Биоиндикация природной среды малого Северо-Таежного промышленного города: на примере г. Костомукша (стр. 1 )

На правах рукописи

Гайдыш

Ирина Сергеевна

БИОИНДИКАЦИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ МАЛОГО СЕВЕРО-ТАЕЖНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ГОРОДА: НА ПРИМЕРЕ

Г. КОСТОМУКША

03.02.08 – экология

Автореферат на соискание ученой степени кандидата

биологических наук

Петрозаводск – 2012

Работа выполнена на кафедре ботаники и физиологии растений эколого-

биологического факультета Петрозаводского государственного университета

Научный руководитель доктор биологических наук

профессор

Официальные оппоненты доктор биологических наук

доцент

доктор биологических наук

доцент

Ведущая организация Полярно-альпийский ботанический

сад-институт

Защита состоится «25» января 2012 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.190.01 при Петрозаводском государственном университете Республика Карелия, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33, эколого-биологический факультет, ауд. 117 теоретического корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского государственного университета, с авторефератом – на сайте www. petrsu. ru

Автореферат разослан: « » декабря 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Урбанизация – одна из важнейших составляющих современной жизни. Острой проблемой урбанизации является растущая уязвимость городских природных экосистем (Экология города…, 2008). Наиболее перспективными методами оценки их экологического состояния считаются методы биоиндикации, которые в настоящее время широко разрабатываются (Шапиро, 1996; Малышева, 1998; Захаров и др., 2000; Козлов, 2001; Бязров, 2002; Шадрина и др., 2003; Василевская, Тумарова, 2005; Дзюба, 2006).

Имеются единичные исследования, касающиеся городов таежной зоны (Антипина, 2003; Елькина, Марковская, 2007; Тарасова, Карелина, 2004). Однако высокая уязвимость северных экосистем, большое разнообразие абиотических и биотических факторов, оказывающих негативное воздействие на городские территории, свидетельствует о перспективности использования для оценки их состояния методов биоиндикации.

Цель и задачи исследования. Целью данного исследования является оценка состояния природной среды г. Костомукши методами биоиндикации (лихеноиндикации, палиноиндикации, флуктуирующей асимметрии).

Задачи:

1.  выявить влияние Костомукшского горно-обогатительного комбината на состояние природной среды окружающих лесных территории и города с использованием методов биоиндикации;

2.  оценить состояние природной среды г. Костомукша с использованием методов биоиндикации;

3.  оценить информативность методов биоиндикации;

4.  дать интегральную оценку состояния природной среды г. Костомукша.

Научная новизна работы. Впервые для исследования территории малого северо-таежного промышленного города были применены три биоиндикационных метода, что позволило дать интегральную оценку состояния природной среды изучаемой территории. При этом была дана оценка информативности каждого метода в зависимости от вида и степени загрязнения территории.

Практическая значимость работы. Получены результаты для оценки деятельности ГОКа после 30 лет его работы. Исходный проект «город
в лесу» обеспечил хорошую сохранность фрагментов леса внутри города, оставленных при строительстве, площадь которых больше 1 га. Установлено, что на современном этапе развития города наиболее сильная экологическая деградация природной среды связана с воздействием инфраструктуры города и выбросами автотранспорта.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на региональном семинаре «Связь образования и науки в подготовке новых кадров» (Петрозаводск, 2010), Международной научно-практической конфе-
ренции «Гармония Севера: взгляд молодых» (Петрозаводск, 2010), Всерос-
сийской научно-практической конференции с международным участием «Современные проблемы биомониторинга и биоиндикации» (Киров, 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе 1 в рецензируемом издании из списка ВАК РФ и 2 в материалах международных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,
4 глав, заключения, выводов и списка литературы.

Работа изложена на 135 страницах текста, содержит 14 таблиц, 32 рисунка. Список литературы включает в себя 231 источник, из них – 33 зарубежных.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д. б.н., профессору за всестороннюю помощь и поддержку. За консультативную помощь в работе профессору, д. б.н. , к. б.н., доценту , к. б.н. , инженеру . Я благодарна всем сотрудникам кафедры ботаники и физиологии растений Петрозаводского государственного университета,
в особенности к. б.н., доценту , к. б.н. и к. б.н., доценту ; зав. лаб. Лесного почвоведения и микробиологии Института леса д. с.-х. н., профессору и сотрудникам лаборатории. Особая благодарность семье и друзьям за всестороннюю помощь и поддержку.

Работа выполнена при поддержке проекта в рамках ФЦП "Научные
и научно-педагогические кадры инновационной России", ГК 14.740.11.0300
от 17 сентября 2010 г.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Обзор литературы

Город формируется на основе природной экосистемы. В результате экосистема изменяется и функционирует под влиянием техногенных и социальных факторов (Экология города, 2000; Денисов и др., 2008). Возникает проблема современных городов, связанная с острой недостаточностью природно-пространственных ресурсов (Денисов и др., 2008). В современном строительстве в планировку городского пространства включают существующие лесные массивы, что актуально для городов таежной зоны (Антипина, 2002). Такой подход был использован при строительстве г. Костомукши (Илюха, 1997).

Костомукша – малый северо-таежный город с исходным проектом «город в лесу» был основан в 1983 г; основным градообразующим предприятием является Костомукшский горно-обогатительный комбинат (ГОК); город граничит с Костомукшским заповедником, созданным для охраны типичных северо-таежных лесов. Город находится на границе с Финляндией и в его проектировании и строительстве принимали участие финские архитекторы и строители. Сочетание зеленых и селитебных территорий создает уникальность данного объекта исследования (Андреев, 1977; Костомукшский…, 1992; Литинский, 1996; Илюха, 1997).

Весь период работы комбината можно разделить на два этапа: от основания до начала 2000-х гг. и современный период, после установки усовершенствованных систем очистки выбросов комбината. Основной период экологических исследований приходится на конец 1980-х – середину 1990-х гг., когда выбросы комбината намного превышали сегодняшний уровень. Исследования шли в нескольких направлениях: изучение химического состава атмосферы и почв, исследование внешних параметров древостоя и физиологических процессов, оценка содержания тяжелых металлов и серы в растениях и их зольность (Литинский, 1996; Оценка функционального состояния …, 2001; Фадеева, 2001; Федорец, 2001; Шильцова, Ласточкина, 2004). По результатам исследований был сделан вывод, что комбинат оказывает слабое загрязняющее действие на прилегающие лесные территории (Мониторинг физиологического состояния…, 2001; Оценка функционального состояния …, 2001; Синькевич, 2001).

Глава 2. Объект и методы исследования

Характеристика района исследования. Территория исследования находится на северном склоне Западно-Карельской возвышенности. Рельеф района характеризуется чередованием грядовых возвышенностей (200–300 м н. у.м.). Почвы – подзолы иллювиально-железистые песчаные, реже супесчаные в сочетании с болотными переходными торфяными и торфяно-глеевыми почвами (Федорец и др., 2000). Район относится к Атлантико-Арктической зоне умеренного климата с преобладанием теплых воздушных потоков с Северной Атлантики и холодных – из Атлантического сектора Арктики. Средняя годовая температура воздуха – +1,1°С. Преобладающей формой циркуляции атмосферы в районе является западный перенос (40%). (Романов, 1961).

Объект исследования. Город Костомукша основан в 1983 и расположен на 64°35' с. ш. и 30°40' в. д. (Васильев, Кранс, 1987). Площадь города - 41,5 км2, население - 29,7 тыс. человек (по переписи 2010 года).

Градообразующее предприятие – Костомукшский горно-рудный обогатительный комбинат (ГОК), расположен в 10 км к северо-востоку от города (Костомукшский…, 1992; Экология города..., 2008).

Загрязнители и потоки.

За 2009 г. Костомукшским городским округом было выброшено в атмосферу 45,6 тыс. т загрязняющих веществ, что составляет 41% всех выбросов в Карелии. В состав основных выбросов комбината входят твердые вещества – 11%, диоксид серы – 82%, оксид углерода – 3,1% и оксиды азота – 3,3%. При этом вклад автотранспорта в суммарные выбросы города составляет 9,6 % (Государственный доклад…, 2010).

Основные направления потоков аэрополлютантов рассматривались по розе ветров. Северо-восточное (СВ) направление – от комбината в сторону естественных фитоценозов по розе ветров. Юго-западное (ЮЗ) направление – от комбината по направлению к городу против розы ветров.

Методы исследования

Работа выполнена на растениях Pinus sylvestris L. В лихеноиндикации использовали эпифитные лишайники, произрастающие на стволе сосны; для палиноиндикации – репродуктивные органы (микростробилы) сосны; для флуктуирующей асимметрии (ФА) – хвою сосны разных лет жизни. Деревья выбирали возрастом более 50 лет, с диаметром ствола 22-28 см. Работа с использованием всех методов состояла из двух частей – оценка состояния природной среды по направлению розы ветров от источника загрязнения (ГОКа) на СВ и против – на ЮЗ, и на территории города. Для оценки состояния лесных массивов около комбината была заложена трансекта с пробными площадями (ПП), расположенными по градиенту действия преобладающих ветров: для лихеноиндикации – 17 ПП (10 ПП в СВ направлении, 7 – в ЮЗ), для палиноиндикации – 10 (5 ПП в СВ направлении, 5 – в ЮЗ), для ФА – 11 ПП (6 ПП в СВ направлении, 5 – в ЮЗ). Контрольные ПП (3) для палиноиндикации и ФА были заложены на расстоянии 20 км от комбината в ЮЗ направлении. Исследования по состоянию среды в городе проводились во фрагментах естественных насаждений. Для лихеноиндикации было выбрано 56 ПП, для палиноиндикации и ФА – 8 ПП в разных частях города (ПП №1, 3, 6, 20, 21, 25, 50, 55) (рис. 1). Анализ почвы по содержанию тяжелых металлов был сделан на 50 ПП в городе.