Введение
Город Шелехов является одним из ведущих промышленных центров Иркутской области. По данным Государственного доклада о состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области уровень загрязнения атмосферы в Шелеховском районе очень высокий – это следствие выбросов предприятий: филиал ПАО "РУСАЛ Братск", ООО «СУАЛ – ПМ», АО «Кремний», АО «Иркутсккабель», МУП «Шелеховские тепловые сети», МУП «Водоканал»», МУП «Шелеховский ЭнергоСбыт», ООО «Восточно-Сибирский завод железобетонных конструкций», малый и средний бизнес, автотранспорта, большого количества мелких котельных, жилого сектора с печным отоплением. Например, по данным Доклада 2014 года было выброшено в атмосферу 120,1 тыс. тонн, г. Шелехов вошел в число трех городов, в которых увеличилось количество выбросов, фиксировалось превышение ПДК по 3-5 выбросам, среди которых взвешенные вещества (пыль), диоксид азота, оксид азота, бенз(а)пирен, растворимые твердые фториды, максимальное превышение о фториду водорода фиксировалось 3,6 ПДК [3, с. 107], по данным Доклада 2016 года [4, с. 81] количество выбросов в атмосферу города составило 148,2 тыс. тонн, причем среди загрязнителей выявлены тяжелые металлы на уровне ПДК, максимальное загрязнения воздуха фторидами составило 3,4 ПДК, твердых фторидов 2 ПДК и пр. Эти данные подтверждают высокий уровень загрязнения атмосферы г. Шелехова. По данным ФБГУ «Иркутское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» в 2018 году [11] “уровень загрязнения атмосферного воздуха (по индексу ИЗА) оценивается как высокий и очень высокий. Это города: Ангарск, Братск, Зима, Иркутск, Свирск, Усолье-Сибирское, Черемхово, Шелехов — с очень высоким и Саянск, Байкальск — с высоким уровнем загрязнения воздушного бассейна». В материалах этого учреждения указывается, что в г. Шелехове веществами, определяющими высокое давление на окружающую среду являются озон, фторид водорода, взвешенные частицы РМ 10 [11].
Основные источники загрязнения окружающей среды в районе нашего города: атмосферные осадки, вымывающие из воздуха загрязнение промышленного происхождения, стоки городских улиц и стоки с промышленных площадок мусора, городские (поселовские) сточные воды, промышленные сточные воды, сточные воды транспортных средств, отходы промышленных предприятий, выбросы жилых домов и бытовых предприятий, тепловые электростанции и котельные, выбросы транспортных средств и т.п. [10]
В 1996 г. Вронский В.А. показал, что «экологически важны в жизни растений различные примеси, содержащиеся в воздухе, многие из них губительно действуют на растения, например, сернистый газ, который встречается в атмосфере над промышленными центрами, близ железных дорог... Этот газ крайне негативен для растений. Попадая в их клетки, он нарушает ферментативную деятельность, вызывает свертывание коллоидов плазмы, нарушает обмен веществ» [2].
Цель: определить уровень загрязнённости атмосферного воздуха в окрестностях г. Шелехова.
Задачи:
1. Определить места отбора образцов хвои сосны обыкновенной (Pinus sivestris) в зависимости от уровня предполагаемого загрязнения.
2. Собрать образцы хвои, находящихся в различных экосистемах.
3. Провести исследование методом биоиндикации образцов на наличие загрязняющих веществ.
4. Сравнить результаты анализа хвои.
5. Сделать выводы.
Объектом исследования послужил атмосферный воздух в окрестностях г. Шелехова, предметом исследования - уровень загрязненности атмосферного воздуха.
Гипотеза: Я думаю, что самым загрязненным участком окажется территория Иркутского алюминиевого завода (ИркАЗа).
Актуальность:
Увеличение загрязнения атмосферного воздуха имеет прямое влияние на здоровье населения, поэтому актуально разрабатывать методы мониторинга и оценки состояния окружающей среды.
Практическая значимость:
Полученные данные могут использоваться для ежегодного мониторинга загрязнения воздуха в г. Шелехов, а также на уроках химии в 9 классе.
Глава 1. Теоретическая часть
1.1 Материалы и методы исследования атмосферного воздуха
Методы исследования воздуха могут быть следующими:
1. Химический анализ (газовая хроматография, масс-спектрометрия).
2. Физические методы (спектроскопия, фотометрия).
3. Биоиндикаторы (использование растений или организмов для оценки качества).
4. Моделирование (численные модели для прогнозирования загрязнений).
5. Дистанционное зондирование (спутниковые технологии).
6. Полевые исследования (замеры на месте).
7. Лабораторные эксперименты (исследование образцов воздуха в условиях лаборатории).
Для своей исследовательской работы я выбрала метод биоиндикации.
Метод биоиндикации — это подход, основанный на использовании живых организмов для оценки состояния окружающей среды, в частности, уровня загрязнённости. Этот метод предполагает, что организмы, такие как растения, мхи или животные, реагируют на изменения в экосистеме, вызываемые загрязнителями. Изучая их состояние, распределение и поведение, можно получить информацию о качестве воздуха, воды и почвы. Биоиндикаторы помогают выявить наличие токсичных веществ и оценить экологическое здоровье региона. Метод является относительно простым, недорогим и широко используется экологической науке и мониторинге окружающей среды.
Для исследования я возьму хвою сосны обыкновенной (Pinus sivestris)
Почему используется хвоя?
- Хвоя деревьев является долгоживущей (зачастую она остается на дереве в течение нескольких лет), что позволяет проводить анализ накопленных загрязнений за длительный период времени.
- Хвоя хорошо впитывает загрязняющие вещества из воздуха через устьица и накапливает их в тканях.
- Деревья, особенно хвойные, встречаются в большинстве климатических зон, что делает метод универсальным.
1.2. Влияние на человека
Загрязнение воздуха оказывает серьёзное воздействие на здоровье человека, и его последствия могут быть как краткосрочными, так и долгосрочными. Загрязнённый воздух содержит множество вредных веществ, таких как пыль, дым, угарный газ, диоксид серы, оксиды азота, озон, тяжелые металлы и органические вещества, которые могут проникать в организм человека при дыхании.
Краткосрочные эффекты загрязнения воздуха
1. Респираторные проблемы:
- Кашель и затруднённое дыхание: Загрязняющие вещества могут раздражать дыхательные пути и вызывать кашель, одышку и боль в горле.
- Астматические приступы: Загрязнённый воздух может провоцировать обострения астмы, особенно у людей, страдающих этим заболеванием.
- Острые респираторные инфекции: Воздействие загрязнённого воздуха может ослабить иммунитет и способствовать развитию инфекций верхних дыхательных путей, таких как простуда или грипп.
2. Аллергические реакции:
- Загрязнители воздуха могут раздражать слизистые оболочки глаз и носа, вызывая аллергический ринит, зуд, слезотечение, конъюнктивит.
3. Головная боль и головокружение:
- Вдыхание токсичных веществ, например угарного газа или озона, может вызвать головные боли, тошноту, головокружение и даже потерю сознания в случае сильного загрязнения.
4. Усталость и снижение работоспособности:
- Загрязнённый воздух может уменьшить поступление кислорода в организм, что приводит к быстрому утомлению, ухудшению концентрации и снижению умственной и физической активности.
Долгосрочные эффекты загрязнения воздуха:
1. Хронические заболевания дыхательной системы:
- Хронический бронхит и эмфизема: Длительное воздействие загрязнённого воздуха может привести к хроническим заболеваниям лёгких, таким как хроническая обструктивная болезнь лёгких (ХОБЛ), бронхит и эмфизема.
2. Онкологические заболевания:
- Некоторые компоненты загрязненного воздуха, такие как бензол и формальдегид, считаются канцерогенными и могут повышать риск развития рака легких и других видов рака.
Глава 2. Практическая часть
Пробоотбор проводился с сентября - октябрь 2024 г. и был разбит на несколько этапов.
На 1 этапе работы определили участки проведения работы. Было выбрано 4 участка вместе с контрольной площадкой в зонах, различных по уровню атмосферного загрязнения. Контрольная площадка выбрана в наиболее удаленном от источника загрязнения месте.
Участок №1 – территория МКОУ ШР “CОШ №1” (зона вблизи автодороги).
Участок №2 - территория микрорайона Привокзальный (зона вблизи ЖД станции).
Участок №3 – территория Иркутского алюминиевого завода (ИркАЗа) - филиала ПАО «РУСАЛ Братск» в г.Шелехове
Участок №4 – посёлок Рассоха (зелёная зона, удаленная от источника загрязнения)
На каждом участке отобрали боковые побеги средней части кроны с 5 деревьев 15-20 летнего возраста по всей окружности, одинаковой длины (50 см), на высоте 1 метр. Возраст сосны определяли по ветвям. У сосны они образуют несколько ярусов (мутовок) - это часть осевого органа растения (узел), на которой кольцеобразно, на одной высоте (уровне), располагаются ветки вокруг ствола дерева. Ежегодно у сосны вырастает несколько ветвей на одном уровне.
Подсчитали количество уровней, прибавили к ним пять, так как в первые годы жизни такие ветви не образуются (табл.1).
Таблица 1. Возраст сосен
№ участка |
Возраст сосен |
Участок №1 |
16 |
Участок №2 |
15 |
Участок №3 |
17 |
Участок №4 |
15 |
На 2 этапе работы в лабораторных условиях боковые побеги визуально оценили, отобрали среднюю пробу - по 100 пар хвоинок второго и третьего года жизни. Степень повреждения хвои определяли по наличию хлоротичных пятен, некротических точек, некрозов. Все хвоинки тщательно рассмотрели для определения класса повреждения и усыхания по методике Алексеева С.Б. и Беккера А.М. “Биоиндикация состояния воздуха по хвое сосны” (приложение 1) [1].
Подсчитали количество хвоинок в каждой группе и внесли данные в таблицы (табл.2-5). Все показатели сравнивали с аналогичными на контрольном участке (табл.6).
С помощью «теста помутнения по Гертелю» [5] мы решили дополнительно проверить первоначально полученные данные. Суть метода заключается в том, что определенное количество хвои (в нашем случае 30 хвоинок) кипятят в воде (50 мл). Принимается, что степень помутнения экстракта прямо пропорциональна количеству воска, покрывающего хвою. Чем больше помутнение, тем выше количество сернистого газа в воздухе. Степень помутнения нами определялась глазомерным способом.
Мы составили сводную таблицу степени повреждения и усыхания хвои сосны обыкновенной в разных зонах (табл.6), в которую также внесли результаты глазомерного теста по Гертелю.
Результаты и обсуждение
Нами получены следующие результаты:
Таблица 2. Определение состояния хвои сосны обыкновенной (МКОУ ШР “CОШ №1”)
Участок № 1. территория МКОУ ШР “CОШ №1” |
||
Повреждения и усыхания хвоинок (измеряемые показатели – количество хвоинок) |
Количество |
Доля хвоинок от общего |
Общее число обследованных хвоинок |
100 |
100 |
Количество хвоинок с пятнами 1-й класс |
10 |
10 |
2-й класс |
30 |
30 |
3-й класс |
0 |
0 |
Количество хвоинок с усыханием 1-й класс |
14 |
14 |
2-й класс |
7 |
7 |
3-й класс |
15 |
15 |
4-й класс |
0 |
0 |
Анализ хвои:
Длина хвоинок в среднем 7 см. Окраска естественного зелёного цвета, присутствуют образцы желтого оттенка. Хлоротичные пятна 2 класса составляют 30%, повреждения 3 класса отсутствуют. Усыхание кончиков хвои 1, 2 и 3 класса менее 40%, 4 класс усыхания отсутствует. Процент хвоинок без пятен и усыхания высокий.
Исходя из результатов обследования можно сделать вывод, что уровень загрязнения атмосферного воздуха на данном участке умеренный.
Таблица 3. Определение состояния хвои сосны обыкновенной (Привокзальный)
Участок № 2. Территория микрорайона Привокзальный |
||
Повреждения и усыхания хвоинок (измеряемые показатели – количество хвоинок) |
Количество |
Доля хвоинок от общего |
Общее число обследованных хвоинок |
100 |
100 |
Количество хвоинок с пятнами 1-й класс |
3 |
3 |
2-й класс |
27 |
27 |
3-й класс |
6 |
6 |
Количество хвоинок с усыханием 1-й класс |
0 |
0 |
2-й класс |
18 |
18 |
3-й класс |
30 |
30 |
4-й класс |
2 |
2 |
Анализ хвои:
Длина хвоинок в среднем 7 см. Хвоя редкая, серо - зелёного цвета. На образцах присутствуют хлоротичные пятна 2 класса 27% и 3 класса 6%, наблюдается некроз тканей. Усыхание хвои до 4 класса, это не только повреждения кончиков, но и целых хвоинок. Процент неповрежденных хвоинок низкий. Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что уровень загрязнения атмосферного воздуха на данном участке высокий.
Таблица 4. Определение состояния хвои сосны обыкновенной (ИркАЗ)
Участок №3 территория Иркутского алюминиевого завода (ИркАЗа) - филиала ПАО «РУСАЛ Братск» в г.Шелехове |
||
Повреждения и усыхания хвоинок (измеряемые показатели – количество хвоинок) |
Количество |
Доля хвоинок от общего |
Общее число обследованных хвоинок |
100 |
100 |
Количество хвоинок с пятнами 1-й класс |
9 |
9 |
2-й класс |
15 |
15 |
3-й класс |
30 |
30 |
Количество хвоинок с усыханием 1-й класс |
0 |
0 |
2-й класс |
18 |
18 |
3-й класс |
19 |
19 |
4-й класс |
3 |
3 |
Анализ хвои:
Длина хвоинок в среднем 7 см. Хвоя ломкая, серо - зелёного цвета. На некоторых экземплярах присутствует черный налет угольной консистенции. На образцах присутствуют хлоротичные пятна 2 и 3 класса более 50%. Усыхание хвои до 4 класса, это не только повреждения кончиков, но и целых хвоинок. Процент неповрежденных хвоинок низкий. Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что уровень загрязнения атмосферного воздуха на данном участке высокий.
Таблица 5. Определение состояния хвои сосны обыкновенной (посёлок Рассоха)
Участок № 4. Территория посёлка Рассоха (зелёная зона, удаленная от источника загрязнения) |
||
Повреждения и усыхания хвоинок (измеряемые показатели – количество хвоинок) |
Количество |
Доля хвоинок от общего |
Общее число обследованных хвоинок |
100 |
100 |
Количество хвоинок с пятнами 1-й класс |
18 |
18 |
2-й класс |
0 |
0 |
3-й класс |
0 |
0 |
Количество хвоинок с усыханием 1-й класс |
0 |
0 |
2-й класс |
0 |
0 |
3-й класс |
0 |
0 |
4-й класс |
0 |
0 |
Анализ хвои:
Длина хвоинок в среднем 7,5 см. Окраска зеленого цвета. На ощупь хвоя редкая, ломкая. Хвоя с хлоротичными пятнами 1 класса 18%. Количество хвоинок с усыханием отсутствует. Процент неповрежденных хвоинок высокий. Анализируя полученные результаты можно сделать вывод, что уровень загрязнения атмосферного воздуха на данном участке самый низкий из всех проб.
Таблица 6. Степень повреждения и усыхания хвои сосны обыкновенной в разных зонах
Состояние хвои |
Участок №1 МКОУ ШР “CОШ №1” |
Участок №2 Привокзальный |
Участок №3 ИркАЗ |
Участок №4 Посёлок Рассоха |
||||
К-во |
% |
К-во |
% |
К-во |
% |
К-во |
% |
|
всего |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
Повреждения хвои |
||||||||
1 кл. |
10 |
10 |
3 |
51 |
9 |
9 |
18 |
18 |
2 кл. |
30 |
30 |
27 |
46 |
15 |
15 |
0 |
0 |
3 кл. |
0 |
0 |
6 |
3 |
30 |
30 |
0 |
0 |
Усыхание хвои |
||||||||
1 кл. |
14 |
14 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
2 кл. |
7 |
7 |
18 |
18 |
18 |
18 |
0 |
0 |
3 кл. |
15 |
15 |
30 |
30 |
19 |
19 |
0 |
0 |
4 кл. |
0 |
0 |
2 |
2 |
3 |
3 |
0 |
0 |
Оценка по Гертелю |
++ |
++ |
++++ |
+ |
Выводы и рекомендации
Нами изучены пробы хвои с сосны обыкновенной определенного возраста (15-20 лет) в 4 точках города Шелехова и его окрестностей. Подтвердился высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха и его влияние на сосну обыкновенную. По результатам работы можно сделать следующие выводы:
Сосна обыкновенная оказалась хорошим биоиндикатором. С помощью двух разных методик нам с ее помощью удалось выяснить районы с наибольшим загрязнением атмосферного воздуха.
Промышленная зона наиболее загрязнена, что подтверждается результатами обоих тестов.
Умеренное загрязнение воздуха нами обнаружено в районе автодороги.
Чем дальше расстояние от источника загрязнения, тем ниже уровень загрязнения воздуха.
Следует проводить следующие мероприятия по улучшению экологического состояния окружающей среды:
• ежегодно осуществлять мониторинг среды;
• проводить экологическое просвещение населения;
• усилить работу по озеленению городской территории, подбирать газоустойчивые породы древесных растений.
Список литературы
Алексеев, С.В. Изучаем экологию-экспериментально : Практикум по экол. оценке состояния окружающей среды / С. В. Алексеев, А. М. Беккер; Санкт-Петербург. ун-т пед. мастерства, Каф. теории и методики естественнонауч. образования. - СПб. : Санкт-Петербург. гор. ун-т пед. мастерства, 1993. - 64 с.
Вронский В.А. Прикладная экология: учебное пособие для студентов вузов / В. А. Вронский. - Ростов-на-Дону : Феникс, 1996. - 509 с.
Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2014 году». – Иркутск: Форвард, 2015 г. – 328 с.: ил.
Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2016 году». – Иркутск: ООО «Мегапринт», 2017 г. – 274 с.: ил.
Дорохина Л.Н и другие. Руководство к лабораторным занятиям по ботанике с основами экологии. – М.: Просвещение, 1986
Лархер В. Экология растений. – М.: Изд-во «Мир», 1978.
Основы экологии, 10(11) классы : Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений / Н.М. Чернова, В.М. Галушин, В.М. Константинов; Под ред. Н.М. Черновой. - 6. изд., стер. - М. : Дрофа, 2002. - 286, [1] с.
Полевой В. В. Физиология растений: Учеб. для биол. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1989 – 464 с.
Сергейчик С.А. Древесные растения и окружающая среда / С. А. Сергейчик. - Минск : Ураджай, 1985. - 111 с.
Информация о загрязнении окружающей среды на территории деятельности Иркутского УГМС [Электронный ресурс] Способ доступа: https://www.irmeteo.ru/index.php?id=5 . – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 14.01.2020)
Приложение 1
«Классы повреждения и усыхания хвои»
Виды некрозов:
краевой некроз - отмирание ткани по краям хвоинки;
срединный некроз - отмирание листовой ткани между жилками;
точечный - омертвление ткани листа в виде точек и небольших пятен, рассыпанных по всей поверхности листа
Повреждения (1-3): 1 – хвоинки без пятен, нет сухих участков; 2 – с небольшим числом мелких пятнышек, нет сухих участков; 3 – с большим числом черных и желтых пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину хвоинки.
Усыхание (1 – 4): 1 – нет сухих участков; 2 – кончик на 2-5 мм усох; 3 – усохла треть хвоинки; 4 – вся хвоинка желтая или более половины ее длины сухая.
Объектом исследования является верхушечная часть ствола. Внимательно осматривают хвоинки участка центрального побега предыдущего года (второй сверху) и определяют по шкале класс повреждения и усыхания хвои.
При оценке степени повреждения хвои не обращают внимание на более светлую окраску самого кончика хвоинки, поскольку он на самом деле более светлый.