Исследование влияния городских зеленых зон на относительную влажность окружающей среды

VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Исследование влияния городских зеленых зон на относительную влажность окружающей среды

Асанова А.С. 1Гарбар В.О. 1
1МБОУ СОШ №12 "Центр образования"
Асанова И.В. 1Матвеева А.М. 1
1МБОУ СОШ №12 «Центр Образования».
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Город Серпухов с населением около 140 тыс. человек и площадью 3260 га – типичный промышленный город Центральной России. Длительное историческое развитие собственной производственной базы, а также положение Серпухова между двумя крупными промышленными агломерациями обусловили высокую степень преобразования природной среды и, как следствие, комплекс экологических проблем.

Город Серпухов представляет собой сложную природно-техногенную систему. Здесь сосредоточено более 50 крупных и средних предприятий приборостроения, машиностроения, стройиндустрии, пищевой промышленности, производство химволокна, кожи, бумаги, текстиля, сукна и др. В городе имеются автодороги с интенсивным движением, при этом окружной автодороги нет. Через город проходит также крупная железнодорожная магистраль, а по территории района – крупная автомагистраль Москва – Симферополь. Выбросы в атмосферу, осуществляемые предприятиями автотранспортом, а также выбросы в водоемы и попадание различных химических веществ и отходов в почвы, значительно загрязняют городскую среду.

Особенностью городской структуры Серпухова является высокая доля частного сектора (индивидуальные дома с садово-огородными участками) в общей жилой застройке. При этом значительная часть приусадебных земель используется для выращивания овощеводческой продукции, в том числе для реализации на местном рынке. Таким образом, существует высокая вероятность вовлечения поллютантов в трофические цепи. Также, на здоровье горожан оказывают вредное воздействие выбросы на предприятиях, шумы. Люди, работающие на производстве, страдают определенными заболеваниями, в зависимости от характера выпускаемой продукции, используемых материалов и технологии выполнения.

Все это создает напряженную экологическую ситуацию в городе в целом и требует усилий специалистов разного профиля для решения актуальных вопросов, в первую очередь по уменьшению загрязнения воздушного бассейна, восстановление загрязненных территорий и созданию безопасных для проживания и работы людей условий. В связи с этим, в городе и районе актуальными являются проблемы, типичные для Центральной России: разработка и реализация научно обоснованных экологических программ и проектов, направленных на оздоровление окружающей среды и предупреждение ухудшения ее состояния.

1. Физико-географические особенности г. Серпухова

Местоположение. Серпуховской район находится на юге Московской области в центральной части русской платформы в зоне типичных ландшафтов центральной России. Река Ока делит район на две части и является естественным рубежом между двумя физико-географическими областями: южной подзоной хвойно-широколиственных лесов (левобережье) и подзоной широколиственных лесов, переходящих далее в лесостепь (праворубежье). Город Серпухов расположен на левом берегу р. Оки в месте впадения в нее р. Нары.

Климат. Климат района умеренно континентальный, характеризуется теплым летом, умеренно холодной зимой с устойчивым снежным покровом [Агроклиматический справочник по Моск. обл., 1999 г.]. Годовой приход суммарной радиации составляет около 87 ккал/см2, из них 41 ккал/см2 – в виде рассеянной радиации.

Среднегодовая температура воздуха - + 3,10С. Продолжительность вегетационного периода – 140-150 суток; сумма среднесуточных температур воздуха за период вегетации растений составляет 1900-2100; гидротермический коэффициент – 1,3 – 1,4.

Многолетняя средняя сумма атмосферных осадков – 621 мм [Научно-прикладной справочник…, 1990 г.], две трети из которых выпадает в виде дождя, а одна треть – в виде снега. Преобладает кислые осадки с рН 4,5 – 4,8 что обусловлено, в том числе, трансграничным переносом подкисляющих веществ, выбрасываемых в атмосферу промышленными предприятиями Тулы, Калуги, Подольска, Ступина [Глазовский и др., 1990 г.].

Преобладающим направлением ветров в осенне-зимне-весенний период является юго-западное, а в летние месяцы господствует преимущественно северо-западные ветры. В летний период средние скорости ветров не превышают 3 м/с, а количество дней со штилями велико (14% за сезон) [Медведева и др., 1990 г.], что оказывает большое влияние на особенности загрязнения атмосферного воздуха, способствуя увеличению концентрации поллютантов в приземных слоях.

Геология. В пределах рассматриваемой территории наиболее широко распространены породы нижнего и среднего карбона и четвертичные отложения. Меньше распространение имеют отложения юрской системы [Отчет Серпуховской геолого-съемочной партии…, 1963 г.].

Из полезных ископаемых на территории города определенный интерес представляют строительные материалы и сырье для их производства. К полезным ископаемым можно отнести.

2.Растительный покров г. Серпухова.

На территории г. Серпухова встречаются различные типы растительности, которые можно объединить в 3 группы: естественные, искусственные и рудеральные растительные сообщества. Поскольку среди них нет ненарушенных фитоценозов, к естественным растительным сообществам условно отнесены не только первичные сообщества, но и различные варианты лугов, а также лесопосадки, которые по своему строению и составу более или менее сходны с внегородскими лугами и лесами.

1. Естественные растительные сообщества на территории города представлены хвойными и мелколиственными лесами, лугами, низинными болотами и группировками водных растений.

Хвойные лесные массивы расположены в юго-западной и в юго-восточной частях города. Они в целом занимают около 6% его территории. Несмотря на относительно большую протяженность, их разнообразие невелико. Сосновые леса в юго-западной части города сильно нарушены и представлены в основном двумя вариантами: разнотравно-вейниковым и кустарниково – крапивно -нитрофильным. В составе их древостоя нередко встречаются больные деревья. При этом популяция сосны, по-видимому, не возобновляется из-за сильной рекреационной нагрузки или затенения

высокорослыми нитрофильными растениями.

Мелколиственные леса занимают не больше 1% территории города и представлены березняками, ивняками и герноольшаниками. Наиболее обычные среди них – это пойменные ивняки, которые тонкой полосой (не более 25 м в ширину) простираются по берегам Нары и впадающих в нее ручьев. В отличие от пойменных лесов прируслового вала Оки, в их составе заметную роль играют такие «агрессивные сорняки», как клен американский и борщевик Сосновского. Кроме того, из-за использования поймы под огороды и близкого расположения к руслу реки промышленных предприятий, на некоторых участках пойменные ивняки низведены до одно-двухрядных насаждений. Остальные мелколиственные леса образуют 3 небольших участка на восточной (березняк) и на западной (герноольшанник) границе города. Березняки представлены двумя вариантами: разнотравно-мятликовым и рябиново-разнотравным. Последний из них занимает наибольшую площадь (около 10 га) и, вероятно, сформировался на месте сосновых посадок. Черная ольха образует небольшой ленточный участок разнотравно-нитрофильного леса (около 1 га) в долине притока ручья Каменка.

Луговые сообщества в основном представлены ленточными участками вдоль проезжей части в кварталах сельской застройки, а также по берегам речек и прудов. Более обширные контуры встречаются редко и только на крутых склонах и городских окраинах. Поэтому, несмотря на обычность луговых сообществ, в целом они, по-видимому, занимают не более 4% территории города. Как правило, они представляют собой маловидовые монодоминантные разнотравно-злаковые или злаковые сообщества с преобладанием овсяницы луговой, ежи сборной или пырея ползучего. Среди крупных по площади лугов особого внимания заслуживает участок остепненного луга на юго-западном склоне Красной горки, в пределах которого произрастает ряд редких степных и лесостепных растений (свербига восточная, полынь австрийская, змееголовник тимьяноцветный, зопник клубненосный и др.)

Сырые и пойменные луга на территории города встречаются только по берегам прудов и речек и представляют собой ограниченные по площади участки с преобладанием мятников, костреца, таволги, осоки опушенной, гераней и щавелей.

Болота - крайне редкий тип городской растительности. Исключая заболоченные пологие берега прудов и речек с доминированием прибрежно-водных растений, территории Серпухова сохранилось одно небольшое ивняково-разнотравно-камышовое низинное болото в пойме Нары. Еще 2 низинных болотца, по-видимому, сформировались в результате заболачивания пустырей.

Водоемов на территории города относительно много (р. Нара, 3 ручья, пруды). Однако их флора насчитывает всего 30 видов, среди которых наиболее обычные – это устойчивые к эвтрофикации ряски, рдест блестящий, водокрас и элодея. В связи с этим водная растительность очень однообразна. Даже с учетом прибрежно-водных зарослей камыша, тростника и т.д., общее число группировок не превышает 7.

2. Искусственные растительные сообщества г. Серпухова представлены сельскохозяйственными угодьями, насаждениями общего и ограниченного пользования.

Сельскохозяйственные угодья объединяют интенсивно используемые территории под огороды, поля и плодовые сады. Поля и огороды занимают около 5% территории и расположены по периферии города и в пойме Нары. Это временные группировки однолетних культур и сорняков, которые в отсутствии хозяйственного использования быстро сменяются сорной растительностью. Плодовые сады более устойчивые.

Насаждения общего пользования в Серпухове представлены парками, скверами, однорядными или двухрядными посадками деревьев вдоль улиц, групповыми посадками деревьев во дворах, а также газонами и различными композициями декоративных растений (солитер, клумба, бордюр т.п.).

В городе разбито 4 небольших парка общей площадью почти 25 га. Это смешанные и чистые посадки преимущественно из липы мелколистной, ясеня пенсильванского, березы бородавчатой и тополей. Под пологом этих деревьев, как правило, сформированы монодоминантные группировки с участием злаков (овсянница, ежа, мятлики), лугового или лугово-лесного разнотравья (клевера, лютики, ландыш, купырь и др.). В зависимости от освещенности и рекреационной нагрузки эти группы встречаются в различных сочетаниях, образуя лугово-разнотравно-злаковые участки.

Таким образом, современный растительный покров г. Серпухова сформирован лесными массивами и рощами, линейными посадками деревьев и кустарников, лугами, болотами, а также группировками культурных, сорных и водных растений. Такое относительно высокое разнообразие связано, прежде всего, с экотопической гетерогенностью территории города и наличием различным древесных насаждений. Однако из всех рассмотренных сообществ наибольшее распространение имеют только линейные и смешанные искусственные посадки, луга и сорная растительность.

Древесные растения и их состояние.

Насаждения древесных растений обычно рассматривают как «зеленый фильтр» промышленных территорий. В г. Серпухове произрастает 50 видов деревьев, которые образуют естественные и искусственные лесные массивы, рощи и т.д. С учетом плодовых садов и приусадебных участков насаждения деревьев встречаются на большей части города. В городе очень много смешанных посадок, в которых наиболее часто встречаются: липа мелколистная, клен ясенелистный, береза бородавчатая др. (табл. 1)

3.Роль зеленых насаждений в биосфере.

1. Растения играют важнейшую роль в природе. Благодаря фотосинтезу

они обеспечивают существование жизни на Земле. Как продуценты

растения образуют органические вещества из неорганических.

Фотосинтез в растениях на Земле протекает повсеместно, поэтому

суммарный эффект его колоссален. По приблизительным подсчетам,

растительность суши ежегодно ассимилирует 20-30 млрд. т. углерода,

приблизительно 177 млрд. т. органических веществ.

2. На планете 30% хвойных и 70% лиственных лесов. Леса и зеленые

насаждения оказывают влияние на все компоненты биосферы, играют

огромную средообразующую роль.

3. Древесные насаждения очищают воздух городов и поселков от пыли,

вредных газов , копоти , защищают жителей от шума. Многие хвойные

деревья выделяют особые вещества – фитонциды, убивающие

болезнетворные микробы. Один гектар еловых насаждений может

задерживать в кронах до 32т пыли в год, сосновых – до 35, вяза – до 43,

дуба – 54т. Содержание пыли в воздухе на озелененной улице в 3 раза

меньше, чем на улице без деревьев.

4. Растения влияют на газовый состав атмосферы, климат, круговорот

веществ. Зеленые насаждения оказывают существенное влияние на

климат всей планеты и на местные его особенности. За счет

транспирации они поставляют большое количество влаги в атмосферу,

регулируют выпадение осадков.

5. Внутри парков и вблизи них создается свой микроклимат. Испарение

воды листьями деревьев способствует увлажнению воздуха и

смягчения климата. Благодаря растениям воздух всегда содержит определенное количество воды.

В связи с вырубкой зеленых насаждений усиливается эрозия почв, понижается уровень грунтовых рек, более засушливым и континентальным становится климат, часто возникают засухи.

Города, в которых из-за снижения относительной влажности создаются неблагоприятные климатические условия, образуют так называемые «тепловые острова». Однако исследования показывают, что городские парки и зеленые лужайки способствуют заметному улучшению городского климата. Наличие растительности приводит к снижению температуры, увеличению относительной влажности воздуха и повышению климатической комфортности, особенно в районах с жарким климатом. В этом эксперименте исследуется влажность воздуха внутри и около городских парков.

4.Влияние относительной влажности воздуха на организм человека.

Влажность воздуха, существенно влияя на теплообмен организма с окружающей средой, имеет большое значение для жизнедеятельности человека.

При низкой температуре и высокой влажности воздуха повышается теплоотдача и человек подвергается большему охлаждению

При высокой температуре и высокой влажности воздуха теплоотдача резко сокращается, что ведёт к перегреванию организма, особенно при выполнении физической работы. Высокая температура легче переносится, когда В. в. понижена. Так, при работе в горячих цехах оптимальное влияние на теплообмен и самочувствие оказывает относительная В. в. 20%.

Наиболее благоприятной для человека в средних климатических условиях является относительная влажность воздуха 30-60%в зависимости от температуры воздуха.

Для устранения неблагоприятного влияния влажности воздуха в помещениях применяют вентиляцию, кондиционирование воздуха и др.

Но все-таки что, же такое влажность воздуха и как она может влиять на организм человека?

Относительная влажность — отношение парциального давления паров воды в газе (в первую очередь, в воздухе) к равновесному давлению насыщенных паров при данной температуре.

Если человек занимается физическим трудом, то он выделяет пот. Тот, кто не выделяет видимого пота, также выделяет влагу (водяной пар), причем среднее количество этой влаги составляет около 900 г в сутки. Около трети этого количества выдыхается через легкие, остальная часть выделяется кожей. С другой стороны, человеческий организм требует, чтобы выделяемая влага возмещалась не только впитыванием ее из жидкостей и пищи, поступающих в желудок, но и при дыхании через легкие.

Поэтому очень важно, чтобы состояние воздуха в помещении допускало дальнейшее насыщение воздуха водяными парами, выделяемыми находящимися в помещении людьми, которые только при этом условии могут чувствовать себя хорошо. Окружающий нас воздух будет поглощать водяной пар до тех пор, пока не будет достигнуто такое насыщение, после которого любое дополнительное количество водяного пара начнет выпадать в виде конденсата: воздух с очень высоким содержанием водяного пара не может поглотить излишнее количество водяного пара, выделяемого человеком. Это вызывает обильное потение и утомление, так как дыхание становится все более тяжелым, и организм, пытаясь компенсировать потерю влаги, выделяемой при чрезмерном потении, поглощает все больше и больше жидкости. Такое состояние воздуха преобладает в жаркие летние месяцы.

Влияние влажности воздуха на теплообмен человека зависит от основных параметров микроклимата: температуры воздуха и теплового излучения.

Высокая влажность в сочетании с высокой температурой ухудшает теплообмен человека с окружающей средой, что приводит к перегреву организма.

Наиболее оптимальной считается относительная влажность воздуха в диапазоне от 30 до 60%. Верхняя граница влажности составляет около 70%.

Превышение указанных параметров влажности воздуха в условиях как высоких, так и особенно относительно низких температур крайне нежелательно. При низком влагосодержании воздуха, характерном для холодного периода, возрастает отдача тепла человеком за счет интенсивного испарения влаги с поверхности тела, высыхают поверхности слизистых оболочек дыхательных путей, что способствует прониканию болезнетворных микроорганизмов в органы дыхания, восприимчивости организма к простуде и другим заболеваниям.

Воздух с очень низким содержанием водяного пара также оказывает неблагоприятное воздействие на кожу человека: она становится сухой, шероховатой и может растрескиваться от натяжения. Очень сухой воздух обычно бывает зимой в теплых помещениях. Нижняя граница влажности составляет около 20%. При более низких значениях влажности существенно возрастает дискомфорт и опасность заболевания ринитами и фарингитами у людей, постоянно находящихся в условиях пониженной влажности воздуха в помещении.

Для того чтобы избежать вредного влияния чрезмерной влажности или, наоборот, сухости воздуха, его необходимо осушать в летние месяцы, и увлажнять зимой. Этот двусторонний процесс и является одной из основных функций системы кондиционирования воздуха.

4.Порядок проведения эксперимента.

Оборудование

Цифровая лаборатория

- датчик влажности

- соединительные провода для датчиков

- trilink

- КПК

- карта исследуемого района

- шест 180 см

Время проведения эксперимента: сентябрь 2017 г.

Порядок проведения эксперимента.

1. Нанесли на карту линию маршрута, который проходит через городские кварталы к какой-нибудь из границ зеленой зоны города и пересекает ее центральную часть. Она идет вдоль дороги. Важно, чтобы в зеленой зоне маршрут пересекал участки растительности, то есть травяные газоны, или проходил вблизи деревьев.

2. На пути следования маршрута выбрали несколько остановок, где будет проводится измерение.

1,3,5,7,9 – «Остановки» с зелеными насаждениями

2,4,6,8,10 – «Остановки» без зеленых насаждений

5.Анализ результатов эксперимента.

Результаты эксперимента представлены на графике:

1,3,5,7,9 – «Остановки» с зелеными насаждениями

2,4,6,8,10 – «Остановки» без зеленых насаждений

На 5 остановках в зеленых насаждениях мы отмечаем повышенную влажность воздуха и снижение температуры, чем на 5 остановках вдоль дорог.

Заключение.

Полученные материалы свидетельствуют о существенных изменениях состояния компонентов окружающей среды в городе, в результате которых условия проживания в городе становятся дискомфортными. Загрязнение атмосферы, растительного покрова и уменьшение площадей зеленых насаждений значительно ухудшают экологическое состояние города и вызывают риск для здоровья населения.

Среди загрязнения окружающей среды города не последнюю роль играют предприятия, в том числе ОАО «Химволокно».

Анализ химических компонентов промышленных выбросов в атмосферу г. Серпухова показал, что полный список загрязняющих веществ составляет 147 наименований. Около 20 химических соединений, относящихся ко 2-4 классам опасности, имеют объемы эмиссии от нескольких десятков до нескольких тысяч тонн в год. Остальные поступают в воздушную среду города в меньших количествах.

Главными выбросами предприятия являются ацетон (358,8 т/г) и оксид углерода (102,813 т/г). Процент вредных выбросов, на сегодняшний день, составляет ~ 10% от общего числа предприятий города.

Все вредные выбросы оказывают влияние на растительный покров города. Состояние древесных насаждений оценивается как среднее или плохое.

заболеваниями в зависимости от характера выпускаемой продукции, используемых материалов и технологии выполнения. Так на предприятии ОАО «Химволокно», среди болезней рабочих на 1 место выходят болезни органов дыхания, связанных с большими выбросами в атмосферу пыли. На 2 место – болезни сердечно-сосудистой системы. И 3 место – болезни опорно-двигательного аппарата. С целью решения указанных проблем в Серпухове разработана модель региональной программы по ограничению воздействия вредных выбросов на среду обитания и состояния здоровья населения, которая включает комплекс профилактических, лечебных мероприятий по оптимизации среды обитания. Все вредные выбросы оказывают влияние на растительный покров города. Состояние древесных насаждений оценивается как среднее или плохое.

Выводы.

Это исследование доказало мне, что городские парки и зеленые насаждения способствуют улучшению городского климата.

Как я, заметил, администрация города Серпухова в последние годы пытается улучшить экологию нашего города, сделать проживание горожан комфортными, безопасными.

С каждым годом большое внимание уделяется благоустройству и озеленению города. За последнее время новые саженцы появились в микрорайонах: Ивановские дворики, Ногина, ул. Горького, ул. Ворошилова.

Т.ж. в городе высаживается большое количество красивых клумб.

Литература:

1. «Прикладная экология» Т.А. Трифонова

2. Энциклопедия «Экология Аванта+»

3. «Основы экологии» Н. М. Чернова

4. Одум Ю. Экология в двух томах;

5.«Экология Подмосковья энциклопедическое пособие»;

6.А.Т. Зверев «Экология»;

7.Методика преподавания в цифровой лаборатории «Архимед» – учебное пособие;

8. Т. В. кучер «Экологическое образование учащихся в обучении географии.

Приложения:

Таблица 1.

Частота встречаемости некоторых видов деревьев

в озеленении г. Серпухова

(по Т.К. Горышиной, 2014 г.)

Название

Улицы, скверы

Дворы

Парки, больницы и т.д.

Всего

Липа мелколистная

112

48

10

170

Клен ясенелистный

59

39

6

104

Береза бородавчатая

54

40

6

100

Ясень пенсильванский

45

26

6

77

Тополь черный

33

19

5

57

Ива ломкая

19

13

1

33

Клен остролистный

12

12

5

29

для улиц – липа мелколистная – тополь черный – береза бородавчатая – ясень пенсильванский – клен ясенелистный;

для дворов - липа мелколистная – тополь черный – береза бородавчатая – ясень пенсильванский – клен ясенелистный;

для парков - тополь черный – береза бородавчатая – клен ясенелистный - липа мелколистная – ясень пенсильванский.

Наиболее устойчивой породой в различных экотопах города является клен ясенелистный. Однако это дерево относят к злостным «сорнякам» естественных и искусственных насаждений.

Среди редко встречающихся деревьев в озеленении города наибольшую устойчивость проявляют: ива ломкая и ива белая (дворы и улицы), черемуха Маака (дворы), клен остролистный (дворы) и рябина обыкновенная (дворы).

Таблица 2.

Основные параметры состояния растительного

покрова г. Серпухова, близ комб. «Химволокно»

(по Ф.И. Хакимовой, 2014 г.)

№ п/п

Местоположение

Тип землепользования

Растительное сооб-щество

Класс гемеробии

Преобладащие древесные породы и их состояние

Другие древесные и их состояние

1

ул. Берего-вая

улица

Однородные посадки разнотравно-сор-ные

3,5

Клен американский 2

Тополь черный – 3, береза – 3, ясень – 2, липа - 3

2

ул. Берего-вая

лесопосадки

Кленовник из клена американского вейниковый

3

Клен американский 1

Липа - 3

3

ул. Берего-вая

лесопосадки

Кленовник разнотравно-луго-овсяни-цевый

2

Клен американский 2

Ясень - 2

4

Берег реки Нары

пустырь

Сорно-вейни-ковый

3

-

-

5

ул. Береговая

дворы

Одновидовые посадки разнотравно-зла-ковые

2,5

Ясень - 2

-

6

ул. Береговая

дворы

Многовидовые посадки сорно-луго-вые

3

-

Клен американский – 1, липа – 1, ива ломкая – 1, тополь черный – 1, дуб – 2

7

Площадь перед заводом «Химволокно»

площадь

Многовидовые посадки разнотравно-злаковые

2,5

 

Ель колючая – 2, ель сизая – 2, ива ломкая – 1, тополь черный – 2, береза – 2,

Просмотров работы: 52