VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Оценка загрязнения и фитотоксичности снежного покрова в городском округе Одинцово

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Родикова Э.Ф. 1

---

1МБОУ Одинуовская лингвистическая гимназия

Урсул Н.А. 1

---

1МБОУ Одинцовская лингвистическая гимназия

Работа в формате PDF

1.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Природа - целостная система с множеством сбалансированных связей. Нарушение этих связей приводит к изменению установившихся в природе круговоротах веществ и энергии. Современным обществом в производство и потребление вовлекается такое количество вещества и энергии, которое в сотни раз превосходит биологические потребности человека, что и является основной причиной современного экологического кризиса (высокий уровень и быстрое нарастание антропогенной нагрузки на окружающую природную среду).

Атмосфера, являясь одним из основных компонентов биосферы, оказывает интенсивное и разностороннее воздействие на гидросферу, геологическую среду, почвенный покров, здания, сооружения, другие техногенные объекты, а также на биосферу в целом и на человека в частности. Поэтому охрана атмосферного воздуха представляет собой приоритетную экологическую проблему, которой уделяется пристальное внимание во всех развитых странах. Активное воздействие атмосферы на наземные экосистемы и гидросферу проявляется через атмосферные осадки в виде дождя и снега. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и их химический состав в значительной степени зависит от состояния атмосферы. Атмосферный воздух - это жизненно важный компонент окружающей среды, представляющий естественную смесь газов атмосферы. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить. Человек может находиться без пищи пять недель, без воды – пять дней, а без воздуха всего лишь пять минут. При этом воздух должен иметь определённую чистоту и любое отклонение от нормы опасно для здоровья [7, 8].

Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем различными способами – от прямой и немедленной угрозы до медленного и постоянного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Вот почему охрана атмосферного воздуха – ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды [8].

В то же время в последние годы в формировании качества воздушной среды возрастает роль автомобильного транспорта. Выбросы автотранспорта являются приоритетным источником загрязнения атмосферы – более 55% от всех выбросов.

Очевидно, что контролю за состоянием атмосферного воздуха должно уделяться очень большое внимание со стороны государственных служб, а так же общественных экологических организаций. Я считаю, что выявленная проблема является актуальной и для нашей местности, так как через г. Одинцово проходит оживленная трасса федерального значения Можайское шоссе, транспортная нагрузка на которую очень велика даже в зимний период года. Следовательно, она является одним из факторов, определяющих качество атмосферного воздуха в нашем городе.

Исследуя пробы снега, собранного в разных местах можно получить достаточно полное представление о степени и характере загрязнения территории, выявить причины и источники загрязнения, вкладу автотранспорта в ее загрязнение.

Цель исследования: оценить загрязнённость и фитотоксичность снежного покрова на разноудаленных от автомобильных дорог участках в городском округе Одинцово и на основании этой оценки выявить вклад автомобильного транспорта в данные загрязнения.

Задачи:

Изучить литературу по данной проблеме.

Оценить загрязнененность снежного покрова в разноудаленных от автомобильных дорог участках городского округа Одинцово.

2. Провести анализ фитотоксичности талой воды по отношению к биологически активному процессу – прорастанию семян высших растений.

3. Оценить экологические риски загрязнения снежного покрова городского округа Одинцово

Гипотеза: фитотоксичность снежного покрова снижается по мере удаления от дорог, так как автотранспорт является основным источником загрязнения в городе.

Методы исследования:

изучение и анализ литературы;

Эксперименты;

Анализ результатов.

Снег – индикатор загрязненности окружающей среды

Роль атмосферы в жизни планеты

Роль атмосферы в природных процессах огромна. Наличие атмосферы вокруг земного шара определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредных космического и ультрафиоле­тового излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них - на режим рек, почвенно-растительный покров и на процессы рельефообразования. Чистый воздух необходим для жизни человека, растений и животных. Атмосферные загрязнения оказывают сильное отрицательное влияние на живые организмы, что приводит к сокра­щению численности, видового разнообразия животных и растений, заболеваемости человека [7, 8].

Основные составные части атмосферного воздуха подразделяют на три группы: постоянные, переменные и случайные.

К первой группе относятся кислород (21 % по объему), азот (около 78%) и благородные газы (около 1 %). Ко второй группе относятся диоксид углерода (0,02­ - 0,04%) и водяной пар. К третьей группе относятся слу­чайные компоненты, определенные местными услови­ями [1].

1.2. Основные загрязнители и загрязняющие вещества атмосферы

Источников антропогенного характера, вызываю­щих загрязнение атмосферы, а также серьезные нарушения экологического равновесия в биосфере ­множество. Однако самыми значительными из них являются два: транспорт и индустрия.

Автомобили на сегодняшний день в России - главная причина загрязнения воздуха. Сейчас в мире их насчитывается более полумиллиарда. В России автомобиль имеет каждый десятый житель, а в больших городах - каждый пятый. Выбросы от автомобилей в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне 60-90 см. от поверхности земли. Автомобили выбрасывают в атмосферу такие загрязняющие вещества как диоксид и оксид углерода, оксиды азота, формальдегид, бензол, бензопирен, сажу (всего около 300 различных токсичных веществ). При истирании автомобильных шин об асфальт атмосфера загрязняется резиновой пылью, вредной для здоровья человека. При этом, автомобиль расходует огромное количество кислорода. За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года. С ростом числа автомобилей уменьшается площадь, занятая растительностью, которая дает кислород и очищает атмосферу от пыли и газа, все больше места занимают площадки для парковок, гаражи и автомобильные дороги [4, 7].

При работе двигателей на этилированном бензине в выхлопных газах содержатся оксиды азота, соедине­ния свинца (количество свинца в воздухе находится в прямой зависимости от интенсивности движения и может достигать 4-12 мг/м^З). При работе на серосо­держащем топливе в выхлопах появляется диоксид серы. Тысяча автомобилей с карбюраторным двигателем в день выбрасывает около 3 т угарного газа, 100 кг оксидов азота, 500 кг продуктов неполного сгорания бензина.

Углекислый газ, угарный газ, оксиды серы, оксиды азота являются «парниковыми» газами, то есть вызывают парниковый эффект, выражающийся в повышении температуры у поверхности Земли. Его механизм заключается в образовании особого слоя в атмосфере, который отражает тепловые лучи, идущие от Земли, не давая им уходить в космическое пространство. Это может привести к таянию льда в полярных областях и, как следствие, к повышению уровня Мирового океана. Но надо сказать, что тепловой эффект почти компенсируется ледниковым эффектом. Последний вызывается слоем пылевых частиц, которые отражают тепловые лучи, идущие от Солнца, обратно в космос [6].

В год образуется 2,5-10 тонн угарного газа, 7 млн. тонн углекислого газа. Угарный газ является токсичным, образует с гемоглобином крови прочное соединение - карбоксигемоглобин, что препятствует поступлению достаточного количества О₂ в мозг и, как следствие, увеличивает число психических заболеваний. SO₂, NO являются мутагенами, тератогенами, образуют с туманом или дождем смог и кислотные дожди. Окиси серы с водой образуют серную кислоту, а оксид азота образует азотную и азотистую кислоты [7].

У человека данные вещества вызывают поражения кожи, рахит, отёк легких. У животных также наблюдаются нарушения жизнедеятельности, и даже гибель. У растений в первую очередь поражаются листья, а в дальнейшем гибнет все растение. Так, в Скандинавии наблюдается массовая гибель лесов по этой причине. Также эти дожди вызывают коррозию металлов и разрушение зданий. Кроме того, оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя- защитного экрана нашей планеты.

1.3. Снеговой покров как индикатор чистоты атмосферного воздуха

Снег – это твердые атмосферные осадки, состоящие из ледяных кристаллов разной формы — снежинок, в основном шестиугольных пластинок и шестилучевых звездочек; выпадает из облаков при температуре воздуха ниже 0°С [6].

Снег — один из наиболее информативных и удобных индикаторов загрязнения природной среды. У снега есть свойство адсорбировать из атмосферы вредные вещества. Таким образом, в снег могут попасть самые различные виды отходов. Вывоз снега необходимо осуществлять до того, как начинается процесс таяния. Если этого не сделать, то загрязнения поступят в водоёмы во время таяния снега, и начнется процесс загрязнения. Снежный покров может содержать в себе гораздо больше вредных веществ, чем атмосфера. Таким образом, упавший на землю снег уже не является чистым, хотя на первый взгляд он выглядит абсолютно белоснежным. Наибольшую долю загрязнения получает снег, выпадающий в промышленных районах, рядом с трассами, железными дорогами и т. д. Исследование снежного покрова позволит выявить загрязнение местности за зимний сезон и позволит оценить степень безопасности атмосферного воздуха нашего села для проживания людей, произрастания растений, жизнедеятельности животных. Снежный покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим он обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения не только самих атмосферных осадков, но и атмосферного воздуха, а также последующего загрязнения почвы и воды [6].

1.4. Источники загрязнения снега. Роль транспорта в загрязнении

Основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха населенных мест вносит автомобильный транспорт.

Наиболее напряженная обстановка складывается в Москве и Московской области, где сосредоточенно наибольшее количество транспортных средств. Загрязнение атмосферного воздуха в Московской области и городском округе Одинцово связано с непосредственной близостью к мегаполису Москва, увеличением автотранспорта, использующего в виде топлива (часто некачественное) бензин и солярку, недостаточным количеством автотранспорта, использующего в качестве топлива природный газ, как более экологически чистый вид топлива, снижением количества электрического транспорта (троллейбусов) в городских пассажирских перевозках и эксплуатацией автобусов с неотрегулированными дизельными двигателями, выбросы от которых не отвечают требованиям ГОСТ. Возросшее строительство жилых домов в Одинцово повлекло за собой снижение зеленых насаждений. Увеличение жителей в нашем городском округе влечет за собой и увеличение транспортной нагрузки, так как многие жители работают в Москве и интенсивность ежесуточной миграции в столицу в утренние часы и в область в вечернее время возрастает.

В год в атмосферу выбрасывается порядка 800 кг угарного газа, 180-200 килограммов углеродов и примерно 35-40 кг оксидов азота. Также в атмосферу выделяются и канцерогенные соединения: порядка пяти тысяч тонн свинца, около полутора тонн бензапилена, свыше 27 тонн бензола и более 17 тысяч тонн формальдегида. А общее количество всех вредных и опасных веществ, выделяемых в процессе эксплуатации автомобильного транспорта, составляет около 20 миллионов тонн [3]. И такие цифры огромные и пугающие. Всего в состав отработанных газов, выделяемых автомобильным транспортом, входит свыше 200 различных компонентов и соединений, и подавляющее их большинство обладает токсичными свойствами. А некоторые вещества образуются в результате эксплуатации машин и их взаимодействия с окружающими поверхностями, например, из-за трения резины об асфальт [5].

Действие загрязненного воздуха на растения

Промышленные выбросы наносят большой вред растительности, сельскохозяйственным культурам и лесам, зеленым насаждениям городов и их окрестностей.

Наиболее подвержены вредному воздействию промышленных загрязнений хвойные породы: сосна, ель, пихта, кедр, лиственница.

Особенно токсичными являются газообразные ингредиенты промышленных отходов: сернистый газ, фтор и его соединения, оксиды азота, хлор, этилен, окись магния и др.

При остром поражении сернистым газом (более 2 мг/м3) уже через 1 – 2 ч происходят побурение и гибель листьев, чаще отдельных их участков в виде пятнышек с четко очерченной границей между живыми и отмершими клетками и тканями.

Древесные породы очень чувствительны к этилену. Содержание даже одной стомиллионной доли может вызвать серьезные сдвиги физиологии растения и значительные повреждения: на листьях появляются красноватые и коричневые пятна, затем листья опадают, что чаще всего приводит к гибели растений.

Окись магния входит в состав фототоксичной магниевой пыли, которая содержит еще окись кальция, кремнезем и сажи. При слабой и средней интенсивности запыления на побегах хвоя становится желтовато-зеленой, а затем будет и погибать. Тяжело переносят воздействие магнитизовой пыли и другие растения [4].

Материалы и методы

2.1. Методика определения показателей загрязнения талого снега

Оценку загрязнения проводили, собрав снег с 4 участков с разной интенсивностью автомобильного транспорта в городском округе Одинцово

Перекресток Можайского шоссе и ул. Говорова (наибольшая интенсивность автомобильного транспорта)

Ул. Крылова (машин много, но движение неинтенсивное)

Пос. Юдино, проселочная дорога (мало проезжих машин, движение неинтенсивное)

Подушкинский лес, 500 м от проезжих дорог (проезжие машины отсутствуют)

Снег собирали в емкости в феврале 2019 г через 6 дней после очередного выпадения снега в течение 1 дня.

Оценивались следующие характеристики талой воды:

Кислотность (с помощью универсального бумажного индикатора)

Органолептические показатели (мутность, запах, количество загрязнений)

Фитотоксичность

Для определения прозрачности проб талой воды в стеклянный цилиндр диаметром 3 см высотой 30 см наливается определенное количество воды, через которую просматривается шрифт (печатный текст). Сравнить каждую пробу с контрольным образцом – дистиллированной водой. Вода может быть прозрачной, слабо мутной, сильно мутной. Перед замером воду необходимо взболтать. Прозрачность зависит от количества взвешенных частиц органического и неорганического происхождения и определяется высотой столба воды в цилиндре, сквозь который начинают читаться буквы.

Фото. Оценка мутности / прозрачности

талой воды

Оценку загрязнения проводили также путем фильтрования одинакового объема талой воды, полученной с разных проб снега, собранных на обочинах дорог с разной интенсивностью автомобильного движения в городском округе Одинцово, которую предварительно взболтали. Загрязнение фильтра проводилась с присвоением категории (сильное загрязнение, среднее, слабое, незначительное).

Запах воды может быть связан с деятельностью водных организмов, как живых, так и отмирающих. Запах по характеру подразделяют на две группы, описывая его субъективно по своим ощущениям:

1) естественного происхождения (от живущих и отмерших организмов, от влияния почв, водной растительности и т.п.);

2) искусственного происхождения.

Для определения запаха в чистую широкогорлую колбу объемом 100 мл наливается исследуемая вода на 2/3 объема, прикрывается стеклышком, осторожно взбалтывается. Затем, сдвинув с колбы стеклышко, определяется запах воды.

2.2. Методика оценки фитотоксичности образцов снега (талой воды)

Для определения фитотоксичности использовали биологически активный процесс прорастания семян. Для этого семена огурца в 5-кратной повторности, приобретенные в торговых сетях г. Одинцово, помещали в свернутую в трубку фильтровальную бумагу. Такие трубки вертикально располагали в стаканах с налитой в каждый из них талой водой, полученной из собранного в различных участках городского поселения Одинцово снега. Стаканы находились в лаборатории Одинцовской лингвистической гимназии в течение 2 недель.

По мере расходования воды, она добавлялась из емкостей, в которых содержалась талая вода. В конце экспериментов оценивалось состояние проростков. Проводилась фотофиксация результатов эксперимента.

3. Результаты оценки загрязнения снега, собранного с участков с разной интенсивностью автомобильного движения в городском округе Одинцово

Фото. Подготовка эксперимента по оценке фитотоксичности талой воды

Органолептическая оценка загрязнений

Кислотность.

Существенны различий по кислотности не наблюдалось. Все образцы имели слабокислую реакцию среды.

Фото. Оценка кислотности среды различных образцов талой воды.

Оценка органолептических показателей талой воды

Фото. Оценка мутности талой воды

Фото. Оценка загрязненности воды.

Оценка фитотоксичности

Влияние загрязнений талой воды, полученной из снега, собранного участков с разной интенсивностью автомобильного транспорта, на прорастание семян огурцов в рулонах фильтровальной бумаги видно на фото.

К. – контроль (питьевая вода)

1. Подушкинский лес

2. ул. Крылова, 25 а

3. деревня Юдино

4. Можайское шоссе/ Говорова

Видно, что при использовании бутилированной воды и талой воды из Подушкинского леса проростки огурца имеют здоровый вид и максимальные размеры.

Самая загрязненная вода, полученная из снега, собранного на Можайском шоссе дала наихудший результат. Семена либо не проросли, либо развиты очень слабо.

Выводы:

1. Исходя из результатов экспериментов можно сделать вывод, что автомобильный транспорт оказывает существенное влияние на загрязненность снега, а, следовательно и талой воды.

2. Чем интенсивнее движение транспорта и ближе участок территории к автомобильным трассам с интенсивным движением, тем выше загрязненность снега и воды.

3. Загрязнения талой воды существенно влияют на биологически активный процесс – прорастание семян, и возможно, другие физиологические процессы в живых организмах.

4. Если уменьшить интенсивность автомобильного движения в городе, можно уменьшить и вред, наносимый окружающей среде

Литература

Артемов А.В. «Сравнительный анализ антропогенного загрязнения снежного покрова и гидросферы урбанизированных ландшафтов. //Экология человека» – 2003 г. - № 4. – с. 35

Влияние автомобильного транспорта на окружающую среду и жизнь человека [Электронный ресурс]. Доступен:https: //nsportal.ru/ap/library/ nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2013/04/06/ vliyanie-avtomobilnogo-transporta-na

Влияние транспорта на окружающую среду [Электронный ресурс]. Доступен:https://musorish.ru/vliyanie-transporta-na-okruzhayuschuyu-sredu/

Маврин Г.В., Сиппель И.Я., Мансурова А.И. Исследование влияния автотранспорта на состояние растительности придорожной полосы [Электронный ресурс]. Доступен: https://research-journal.org/biology/issledovanie-vliyaniya-avtotransporta-na-sostoyanie-rastitelnosti-pridorozhnoj-polosy/

Негативное влияние транспорта на окружающую среду [Электронный ресурс]. Доступен: https://vtorothodi.ru/ecology/vliyanie-transporta-na-okruzhayushhuyu-sredu

Что такое снег [Электронный ресурс]. Доступен:http://www.gdekakpochemu.ru/chto-takoe-sneg/

Классификация основных источников загрязнения атмосферы[Электронный ресурс]. Доступен: https://vtorothodi.ru/ecology/osnovnye-istochniki-zagryazneniya-atmosfery

Загрязнение атмосферы [Электронный ресурс]. Доступен:https://prompriem.ru/ekologiya/zagryaznenie-atmosfery.html