III Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ СОСНЫ СИБИРСКОЙ В УСЛОВИЯХ УРБАНИЗИРОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА НОВЫЙ УРЕНГОЙ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Гурьянова Ю.И. 1

---

1МБОУ «СШ № 17» г. Новый Уренгой

Вяткина и.а. 1

---

1МБОУ «СШ № 17 » г. Новый Уренгой

Работа в формате PDF

1.7 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Одним из важнейших факторов, которые ухудшают экологическое состояние в городах и его окрестностях, является воздействие техногенного давления. Современная урбанизация ухудшает состояние природной среды в городах и их пригородах. Поэтому для исследователей представляет большой интерес исследование экосистем города. Растения в большей степени исследуются на влияние загрязняющих веществ. Редко действия собственно городской среды изучаются как единый комплекс. (Кочановский, 1964; Николаевский, 1966, 1979; Лайранд, 1974; Горышина, 1989; Фролов, 1998; Чернышенко, 2001 и др.).

Биологический мониторинг является составной частью комплексного экологического мониторинга природной среды, которая разработана в настоящее время. Это вызвано тем, что методы биоиндикации легче использовать, чем химико - физические параметры природной среды. Несколько токсических компонентов чаще всего присутствуют в окружающей среде, а не один. Действие комплекса вредных веществ оказывает воздействие на живые организмы сильнее, чем каждый в отдельности. Комбинированное действие загрязняющих среду компонентов можно использовать при биоиндикации, но они не учитываются физико-химическими методами. Растения - важный элемент биологического мониторинга. Используя биологический мониторинг можно наиболее точно прогнозировать изменения в экологической обстановке.

Хвойные деревья, наиболее удобные биоиндикаторы атмосферного загрязнения среды, т.к. они отличаются высокой чувствительностью к повышенным концентрациям токсических веществ в окружающей среде. Исследования с ними можно проводить в течение всего года.

На территории этого города и его окрестностях произрастает сосна сибирская (Pinus sibirica Du Tou).

Цель исследования: выявить изменения в состояние сосны сибирской (Pinus sibirica Du Tour), в экологических условиях произрастания г. Новый Уренгой и его окрестностях.

Задачи:

• Изучить литературу по теме исследования.

• Выявить изменения морфо-физиологическом строения сосны сибирской (Pinus sibirica Du Tour).

• изучить общие особенности системы фитомониторинга и биоиндикации

• выявить связей между морфолого-анатомическими характеристиками,

хвои сосны сибирской и уровнями загрязнения мест произрастания исследуемых сосновых насаждений;

• изучить состав атмосферного воздуха и основные его загрязнители;

• дать оценку влияния автотранспорта и состава воздуха на состояние сосны сибирской (Pinus sibirica Du Tour).

Гипотеза: я предполагаю, что загрязнение окружающей среды города выбросами

автотранспорта, авиатранспорта, котельных предприятий, использующие твердое и жидкое топливо, сжигание в процессе добычи попутного газа на месторождениях, двигателей внутреннего сгорания дорожно-строительной техники и автотранспорта, передвижных дизельных электростанций, сварочных агрегатов и окрасочных аппаратов, влияет на морфо-физиологическое состояние сосны сибирской (Pinus sibirica Du Tour).

Методы исследования: световая микроскопия, сравнение, морфометрический, биоиндикация.

Средства исследования:

• сосна сибирская (Pinus sibirica Du Tou)

• измерительная линейка

• фотоаппарат

• компьютер

• микроскоп Multifunction Digital Mode l: TSO NoT1311230

• Датчик горючих и угарного газов MQ-9 (Troyka-модуль)

1.Биологическое описание сосны сибирской

Домен: Эукариоты

Царство: Растения

Отдел: Хвойные

Класс: Хвойные

Порядок: Сосновые

Семейство: Сосновые

Род: Сосна

Вид: Сосна сибирская кедровая (Pinus sibirica Du Tour)

Сибирский кедр — вечнозелёное дерево 20—25 (40) м высотой. Отличается густой, часто многовершинной кроной с толстыми сучьями. Ствол прямой, ровный буро-серый, у старых деревьев образует трещиноватую чешуйчатую кору. Ветвление мутовчатое. Побеги последнего года коричневые, покрыты длинными рыжими волосками.

Хвоя на укороченных побегах тёмно-зелёная с сизым налётом, длиной 6—14 см, мягкая, в разрезе трёхгранная, слегка зазубренная, растёт пучками, по пять хвоинок в пучке.

Корневая система состоит из короткого стержневого корня, от которого отходят боковые корни. Последние оканчиваются мелкими корневыми волосками, на концах которых развивается микориза. На хорошо дренированных, особенно лёгких по механическому составу почвах при коротком стержневом корне (до 40—50 см) у дерева развиваются мощные якорные корни, проникающие на глубину до 2—3 м. Якорные корни вместе с прикорневыми лапами обеспечивают устойчивость ствола и кроны.

Вегетационный период очень короткий (40—45 дней в году). По этой причине сосну сибирскую относят к медленнорастущим породам. Дерево теневыносливое.

2.Состояние атмосферного воздуха г. Новый Уренгой.

Степеньзагрязнения атмосферного воздуха относится к числу приоритетных факторов, влияющих на живые организмы.

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха на территории Ямало-

Ненецкого автономного округа являются: автотранспорт, авиатранспорт, котельные пред-

приятия, использующие твердое и жидкое топливо, сжигание в процессе добычи попутно-

го газа на месторождениях. В период строительства объектов обустройства и эксплуата-

ции газопроводов атмосферный воздух подвергается воздействию выбросов загрязняю-

щих веществ от двигателей внутреннего сгорания дорожно-строительной техники и авто-

транспорта, передвижных дизельных электростанций, сварочных агрегатов и окрасочных

аппаратов.

В целом по округу выбросы наиболее распространенных загрязняющих атмосферу

веществ, отходящих от стационарных источников имеют следующий вид, 8,2% всей

эмиссии приходится на окислы азота, 37,04% – на углеводороды и летучие органические

соединения, 49,7% - на оксид углерода, 0,23%- на диоксид серы, 4,6 % приходится на

взвешенные вещества. Такая структура выбросов обусловлена деятельностью нефтегазо-

вого комплекса и характерна для предприятий этой отрасли обеспечивающих 69,0% вало-

вого выброса. В валовых выбросах предприятий преобладают окись углерода, углеводороды, окислы азота, что обусловлено в основном несовершенством технологии, добычи и транспортировки нефти и газа, а также большим количеством котельных, малой мощности.

Значительное воздействие на состояние атмосферного воздуха оказывают передвижные

источники, в первую очередь автотранспорт, в отходящих газах которого содержится бо-

лее 200 вредных компонентов, в том числе канцерогенов. Вклад автотранспорта в общее

загрязнение атмосферного воздуха составляет около 70% и более от общего валового вы-

броса.

С точки зрения соотношения массы поступления, класса опасности и предельно-

допустимого содержания в атмосферном воздухе наибольшую опасность представляют

выбросы окислов азота, сернистого ангидрида, сажи, неорганической пыли с двуокисью

кремния и др.

В аэропортах источниками загрязнения являются сопла воздушных судов при вы-

полнении взлетно-посадочных операций, выхлопные трубы специализированного авто-

транспорта, дымовые трубы котельных и подогревателей, дыхательные клапаны резервуа-

ров.

Особенно напряженная ситуация возникает в зимнее время, когда выбросы от авто-

транспорта распространяются в приземном слое воздуха, создают наибольшие концентра-

ции, а котельные работают с наибольшей нагрузкой.

1. (Источник Государственный доклад о санитарно-эпидемиологической обстановке в ямало-ненецком автономном округе; http://89.rospotrebnadzor.ru/s/89/files/epidemiologic_situation/57654.pdf)

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха территории МО город Новый Уренгой являются:

1.Организованные источники выбросов в атмосферу, расположенные на территории города - котельные всего 10 шт. Локальных очистных сооружений данные источники не имеют.

2.Автомобильный транспорт (количество его постоянно возрастает)

организованных автостоянок недостаточно, парковка автомобилей осуществляется на придомовой территории, зачастую в ущерб детским площадкам, не выдерживается санитарно-защитные зоны по отношению к жилым домам.

Отбор проб воздуха за 2016г. осуществлялся по 3 установленным постам наблюдения. Отобрано 432 пробы воздуха. Приоритетные вещества, определяемые в атмосферном воздухе - содержание серы диоксида, окислов азота, пыли неорганической, содержащей двуокись кремния.

Удельный вес результатов исследований атмосферного воздуха в 2016г. не отвечающих гигиеническим нормативам, составил 0.9% (абсолютное число несоответствующих проб-4). В 2-х контрольных точках (перекресток ул. Геологоразведчиков ул. Промышленная пр. Ленинградский и перекресток ул. Крайняя - ул. Железнодорожная) обнаружено превышение предельно-допустимых концентраций диоксида серы и оксида углерода в атмосферном воздухе, которое связано со смогом в МО г. Новый Уренгой в период горения лесотундры.

По представленным результатам исследования проб атмосферного воздуха на 20.07.2016г. отмечается превышение предельно – допустимых концентраций во всех трех контрольных точках по городу:

1.Мкр. Дружба (городской парк): по диоксиду серы в 2.8 раза, по оксиду углерода в 1.2 раза;

2.Ул. Крайняя – ул. Железнодорожная: по диоксиду серы в 1.1 раза, по оксиду углерода в 1.2 раза;

3.Ул. Геологоразведчиков – ул. Промышленная – пр. Ленинградский: по диоксиду серы в 1.4 раза, по оксиду углерода в 1.1 раза

3.Макроскопические изменения хвои

У сосны сибирской, при воздействии на неё стрессовых факторов, в хвое наблюдаются изменения: усыхание, хлорозы, некрозы, пожелтения

Хлороз выражается зеленовато-желтой, бледно-желтой или белой окраской хвои.

Некрозы – представляют собой утрату некоторых участков ткани листьев. Некрозы бывают точечные, пятнистые и верхушечными. Точечные некрозы представляют собой отмирание тканей листовой пластинки в виде точек, темно-бурые, резко отграниченные некрозы кончиков хвои у сосны являются верхушечными. Пораженные клетки отмирают, а участки, содержащие такие клетки оседают, высыхают и часто окрашиваются в бурый цвет. Так развиваются некрозы. Определяя, поврежденную часть листо­вой пластины путем некрозов, дают количественную оценку в процентах. У растений усыхают вершины кроны деревьев, опадает листва, деревья могут погибнуть, если содержат много некрозов. Примерами дефолиации являются уменьшение продолжительности жизни и осыпание хвои сосны. Дефолиация приводит к сокращению площади ассимили­рующей поверхности, сокращению прироста, раннего образования новых побегов (Шуберт, 1988).

У хвойных растений выделяются такие хронические повреждения хвои как: легкие, средние, сильные и очень сильные. Некрозы чаще появляются в весенний период после образования хвои.

Влияние загрязнений воздуха диоксидом серы на состояние хвои ели и сосны

Хорошими индикаторами загрязнения воздуха являются состояние и продолжитель­ность жизни хвои. Сосна нормально развиваются при среднегодовом содержании S0₂ b воздухе около 7-9 мкг/м³. В чистом воздухе хвоя особенно на молодых елях держится 14-16 лет. У сосны хвоя живет до 5-6 лет. При средних концентрациях S0₂ в воздухе около 50 мкг/м³ продолжительность ее жизни сокращается до 2-3 лет.

Побег сосны из года в год растет своей верхушкой. При этом для каждого из годичных участков побегов в процентах оцени­вается количество сохранившейся хвои по сравнению с верхушечным участком текущего года. Для каждого участка определяются также вид и степень развития некрозов хвои в баллах или %.

Среди древесных пород, культурных и декоративных семенных растений сосна обык­новенная и сосна сибирская наиболее чувствительны к повышенному содержанию в воздухе диок­сида серы и хлора.

4.Объект исследования.

В качестве объекта нашего исследования была выбрана сосна сибирская – Pinus sibirica Du Tour.

Пробные площади (контроль) находились в 20–30 км от города. Опытные площадки расположены в районе г. Новый Уренгой (урбанизированная территория). Контрольные и опытные (загрязненные) площади находились в близких природно-климатических условиях. Образцы хвои отбирали в конце вегетационного периода. Образцы хвои отбирали в конце вегетационного периода (август). На каждой ПП с пяти модельных деревьев отобрали ветки из нижней части кроны. Для анатомических и химических исследований использовали хвою второго года. Для изучения морфолого-анатомических характеристик с каждого модельного дерева отбирали по 20 пар хвоинок второго года и фиксировали их в 60%-м этаноле. Измеряли длину хвои, ее центрального цилиндра и проводящих пучков, используя Multifunction Digital Mode l: TSO NoT1311230

Согласно теории стабильности развития («морфогенетического гомеостаза») (Захаров, 1987), стрессирующие воздействия различного типа вызывают в живых организмах изменения гомеостаза (стабильности) развития, которые могут быть оценены по нарушению морфогенетических процессов

Mетодика индикации чистоты атмосферы по хвое сосны состоит в следующем. С нескольких боковых побегов в средней части кроны деревьев сосны в отбирают 200 хвоинок второго и третьего года жизни. 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 с указанием даты отбора проб на каждом ключевом участке.

Опыт №1: Исследование состояния хвои сосны сибирской на нескольких площадках города Новый Уренгой и его окрестностях.

Вывод: из данной таблицы видно, что наиболее поврежденной является хвоя в районе завода ЗПКТ и около ТРЦ Солнечный, наименее поврежденной является хвоя на р. Пур.

Опыт №2: Исследование количества проходящих машин за единицу времени на опытных площадках.

Вывод: наибольшее количество машин, проходящих в единицу времени встречается на ТРЦ Солнечный и ул. Губкина.

Опыт №3: Исследование неповрежденных хвоинок на среднем и нижнем уровне дерева.

Вывод: процент неповрежденных хвоинок на среднем уровне на р. Пур, мкр. Оптимистов и УренгойДорСтрой больше, чем на остальных площадках исследования; процент неповрежденных хвоинок на нижнем уровне на р. Пур больше, чем на остальных площадках исследования.

Опыт №4: Исследование хвоинок с пятнами на среднем и нижнем уровне дерева.

Вывод: процент хвоинок с пятнами на среднем и нижнем уровнях в районе ЗПКТ больше, чем на всех других исследуемых площадках.

Опыт №5: Исследование хвоинок с усыханием на среднем и нижнем уровне дерева.

Вывод: процент хвоинок с усыханиями на среднем уровне на площадке исследования ТРЦ Солнечный больше, чем на других исследуемых площадках; процент хвоинок с усыханиями на нижнем уровне на площадках исследования ТРЦ Солнечный и ул. Губкина больше, чем на других исследуемых площадках.

Опыт №6: Нахождения процента повреждения кроны.

Вывод: процент повреждения кроны на площадке исследования ТРЦ Солнечный больше, чем на других исследуемых площадках.

Опыт №7: Исследование состояния смоляных ходов.

Вывод: 1) наиболее забитые смоляные ходы находятся на площадках исследования район завода ЗПКТ, ул. Промышленная, ул. Таежная ТЭС, Уренгойская ТЭС (север), УренгойДорСтрой, ТРЦ Солнечный, ул. Губкина.

2) средне забитые смоляные ходы находятся на площадках исследования: мкр. Оптимистов, виадук, УренгойСтанция ТЭС (север).

3) наиболее чистые смоляные ходы находятся на площадке исследования: р. Пур.

Опыт №8: Исследование состояния проводящих пучков.

Вывод: самый большой диаметр имеют образцы хвоинок взятые с реки Пур – 0,34 нм, а наименьший диаметр имеют образцы хвоинок взятые с ул. Промышленная, Уренгойская ТЭС (север), ул. Губкина.

Центральный цилиндр (ЦЦ) хвои представляет собой систему проводящих тканей, отделенную от ассимилирующей ткани эндодермой. Изменения анатомических структур хвои в условиях воздушного загрязнения имеют разную направленность у разных видов хвойных (Зотикова и др., 2007). Так, у кедра сибирского уменьшается размер

центрального цилиндра.

Опыт №9: Измерение длины иголок и вычисление средней длины иголки.

Формула для вычисления средней длины иголки:

 (vּp)

М = n

Вывод: Наибольшую длину хвоинок имеют образцы взятые на р. Пур, наименьшую длину хвоинок имеют образцы взятые на ул .Губкина, ТРЦ Солнечный, Район завода ЗПКТ. Уменьшение длины хвои при техногенном воздействии отмечено многими исследователями (Василевская, Тумарова, 2005; Придача и др., 2011; Теребова, Евдокимова, 2011).

Опыт №10: Рассматривание через микроскоп кутикул хвоинок.

Вывод: У всех исследованных видов, кроме площадки р. Пур наблюдается деструкция кутикулы.

Опыт 11: Измерение оксида углерода

Вывод: Содержание оксида углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей во много раз превышает предельно допустимые концентрации (пдк) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.

Выводы:

1. Морфологический анализ растений является одним из широко распространенных

методов фитоиндикации.

а хвое растений, произрастающих в загрязненных районах урбанизированных территорий существуют однотипные повреждения. К ним относятся хлорозы (осветленные участки ткани, образование которых связано с нарушением пластидного аппарата и биосинтеза хлорофилла), пятна, некрозы, ранняя дефолиация.

1. В зависимости от индивидуальных особенностей деревьев, длина хвои сосны сибирской заметно изменяется. Наши наблюдения показывают, что длина хвои растений произрастающих на территории г. Новый Уренгой намного меньше, чем в пригородной зоне.

2. Проведение анатомических исследований позволяют понять механизмы проникновения поллютантов во внутренние ткани органов, степень и особенности их воздействия. Многие поллюанты, которыми покрыта хвоя, проникают в мезофилл, через слой кутикулы и устьица. Могут проникать между клетками гиподермы и эпидермы. Мы выбрали показателями загрязнённого воздуха такие структуры хвоинки, как размер центрального цилиндра, состояние кутикулы и смоляные ходы.

3. При прямом контакте живых тканей с химическими веществами, механическими ингредиентами происходят разрушительные изменения в тканях хвои сосны сибирской. Таким образом, пыль может нарушать газообмен, температурный, водный режимы растений. В связи с этим целостность клеток и тканей нарушается, и возникают морфологические изменения.

4. Почти у всех исследованных видов наблюдается изменение кутикулы. Пыль забивает устьица, так как хвоинки покрыты слоем пыли. Вода и газы, а также другие вещества легко проникают через кутикулу, хотя она представляет собой защитный покров. Поэтому кутикула становится тоньше, бывает рассеченной, извилистой. Через такую кутикулу токсические вещества ещё легче проникают внутрь хвоинки.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что у всех изученных растений сосны сибирской используемые методы (анатомические, физиологические) дают возможность выявлять влияние урбанизированной территории, связанные с загрязнением мест их произрастания. Мы рекомендуем использовать методы, задействованные нами для биоиндикации уровня загрязнения среды в исследуемом регионе.

Литература

1. Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг.Москва: АГАР, 2000.

2. Дядюн Т.В. Практикум “Мир воздуха”. Ж. “Биология в школе”, № 1, 2001.

3. Самкова В.А. Мы изучаем лес. Ж. “ Биология в школе”, № 7, 2003.

4. Чернова Н.М., Былова А.М. Экология. Учебное пособие для педагогических институтов. Москва. Просвещение, 1988.

5. http://snipov.net/c_4655_snip_106868.html

6. https://ru.wikipedia.org/wiki

7. http://forest-culture.narod.ru/HBZ/Stat_04/16.pdf

8. Л.В. Афанасьева, В.К. Кашин, А.С. Плешанов [и др.] Элементный состав хвои и морфометрические параметры сосны обыкновенной в условиях атмосферного промышленного загрязнения в Западном Забайкалье / // Хвойные бореальной зоны. – 2004. – № 1–2. – С.112–119

9. Собчак Р.О. Диагностика состояния видов хвойных в зонах техногенного загрязнения Республики Алтай // Вестник Том. гос. ун-та. – 2009. – № 325. – С. 185–190.

10. http://89.rospotrebnadzor.ru/s/89/files/epidemiologic_situation/57654.pdf

11. http://www.activestudy.info/nedostatok-pitatelnyx-veshhestv-i-mikroelementov-dlya-sosny/

12. http://zakonrus.ru/gost/gr52033-2003.htm

Приложение 1 .

Приложение 2.

Приложение 3.

Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 3 ноября 2005 г. N 26 в раздел II настоящего постановления внесены изменения

II. Предельно допустимые концентрации (пдк) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест

ГОСТ Р 52033-2003 Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АВТОМОБИЛИ С БЕНЗИНОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ ВЫБРОСЫ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ С ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ

Нормы и методы контроля при оценке технического состояния

ГОСТ Р 52033-2003

ГОССТАНДАРТ РОССИИ

НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ И КОЭФФИЦИЕНТА ИЗБЫТКА ВОЗДУХА

4.1 Содержание оксида углерода и углеводородов в отработавших газах определяют при работе двигателя в режиме холостого хода на минимальной (n_мин) и повышенной (n_пов) частотах вращения коленчатого вала двигателя, установленных предприятием–изготовителем автомобиля.

При отсутствии данных, установленных предприятием–изготовителем автомобиля (далее – данные предприятия-изготовителя):

значение nмин не должно превышать:

1100 мин^-1 для автомобилей категорий М₁ и N₁,

900 мин^-1 для автомобилей остальных категорий;

значение n_пов устанавливают в пределах:

2500-3500 мин^-1 для автомобилей категорий М₁ и N₁, не оборудованных системами нейтрализации,

2000-3500 мин^-1 для автомобилей категорий М₁ и N₁, оборудованных системами нейтрализации,

2000-2800 мин^-1 для автомобилей остальных категорий независимо от их комплектации.

Приложение 4. Признаки дефолиации кроны

Приложение 5.