Оценка загрязнения участков воздушного бассейна

В настоящее время в городах с достаточно большой численностью населения, развитой промышленностью, интенсивным транспортным движением всё более и более распространенным видом заболевания населения становится заболевание органов дыхательной системы. Ввиду того, что от их работы зависит функционирование всех остальных систем органов (сердечно-сосудистая, пищеварительная, опорно-двигательная и т. д. ), загрязнение воздушного бассейна можно считать одной из самых опасных форм экологического загрязнения.

Определить степень этого загрязнения наиболее точно и просто можно при помощи метода биоиндикации билатеральных морфологических признаков листа березы повислой. Это наглядный пример радиальной симметрии. В растении изначально заложена неспособность развиваться по точно определенным путям. По уровню отклонения определенных параметров листа от точно симметричных можно судить о степени загрязнения воздушного бассейна определенной территории, причем для этого требуется минимум инструментов.

Для выбора методики, наиболее соответствующей географическим и природным условиям, в которых находится город Стерлитамак, соответствующей уровню технического обеспечения школы, на базе которой проводилось исследование, уровню собственной теоретической подготовленности, нами был произведен анализ литературы по проблеме исследования.

Прежде всего, еще до выбора конкретной методики исследования, нами было определена ее основная направленность – биоиндикация.

Биоиндикация – оценка качества окружающей среды по состоянию отдельных живых организмов или биотических сообществ.

Биоиндикаторы – организмы и биотические сообщества, присутствие, количество, особенности развития которых служат показателями естественных условий или антропогенных изменений окружающий среды.

Этот метод имеет ряд преимуществ, наиболее значимыми из которых являются: быстрое отражение происходящих в экосистеме изменений, определение степени токсичности различных веществ, возможность использования методов математической статистики, отсутствие дорогостоящих приборов и трудоемких методов для измерения биологических параметров, возможности определения изменений в экосистеме на ранних стадиях загрязнения, что позволяет прогнозировать нарушение равновесия и подготовить комплекс мер по защите окружающей среды. Перспективным является использование в качестве биоиндикаторов отдельных видов растений.

Первая методика, которая была рассмотрена – это визуальная оценка жизненного состояния деревьев и древостоев по методу В. А. Алексеева.

Внешний облик и морфологически выраженные признаки структуры сообществ – отражение не только прямых разрушений его компонентов (пожары, рубки), но и постепенно накапливающихся функциональных расстройств (изъятие, видов в результате перепромысла, бытовое и промышленное загрязнение, обеднение почв, обеднение надпочвенного покрова и др. ). Хорошими показателями, интегрирующими изменения состояний наземных экосистем за длительные периоды, являются долгоживущие деревья и кустарники. Их признаки – возраст, высота и диаметр стволов, видовой состав, скорость роста по высоте и диаметру – позволяют оценить не только современное состояние экосистемы в целом, но и датировать события и явления, вызвавшие в прошлом резкие переломы хода естественных процессов, определяя, таким образом, длительность стадий, когда коренное сообщество сменялось его производными вариантами в процессах разрушения и самовосстановления.

Ряды переменных состояний сообществ резко отличаются от коренной структуры, хорошо идентифицируются в натуре при наземных исследованиях, а также на космических и аэроснимках. Это позволяет количественно оценить долю экосистем с разной степенью нарушенности, а по опыту стационарных работ на ключевых участках определить расчетное время естественной релаксации – возврата к устойчивому финальному состоянию со структурой, близкой к коренной.

В конечном счете, именно время релаксации может служить интегральным критерием степени нарушенности экосистем, поскольку оно пропорционально (при прочих равных условиях) «глубине расстройства» их функциональных механизмов и структуры. Дискретным отрезком – «шагом» измерения времени – целесообразно принять возраст лесообразующих пород в лесных экосистемах. Однако эта методика распространяется на лесные угодья и, следовательно, не включает экосистемы «культурного» и «техногенного» ландшафтов. Кроме того, эта оценка чисто визуальная и это, на наш взгляд, является несколько недостоверным.

Взаимосоотносима эта система и с классификацией состояний природных экосистем – шестибалльной шкалой Н. Ф. Реймерса (1990), в которой также исключена антропогенная ступень, а также с методикой Гудериана Р. Загрязнение воздушной среды.

Второй рассмотренной методикой была оценка состояния окружающей среды методом лихеноиндикации (Мэнинг, Федер, 1985).

Как уже было сказано ранее, в качестве биоиндикаторов выступают организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых реагируют на определенные факторы среды. Различают чувствительные биоиндикаторы – они реагируют на изменения среды значительным отклонением жизненных проявлений от нормы. Эти биоиндикаторы сразу свидетельствуют о степени воздействия загрязнителей. А также существует группа аккумулятивных биоиндикаторов – они накапливают воздействие загрязнителей без быстро проявляющихся нарушений. Хорошим биоиндикатором аккумулятивного характера является группа лишайников. Лихеноиндикация – оценка степени загрязнения воздуха в городах и лесных массивах по лишайникам.

Лихеноиндикация – очень удобный и доступный способ биоиндикации. Во-первых, лишайники являются эдификаторами и доминантами во многих типах растительных сообществ, в том числе коренных и квазикоренных: кустарничково-мохово-лишайниковых тундр, лишайниковых и кустарничково-лишайниковых. Во-вторых, исследованиям лишайников как биоиндикаторов посвящено много работ в сходным по природным территориям северных территориях, что дает возможность для сравнительного анализа.

Широко известен факт высокой чувствительности многих видов лишайников к загрязнению. Из-за отсутствия механизмов контроля газообмена через устьица отложение газообразных соединений из атмосферы происходит по всей поверхности лишайников. Задерживаются загрязняющие вещества в лишайниках в основном в корпускулярной форме в межклеточном материале внутригифового пространства. Присутствующие в отложениях загрязняющие соединения вызывают изменения видового разнообразия и обилия лишайников, сдвиг от полового размножения к преимущественно вегетативному, значительные морфологические изменения у выживших экземпляров, которые отражают ультраструктурную перестройку растительной ткани.

Основными проявлениями реакции лишайников на атмосферное загрязнение служат утечка ионизированного кальция вследствие разрушения и изменения проницаемости клеточных оболочек, изменения характера флюоресценции хлорофилла, свидетельствующее о деградации пигмента, уменьшение фиксации азота, изменение ферментативной активности.

Хотя нами было сказано, что предыдущая методика проста в выполнении, еще более доступной для нашего школьного оборудования является методика по оценке асимметрии билатеральных морфологических признаков листа березы повислой (Захаров В. М. и др. Здоровье среды: практика оценки).

Живые организмы несут наибольшее количество информации об окружающей среде обитания: живой организм, как биологическая среда, замыкает на себя все процессы, протекающие в экосистеме. В нормальных условиях организм реагирует на воздействия среды посредством сложной физиологической системы буферных гомеостатических механизмов. Под воздействием неблагоприятных условий эти механизмы могут быть повреждены, что приводит к нарушению развития. Эти нарушения хорошо выявляются при оценке стабильности развития по уровню флуктуирующей асимметрии. Явлениями флуктуирующей асимметрии охвачены практически все билатеральные структуры у самых разных видов живых организмов, и она может быть охарактеризована как одно из наиболее обычных и доступных для анализа проявлений случайной изменчивости развития. Этот же метод, а также многие другие, на которых я не буду подробно останавливаться, описаны в книге Захарова В. М. и Кларка Д. М. Биотест, интегральная оценка здоровья экосистем и отдельных видов.

Одним из таких методов является анализ стабильности развития древесных культур, для этого используется измерения листа.

Морфогенетической мерой нарушения стабильности развития является неспособность организма развиваться по точно определенным путям, так называемая флуктуирующая асимметрия (ФА). ФА представляет собой незначительные ненаправленные отклонения в строении тех или иных билатеральных структур от строгой симметрии. Важной особенностью ФА является то, что ее уровень в природных популяциях подвержен существенным колебаниям в зависимости от внешних условий среды. При неблагоприятных естественных абиотических условиях, например при низких температурах, при воздействии на организм загрязняющих веществ, других стрессовых факторов, ненаправленные различия между двумя сторонами тела у формирующихся организмов увеличиваются. Тем самым, уровень флуктуирующий асимметрии служит показателем состояния популяции в той или иной экологической обстановке. Чем выше показатели асимметрии признаков в исследуемой популяции, тем ниже уровень стабильности индивидуального развития организмов и тем ниже качество среды. Среди древесных культур наиболее интересным объектом исследования является береза повислая. Она широко распространена и произрастает в различных биотопах. В зеленой зоне города данный вид в равной мере можно считать как естественно растущим, так и культивируемым.

Выводы по ГЛАВЕ I.

На основе анализа научной литературы по проблеме исследования было установлено, что биоиндикации как методу изучения загрязнения воздушной среды уделяется значительное место. На основе проработанной литературы была выбрана методика исследования по оценке асимметрии билатеральных морфологических признаков листа березы повислой (Захаров В. М. и др. Здоровье среды: практика оценки).

ГЛАВА II. Экспериментальное исследование методики оценки загрязнения воздушного бассейна г. Стерлитамака по показателям стабильности развития березы повислой.

Методика экспериментального исследования.

Рассмотрим методику оценки экологического состояния окружающей среды по показателям асимметрии билатеральных морфологических признаков листьев березы .

«Стабильность развития как особенность организма к развитию без нарушений и ошибок является индикатором состояния природных популяций. Наиболее простым и доступным для широкого использования способом оценки стабильности развития является определение величины флуктуирующей асимметрии билатеральных морфологических признаков. Для пластического признака величина асимметрии рассчитывается как различие в промерах слева и справа, отнесенная к сумме этих промеров».

Захаров В. М.

(Здоровье среды: методика и практика оценки в Москве).

Для измерения лист помещают перед собой, стороной, обращенной к верхушке побега. С каждого листа снимают показатели по пяти промерам с левой (L) и правой стороны (R).

1. Угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой.

2. Расстояние между основаниями первой и второй жилок.

3. Расстояние между концами этих жилок.

4. Длина второй от основания листа жилки.

5. Ширина левой и правой половинок листа. Для измерения лист складывают, совмещая верхушку с основанием листовой пластинки.

Затем вычисляют показатель асимметрии для каждого признака (для каждого промеренного листа). Для этого разность (по абсолютной величине) между промерами слева (L) и справа (R) делят на сумму этих промеров:

(L – R) / (L + R)

Затем вычисляют величину асимметрии листа. Для этого суммируют пять значений асимметрии по отдельным признакам и полученную сумму делят на пять.

В заключительном действии вычисляется интегральный показатель асимметрии для всего растения – так называемый показатель стабильности развития. Для этого вычисляют среднее арифметическое всех величин асимметрии листа.

Пятибалльная шкала оценки степени нарушения стабильности развития для березы повислой.

Величина показателя Балл Условная характеристика экологического стабильности развития состояния

< 0,040 I Относительно удовлетворительное

0,040 – 0,044 II Слабое влияние негативных факторов

0,045 – 0,049 III Среднее влияние негативных факторов

0,050 – 0,054 IV Значительное влияние негативных факторов

>0,054 V Сильное влияние негативных факторов

Оборудование и материалы: измерительная линейка, циркуль-измеритель, транспортир.

Общая характеристика территории экспериментального изучения.

Прежде чем перейти непосредственно к исследованию, мы даем общую характеристику экспериментально изученной нами территории.

Мне как автору проекта город Стерлитамак чрезвычайно дорог – считаю его своей малой Родиной. Кроме того, это достаточно интересно – провести исследование вдали от места жительства, где природа так непохожа на Московскую – равнины и горы лесостепей вместо привычных смешанных лесов.

Вместе с тем, любая промышленность наносит вред окружающей среде, в том числе и воздушному бассейну территории. Тем более что промышленная специализация города Стерлитамака – химическая промышленность. За год предприятия города производят почти 1,5 млн. тонн кальцинированной соды, около 900 тыс. тонн цемента.

Цемент получают путем химической обработки известняка и песка. В производстве цемента дробленый известняк после перемешивания обжигают во вращающихся печах, при этом выделяется много мелкой известковой пыли. Такая пыль в больших количествах оседает на расположенных в районе промышленного производства растениях, постоянно присутствует в больших количествах в прилегающем участке воздушного бассейна. При попадании во влажную среду возможно образование суспензии, покрывающей поверхность почвы и растений своеобразной коркой. Она также представляет серьезную опасность и для рабочих, занятых в этих производствах. Поскольку содержит кремний, а в ряде случаев и асбест.

Кальцинированная сода используется для производства стекла, в черной и цветной металлургии, для производства синтетических моющих средств, в целлюлозно-бумажной, лакокрасочной и нефтяной промышленности. Производство кальцинированной соды также вносит большой вклад в пылевое загрязнение прилежащего участка воздушного бассейна, в больших количествах способно вызвать чрезмерное защелачивание почвы, что, несомненно, скажется и на растительном покрове территории. На человека оказывает умеренно опасное воздействие, обладает раздражающим и аллергическим действием.

В средствах массовой информации по России Стерлитамак, как правило, упоминают в связи с высокой степенью загрязнения воздушного бассейна. Однако, как показал анализ местной периодической печати, в действительности дело обстоит не совсем так. Ввиду такого противоречия мы утвердились в выборе территории.

Анализ периодической местной печати.

В химические предприятия города, а именно в ОАО «Сода», ЗАО «Каустик», продолжают поступать инвестиции, что, очевидно, приведет к увеличению производственной мощности, энергосбережению и повышению экологичности.

На ЗАО «Каустик» разработан проект по двойному увеличению мощности производства ВХ-ПВХ. Его реализация позволит к 2010 году довести объем промышленного производства до 15 млрд. рублей в год. К чести химиков на предприятии города решена задача в области предотвращения чрезвычайных ситуаций. Если в 80х-90х годах танки с хлором, расположенные на предприятии, были заполнены этим опасным продуктом, то сегодня в них поддерживается лишь необходимый технический минимум. На реконструкции собственных биологических очистных сооружений предприятие осваивает около 70 млн. рублей ежегодно.

Много делается в городе для развития экологически чистого транспорта, троллейбусов. Для воплощения этого проекта потребовалось 63 млн. рублей.

С автотранспортом по части его экологии сложнее. В 2006 году выбросы в атмосферу от автомобилей составили 47 тыс. т, или 45% от суммарных выбросов по городу. Значит, предприятиям, имеющим крупные автопарки, нужно более активно переходить на газомоторное топливо.

В отношении имеющихся в городе производств Стерлитамак принадлежит к особой категории. Опасные вещества, применяемые в производстве, требуют повышенного внимания по части пожарной безопасности, гражданской обороны, предупреждения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Поэтому предприятия города приняли участие в таких крупных мероприятиях, как командно-штабная тренировка, командно-штабные учения, командно-штабные мобилизационные учения и комплексные мобилизационные учения.

Говоря языком цифр, экологическая ситуация за прошедший год такова. Объем образования промышленных отходов в 2006 году составил 1млн. 800 тыс. тонн (в 2005 году – 2 млн. 842 тыс. тонн). То есть, речь идет об очевидном снижении на 36. 5%. Это связано, прежде всего, с сокращением образования отходов в ОАО «Сода», «Стерлитамакский нефтехимический завод» и «Стерлитамакский станкостроительный завод». Утилизировано и переработано в 2006 году свыше 2млн. 200 тыс. тонн отходов. Выбросы в атмосферу в 2006 году составили 104 тыс. тонн.

Ну а пока еще не решенные экологические задачи четко определены новыми экологическими программами.

Кроме того, в бюджет города заложены средства для приобретения и установки датчиков, анализирующих состав воздуха и оперативно передающих сведения в компьютерную сеть города, что делает информацию доступной для населения. Такие датчики планируется установить на крупнейших улицах города.

Ход и результаты проведенного исследования.

Ход исследования.

Измерения проводились в 5 различных районах города. Все они расположены сравнительно далеко друг от друга и, в целом, должны отражать реальную картину участков загрязнения воздушного бассейна Стерлитамака. На каждом участке было выбрано по 10 деревьев (каждый район разбивался на 10 равных участков при помощи регулярной сетки квадратов и подробного плана города). С каждого дерева было отобрано по 6 листьев. Все исследования проводились в трехкратном повторе.

Первым выбранным районом стал парк ОАО «СОДА», расположенный в черте города. Преобладающие в нем виды растительности – береза, тополь, осина. В нем ожидался достаточно низкий уровень нарушения стабильности развития березы повислой.

Второй выбранный район – проспект Октября. Это одна из центральных магистралей города. Транспортное движение представлено как автотранспортом на бензиновом и газовом топливе, так и троллейбусами. Вдоль всего проспекта с обеих сторон посажены аллеи березы повислой. Это стало одной из причин рассмотрения проспекта, – в какой степени такая аллея может нейтрализовать действие автомобильных выхлопов.

Третий выбранный район – улица Карла Маркса. Он интересен тем, что, не являясь центральной магистралью города, он, тем не менее, испытывает значительную нагрузку автотранспортом. Кроме того, на этой улице крайне мало зеленых насаждений.

Четвертым выбранным районом стала территория промышленных предприятий. На этом участке планировалось получить высокий общий уровень нарушения стабильности развития березы повислой.

Пятый район – расположенная в 8 км от города деревня Янгаул. Это контрольный, фоновый участок, т. е. , влияние негативных экологических факторов на эту территорию снижено до минимума.

Результаты исследования.

Итоговая шкала оценки степени нарушения стабильности развития березы повислой для всех исследуемых территорий (величина асимметрии).

Название исследуемых Величина показателя Балл Условная характеристика территорий стабильности развития экологического состояния

1. Деревня Янгаул 0, 039 I Относительно удовлетворительное

2. Парк ОАО «Сода» 0, 041 II Слабое влияние негативных факторов

3. Проспект Октября 0, 047 III Среднее влияние негативных факторов

4. Улица Карла Маркса 0, 05 IV Значительное влияние негативных факторов

5. Промышленные 0, 056 V Сильное влияние негативных факторов предприятия

Результаты исследования.

Самое сильное влияние негативных факторов наблюдается на территории промышленных предприятий, что вполне логично (в связи с указанной ранее промышленной специализацией города). Однако на той же территории были обнаружены деревья с относительно удовлетворительным экологическим состоянием, что свидетельствует об улучшении экологической обстановки в этой зоне (в соответствии с данными периодической печати).

Значительное влияние негативных факторов наблюдается на улице Карла Маркса, что связано с большой загруженностью автотранспортом и малым количеством зеленых насаждений.

Среднее влияние негативных факторов наблюдается на проспекте Октября. Он является центральной магистралью города, но в связи с большим количеством зеленых насаждений и преобладанием троллейбусов в общественном транспорте, влияние негативных факторов снижено.

Слабое влияние негативных факторов наблюдается в парке ОАО «Сода». Он находится вдали от заводского района, центральных магистралей и является любимым местом отдыха горожан.

Относительно удовлетворительное состояние наблюдается на контрольном (фоновом) участке – деревне Янгаул.

Таким образом, в ходе проведенного исследования мы пришли к следующему:

1) На основе анализа научной литературы по проблеме исследования было установлено, что биоиндикации как методу изучения загрязнения воздушной среды уделяется значительное место. На основе проработанной литературы была выбрана и осуществлена методика исследования.

2) В ходе проведения эксперимента был произведен отбор и изучение морфологических параметров листьев березы, в результате чего установлены наиболее загрязненные участки изучаемой территории.

3) Было установлено, что повышенный фон загрязнения объясняется интенсивностью дорожного движения и незначительным количеством зеленых насаждений, а также наличием промышленных предприятий.

4) В качестве рекомендаций по решению данной проблемы можно было бы предложить следующие:

1. Увеличить количество зеленых насаждений в городе.

2. Продолжить инвестирование экологических проектов.

3. Улучшать и разрабатывать методы по переработке отходов химической промышленности.

4. Использовать метод биоиндикации как наиболее доступный и не требующий больших затрат для оперативного мониторинга экологической ситуации в городе.

5. Активно переводить общественный автотранспорт на газомоторное топливо.

6. Агитировать владельцев частного транспорта заменить бензиновое топливо на газовое.

За год до проведенного исследования в учебнике географии я нашла список 9 самых загрязненных городов России. В этом списке Стерлитамак был на пятом месте. В географических атласах его указывают как город «острой экологической ситуации».

Теперь, осуществив исследование, я могу сказать: скорее всего, эти данные устарели. Мнение о том, что влияние промышленных предприятий в черте города распространятся на всей его территории, ошибочно. Отношение жителей к родному городу действительно бережное и патриотическое. На тех кто побывал или еще побывает в Стерлитамаке он никогда не произведет впечатление безнадежно загрязненного города.