VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Экологические проблемы малых городов на примере города Ишим
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Современное общество, развивающее технологии, производство, науку и военную технику, несет в себе мощную силу, которая воздействует на Землю в целом и на ее ресурсы в частности, зачастую не учитывает законов природы, а поэтому взаимодействия человека и планеты могут быть плачевны.
На сегодняшний день проблемы экологии занимают ведущую роль во всем мире.
Экология (от греч. «oikos» - дом, жилище и «logos» - учение) – наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимоотношения между организмами и средой их обитания [5].
Экологическая культура общества стала активно обсуждаться только в конце XX-го века. Внимание к данному вопросу значительно возросло благодаря переосмыслению людьми своих научных достижений.
Цель исследования: оценить уровень загрязнения реки в городе Ишиме. В работе проведён обзор методических подходов к оценке влияния регулирования стока, оценить загрязнение атмосферного воздуха по флуктуирующей асимметрии листьев древесных растений.
Задачи:
Проанализировать литературу по теме исследования;
Сравнить статистические данные по загрязненности реки Ишим
Исследовать показатели флуктуирующей асимметрии клена остролистного на территории города Ишима
ГЛАВА 1. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА ГОРОДА ИШИМА
Качество питьевой воды
Питьевая вода - важнейший фактор здоровья человека. Практически все ее источники подвергаются антропогенному и техногенному воздействию разной интенсивности.
Проблема качества питьевой воды затрагивает очень многие стороны жизни человеческого общества в течение всей истории его существования. В настоящее время питьевая вода - это проблема социальная, политическая, медицинская, географическая, экологическая, а также инженерная и экономическая. Понятие " питьевая вода " сформировалось относительно недавно и его можно найти в законах и правовых актах, посвященных питьевому водоснабжению.
Питьевая вода - вода, отвечающая по своему качеству в естественном состоянии или после обработки (очистки, обеззараживания) установленным нормативным требованиям и предназначенная для питьевых и бытовых нужд человека либо для производства пищевой продукции. Речь идет о требованиях к совокупности свойств и состава воды, при которых она не оказывает неблагоприятного влияния на здоровье человека как при употреблении внутрь, так и при использовании в гигиенических целях, а также при производстве пищевой продукции [1]. По результатам проведенных лабораторных исследований проб воды, отобранных в населенных пунктах по течению реки Ишим, установлено кратковременное превышение в 1,5 раза содержания ионов аммония в воде реки Ишим. По органолептическим, микробиологическим, паразитологическим показателям вода реки Ишим, соответствует требованиям санитарных норм и правил. Качество питьевой воды в пробах, отобранных в разводящей сети водоснабжения, соответствует требованиям санитарных правил. Исследования проводятся в ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Тюменской области». В г. Ишим, где ресурсоснабжающей организацией является АО «ВОДОКАНАЛ», в профилактических целях ведутся работы по хлорированию воды и проводится контроль за её качеством.
Анализ геоэкологического состояния реки Ишим
Река Ишим, протекающая через сельскохозяйственную зону Тюменской области, испытывает антропогенный пресс: снижение водности, в связи с зарегулированностью на территории республики Казахстан; низкое качество вод вследствие трансграничного переноса, а также влияния организованных и неорганизованных источников загрязнения на территории Тюменского региона. В нашей работе анализ геоэкологического состояния реки Ишим проводится по двум направлениям: трансформация водного режима в условиях антропогенного влияния и ухудшение качества речных вод вследствие их истощения и загрязнения. Последствия такого рода вмешательств неодинаково проявляются в различные фазы водного режима реки [3].
Все естественные и антропогенные факторы, влияющие на формирование качества речных вод, можно условно разделить на внешние и внутренние. К основным внешним факторам, действие которых проявляется в пределах водосбора, относится поступление в реку различных веществ вместе с атмосферными осадками и выпадениями непосредственно на водную поверхность, с неорганизованным стоком воды с поверхности водосбора, с подземными водами, с сосредоточенными потоками сточных вод. Внешними по отношению к реке факторами формирования качества вод являются и природно-климатические условия территории, обуславливающие в свою очередь действие ряда других внешних и внутренних факторов. В числе внутренних, под действием которых продолжается формирование качества речных вод непосредственно в руслах, рекомендуют учитывать так же: разбавление сточных вод водой реки, деструкцию неконсервативных веществ, образование новых промежуточных и конечных продуктов, самоочищение, взаимодействие веществ, нейтрализующую способность реки, гидролиз солей, образование малорастворимых соединений, сорбционные и десорбционные процессы, температуру воды.
Источники загрязнения реки Ишим:
1. Бытовые отходы и мусор
2. Сточные бытовые воды населённых городов
3. Химические соединения [4].
Таблица 1. - Структура использования вод р. Ишим
|
Год |
Объём, млн. м 3 |
||
|
питьевые и хозяйственно- бытовые нужды |
производственные нужды |
сельско-хозяйственное водоснабжение |
|
|
2016 |
3,34 |
1,48 |
0,35 |
|
2017 |
2,37 |
1,12 |
0,50 |
|
2018 |
3,16 |
1,82 |
0,47 |
Вывод: В структуре использования воды преобладают питьевые и хозяйственно-бытовые нужды, варьируя от 2,37 млн.м3 до 3,34 млн.м3 Вторыми по значимости являются производственные нужды, значительно не изменившиеся за последние 3 года. Наименьшую долю составляют воды, используемые для сельскохозяйственного водоснабжения. Их объем не превышает 0,5 млн.м3 [5].
Таблица 2. - Объем забора воды ОАО «Водоканал», г. Ишим
|
Год |
Объём водозабора, млн. м3 |
|
2013 |
3,52 |
|
2014 |
2,60 |
|
2015 |
2,31 |
|
2016 |
2,06 |
|
2017 |
2,01 |
Вывод: Основным водопользователем является ОАО «Водоканал» в г. Ишим Объем изымаемых речных вод составляет в разные годы от 58 % до 73 % .
ГЛАВА 2. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ ФЛУКТУИРУЮЩЕЙ АСИММЕТРИИ КЛЕНА ОСТРОЛИСТНОГО НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА ИШИМА, ПОЛУЧЕННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДИК
2.1. Флуктуирующая асимметрия листьев клена остролистного как
индикатор экологического состояния урбоэкосистемы города
Необходимость использования растений для мониторинга состояния окружающей среды становится всѐ более актуальной в условиях постоянно растущего уровня загрязнения атмосферного воздуха. Согласно В.М. Захарову оценку здоровья среды следует связывать с общей характеристикой состояния организмов [3]. В этом случае мы можем говорить о стабильности развития, которую удобно оценивать при помощи показателей флуктуирующей асимметрии. Флуктуирующая асимметрия (ФА) представляет собой случайные отклонения между правой и левой гранями различных морфологических строений, в норме обладающих двусторонней симметрией. Оценка стабильности развития для каждого отдельного признака подразумевает учет в различии признака справа и слева (для пластических признаков величину этого различия делят ну сумму промеров на двух сторонах) [2]. Важной отличительной чертой флуктуирующей асимметрии можно назвать то, что различия между сторонами никак не зависят друг от друга даже у особей с высокоскорелированными признаками [1]. На территории города Ишима уже не первый год ведутся исследования, направленные на оценку загрязнения атмосферного воздуха по флуктуирующей асимметрии листьев древесных растений. Наибольший интерес в этом отношении представляет клен остролистный, поскольку в последнее время в проектах по озеленению города часто фигурирует именно он. Вид не характерен для данного региона и сведений о его реакции на среду в пределах юга Тюменской области практически нет. Работы по изучению ФА клена остролистного в пределах города Ишима единичны [4,5]. Хотя в других регионах клен не редко используется как биоиндикатор. При анализе литературных данных выяснилось, что исследователи не имеют единой точки зрения относительно того, как производить промеры и по какой шкале оценивать полученные результаты. Так как для учета можно использовать любые точно измеряемые морфологические признаки, то многие авторы выводят собственные подходы к измерению листовой пластинки. Так, например, согласно подхода А.А. Кушнаревой, Н.Б. Стрельцовой [7] на листовой пластинке клена остролистного измерению принадлежат следующие параметры (рис.1):
1 – ширина половинки листа (измерение проводят посередине листовой пластинки);
2 – длина второй от основания листа жилки второго порядка;
3 – расстояние между концами первой и второй жилок второго порядка;
4 – угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.
Рис. 1. Параметры листа клена остролистного (по А.А. Кушнаревой)
В свою очередь промеры листа, предложенные другим коллективом авторов – Г.М. Мелькумовым и Д.Э. Волковым [8], немного отличаются (рис.2):
1 - ширина половинки листовой пластинки от главной жилки до конца второй жилки;
2 - длина второй жилки первого порядка от основания листа;
3 – расстояния между концами первой и второй жилки;
4 – угол между главной жилкой и второй от основания жилкой первого порядка.
Рис. 2. Параметры листовой пластинки клена остролистного, использованные для нахождения ФА (по Г.М. Мелькумову).
Чтобы определить, различается ли оценка среды одной и той же территории при использовании разных методик измерения листовой пластинки, нами в период с июля по август 2017 год был осуществлена выборка, включавшая 100 листовых пластинок 10 листьев с 10 деревьев на улице К.Маркса. Промеры, сделанные в соответствии с планом измерений Кушнаревой, показали величину ФА равную 0,061, что соответствует оценке «очень грязно». В свою очередь оценка рассмотренных проб, полученная при измерении листовой пластинки по методике Мелькумова несколько ниже и равна 0,052 или «грязно». Полученные данные оценивались по шкале, предложенной Захаровым. При этом согласно оценочной шкале, предложенной самим Мелькумовым, значения, превышающие показатель 0,046 соответствуют оценке «очень грязно». Наибольший вклад (82%) в общее загрязнение воздушного слоя города вносит автотранспорт [6]. Неблагоприятное состояние атмосферы города, определяется выбросами таких веществ, как оксид углерода, оксиды азота, твердые вещества, сернистый ангидрид, углеводороды. Однако, не смотря на значительную транспортную нагрузку в пределах улицы К. Маркса, объем выбросов не превышает критических значений ПДК. Поэтому к данным полученным при исследовании ФА клена необходимо относится с осторожностью.
2.2. Клен остролистный в системе мониторинга
Экологическая оценка урбанизированных территорий с применением показателей флуктуирующей асимметрии давно получила широкое применение у различных исследователей. Так, первые исследования, связанные с изменением параметров листовой пластинки у березы повислой, вызванные воздействие неблагоприятных факторов окружающей среды, известны начиная с 90-х годов прошлого века [6]. Впоследствии исследования были продолжены в ряде работ различных авторов. Такая распространенность связана с относительной простотой используемой методики, и отсутствием необходимости сложного лабораторного оборудования. К тому же метод позволяет в короткие сроки получить интегрированную оценку качества окружающей среды. Тем не менее, среди исследователей, занимающихся вопросами биоиндикации, существует немало разногласий на тему единых критериев оценки полученных результатов и возможности использования тех или иных билатеральных структур для анализа показателей флуктуирующей
асимметрии. Одним из таких противоречивых объектов стал клен остролистный. В разных городах у разных авторов можно увидеть различные подходы к измерению листовой пластинки и к интерпретации получившихся данных. На сегодняшний день известны как минимум 5 методик, которыми
пользуются при проведении промеров листовой пластинки клена остролистного: методика, разработанная Г.М. Мелькумовым и Д.Э. Волковым [8]; методика В.С. Гавриковой и А.А. Игнатюк [2]; методика А.А. Кушнаревой и Н.Б. Стрельцовой [7]; методика А.В. Щербакова и Е.О. Корольковой [9]; методика С.Г. Баранова [1]. При оценке итогового показателя используют шкалу В.М. Захарова или шкалу Г.М. Мелькумова, где отражён разный диапазон чувствительности клена остролистного к воздействию факторов среды. Для города Ишима, согласно литературным данным [5], основным
источником загрязнения атмосферного воздуха служит автомобильный транспорт. Главной транспортной артерией служит улица К. Маркса, которая по совместительству является центральной улицей города. Проведенные ранее исследования показали, что именно на эту улицу приходится основная транспортная нагрузка [4]. Одним из доминирующих видов древесных насаждений улицы К. Маркса служит клен остролистный (Аcer platanoides), чем и был обусловлен выбор объекта для исследования на данной территории. В
период с июля по август 2018 года было отобрано по 10 листьев клена
остролистного с десяти отдельно стоящих деревьев, отбор проводился согласно рекомендациям В.М Захарова [3]. Для того, чтобы сравнить между собой подходы к промерам листовой пластинки, измерения одних и тех же листьев проводились с использованием трех различных методик (Мелькумова; Щербакова; Стрельцовой). В дальнейших исследованиях планируется добавить
промеры по методикам Гавриковой и Баранова. Исследования показали, что показатель флуктуирующей асимметрии листовой пластинки клена остролистного для улицы К. Маркса составил: 0,040 (по Стрельцовой и по Мелькумову) и 0,041 (по Щербакову). Интерпретация полученных показателей ФА производилась отдельно по шкале Захарова и шкале Мелькумова. По Захарову состояние атмосферного воздуха для методик всех трех авторов соответствует оценке «относительно чисто» (2 балла из 5 возможных), по Мелькумову – «грязно» (4 балла из 5 возможных). Расхождение в оценке полученных данных еще раз подтверждает ранее сказанные слова об отсутствии единого подхода к измерению листовой пластинки и интерпретации результатов, и диктует необходимость более продолжительных и тщательных исследований.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе исследования были решены поставленные задачи и получены следующие результаты:
Проведено теоретическое обоснование значения питьевой воды для населения.
Проанализировали литературу по теме исследования;
Сравнили статистические данные по загрязненности реки Ишим
Исследовали показатели флуктуирующей асимметрии клена остролистного на территории города Ишима
В результате проведенной работы можно сделать следующие выводы:
Требуется проведение дополнительных мероприятий с населением по информированию о средствах и методах очистки питьевой воды из источников нецентрализованного водоснабжения, а также о возможных последствиях употребления питьевой воды, не отвечающей требованиям нормативов.
Специфические органы древесных растений позволяют проанализировать качественные и количественные признаки, проявляющиеся под влиянием разного рода неблагоприятных воздействий [6]. Чаще всего для анализа используются показатели листовой пластинки. Проводить биоиндикационные исследования, используя листовую пластинку удобнее, прибегая к помощи показателя величины флуктуирующей асимметрии – незначительных ненаправленных отклонений от строгой билатеральной симметрии [1].
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеев Л.С. Контроль качества воды: Учебник. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: ИНФРА- М, 2016. 12 с.
2. Александровская З.И. и др. Чтобы город был чистым.- М.: Стройиздат,1986.- 103 с.
3. Алёшина, О. А. Планктонные сообщества реки Ишим и её притоков как показатель их экологического состояния (в пределах Тюменской области) Текст. / О. Г. Воронова, Н. В. Швецова // Вестник Тюменского государственного университета. №3, 2016. 223-232 с.
4. Андреева М.В. Оценка состояния окружающей среды в насаждениях промышленных выбросов с помощью растений-индикаторов: автореф. дис....канд. сельскохоз. наук Спб., 2007
5. Байтелова А.И. Источники загрязнения объектов окружающей среды: методические указания к практическим и лабораторным работам / – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2015. 47 с.
6. Захаров В.М., Баранов А.С., Борисов В.И., Валецкий А.В., Кряжева Н.Г., Чистякова Е.К., Чубинишвили А.Т. Здоровье среды: методика оценки –М.: Центр Экологической политики России, 2000-68 с.
7. Каримова А.М., Козловцева О.С. К вопросу об исследовании состояния окружающей среды г. Ишима по показателю флуктуирующей асимметрии //Актуальные направления научных исследований: от теории к практике. 2015. № 3 (5). С. 345.
8. Мелехова О. П., Егорова Е. И., Евсеева Т. И. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. Учебное пособие для студ. высш. учеб., заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 288с.
9. Стуге Т.С, Саданов А.К, Абдель Хаким М.М. Оценка качества воды в реке Ишим по видовому разнообразию зоопланктона // Известия HAH PK. Сер. биол. и мед. - 2015. - № 5 (245). - С. 3-9.
10. Щербаков, А.В. Флуктуирующая асимметрия листа клена остролистного (Acer platanoides L.) как индикационный показатель качества среды [Текст] / А.В. Щербаков, Е.О. Королькова // Социальноэкологические технологии. - 2015. - №1-2. - С.111-121.
11. Экология – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/ - (дата обращения: 25.12.2019)