Изучение качества атмосферного воздуха биоиндикационным методом

Изучение качества атмосферного воздуха биоиндикационным методом

Изучение качества атмосферного воздуха биоиндикационным методом

Чебоксарский машиностроительный техникум
Тема Изучение качества атмосферного воздуха биоиндикационным методом
Чебоксары 2006г.

Аннотация
В настоящей работе (теоретической части) приведены характеристики биологического мониторинга, биоиндикатора. Раскрыта сущность биологического мониторинга, организма – индикатора, перечислены типы биоиндикаторов, сделан по материалам печати краткий обзор работ по применению биоиндикаторов для определения качества природной среды.
В практической части описаны методика и ход выполнения работы проведенной при мониторинге качества атмосферного воздуха с применением «организма – биоиндикатора» в районе расположения очистных сооружений ОАО «Промтрактор» и пролегания автомагистрали Новочебоксарск – Чебоксары.
Автомагистраль предназначена для проезда большегрузовых транспортных средств (в том числе и транзитного) через Калининский район (Новоюжный жилой массив) на московскую и нижегородскую автомагистраль.
Для проведения биоиндикационных работ в качестве биоиндикатора выбран сосновый бор, так как сосна – наиболее чувствительное дерево к загрязнению атмосферного воздуха. Участок сосновых насаждений, взятых в качестве опытных (рабочих) единиц, расположен с южной стороны от кольца автотрассы. В качестве контрольных экземпляров выбраны сосны, растущие в глубине к юго-западу на расстоянии 450 – 500 м от опытного участка.
Приведены результаты проведенных биоиндикационных работ. Сделаны выводы о качестве атмосферного воздуха в обследованном районе и разработаны предложения для улучшения воздушной среды. Введение.
Исходя из обзора материалов печати о проделанных работах экологическими научно-исследовательскими институтами и учеными – экологами мира, можно с большой уверенностью сказать, что наряду с расширением дистанционных, автоматизированных и физико-химических методов развиваются и биологические методы исследования компонентов природной среды. биоиндикация сосна атмосферный воздух
Диагностика воздушного загрязнения проводится по состоянию сосновых сообществ, эпифитных лишайников, данным анализа снегового покрова, оценке запыленности листвы, кислотности осадков и автотранспортной нагрузки.
Преимущества биоиндикационных методов оценки загрязнения природной среды, в данном случае качества атмосферного воздуха в том, что этот метод сравнительно дешевый по сравнению с физико-химическими методами. Биоиндикационный метод исследований качества атмосферного воздуха очень удобно применять, когда не развита техническая база лабораторий мониторинга уровня загрязнения в школах, колледжах и т.д. Этот метод позволяет подключать в исследовательскую работу по мониторингу качества природных сред и установлению причин их загрязнения школьников, студентов колледжей, техникумов, институтов.
Проведение биоиндикационных работ на первичном уровне (школ, техникумов и др.) можно сконцентрировать в кафедрах вузов, занимающихся экологическими исследованиями, лабораториях НИИ. Общую организацию и координацию работ может взять (и должен) осуществлять местные органы образования и местные органы Федеральной службы Госгортехнадзора и экологического надзора.

Чудо, что, несмотря на поразительную сложность мира, мы можем обнаруживать его в явлениях определенные закономерности».
Эрвин Шредингер
«О неопределённости в физике»
1. Теоретическая часть работы

1.1 Биоиндикация загрязнения атмосферы
Биологический мониторинг – система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, (биота – сообщества живых организмов) вызванных факторами антропогенного происхождения. Структура биологического мониторинга довольно сложна. Он строится из отдельных подпрограмм исходя из принципа, основанного на уровнях организации биологических систем. Так, генетический мониторинг соответствует субклеточному уровню организации, экологический мониторинг – популяционному и биоценологическому уровням. Каждому уровню соответствует свой набор биологических переменных.
Биоиндикация — оценка качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию ее биоты в природных условиях. Для учета изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов.
Биоиндикатор (от лат.Indicator — указатель) — группа особей одного вида или сообщества, по наличию или по состоянию которых, а также по их поведению судят о естественных и антропогенных изменениях в среде.
Изучение состояния атмосферного воздуха с помощью растений – индикаторов.
Под влиянием ухудшения качества атмосферного воздуха у отдельных особей или групп некоторых растений отмечаются различные изменения необычная окраска листвы, опадение листвы, изменение формы роста, плотности популяции, ареала вида и т.д. Наблюдая эти изменения, можно констатировать избыточное присутствие в атмосфере какого-либо газа.
Таблица 1. Признаки повреждения растений под влиянием химических веществ.

Воздействующий газ
Растение
Внешние признаки повреждения растений

Диоксид серы
Сосна обыкновенная
Побурение кончиков игл хвоинок

Ель европейская
Хвоя буреет и опадает

Ясень американский
Обширное междужилковое обесцвечивание листьев

Фтористый водород
Пихта европейская
Цвет поврежденных участков хвои меняется от зеленого до красновато- бурого

2. Практическая часть работ

2.1 Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны
Цель работы Оценить газодымовое загрязнение воздушной среды по состоянию хвои сосны.
Ход работы
Для работы подобрали участки сосновых насаждений, располагающиеся как в условиях сильного загрязнения (возле автомагистрали), так и на мало загрязняемой территории на расстоянии 450 – 500 м (более удаленной от источника выбросов в атмосферу). На открытом месте подобрали молодые сосны высотой 1-1,5 м, отстоящие друг от друга на 20-25 м. Деревья на выбранном участке высоты 3 -3,5 м, поэтому обследование проводили с использованием одного из боковых побегов четвертой сверху мутовки. При проведении работы внимательно осмотрели хвою второго сверху участка центрального побега (участок предыдущего года) и по шкале определи класс повреждения и усыхания хвои (при оценке степени повреждения хвои не надо обращать внимание на более светлую окраску самого кончика хвоинки, поскольку он на самом деле более светлый).
Виды повреждения и усыхания хвои могут быть следующими
а) хвоя без пятен (КП1), нет сухих участков (КУ1);б) хвоя с небольшим числом мелких пятен (КП2), нет сухих участков (КУ1);в) хвоя с большим числом желтых и черных пятен (КП3), кончик усох на 2-5 мм (КУ2);г) усохла треть хвоинки (КУ3); д) усохло более половины длины хвоинки (КУ4); е) вся хвоя желтая и сухая (КУ4).
При проведении работы для получения достоверных результатов необходимо отобрать 200—300 хвоинок. Для исследований мы отобрали 300 хвоинок. Отобрали хвоинки на каждом участке 2-го года жизни.
Разбор их проводили в лаборатории. Все хвоинки разделили на группы в соответствии с выше приведенными классами усыхания и повреждения. Далее на контрольном (фоновом) участке отобрали также 300 хвоинок аналогично исследуемому участку. Разбирали их по степени повреждения в лаборатории аналогично хвоинкам сосен с исследуемого участка и сравнивали с классами усыхания и повреждения. После этого полученные данные с двух участков сравнили между собой и составили заключение о степени повреждения хвоинок сосны с исследуемого и контрольного участков.
При выполнении этой работы можно сравнивать полученные данные с результатами прошлогодних исследований, но в силу того, что мы начали заниматься биомониторингом только в 2005 году, у нас не было данных за прошлый год. Этим сравнением по годам можно было бы установить динамику изменения влияния антропогенного воздействия по годам.
При проведении данной работы проводили оценку продолжительности жизни хвои. Каждая мутовка сверху – год жизни дерева. (При исследованиях определяют, сколько лет сохраняется хвоя.
Причем, если на самом нижнем из охвоенных участков часть хвои опала, то оценивается примерная доля сохранившейся хвои). Следовательно, полный возраст хвои определяется числом участков ствола с полностью сохраненной хвоей плюс доля сохраненной хвои на следующем за ними участке.
Определив класс повреждения и продолжительность жизни хвои, мы оценили класс загрязненности воздуха, используя заранее разработанные соотношения, приведенные в таблице (2).

Таблица 2. Определение класса загрязненности воздуха по состоянию хвои сосны

Максимальный возраст хвои
Класс повреждения хвои на побегах 2-го года жизни

1
2
3

4
I
I-II
III

3
I
II
III—IV

2
II
III
IV

2
—
IV
IV—V

1
—
IV
V—VI

1
—
—
VI

Примечание
I- идеально чистый воздух,II- чистый, III — относительно чистый («норма»),IV- заметно загрязненный («тревога»),V — грязный («опасно»),VI — очень грязный («вредно»),
После сравнения рассортированных хвоинок по по классу повреждения и классу усыхания выяснилось, что неповрежденных хвоинок на контрольных сосенках почти 2 раза больше, чем на исследуемом участке. Поврежденных хвоинок на исследуемом участке больше в 20 раз, чем на контрольном участке.
По результатам биоиндикации установили, что класс повреждения хвоинок на исследуемом участке относится к 3 классу (КП3), а на контрольном участке к 1 классу повреждения (КП1).
По таблице 2 для хвоинок 2-го года жизни находим, что загрязненность воздушной среды на исследуемом участке относится к 4 классу – заметно загрязненному («тревога»), а на контрольном участке загрязненность воздуха относится к 2-ому классу (чистый воздух).

Характеристика хвоинок
Количество хвоинок = 300

Исследуемый участок контрольный участок

Класс повреждения КП
Класс усыхания КУ
Класс повреждения КП
Класс усыхания КУ

Хвоя без повреждения
КП 1 = 100

КП 1 =270

Нет сухих участков

КУ 1 =110

КУ 1 =275

С небольшим числом мелких пятен
КП 2 = нет

КП 2 =20

Усох кончик на 2-5 мм

КУ 2 =52

КУ 2 =12

Хвоя с большим числом черных и желтых пятен
КП 3 =113

КП 3 =5

Усохла треть хвои

КУ 3 =100

КУ 3 =11

Усохла более половины длины хвои
КП 4 =87

КП 4 =5

Вся хвоя желтая и сухая

КУ 4 =38

КУ 4 =2

После установления классов загрязненности обследованных участков мы стали искать и анализировать причину загрязненности исследуемого участка. Далее мы решили, что причину усыхания и повреждения сосенок необходимо искать в влиянии автомагистрали и заводских цехов ОАО «Промтрактор», в том числе и Чебоксарского литейного завода, а также имеющегося недалеко ООО «Яхтинг», заводских очистных сооружений ОАО «Промтрактор» и находящейся на расстоянии от наших сосен городской свалки.
Так как сосна наиболее чувствительна к содержанию в атмосферном воздухе сернистого газа (диоксида серы) мы первом делом остановились на анализе выбросов диоксида серы вышеперечисленных производств.
Для городских свалок доминирующими загрязнениями, выделяющимися в атмосферный воздух, являются метан (углеводороды), сероводородные соединения в процессе гниения. Значит, влияние городской свалки на сосны маловероятно.
Выбросы диоксида серы, выделяющиеся при плавке металла в электродуговых печах Чебоксарского литейного завода (ЧЛЗ), отстоит от наших сосен на расстоянии 1500 – 2000 м в сторону северо-западного направления от бора. При плавлении стали и чугуна в электродуговых печах на тонну жидкого металла выделяется 1,6 кг диоксида серы. С учетом высоты выброса после очистки от пыли отходящих газов от электродуговых печей 100 м. сосновый бор попадает как раз в зону влияния этого источника выброса. Приблизительно зона влияния источника выброса берется в 50 кратном расстоянии от его высоты. С учетом того, что господствующие ветры для г.Чебоксары юго-западного направления, в основном, от исследуемых нами сосен выбросы диоксида серы должны пройти стороной. Однако влияние литейного завода при других направлениях ветра не отпадает. По нашему мнению влияние литейного завода не исключается.
Ближе к бору расположены механообрабатывающие производства ОАО «Промтрактор», где выделений диоксида серы не имеются.
ООО «Яхтинг» выпускает рабочую обувь, где доминируют в выбросах растворители, а не сернистый ангидрид.
От заводских очистных сооружений (ЗОС) выделения сернистого ангидрида исключены.
Таким образом, источниками загрязнения атмосферного воздуха в районе произрастания исследуемых сосен, отрицательно влияющие на сосны, являются автомагистраль (автотранспорт) – основной загрязнитель и выбросы литейного завода.
По результатам проведенной работы сделаны

Выводы
1. Атмосферный воздух в районе кольца заводских очистных сооружений относится к классу заметно загрязненных, (степень «тревога»).
2. Необходимо разработка мероприятий по снижению выбросов близко расположенных промышленных предприятий.
После анализа возможных загрязнителей нами было проанализированы возможные мероприятия, которые необходимо предусмотреть для исключения загрязнения воздушной среды.
Перечень предлагаемых нами мероприятий
1. Снизить плотность грузового автотранспорта, проходящего транзитом по Новоюжному микрорайону. Пусть пользуются объездной дорогой у Новочебоксарска.
2. Необходимо увеличить посадок сосны (для использования в дальнейшем в качестве организма – индикатора) в районе деревни Пятино и на границе промышленной зоны и спального района.
3. Контролирующим организациям (госсантехнадзор, экологический надзор) требовать у литейного завода снижения своих выбросов – вернуться к методу мокрой очистки отходящих газов – что было предусмотрено проектом.
Примечание
При анализе возможных источников выбросов мы ориентировались в основном на влияние сернистого ангидрида от источников выбросов близко лежачих источников выделений диоксида серы. Однако влияние других загрязняющих веществ на сосны в исследуемом районе отбрасывать полностью нельзя. Поэтому требуется в дальнейшем продолжение работ по биоиндикации по границе санитарно-защитной зоны промышленного района.

Литература
1. Денисова С.И. Полевая практика по экологии. Учебное пособие. Минск. 1999 г.
2. Трасс Х.Х. Биоиндикация состояния атмосферной среды городов. Экологические аспекты городских систем. Минск. Наука и техника. 1984 г.
3. Масловский О.М. Биоиндикация загрязненности воздуха с помощью лишайников и мохообразных. Минск. Наука и техника. 1997 г.
4. Ашихмина Т.Я. Экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие для ВУЗов.Киров. Константа. 2005 г.
5. Хотунцев Ю.Л. Человек, технология, окружающая среда. Москва. Устойчивый мир.2001 г.
6. Плечова З.Н., Репина Р.К. Экологический практикум. Пособие для учителей общеобразовательных школ, педагогов учреждений дополнительного образования. Чебоксары, Издательство «КЛИО». 1998 г.