VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Влияние загрязнений атмосферного воздуха в г. Магнитогорске на состав снежного покрова и биоиндикатор - сосну обыкновенную

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Предеина С.А. 1

---

1МОУ "СОШ № 55" г. Магнитогорска

Климова С.А. 1

---

1МОУ "СОШ № 55" г. Магнитогорска

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Я живу в городе Магнитогорске, где главным градообразующим предприятием является металлургический комбинат. Многие друзья нашей семьи и родственники работают на этом металлургическом гиганте, поэтому меня всегда волновал вопрос, какое влияние оказывают промышленные выбросы ПАО «ММК» на чистоту воздуха и живые организмы. Очень часто от друзей и родственников я слышала, что в загрязнении воздуха виноваты выбросы комбината. Но так ли это на самом деле? Все ли жители нашего города так считают? Неужели с 70-х годов, с тех пор, когда гигант металлургии пережил несколько реконструкций, и до сегодняшнего дня так и не решаются проблемы очистки воздуха?

Зимой, после листопада, особенно заметно, как выпавший снег через пару часов становится серым, особенно вблизи дорог.

Из всего вышесказанного я поставила перед собой цель: изучить загрязнения атмосферного воздуха в городе Магнитогорске зимой и оценить их влияние на сосну обыкновенную.

Задачи:

Проанализировать данные о промышленном загрязнении воздуха в городе.

Изучить возможности применения метода биоиндикации.

Выявить биологические особенности произрастания сосны обыкновенной.

Оценить повреждения и усыхание хвои трёх биоиндикаторов.

Провести ряд опытов для определения химического состава снега.

Документально зафиксировать результаты опытов.

Проанализировать основную часть работы и сделать выводы.

Моя гипотеза: техногенные загрязнения в городе преобладают и отрицательно влияют на живые организмы

Объект исследования: загрязнение атмосферного воздуха.

Предметы исследований: хвоя трёх биоиндикаторов – растений вида сосна обыкновенная и пробы снега с разных участков, где произрастают биоиндикаторы.

Приборы и материалы для исследований:

Весы

Колбы конические

Пробирки

Стеклянные стаканчики

Пипетки

Воронки

Фарфоровые чашки

Фильтровальная бумага

Штатив для пробирок

Соляная кислота HCI

Индикаторная бумага

Вода

Хлорид бария BaCl₂

Красная кровяная соль K₃[Fe(CN)₆]

Родонит калия

3 пробы снега, взятые под соснами и 3 пробы снега с оконных рам.

Место проведения исследования – территория школьного участка по ул. Ленинградской города Магнитогорска и территория садового участка товарищества «Метизник» (12 км от центра города).

Актуальность выбранной темы связана с тем, что виды-индикаторы позволяют выявить специфические особенности среды в связи с техногенной нагрузкой, что сказывается на условиях обитания организмов.

Зимой листопадные растения воздух не очищают, поэтому вся пыль и её частички оседают на снегу. Поэтому я решила исследовать химический состав снежного покрова города. 3 пробы снега я брала рядом с биоиндикаторами.

Глава I. Сосна обыкновенная как биоиндикатор

атмосферного загрязнения в черте города

Биоиндикация – это оценка состояния окружающей среды по реакции живых организмов (растения, животные). Сущность биоиндикации в том, что определенные факторы среды создают возможность существования того или иного вида. Виды, которые позволяют выявить специфические особенности среды, называют индикаторами. Биоиндикация дает возможность судить об изменениях состояния среды и прогнозировать направление этих изменений.

Хвойные растения также чувствительны к загрязнению среды [4]. Они особенно сильно страдают от сернистого газа. Продолжительность жизни хвои у сосны составляет 3-4 года. За это время она накапливает такое количество сернистого газа, которое может существенно превысить пороговые значения [3].

Хвоепад (листопад) у сосны происходит осенью. Зеленые хвоинки располагаются на прошлогодних и побегах этого года, а желтые на более старых, которым уже более 3 лет. Также у сосны происходит изреживание кроны, появляется много сухих веток, покрытых редкой короткой хвоей. Сернистый газ поглощается растением через устьица, растворяется в жидкой фазе клеток (цитоплазме) и вызывает отравление живых тканей.

Под влиянием токсиканта у сосны происходят следующие изменения:

уменьшение продолжительности жизни хвои

отмирание побегов

появление некрозов (омертвление тканей)

изреживание кроны

уменьшение ширины годичных колец и др. [3]

Сосна обыкнове́нная (лат. Pínussylvéstris) – на Южном Урале широко распространённый вид растения рода «сосна» семейства «сосновые». В естественных условиях растет в лесах, часто встречается в лесополосах и в садовой полосе вокруг города Магнитогорска. Сосна сохраняет фотосинтетическую активность при низких температурах. Общеизвестно, что она является видом, реагирующим на загрязнение среды обитания техногенными продуктами [1].

Одним из преимуществ данного объекта исследования является возможность использования его в течение всего года. В связи с этим сосна обыкновенная представляет собой удобный объект для биоиндикации уровня загрязнения воздуха в городе.

Для оценки химической нагрузки на биоиндикатор используют разные его признаки (характеристики). Самым распространенным и наиболее простым в исполнении является морфологический подход. В различных литературных источниках в качестве индикационных признаков рекомендуется использовать величину годового прироста соснового побега, длину листовой пластинки (хвоинки).

Информативным признаком определенного уровня загрязнения атмосферы является состояние хвои: изменение окраски (хлороз, пожелтение), преждевременное увядание хвои, наличие некротических пятен. При этом форма и цвет некротического пятна является специфической реакцией на определенный вид загрязнения, а доля пораженной поверхности хвоинки может быть использована для количественной оценки реакции биоиндикатора [3].

Первый биоиндикатор - сосна обыкновенная, привезённая из экологически чистого района: питомника села Травники Чебаркульского района Челябинской области и установленная на школьном дворе (15 метров от проезжей части) в центре клумбы осенью 2017 года.

Второй биоиндикатор - сосна обыкновенная, высаженная на газоне школьного участка в 2015 году по ул. Ленинградской вблизи проезжей части (5 метров от дороги).

Третий биоиндикатор – сосна, растущая на садовом участке садового товарищества «Метизник» Ленинского района г. Магнитогорска.

Определение уровня загрязнения атмосферного воздуха в городе

Цель исследования:изучить экологическое состояние атмосферного воздуха города, используя в качестве биоиндикатора сосну обыкновенную.

Тест для определения уровня загрязнения атмосферы[3]

Используя визуальный метод и метод количественной оценки, определить состояние хвои сосны обыкновенной на трёхпалых ветках сосны.

Рисунок двулетнего побега

биоиндикатора-сосны обыкновенной.

I. Шкала оценки повреждения хвои:

1. Хвоинки не имеют пятен.

2.Хвоинки имеют многочисленные пятна.

3.На хвоинках большое количество жёлтых и чёрных пятен, в том числе во всю ширину хвоинки.

Результат оценивания. По шкале оценивания повреждения хвои на 1 биоиндикаторе количество пятен составило 30% хвои; на 2 биоиндикаторе количество пятен составило 70% хвои; на 3 биоиндикаторе количество пятен составило 2% хвои.

II. Шкала оценки усыхания хвои:

1.Сухие участки отсутствуют.

2.Кончики усохли на 2-5 мм (светлый шипик на конце хвоинки не учитывается).

3.Усохла треть хвоинки.

4.Усохло более половины хвоинки или вся она жёсткая.

Результат оценивания. По шкале оценивания усыхания хвои на трёхпалой ветке 1 биоиндикатора усохло 10% хвои (20-50 мм на каждой хвоинке); на трёхпалой ветке 2 биоиндикатора усохло 75% хвои (20-40 мм на каждой хвоинке).

III. По шкале оценивания изреживания кроны (светлый шипик на конце хвоинки не учитывается) на трёхпалой ветке 1 биоиндикатора из 38 хвоинок 60% -здоровая хвоя; на 2 биоиндикаторе из 25 хвоинок 10%- здоровая хвоя; на 3 биоиндикаторе из 80 хвоинок 90% - здоровая хвоя.

Если сосновые иголки без пятен, воздух считают идеально чистым (в данном случае это третий биоиндикатор - сосна обыкновенная из сада); если хвоинки с редкими мелками пятнами, воздух чистый (в данном случае это первый биоиндикатор – сосна обыкновенная, которую привезли из питомника). Если имеются хвоинки с частыми мелкими пятнами, можно говорить о загрязнённом воздухе (в данном случае это второй биоиндикатор - сосна обыкновенная, расположенная вблизи проезжей части).

Глава II. Оценка химического состава снежного покрова

Определение хлорид-ионов.

Определение хлорид-ионов основано на реакции осаждения хлоридов нитратом серебра:

Ag⁺ + Cl^-→AgCl↓

При малых концентрациях хлорид-ионов выпадение осадков не происходит, а возникает помутнение раствора.

Ход определения:в мерную колбу на 50 мл приливают объём пробы, затем приливают 5 мл 2Н р-ра H₂SO₄ + 5 мл 0,05М AgNO₃. Через 10 минут измеряют значение оптической плотности при λ=400 нм. По значению оптической плотности из калибровочного графика находим концентрацию хлорид-иона.

Определение сульфат-ионов.

Определение сульфат-ионов основано на реакции осаждения их хлоридом бария:

SO₄^2- + Ba²⁺ = BaSO₄↓

Результат опыта: в определённых пределах концентрации сульфатов образуется белая муть.

Ход определения: в мерную колбу на 50 мл приливают объём пробы, затем приливают 0,5 мл 1М HC1 и 5 мл 10%-ного BaCl₂. Через 10 минут измеряют значение оптической плотности при λ=400 нм. По значению оптической плотности из калибровочного графика находят концентрацию сульфат-ионов.

Результат опыта: проведя опыт №2 на обнаружение сульфат-ионов (добавив к талой воде хлорид бария), в результате реакции была замечена белая муть. Присутствие сульфат-ионов можно считать техногенным загрязнением воздуха, осадков и талой снеговой воды.

SO₃^2- + Ba²⁺ = BaSO₄↓(белыйосадок)

Определение железа.

Ход определения:в мерную колбу к 1мл пробы талой воды приливают 2-3 капли H₂SO₄. Затем к полученному раствору добавляют 5-7 капель KSCN. В результате реакции раствор должен окраситься в красный (розовый) цвет.

Результат опыта:добавив к талой воде родонит калия признаком реакции было изменение цвета. Присутствие железа можно считать промышленным загрязнением воздуха, осадков и талой снеговой воды.

Fe³⁺ + 3SCN^- = Fe(SCN)₃↓

Определение pH.

Ход определения: снеготалую воду наливают в стаканчик и проводят измерение pH на иономере ЭВ-74, предварительно прокалиброванном по стандарт-титрам.

Определение взвешенных веществ и сухого остатка.

Наличие нерастворимых веществ определяют путём фильтрования, высушивания осадка на фильтре и взвешивания. Общее солесодержание талой воды находят путём прибавления к 500 мо профильтрованной талой воды 5 мл 10%-ного раствора соляной кислоты с последующим выпариванием до сухого остатка и взвешивания.

Определение уровня техногенного загрязнения свинцом

талой воды в черте города

Цель работы:определение загрязнённости талой воды придорожной территории свинцом.

Результат опыта: в мерную колбу к 1мл пробы талой воды приливают 2-3 капли Na₂S. Дают отстояться в течение 5 минут. В результате реакции должен выпасть чёрный осадок.

Проведя опыт, был выявлен свинец (Pb). Присутствие элемента можно считать техногенным загрязнением воздуха и, значит, зимних осадков и талой снеговой воды.

Pb²⁺+S^2-=PbS↓

СВИНЕЦ (PB)

Загрязнение окружающей среды свинцом происходит из-за промышленной деятельности: цветной металлургии, производства аккумуляторов, консервной промышленности, а также является компонентом автомобильных выхлопов. Класс опасности свинца – первый, а значит, он крайне опасен для организма человека. Отравление свинцом проявляется не моментально [4]. Это коварное вещество остается в организме надолго, накапливаясь в костях и тканях. Свинец нарушает функции сердечно-сосудистой и кровеносной систем, слухового аппарата, а также приводит к снижению интеллектуальных способностей. Первые симптомы схожи с признаками сильного переутомления – вялость, головокружение, плохое настроение и т.д. Если своевременно не обратиться к врачу за помощью, симптомы будут только усугубляться. При длительном воздействии свинца на организм у человека появляются судороги, боль в мышцах, дефекты речи. Тяжелое отравление может привести к параличу, или смерти.

Глава III. Выявление возможных причин загрязнений воздуха

в городе Магнитогорске

С целью выяснения мнения жителей города о причинах загрязнений воздуха, я решила провести соцопрос среди разных возрастных групп населения.

Первая и вторая группы респондентов – это родители и представители старшего поколения, которые приходят забирать первоклассников после уроков и гуляют с маленькими детьми в сквере на проспекте Металлургов. Третья группа респондентов – пятиклассники, а четвёртая группа – мои одноклассники, учащиеся 10 класса.

Количество респондентов в каждой группе – 20 человек, опрос проводился в ноябре-декабре 2017 года. Все взрослые респонденты отвечали охотно, чувствовалось, что их интересует проблема загрязнения воздушной среды. Пятиклассники и десятиклассники отвечали на вопросы анкеты, составленной мною с помощью учителя, на уроке биологии. Анкета состояла из трёх вопросов:

1. Что, по вашему мнению, загрязняет воздух в нашем городе?

а) выхлопы автомобильного транспорта б) выбросы ПАО «ММК»

в) выбросы других предприятий города г) всё вместе

2. Являются ли выбросы ПАО «ММК» основными загрязнителями воздуха? (да/нет)

3. Какие, по вашему мнению, необходимо предпринять меры по очищению воздуха в городе? (выберите несколько)

а) закрыть ПАО «ММК»;

б) уменьшить выхлопы автомобильного транспорта через запрет стоянок во дворах под окнами и строительство тёплых стоянок;

в) способствовать переводу автомобилей с бензинового на газовое и биотопливо;

г) чаще пользоваться дома освежителями воздуха и дезодорантами для тела;

д) запретить сжигать мусор и листву в черте города и садах;

е) затрудняюсь ответить.

Результаты соцопроса

вопрос - 80 % респондентов считают, что главным загрязнителем воздуха в нашем городе является ПАО «ММК», 16 % считают, что все причины необходимо учитывать и только 4 % считают, что причина - выхлопы автомобильного транспорта.

вопрос - 80 % -ДА, выбросы ПАО «ММК» основные загрязнители воздуха; 20 % НЕТ, не только выбросы ПАО «ММК» являются основными загрязнителями воздуха

3 вопрос - лидируют ответы б, в, д; что доказывает вдумчивое отношение респондентов к экологическим проблемам города, но закрывать градообразующее предприятие большинство респондентов даже не предлагает (только два пятиклассника из 60 человек (3, 33 %) ответили, что надо закрыть ПАО «ММК»).

Затем посмотрим перечень вредных веществ в составе выбросов металлургического комбината, для чего используем данные из официального документа «ГОДОВОЙ ОТЧЕТ о работе ПАО ММК ЗА 2017 ГОД»

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Приоритетным направлением в природоохранной деятельности ПАО «ММК» является защита атмосферного воздуха. Наиболее значительное воздействие на атмосферный воздух оказывают выбросы от производственной деятельности аглоцеха, доменного цеха, электростанций, коксохимического производства. Основными загрязняющими веществами, выбрасываемыми в атмосферу в результате производственной деятельности ПАО «ММК», являются твёрдые вещества (пыль), азота диоксид, серы диоксид, углерода оксид, фенол [7].

Как видим, показатели валовых выбросов, очень опасного вещества диоксида серы и др. уменьшаются. Нет в списке выбросов свинца (Pb). Тогда очевидным становится, что крайне опасное вещество для человека и других организмов является компонентом автомобильных выхлопов.

Экология современного мира такова, что полностью избавиться от вредных веществ мы не можем. Тем не менее, в наших силах снизить риск отравления ими к минимуму. Выполняя следующие рекомендации, вы сможете защитить себя от вредных примесей в воздухе:

если окна в Вашем доме выходят на улицу с активным движением автотранспорта либо на промышленное предприятие, помещение необходимо правильно проветривать. Открытые окна, впуская опасные газы, лишь ухудшают «погоду в доме». В такой ситуации поможет бризер: система фильтрации устройства будет очищать воздух от вредных веществ, поступающих с улицы;

во время отпуска или на выходных лучше всего выбираться на природу, в места, где есть горы, леса и чистые водоемы. Чистый, свежий воздух благотворно влияет на иммунитет и здоровье. Только, желательно, на автобусе;

если же вы поехали на личном автомобиле, не забудьте оставить его на специальной стоянке, не заезжайте на нём в лес;

не стесняйтесь делать замечание тем автолюбителям, которые не стесняются направлять выхлопные газы в окна жителей 1-2 этажа, разогревая зимой двигатели и записывать номера для звонка в ГАИ большегрузных автомобилей с наиболее «грязными» дизельными моторами, которым запрещено движение по центральным улицам городов;

посадите, наконец, дерево!

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проанализировав химический состав талой воды и, оценив повреждения и усыхание хвои, я подтвердила гипотезу о том, что техногенные загрязнения в городе преобладают и отрицательно влияют на живые организмы. Помимо вредных выбросов ОАО «ММК» источниками загрязнения являются токсичные выбросы автомобилей. Попадая с осадками в дыхательную систему, на кожу, листву, в воду и почву, опасные элементы могут накапливаться и медленно убивать. Но отказываться от металлургического производства, машиностроения и других технических достижений Человек не может. Надо только каждому автолюбителю, так же как и потребителю любых других технических изобретений критично рассматривать свои поступки и задумываться, не последуют ли за ними опасные для жизни отрицательные последствия?

ПАО «ММК» - градообразующее предприятие нашего города и я горжусь тем, что кроме производства металла, предприятие считает приоритетным направлением природоохранную деятельность, то есть заботится о здоровье горожан и чистоте окружающей среды. После школы я планирую учиться в Магнитогорском горно-металлургическом университете, чтобы работать на ПАО «ММК» и заниматься обустройством очистных сооружений.

Список используемых источников и литературы

Биология. Дополнительные материалы к урокам и внеклассным мероприятиям по биологии и экологии в 10-11 классах/ авт.-сост. М. М. Боднарук, Н. В. Ковылина. – 2-е изд., стереотип.- Волгоград: Учитель, 2008. – 167 с.

Виноградов, Б. В. Растительные индикаторы и их использование при изучении природных ресурсов. – М: Высшая школа, 1964.

Ломаева, С. Н. Биоиндикация загрязнений окружающей среды. – Тюмень, 1998. – 25 с.

https://ru.wikipedia.

https://yandex.ru

http://megapredmet.ru

http://mmk.ru/upload/iblock/9dd/1%20ГО%202017 /ГОДОВОЙ ОТЧЁТ ПАО ММК ЗА 2017 ГОД

Приложения

Приложение 1

Приложение 2

План района школы «МОУ СОШ № 55»

Приложение 3

Биоиндикатор №1 (сосна клумбовая)

Биоиндикатор №2 (сосна придорожная)

Биоиндикатор №3 (сосна садовая)

Проведение опытов

Опыт №1. Выпаривание талой снеговой воды

Опыт №4. Присутствие свинца в талой снеговой воде.

Опыт №2. Фильтрование талой снеговой воды.

Опыт №3. Определение сульфат-ионов.