V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Комплексная оценка загрязнения окружающей среды на примере села Курумкан

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Эрхитуев  Г.Т. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Курумканская средняя общеобразовательная школа №1»

Зарубина  В.П. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Курумканская средняя общеобразовательная школа №1»

Работа в формате PDF

801 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Проблема состояния окружающей природной среды является одной из наиболее актуальных и современных. До начала ХХ в. воздействие людей на природу имело локальный характер, позднее оно стало глобальным. Наиболее отчетливо этот переход наметился в 50 – е годы, со времени широкого использования атомной энергии и начала освоения космического пространства. К этому времени на Земле почти не осталось районов, на которых не сказалась бы хозяйственная деятельность человека.

В условиях населённых пунктов формируется совершенно иной комплекс условий, влияющих на отдельные виды и сообщества животных и растений. Основным фактором, вызывающим на загрязнение окружающей среды является антропогенный фактор. Воздействию этого фактора подвергаются воздух, вода, почва и живые организмы.

В зимний период наибольшему загрязнению на территории села Курумкан подвергается атмосферный воздух. Основными загрязнителями в этот период становятся дома с печным отоплением, котельные, автомобильный транспорт.

Для слежения за состоянием загрязнения окружающей среды необходим комплекс мероприятий, позволяющий оперативно выявлять изменения и принимать своевременные меры. Одним из таких методов является мониторинг за состоянием окружающей среды.

На сегодняшний день известно и применяется несколько способов мониторинга за состоянием окружающей среды, главными из которых являются измерения физико-химических параметров. Очень удобным объектом мониторинга в зимний период является снег, который накапливает разнообразные загрязнители.

Ещё одним способом мониторинга являются методы биоиндикации, которые предполагают изучение состояния живых объектов, обитающих на исследуемой территории.

Хвойные растения являются основным видом деревьев, произрастающих на территории села Курумкан. Они, как и другие виды растений, подвергаются воздействию загрязнителей, находящихся в атмосфере. Кроме того хвойные деревья, такие как Сосна обыкновенная, Являются вечнозелёными, а значит подвергаются действию загрязнителей постоянно.

Гипотеза: комплексное применение методов исследования окружающей среды позволит дать более точное представление о степени загрязнения, повысит их эффективность.

Объектом исследования является определённая территория в селе Курумкан.

Предметом исследования являются физико-химические и биоиндикационные показатели загрязнения среды.

Целью данной работы является комплексная оценка степени загрязнения окружающей среды в селе Курумкан на конкретной территории.

Задачи, решаемые в ходе выполнения работы:

изучить методы исследования состояния окружающей среды;

определить, какие физико-химические и биоиндикационные методы можно использовать для определения степени загрязнения воздуха;

для каждого метода подобрать наиболее доступные способы исследования;

установить зависимость физико-химических параметров исследования и морфологических изменений объектов исследования от степени загрязнения воздуха;

проанализировать полученные результаты, представив их в виде таблиц, графиков, диаграмм, карт;

сделать вывод об эффективности применения комплексной оценки степени загрязнения.

Практическая значимость данного исследования состоит в том, чтобы установить эффективность комплексного подхода в исследовании и определить наиболее доступные параметры измерения, не требующие больших затрат времени и средств.

В условиях отсутствия полноценного и постоянного мониторинга степени загрязнения воздуха в селе Курумкан комплексные методы, при условии высокой степени их точности, могут быть использованы любыми заинтересованными лицами, даже не имеющими специальной подготовки.

В применении комплексных методов могут быть заинтересованы сотрудники Джергинского заповедника, работники и лесопатологи Курумканского лесхоза, учащиеся, занимающиеся исследовательской деятельностью, работники надзорных органов для диагностики негативных изменений в природной среде даже при низких концентрациях загрязняющих веществ.

Собранные результаты позволят сделать вывод о степени загрязнения воздуха в селе Курумкан и будут способствовать улучшению экологической ситуации.

Обоснование выбора объекта исследования:

Для определения территории исследования учитывалось наличие максимального количества компонентов, загрязняющих атмосферу. В условиях села Курумкан такими компонентами являются: печное отопление, выбросы котельной, автомобильные выхлопы.

В последнее время в селе Курумкан мы можем наблюдать увеличение количества транспорта, как с бензиновым, так и с дизельным двигателем. Увеличивается и территория заселения, сейчас она охватывает участки близкие к основным лесным массивам. В домах новой застройки всё чаще используются отопительные котлы, работающие в зимний период круглосуточно.

Наиболее подходящее для изучения место определено на пересечении улицы Балдаковой, котельной, крупной автотрассы и переулка Совхозный.

Исследования проводились в ноябре. В зимний период загрязнение атмосферы в селе Курумкан является максимальным по сочетанию факторов загрязнения.

Методы исследования:

Изучение и анализ литературы и материалов сети интернет.

Измерение и сравнений физико-химических параметров среды и состояния живых объектов.

Лабораторный анализ.

Составление карты загрязнения.

Анализ и интерпретация полученных результатов.

Обоснование выбора методов исследования

Изучение литературных источников и источников сети интернет выявило разнообразие методов исследования состояния окружающей среды. Большинство авторов предлагают использовать измерение физико-химических параметров, считая их наиболее точными. Наряду с этим, встречаются методики, описывающие использование живых объектов в качестве индикаторов загрязнения. Следует отметить, что не всегда приводится эффективность используемых методов.

Согласно информационным источникам большая часть измерений проводится с помощью физико-химических методов, что косвенно может говорить о непопулярности методов биотестирования.

Однако, с точки зрения охраны природы, важнее получить ответ на вопрос, к каким последствиям приведет та или иная концентрация загрязнителя в среде. Эту задачу и решает биоиндикация, позволяя оценить биологические последствия антропогенного изменения среды.

Физико-химические методы позволяют определить конкретные вещества, загрязняющие атмосферу с помощью лабораторных исследований.

Существует целый ряд качественных реакций, способных выявить такие загрязнители атмосферы как оксиды серы, оксиды азота, тяжёлые металлы, сажу и др. Эффективность таких методов исследования оценивается различными авторами как очень высокая и не вызывает сомнений в их точности.

Биоиндикационные методы позволяют использовать различные объекты живой природы. Чаще всего для изучения степени загрязнения окружающей среды используются лишайники и хвойные деревья.

С их помощью может проводиться оценка как абиотических факторов (температура, влажность, кислотность, соленость, содержание поллютантов и т.д.), так и биотических (благополучие организмов, их популяций и сообществ).

Лабораторный анализ, предлагаемый в работе, не требует специального оборудования или химической лаборатории, поэтому доступен для людей, не имеющих специальной подготовки. Используемые методики лабораторного анализа просты и доступны для понимания результатов исследования.

Составляемые в ходе работы карты исследования территории позволяют наглядно представить, каким образом и где проводились замеры параметров. Итоговая карта позволяет увидеть картину загрязнения территории в целом.

В ходе работы используются методы эмпирического и экспериментально – теоретического уровня. Сравнительный анализ полученных результатов, количественный и качественный анализ данных позволяют применить статистический метод, который был положен в основу создания диаграмм и схем. Метод синтеза позволяет соединить результаты двух исследований: физико-химических и биоиндикационных, что помогает получить более полную и достоверную картину о масштабах загрязнения территории.

Практическая часть.

Физико-химические методы измерения.

Исследуемая территория была условно поделена на четыре сектора по следующим направлениям:

сектор А – северо-запад,

сектор В – северо – восток,

сектор С – юго-восток,

сектор D – юго-запад.

Контрольные образцы забирались в самом чистом и доступном месте - у подножия Баргузинского хребта.

Забор проб для исследования проводился на расстоянии 50, 100, 150 метров от начальной точки исследования по секторам. Начальной точкой исследования была определена котельная. Расстояние бы отмерено при помощи специального браслета с функцией шагомера.

В качестве объекта исследования с использованием физико-химических методов был выбран снег, выпавший на исследуемой территории. В зимний период наблюдается максимальное действие всех факторов загрязнения в селе Курумкан: печное отопление, выбросы котельных, выхлопные газы автомобилей. Продукты загрязнения концентрируются в воздухе и со временем накапливаются в снежном покрове. Для исследования степени загрязнения снега были выбраны наиболее доступные способы измерения.

1.Определение прозрачности раствора снега после таяния.

Для проведения исследования были взяты пробы снега с помощью стеклянного цилиндра, что обеспечило создание одинаковых условий для измерения. После опускания колбы в снег, снизу подставляли картон, чтобы не загрязнить пробы частицами почвы. Снег пересыпали в стеклянные банки. Далее снег таял при комнатной температуре. После равномерного перемешивания, в пробирки отливали одинаковое количество раствора.

Для определения степени прозрачности раствора была необходима сравнительная шкала. Составили шкалу уровня загрязнения (приложение 1):

1 – условно оптимальное загрязнение (0-20%);

2 – условно средняя степень загрязнения (20-40%);

3 – условно высокая степень загрязнения(40 – 70%);

4 – условно критическая степень загрязнения (70-100%).

Полученные растворы сравнивали с предложенной шкалой и определяли степень загрязнения. Полученные результаты представлены в таблице 1 и приложении 2.

Таблица 1

Степень загрязнения растворов

По результатам проведённого измерения самая высокая степень загрязнения наблюдается в каждом секторе вблизи котельной на расстоянии 50 метров. Это можно объяснить тем, что кроме сажи в этом диапазоне оседает ещё и угольная пыль, которая повышает уровень загрязнения.

В секторе А на расстоянии 100 метров показатели средние. Это может быть связано с плотностью смыкания крон деревьев, которые принимают на себя осадки сажи.

В секторе D на расстоянии 150 метров средние показатели показала проба, взятая с участка закрытого домами.

Контрольный образец показал оптимальный уровень загрязнения, был практически прозрачным.

Проведённое измерение позволяет судить о степени загрязнения снега компонентами сажи, которые в растворе образуют взвеси.

2. Определение степени загрязнения методом фильтрации растворов

Для проведения исследования полученные растворы после равномерного размешивания перелили в пластиковые контейнеры в равном объёме. Через бумажные фильтры растворы были отфильтрованы. Фильтры высушили и сравнили со шкалой загрязнения (приложение 1). Результаты измерений представлены в таблице 2 и приложении 3.

Таблица 2

Степень загрязнения фильтров

Полученные результаты полностью совпали с таблицей 1. Схожесть полученных результатов показывает достоверность применённых методов.

При изучении фильтров под лупой были видны тёмные пятна компонентов сажи, которые не растворились.

Однако данные измерения не дают полного представления о характере загрязнения, поэтому было проведено исследование на наличие растворённых веществ. Такими веществами могут быть оксиды серы, оксиды азота, тяжёлые металлы. Оксиды серы и азота могут повышать кислотность, накапливаясь в снеге.

3. Определение кислотности растворов

Для исследования показателя кислотности взяли универсальный бумажный индикатор, поскольку было решено использовать в работе наиболее простые и доступные методы. Универсальный индикатор удобен тем, что имеет цветную шкалу показателей кислотности и пользоваться им очень просто. Ещё одним преимуществом является быстрота и наглядность исследования.

Для проведения исследования в отфильтрованные растворы поочерёдно опускали бумажные полоски универсального индикатора. Полученные результаты рН растворов представлены в таблице 3.

Таблица 3

Кислотность растворов

Все полученные результаты имели показатели ниже значения рН 5,6 . такой показатель кислотности характерен для кислотных дождей. Данные говорят о повсеместном попадании в снег продуктов горения в виде кислотных оксидов. Показатель пробы в секторе А на расстоянии 50 метров отмечаем как критический, в секторе D на расстоянии 150 метров оцениваем как среднее. Остальные показатели оцениваем как высокие.

Следует отметить, что из-за субъективности определения цвета точность универсального индикатора может быть невысокая.

Биоиндикационные методы исследования

Для определения степени загрязнения воздуха исследовались некоторые параметры измерения сосны обыкновенной.

Сосна обыкновенная удовлетворяет следующим требованиям как биоиндикатор:

- характерна для данной природной зоны,

- распространена на всей исследуемой территории,

-имеет четко выраженную количественную и качественную реакцию на отклонение свойств среды обитания от экологической нормы,

-биология данного вида хорошо изучена.

Под действие загрязнителей происходит подавление репродуктивности сосны. Число шишек на дереве снижается, уменьшается число нормально развитых семян в шишках, заметно изменяются размеры женских шишек (до 15-20%). Биоиндикатором загрязненности атмосферы может служить ежегодный прирост деревьев на высоте, который на загрязненных участках может быть на 20-60% ниже, чем на контрольных. Информативной по техногенному загрязнению является состояние и продолжительность жизни хвои (от 1 до 5 и более лет).

В работе использовались методы биоиндикации, которые более доступны и достоверны для того, чтобы следить за изменением состояния окружающей среды.

Исследование состояния хвои

В данном исследовании применяется метод, основанный на зависимости степени повреждения хвои сосны обыкновеннойот уровня загрязнения атмосферного воздуха. Чтобы повысить достоверность показателей сбор материала в секторах проводился с нескольких деревьев.

Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические и анатомические изменения, а также продолжительность жизни хвои. При хроническом загрязнении лесов диоксидом серы наблюдаются повреждение и преждевременное опадение хвои.

В незагрязненных лесных экосистемах основная масса хвои здорова, не имеет повреждений, и лишь малая часть хвоинок имеет светло - зеленые пятна и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. В загрязненной атмосфере появляются повреждения, и снижается продолжительность жизни хвои.

Методика исследований заключалась в следующем: выбирались сосны высотой 1–1,5 м на открытой местности с 8–15 боковыми побегами. У каждого дерева осматривались хвоинки предыдущего года (вторые сверху мутовки). Если деревья очень большие, то обследование проводились на боковом побеге в четвертой сверху мутовке. Всего собирались по 10 хвоинок с 5 деревьев на каждом участке.

Для определения качества хвои использовали лупу с подсветкой. Затем выполнялись подсчеты хвоинок с пятнами, некрозами и усыханиями. По степени повреждения и усыхания хвою с каждого участка разделили на несколько групп:

по степени повреждения (некрозы):

1 – хвоинки без пятен;

2 – хвоинки с небольшим числом мелких пятен;

3 – хвоинки с большим числом черных и желтых пятен.

по степени усыхания:

показатель 1 – на хвоинках нет сухих участков;

показатель 2 – на хвоинках усох кончик 2 – 5 мм;

показатель 3 – усохла 1/3 хвоинки;

показатель 4 – вся или большая часть хвоинки сухая.

Далее данные по каждому показателю занесли в таблицы 4, 5 и приложение 4.

Таблица 4

Состояние хвои по степени повреждения

Наибольшая степень повреждения хвои в виде некротических точек наблюдается вокруг котельной на расстоянии 50 метров. Далее степень повреждений уменьшается по мере удаления.

Однако, следует отметить более высокие показатели и их совпадение в секторах А и С, что может быть связано с близким расположением всех источников загрязнения.

Таблица 5

Состояние хвои по степени усыхания

Полученные показатели по степени загрязнения практически совпадают с данными, представленными в таблице 4. Такие данные могут говорить только о постоянном воздействии загрязнителей на изучаемой территории и их постоянном воздействии на живые организмы.

Показатели служат доказательством эффекта накопления вредных веществ в телах живых организмов.

Исследование подроста

Подрост важная составная часть лесного растительного сообщества. Молодые деревца обеспечивают восстановление леса, но в то же время это показатель благополучия леса и его нормального состояния. Если под пологом деревьев есть подрост, значит, лес может поддерживать свое существование, он достаточно жизнеспособен. Присутствие подроста указывает на то, что взрослые деревья в достаточном количестве образуют семена, эти семена хорошо прорастают, а всходы находят благоприятные условия для своего дальнейшего развития.

Показатели исследования наличия подроста изучалось путём подсчета молодых деревьев высотой до 1,5 метра в трансектах. Трансекты закладывались в каждом секторе на соответствующих расстояниях. Площадь каждой трансекты составляла 5*5 метров.

Данные представлены в таблице 6.

Таблица 6

Наличие подроста

Полученные результаты показывают угнетение подроста во всех секторах, а значит степень загрязнения территории высокая. Можно сделать вывод, что естественное возобновление леса может служить достаточно достоверным показателем степени загрязнения. Кроме этого наблюдали искривление стволов и плохое формирование кроны у подроста. Считаем, что данные показатели также можно использовать для оценки степени загрязнения.

Выводы

В ходе исследования была проведена комплексная оценка степени загрязнения конкретной территории села Курумкан с использованием физико-химических и биоиндикационных методов. Применяемые методы были подобраны с учётом доступности и простоты использования.

С помощью физико-химических методов исследовалась степень загрязнения снега. Было установлено, что снег можно использовать как показатель загрязнения воздуха, потому что в нём были обнаружены частицы сажи, угольная пыль. Была изучена прозрачность раствора и фильтры. Показатели сравнивались с предложенной шкалой загрязнения. Результаты показывают критическую степень загрязнения во всех секторах на расстоянии 50 метров и высокую степень загрязнения на большинстве остальных участков. Показатели степени загрязнения фильтров полностью совпали с показателями загрязнения растворов, что показывает высокую степень эффективности и достоверности используемого метода.

Кроме этого на всех исследуемых участках была выявлена степень кислотности ниже значения рН 5,6, которое соответствует показателю кислотных дождей, что также подтверждает результаты предыдущего исследования. Полученные результаты подтверждают высокое содержание кислотных оксидов, которые являются загрязнителями атмосферного воздуха. Было отмечено, что из-за субъективности определения цвета точность универсального индикатора может быть невысокая.

С помощью биоиндикационных методов исследовалось состояние хвои и подроста сосны обыкновенной, как наиболее информативных показателей. Исследование хвои проводилось по двум показателям: количеству некротических точек и степени усыхания.

Результаты исследования хвои на наличие некротических точек показали критическую степень загрязнения в секторах А и С на расстоянии 50 метров и высокую степень загрязнения на большинстве остальных участков.

Полученные результаты исследования хвои совпадают с результатами физико-химического исследования, что также свидетельствует о достаточно высокой степени эффективности данного метода.

Результаты исследования подроста показывают критический уровень загрязнения во всех секторах на расстоянии 50 метров и высокий на остальных участках. Результаты совпадают с предыдущими показателями. Метод также доказал свою эффективность и достоверность.

По результатам комплексного обследования территории составлена карта загрязнения, на которой чётко видно усиление загрязнения от 50 до 150 метров во всех секторах. В целом следует отметить, что экологическая обстановка на данной территории неблагополучная, в сравнении с данными контрольных проб и замеров.

Применяемые в работе методы показали свою эффективность, отличаются наглядностью, простотой, удобны в использовании. Методы могут быть рекомендованы для комплексного мониторинга. При комплексном применении физико-химических и биоиндикационных методов можно получить достоверную информацию о степени загрязнения окружающей среды.

Список литературы

Барабанщиков Д.А., Сердюкова А.Ф., «Экологические проблемы озера Байкал», «Молодой учёный» №25, 2017 год.

Буйволов Ю.А., Кравченко М. В., Боголюбов А.С. Методика оценки жизненного состояния леса по сосне: Методическое пособие. – М.: Экосистема, 2003. – 25 с.

Букштынов А.Д. Леса (Природа мира). – М.: Мысль, 1996. – 28-29 стр.

Валенюк М. А. Биоиндикация воздуха по состоянию хвойных. 2004. http://en.edu.ru.

Галимская К.К., Рондикова Л.И. «География белгородской области». – Воронеж, центрально-черноземное книжное издательство, 1996. – 109 стр.

Детская энциклопедия children. 2000. http: claw.ru_2_plants_Content_001_12.htm.

Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. – Л.: Гидрометеоиздат, 1994. – 36-43 стр.

Кошевой Е. Н. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем /Под ред. Р. Шуберт. – М.: Мир, 1998. – 65-74 стр.

Колпиков М. В. Лесоводство с дендрологией. – М.: ГОСЛЕСБУМИЗДАТ, 1994. – 10-18 стр.

Луценко Я.И., Васильев А.В. Использование биоиндикации и биотестирования в экологии. – М.: Дрофа, 1998. – 15-35 стр.

Полюшкин Ю. В., Китов А. Д. Мониторинг состояний лесных экосистем.// Экологический журнал «Волна». – 2001. – № 29 (4), 45стр.

Петров В. В..«Лес и его жизнь» Москва, «Просвещение»,1999. – 135-138 стр.

Приложение 1.

Шкала загрязнения

Приложение 2

Степень загрязнения растворов

Приложение 3

Степень загрязнения фильтров

Приложение 4

Состояние хвои по степени повреждения

Состояние хвои по степени усыхания

Приложение 5

Карта территории

Карта загрязнения

22