Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,252

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Г. САРАТОВА ПО ДАННЫМ ХИМИЧЕСКОГО И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Быкова М.А. 1 Абросимова О.В. 1 Тихомирова Е.И. 1 Макарова А.А. 1
1 Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина, Саратов
Проведен анализ экологического состояния окружающей среды в г. Саратове на основе загрязнения снегового покрова химическими и биологическими контаминантами. Оценена токсичность талых вод по отношению к биологическими тест-объектам: Chlorella vulgaris Beijer, Daphnia magna Straus, Lemna minor L. Высокие уровни загрязнения химическими контаминантами характерны и для площадок, расположенных вблизи мощных промышленных предприятий, и для центральных районов города, в которых последние отсутствуют. На всей территории города зафиксирован повышенный уровень минерализации снегового покрова. Эффект подщелачивания отмечен в снеговом покрове вблизи промышленных зон предприятий. Численность микроорганизмов в снеговом покрове г. Саратова во много раз превышает фоновые значения. Среди микромицетов преобладают темноокрашенные формы. Максимальное количество микроорганизмов находится в верхнем слое снегового покрова. По отношению к биологическим тест-объектам показана высокая токсичность снегового покрова города.
экологический мониторинг
снеговой покров
химическое и микробиологическое загрязнение
биотестирование
1. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб. пособие / О.П. Мелехова, Е.И. Сарапульцева, Т.И. Евсеева и др.; под ред. О.П. Мелеховой и Е.И. Сарапульцевой. – М.: Академия, 2008. – 288 с.
2. Григорьев Ю.С. Методика определения токсичности водных вытяжек из почв, осадков, сточных вод и отходов, питьевой, сточной и природной воды по смертности тест-объекта Daphnia magna Straus. – Красноярск: КрасГУ 2006. – 46 с.
3. Григорьев Ю.С. Методика определения токсичности проб поверхностных пресных, грунтовых, питьевых, сточных вод, водных вытяжек из почвы, осадков сточных вод и отходов по изменению оптической плотности культуры водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer). – Красноярск: КрасГУ 2004. – 19 с.
4. Кабиров P.P., Сагитова А.Р., Суханова Н.В. Разработка и использование многокомпонентной тест-системы для оценки токсичности почвенного покрова городской территории // Экология. – 1997. – № 6. – С. 408–411.
5. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. – М.: Химия, 1973. – 376 с.
6. Макаров В.З. Ландшафтно-экологический анализ крупного промышленного города / под ред. Ю.П. Селиверстова. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2001. – 176 с.
7. Практикум по микробиологии / А.И. Нетрусов, М.А. Егорова, Л.М. Захарчук и др.; под ред. А.И. Нетрусова. – М.: Академия, 2005. – 608 с.

Промышленные зоны городов являются мощными источниками техногенных веществ, которые формируют городские потоки и внедряются в пригородные и региональные потоки. Интенсивная техногенная нагрузка в крупных городах обу­словлена чрезмерной концентрацией промышленных производств, быстрым ростом численности транспортных средств, низким уровнем внедрения энергосберегающих и малоотходных технологий и рядом других экономических и социальных причин, негативно влияющих не только на городскую среду, но и на здоровье населения. Экологическая опасность загрязнения окружающей среды крупных промышленных городов и мегаполисов мира стала одной из актуальных проблем современности. Для оценки экологического состояния городов необходимо определение уровня и особенности распространения загрязняющих веществ во всех компонентах городского ландшафта (атмосферном воздухе, снеге, почвах, растениях, животных, водах), а также накопления этих веществ в организме людей [6].

Город Саратов является крупным развитым промышленным центром с высоким уровнем техногенного воздействия на окружающую среду. В Саратове сосредоточены предприятия химии, нефтехимии, нефтепереработки, стройиндустрии, машиностроения, энергетики, имеющие федеральное значение. Мозаичная картина размещения разных функциональных зон создает в городе комплексный характер загрязнений. Сложный ландшафтный узор города, наличие мощных и часто повторяющихся инверсий обусловливают низкий потенциал самоочищения атмосферы.

Целью данной работы является оценка экологического состояния окружающей среды на основе микробиологического и химического состава снегового покрова территории г. Саратова, определения токсичности талой воды методами биотестирования.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования являлись пробы снегового покрова, отобранные на территории г. Саратова в феврале-марте 2010-2011 гг. в Заводском, Волжском и Фрунзенском районах со строгой картографической привязкой к местности (рис. 1). Были выбраны территории с разной степенью антропогенной нагрузки (территории вблизи промышленных предприятий, вдоль железных дорог, автомагистралей, социальных объектов, парка культуры и отдыха и т.д.). В качестве фоновой территории выбрана условно чистая пригородная зона в районе летнего оздоровительного лагеря «Ударник», находящегося в лесопарковой зоне.

Для микробиологического анализа пробы снега собирали по общепринятой методике в стерильную посуду. Посевы осуществляли в день отбора образцов по 0,1 мл талой воды поверхностным способом на твердые питательные среды. Для выделения и количественного учета гетеротрофных микроорганизмов использовали ГРМ-агар, а для выделения микромицетов - среду Сабуро. Учет численности микроорганизмов производили на 3-7-е сутки и выражали в колониеобразующих единицах (КОЕ) в 1 мл талой воды [7]. Отбор проб для химико-аналитического исследования и биотестирования осуществляли методом конверта при помощи весового снегомера ВС-43. В талой снеговой воде определяли содержание тяжелых металлов (Cu, Fe, Zn, Ni, Cd, Pb, Co) методом пламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.214-06. Исследование выполняли на атомно-абсорбционном спектрофотометре марки WFX-120. Для оценки накопления тяжелых металлов и уровня их содержания использовали геохимические показатели: коэффициент концентрации (Кс) и суммарный показатель загрязнения (Zc) в соответствии с МУ 2.1.7.730-99.

Рис. 1. Места отбора снеговых проб на территории г. Саратова

Макрокомпонентный состав (содержание хлорид-, сульфат- и нитрит-ионов) и водородный потенциал талой снеговой воды определяли в соответствии с руководством «Унифицированные методы анализа воды» [5]. Биотестирование снеговых проб осуществляли с помощью тест-объектов, принадлежащих к разным систематическим группам: Chlorella vulgaris Beijer, Daphnia magna Straus, Lemna minor L. по стандартным методикам [1, 2, 3]. Для получения сопоставимых результатов по итогам биотестирования рассчитывали индекс токсичности оцениваемого фактора (ИТФ) [4]. Обработку полученных данных проводили по общепринятым методикам с использованием t-критерия Стьюдента. Также использовали приложение Exel, Word из пакета Microsoft Office 2007, Statistica 6.0.

Результаты исследования и их обсуждение

Исследование снегового покрова на содержание тяжелых металлов, а именно меди, железа, цинка, никеля, кадмия, свинца, кобальта проводилось по всей толще снегового покрова. В пробах снегового покрова, отобранных на выбранной пригородной фоновой территории, содержание меди составило 0,01 мг/дм3, железа - 0,02 мг/дм3, цинка - 0,02 мг/дм3, никеля, кадмия, свинца и кобальта обнаружено не было. В среднем для снега, отобранного в пределах г. Саратова, характерно повышение концентраций тяжелых металлов по сравнению с фоновой территорией. Во всех отобранных пробах на территории г. Саратова кобальта обнаружено не было. Превышения тяжелых металлов относительно фоновой территории составляют: Cu (0,7-1,6), Fe (0,5-2), Zn (0,5-2,5), Ni (38-150), Cd (1-10), Pb (1-2). Максимальные превышения характерны для никеля. Уровень загрязнения на всей территории города выше фоновых. Картина распределения загрязнения по никелю носит монотонный характер с выделением локальных пятен с высоким уровнем загрязнения. Характер загрязнения по свинцу и кадмию имеет ярко выраженный пятнистый рисунок. Максимальные концентрации Cd и Pb обнаружены в Заводском районе. В целом для меди и железа характерно наличие нескольких ядер повышенного загрязнения в центре города с превышением в 160 раз. Сложный орнамент зафиксирован в распределении уровня загрязнения по цинку. С одной стороны, содержание цинка практически во всех пробах снега, собранных на территории города, было выше контроля. Исключением являются многочисленные площадки, расположенные в зонах отдыха города. По суммарному показателю загрязнения территории города тяжелыми металлами в снеговом покрове лидируют площадки в Детском парке и на Театральной площади. Вероятнее всего, это обусловлено эффектом «острова тепла» и формированием специфической циркуляции воздуха в городах. Многотоннажные выбросы оксидов в воздушный бассейн обу­словили необходимость исследования снеговой (талой) воды на показатель pH, содержание хлорид-, сульфат- и нитрит-ионов. Значения рН в пробах талого снега изменялись в диапазоне слабокислых и умерено-щелочных значений от 5,6 до 7,2 единиц. Значение pH снежного покрова условно чистой зоны составило 6,1 единиц. Эффект подщелачивания (рН = 7,19-7,20) отмечен в пробах талых вод, отобранных вблизи Саратовского авиационного завода, на территории Детского парка. Содержание анионов в снеговом покрове фоновой территории составило: Clˉ - 8,1 мг/л , SO42ˉ - 5,14 мг/л, NO2ˉ - 0,03 мг/л. Концентрация хлоридов в исследуемых пробах снега изменялась в пределах от 3,55 до 68,16 мг/л. Максимальное превышение контрольных значений составило 8,5 раза, и было зафиксировано в пробах, собранных вблизи крупных автомагистралей. Концентрация сульфатов в исследуемых пробах составила от 2,8 до 95 мг/л. Максимальные значения обнаружены в пробах, собранных в районе Набережной города и вблизи автомагистралей. Нитриты в исследуемых пробах измерялись в диапазоне от 0,4 до 2 мг/л. Наибольшие концентрации нитритов зарегистрированы в пробах, отобранных в Заводском районе города. Максимальные значения содержания всех исследуемых анионов зафиксированы в пробах, отобранных на территории Заводского района.

Оценку численности гетеротрофных микроорганизмов и микромицетов в снеговом покрове г. Саратова осуществляли по всей глубине снегового покрова. Количество гетеротрофных микроорганизмов в снеговом покрове фоновой территории составило 1210 КОЕ/мл, микромицетов - 125 КОЕ /мл. При сравнительном количественном анализе гетеротрофных микроорганизмов (рис. 2) наибольшее число КОЕ зафиксировано в пробах, собранных вблизи промышленных зон предприятий в Заводском районе, на территории Детского парка и Театральной площади г. Саратова. Интересен характер распространения микроорганизмов по глубине снежного покрова: практически во всех отобранных пробах максимальные значения были зафиксированы в верхних слоях снегостава. Превышение по отношению к фону в верхнем 10-сантиметровом слое снега составило в Детском парке и на Театральной площади в 12 раз, в промзоне Заводского района в 9 раз. Следует отметить, что в этих же точках зафиксированы максимальные значения по всей глубине снегостава. Во всех пробах доминировали бактерии рода Bacillus, Staphylococcus, Enterococcus.

Рис. 2 Содержание микроорганизмов по глубине в снеговых пробах

Анализ содержания микромицетов выявил сходное с гетеротрофными микроорганизмами распределение обилия по глубине снегового покрова, их количество варьировалось в интервале от 50 до 7000 КОЕ/мл, что было ниже показателей, полученных для бактерий. Наибольшая степень микологического загрязнения - превышение составило в 55 раз - установлена на тех же территориях, что и для гетеротрофных микроорганизмов. Во всех пробах доминировали дрожжеподобные грибы, в том числе рода Candida. В промышленных районах и вблизи крупных автомагистралей преобладали микромицеты с темным цветом пигмента, что можно объяснить их резистентностью к ультрафиолетовому излучению и тяжелым металлам.

Следующим этапом работы стало проведение биотестирования с целью определения токсичности снеговых проб. По результатам биотестирования снеговых проб c помощью термофильного штамма одноклеточной зеленой водоросли C. vulgaris была установлена гипертоксичность проб, собранных в Заводском районе г. Саратова, в частности вблизи Авиационного завода, а также некоторых проб, отобранных в центре города вблизи автомобильных дорог. Токсичными оказались пробы снегового покрова, отобранные на Набережной Космонавтов. Нетоксичными и слаботоксичными были пробы, отобранные в пешеходных зонах улиц и в жилой зоне города. При оценке токсичности проб снега при помощи тест-объекта L. minor практически во всех исследуемых пробах были отмечены морфологические отклонения биотеста уже на вторые сутки: окраска листецов менялась до светло-зеленой, желтой и белой. Зеленый цвет листецов сохранился в пробах, собранных в жилых зонах Заводского района. В этих же пробах было зафиксировано удвоение листецов.

При исследовании проб снегового покрова с помощью тест-объекта D. magna Straus установлено, что все пробы оказывали неблагоприятное или губительное действие на организм: снижение численности или гибель тест-объекта. Для получения сопоставимых результатов по итогам биотестирования определили ИТФ, данные представлены на рис. 3. Все пробы, собранные на территории города, оказывали острое токсичное воздействие на тест-организмы. По итогам тестирования, самой неблагоприятной оказалась территория вблизи промышленной зоны Саратовского авиационного завода (наблюдалась гибель всех тест-объектов).

Рис. 3. Значения ИТФ проб снега, собранных на территории г. Саратова (менее 0,5 - высокая токсичность; 0,5-0,7 - средняя токсичность)

Заключение

Проведенные нами исследования показали, что для территории г. Саратова характерно не только химическое, но и микробиологическое загрязнения. Рисунок распределения химических контаминантов в городе очень сложный, что обусловлено как архитектурно-планировочной композицией города, так и орографическими условиями, особенностями параметров источников выбросов и т.п. Высокие уровни загрязнения характерны и для площадок, расположенных вблизи мощных промышленных предприятий, и для центральных районов города, в которых последние отсутствуют. На всей территории города зафиксирован повышенный уровень минерализации снегового покрова. Участки с высоким уровнем минерализации линейно вытянуты и приурочены к мощным транспортным магистралям. Изменение химического состава снеговой воды приводит к увеличению токсичности проб снега по отношению к биологическим тест-объектам. Снеговая вода оказалась токсичной для всех групп тест-объектов. Одновременное присутствие в снеге целого ряда тяжелых металлов, изменение кислотности талой воды, увеличение минерализации снеговой воды способствовали изменению микробных сообществ по разнообразию и численности. Максимальное количество микроорганизмов находится в верхнем слое снегового покрова. Среди микромицетов преобладают темноокрашенные виды. Проведенный нами комплексный анализ состояния воздушной среды в городе, по данным снеговых съемок, показал высокий уровень изменения окружающей среды, что, несомненно, оказывает влияние как на здоровье населения г. Саратова, так и на качество воды р. Волги.

Рецензенты:

  • Сергеева И.В., д.б.н., профессор, зав. кафедрой ботаники и экологии Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова, г. Саратов;
  • Макаров В.З., д.г.н., профессор, зав. кафедрой физической географии и ландшафтной экологии, декан географического факультета НИУ СГУ им. Н.Г. Чернышевского, г. Саратов.

Работа поступила в редакцию 09.04.2012.


Библиографическая ссылка

Быкова М.А., Абросимова О.В., Тихомирова Е.И., Макарова А.А. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Г. САРАТОВА ПО ДАННЫМ ХИМИЧЕСКОГО И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 5-1. – С. 133-137;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=29861 (дата обращения: 25.11.2017).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252