Методика оценки состояния атмосферного воздуха в разных зонах города

Человек надеется на научно-технический прогресс, который решит разом все экологические проблемы. Только напрасно, потому что губят природу не заводы и комбинаты, а люди, работающие на них. И не по злому, конечно умыслу, а от экологического невежества, от уверенности, что от природы не убудет, что кладовые её бездонны, леса бескрайни. Между тем, все природные ресурсы исчерпаемы кроме, пожалуй, одного – разума человека. На него и надежда. Есть ещё время не допустить катастрофы. А начать надо с себя!

Шестой год подряд члены экологического кружка средней школы № 10 г. Каменск-Шахтинского (с почти 100 –тысячным населением) Ростовской области проводят наблюдения и элементарные экологические исследования родного края, результаты которых успешно представляют на городской, областной и всероссийской экологических конференциях.

Посёлок южный, в котором располагается наша школа №10, примыкает к южной окраине г. Каменск-Шахтинского. Через наш город проходят не только федеральные автотрасса и железнодорожная магистраль, соединяющие юг России и её центр, но и множество областных и районных автодорог. Непосредственно через наш посёлок проходит областная автотрасса «Каменск-Донецк».

Ходя в походы и экскурсии мы обратили внимание, что кроны деревьев одних и тех же пород значительно различаются не только размерами, но и величиной листьев, количеством прироста молодых побегов, общим состоянием деревьев – в зависимости от зоны посёлка, где они произрастают. Нами была сформулирована гипотеза, с помощью которой мы попытались объяснить свои наблюдения: возможно деревья имеют разный возраст; а возможно, что именно выхлопные газы автомобилей так загрязняют атмосферный воздух, что это сказывается на жизни растений.

В 2005 году юные экологи школы №10 оценивали состояние воздушной среды в микрорайоне школы п. Южного с помощью биоиндикационного метода, по кислотности дождевых осадков, запылённости воздуха и автотранспортной нагрузке.

Цели нашей работы:

1. Определить степень антропогенного воздействия на атмосферный воздух в разных экологических зонах микрорайона школы.

2. Привлечь внимание общественности к проблеме загрязнения атмосферы автотранспортом.

Основные задачи работы:

1. Научиться элементарным методикам экологического тестирования состояния атмосферного воздуха.

2. Провести предварительную оценку состояния атмосферного воздуха для прогнозирования негативных последствий антропогенного воздействия на окружающую среду.

3. Вооружиться знаниями о причинах изменений в окружающей среде, последствиях этого изменения и возможных направлениях устранения нарушений экологических характеристик.

4. Оценить количество ряда загрязняющих веществ, попавших в окружающую среду с выхлопными газами автомобилей.

5. Спроектировать и приступить к выполнению практического проекта «Зеленострой».

В ходе исследования были использованы методы:

1. Теоретический метод: сравнение и анализ научной и научно-популярной литературы.

2. Практические методы:

• метод наблюдения и оценки текущего состояния экосистемы;

• биологические методы – биоиндикация и биотестирование;

• статистическая обработка полученных результатов;

• рейтинг.

В сборе данных для этой работы принимали участие не только члены экологического кружка, но и ребята, интересующиеся вопросами биологии, экологии, химии, географии, информатики, математики. Такой подход к изучению природных процессов привёл нас к высокому качеству усвоения учебного материала по соответствующим дисциплинам, сформировал стойкий интерес к вопросам экологии. Можно с уверенностью сказать, что полученные экологические знания определят «экологическую чистоту» принимаемых нами в будущей жизни решений.

1. Методика оценки состояния атмосферы воздуха в разных зонах города.

Роль атмосферы в природных процессах велика. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредных космических и УФ 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 отрицательное влияние на живые организмы, что приводит к сокращению численности видового разнообразия животных и растений, заболеваемости человека.

1. Методика расчета выброса загрязняющих веществ автотранспортом.

Оборудование: блокнот, ручка, калькулятор.

Для учета автомобильных потоков в прилегающем к школе микрорайоне составляется схема всех улиц, по которым разрешено движение автотранспорта. Затем выбирается несколько улиц с незначительным, средним и интенсивным движением автомашин. На каждой выбранной улице намечается один или несколько створов наблюдений. Желательно, чтобы они располагались вдали от перекрестков и остановок транспорта, были удобны и безопасны для наблюдателей. На каждый створ требуется два наблюдателя: один учитывает машины, идущие из центра на окраину, второй – из окраинных районов в сторону центра. Каждую проехавшую автомашину ученик отмечает точкой в соответствующей графе учетной таблицы.

Таблица 1. 1

Учет автомобилей на данной улице.

Тип автомобиля Группа Число единиц

Грузовой ,с бензиновым двигателем М 1

Грузовой,с дизельным двигателем М 2

Грузовой,, на сжатом газе М 3

Автобус с бензиновым двигателем М 4

Автобус с дизельным двигателем М 5

Легковые служебные автомобили М 6

Легковые индивидуальные М 7

Точное определение концентраций загрязняющих веществ в воздухе требует специальных навыков, аппаратуры для отбора и анализа проб, реактивов. Подробно, для специалистов, процедура расчета выбросов СН, СО, NO описана в Методических рекомендациях по расчету выбросов загрязняющих веществ автомобильным транспортом(1985). Школьникам доступна приблизительная оценка влияния автомобильного транспорта на качество воздуха в населенном пункте.

Экспериментальным путем установлено, что масса выбрасываемого загрязняющего вещества зависит от типа автомобиля (грузовой, легковой, автобус), марки двигателя, вида топлива, а также от технического состояния машины. Таким образом, поскольку разные машины выбрасывают разное количество загрязняющих веществ, расчет выбросов ведется для каждого типа автомобилей отдельно по формуле:

M (I, j) =m (I, j)*k (I, j)*r (I, j),

Где М(I, j) – масса j-го загрязняющего вещества (например, СО), выброшенного одним автомобилем на протяжении одного километра пути (легко определить выброс загрязняющего вещества всеми автомобилями данного типа, умножив M(I, j) на количество машин); m (I, j)- удельный выброс (количество граммов на 1км пробега) j-го загрязняющего вещества автомобилем I-го типа, установленный экспериментальным путем; r (I, j)- коэффициент влияния среднего возраста автомобиля I-го типа на выброс j-го загрязняющего вещества; k (I, j)- коэффициент влияния технического состояния автомобиля I- го типа на выброс j-го загрязняющего вещества.

Поскольку различные типы машин выбрасывают различное количество веществ, необходимо считать выбросы для каждого типа автомобилей отдельно.

Выделены следующие группы:

М 1- грузовые автомобили с бензиновым двигателем;

М 2- грузовые автомобили с дизельным двигателем;

М 3- грузовые автомобили, работающие на сжатом газе;

М 4- автобусы с бензиновыми двигателями;

М 5- автобусы с дизельными двигателями;

М 6- легковые служебные автомобили;

М 7- легковые,индивидуальные автомобили.

Величины удельного выброса автотранспортом СН, СО, NO, а также значения коэффициентов влияния среднего возраста автомобилей и их технического состояния на выброс загрязняющих веществ автотранспорта.

Таблица 1. 2

Удельный выброс загрязняющих веществ автотранспортом m (I, j),г/кг

Группа машин СН СО NO

М 1 12,0 55,5 6,8

М 2 6,4 15,0 8,5

М 3 7,5 25,0 7,5

М 4 9,6 51,5 6,4

М 5 6,4 15,0 8,5

М 6 1,6 16,1 2,2

М 7 1,7 16,1 2,1

Таблица 1. 3

Коэффициенты влияния среднего возраста автомобилей r (I, j) и их технического состояния k (I, j) на выброс загрязняющих веществ.

Группа машин СН СО NO

r (I, j) k (I, j) r (I, j) k (I, j) r (I, j) k (I, j)

М 1 1,2 1,9 1,3 1,7 1,0 0,8

М 2 1,2 1,2 1,3 1,8 2,0 1,0

М 3 - - - - - -

М 4 1,2 1,9 1,3 1,7 1,0 0,8

М 5 1,7 2,0 1,3 1,8 1,0 1,0

М 6 1,7 1,8 1,3 1,6 1,0 0,9

М 7 1,7 1,8 1,3 1,6 1,0 0,9

Поскольку без применения технических средств невозможно определить, в каком состоянии находятся автомашины, при расчетах допустимо предположить, что 50% автомобилей находятся в удовлетворительном состоянии, а 50% - в неудовлетворительном.

Определив интенсивность, потока в нескольких участках района исследования и проведя расчеты по приведенной выше формуле, можно сравнить интенсивность выбросов на разных улицах.

1. 2. Методика определения изменчивости площади листьев древесных растений в разных экологических условиях.

Оборудование: лист белой бумаги, ножницы, весы технические с разновесами, линейка, авторучка, карандаш, микрокалькулятор.

Все метамерные органы растений реагируют на загрязнение среды или абиотические факторы. Ростовые процессы у растений включают в себя множество подпроцессов и фактически являются суммирующими. Растения подвержены очень большой изменчивости (особенно размеры листьев) и диапазон их нормы реакции очень широк. Так, размеры листьев могут сильно увеличиваться после обрезки деревьев, т. к. приток пластических веществ и фитогормонов из корневых систем распределяется на оставшиеся после обрезки листья, а также стимулирует пробуждение спящих почек. В то же время размер листьев может сильно уменьшаться в результате длительной весенней засухи. В связи с этим при биоиндикации загрязнения наземных экосистем для научных целей требуются исключение указанных вариантов и при взятии листьев нужно применять большую выборку (60-100 образцов). В санитарных зонах предприятий, в уличных посадках в большинстве случаев размеры листьев уменьшены по сравнению с более чистой загородной территорией. Существует несколько способов измерения площади листьев. Модификацией весового метода является разработка Дорогань Л. В. (1994), где предварительно для древесной породы определяют переводной коэффициент, а затем путём измерения длины и ширины листа производят массовые вычисления площади листьев. Это значительно ускоряет работу при больших выборках.

Во время экскурсии по городу (ее разумнее проводить в самом начале сентября) ученики срезают 100 листьев с одной породы дерева (тополь), растущих в разных экологических условиях, складывают в пакеты, а затем засушивают между листами газетной бумаги в лабораторных условиях. Это дает возможность провести работу в зимний период. Установление переводного коэффициента основано на сравнении массы квадрата бумаги с массой листа, имеющего такую же длину и ширину. Для этого берут бумагу (лучше в клеточку) и очерчивают квадрат, равный длине и ширине листа, а затем аккуратно обрисовывают его контур.

Вычисляют площадь квадрата бумаги, вырезают и взвешивают. Из полученных данных вычисляют переводной коэффициент по формулам 1 и 2:

1) K=Sл / Sкв.

2) S =(Pл Sкв. ) / Pкв.

K - переводной коэффициент,

S- площадь листа (л) или квадрат бумаги (кв. ),

P- масса квадрата бумаги или листа.

Вычисление коэффициента производится на основании измерения 7-8 листьев. Таким же расчетом он устанавливается отдельно для каждого вида растений. Примерно он равен для березы–0,64; для яблони-0,71-0,72 для тополей -0,60-0,66. Затем измеряют длину (А) и ширину (В) каждого листа и умножают на переводной коэффициент (К):

S=A B K

Получаем ряд значений изменчивости площади листьев для каждой древесной породы в разных экологических условиях. Для каждого ряда вычисляют среднеарифметические величины, сравнивают между собой.

В случае большой выборки строят вариационные кривые встречаемости листьев определенной площади в разных условиях среды.

При этом все ряды по площади листьев разбивают на классы от самого маленького листа до самого большого , с одинаковым шагом между классами. Соответственно по каждому классу производят определение встречаемости.

Кривые сравнивают, делают выводы относительно различий в изменчивости площади листьев в зависимости от экологических условий. Устанавливают разницу в диапазоне изменчивости для маленьких и больших листьев.

2. Результаты оценки состояния атмосферного воздуха в микрорайоне школы.

2. 1 Двойственное значение использования автотранспорта: необходимость для перемещения грузов и, одновременно, серьезная экологическая опасность для природной среды.

Транспорт – важнейшая сфера материального производства – связывает регионы в единую общую систему хозяйственной деятельности. Чем интенсивнее в регионе протекают производственные процессы, тем сильнее в регионе осуществляется воздействие человека на природу, в том числе и посредством транспортных средств. От характера обмена веществ между человеком и природой зависит общее, региональное и локальное состояние окружающей среды. Важнейшим проводником веществ в этом процессе выступают транспорт, причем эта роль транспорта повсеместно возрастает. Деятельность транспорта стала вполне сопоставима с природными процессами перемещения веществ.

Дитя цивилизации, чудо 20 века, троянский конь технического прогресса Как только не называют современный автомобиль! Эти названия отражают не только восхищение успехами автомобилестроения, но и все возрастающие опасения в отношении возможных негативных экологических последствий, вызванных этими успехами. Быстрый, компактный, грузоподъемный, независимый, удобный, незаменимый в жизни автомобиль стал составной частью быта современного человека. Автомобиль – это химический реактор, в котором тепловая энергия окислительно-восстановительной реакцией преобразуется в механическую энергию, вращающую колеса.

Автомобиль предоставляет серьезную химическую опасность для природы, для людей, если не научиться экологически грамотно управлять химическими процессами, протекающими в его двигателе.

Воздействие отработавших газов автомобиля на живые организмы сводится к следующему:

1. Максимальные энергетические показатели двигателя достигаются в условиях избытка топлива, но при этом из-за недостатка кислорода воздуха часть углеводов бензина не окисляется до конца, что приводит к образованию сажи и угарного газа СО, оказывающего вредное воздействие на здоровье человека даже при низких концентрациях вследствие более активного по сравнению с кислородом взаимодействия с гемоглобином крови.

2. В состав бензина входят различные углеводороды. Они попадают в атмосферу вследствие испарения. Продукт неполного сгорания топлива взаимодействуя с оксидом азота, смога – вредного для людей тумана.

3. В условиях высоких температур, развиваемых в цилиндре двигателя, азот окисляется кислородом воздуха до оксида азота (2) NO, вызывающего общую слабость, головокружение и тошноту.

4. Сера, содержащаяся в бензине, окисляется до сернистого газа, нарушающего процессы дыхания и способствующего повышению кислотности атмосферных осадков.

5. При горении бензина в условиях недостатка кислорода и высоких температур образуется брохиатические углеводы, обладающие канцерогенными свойствами, особенно 3,4 – бензпирен.

6. На стадии воспламенения топлива, а тем более при пуске двигателя или его работе без нагрузки, т. е. в условиях избытка кислорода, осуществляется синтез альдегидов, оказывающих наркотическое действие на центральную систему.

7. Для устранения преждевременного воспламенения воздушно-бензиновой смеси в бензин добавляются антидетонаторы, наиболее эффективный среди которых является тетраэтилсвинец (ТЭС) (С2Н5)4Рв. Неизбежное попадание свинца в атмосферу весьма опасно вследствие возможного его накопления в крови и тканях человека и животных, в плодах растений, листьях деревьев.

Вредное влияние химических соединений, образующихся в составе отработанных газов, проявляется не только по отношению к человеку, но расширяется на всю окружающую природную среду.

Вот что такое автомобиль с эколого-химической точки зрения и вот почему «дитя цивилизации» 20 века все больше становится похожим на чудовищного монстра.

Автомобильный транспорт является одним из главных источников загрязнения окружающей среды. Среднегодовой пробег легкового автомобиля составляет 15-25 тыс. км, грузового 5-15 тыс. км, за это время грузовик потребляет 1500-7500 л бензина, легковой автомобиль 1500-2500 л. При сжигании одного литра бензина выделяется 200-400 мг свинца, следовательно, один легковой автомобиль за год выбрасывает в городскую среду 0,3-1 кг свинца.

Дизельные двигатели загрязняют атмосферу сажей, сернистыми соединениями, бензпиреном. Нельзя забывать о вторичном загрязнении атмосферы дорожной пылью, поднимаемой при движении автотранспорта, и продуктами сгорания шин, среди которых отметим соединения цинка и кадмия.

Частички свинца, серы накапливаются в воздухе, переходят в почву, оттуда попадают в растения. Особенно опасна в геохимическом отношении придорожная полоса шириной до 200м. Поэтому вблизи дорог нельзя заготавливать сено, собирать грибы, ягоды, пасти скот. Кроме того, воздух вблизи автодорог, загрязнен пылью, состоящий из частиц асфальта, резины, металла.

Для полного сгорания 1кг бензина требуется теоретически около 15кг воздуха (примерно 3,5кг кислорода). Значит средний автомобиль, пробегающий за год 10 тыс. км и сжигающий около 10 т бензина, расходует 35 т кислорода и выбрасывает в атмосферу 160 т выхлопных газов.

Теоретически при работе двигателя должны образоваться только оксид углерода (4) и вода:

2С8Н18 + 25о2 = 16СО2 + 18Н2О

Но в реальных условиях, тем более при не отрегулированном двигателе, разных скоростях движения автомобиля не все продукты успевают полностью сгореть. В четырехтактных, а особенно в двухтактных двигателях часть углеводородов может оказаться в выхлопных газах. В выхлопных газах автомобиля и мотоцикла обнаружено более 200 различных веществ.

Количество выбросов сильно зависит от культуры эксплуатации машины. Если двигатель эксплуатируется небрежно, если водитель долго разгоняет на промежуточных передачах, если неудачно отрегулировано зажигание, то не только на 15-40% увеличивается расход бензина, но и в 6-8 раз повышается доля токсичных веществ в выхлопных газах.

Автомобильные двигатели внутреннего сгорания (ДСВ) загрязняют атмосферу вредными веществами, выбрасываемыми с отработанными газами (ОГ), картерными газами и топливными испарениями. При этом 95-99% вредных выбросов приходится на ОГ, представляющие собой аэрозоль сложного состава, зависящего от режима работы двигателя.

Элементарный состав автомобильного топлива – это углерод, водород, в незначительных количествах кислород, азот и сера. Атмосферный воздух, являющийся окислителем топлива, состоит в основном из азота (79%) и кислорода (21%). При идеальном сгорании смеси углеводородного топлива с воздухом в продуктах сгорания должны присутствовать лишь N2, CO2, H2O. В реальных условиях ОГ содержат также продукты неполного сгорания (окись углерода, углеводороды, альдегиды, твердые частицы углерода, пероксидные соединения, водород и избыточный кислород), продукты термических реакций взаимодействия азота с кислородом (оксиды азота), а также неорганические соединения тех или иных веществ, присутствующих в топливе (сернистый ангидрид, соединения свинца и т. д. ).

Всего в ОГ обнаружено около 280 компонентов. По своим химическим свойствам, характеру воздействия на организм человека вещества, содержащиеся в отработанных и картерных газах, подразделяются на несколько групп. В группу нетоксичных веществ входят азот, кислород, водяной пар, а также углекислый газ. Группу токсических веществ составляют: монооксид углерода, оксиды азота, многочисленная группа углеводородов, включающая парафины, олефины, ароматические соединения и т. п. Далее следуют альдегиды, сажа. При сгорании сернистых видов топлива образуются неорганические газы. Особую группу составляют канцерогенные полициклические ароматические углеводы (ПАУ), в том числе наиболее активный – бензопирен, являющийся индикатором присутствия канцерогенов в ОГ. В случае применения этилированного бензина образуются токсичные соединения свинца.

Состав ОГ основных типов двигателей – бензинового двигателя с искровым зажиганием и дизеля с воспламенением от сжатия, существенно различается, прежде всего, по концентрации продуктов неполного сгорания, а именно монооксидами углерода, углеводородов и сажи. Основными токсическими компонентами ОГ двигателей являются СО, CnHm, NOx и соединениями свинца, дизелей - NOx, сажа.

Концентрации токсических веществ в ОГ изменяются в больших пределах. Количество токсичных выбросов зависит от конструкции двигателя, в частности от топливного механизма.

Дизель менее токсичен, чем бензиновый двигатель. Наиболее полно проявляются положительные качества дизеля в режиме городского движения с большим процентом малых нагрузок и холостого хода.

Нормируемые компоненты ОГ автомобильных двигателей является монооксид углерода, оксиды азота и углеводороды, как обладающие наибольшей токсичностью.

2. 2. Оценка уровня загрязнения воздуха отработанными газами автотранспорта в трёх зонах посёлка.

Один из основных источников загрязнения воздуха в городе- автомобильный транспорт. Санитарные требования по уровню загрязнения допускают поток транспорта в жилой зоне интенсивностью не более 200 авт. /час.

Для учёта автомобильных потоков в прилегающем к школе микрорайоне мы составили схему всех улиц, по которым разрешено движение автотранспорта. Затем выбрали три улицы:

❑ Ул. Алтайская –с незначительным авто потоком ;

❑ Ул. Профсоюзная – со средним авто потоком ;

❑ Ул. Морская –с интенсивным движением.

Учёт автомобилей провели по методике (раздел 1. 1).

Ход работы.

1. Произвели несколько наблюдений в течение одного часа (с 14 до 15 час. ) за перемещением автотранспорта в назначенных створах.

Таблица 2. 1.

Количество автомобилей разных марок, проезжающих по исследуемым улицам п. Южного за 1 час (усреднённо).

Группа машин Ул. Алтайская, шт. Ул. Профсоюзная Ул. Морская, шт.

М 1 5 21 82

М 2 2 31 15

М 3 - - -

М 4 3 8 24

М 5 - 3 2

М 6 2 15 20

М 7 38 385 405

2. Так как разные автомобили выбрасывают разное количество загрязняющих веществ, проводим расчёт выбросов для каждого типа автомобиля отдельно, с учётом их количества.

Например, масса угарного газа (СО), выброшенного одним автомобилем марки М 1(грузовой с бензиновым двигателем) на протяжении 1 км пути равна: м (М1;СО) = 55. 5 г/км х 1,3 х1,7 =122,66 г/км

Тогда масса угарного газа, выброшенного всеми автомобилями этой марки на протяжении 1 км пути по ул. Морской за 1 час равна:

М (М1;СО) = 82шт. х 122,66 г/км = 10,06кг/км.

Таблица 2. 2.

Масса загрязняющих веществ ( М ), выбрасываемых всеми автомобилями разных марок на протяжении 1 км пути , в течение 1 часа на ул. Морской.

Группа машин М (СН ), г/км М (СО ),г/км М (NОх ),г/км

М 1 2243,5 10058 446,1

М 2 138,2 292,5 255

М 3 - - -

М 4 525,3 2101,2 122,9

М 5 43,5 70,2 17

М 6 97,9 669,8 39,6

М 7 2106,8 13562,6 765,5

Все автомобили: 5155,2 26754,3 1646,1

Таблица 2. 3.

Масса загрязняющих веществ, выбрасываемых всеми автомобилями разных марок на протяжении 1 км пути, в течение 1 часа на ул. Профсоюзной.

Группа машин М (СН ),г/км М (СО ),г/км М ( N Ох),г/км

574,6 2575,8 114,2

М 2 285,7 1088,1 527

М 3 - - -

М 4 175,1 910,5 40,96

М 5 65,3 105,3 25,5

М 6 73,44 502,32 29,7

М 7 2002,8 12892,9 727,65

Все автомобили: 3176,94 18074,9 1465,0

Таблица 2. 4.

Масса загрязняющих веществ, выбрасываемых всеми автомобилями разных марок на протяжении 1 км пути , в течение 1 часа на ул. Алтайской.

Группа машин М ( СН ),г/км М (СО ),г/км М (NОх ),г/км

М 1 136,8 613,3 27,2

М 2 18,43 70,2 34

М 3 - - -

М 4 65,7 341,5 15,4

М 5 - - -

М 6 9,8 67 4

М 7 197,7 1272,5 71,8

Все автомобили: 428,4 2364,5 152,4

2. Результаты исследований представляем в виде диаграммы.

Вклад автотранспорта в валовые выбросы вредных веществ в атмосферу города Каменск - Шахтинского составляет 78 % [6].

Особую опасность представляет загрязнение атмосферного воздуха свинцом, соединения которого используются в качестве антидетонационных присадок к бензину. На улицах с интенсивным движением содержание свинца в атмосферном воздухе достигает 6 мкг/куб. м.

Максимальная концентрация свинца наблюдается в 20 м от трассы (80мкг/л), тогда как , начиная с 50м она остаётся на постоянном уровне(30мкг/л). При максимальной интенсивности движения содержание свинца( например, во мхах) 223мкг/л, а при минимальной 4-50 мкг/л. [7].

Дальность распространения свинца от источника 0-500 км.

Время пребывания в природной среде : в атмосфере –5 – 20 часов; в воде – месяцы; в почве – годы.

Человек ,представляющий одно из последних звеньев пищевой цепи, испытывает на себе наибольшую опасность нейротоксического воздействия свинца. Соединения свинца поступают в организм через кожу и слизистые оболочки, через дыхательные пути и пищевой тракт. При интоксикации свинцом развивается поражение мозга (энцефалопатия), нарушается дыхательная функция крови вследствие разрушения эритроцитов, возможно нарушение функции пищеварительного тракта в результате атрофии слизистой оболочки тонкого кишечника и угнетения целого ряда ферментов за счёт вытеснения свинцом из последних цинка и меди. Содержание свинца в крови не приходит к норме даже спустя три года после нормализации его уровня в воздухе. Установлена зависимость между уровнями свинца и кадмия в волосах школьников и степенью умственного развития. .

2. 3. Результаты использования растений как биоиндикаторов загрязнения в условиях антропогенного ландшафта микрорайона школы.

Внешние воздействия могут вызывать у особи изменения, которые бывают для них вредными, безразличными или полезными, т. е. приспособительными. Реализация наследственной информации находится в прямой зависимости от среды. Организмов вне среды не существует. Поскольку организмы являются открытыми системами, находящимися в единстве с условиями среды, то и реализация наследственной информации происходит под контролем среды.

Один и тот же генотип способен дать различные фенотипы, что определяется условиями, в которых реализуется генотип в процессе онтогенеза. Фенотипическая изменчивость происходит в пределах нормы реакции.

Растения подвержены очень большой изменчивости (особенно размер листьев) и диапазон их норм реакции очень широк.

Современные физико-химические не дают полной картины экологической ситуации в конкретной местности, поэтому возникает необходимость использовать данные биомониторинга и проводить биоиндикационные исследования.

Растение- индикатор – это такое растение, у которого признаки повреждения появляются при воздействии на него фитотоксичной концентрации одного или нескольких загрязняющих веществ. Растение – индикатор является химическим сенсором, который может обнаружить в воздухе присутствие загрязняющего вещества. К таким веществам относятся тяжёлые металлы(Pb, Cd), сероводород, аммиак, сернистый газ и другие. В результате их воздействия у растений может измениться скорость роста, созревания, возникнуть ухудшение цветения, образования плодов и семян, измениться процесс размножения и, в конечном счёте, снизится продуктивность и урожайность.

2. 3. 1. Биоиндикация атмосферного воздуха на улицах п. Южного

Биоиндикацию состояния окружающей среды микрорайона школы проводим с помощью тополя канадского с использованием весового метода Л. В. Дорогань, определяя площади листьев у древесного растения (раздел 1. 2. ).

Объектами исследования стали три тополя приблизительно одного возраста (определяем по толщине ствола), растущие в разных экологических зонах микрорайона школы, на улицах с разной транспортной нагрузкой:

1. Улица Морская, по которой проходит участок автотрассы «Каменск-Донецк».

2. Улица Профсоюзная с оживлённым движением автотранспорта;

3. Улица Алтайская, на которой располагается наша школа; транспортная нагрузка небольшая.

Ход работы.

1. Собрали по 100 листьев с каждого дерева.

2. Установили переводной коэффициент:

Sл=Sкв х Рл / Ркв=11см х 7,5см х 0,2г / 0,3г=55см

Sкв = 87,5 см

К = 55 см /83,3 см =0,66

3. Измерим длину и ширину каждого листа и определим его площадь S =АхВхК.

Таблица 2. 5.

Площади листовых пластинок тополя канадского, ул. Алтайская.

№ листа Длина листа,см Ширина листа,см Площадь листа,см № листа Длина листа,см Ширина листа,см Площадь листа,см

12 8 63,36 48. 10,5 6,5 45,05

11 7,5 47,19 49. 10 6,5 39,6

11 6,5 54,45 50. 11,5 6 49,34

12 7 55,44 51. 11,5 6,5 53,13

11,5 7,5 56,93 52. 9 7 38,61

12 7 55,44 53. 9,5 6,5 34,45

12 7,5 59,4 54. 10 5,5 42,9

12,5 8 66 55. 11 6,5 58,08

12,5 7,5 61,86 56. 10,5 8 41,58

11,5 6,5 49,34 57. 10,5 6 45,05

5,7 5,2 19,6 58. 10 6,5 З6,3

10 6 39,6 59. 11,5 5,5 53,13

7 5,4 25 60. 9,5 7 34,49

5,9 3 15 61. 9,5 5,5 34,45

10,5 6,5 45,05 62. 11 5,5 43,56

11 6 43,56 63. 12,5 6 61,88

12 6,5 51,48 64. 14 7,5 83,16

10,5 7 48,51 65. 12 9 63,36

10,5 7,5 51,96 66. 13 8 68,64

10 6 39,6 67. 14,5 8 86,13

11,5 6 45,54 68. 12 9 63,36

11 6,5 47,19 69. 13 8 72,93

10,5 6 41,58 70. 10 6,5 42,8

12 7,5 59,4 71. 8 6 31,68

10,5 6 41,58 72. 9,5 5,5 34,45

10 7,5 49,5 73. 9 7 41,58

11 7 50,81 74. 7,5 4 20

13 8 68,64 75. 12 8,5 67,32

11,5 7 53,15 76. 15 9 89,1

12 7,5 59,4 77. 10,5 6 41,58

10 7 46,2 78. 11,5 7 53,13

5,8 4,7 18,4 79. 13 8 68,64

9 7 41,58 80. 14 9 85,16

11 7,5 54,45 81. 12 8,5 67,32

11 7,5 54,45 82. 15 10 99

9 6 35,64 83. 12,5 10 82,5

11,5 7 53,13 84. 11,5 8 60,72

13 8 68,64 85. 9,5 7 43,89

10,5 8 55,44 86. 9 7 41,58

11 7 50,82 87. 10,5 9 62,37

10,5 6 41,58 88. 10,5 6 41,58

10,5 7 48,51 89. 10,5 7 74,16

10,5 7 48,51 90. 11 9 65,34

10,5 6 48,58 91. 9 7,5 44,55

11 6,5 47,19 92. 10,5 7,5 51,98

9 6 35,64 93. 12 8,5 67,32

11,5 6 49,34 94. 9,5 7 43,89

95. 12,5 6,5 53,63 98. 15 9,5 94,05

96. 9,5 6,5 40,78 99. 11. 5 8 60,72

97. 8,5 6 39,66 100. 12,5 8 66

4. Определяем классы площадей листовых пластинок тополя и частоту их встречаемости на растении.

Таблица 2. 6

Классы площадей листовых пластинок тополя по частоте их встречаемости , в разных зонах микрорайона.

Классы площадей, см 7-18 19-30 31-42 43-54 55-66 67-78 79-90 91-102

Частота встр-сти, ул. Морская 22 46 15 7 5 3 2 -

Ул. Профсоюзная 8 15 39 25 10 2 1 -

Ул. Алтайская 2 3 23 34 22 9 4 3

5. Получив ряд значений изменения признака в разных экологических условиях,строим вариационные кривые встречаемости листьев определённой площади.

Рассмотрев вариационные кривые , приходим к выводу, что реализа- ция наследственной информации находится в прямой зависимости от среды. Условия среды влияют на степень выраженности наследственного признака

(размеры листовых пластинок) и число особей ,проявляющих этот признак.

Так как (мы выяснили из раздела 2. 2) загрязнённость атмосферного воздуха выхлопными газами на ул. Морской велика из-за максимального транспортного потока, то загрязнённая атмосфера (а значит и почва) влияют на ростовые процессы тополя. Площади его листовых пластинок варьируют от 7 до 42 см кв.

Атмосферный воздух ул. Алтайской менее всего загрязнён выхлопными газами из-за малого авто потока; площадь листовых пластинок тополя, произрастающего на этой улице, изменяется от 30 до 80 см кв.

Основные экологические факторы в населённых пунктах существенно отличаются от тех, которые влияют на растения в естественной обстановке. Загрязнение воздуха, воды ,почвы оказывает влияние на физиологические функции растений ,их внешний облик, состояние, продолжительность жизни, генеративную сферу. Вещества - токсиканты адсорбируются на клеточных оболочках растений, проникают внутрь клеток, нарушают обмен веществ; в результате резко снижается фотосинтез, усиливается дыхание.

Обычно признаки поражения растения токсикантами выражаются в некрозе края листа, побурении листьев, появлении уродств, отмирании. Пыль, оседающая на листья, действует как экран, снижающий доступ света и усиливающий поглощение тепловой радиации. Кроме того возможна закупорка листьев пылевыми частицами. Загрязнение почвы и вод нефтепродуктами вызывает разные этапы повреждения растений- от отсутствия завязывания семян, размеров органов до полной гибели.

2. 3. 2. Результаты биотестирования родника «Криница» (ул. Морская), находящегося на обочине автотрассы.

В 2004 году юные экологи нашей школы проводили комплексные исследования природных водоёмов своего посёлка. Среди объектов исследования был и родник «Криница», который располагается на улице Морской всего в десятке метров от автотрассы «Каменск-Донецк». Мы, кружковцы, проводили биотестирование семян фасоли разными природными водами и были чрезвычайно удивлены, что родниковая вода (питьевая для жителей нашего посёлка) далеко не однозначно действует на тест - растения, особенно на развитие корневой системы. По сравнению с контролем (водопроводная вода) наблюдается подавление ростовых процессов фасоли криничной водой.

Среди химических загрязнителей криничной воды мы выделили свинец, выделяющийся при сжигании топлива в автомобилях, проезжающих по автотрассе (раздел 2. 2).

Таблица 2. 7.

Влияние различных проб воды на прорастание семян и ростовые процессы фасоли.

Варианты Повторности Семена Корешки Ростки Вес проростков, опытов г

Всего Проросших Длинна,мм Вес,г Длинна,мм Вес,г

Контроль 1 10 10 23,0 0,095 37,0 0,232 0,33

(кип. вода)

2 10 10 45,0 0,224 134,5 1,021 1,25

3 10 10 27,0 0,095 27,0 0,172 0,27

4 10 10 41,0 0,102 67,0 0,17 0,27

5 10 10 54,5 0,065 29,5 0,195 0,26

Проба 1 1 10 10 17,6 0,026 36,8 0,175 0,20

2 10 10 13,0 0,03 27,1 0,135 0,17

3 10 10 15,4 0,035 31,7 0,18 0,22

4 10 10 21,5 0,02 34,9 0,095 0,12

5 10 9 6,5 0,047 19,7 0,15 0,20

2. 3. 3. Роль зелёных насаждений в жизни нашего города и посёлка.

Роль зелёных насаждений в жизни города огромна. Согласно закону РФ «Об охране окружающей природной среды» (1992 г. ), зелёные зоны городов и населённых пунктов относятся к особо охраняемым природным территориям. Растительность на улицах городов, посёлков рассматривается, прежде всего, с точки зрения улучшения среды жизни человека в гигиеническом и эстетическом отношениях.

Зелёные насаждения города входят в состав комплексной зелёной зоны. Главная функция насаждения – санитарно-гигиеническая, рекреационная, структурно-планировочная и декоративно- художественная.

Зелёные растения имеют огромную роль в обогащении окружающей среды кислородом и поглощении образующегося углекислого газа. Дерево средней величины за 24 часа восстанавливает столько кислорода, сколько необходимо для дыхания трёх человек. Разные растения (они растут возле и внутри школьного двора) способны выделять различные количества кислорода за период вегетации с поверхности листвы площадью 1 кв. м.

- сирень-1,1 кг;

- ясень-0,89 кг;

- дуб-0,85кг;

- сосна-0,81 кг;

- клён-0,62 кг.

Различаются растения, произрастающие возле школы и по эффективности газообмена. Если эффективность газообмена ели принять за 100%, то у сосны обыкновенной –164%, дуба черешчатого- 450%, тополя-691%.

Растения улучшают микроклимат: понижают тепловую радиацию, повышают влажность воздуха, многие выделяют фитонциды (белая акация, туя западная,конский каштан, сосна обыкновенная).

Некоторые растения в три раза увеличивают количество лёгких отрицательных ионов и способствуют снижению количества тяжёлых ионов, которые отрицательно влияют на дыхание людей, вызывая усталость ;а лёгкие отрицательные ионы улучшают деятельность сердечно-сосудистой системы, способствуют увеличению уровня ионизации воздуха (концентрация лёгких ионов под их кронами достигает 500 ионов/мл) :

-сосна обыкновенная;

-белая акация;

-сирень обыкновенная;

-тополь чёрный и пирамидальный.

Зелёные растения снижают уровень городского шума, ослабляя звуковые колебания в момент прохождения их через ветви и листву. Наиболее шумозащитной способностью отличаются:

- клён; - тополь; - вяз.

Огромная роль зелёных насаждений в очистке воздуха города. Задерживая потоки воздуха, растения поглощают содержащиеся в нём загрязняющие вещества- мелкодисперсные аэрозоли и твёрдые частицы, а так же газообразные соединения, поглощаемые растениями или не включающимися в метаболизм растительными тканями. Процесс фильтрации воздуха можно разделить на 2 фазы: задерживание газов и аэрозолей и взаимодействие их с растениями. Способность осаждать пыль объясняется строением кроны и листвы растений. Когда запылённый воздух проходит через естественный лабиринт, происходит своеобразная фильтрация. Значительная часть пыль задерживается на поверхности листвы, веток, стволов. При выпадении осадков она смывается и вместе с водными потоками уносится в почву и канализационную сеть. У различных растений пылеулавливающие свойства не одинаковые. Запылённость поверхности листьев:

- вяза –3,4 г/м^

- сирени- 1,6;

- клёна- 1;

- тополя- 0,6.

Зелёные насаждения оказывают эмоционально-психическое воздействие: активно способствуют восстановлению сил и равновесия между организмом и окружающей средой.

Тополь – дерево уникальное.

❑ Эффективно удерживает в себе металлосодержащую пыль (летом – до 50%, зимой - до37%).

❑ Выделяет кислорода в 7 раз больше, чем, например ель.

❑ Средневозрастной тополь в период вегетации поглощает до 40 кг углекислого газа в час.

❑ Эффективность поглощения углекислого газа для тополя 691%.

❑ По степени увлажнения воздуха он превосходит ель, например, почти в 10 раз

❑ Посадки тополей дешевле и целесообразнее с точки зрения экономии городской площади.

❑ Он способствует насыщению воздуха полезными лёгкими отрицательными ионами.

❑ Тополиный пух осаждает на землю тысячи тонн пыли, копоти.

❑ Тополь декоративен, быстро растёт, хорошо размножается.

2. 3. 4. Практическая работа кружковцев и юных экологов СШ №10 по устранению негативных последствий антропогенного воздействия на окружающую среду.

Нами был составлен и выполнен с помощью старшеклассников практико-ориентированный проект «Зеленострой».

Населённый пункт: п. Южный, город Каменск-Шахтинский.

Объект: территория СШ №10.

Период выполнения: апрель-октябрь 2005 г.

Цель проекта: содействовать улучшению экологической обстановки в городе и его окрестностях с помощью:

1. приведение в порядок школьной территории и участка, закреплённого за школой;

2. посадка деревьев и разбивка цветников;

3. очистка и благоустройство родника.

Исполнители проекта: учителя и учащиеся школы, родители.

Социально- экологическая проблема: загрязнённость воздушной среды, недостаточное озеленение пришкольной территории.

Влияние на окружающую среду и жизнь людей: в результате осуществления проекта повысился уровень заинтересованности в защите природной среды у учащихся школы; благоустроенные территории способствуют повышению их эколого-эстетических характеристик.

Распространение информации о проекте: информация распространялась через СМИ и на конференции «Сохраним шар земной голубым и зелёным».

В ходе выполнения проекта особенно удалось привлечь внимание школьников к экологическим проблемам города и посёлка, включить их в активную деятельность по решению проблем. Школьники стали более внимательно относится к зелёным насаждениям, проблемам бытового мусора.

Трудности, возникшие при выполнении проекта: возникли сложности с обеспечением рассадой. Помощь оказали родители.

Логическая схема проекта:

Задачи Методы-виды деят-ти Результат

1. Принять участие в акции «Зелёная волна». Уборка пришкольной тер- Убраны территория школы и прилегающие улицы.

ритории и закреплённых участков.

Посадка деревьев и кустарников. Посажено: 50 сосенок,

50 туи,

50 клёнов,

10 черёмух.

Разбивка клумб. Около стеллы «Погибшим воинам» разбито 2 клумбы.

2. Принять участие в операции «Живи, Взятие родника под охрану. Благоустроен родник «Криница» убран мусор, вырублен сухой родник!». тростник.

3. Провести биомониторинг воздуха. Провести биоиндикацию атм. воздуха посёлка. Установили наиболее загрязнённые улицы посёлка.

Выводы.

Анализируя полученные результаты мы ,юные экологи, пришли к следующим выводам :

▪ Проводя предварительную оценку состояния атмосферного воздуха своего посёлка, мы определили зону наиболее сильного антропогенного воздействия на окружающую среду: окраинную улицу Морскую, по которой проходит часть автотрассы «Каменск - Донецк».

▪ Оценив количество ряда загрязняющих веществ (СН ,СО ,N Ох ), попавших в окружающую среду с выхлопными газами автомобилей, мы доказали, что ул. Алтайская, на которой расположена сш№10, находится в зоне минимального антропогенного загрязнения.

▪ Проводя биоиндикацию состояния окружающей среды посёлка весовым методом Л. В. Дорогань, мы доказали, что антропогенное загрязнение атмосферы существенно воздействует на высшие растения : изменяет окраску, форму,рост листьев.

▪ В результате исследования мы пришли к выводу, что живые индикаторы имеют большие преимущества, устраняя применение дорогостоящих и трудоёмких физико-химических методов для определения степени загрязнения среды: они суммируют все без исключения важные данные о загрязнениях, указывают скорость происходящих изменений, пути и места скопления в экосистемах различного рода токсикантов, позволяют судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и человека.

▪ Вооружившись знаниями о причинах и характере изменений в окружающей среде, выбрали доступные нам направления устранения нарушений экологических характеристик: контроль и уход за имеющимися растениями, посадка саженцев, распространение информации об экологических проблемах в городских СМИ.

▪ В ходе исследовательской работы мы научились элементарным методикам экологического тестирования состояния атмосферного воздуха, почувствовали причастность к выполнению серьёзных дел, полезность обществу.

Заключение и перспективы.

Наша Ростовская область находится в южном федеральном округе. В этом густонаселённом регионе практически не осталось нетронутых уголков природы. Поэтому проблема охраны окружающей среды с каждым годом становится всё острее. Чем скорее будет получена информация обо всех источниках и масштабах загрязнения, тем быстрее будут приняты меры по предотвращению негативных последствий техногенеза

Мы, юные экологи, провели предварительную экологическую оценку состояния атмосферного воздуха микрорайона школы, выделили экологически опасные и благоприятные зоны, распространили эту информацию в СМИ.

В этом общественно важном деле у нас возникает чувство ответственности за всё, что происходит вокруг. Школьный экологический кружок под руководством Павловой Валентины Алексеевны работает уже шестой год. Каких только проектов мы не выполняли! Это «Древний коралловый риф на окраине родного города», «Влияние выпаса крупного рогатого скота на местные пастбища», «Определение уровня физиологического состояния подростков своего класса», «Комплексное исследование природных водоёмов родного посёлка» и другие.

Можно быть уверенным, что кто в юные годы приобщился к борьбе за охрану природы, уже никогда не станет её недругом.

Экологическая работа нашей школы пятый год подряд признаётся лучшей среди других пятнадцати школ города на ежегодной межшкольной экологической конференции; оценивалась вторым местом на областной краеведческой конференции «Отечество»; представлялась на финальной конференции шестой всероссийской олимпиады «Созвездие» научно – исследовательских проектов молодёжи по проблемам защиты окружающей среды.

Может быть эта область деятельности и не пользуется популярностью у молодёжи, но для нас, кружковцев (разновозрастной отряд с 8 по 11 класс) – элемент творчества и ощущения полезности обществу является основным критерием в выборе профессии. Мы ежегодно участвуем в региональной геоэкологической олимпиаде при Ростовском Государственном университете, ежегодно занимаем призовые места. С учётом итогов олимпиады уже 5 бывших кружковцев с 1-го по 5-й курс овладевают специальностью «геоэкология» в РГУ только на «хорошо» и «отлично».

Осознание общих целей и трудностей, стоящих на пути у человека, неизбежно порождают ощущение общепланетарного единства людей. Нам просто необходимо научиться чувствовать себя членами одной семьи, судьба которой зависит от каждого из нас.

Перспективы.

В плане юных экологов сш№10:

✓ Продолжить наблюдение за состоянием атмосферного воздуха своего посёлка, фиксируя изменения.

✓ Провести акцию «Экология – безопасность – жизнь» с целью пропаганды экологических знаний.

✓ Объединить как можно больше учеников своей школы и родителей для акции «Древонасаждение».

✓ Привлечь внимание администрации города к экологическим проблемам состояния атмосферного воздуха в городе Каменск – Шахтинский.