XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение качества атмосферного воздуха на территории города Костромы по рН коры клёна ясенелистного (Ácer negúndo)

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Сахаров А.О. 1

---

1МБОУСОШ №35 г. Костромы

Урекин Е.А. 1Раджабов А.К. 2

---

1Государственное бюджетное учреждение дополнительного образования Костромской области "Эколого-биологический центр "Следово" им. Ю. П. Карвацкого

2ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева

Работа в формате PDF

560.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время существует тенденция ухудшения экологического состояния атмосферы под влиянием антропогенного фактора. Основные источники загрязнения воздуха в городах: промышленные предприятия, транспорт, теплоэнергетика. В атмосфере городов содержатся такие химические соединения как угарный газ, оксиды азота, серы. Особенно остро стоит проблема загрязнения воздуха в зимний период из-за отопительных систем. Проблема улучшения состояния воздушной среды является для нас актуальной. Для того, чтобы оздоровить среду обитания человека в городском поселении, необходимо вначале оценить ситуацию, определить наиболее уязвимые участки. Проанализировав имеющиеся работы по данной тематике, мы выбрали биоиндикационный метод исследования рН коры деревьев, так как данная методика исследования на территории всех районов Костромы еще не проводились.

Цель работы: Оценить уровень загрязнения воздуха в различных районах г. Костромы по коре клена ясенелистного (Acer negundo L., 1753).

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить районы для взятия проб коры;

2. Измерить pH суспензий коры;

3. Провести анализ полученных результатов и сделать выводы о степени загрязнения воздуха в различных районах г. Костромы;

4. Нанести полученные результаты на карту города;

В ходе работы проанализированы различные интернет-ресурсы по теме исследования, методические указания по биоиндикационным исследованиям окружающей среды и последний на данный момент доклад об экологической ситуации в Костромской области в 2022 году.

Автор лично осуществлял отбор проб коры, проводил камеральную обработку материала, осуществлял анализ полученных данных. Лично автором написана рукопись исследовательской работы.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Проблема загрязнения воздуха

Проблема загрязнения воздуха – одна из наиболее серьезных экологических проблем современного мира. Она вызывается разнообразными факторами: промышленными предприятиями, автотранспортом, бытовыми и сельскохозяйственными отходами, а также природными явлениями: вулканическими извержениями и лесными пожарами. [1]

Загрязнение воздуха опасно по нескольким причинам. Во-первых, оно влияет на здоровье человека, вызывая острые и хронические заболевания дыхательной системы, сердца и сосудов, а также рак легких, астму. Загрязнённый воздух приводит к психическим заболеваниям, снижению концентрации, ухудшению качества сна, стрессу. [2]

Кроме того, загрязнение воздуха угрожает биоразнообразию, воздействуя на флору и фауну, а также на экосистемы водных ресурсов и почвы.

Опасность загрязнения воздуха также проявляется в его влиянии на климатические изменения и погодные условия. Загрязнение воздуха приводит к усилению парникового эффекта, повышению температуры планеты, что и ведёт к изменению климатических условий. [3]

Загрязнение воздуха также может вызывать значительные экономические потери за счет ухудшения условий труда, сокращения рабочей производительности и увеличения затрат на медицинское обслуживание. Кроме того, качество воздуха оказывает влияние на туризм, поскольку люди могут избегать поездок в регионы с высоким уровнем загрязнения воздуха из-за опасностей для здоровья.

Таким образом, проблема загрязнения воздуха требует внимания, так как влияет на все сферы жизни. Её усугубление ведёт к проблемам в области здравоохранения, туризма, экономики.

1.2. Из доклада о состоянии окружающей среды Костромской области за 2022 год

1.2.1. Общая статистика по Костромской области

По данным статистической отчетности совокупный объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в 2022 году составил 55,1 тыс. тонн, что на 2,3% меньше, чем в 2021 г. Выбросы от автомобильного транспорта уменьшились на 0,8 тыс. тонн по сравнению с 2021 г. и на 41,3 тыс. тонн по сравнению с 2013 г., составив 14,3 тыс. тонн. По сравнению с 2021 г. объем выбросов от стационарных источников уменьшился на 1,5%, с 2013 г. – на 19,5%. Объем выбросов от стационарных источников в 2022 г. составил 40,4 тыс. тонн.

Структурный анализ выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников показывает, что в 2022 году наблюдается снижение выбросов по ряду ключевых источников загрязнения по сравнению с уровнем 2021 года. В наибольшей степени произошло снижение выбросов оксида углерода (на 0,7 тыс. тонн), твердых веществ (на 0,7 тыс. тонн) и ЛОС (на 0,1 тыс. тонн), но при этом увеличились выбросы диоксида серы (на 0,2 тыс. т) и оксидов азота (на 2,4 тыс. тонн). По сравнению с уровнем 2013 годом выбросы твердых веществ уменьшились в 2,2 раза, оксида углерода – на 19,4%, диоксида серы – в 2,2 раза, оксидов азота – на 15,4%. При этом выбросы летучих органических соединений увеличились на 71,4%

Основной вклад в суммарное количество выбросов ЗВ от стационарных источников на территории области вносили предприятия электро-теплоэнергетики, такие как филиал АО «Интер РАО-Электрогенерация» Костромская ГРЭС, ПАО "ТГК № 2 г. Кострома" (Костромская ТЭЦ-2 и ТЭЦ-1, Костромские тепловые сети), МУП "Шарьинская ТЭЦ" и другие, а также предприятия иной сферы деятельности - НАО "Свеза-Кострома", НАО "СвезаМантурово", ООО «Свисс Кроно», ОАО "Солигаличский известковый комбинат", МУП г. Костромы "Костромагорводоканал" и др.

В 2022 году на предприятиях области аварийных и залповых выбросов не зарегистрировано, аварий и катастроф с экологическими последствиями не было.

Проведённый мониторинг исследований стоков ливневой канализации города Костромы за 2020 - 2022 годы свидетельствует об улучшении экологической ситуации. Значительное снижение произошло по сбросу иона-аммония и нефтепродуктов на всех выпусках. Незначительное, но всё же улучшение, по нитрит-иону.

1.2.2. Социально – гигиенический мониторинг состояния атмосферного воздуха

В рамках социально-гигиенического мониторинга лабораторный контроль за качеством атмосферного воздуха проводился в 12 мониторинговых точках постоянного наблюдения, что составляет 18% от общего количества мониторинговых точек.

К приоритетным загрязняющим веществам атмосферного воздуха на территории Костромской области можно отнести: взвешенные вещества, диоксид серы, диоксид азота, оксид углерода, бенз(а)пирен, фенол, формальдегид, свинец и его соединения. В 2020-2022 годах концентрация всех загрязняющих веществ не превысила значения в 1 ПДК.

В рамках ведения социально-гигиенического мониторинга ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Костромской области» контролирует состояние воздушной среды на 7 маршрутных постах в зоне влияния промышленных предприятий и на магистралях с интенсивным движением транспорта. Действующими ведомственными лабораториями промышленных предприятий осуществляется лабораторный контроль за уровнями загрязнения атмосферного воздуха в пределах санитарно-защитных зон. В 2022 году ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Костромской области» было выполнено 3002 исследования атмосферного воздуха, в 2021 году – 3726. В атмосферном воздухе определялись следующие основные загрязняющие вещества: диоксид азота, диоксид серы, взвешенные вещества, оксид углерода, аммиак, серная кислота, марганец, формальдегид, бенз(а)пирен, толуол, 17 хлористый водород, хром, ртуть, бензин, дигидросульфид, гидроксибензол и его производные. В 2020-2022 годах ни одна проба воздуха в городских и сельских поселениях не превысила значения в 1 ПДК.

В настоящее время на большинстве промышленных предприятиях области разработаны проекты нормативов предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, проекты санитарно-защитных зон (СЗЗ), которыми определены контрольные точки лабораторного наблюдения за качеством атмосферного воздуха как на границе СЗЗ, так и на территории ближайшей жилой застройки.

Генеральным планом г. Костромы, с целью снижения негативного воздействия на среду обитания человека, предусмотрен вынос ряда предприятий из центральной части города на специально отведенную территорию промышленной назначения. За 2022 год 12 предприятий разработали проекты установления санитарно-защитной зоны.

Сохранение стабильного уровня воздействия на атмосферный воздух стационарными источниками загрязнения обеспечивается посредством систематического проведения мероприятий по охране окружающей среды, реализуемых на отдельных промышленных предприятиях. Выполняются программы по техническому перевооружению производств, которые включают в себя ряд природоохранных мероприятий: очистка пыле-газо-воздушных потоков, отходящих от технологического оборудования предприятия, осуществляется от пыли древесной, твердых частиц тепловых установок и паров фенола и формальдегида. Для очистки воздуха от древесной пыли, паров фенола, формальдегида и пр. предусматривается высокотехническое оборудование. Автомобильный транспорт области эксплуатируется только на неэтилированном бензине. С целью снижения воздействия загрязняющих веществ от автотранспорта на атмосферный воздух в городе Костроме выполнен большой объем ремонтных работ автодорог, что способствовало снижению транспортной нагрузки на центральных автомагистралях города.

1.3. Биоиндикация загрязнения окружающей среды

В настоящее время для оценки состояния окружающей среды используют физические и химические методы экологического контроля. Их сущность сводится к сравнению загрязнения отдельных компонентов природных комплексов с ПДК.

Изучение последствий антропогенного воздействия на окружающую среду невозможно без применения приемов биологической индикации, которая дает прямую информацию о реакции организмов на стрессорные факторы. [6]

Биоиндикация – это обнаружение и определение экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. [5]

Основной задачей биоиндикации является разработка методов и критериев, которые могли бы адекватно отражать уровень антропогенных воздействий с учетом комплексного характера загрязнения и выявлять ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ. Организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых тесно связаны с определенными факторами среды и могут применяться для их оценки, называются биоиндикаторами.

Методами биоиндикации определяется присутствие в окружающей среде того или иного загрязнителя по наличию или состоянию определенных организмов, наиболее чувствительных к изменению экологической обстановки.

Преимуществом методов биоиндикации перед физико-химическими методами является интегральный характер ответных реакций организмов, которые:

1. суммируют все без исключения биологически важные данные об окружающей среде и отражают ее состояние в целом;

2. выявляют наличие в окружающей природной среде комплекса загрязнителей;

3. позволяют судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и человека;

4. дают возможность контролировать действие многих синтезируемых человеком соединений;

5. в условиях хронической антропогенной нагрузки могут реагировать на очень слабые воздействия в силу аккумуляции дозы;

6. фиксируют скорость происходящих в окружающей среде изменений;

7. указывают источники поступлений и места скоплений различного рода загрязнений в экологических системах и возможные пути попадания этих веществ в организм человека;

8. помогают нормировать допустимую нагрузку на экосистемы, различающиеся по своей устойчивости к антропогенному воздействию, так как одинаковый состав и объем загрязнений может привести к различным реакциям природных систем в разных географических зонах;

9. делают необязательным применение дорогостоящих, трудоемких физических и химических методов для измерения биологических параметров.

Таким образом, применение биологических методов для оценки среды подразумевает выделение видов животных или растений, чутко реагирующих на тот или иной тип воздействия. Методами биоиндикации с использованием подходящих индикаторных организмов в определенных условиях может осуществляться качественная и количественная оценка (без определения степени загрязнения) эффекта антропогенного и естественного влияния на окружающую среду. [6]

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Сбор и обработка материала

Перед отбором коры были выбраны порода дерева и места сбора. Более подходящими для мониторинга в городах являются деревья с более высоким естественным показателем рН коры, так как оксиды, содержащиеся в воздухе городов, подкисляют кору. К таким деревьям относятся: липа, клен ясенелистный, ясень. Их естественный показатель pH - от 5 до 7,1. Эти деревья есть во всех микрорайонах города. В рамках исследования материал собран с клёнов ясенелистных, ясеней и лип путём срезания.

Материал отбирали дважды: в январе и феврале 2024 года. В январе использовались несколько пород деревьев – клен, ясень и липа. В феврале же пробы отбирались с одной породы – клена.

Пробные площадки и соответствующие им породы деревьев представлены в таблице (приложении 1) и на картах-схемах (приложение 2).

В рамках исследования охвачены различные участки города Костромы, что позволяет объективно и достоверно оценить состояние атмосферного воздуха. При этом в качестве отрицательного контроля были взяты пробы с коры лип, находящихся в зоне без высокого антропогенного воздействия.

Выбранные на всех участках деревья приблизительно одного возраста. Кора с них была собрана примерно на одной и той же высоте.

Собранная кора была очищена от примесей (лишайников и т.п.), а затем высушена при комнатной температуре.

По общепринятой методике высушенную кору мы измельчили и полученный материал вновь просушили при комнатной температуре. Затем поместили кору в колбы и долили в них дистиллированную воду в соотношении 1:5. Получившейся суспензии дали настояться сутки. На следующий день колбы с раствором коры взболтали и измерили водородный показатель (pH) растворов коры с использованием рН-метра.

2.2. Результаты исследования

Результаты определения показателя рН коры различных районов города Костромы представлены в таблице 1 (см. табл. 1).

Таблица 1

Результаты определения рН коры

Высокий уровень загрязнения воздуха при первичном измерении наблюдается в районах посёлка Нового, ЖК “Близнецы” за ТРЦ “Коллаж”, Ремесленного переулка, ул. Магистральной (ТРЦ “РИО”), вокзала, то есть в районах с активным транспортным движением.

Наиболее чистый воздух наблюдается в: ПКиО “Берендеевка”, спальном районе мкрн. Черноречье; на ул. Октябрьской, на Сусанинской площади; в спальном районе Рабочего проспекта, спальном районе мкрн. Первоймайский и парка в том же микрорайоне, то есть в районах без промышленных объектов и большого количества машин.

При повторном измерении высокий уровень загрязнения воздуха наблюдается на ул. Магистральной (ТРЦ “РИО”), в Ремесленном переулке, на Петрковском бульваре в непосредственной близости от ул. Советской, в посёлке Новом, на ул. Титова в непосредственной близости от ЖД вокзала, то есть в районах, находящихся в непосредственной близости от крупнейших транспортных узлов г. Костромы.

Наиболее чистый воздух при повторном измерении наблюдается в ПКиО “Берендеевка”, в одном из дворов на ул. Советской, в одном из дворов на Рабочем проспекте, в Чернореченском проезде, то есть в местах без активного транспортного потока, на охраняемых природных территориях, в районах с активным озеленением.

Наиболее сильно изменился водородный показатель коры на следующих площадках: ул. Свердлова, 129, площадь Конституции, Петрковский бульвар, двор в мкрн. Черноречье, двор на ул. Боровая, в центре города, в парке в Первомайском мкрн. Это изменение может быть связано со сменой исследуемой породы дерева (например, с липы на клён ясенелистный). Также, на резкое изменение pH могло повлиять увеличение или ослабление транспортного потока поблизости.

На прочих площадках наблюдается изменение водородного показателя в пределах 0,01-0,30 ед., при этом степень загрязнения воздуха остаётся прежней.

ВЫВОДЫ

1. Уровень загрязнения атмосферного воздуха на территории г. Костромы низкий, показатели pH не превысили ПДУ. Случаев высокого и экстремально высокого загрязнения воздуха не наблюдалось.

2. Основным источником загрязнения атмосферного воздуха, вероятно, является автомобильный транспорт.

3. В районах с высоким озеленением степень загрязнения воздуха меньше.

4. Наиболее сильное изменение водородного показателя коры наблюдается на площадках, где произошла смена исследуемой породы дерева.

5. При сохранении прежней породы дерева в местах с приблизительно одинаковым всё время транспортным движением наблюдается изменение водородного показателя в пределах 0,01-0,30 ед., при этом степень загрязнения воздуха остаётся прежней.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Что такое загрязнение окружающей среды? [Электронный ресурс]. URL: https://городец870.рф/faq/cto-takoe-zagryaznenie-okruzayushhei-sredy (дата обращения: 07.01.2024)

2. Загрязнённый воздух: повышение риска депрессии и самоубийства [Электронный ресурс]. URL: https://yagb2.ru/page/zagrjaznennyj-vozduh-povyshenie-riska-depressii-i (дата обращения: 10.01.2024)

3. Что такое загрязнение окружающей среды [Электронный ресурс]. URL: https://alfacasting.ru/faq/cto-takoe-zagryaznenie-okruzayushhei-sredy (дата обращения: 14.01.2024)

4. Доклад об экологической ситуации в Костромской области в 2022 году [Электронный ресурс]. URL: https://dpr.kostroma.gov.ru/deyatelnost/tekushchaya-deyatelnost-departamenta/doklady.php (дата опубликования: 06.12.2023)

5. Биоиндикация: метод. указания к лабораторным занятиям / сост. О. В. Зеленская. – Краснодар : КубГАУ, 2020. – 46 с

6. Ляшенко О.А, Биоиндикация и биотестирование в охране окружающей среды: учебное пособие / СПб ГТУРП. - СПб., 2012 – 67 с.

Приложение 1

Таблица 1

Исследованные площадки

Приложение 2

Рисунок 1. Площадки, исследованные в январе 2024 года

Рисунок 2. Площадки, исследованные в феврале 2024 года