и медьпротеидами (например, цитохромоксидазой), что подавляет процесс дыхания растений (Артамонов, 1986).

Наши исследования по выявлению оксида углерода в атмосферном воздухе города Йошкар-Олы показали наиболее высокое его содержание на улице Карла Маркса, концентрация анализируемого вещества равнялась 2,0 мг/м3. На улицах Крылова, Суворова (около завода «ММЗ») и в Парке культуры и отдыха XXX-летия ВЛКСМ концентрация оксида углерода имела одинаковое значение и равнялась 1,7 мг/м3. Минимальное значение по данному показателю выявлено нами для улицы Героев Сталинградской битвы и в Сосновой роще, где составляло 1,3 и 1,4 мг/м3. Установленная предельно-допустимая концентрация для данного загрязнителя равна 3,0 мг/м3 (Руководство по контролю…, 1991). За период нашего наблюдения превышение концентрации оксида углерода относительно уровня ПДК не наблюдалось.

Рис. 4. Содержание оксида углерода в атмосферном воздухе.

Следует напомнить, что влияние угарного газа отрицательно сказывается на жизнедеятельности растений, но в большей степени на здоровье человека. По содержанию в выхлопных газах оксид углерода занимает первое место, однако он столь же эффективно поглощается растениями. Интенсивность связывания СО у разных видов растений различна. Отмечено активное усвоение угарного газа, кленом, осиной, елью (Артамонов, 1986). В результате первичного окисления из окиси углерода образуется углекислый газ, который потребляется растениями в ходе фотосинтеза. 

Содержание аммиака

В последние годы все чаще обнаруживаются поражения на растениях, вызванные действием аммиака. В непосредственном близости от крупных животноводческих комплексов повреждаются хвойные деревья в результате разложения мочевины и мочевой кислоты или при сжигании нечистот, содержащих аммиак. В меньших размерах те же явления наблюдаются вблизи коксохимических заводов и предприятий по производству удобрений и мочевины (Илькун, 1978).

ПДК, установленная для аммиака составляет 0,1 мг/м3 (табл. 4) (Руководство по контролю…, 1991). Таким образом, из результатов проделанной нами работы видно, что показатели данного загрязнителя ни на одной из улиц не превысили ПДК (рис. 5). Наибольшая степень загрязнения аммиаком характерна для улиц Суворова (около завода ММЗ) и для Парка культуры и отдыха XXX-летия ВЛКСМ и составила 0,053 и 0,051 мг/м3 соответственно, Чуть меньше обнаружено на улице Крылова (около завода Искож) – 0,04 мг/м3. Для улицы Карла Маркса степень загрязнения составила 0,032 мг/м3, а наименьшая степень загрязнения NH3 была выявлена на улице Героев Сталинградской битвы и равнялась 0,022 мг/м3, в Сосновой роще среднее значение концентрации этого газа равно 0,019 мг/м3 .

Рис. 5. Содержание аммиака в атмосферном воздухе.

Содержание ангидрида сернистого

По четырех балльной шкале опасности сернистый ангидрид относиться к третьему классу токсикантов. Серный ангидрид благодаря высокой гигроскопичности быстро реагирует с водяным паром атмосферы и превращается в аэрозоль серной кислоты, который проникает в хлоропласты и взаимодействует с зеленым пигментов хлорофиллом, вызывая превращение его в феофетин. Этот процесс сопровождается падением уровня каратиноидов, снижением уровня фотосинтеза (Соловьева, 2003).

Как свидетельствуют полученные в ходе лабораторного анализа показатели концентраций ангидрида сернистого, наиболее высокое его содержание в атмосферном воздухе обнаружено на улице Крылова – 0,45 мг/м3 (рис. 3). По сравнению с ПДК, установленной для ангидрида сернистого, равной 0,03 мг/м3 (табл. 4), наблюдается превышение в 15 раз. На улицах Карла Маркса и Суворова выявлено превышение концентрации сернистого ангидрида в воздухе в 12,3 и 5 раза соответственно. Самое низкое содержание SO2 в воздухе обнаружено в Парке культуры и отдыха XXX-летия ВЛКСМ и на улице Героев Сталинградской битвы равное 0,09 и 0,07 мг/м3 соответственно, но даже здесь наблюдается превышение в 3-2,3 раза. Только в Сосновой роще, выбранной нами в качестве контрольной точки, содержание в атмосферном воздухе сернистого ангидрида нами практически не выявлено.

Рис. 3. Содержание сернистого ангидрида в атмосферном воздухе.

Очень важно учитывать при создании санитарно-защитных зон и при озеленении города газопоглотительную способность и устойчивость растений к SO2. Прекрасными объектами для озеленения загазованных районов по Н.П. Красинскому и Е.И. Князевой (1950) являются тополь серебристый (Populus alba L.), клен яснелистный (Acer negundo L.), ива белая (Ulmus laevus L.). Рябину обыкновенную (Sorbus aucuparia L.) данные авторы отнесли к нерекомендуемому виду для озеленения промышленных территорий, так как данный вид имеет крайне низкую газоустойчивость (Кулагин, 1974).