V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В г. КЕРЧЬ МЕТОДОМ ЛИХЕНОИНДИКАЦИИ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

ЖОВТОНИЖКО Н.П. 1

---

1Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 23» муниципального образования городской округ Керчь

Ошкадер А.В. 1

---

1Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования города Керчи республики Крым «Центр научно-технического творчества»

Работа в формате PDF

865.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность данной работы обусловлена тем, что с 2014 г. в г. Керчь значительно увеличилась антропогенная нагрузка, связанная с ростом количества транзитного автотранспорта. Эта проблема влечет ухудшение состояния атмосферного воздуха. Метод лихеноиндикации позволяет оперативно определить районы города с высоким уровнем загрязнения воздуха, является удобным и доступным.

Цель работы - оценить состояние атмосферного воздуха в г. Керчь методом лихеноиндикации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить проблему загрязнения атмосферного воздуха в городах.

2. Освоить методику лихеноиндикации.

3. Определить состояние атмосферного воздуха в различных районах г. Керчь.

4. Сделать выводы о качестве атмосферного воздуха в городе Керчь.

Объект исследования – атмосферный воздух.

Предмет исследования – состояние атмосферного воздуха в г. Керчь.

Оборудование: фотоаппарат, лупа, рулетка, палетка.

Методы исследований: метод описания, метод измерения, метод анализа, метод лихеноиндикации, а также метод статистической обработки.

Научная новизна: впервые получены сведения по качеству атмосферного воздуха в городе Керчь с помощью метода лихеноиндикации.

Практическая значимость: выявлены районы с различным состоянием атмосферного воздуха и предложены мероприятия по его улучшению. Полученные результаты могут быть использованы при проведении дальнейших исследований в городе Керчь.

Раздел 1. проблемА загрязнения атмосферного воздуха в городах 1.1. Атмосферный воздух как среда обитания человека и живых организмов

Атмосферный воздух - жизненно важный компонент окружающей природной среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы, находящуюся за пределами жилых и иных помещений. Это смесь газов: кислорода, углекислого газа, аргона, азота, неона, криптона, ксенона, водорода, озона и др. (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Состава атмосферного воздуха

Он является первоисточником энергии всех организмов и залогом здорового роста и долгой жизни. Благодаря воздуху в организмах происходит процесс метаболизма и развития.

Воздух играет огромную роль в жизни растений. Основополагающими компонентами необходимыми для роста и жизни растений являются кислород, углекислый газ, водные пары и почвенный воздух.

Воздух способствует осуществлению микробиологических процессов, происходящих в почве. Благодаря этим процессам в почве образуются элементы, необходимые для питания, роста и жизни растений - азот, фосфор, калий и другие.

Организм животных очень чувствителен к недостатку кислорода. Из-за пониженной кислородной концентрации у животных перестают окисляться потребляемые белки, жиры и углеводы. Это приводит к накоплению вредных токсических веществ в организме.

Воздух является жизненно необходимым фактором для человека. Он разносится кровью по телу, насыщая каждый орган и каждую клетку организма.

Также воздух выполняет защитную для организма функцию: разбавляет химические загрязнители до безопасной концентрации. Это способствует снижению риска отравления организма химикатами.

1.2. Источники загрязнения атмосферного воздуха в городах

Загрязнение атмосферы - привнесение в атмосферный воздух новых не характерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение естественной среднемноголетней концентрации этих агентов в нём.

Рисунок 1.2 - Тепловые электростанции – источник загрязнения атмосферного воздуха

В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха на территории России вносят следующие отрасли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др.), далее предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранспорт, предприятия цветной металлургии и производство стройматериалов (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 – Вклад в загрязнение атмосферного воздуха (отрасли в %)

Значительные выбросы газа и пыли, содержащих токсичные вещества, отмечаются на заводах цветной металлургии при переработке свинцово-цинковых, медных, сульфидных руд, при производстве алюминия и др. Химическое производство. Выбросы этой отрасли, хотя и невелики по объему (около 2% всех промышленных выбросов), тем не менее, ввиду своей весьма высокой токсичности, значительного разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для человека и всей окружающей среды.

На разнообразных химических производствах атмосферный воздух загрязняют оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные газы (смесь оксидов азота), хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль и т. п.). В мире насчитывается несколько сот миллионов автомобилей, которые сжигают огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, прежде всего в крупных городах. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат огромное количество токсичных соединений - бенз(а)пирена, оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца в случае применения этилированного бензина.

1.3. Состояние атмосферного воздуха в городе Керчь

Основными источниками воздействия на атмосферу города Керчь являются промышленные предприятия, объекты жилищно-коммунального хозяйства и автотранспорт. Объемы выбросов вредных веществ в атмосферный воздух от стационарных источников загрязнения и автотранспорта, включая производственную технику, характеризуется снижением объемов с 2000 года по 2006 год. Из общего объема выбросов вредных веществ в атмосферный воздух в 2008 году, который по городу Керчь составляет 9210 тонн, 19,2% приходится на стационарные, а 80,8% на передвижные источники загрязнения. Всего выбросов от передвижных источников 7442 т. При этом структура выбросов на 74,2% состоит из окиси углекислого газа [3].

РАЗДЕЛ 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА 2.1. Характеристика г. Керчь

Керчь - город в восточном Крыму на берегу Керченского пролива. Является одним из древнейших городов мира. Город Керчь расположен на восточном побережье Керченского полуострова.

Население г. Керчь на 1 января 2018 года составляет 151,425 тысяч человек. Стоит отметить, что численность населения в разгар летнего сезона население города значительно увеличивается. Ежегодно на отдых в город приезжают большое количество отдыхающих через переправу [3].

2.2. Общая характеристика лишайников

Лишайники – своеобразная группа живых организмов, произрастающих на всех континентах, в том числе и в Антарктиде. В природе их насчитывают более 26 000 видов [8].

Долгое время лишайники были загадкой для исследователей. Однако до сих пор не пришли к единому мнению относительно их положению в систематике живой природы: одни относят их к царству растений, другие – к царству грибов.

Тело лишайника представлено слоевищем. Оно очень разнообразно по окраске, размерам, форме и строению. Слоевище может иметь форму тела в виде корочки, листовидной пластинки, трубочек, кустика и небольшого округлого комочка (рисунок 2.1). Некоторые лишайники достигают в длину более метра, но большинство имеют слоевище размером 3-7 см. Они медленно растут – за год увеличиваются на считанные миллиметры, а некоторые – на доли миллиметра. Возраст их слоевища нередко насчитывает несколько сотен и тысяч лет [1,2].

Рисунок 2.1 – Строение лишайника

Лишайники не имеют типичной зелёной окраски. Окраска лишайников сероватая, зеленовато-серая, светло- или тёмно-бурая, реже жёлтая, оранжевая, белая, чёрная. Окраска обусловлена пигментами, которые находятся в оболочках гиф гриба. Различают пять групп пигментов: зелёные, синие, фиолетовые, красные, коричневые. Цвет лишайников может зависеть также от окраски лишайниковых кислот, которые откладываются в виде кристаллов или зёрен на поверхности гиф [2].

Живые и отмершие лишайники, скопившаяся на них пыль и песчинки создают не обнажённом грунте тонкий слой почвы, в котором могут закрепиться мхи и другие наземные растения. Разрастаясь, мхи и травы затеняют наземные лишайники, засыпают их отмершими частями своих тел, и лишайники со временем исчезают с этого места. Лишайникам вертикальных поверхностей засыпание не грозит – они разрастаются и разрастаются, впитывая влагу дождей, рос и туманов.

В зависимости от внешнего облика слоевища лишайники делят на три типа [4-6]:

1. Накипные лишайники. Практически 80% от всех лишайников составляют именно накипные. По своей форме они похожи на корочку или тонкую пленку, прочно сросшуюся с субстратом (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Накипной лишайник

В зависимости от места обитания накипные лишайники подразделяются на [7]:

Эпилитные – развиваются на горных породах, скалах.

Эпифлеодные - поселяются на коре деревьев или кустарников.

Эпигейные - можно встретить на почве.

Эпиксильные накипные лишайники предпочитают гниющую древесину.

Из-за своего особенного внешнего вида эта группа лишайников может быть совершенно незаметной и сливаться с окружающей средой. Строение накипных лишайников своеобразно, поэтому их легко отличить от других видов. Но внутреннее строение практически у всех одинаковое.

Территории обитания накипных лишайников. Их можно встретить практически в каждой широте. Эти организмы способны приспосабливаться абсолютно к любым условиям.

2. Листоватые лишайники. Слоевище листоватых лишайников имеет вид листовидной пластинки, горизонтально распростертой на субстрате. Наиболее характерна для него округлая форма, которая обусловлена горизонтально-радиальным ростом гиф. В начале образования слоевища гифы листоватых лишайников растут от одного зачатка по радиусам окружности. У взрослых растений также наблюдается краевой рост гиф. Обычно молодые слоевища имеют правильную округлую форму, но позднее они начинают неравномерно разрастаться и форма их делается неправильной. Обычно форма слоевища определяется характером субстрата. Чем ровнее его поверхность, тем более правильную округлую форму имеют слоевища листоватых лишайников (рисунок 2.3) [6].

Рисунок 2.3 – Листоватый лишайник

Наиболее простое слоевище листоватых лишайников имеет вид одной крупной округлой листовидной пластинки, достигающей в диаметре 10 – 20 см. Такая пластинка нередко бывает плотной, кожистой, окрашенной в темно серый, темно-коричневый или черный цвет. Слоевище, состоящее из одной листовидной пластинки, носит название монофильного. Монофильное пластинчатое слоевище обычно прикрепляется к субстрату только в своей центральной части с помощью толстой короткой ножки, называемой гомфом [6].

Более сложным по строению является листоватое слоевище, рассеченное на множество мелких лопастей. Эти лопасти бывают самого разного размера и формы: узкими и широкими, слабо- и сильноветвистыми, плоскими и выпуклыми, тесно сомкнутыми и разделенными, налегающими друг на друга своими краями или строго отграниченными. Как правило, они собраны в округлые розетки, но иногда образуют слоевища неопределенных, бесконечно разнообразных форм – по внешнему облику они напоминают искусно сплетенные кружева, окутывающие разноцветным чехлом стволы и ветви деревьев [4,5].

Характерной особенностью листоватого слоевища лишайников является его дорсовентральное строение, при котором верхняя поверхность отличается по строению и окраске от нижней.

3. Кустистые лишайники. Слоевище кустистых лишайников имеет вид прямостоячего или повисающего кустика, реже неразветвленных прямостоячих выростов. По организационному уровню кустистые лишайники представляют высший этап развития слоевища. Эти лишайники обычно прикрепляются к субстрату только небольшим участком нижней части слоевища. Прямостоячие напочвенные кустистые лишайники чаще всего прикрепляются к почве тонкими нитевидными ризоидами. Прикрепление повисающих слоевищ кустистых лишайников к коре дерева или поверхности скал происходит с помощью псевдогомфа. Последний имеет вид короткой ножки, расширенной на конце в небольшую пяточку; он напоминает по внешнему виду гомф листоватых лишайников, но отличается от него анатомическим строением. Редкое исключение среди кустистых лишайников составляет антарктический лишайник гимантормия траурная. Слоевище его, имеющее вид черных, как бы мертвых кустиков с разбросанными белыми пятнами, прикрепляется к скалам с помощью подслоевища (рисунок 2.4) [6].

Рисунок 2.4 – Кустистый лишайник

Слоевища кустистых лишайников могут быть разных размеров. Высота самых маленьких составляет всего несколько миллиметров, а наиболее крупных 30 - 50 см. Повисающие слоевища кустистых лишайников иногда могут достигать колоссальных размеров.

Слоевища кустистых лишайников чрезвычайно разнообразны по форме. Наиболее простые имеют вид отдельных прямостоячих неразветвленных выростов. Но чаще кустистые лишайники бывают разветвленными и образуют слоевище в виде густых компактных дерновинок. Такой формой слоевища обладают очень многие лесные и тундровые напочвенные лишайники. Кустистые слоевища эпифитных лишайников обычно имеют вид лохматого кустика. Но иногда их лопасти бывают очень тонкими, сильно вытянутыми, почти нитевидными. Такие слоевища напоминают по внешнему облику длинные седые или черные бороды [1,2].

Среди кустистых лишайников различают слоевища с плоскими и округлыми лопастями. Более примитивным типом строения является слоевище с плоскими лопастями. Эти слоевища ближе всего стоят к листоватым лишайникам, среди них имеются многочисленные переходные формы между листоватыми и кустистыми слоевищами. Как и у листоватых лишайников, у кустистых слоевищ с плосколинейными лопастями нередко наблюдается дорсовентральное строение. Но, в отличие от листоватых лишайников, на поперечном срезе лопастей можно различить уже не четыре, а пять анатомических слоев [4-6].

Помимо верхнего и нижнего коровых слоев, слоя водорослей и сердцевины, у этого лишайника имеется еще один слой водорослей, расположенный над нижней корой слоевища. Таким образом, уже у кустистых лишайников с плосколинейными лопастями благодаря вертикальному росту слоевища происходит увеличение поверхности, занятой водорослями, что способствует более интенсивному процессу фотосинтеза.

Далее в эволюционном развитии кустистых лишайников намечается переход к радиальной структуре слоевища, как наиболее выгодной для лишайника. В цилиндрических лопастях водоросли располагаются по окружности и тем самым достигаются равномерность их освещения со всех сторон и максимальное увеличение ассимиляционной поверхности слоевища.

2.3. Метод лихеноиндикации

Для оценки загрязнения атмосферы города, районного центра, поселка выбирается вид дерева, который наиболее распространен на исследуемой территории. Карту города, поселка делят на квадраты, в каждом из которых подсчитывается общее число исследуемых деревьев и деревьев, покрытых лишайниками. Для оценки загрязнения атмосферы конкретной магистрали, улицы или парка описывают лишайники, которые растут на деревьях по обеим сторонам улицы или аллеи парка на каждом третьем, пятом или десятом дереве [8].

Пробная площадка ограничивается на стволе деревянной рамкой, например, размером 10 х 10 см, которая разделена внутри тонкими проволочками на квадратики по 1 см². Отмечают, какие виды лишайников встретились на площадке, какой процент общей площади рамки занимает каждый растущий там вид. Кроме того, указывают жизнеспособность каждого образца: есть ли у него плодовые тела, здоровое или чахлое слоевище.

На каждом дереве описывают минимум четыре пробные площадки: две у основания ствола (с разных его сторон) и две на высоте 1,4-1,6 м. Обследование можно провести по наличию какого-то одного вида лишайников на данной территории, или собрать информацию о его обилии в разных точках, или подсчитать количество всех видов лишайников, взрастающих в районе исследования. Оценка встречаемости и покрытия дается по 5-бальной шкале (таблица 2.1) [8].

Таблица 2.1 - Оценка встречаемости и покрытия лишайниками [8]

После проведения исследований на нескольких десятках деревьев делается расчет средних баллов встречаемости и покрытия для каждого типа роста лишайников: накипных (Н), листоватых (Л) и кустистых (К). Зная баллы средней встречаемости и покрытия Н, Л, К, легко рассчитать показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) по формуле:

,

Чем выше показатель ОЧА (ближе к единице), тем чище воздух местообитания. Имеется прямая связь между ОЧА и средней концентрацией диоксида серы в атмосфере. Результаты лихеноиндикации вносятся в таблицу 2.2 экопаспорта [7,8].

Таблица 2.2 – Экопаспорт оценки чистоты воздуха при помощи лишайников [8]

РАЗДЕЛ 3. Определение состояния атмосферного воздуха в различных районах г. Керчь 3.1. Результаты проведенных исследований методом лихеноиндикации

Для проведения оценки состояния атмосферного воздуха методом лихеноиндикации были выбраны три района города Керчь:

1. СОШ № 23

2. СОШ №12

3. Дачный кооператив (ул. Чкалова)

Для оценки загрязнения атмосферы в выбранных районах были установлены пробные площадки. В каждом районе было обследовано по 19-20 деревьев. Далее проводилось обследование стволов деревьев на наличие лишайников, устанавливался их вид, а также какой процент общей площади палетки занимает каждый вид лишайника. Результаты проведенных исследований в трех районах г. Керчь представлены в таблицах 3.1-3.3.

Таблица 3.1 – Результаты исследований в районе 1«СОШ № 23»

Продолжение таблицы 3.1

Таблица 3.2 – Результаты исследований в районе 2«СОШ № 12»

Таблица 3.2 – Результаты исследований в районе 3 «Дачный кооператив (ул. Чкалова)»

Продолжение таблицы 3.3

Для проведения комплексной оценки качества атмосферного воздуха в исследуемых районах определим среднюю площадь покрытия стволов деревьев каждым видом лишайника. Также рассчитаем процент встречаемости каждого вида лишайника. Результаты представлены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Экопаспорт оценки чистоты воздуха в г.Керчь при помощи лишайников

Таким образом, из трех исследованных районов на первом месте по качеству атмосферного воздуха - район «СОШ № 23», значение относительной чистоты атмосферы 0,5. На втором месте - район «СОШ № 12», значение относительной чистоты атмосферы 0,4 и на третьем месте - «Дачный кооператив (ул. Чкалова)», значение относительной чистоты атмосферы 0,3 (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Значение относительной чистоты атмосферы в районах

г. Керчь

Следует отметить, что во всех исследованных районах значение относительной чистоты атмосферы на высокое, т.к. чем лучше качество воздуха, тем ближе значение показателя к единице.

Основным источником загрязнения в исследованных районах является автотранспорт. В перспективе планируется проведение дальнейших исследований в других районах города.

3.2. Мероприятия по улучшения качества атмосферного воздуха в г. Керчь

В Керчи планируют установить стационарный пост наблюдения за уровнем загрязнения атмосферного воздуха. Такие посты откроют так же в Феодосии, Евпатории, Судаке и городе Саки. На сегодня стационарные посты наблюдения за уровнем загрязнения атмосферного воздуха действуют в Алуште и Ялте. Стационарный пост используется для постоянного наблюдения за концентрацией загрязняющих веществ или для постоянного отбора проб воздуха с их последующим анализом в специальной лаборатории. Стационарные посты оборудованы павильонами, которые устанавливают в заранее выбранных местах. Они используются для долговременного наблюдения за содержание основных загрязняющих веществ в атмосфере.

К мерам по предупреждению и снижению загрязнения атмосферного воздуха следует отнести:

- организация санитарно-защитных зон вдоль автомобильных дорог;

- ремонт дорог;

- снижение интенсивности движения автотранспорта в черте города за счет строительства объездных дорог;

- высадка зеленых насаждений.

ВЫВОДЫ

Таким образом, была проведена оценка качества атмосферного воздуха в г. Керчь методом лихеноиндикации. Были получены следующие результаты:

1. Раскрыта проблема загрязнения атмосферного воздуха в городах.

2. Изучена и апробирована методика лихеноиндикации.

3. Определено качество атмосферного воздуха в трех районах г. Керчь методом лихеноиндикации. Из трех исследованных районов на первом месте по качеству атмосферного воздуха - район «СОШ № 23», значение относительной чистоты атмосферы 0,5. На втором месте - район «СОШ № 12», значение относительной чистоты атмосферы 0,4 и на третьем месте - «Дачный кооператив (ул. Чкалова)», значение относительной чистоты атмосферы 0,3.

4. Предложены рекомендации по улучшению состояния воздушной среды в г. Керчь, которые включают:

- организацию санитарно-защитных зон вдоль автомобильных дорог;

- ремонт дорог;

- снижение интенсивности движения автотранспорта в черте города за счет строительства объездных дорог;

- высадку зеленых насаждений.

В перспективе планируется проведение дальнейших исследований в других районах города.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Ашихмина, Т.Я. Биоиндикация и биотестирование – методы познания экологического состояния окружающей среды [Текст] / Т.Я. Ашихмина. – Киров: Изд-во: Вятский государственный гуманитарный университет, 2005. – 236 с.

Бухарина, И.Л. Биоэкологические особенности травянистых и древесных растений в городских насаждениях [Текст]: монография / И.Л. Бухарина, А.А. Двоеглазова. - Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2010. – 184 с.

Доклад о состоянии и охране окружающей среды на территории Республики Крым в 2016 году [Текст]. – Ижевск: ООО «Принт-2», 2017. – 300 с.

Мукминов, М.Н. Методы биоиндикации [Текст]: учебно-методическое пособие / М.Н. Мукминов, Э.А. Шуралев. – Казань: Казанский университет, 2011. – 48с.

Опекунов, М.Г. Биоиндикация загрязнений [Текст]: учебное пособие / М.Г. Опекунов. - СПб.: Изд-во СПб ун-та, 2004. - 266 с.

Туровцев, В.Д. Биоиндикация [Текст]: учеб. пособие / В.Д. Туровцев, В.С. Краснов. – Тверь: Твер. гос. ун-т, 2004. – 260 с.

Шуберт, Р. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем [Текст] / Р. Шуберт. – М.: Изд-во «Мир», 1988. - 348 с.

Методические рекомендации по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ от 16 октября 2003 года № 460-р [Электронный ресурс], - http://docs.cntd.ru/document/901879474