XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Оценка динамики изменения качества атмосферного воздуха в районе Оренбургского президентского кадетского училища методом биондикации

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Карпец Н.А. 1Нелюбов Г.В. 1

---

1Федеральное государственное казенное общеобразовательное учреждение «Оренбургское президентское кадетское училище» (ФГКОУ «Оренбургское ПКУ»)

Мартынова А.Н. 1

---

1Федеральное государственное казенное общеобразовательное учреждение «Оренбургское президентское кадетское училище» (ФГКОУ «Оренбургское ПКУ»)

Работа в формате PDF

1.6 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Загрязняющие вещества, находящиеся в атмосферном воздухе, оказывают сильнейшее воздействие на живые организмы, что приводит к сокращению их численности, видового разнообразия, развитию заболеваний. Поэтому чистота воздушного бассейна над городом требует постоянного контроля [2, с. 99].

В 2015 году кадеты ФГКОУ «Оренбургское президентское кадетское училище» произвели оценку состояние атмосферного воздуха г. Оренбурга в районе Оренбургского президентского кадетского училища методом биоиндикации, выбрав в качестве биоиндикаторного вида сосну обыкновенную. Прошло 10 лет, и мы заинтересовались вопросом, насколько изменилось экологическое состояние воздуха на тех же участках за прошедший период. Поэтому было проведено повторное исследование.

Целью исследования стало изучение динамики качества атмосферного воздуха в районе Оренбургского президентского кадетского училища методом биоиндикации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проанализировать изменения состояния атмосферного воздуха в г. Оренбурге за последние 10 лет.

2. Оценить состояние индикаторного вида и качество атмосферного воздуха в районе училища с помощью методов биоиндикации, динамику этих показателей за последние 10 лет.

Объекты исследования: атмосферный воздух в районе Оренбургского президентского кадетского училища; морфологические и количественные показатели организмов-индикаторов.

Предмет исследования: качество атмосферного воздуха в районе Оренбургского президентского кадетского училища.

Гипотеза: если изучить морфологические и количественные показатели организмов-индикаторов, можно оценить состояние атмосферного воздуха в районе Оренбургского президентского кадетского училища без использования дорогостоящих физико-химических методов.

1. Изменение состояния атмосферного воздуха в г. Оренбурге в 2023 году по сравнению с показателями 2015 года (по данным Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Оренбургской области).

Основными источниками загрязнения атмосферы города Оренбурга являются предприятия газодобывающей отрасли промышленности, нефтепереработки, машиностроения, теплоэнергетики, автомобильный и железнодорожный транспорт. Доля проб атмосферного воздуха г. Оренбурга с превышением от 1 до 5 ПДКсс в 2023 году 0,06%, что выше, чем в прошлом году (0,02%), но ниже показателей 2015 года (0,09%).

Территория Оренбургского президентского кадетского училища расположена в центральной части города Оренбурга между улицами Маршала Г.К. Жукова (на востоке), Краснознамённой (на севере), Ленинской (на юге) и А.В. Коваленко (на западе) (приложение 1).

Промышленных предприятий в районе училища нет, котельная на его территории не функционирует. Поэтому основным источником загрязнения атмосферного воздуха является автомобильный транспорт.

Наиболее оживленными объектами транспортной инфраструктуры являются ул. Маршала Г.К. Жукова и Ленинская, в последнее время увеличился поток автомобилей и по ул. Краснознаменной. Рядом в 100 м с западной стороны расположена еще одна загруженная дорога – ул. 8 Марта. Это неблагоприятно, учитывая розу ветров Оренбурга, с преобладанием восточных, западных и юго-западных ветров (приложение 2).

Поскольку территория училища окружена автомобильными дорогами, а у индикаторного вида (сосны обыкновенной) продолжительность жизни хвои 2-3 года мы решили сравнить показатели 2013-2015 годы с показателями загрязняющих веществ на автомагистралях в городских поселениях за 2021-2023 годы.

Анализ загрязнения атмосферного воздуха на автомагистралях в селитебных территориях городов области по отдельным загрязнителям (приложение 3) показал, что в 2023 году наибольший удельный вес проб атмосферного воздуха, превышающий гигиенические нормативы, составил по серы диоксиду – 1,4 % (2015 г. – 0,4 %), взвешенным веществам – 0,4 % (2015 г. – 1,1 %), углерод оксиду – 0,4 % (2015 г. – 0,3 %), азота оксиду – 0,3 % (2022 г. – 0,0 %, данных по 2015 году отсутствуют), бенз(а)пирену – 0,2 % (2022 г. – 2,0 %), азота диоксиду – 0,2 % (2015 г. – 1,7 %).

Анализ изменения состояния атмосферного воздуха в г. Оренбурге за последние 9 лет на основании сравнения данных Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Оренбургской области за 2015 и 2023 годы, выявил улучшение состояния атмосферного воздуха.

2. Оценка динамики изменения состояния индикаторного вида и качества атмосферного воздуха в районе училища

В качестве биоиндикатора был выбран вид сосна обыкновенная, соответствующий многим важным характеристикам вида-индикатора. Сбор материала осуществлялся на 8 контрольно-учетных участках, расположенных по периметру и в центральной части территории Оренбургского президентского кадетского училища (приложение 2) с одних и тех же деревьев в сентябре 2015 года и в сентябре 2023 года.

Наблюдения проводили следующим образом: с 2-3 деревьев на каждом участке собирали по 100 хвоинок из средней части кроны с побегов 2-го года жизни. Возраст деревьев – 10-15 лет.

В лабораторных условиях проводили осмотр, замер длины, определение массы и оценку хвоинок по признакам повреждения. Анализировали хвою по наличию повреждений: хлорозы (желтые, бурые и черные пятна на хвое, образующиеся под воздействием фторидов, тяжелых металлов и кислотных осадков), некрозы (омертвление и усыхание участка хвои), по площади и интенсивности повреждений (приложение 4).

Результаты проведенных измерений и расчетов были занесены в таблицу (приложение 5).

Диаграмма 1. Степень повреждения хвои сосны обыкновенной в 2015 году

Диаграмма 2. Степень повреждения хвои сосны обыкновенной в 2024 году

Диаграмма 3. Степень усыхания хвои сосны обыкновенной в 2015 году

Диаграмма 4. Степень усыхания хвои сосны обыкновенной в 2024 году

Как видно из диаграмм 1 и 3, в 2015 году наибольшие повреждения хвои наблюдались на участках № 5 (перекресток улиц Маршала Г.К. Жукова и Краснознаменной) и № 2 (выход на ул. Маршала Г.К. Жукова). На участке № 5 были обнаружены также тератологические изменения, проявляющиеся в увеличении количества хвоинок в пучке – терххвойность. На участке № 2 у двух деревьев обнаружена дефолиация (опадение хвои), сохранилась хвоя только этого года. Уровень загрязнения атмосферного воздуха на этих участках определялся как высокий. На втором месте по загрязненности находился участок № 1 (выход на улицу Ленинскую). На данном участке у сосны обыкновенной были выявлены значительные повреждения хвои, у двух деревьев из четырех обнаружена хвоя только этого года. Низкая продолжительность жизни хвои является показателем неблагоприятного состояния окружающей среды.

В 2024 году состояние хвои сосны обыкновенной на всех участках улучшилось, что хорошо видно на диаграммах 2 и 4. Если в 2015 году по средним показателям (приложение 5) повреждения наблюдались у половины хвоинок, то в 2024 году доля поврежденной хвои составила 12%, отмирания хвои не обнаружено, жизненность растений хорошая. Значительно (с 31 до 19%) снизилась доля хвои с участками высыхания и преобладают сравнительно небольшие некрозы (в основном кончики хвоинок), на долю которых приходится 74% случаев усыхания. Несмотря на улучшение состояния хвои, наибольшее количество повреждений сохраняется на участках № 5 (перекресток улиц Маршала Г.К. Жукова и Краснознаменной) и 8 (в 10 метрах от ул. А.В. Коваленко, напротив стоянки автомобилей, пространство открытое).

В 2015 году наименьшие повреждения хвои зарегистрированы у растений, произрастающих на участках № 4, 6, 7 и 8 (все они удалены от автомобильных дорог). В 2024 году отмечается неблагополучное состояние хвои на участке № 4 (повреждено 25% хвои, обнаружено усыхание 17% хвоинок). Хотя данный участок расположен в наиболее удаленном от источников загрязнения месте, у растений, произрастающих на нем, обнаружено заражение сосновой бурой тлей (на хвоинках присутствуют блестяще-черные яйца этого насекомого). При строительстве храма и благоустройстве территории рядом с ним, на участке № 4 были высажены молодые растения, которые очевидно оказались заражены яйцами вредителя. Имаго и личинки сосновой тли высасывают сок из хвои, почек, молодых побегов сосны обыкновенной, в результате чего ослабляется иммунитет растений и засыхает хвоя.

В 2024 году отмечается значительное улучшение состояния кроны и хвои у растений на участке № 1 (вдоль ул. Ленинской), что связано с разрастанием более поздних посадок тополя пирамидального и липы сердцевидной, образующих плотный барьер, загораживающий посадки сосны от автомобильной дороги. На участке № 2 доля поврежденных хвоинок снизилась на 78%, но состояние кроны указывает на то, что деревья ослаблены (хвоя светлее обычного, слабо ажурная, прирост уменьшен).

Чтобы увеличить продукцию фотосинтеза в стрессовой ситуации сосна обыкновенная увеличивает длину хвои. Анализ показателей длины хвои (диаграмма 5) позволил установить, что самая длинная хвоя обнаружена у растений, произрастающих на участке № 5. В 2024 году наблюдается снижение средней длины хвоинок на всех участках, кроме участка № 4.

Диаграмма 5. Средняя длина хвои сосны обыкновенной

Сравнительный анализ массы хвоинок (диаграмма 6) показал, что наибольшую массу имеет хвоя сосны на участках № 4, 3 и 7, что является показателем чистоты воздуха. Все участки находятся в удалении от дорог.

Диаграмма 6. Средняя масса хвоинок сосны обыкновенной

Наименьшую массу имеют хвоинки сосны на участках № 1, 5, 6 и 8, что совпадает с данными морфологического анализа и свидетельствует о загрязненности воздушного пространства. В целом масса хвоинок за последние 10 лет увеличилась на всех участках, кроме участка № 5 на перекрестке улиц Маршала Г.К. Жукова и Краснознаменной (перед этим участком открытый перекресток и интенсивность движения транспорта здесь увеличилась в связи со строительством новых жилых домов по улице Краснознаменной, через дорогу от участка на придомовой территории устроена автостоянка).

Заключение

Проведенное исследование помогло установить, что растительный мир является важным элементом определения и мониторинга качества окружающей среды. Наиболее чувствительна к загрязнению атмосферного воздуха хвоя сосны обыкновенной, что связано с длительным сроком жизни хвои и активным поглощением газов.

Анализ состояния хвои по степени повреждения атмосферными загрязнениями дает возможность опосредованно судить о степени загрязнения атмосферы на исследуемом участке.

Уровень загрязнения атмосферного воздуха над территорией училища в 2024 году можно оценить, как низкий. Средний уровень загрязнения обнаружен на участках, примыкающих к автомобильным дорогам (ул. Маршала Г.К. Жукова, Краснознаменной) или расположенных напротив автостоянки (ул. Коваленко), что доказывает ведущую роль автомобильного транспорта в загрязнении воздушного бассейна в районе Оренбургского президентского училища.

За последние 10 лет произошло снижение уровня загрязнения атмосферного воздуха, что зарегистрировано Управлением Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Оренбургской области и подтверждается данными биоиндикации.

Таким образом, изучение морфологических и количественных показателей организмов-индикаторов, позволяет оценить состояние атмосферного воздуха без использования дорогостоящих физико-химических методов.

Список литературы:

1. Артамонов В.И. Растения и чистота природной среды. Литмир – Электронная Библиотека –URL: //https://litmir.club/br/?b=315181&p=18 (дата обращения 02.10.2024).

2. Ашихмина Т.Я. Экологический мониторинг. М.: Академический проект, 2005. – 416 с.)

3. Государственный доклад «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Оренбургской области в 2015 году». Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Оренбургской области.

4. Государственный доклад «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Оренбургской области в 2023 году». Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Оренбургской области.

5. Гудериан Р. Загрязнение воздушной среды. – М.: Мир, 1979. – 200 с.

6. Деева Н.М., Мазная Е.А., Ярмишко В.Т. Влияние атмосферного загрязнения на состояние ассимиляционного аппарата растений сосновых лесов Кольского полуострова // Лесное хоз-во. – 1992. – № 10, с. 125-128.

7. Кожевников А.П., Крючков В.А., Воробьева М.В., Гнеушева Т.М., Зотеева Е.А., Михайлов Ю.Е., Тишкина Е.А., Яппарова А.Ф. Выполнение выпускной квалификационной работы (по направлению «Экология и природопользование»): учебное пособие. 2-е изд. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т. 2014. 113 с.

8. Мелихова О.П., Егорова Е.И., Евсеева Т.И. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб.пособие для студ. высш. учеб. заведений. _ М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 288 с.

9. Полякова А. Биоиндикаторы и методы биоиндикации загрязнения среды / А. Полякова, В. Поляков, Н. Ластовец и др. // Экол. вестн. России. 2002. - № 11.-С. 49-59.

Приложение 1

Схема расположения контрольно-учетных участков

на территории Оренбургского президентского кадетского училища

участок 4

участок 5

участок 7

участок 3

участок 6

участок 1

участок 8

участок 2

Приложение 2

Роза ветров в населенном пункте Оренбург

(по данным сайта https://ru.meteocast.in/windrose/ru/orenburg//)

Приложение 3

Доля проб атмосферного воздуха (%), превышающих ПДК по отдельным загрязнителям на автомагистралях в городских поселениях

Приложение 4

Классы повреждения хвои (хлорозы)

О ценка повреждения хвои:

1-й класс - хвоинки не имеют пятен;

2-й класс - хвоинки имеют немногочисленные пятна;

3-й класс - хвоинки имеют значительное число желтых, бурых и черных пятен

К лассы усыхания хвои (некрозы)

Оценка усыхания хвои:

1-й класс - сухие участки отсутствуют;

2-й класс - кончики хвоинки, усохшие на 2-5мм;

3-й класс - усохли ~30% хвоинки;

4-й класс - усохли более 50% хвоинки или полностью на ощупь жесткая, скрученная

Приложение 5

Показатели состояния хвои сосны обыкновенной, произрастающей на территории Оренбургского президентского кадетского училища