VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Где в Иркутске жить хорошо?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Калугина  С.Р. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение г. Иркутска средняя общеобразовательная школа № 34

Петрова  А.А. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение г. Иркутска средняя общеобразовательная школа № 34

Работа в формате PDF

2.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Иркутск – старинный сибирский город, крупный административный, транспортный, культурный и научный центр Иркутской области. Иркутск имеет удобное географическое положение. Он расположен на террасах долины р. Ангары и прилежащих возвышенностях, при впадении в нее Иркута и Ушаковки, в 65 км от оз. Байкал. Иркутск находится почти посередине между западными и восточными границами России.

Город Иркутск состоит из 4 административных округов. Часть Правобережного округа – исторический и современный центр города. Здесь размещаются большинство административных учреждений, театры, музеи, библиотеки, памятники архитектуры. Другая часть Правобережного города- наиболее старая промышленная часть города, получившего название Рабочего предместья.

Октябрьский округ преимущественно состоит из современных жилых микрорайонов: микрорайонов Байкальский, Лисиха, Солнечный.

Свердловский округ – самый большой по численности населения округ. В его состав входят такие микрорайоны как: Академгородок, Ершовский, Кузьмиха, Мельниково, Первомайский, Приморский, Радужный, Синюшина Гора, Студгородок, Университетский, Юбилейный, Южный, поселок Энергетиков, предместье Глазково.

Ленинский округ – образуют микрорайоны Ново-Ленино, Иркутск-II, поселки Боково, Жилкино, Вересовка, Селиваниха, станция Батарейная.

Следует отметить, что Иркутск является одним из крупнейших промышленных городов нашей страны. Инфраструктуру города определяют промышленные предприятия теплоэнергетического, транспортного, машиностроительного, деревообрабатывающего, авиационного и других комплексов. Здесь расположено около 150 промышленных предприятий, из которых более 20 относятся к категории «потенциально опасных» для населения. Так, на территории Октябрьского округа располагаются ОАО "Иркутский релейный завод" и Иркуткий аэропорт. На территории Свердловского округа находятся крупные предприятия энергетической промышленности (Иркутская ГЭС и Новоиркутская ТЭЦ). Здесь располагается железнодорожный вокзал. Одно из крупных и значимых предприятий Ленинского округа – Иркутский авиационный завод [1].

В настоящее время в городе ведется активное строительство новых жилых микрорайонов. Они возводятся и в центре города и в разных жилых микрорайонах, а также на небольшом удалении от города. Поэтому у людей появилась возможность выбрать себе жилье по своим предпочтениям. Многие люди при приобретении новой квартиры или участка под строительство большое внимание уделяют именно вопросам чистоты воздуха. В связи с этим целью моей работы было: оценить степень загрязнения воздуха в разных районах г. Иркутска с использованием в качестве биоиндикатора сосну обыкновенную.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить литературу по теме исследования.

2. Определить древесную породу, которую можно использовать в качестве биоиндикатора.

2. Выбрать места отбора проб растений.

3. Оценить состояние крон, побегов и хвои на деревьев, произрастающих в разных районах города.

4. Определить кислотность гомогенатов хвои.

5. Построить карту-схему загрязнения территории города.

Объект исследования: сосна обыкновенная.

Предмет исследования: состояние крон, побегов и хвои сосны в разных районах города.

Исследования проводили, применяя «щадящий режим» в отношении природных объектов, максимально сохраняя в первозданном виде используемую территорию.

Методы исследования: биоиндикационный, морфометрический, сравнение.

Гипотеза – уровень загрязнения атмосферы в городе Иркутске одинаковый во всех районах.

Практическая значимость работы: результаты проведенной работы могут использоваться жителями города при решении очень важных вопросов, касающихся выбора района при приобретении новой квартиры, дома или участка.

1. Биоиндикация как метод экологического мониторинга

1.1. Сущность метода биоиндикации

Последствия загрязнения окружающей среды отражаются на внешнем виде растений. У растений под влиянием вредных веществ увеличивается число устьиц, толщина кутикулы, густота опушения, развивается хлороз и некроз (изменение цвета) листьев, раннее опадание листвы. Некоторые растения наиболее чутко реагируют на характер и степень загрязнения атмосферы. Это означает, что они могут служить живыми индикаторами состояния среды. В настоящее время разработан комплексный экологический мониторинг природной среды, составной частью которого является биологический мониторинг. Индикаторные растения могут использоваться как для выявления отдельных загрязнителей воздуха, так и для оценки состояния природной среды. Обнаружив по состоянию растений присутствие в воздухе специфических загрязнителей, приступают к измерению количества этих веществ различными методами, например, испытанием растений в лабораторных условиях. Весь комплекс экологических факторов (температура воздуха и почвы, влагообеспеченность, кислотность среды, загрязнение почв и воздуха металлами) сказывается на образовании пигментов в листьях, изменяя окраску различных частей растения. Этот биоиндикатор может оказаться наиболее информативным [2].

1.2. Основные понятия биоиндикации

Оценка качества почвы, воды и воздуха приобретает в настоящее время очень большое значение. Для того чтобы определить существующую степень нарушения окружающей среды используют два принципиально разных подхода: физико-химический и биологический. Биологический подход получил название биоиндикация.

С точки зрения охраны природы, важно 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.

Биоиндикация – это метод оценки действия экологических факторов при помощи живых организмов.

Биоиндикаторы – это биологические объекты, используемые для оценки состояния среды.

1.3. Сосна обыкновенная как биоиндикатор

Для оценки состояния атмосферного воздуха особое внимание многими учеными уделяется сосне обыкновенной (Pinus sylvestris L.).Это вид обладает высокой чувствительностью к атмосферному загрязнению [3]. Даже при небольшом воздействии выбросов у сосны появляются видимые признаки нарушения. Кроме того, сосна широко распространена в нашем регионе и в городе Иркутске. В связи с этим сосна обыкновенная представляет собой удобный объект для биоиндикации степени загрязнения атмосферного воздуха.

Реакции сосны на наличие загрязняющих веществ в воздухе и почве неспецифичны и отражают общий уровень загрязнения среды химическими веществами различной природы. Для оценки химической нагрузки на фитоиндикатор используют разные его признаки (характеристики). Самым распространенным и наиболее простым в исполнении является морфологический подход. Исследователи в качестве индикационных признаков рекомендуется использовать степень разреженности кроны, величину годового прироста побега, массу хвои и ее длину. Показательным является также такой показатель, как продолжительность жизни хвои.

Информативным признаком определенного уровня загрязнения атмосферы является состояние хвои: изменение окраски (хлороз, пожелтение), преждевременное увядание хвои, время жизни, наличие некротических пятен. Для индикационных целей могут быть использованы также морфологические и анатомические характеристики хвои сосны [4].

Хвоя сосны служит аккумулятором загрязняющих веществ. Это связано с тем, что хвоя сосны обладает способностью эффективно поглощать загрязняющие вещества из воздуха, а ряд металлов корневой системой из почвы. Ввиду малой поверхности листа, утолщенной кожицы и малого количества устьиц вынос поглощенных микроэлементов с поверхности хвоинки сосны очень мал. За время жизни хвои (4-6 лет в зависимости от условий произрастания дерева) в ее массе накапливаются характерные для данной местности микроэлементы в достаточно больших количествах [5].

2. Техногенное загрязнение г. Иркутска

Город Иркутск на протяжении многих лет включается в список экологически неблагополучных территорий России с высоким и очень высоким уровнем загрязнения воздуха [6]. В Иркутске насчитывается около 150 промышленных предприятий, среди которых более 20 относятся к категории "потенциально опасных для населения". В городе выделяется пять крупных промышленных узлов, находящихся в основном на удаленных от центра районов: в Ново-Ленино, Иркутске-II, Жилкино, районе Аэропорта, на Синюшиной Горе.

С выбросами этих предприятий в атмосферу поступает большое количество загрязняющих веществ, в частности диоксид серы. окислы азота, фтористый водород, соединения микроэлементов (свинца, никеля, кобальта, ртути), органические соединения. Многие из них обладают мутагенной и канцерогенной активностью, воздействуя в первую очередь, на человека и животных.

Одним из наиболее опасных источников загрязнения атмосферы в городе является автотранспорт, на его долю приходится свыше 50% от общего количества выбросов [2]. Особенность загрязнения атмосферы автотранспортом заключается в том, что вредные вещества распространяются по всей территории города, наибольшее количество концентрируется в центральной части города, где проходят основные дороги и количество машин, проходящих по дорогам за сутки наибольшее.

3. Экспериментальная часть

3.1. Места и методика отбора растительных проб

Полевые работы выполнялись в августе 2016-2017 гг., в середине вегетационного периода. В 12 парках и лесопарках города, расположенных в разных районах города мы провели обследование сосновых насаждений и отобрали побеги для выполнения дальнейших измерений. На рис. 1 отображена карта-схема с указанием мест отбора проб.

Рис. 1. Обследованные территории в пределах г. Иркутска.

Для сравнения городских деревьев были исследованы деревья сосны из чистого района, расположенного в 45 км от города в юго-западном направлении – пос. Моты (рис. 2). Этот поселок не подпадает под основной перенос выбросов от промышленных городов и удален от них на достаточно большое расстояние, поэтому мы и выбрали его в качестве контрольного (фонового).

Рис. 2. Расположение контрольного (фонового) участка

На всех обследованных территориях вначале описывали состояние сосны, определяли степень разреженности кроны, фиксировали наличие деревьев с повреждениями кроны, искривленными стволами, считали продолжительность жизни хвои. После этого с помощью секатора с 5 - 6 деревьев сосны 30 - 40-летнего возраста отбирали пробы побегов (рис. 3), их

Рис. 3. Отбор растительных проб.

складывали в пакет, подписывали и доставляли домой. Дома производили измерения длины побегов второго года жизни и длины хвои, а также на лабораторных технических весах взвешивали хвою и определяли массу хвои побега и массу одной хвоинки, подсчитывали количество хвоинок на побегах.

4. Изменение морфологических параметров кроны и побегов сосны обыкновенной в условиях города Иркутска

Результаты проведенных исследований показывают, что в центральной части города, микрорайонах Лисиха, Ново-Ленино, Иркутск-II, курорт Ангара снижается количество зеленой хвои в кроне дерева до 30-40%, в Академгородке, Солнечном, Синюшиной Горе, Рабочем этот показатель составляет 40-50%, в Радищево, Юбилейном, пос. Искра - 50-60%, в фоновых условиях значения этого параметра максимальны и составляют 80% (рис. 4). В центре города, Ново-Ленино и на курорте Ангара довольно часто регистрируются деревья с искривленными стволами, флагообразной формой кроны, нами обнаружены суховершинные деревья (рис. 5), а также деревья с сильно искривленными стволами, с флагообразной формой кроны.

а) б)

Рис. 4. Изреженность кроны а) в мкр-не Ново-Ленино, б) в мкр-не Лисиха.

Рис. 5. Суховершинное дерево сосны в мкр-не Ново-Ленино.

Во всех парках и лесопарках снижена продолжительность жизни хвои до 2 лет в центре города и Ново-Ленино, 3-4 лет в остальных районах, только в пос. Икра и Радищево она составляет 5, реже 6 лет, в чистом месте продолжительность жизни хвои составляет 5-7 лет. Следует отметить, что хвоя старших возрастов в основном удерживается на ветвях в верхней и средней частях крон, а в нижней части она отсутствует. Кроме того, очень часто в центральной части города на побегах в нижней части кроны отмечается присутствие только слаборазвитой хвои первого года жизни.

Хвою визуально анализировали на наличие хлоротичных пятен, некротических точек.

Оценка повреждения (желтые или черные пятна): 1- хвоинка без пятен, 2- есть несколько мелких пятен, 3- много пятен, некоторые из них крупные во всю ширину хвоинки.

Оценка усыхания: 1- нет сухих участков, 2-кончик 2-2мм усох и пожелтел, 3- усохло до 1/3 длины , 4- вся хвоинка желтая, более ½ длины сухая. Надо иметь в виду, что шипик на конце хвоинки всегда более светлый, поэтому его окраска не включается в оценку!

Наибольшее количество поврежденной хвои обнаружено нами в центре города, в мкр-не Ново-Ленино и на курорте Ангара (рис. 6).

Рис. 6. Желтая хвоя в кроне дерева (курорт Ангара).

На хвое деревьев при воздействии выбросов появляются светло-зеленые пятна, потом они буреют и засыхают, со временем отмирают и деревья. От выбросов заводами сернистых соединений лес может погибнуть в радиусе до 10 км, на большем расстоянии содержание газов снижается в 3-4 раза. Наименее устойчивы против газов и пыли сосна и ель, более устойчивы лиственница и все мягколиственные породы. Это и понятно – лиственные породы сбрасывают на зиму листья, а сосна, ель и кедр меняют хвою через 3-5 лет.

Если сосновые иголки без пятен, воздух считают идеально чистым; если хвоинки с редкими мелкими пятнами, воздух чистый. Если имеются хвоинки с частыми мелкими пятнами, можно говорить о загрязненном воздухе, а при наличии желтых и черных пятен – об опасно грязном воздухе. Когда максимальный возраст хвои не превышает двух лет и хвоинки все в многочисленных пятнах, можно говорить уже об очень грязном, вредном для здоровья воздухе.

Для оценки состояния сосновых древостоев и оценки уровня загрязнения в парках и лесопарках города исследовался также ряд других морфометрических параметров, в том числе: длина и масса хвои, длина и охвоенность побегов. Полученные данные свидетельствуют о значительном разбросе этих параметров на городской территории.

Во всех округах города обнаруживается уменьшение линейных размеров, количества хвои на побегах и массы хвои сосны (табл. 1). Так, длина побегов и сырая масса хвои на них ниже фоновых значений до 5,7 раза, количество хвоинок на побеге – до 4 раз, массы одной хвоинки – до 1,5 раз. Наиболее низкие значения измеренных параметров выявляются в центральной части города и мкр-не Ново-Ленино, наиболее высокие показатели обнаруживаются в Радищево и. Искре, т.е. наиболее удаленных от центра города районах.

Следует отметить, что в центральной части города и мкр-не Ново-Ленино, большую роль в угнетении древостоев оказывают выбросы автотранспорта. Поскольку именно в этих районах отмечается самый большой поток автомобилей.

5. Кислотность растительных вытяжек

Кислотность среды является важнейшим диагностирующим признаком природных объектов. Изменение величины рН влияет как на физико-химические свойства почв, так и на химическую активность элементов в растительном организме. Говоря о значениях кислотности гомогенатов хвои сосны, необходимо отметить, что древесная растительность очень чутко реагирует на изменение кислотности почвенных условий и загрязнение атмосферного воздуха кислотно-щелочными компонентами [3]. Как известно, повышение кислотности до значений близких к нейтральным благоприятствует росту большинства растений и способствует росту активности микроорганизмов, а также связыванию некоторых растворимых соединений тяжелых металлов. Однако дальнейшее подщелачивание может привести к образованию труднорастворимых форм ряда элементов, а начиная со значений рН 8-9 почва становится непригодной для роста растений [3].

Таблица 1

Морфометрические параметры побегов и хвои сосны из разных районов г. Иркутска

(среднее значение ±стандартное отклонение)

Методика определения кислотности растительных вытяжек следующая. На электронных технических весах мы берем навеску 5 г хвои сосны. Опускаем ее в стакан и приливаем 100 мл воды. Перемешиваем получившуюся смесь стеклянной палочкой и оставляем на сутки. После измеряем кислотность на pH-метре, результаты записываем в специальный бланк.

Проведенные исследования по определению кислотности растительных вытяжек почвы показали, что в чистом районе водная кислотность гомогенатов хвои среднекислая и составляет 4,3-4,7, тогда как на территории г. Иркутска обнаруживается выраженное подщелачивание и кислотность в большинстве случаев составляет 5,6-7,0. Наиболее выраженное подщелачивание характерно для сосны, произрастающей на о. Юность, т.е. в центральной части города (табл. 2). Как известно, при подщелачивании

Таблица 2

Кислотность хвои сосны из разных районов г. Иркутска

среды снижается активность элементов питания и они не могут в нужных количествах поступать в хвою, в результате этого изменяется окраска хвои и нарушается протекание в них физиологических процессов.

6. Построение карты-схемы загрязнения атмосферы в г. Иркутске

Итогом проведенной работы по оценке крон и стволов деревьев, измерения длины побегов и хвои, а также количества хвоинок на побеге и массы хвои, а также измерение кислотности вытяжек из хвои стало создание карты-схемы (рис. 7), на которой показаны территории, различающиеся по уровню загрязнения.

Рис. 7. Карта-схема загрязнения территории г. Иркутска

Красным цветом выделены центральная часть города и мкр-н Ново-Ленино – это территории, характеризующиеся очень высоким уровнем загрязнения атмосферы. Деревья сосны на этих участках характеризуются минимальными значениями измеренных морфометрических параметров, наиболее высокой изреженностью кроны. наибольшими повреждениями стволов, а также максимальными значениями кислотности.

Оранжевым цветом обозначены мкр-н Иркутск-II, курорт Ангара и мкр-н Лисиха – территории с высоким уровнем загрязнения.

Светло-коричневым цветом выделены мкр-ны Синюшина Гора, Академгородок и Солнечный – территории со среднем уровнем загрязнения.

Желтым цветом обозначены мкр-ны Юбилейный и Рабочее – территории со слабым загрязнением.

Наиболее чистые территории - пос. Искра и Радищево- выделены на карте-схеме зеленым цветом. Это наиболее удаленные от центральной части города районы. По сравнению с контрольным местом сосна. произрастающая здесь, все таки имеет несколько меньшие показатели кроны, побегов и хвои. Но в сравнении с другими деревьями сосны растущими в городской среде в Искре и Радищево состояние сосняков наилучшее, что свидетельствует о минимальном воздействии промышленных выбросов.

Заключение

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что территория г. Иркутска различается по уровню загрязнения атмосферного воздуха. Наиболее экологически неблагополучными районами в Иркутске являются центральная часть города и мкр-н Ново-Ленино, самыми чистыми – мкр-н Радищево и пос. Искра.

Вывод, сделанный в нашей работе опровергает ранее выдвинутую гипотезу, о том, что уровень загрязнения атмосферы в городе Иркутске одинаковый во всех районах. Правильно говорить, что районы города различаются по уровню загрязнения атмосферного воздуха.

Библиографический список

1. Атлас развития Иркутска. - Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН, 2011. – 131 с.

2. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Под ред. Р. Шуберта. – М.: Мир, 1988. – 350 с.

3. Шергина О.В., Михайлова Т.А. Состояние древесных растений и почвенного покрова парковых и лесопарковых зон г. Иркутска. – Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН, 2007. – 200 с.

4. Кузьмин А.В., Жиров В.К., Исаков В.Н. Статистические закономерности морфогенеза листа в условиях неоднородной среды // Экология. – 1989. – № 5. – С. 68-70.

5. Тимофеев А.Н. Биоэкологические исследования школьников (Биология в школе). – 2007. – №2. – С.63-66.

6. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2014 году». – Иркутск: Форвард, 2015. – 347 с.