XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Оценка состояния воздушной среды п. Сылва

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Дьячкова В.А. 1

---

1МАОУ "Сылвенская средняя школа имени поэта В. Каменского

Реньжина С.В. 1

---

1МАОУ "Сылвенская средняя школа имени поэта В. Каменского

Работа в формате PDF

2.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Человек всегда был тесно связан с окружающим миром. Но как только появилось индустриальное общество, вмешательство человечества в природу резко усилилось, оно стало разнообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для людей. Загрязнение атмосферы, гидросферы, почв происходит из-за попадания в окружающую среду различных химических загрязнителей, веществ, не свойственных природе. Все эти вещества отрицательно влияют не только на здоровье человека, но и на лесные сообщества. Поэтому защита природы стала приоритетной задачей всех государств на Земле, которую предстоит решить, как можно быстрее.

Особенно велика роль атмосферы в природных процессах. Чистый воздух необходим для всех живых организмов. Атмосферные загрязнения оказывают отрицательное влияние на живую природу, что приводит к сокращению видового разнообразия организмов, увеличению заболеваемости населения. Чтобы отследить степень загрязнения атмосферы, необходим постоянный мониторинг состояния воздушной среды. Следовательно, актуальность выбранной для исследования темы не подлежит сомнению.

Цель: изучение экологического состояния воздушной среды посёлка Сылва.

Задачи:

1.Изучить научную литературу по данной теме для выявления источников загрязнения и подобрать методики для исследования состояния воздушной среды (биоиндикация, комплексное исследование леса).

2. Провести исследование состояния воздушной среды поселка Сылва Пермского района.

3. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

Объект исследования: экологическое состояние посёлка Сылва.

Предмет исследования: состояние воздушной среды.

Методы исследования: наблюдение, анализ, сравнение, обобщение.

1. Действие промышленных выбросов на атмосферу и окружающую среду.

Атмосфера в виде газообразной оболочки Земли имеет большую ценность, поскольку защищает планету от космической радиации, воздействует на рельеф, определяет климат Земли и ее тепловой фон. После начала активной деятельности людей неоднородный состав «обогатился» опасными примесями. Загрязнение окружающей среды — это повышенное содержание в ней физических, химических или биологических реагентов, не характерных для данной среды, занесенных извне, наличие которых приводит к негативным последствиям. Основными загрязнителями в данном случае выступают химические заводы, топливно-энергетический комплекс, сельское хозяйство и автомобили. Они приводят к появлению в составе воздуха меди, ртути, свинца и других металлов.

Теплоэлектростанции несут в наши дома свет и тепло, однако, параллельно они выбрасывают огромное количество углекислого газа, пыль и сажу в атмосферу. Причиной кислотных дождей являются отходы, выбрасываемые с химических заводов, например, оксид серы или азота. Эти оксиды могут вступать в реакцию с другими элементами биосферы, что способствует появлению более губительных соединений. Современные автомобили создают проблему с выбросом токсинов от выхлопа в атмосферу. Зола и продукты переработки топлива не только портят атмосферу городов, но и оседают на почве и приводят к ее негодности [6;7;8].

Проведенные исследования в разных областях приводят к выводу, что мы уже сталкиваемся с глобальными изменениями климата и внешней среды под воздействием деятельности человека. Загрязнение океанов из-за утечек нефти и нефтепродуктов, а также мусора влияет на сокращение популяций многих видов животных и экосистему в целом. Растущее число машин каждый год приводит к большому выбросу углекислого газа в атмосферу, что, ведет к осушению земли, обильным осадкам на материках, уменьшению количества кислорода в воздухе [3;6;8].

По данным собранным М. Фешбахом [11], ежегодно в земную атмосферу выбрасывается около 260 – 270 млн. тонн СО2, около 70 тыс. тонн SO2, 60 млн. тонн оксидов азота и т.д. Только энергетические установки выбрасывают в атмосферу около 250 млн. тонн тепла и других загрязняющих веществ.И. И. Мазуру (1992) [7] удалось рассчитать, что через 2-3 десятилетия в атмосферу будут выбрасываться 4,3 млр. тонн СО2, 335 млн. тонн SO2 ,180 млн. тонн азотистых соединений, число сточных вод превысит 15•1012 тонн в год, а объем твердых отходов – 15 млр. тонн (см. табл. №1). В настоящее время загрязнение атмосферы воздуха и выпадение твердых осадков на территории России отмечено в следующих местах: Урал, Кузбасс, Красноярск и другие.

Таблица 1

Основные источники первичного загрязнения воздуха [3]

Все птицефабрики относятся к предприятиям, выделяющим в окружающую среду вредные газы, пыль, микрофлору и специфические запахи, распространяющиеся зимой до 0,5 км, а летом – до 3,5-5 км. [3;4]. В настоящее время Пермская птицефабрика с поголовьем 22870 тыс. кур выделяет 34 загрязняющих вещества (1350,644т\год) из них метан 901,882 т\год, 189,57т. NH₃ за год [данные экологической службы АО «ПРОДО птицефабрика Пермская]. Воздух в птичниках и вокруг них представляет собой естественный аэрозоль, содержащий капельные и пылевые частицы. Эпизоотологическое значение при этом приобретают бактерии, споры, грибы, вирусы, ооцисты кокцидий и др. Кроме того, в воздушном бассейне птицефабрики содержатся вредно действующие газы, такие как SO₂ и H₂S, количество которых никем не определялось [9]. Такие газы, как диоксид углерода, азота, сероводород и, в первую очередь, сернистый газ обуславливают кислотность дождей. От них гибнут первыми хвойные леса, повреждается хвоя, ветви, кора, естественного возобновления не происходит.

Основные составные части атмосферного воздуха делят на 3 группы: постоянные, переменные, случайные. К 1 группе относятся кислород, азот и благородные газы. Ко 2 группе относятся диоксид углерода и водяной пар. К 3 группе относят случайные компоненты, определяемые местными условиями [9]. Так, например, в местах, где происходит распад органических веществ, в атмосфере наблюдаются аммиак и другие вещества. Самыми значительными источниками антропогенного характера, вызывающими загрязнение атмосферы, являются транспорт и промышленность.

При работе двигателей на этилированном бензине в выхлопных газах содержатся оксиды азота, соединения свинца. При работе на серосодержащем топливе в выхлопах появляется диоксид серы. [1;4;9]

Таким образом, загрязнение атмосферы сильно сказывается на растительном покрове, происходит нарушение фитоценозов, а поврежденные деревья заражаются грибами. Поэтому оценку состояния воздушной среды следует проводить с использованием биоиндикационных методов исследования (например, по сосне обыкновенной, лишайникам), с помощью физических методов (запыленность воздуха), комплексной оценки состояния леса.

2. Методики исследования

Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию сосны [1;10].

Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обусловливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики». Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические и анатомические изменения, а также продолжительность жизни хвои. При хроническом загрязнении лесов диоксидом серы наблюдаются повреждения и преждевременное опадение хвои сосны. В зоне техногенного загрязнения отмечается снижение массы хвои на 30 — 60% в сравнении с контрольными участками. Ключевые участки для мониторинга загрязнения атмосферы могут иметь большую площадь (например, 1 га), и выбираются в однородном по видовому составу массиве леса.

Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы [10]. В незагрязненных лесных экосистемах основная масса хвои сосны здорова, не имеет повреждений и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зеленые пятна и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. В загрязненной атмосфере появляются повреждения и снижается продолжительность жизни хвои сосны. Сосна требовательна к свету – светолюбивая и не требовательна к влаге. Идёт отчистка кроны. Листья видоизменённые. Кора чешуйчатая. Корневая система глубокая, стержневая. Возраст определяется по мутовкам. По расстоянию между мутовками можно определить, какой год был по климату.

Рис.1. Повреждение и усыхание хвои сосны: 1 —хвоинки без пятен; 2, 3 — с черными и желтыми пятнами; 4–6 —хвоинки с усыханием

Методика индикации чистоты атмосферы по хвое сосны состоит в следующем. Выбираю с нескольких боковых побегов в средней части кроны 5–10 деревьев сосны в 15 — 20-летнем возрасте отбирают 100 пар хвоинок второго и третьего года жизни. Проводят анализ хвои. Вся хвоя делится на три части (неповрежденная хвоя, хвоя с пятнами и хвоя с признаками усыхания) и подсчитывается количество хвоинок в каждой группе. Данные заносятся в рабочую таблицу (табл.1,2,3) с указанием даты отбора проб на каждом ключевом участке. Делается вывод об изменении загрязнения атмосферы.

Таблица 2. Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы (измеряемые показатели - количество хвоинок). [1]

Влияние газодымных загрязнений на состояние хвои сосны [10].

Ход работы

В марте – июне выберите пять экземпляров молодых сосен высотой 1 – 1,5 м на расстоянии 10 – 20 метров друг от друга. Желательно, чтобы выбранные растения располагались на разном расстоянии от источника загрязняющих выбросов (например, расстояние от крупных магистралей).

Еженедельно наблюдайте состояние хвои на верхней мутовке растений.

Наблюдения заносите в таблицы

Внимательно осмотрите хвоинки верхней мутовки каждого растения и отметьте степень усыхания. Результаты внесите в табл.3.4.

Таблица 3

Таблица 4

Составьте график повреждения хвои сосны: по горизонтали отложите суммарное количество поврежденных и усохших хвоинок, по вертикали – даты наблюдений.

Сделайте вывод о влиянии загрязненного воздуха на рост и развитие сосновых посадок

Оборудование: Дневник наблюдений.

Таблица 5. Комплексное исследование парка или леса [1;2]

При заполнении таблицы меру влияния загрязнения можно определить по следующим критериям:

Очень слабая: 1-5% от общего количества объектов (1 балл).

Слабая: 6-20% (2 балла).

Средняя: 21-31% (3 балла).

Сильная: 31-50% (4 балла).

Очень сильная: более 50% (5 баллов).

2. Сделайте общий вывод о состоянии исследуемой территории на основании подсчета общего количества баллов:

очень сильное влияние загрязненности – 27 – 36 баллов;

сильное влияние – 18 – 27 баллов;

среднее влияние – 9 – 17 баллов;

слабое влияние – менее 9 баллов.

Роза ветров - векторная диаграмма, характеризующая в метеорологии и климатологии режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям. Выглядит как многоугольник, у которого длины лучей расходящиеся от центра диаграммы в разных направлениях, пропорциональны повторяемости ветров этих направлений. Розу ветров учитывают в лесном, парковом хозяйстве, экологии. Роза ветров, построенная по реальным данным наблюдений, позволяет по длине лучей построенного многоугольника выявить направления преобладающего ветра со стороны, которого чаще всего приходит воздушный поток в данную местность.

3. Описание мест исследования.

3.1 Особенности физико-географического положения поселка Сылва [6].

Поселок Сылва входит в состав Пермского района Пермского края, расположен на левом берегу реки Сылва, притоке реки Чусовой.

Расстояние до районного центра 50 км, до областного 45 км. На территории поселка Сылва протекает река Киселевка в самом глубоком овраге, который находится в 1000 м от Пермской птицефабрики и делит поселок на 2 части: Стрелку и Куликовку. По территории поселка проходит участок пути Горнозаводского направления Свердловской железной дороги. Территория поселка граничит на западе с территорией г. Перми, на юге – села Троица, на востоке и севере с Чусовским районом.

Климат: умеренно-континентальный. Линия среднегодовой температуры воздуха 1,5⁰ С проходит по южному краю района.

Зимой температура – до 38⁰ С, летом до + 35⁰ С. Мощный снежный покров как в районе до 60-80 см, который держится в среднем 175-186 дней. Большая часть осадков выпадает в теплое полугодие. Над сушей туманы преобладают в холодное время года. Грозы обычно наблюдаются летом и в конце весны. Преобладают ветра западные и юго-западные. Северные ветры наиболее часто отмечаются в июле, а наиболее редко в зимние месяцы.

Почвы в большинстве случаев дерново-подзолистые, глинистые или тяжелосуглинистые, нормального увлажнения, заболоченные участки незначительны.

Надпойменная терраса (пос. Сылва на 5-6 террасах) луговая, безлесная, практически плоская равнина, пересеченная оврагами, наклонена в сторону реки Сылва под углом 3-15⁰. Леса сведены человеком, большая часть превращена в пашни, пастбища или заросли борщевиком. Оставшиеся леса имеют водоохранное значение. По склонам оврагов - это хвойные леса с примесью лиственных деревьев (липа, рябина, береза, осина). Есть искусственно созданное лесонасаждение – сосновый бор.

3. 2 Состояние лесной растительности

В поселке из 2-х птицефабрик (Сылвенская и Пермская) в настоящее время работает одна – Пермская птицефабрика. Кроме того, на территории поселка расположены 2 котельных, которые во время работы выбрасывают в атмосферу множество вредных веществ. По данным экологической службы, на птицефабрике: NH₃ - образуется при гниении помета птицы, SO₂ - при окислении белков помета, содержащих серу: H₂S -образуется при микробном разложении помета, которое наиболее эффективно происходит при температуре выше + 20⁰. H₂S и SO₂ в атмосфере поселка никто никогда не определял, но дождевая вода, выпадающая на землю вблизи птицефабрик, имеет pH < 5,5, что говорит о кислом характере воды. Повышение концентрации H₂S и SO₂ в воздухе влияет на состояние растительного покрова поселка [2].

Лиственные деревья более устойчивы к газам, т.к. H₂S и SO₂ - местные яды. Они вызывают отмирание только тех участков листа, которые подверглись их непосредственному воздействию. Поражение листовых пластинок носит пятнистый характер (черные, серые пятна на листьях липы и других деревьев). Проникая внутрь листа, газы поражают живые клетки, нарушая процесс фотосинтеза, обмен веществ. Мало того, в клетках растений накапливается коллоидная сера и листья гибнут. NH₃ – обжигает листья (появляются пятна бурого или темно-желтого цвета), нарушается фотосинтез и дыхание.

При повреждении деревьев возникает их заражение грибами.

Большинство хвойных и лиственных деревьев поражены грибами: трутовиками, опятами, у птицефабрик (лес до 2 км)

Из-за большого количества аммиака, метана, сероводорода, выбрасываемых в атмосферу птицефабриками, погибли все лишайники на территории поселка и на расстоянии до 2 км, далее они находятся в угнетенном состоянии. Все меньше становится муравьев – защитников леса. На весь лес на глубину 1 км вокруг поселка приходится всего лишь 5 муравейников, которые охраняются ребятами клуба «Эколог».

В поселке основным источником чистого воздуха является сосновый бор, посаженный сразу после войны. Поэтому необходимо постоянно следить за его состоянием и здоровьем сосен, за качеством воздушной среды. Не производить ремонт дымоочистных установок в начале лета, а лучше осенью или зимой, т.к. весной растения очень чувствительны к ядовитым веществам. Менее чувствительны, стойки к атмосферным загрязнениям различные виды тополя.

3.3 Описание соснового бора и леса п. Сылва.

Сосновый бор (1 участок исследования). Признаки поражения деревьев хорошо заметны. Такие деревья резко отличаются по внешнему виду от здоровых: кроны их сильно изрежены, хвои мало, часть сучьев засохла, иногда засыхает и вершина, хвоинки стали более короткими. Лишайников нет, в глубине леса встречается лишайник пармелия в угнетенном состоянии.

Описание соснового бора проводилось в летний период (август 2020 года). Сосновый бор расположен в микрорайоне Куликовка п. Сылва и находится на северо-востоке, на расстоянии 500 м. от поселка и на расстоянии 3 км от Пермской птицефабрики (Приложение 3). Для исследования соснового бора были выделены ключевые участки размерами 100х100 м. В сосновом бору выявлены древесные растения - сосна обыкновенная, ель обыкновенная; подрост рябины обыкновенной.

Лес на северо – востоке (2 участок исследования), расположен на расстоянии 200 м. от п. Сылва и 2 км от птицефабрики (См. приложение 2).Описание леса проводилось в августе 2020 года. В лесу выявили следующие древесные растения: ель обыкновенную, пихту сибирскую, лиственницу обыкновенную.На исследуемых территориях наблюдаетсявысокая рекреационная нагрузка.

4. Результаты исследований.

Исследование соснового бора (1 участка) проходило в августе 2020 года 1 раз в неделю в течение месяца. Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы (измеряемые показатели - количество хвоинок).

Были выделены ключевые участки размерами 100х100 м в сосновом бору, который находится на северо-востоке, на расстоянии 500 м. от поселка, возраст деревьев 50-60 лет, подроста хвойных нет. Ключевой участок №1 расположен на расстоянии 5 м от дороги, и 3 км от Пермской птицефабрики. Ключевой участок №2 расположен на расстоянии 500 м от дороги, и 3,5 км от Пермской птицефабрики.

По данным таблиц (см. приложение 5, таблицы 9;10) мы видим, что основное повреждение хвоинок – появление пятен и сильно повреждена хвоя на 1 ключевом участке, что говорит о сильном загрязнении воздушной среды.

Таблица 6. Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы (измеряемые показатели - количество хвоинок).

Анализ хвои: по данным таблицы (см. табл. 6; графики 1;2) видно, что, хвоя сосны сильно повреждена на первом ключевом участке, процент повреждения составляет в среднем 79%. На расстоянии 500 м (на втором ключевом участке) от дороги процент повреждения составляет в среднем 46%. Основное повреждение хвоинок – это появление пятен и усыхание (см. приложение 3;4).

Рис. 3. График №1. Соотношение поврежденной и не поврежденной хвои у дороги на 1 ключевом участке.

1 - не повреждённые хвоинки; 2 - все повреждённые хвоинки

3 - хвоинки с пятнами; 4- хвоинки с усыханием

Рис. 4. График №2. Соотношение поврежденной и не поврежденной хвои на 2 ключевом участке.

В течение года (по данным метеослужбы) в п. Сылва преобладает южный ветер. Анализируя розу ветров (которую мы построили на основании данных архива метеослужбы – см. приложение 1, рис. 5, 6, 7) – мы выявили, что в летние месяцы 2020 года чаще дули ветры: северный, западный, южный, юго-западный, северо-западный. Ветер юго-западный дует со стороны птицефабрики. Поэтому мы предполагаем, что негативное воздействие на сосновый бор оказывают выбросы с птицефабрики Пермская.

В августе 2020 года мы провели комплексное исследование леса и соснового бора, 1 раз в неделю в течение месяца, все данные заносили в таблицы.

Таблица 7. Комплексное исследование соснового бора (1 участок исследования).

Вывод: на основании подсчета общего количества баллов (18-27 баллов), мы наблюдаем очень сильную степень загрязнения исследуемой территории.

Таблица 8. Комплексное исследование леса на северо-востоке от п. Сылва

на расстоянии 200 м (2 участок исследования).

Вывод: на основании подсчета общего количества баллов (18-27 баллов), мы наблюдаем очень сильную степень загрязнения исследуемой территории.

5. Выводы

1.Проведенные исследования с помощью биоиндикации показали, что степень загрязненности воздуха п. Сылва остаётся достаточно высокой, что подтверждается количеством повреждённой хвои у сосны обыкновенной и состоянием соснового бора. Основное повреждение хвоинок – появление пятен и усыхание, что говорит о сильном загрязнении воздушной среды.

2. При комплексном исследовании соснового бора и леса п. Сылва, мы наблюдаем очень сильную степень загрязнения исследуемой территории.

3. По результатам исследования можно сделать вывод об экологическом неблагополучии состоянии воздушной среды поселка Сылва.

Практическая значимость. С полученными в ходе исследования данными были ознакомлены учащиеся и учителя на школьной конференции и администрация поселка и птицефабрики. Полученные данные будут использованы для мониторинга окружающей среды поселка Сылва, так как его следует вести ежегодно. В настоящее время проводится модернизация оборудования и очистных сооружений на Пермской птицефабрике. Также мы планируем провести исследование леса за Пермской птицефабрикой.

6.Список использованных источников

1.Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьев А.Г. Практикум по экологии: Учебное пособие. \ Под ред. С.В. Алексеева. – М.: АО МДС, 1996. – 192с.

2. Большаков В.Н. Практикум по региональной экологии. – Екатеринбург: ИД Сократ, 2003. - 157-158 с.

3. Волков Г.К. Санитарно – гигиенические условия промышленного содержания птицы. Учебное пособие. – М.: Россельхозиздат, 1979. – 98с.

4. Воробьев А.С. Охрана окружающей среды и птицеводство. Учебное пособие для студентов ВУЗов. – М.: Колос, 1983. – 105с.

5. Данилов – Данильян В. И. и др. Окружающая среда между прошлым и будущим: мир и Россия. – М.: Мир, 1994. – 260с

6. Дипломная работа Закамских Н.А. «Физико-географическая характеристика Пермского района». - ПГУ, ф-т географии, 1976 г. – 102 с.

7. Мазур И. И., Молдаванов О.И. Шанс на выживание. – М.: Наука, 1992. – 250с.

8. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. – М.: Гранд, 1998. – 290с.

9. Паникар И. И. Организация промышленного птицеводства. – М.: Россагропромиздат, 1990 –75с.

10. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие.

/ Под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: АГАР, 2000. – 383 с.

11.Фешбах М., Франдлин А. младший. Экоцид с СССР. М.: Мир, 1992. – 276с.

12.https://tion.ru/blog/zagryaznenie-okruzhayushchej-sredy/

Приложение 1

Рис. 5. Роза ветров – июнь 2020г. Рис. 6. Роза ветров – июль 2020г

Рис. 7. Роза ветров - август 2020г.

Приложение 2. Рис 8. Лес на северо-востоке от п. Сылва (август 2020).

Автор фото — Дьячкова Виктория.

Приложение 3. Рис.9. Сосновый бор. Автор фото — Дьячкова Виктория (август 2020)

Приложение 4. Рис10. Хвоинки. Автор фото — Дьячкова Виктория (август 2020).

Приложение 5

Таблица 9. Степень повреждения и усыхания хвоинок на 1 ключевом участке соснового бора.

Таблица 10. Степень повреждения и усыхания хвоинок на 2 ключевом участке соснового бора.