VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Обобщение четырехлетнего исследования окружающей среды п. Харп методом изучения флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Мазуренко П.А. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение Школа п. Харп

Старкова Т.А. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение Школа п. Харп

Работа в формате PDF

893.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Обобщение четырехлетнего исследования окружающей среды п. Харп методом изучения флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы

Введение

В результате распада Советского Союза в металлургической промышленности возникла серьезная проблема обеспечения хромитами. Взоры устремились на север, где еще в тридцатые годы было открыто крупное месторождение «Центральное» массива Рай - Из. «С 1994 года началась эксплуатация месторождения. Проводился отбор проб хромитовых руд пригодных для использования без обогащения. С 1996 года предприятие «Конгор – Хром» проводит опытно-промышленную добычу хромитовых руд на месторождении Центральное в количестве 15-60 тысяч тонн в год»¹. Ежегодно до 2012 года, объемы добычи руд увеличивались, так, в 2004 году из полярных недр было изъято 316 тысяч тонн хромитов, а уже к 2007 году добыча возросла до одного миллиона тонн»².

Месторождение находится вблизи (35 километров) п. Харп, а обогатительные цеха и погрузка размещаются непосредственно на территории поселка. Несомненно, что предприятие уже много лет является фактором, ухудшающим экологическую обстановку региона. С тех пор учащиеся школы раз в два года проводят исследование снеговой воды, почвы, растительности на присутствие твердых осадков, изменение кислотности, содержание хрома, кадмия, железа, свинца, что бы определить степень загрязнения окружающей среды поселка. В последние годы отмечается спад производительности предприятия Конгор-Хром, однако, результаты исследований по-прежнему показывают высокий уровень загрязненности среды тяжелыми металлами. Возникла идея использования (наряду с инструментальными) биоиндикационных методов оценки экологического благополучия среды, с целью сравнения и сопоставления результатов. В данной работе приводится обобщение четырехлетнего исследования окружающей среды биоиндикационным методом с помощью изучения флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы.

Проблема:

Загрязнение воздуха, почвы и растений, составляющих среду поселка Харп, создает угрозу здоровью и жизни жителей. Необходимы данные об изменении степени загрязнения территории населенного пункта, а также создание системы мероприятий для устранения загрязнения.

Гипотеза:

Если проводить изучение среды поселка биоиндикационным методом каждый год, то окажется возможным выявить изменение степени экологического загрязнения окружающей среды в поселке.

Цель работы:

Обобщить результаты четырехлетнего исследования окружающей среды п. Харп методом изучения флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы

Задачи:

Определить уровень загрязнения в пяти районах п. Харп в 2019 г.

Сравнить и обобщить результаты четырехлетнего исследования окружающей среды п. Харп методом изучения флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы

Сравнить результаты, полученные методом изучения флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы с данными, полученными путем химического анализа

Дать оценку возможности использования биоиндикационного метода для мониторинга загрязнения окружающей среды вместо химико-лабораторных методик.

Объект исследования

Листовые пластинки березы повислой

Предмет исследования

Асимметрия листовой пластинки березы повислой (ВеtulapendulaRoth.)

Методики

Оценка экологического состояния леса по асимметрии листьев³. С.А. Боголюбов, Экосистема, 2002

Описание результатов

Определение уровня загрязнения в пяти районах п. Харп

Выбор площадок. Для выполнения работы были определены пять площадок, три из которых использовались в самой первой работе. На всех площадках производился сбор листьев как для предыдущих работ, так и для нынешней (Рис.1). Первая находится в непосредственной близости к обогатительному цеху предприятия

Конгор-Хром (Рис. 2), так как именно это предприятие оказалось главным источником загрязнения воздуха, почвы, растительности. Вторая площадка выбрана в парковой зоне центральной части поселка (Рис. 3), так как это излюбленное место отдыха жителей поселка, удалена от первой на 1,5 км. Третья – контрольная площадка располагается за школой на удалении от главного загрязнителя на 3 км. (Рис. 4).

Участок под номером четыре «Гаражи», там помимо автомобилей фактором загрязнения является железная дорога, показалось интересным проверить, насколько экологически «грязнее» этот участок, по сравнению с другими (Рис.5). Пятый участок, это детсад «Жемчужинка», место, где в течение дня находятся дети (Рис. 6). При выборе площадок учитывалось наличие объекта исследования, а именно произрастание березы в достаточном для исследования количестве.

Сбор полевого материала. В качестве растительного объекта использовалась на береза повислая, так как это растение использовалось в предыдущем исследовании. Сбор листьев проводился в сроки 15 июля по 25 августа с растений, находящихся в примерно одинаковых экологических условиях по уровню освещенности, влажности, типу биотопа. Как и в прошлых годах для анализа использовались только средневозрастные растения. Собирались листья с 10 близко расположенных растений по 10 листьев примерно одинакового размера с каждого дерева, всего - 100 листьев с одной площадки. Листья брались из нижней части кроны, на уровне поднятой руки, с максимального количества доступных веток, только с укороченных побегов. При этом, использовались ветки разных направлений, условно - с севера, юга, запада и востока².

Измерения. С каждого листа снимали показатели по 5-ти параметрам с левой и правой стороны листа: первое измерение - ширина половинки листа. Второе измерение - длина второй жилки второго порядка от основания листа. Третье измерение - расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка (Рис.7); четвертый показатель - расстояние между концами этих жилок; пятый - угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка.

Первые четыре параметра снимали циркулем-измерителем. Угол между жилками измеряли транспортиром (рис.8). Данные измерений заносили в таблицу (см. приложение, таблицы 1-10). Для хранения и математической обработки использовали программу Microsoft Excel³.

Вычисления. Величина асимметричности оценивается с помощью интегрального показателя - величины среднего относительного различия на признак (средняя арифметическая отношения разности к сумме промеров листа слева и справа, отнесенная к числу признаков). Для проведения вычислений пользовались вспомогательной таблицей. Измеряя параметры листа по 5-ти признакам (слева и справа) мы получали 10 значений. В первом действии находили относительное различие между значениями признака слева и справа для каждого признака. Для этого находили разность значений измерений по одному признаку для одного листа, затем находили сумму этих же значений и разность делили на сумму.

После этого находили значение Yпо формуле:

Найденное значение Yвписывали в вспомогательную таблицу в столбец 1 признака. Подобные вычисления производили по каждому признаку (от 1 до 5). В результате получили 5 значений Y для одного листа. Такие же вычисления производили для каждого листа в отдельности. Во втором действии находили значение среднего относительного различия между сторонами для каждого листа ( Z).

Для этого сумму относительных различий делили на число признаков. В третьем действиивычисляли среднее относительное различие на признак для всей выборки (Х). Для этого все значения Z складывали и делили на число этих значений.

Полученный показатель характеризует степень асимметричности организма. Для данного показателя разработана пятибалльная шкала отклонения от нормы (см. таблицу 1) в которой 1 балл - условная норма, а 5 баллов - критическое состояние².

Таблица 1. Пятибальная шкала отклонения от нормы флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы повислой.

Результаты вычислений занесены в таблицу (табл 2), для наглядного изучения полученных данных, построены графики. (рис. 9)

По данным текущего года на всех пяти площадках отмечается благополучная экологическая ситуация. На площадке вблизи предприятия Конгор-Хром (рис. 9) наибольшее значение показателя асимметричности не превышает 0,020, что указывает на ненарушенное экологическое равновесие. На площадке в парковой зоне (Площадь) показатель асимметричности ниже0,018, но он так же не достигает 0,055. Показатели третьей, четвертой и пятой площадок соответственно равны: 0,0038; 0,037; 0,025, что так же свидетельствует об отсутствии факторов, нарушающих экологическое равновесие.

Сравнительный анализ полученных результатов с данными предыдущих лет.

Для проведения анализа изменения экологической обстановки в поселке, использовались данные по измерению флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы в предыдущие годы, а именно с 2016по 2018 годы, полученные автором и опубликованные в сборниках открытой научно-исследовательской конференции учащихся и студентов «Ступень в будущее» за указанные выше годы⁶. Рис.10. Самым экологически неблагополучным является 2016 год, в последующие годы, по-видимому, экологическая напряженность среды уменьшается. Среди причин, объясняющих данные изменения, можно предложить следующие. Предприятие Конго-Хром с каждым годом снижает объем производства, происходит уменьшение единиц техники, задействованной в производственном цикле. Предприятие установило систему орошения, что уменьшает распространение пылевидных загрязнителей по территории поселка. Руда на сегодняшний день добывается шахтным способом, что так же сокращает силу воздействия на окружающую среду.

Так же был проведен сравнительный анализ между результатами, полученными биоиндикационным методом и данными, выявленными путем химического анализа снеговой воды. Мониторинг загрязнения воздушной среды поселка методом исследования снеговой воды проводится учащимися в школьной лаборатории с 2006 года, но мы взяли данные за тот период, который исследовался автором, то есть за последние четыре года. Это работа Доценко Ольги, «Школьный мониторинг окружающей среды п. Харп»⁶, VII Международный конкурс научно-исследовательских и прикладных разработок учащихся «БИОТОП». Доценко Ольга лауреат 2016г. Вторая работа Балиной Алины. «Мониторинговое исследование загрязнения воздушной среды п. Харп 2018 года». XXII Российская научная конференция школьников «ОТКРЫТИЕ» г. Ярославль 19-21 апреля 2019 года. Балина Алина. Диплом второй степени. Рис. 11, 12.

При сравнении результатов, полученных биоиндикационным методом и данных, выявленных путем химического анализа снеговой воды показал, что инструментальное исследование указывает на более сильное загрязнение среды, по сравнению с показателями, полученными биоиндикационным методом, но относительность загрязнения совпадает. Так, в 2016г. с помощью обеих методик определяется площадка Кнгор-Хром, как наиболее загрязненная, а Школа, как наименее загрязненная. В 2019 г. практически совпадают показатели на площадках Парк, Школа, Гаражи.

Выводы:

Используя метод изучения флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы в течение четырех лет, было подтверждено наличие загрязненности среды п. Харп, установленное другими исследователями химическим путем

В результате сравнения данных, полученных за последние четыре года, выявлено уменьшение экологической напряженности на территории п. Харп.

Результаты биоиндикационного метода показывают более слабое загрязнение окружающей среды, по сравнению с инструментальными методами

Для определения относительного загрязнения среды по временным и географическим показателям возможно использование биоиндикационных методов вместо инструментальных, но они не годятся для количественного определения загрязнителей.

Литература

Газета «Красный север» № 24 от 30.03.05г.

А. М. Овечкин Хромитовое месторождение Центральное. Массив Рай - Из, Полярный Урал. Пакет геологической информации. п. Полярный, 2003год

С.А. Боголюбов. Экологические исследования школьников в природе. – М.: Экосистема. 2001.

А.И. Федорова, А.Н. Никольская. Практикум по экологии и охране окружающей среды. Учебное пособие для ВУЗов. – М.: Владос, 2001, 235с. (стр. 23)

Г.А. Шестакова, А.Б.Стрельцов, Е.Л.Константинов. Методика сбора и обработки материала для оценки стабильности развития березы повислой. Государственный педагогический университет им. К.Э.Циолковского. – Калуга, 1997

Ступень в будущее. Сборник материалов открытой научно-исследовательской конференции учащихся и студентов. – Салехард. ГУП ЯНАО «Издательство «Красный север». 2016,2017,2018г.