XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Мониторинг атмосферного воздуха в микрорайоне Манушкинской школы

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Мансурова С.У. 1Арабаджи М.С. 1Кирюшина Д.Д. 1Кусайло Ю.В. 1

---

1МБОУ Манушкинская СОШ

Копылова М.Г. 1Дагаева М.А. 1

---

1МБОУ Манушкинская СОШ

Работа в формате PDF

180.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение

Проблема загрязнения природной среды - одна из глобальных проблем современного мира. В наше время во всем мире атмосферный воздух загрязняется вредными веществами. В природную среду все в больших количествах попадают газообразные, жидкие и твердые отходы хозяйственной деятельности человека.

Выбросы промышленных предприятий, продукты сжигания топлива автомобилей, продукты горения полигонов ТБО и т.д. поступают в приземный слой атмосферы.

Атмосферные загрязнения влияют на состояние питьевых источников и состояние растительного и животного мира, на здоровье и самочувствие человека. Таким образом, проблема загрязнения воздуха является актуальной.

И.М. Сеченов писал, что «организм без внешней среды, поддерживающей его существование немыслим. Поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него, так как без последней существование организма невозможно».

Деревня Манушкино расположено примерно в 4 км на юг от города Чехова, на правом берегу реки Лопасни, высота центра деревни над уровнем моря — 159 м.(Приложение 4)

Манушкинская средняя школа основана в 1983 году как средняя. Первый выпуск учеников состоялся в 1986 году. Школу посещают учащиеся из деревень Манушкино, Кулаково, Гришенки, Глуховка, Кулаково, Волосово, Сенино, Милягино, Луч, Русское поле. Территория школы составляет 3757 квадратных метров, при школе есть плодовый сад, много клумб с цветами.

МБОУ Манушкинская СОШ находится в 1,5 км от старого Симферопольского шоссе и в 1,8 км от полигона ТБО «Кулаковский» и проблема состояния атмосферного воздуха является для нас жизненно важной, поэтому в нашей школе с 2008 года ведется мониторинг в рамках проектной деятельности школьников. Работу ведут учащиеся 6-7 классов, передавая полученные данные следующим поколениям исследователей.

Цель работы: провести оценку загрязнения атмосферного воздуха в районе школы  методом лихеноиндикации и физико-химического состояния снежного покрова.

Задачи:   оценить степень загрязненности атмосферного воздуха в разных участках исследуемой территории; измерить площади проективных покрытий лишайников; определить запыленность приземных слоев воздуха, оценить кислотность снеговых выпадений, выработать рекомендации по снижению антропогенной нагрузки в микрорайоне школы.

Объект исследования: атмосферный воздух в микрорайоне Манушкинской СОШ.

Предмет исследования: флора лишайников и состав снежного покрова в микрорайоне Манушкинской СОШ.

Научная новизна: нами оценена актуальное состояние атмосферы методом лихеноиндикации и химического состава снежного покрова в микрорайоне Манушкинской школы с 2008 года. В нашем микрорайоне такая работа проведена впервые.

Гипотеза: состояние атмосферного воздуха на отдельных участках может быть изменено проведением планомерной работы по озеленению территории.

Каждая природная система имеет свою реакцию на естественные, антропогенно-модифицированные и антропогенные факторы окружающей среды, которая отражается в пространстве и во времени. (3)

Время и пространство ответной реакции зависят и от реагирующей, и от индуцирующей систем. Поэтому правомерно все природные системы называть природными индикаторами. Под индикаторами следует понимать такие природные системы любых уровней, которые на изменения окружающей их среды реагируют качественными изменениями собственных свойств, которые человек может регистрировать.(1)Существуют различные виды природной индикации:

– фитоиндикация - в роли индикаторов выступают высшие растения;

– педоиндикация - индикация загрязнения окружающей среды по составу почвы;

– индикация по снежному покрову;

– лихеноиндикация - индикация состояния окружающей среды по видовому и качественному составу лишайников.

Мы в своих исследованиях применяем методики лихеноиндикации и индикации по снежному покрову, так как они наиболее доступны для нас.

Используемые нами методы исследования позволяют определить приблизительную концентрацию загрязнителей, они являются достаточными для решения многих из существующих проблем, в частности, необходимости проведения мониторинга.

Лишайник - организм, тело (слоевище-таллом) которого постоянно состоит из двух компонентов - автотрофного фикобионта (водоросли) и гетеротрофного микобионта (гриба), образующих единое симбиотическое сожительство, отличающееся особыми морфологическими типами и особыми физико-биохимическими процессами. Растут лишайники практически на любой твердой поверхности. По отношению к загрязнению воздуха различают следующие типы лишайников:

1) самые чувствительные, исчезающие при первых симптомах загрязнения, 2) среднечувствительные, 3) выносливые.

Устойчивость к загрязнениям в ряду "кустистые - листоватые - накипные" повышается. Устойчивыми видами являются фисции, ксантории, леканоры. Считается, что наибольшее влияние на жизнедеятельность лишайников оказывают диоксид серы, диоксид азота, фториды, озон, тяжелые металлы; причем SO_{2 и} SO₄  является доминирующим фактором. Именно они определяют распространенность многих эпифитных лишайников. При низких значениях рН атмосферной влаги (3,2-3,4) хлорофилл необратимо окисляется, а при рН равном 2-3 он превращается в феофитин и расщепляется далее. Повышение влажности приводит к усилению растворения SO₂ и подкислению среды.(2)

Снег – это твердые атмосферные осадки, состоящие из ледяных кристаллов разной формы — снежинок, в основном шестиугольных пластинок и шестилучевых звездочек; выпадает из облаков при температуре воздуха ниже 0°С.

Снежный покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим он обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения не только самих атмосферных осадков, но и атмосферного воздуха, а также последующего загрязнения почвы и воды. При образовании снежного покрова из-за процессов сухого и влажного выпадения примесей концентрация загрязняющих веществ в снегу оказывается на 2-3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе. Поэтому измерения их содержания могут производиться более простыми методами с высокой степенью надёжности. (6) Средняя продолжительность снежного покрова в нашей местности составляет около 4-5 месяцев. Он появляется преимущественно в начале – середине ноября, а начинает разрушаться в середине марта. Исследования физико-химических характеристик снега могут включать оценку степени запыленности воздуха, загрязнения тяжелыми металлами, нитратами, сульфатами, хлоридами, органическими веществами и т. п. Вредные вещества, выбрасываемые промышленными предприятиями, автомобильные выхлопы и др. накапливаются в снегу в течение всей зимы. В связи с этим результаты обследования ближайшего микрорайона по степени загрязнения снежного покрова имеют важное практическое значение.

Методика исследования загрязнения атмосферного воздуха в районе школы  методом лихеноиндикации и физико-химического состояния снежного покрова.

Для измерения численности лишайников на деревьях, в частности – их проективного покрытия, пользуются, в основном, двумя техническими приемами - способом «линейных пересечений» и способом «палетки». Для своего исследования мы выбрали способ «палетки».

Палетка представляет собой рамку, разделенную на квадраты размером 1 х 1 см. Это может быть сетчатая проволочная рамка или прозрачная пленка. Наружный размер палетки может быть любым - 10 х 10, 10 х 20, 10 х 40 см и т.д. При работе с палеткой на каждом стволе измерения производятся  четыре раза - с четырех сторон света.

Подсчет лишайников на каждом участке ствола производится следующим образом. Сначала посчитывают  число квадратов, в которых лишайники занимают на глаз больше половины площади квадрата (а), условно приписывая им покрытие, равное 100 %. Затем подсчитывают  число квадратов, в которых лишайники занимают менее половины площади квадрата (b), условно приписывая им покрытие, равное 50 %. (7) Данные заносят  в рабочую таблицу:

Таблица 1.

По произведенным расчетам оценивают качество воздуха, используя шкалу качества воздуха по проективному покрытию стволов ( Таблица 2)

Оценка загрязнения воздуха по степени загрязнения снежного покрова является широко используемым во всем мире приемом проведения мониторинга окружающей среды.

При выполнении данной работы решаются следующие задачи:

1. Установление количества механических примесей в снеге (запыленности местности).

2. Определение рН талого снега.

3. Определение наличия хлорид-ионов.

4. Определение наличия сульфат-ионов

4. Составление схемы распределения загрязнения на территории и оценка по результатам исследования степени экологического риска.

Оборудование: пробы снега, фильтровальная бумага, конические колбы, воронки, пипетки, сушильный шкаф, универсальная индикаторная бумага, 10% р-р AgNO3.

Ход работы:

Отбор проб

1. Определить место отбора проб. Мест отбора проб снега должно быть не менее 10.

2. Отобрать образцы снега в обозначенных местах на площадках размером не менее 1 м2 Количество снега должно составлять свыше 600—800 г3. Для таяния снега собранные образцы оставить при комнатной температуре.(5)

Определение запыленности территории

1. После того как снег растаял, его фильтруют через предварительно взвешенный складчатый фильтр. Измерить объем талого снега каждой пробы.

2. Бумажные фильтры высушить при комнатной температуре.

3. После высушивания фильтры взвесить и определить массу осадка. Поскольку объем талого снега во всех образцах разный, то для того, чтобы можно было провести сравнительную оценку запыленности территории, каждую величину нужно пересчитать на 1 л (кг) талого снега:

Количество пыли на 1кг снега = масса осадка х1000 / объем талого снега

Определение рН талого снега. В работе используют индикаторную бумагу (интервал рН 1—14) или рН-метр; рН талого снега можно определить во время фильтрования.

Качественное определение ионов хлора. Метод основан на осаждении хлорида серебра: AgNO3 + Сl- = AgCI↓ + NO-,

В пробирку налить 5 мл пробы профильтрованного талого снега и добавьте 3 капли 10%-ного раствора азотнокислого серебра. Примерное содержание хлор-иона определите по внешнему виду осадка:

— опалесцирующий (слабая муть) — содержание Сl- 1—10 мг/л;

— сильная муть — содержание Сl- 10—50 мг/л;

— хлопья, осаждающиеся не сразу, — содержание Сl- 50—100 мг/л;

— белый объемный осадок — содержание Сl- более 100 мг/л.

Качественное определение сульфат-ионов. Определение сульфат ионов основано на реакции осаждения их хлоридом бария: SО₄^{2 ¯} + Bа²⁺ = BaSО₄^¯

В пробирку наливают 10 мл снеговой воды, 0,5 мл раствора НСl концентрации 1:5 и добавляли 2 мл 5 % раствора ВаСl₂. Если обнаружено слабое помутнение в воде, то это значит, что в 1 л воды содержится от 5 – 10 млг (SO₄)^2¯, что составляет небольшое количество.

Основная часть

Для мониторинга нами были выбраны следующие участки микрорайона:

-участок 1: территория парка перед домом культуры «Русь»;

-участок 2: пешеходная дорожка перед площадкой школы у центрального входа;

-участок 3: территория плодового сада за зданием школы.

Участок 1

Участок 3

Участок 2

Выполнение практической работы по лихеноиндикации методом палетки.

Для определения площади проективного покрытия лишайников ствола дерева сделали следующее: выбрали 3 площадки для исследования и работали в соответствии с методикой. (Приложение 2) Полученные данные внесли в таблицу 3, используя шкалу качества воздуха по проективному покрытию стволов.

Таблица 3. Степень загрязнения воздуха по проективному покрытию

в 2020-2021 учебном году

Таблица 4. Степень загрязнения воздуха по проективному покрытию

в 2018-2019 учебном году

Данные, полученные нами в 2020-2021 году, сравниваем с данными начала исследования (2008-2009 учебный год)

Таблица 5. Степень загрязнения воздуха по проективному покрытию

в 2008-2009 году

Вывод:по данным, полученным в результате многолетнего мониторинга, видно, что качество воздуха в микрорайоне меняется в лучшую сторону. Основными загрязнителями являются выхлопы от автотранспорта и продукты горения ТБО. Проведя работу, нами было определено 6 видов лишайников, это Xanthoria parietina - ксантория настенная, Parmelia sulcata - пармелия бороздчатая, Lecanora – леканора, Hypogymnia physodes - гипогимния вздутая, Evernia prunastri - эверния сливовая, Cladonia fimbriatа - кладония бахромчатая. Два вида лишайников более устойчивы к загрязнению атмосферы, это Xanthoria parietina - ксантория настенная и Lecanora – леканора. (Приложение 1,2)

Выполнение практической работы: оценка загрязнения воздуха по степени загрязнения снежного покрова

В соответствии с методикой проведения исследования выделили 10 площадок 1м² и отобрали пробы снега. Для отбора образцов снега мы использовали полиэтиленовые бутыли на 1,5—2 л из-под питьевой воды, для чего у них отрезали ножницами верхнюю суживающуюся часть (снег в емкости должен быть плотно утрамбован). Каждая емкость была пронумерована в соответствии с номерами мест отбора проб снега.(Приложение 2)

Провели исследования суммарной запыленности воздуха и определение химического загрязнения снега, следуя вышеописанной методике, которая применялась с 2008 года. Данные полученные в 2018-019 гг. и 2020-2021 г.г. сравнивали с соответствующими данными полученными в 2008 -2009 гг.

Таблица 6. Суммарная запыленность воздуха и наличие химических загрязнителей в пробах снега в 2018-2019 учебном году

Таблица 7. Суммарная запыленность воздуха и наличие химических загрязнителей в пробах снега в 2020-2021 учебном году

Таблица 8. Суммарная запыленность воздуха и наличие химических загрязнителей в пробах снега в 2008-2009 учебном году

Вывод: по данным, полученным в результате многолетнего мониторинга, видно, что качество воздуха в микрорайоне меняется в лучшую сторону. По сравнению с данными 2008 – 2009 г.г. значительно уменьшилась запыленность воздуха(на 50 %), рН талого снега близка к нейтральной, участках № 1 и № 3 не обнаружено хлорид-ионов и сульфат-ионов, что свидетельствует о уменьшении содержания в воздухе кислотных оксидов и хлорсодержащих соединений. Эти данные совпадают с данными полученными методом лихеноиндикации. (Приложение 1,2)

Заключение

Таким образом, по результатам наших исследований можно сделать общий вывод: состояние атмосферного воздуха и экологическая ситуация в целом изменилась в лучшую сторону. Это видно по данным комбинированного многолетнего мониторинга. (Приложение 1) Такие изменения достигнуты в результате планомерной работы по увеличению количества зеленых насаждений на территории школы и микрорайона.

Этого удалось добиться проведением регулярных акций «Классная клумба», «Плодовый сад», «Посади дерево», «Мы - за чистый воздух», «Лес Победы», «Школьная сирень». Большую поддержку в этой работе нам оказывали и оказывают Администрация городского округа Чехов и местного самоуправления. (Приложение 3)

Практическая значимость заключается в привлечении внимания жителей деревни Манушкино и администрации сельского поселения к проблеме загрязнения атмосферного воздуха полигоном ТБО «Кулаковский». В результате наших выступлений перед жителями микрорайона, обращением в Комитет по Охране Природных Ресурсов Муниципального района была организована работа не только в школе, но и на муниципальном уровне.

Нами проведена оценка загрязнения атмосферного воздуха в районе школы  методом лихеноиндикации и физико-химического состояния снежного покрова и установлено, что антропогенное влияние может оказывать не только отрицательное воздействие, но и иметь положительный результат. Таким образом, цель работы достигнута. Задачи работы выполнены.

Научная новизна: нами оценена актуальное состояние атмосферы методом лихеноиндикации и химического состава снежного покрова в микрорайоне Манушкинской школы с 2008 года. В нашем микрорайоне такая работа проведена впервые.

Гипотеза о том, что состояние атмосферного воздуха на отдельных участках может быть изменено проведением планомерной работы по озеленению территории подтверждена данными многолетнего мониторинга, выполненного учащимися МБОУ Манушкинской СОШ.

Но эти результаты достигнуты благодаря массовому участию в акциях жителей микрорайона, родителей учеников, самих учащихся, учителей при непосредственной поддержке Администрации городского округа Чехов.

Список источников

Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг [Текст]/ Т.Я.Ашихмина. – М.: Агар, Рандеву-АМ, 2002. – 386с.

Боголюбов А.С. Экосистема. Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации: методическое пособие [Текст] / А.С. Боголюбов,

М. В.Кравченко. – Экосистема, 2001. – 15 с.

Гарибова Л.В. Водоросли, лишайники и мохообразные России [Текст] / Л.В. Гарибова, Ю.К. Дундин, Е.Ф. Коптяева, В.Р. Филин. – М.: Мысль, 2012. – 350 с.

Дядюн Т.В. Экологический практикум «Мир воздуха». Биология в школе, №3, 2010г., с. 11-12.

Кабиров, Р.Р. Оценка качества окружающей среды [Текст] учебно-методическое пособие / Р.Р. Кабиров, Е.В. Сугачкова, А.И. Фазлутдинова – Уфа: Изд-во БГПУ им. М.Акмуллы, 2019. – 160с.

Пчелкин А.В. Методы лихеноиндикации загрязнений окружающей среды: методическое пособие [Текст] /А.В. Пчелкин, А.С. Боголюбов. – М.: Экосистема, 1997. – 25 с.

8. http://ecosystema.ru/08nature/lich/099.htm

ПРИЛОЖЕНИЕ.

Данные мониторинга по годам.

Степень загрязнения воздуха в микрорайоне Манушкинской СОШ

в 2011-2012 учебном году

Степень загрязнения воздуха в микрорайоне Манушкинской СОШ

в 2014-2015 учебном году

Степень загрязнения воздуха в микрорайоне Манушкинской СОШ

в 2017-2018 учебном году