Государственное бюджетное образовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа №797 Восточный административный округ

Государственное бюджетное образовательное учреждение
Средняя общеобразовательная школа №797
Восточный административный округ
Биоиндикация округов Москвы
Исследовательский проект
Автор работы:
Полянский Владислав, 6 класс
Руководитель работы: Полянская Ирина Владимировна,
Гольмакова Светлана Владимировна
Москва, 2014 г.
Проблема проекта:
Экологическая ситуация столицы вызывает множество споров и
противоречий. С одной стороны, мало кто не слышал о чудовищном
загрязнении
воздуха,
воды,
повышенном
радиационном
фоне
в
крупнейшем мегаполисе РФ. С другой стороны, в Москве отсутствуют
районы, совершенно непригодные для проживания – природа делает свое
дело, обширные лесопарковые зоны, природные водоемы и находящиеся в
Подмосковье леса возобновляют баланс, обеспечивающий жителям
мегаполиса приемлемые условия существования.
Цель: изучить экологическое состояние города, используя в качестве
биоиндикатора сосну обыкновенную.
Этапы работы:
- изучение литературы
-
изучение экологической структуры и окружающую природную
среду
Актуальность проекта.
В глобальной сети можно встретить немало информации о степени
загрязненности каждого округа столицы, ежедневно телеэфир предлагает
вниманию зрителей экологическую карту Москвы, раскрашенную разными
цветами, в зависимости от текущего состояния экологии в каждом из
районов города.
Ведущая деятельность:
- исследовательская
Предметная область:
Биология, Экология.
Форма продуктов проектной деятельности:
- презентация
Задачи: определить состояние хвои сосны обыкновенной для оценки
загрязненности атмосферы.
Этапы работы
1. Экологическая обстановка г. Москвы.
Не вызывает сомнений тот факт, что жизнь в крупном городе
отличается от проживания в менее населенных городах и деревнях, и это
отличие продиктовано именно развитием промышленности, которое
напрямую связано с загрязнением атмосферы и воды.
Экологическое состояние – это текущий уровень загрязненности
воздуха, воды, уровень радиологической активности, кроме того, к
экологическому состоянию относится также уровень шума. Экологический
фон
считается
неблагоприятным,
если
перечисленные
показатели
превышают некую норму, принятую в качестве максимально допустимой
для постоянного проживания человека.
Экологические факторы
Факторы, влияющие на экологический фон города или округа, могут
быть положительными или же отрицательными, то есть, улучшающими
экологическое состояние или ухудшающими:
Отрицательные факторы
Выбросы вредных веществ – результат деятельности промышленных
предприятий, которые находятся в пределах округа или района. Это могут
быть химические предприятия, выбросы которых крайне отрицательно
влияют на экологический фон или промышленные предприятия;
Выбросы вредных веществ – результат концентрации автомобильных
дорог с оживленным движением;
Наличие
свалок
бытовых
или
промышленных
отходов,
мусоросжигательных заводов;
Радиологические загрязнение – результат нахождения и работы
ядерных реакторов, которые могут использоваться в исследовательских
или практических целях;
Положительные факторы:
Наличие лесопарковых зон – лесные массивы благотворно влияют на
экологическое состояние города, улучшая состояние атмосферы;
Низкая
концентрация
промышленных
объектов
по
причине
нахождения на территории природных заказников.
В данной работе рассмотрено атмосферное загрязнение города
Москвы.
2. Динамика загрязнения атмосферного воздуха в Москве.
Анализ данных мониторинга атмосферного воздуха показывает, что за
последние годы качество атмосферного воздуха в целом сохранилось на
неизменном уровне. За последние годы самым «неблагополучным» годом
по уровню загрязнения атмосферного воздуха являлся 2002
год
(аномальный год, когда длительное время отмечались неблагоприятные
метеорологические условия и в Москву поступал задымленный воздух от
лесо-торфяных пожаров в Подмосковье и близлежащих областях).
Начиная с 2003 года, отмечается отрицательный тренд содержания в
атмосферном воздухе оксида углерода, оксида азота, углеводородов и т.д.
Несмотря
на
рост
транспортного
парка,
снижение
содержания
загрязняющих веществ происходит за счет метеорологических условий
рассеивания, а также благодаря организации улично-дорожного движения
(ограничение
движения
грузового
автотранспорта,
установка
нейтрализаторов и перевод муниципального автопарка на нормативы
Евро-2 и выше), контролю качества моторных топлив (утверждение
московских экологических стандартов качества моторного топлива и
создание системы контроля за моторным топливом, реализуемым в
Москве), естественной замене автотранспортных средств на более
современные экологичные модели.
Снижение
содержания
в
воздухе,
оксида
углерода
является
устойчивым (в 2006 году продолжилось снижение загрязнение воздуха
оксидом углерода, отмечаемое в течение 2003, 2004, 2005 гг.. Загрязнение
воздуха оксидом углерода за период с 2001 года по 2006 год снизилось в
жилых кварталах на периферии города в 1,3 раза.
Содержание в атмосферном воздухе суммарных углеводородов
остается неизменным с 2004 года и составляет 1.6-1.7 мг/м3 для жилых
районов, находящихся вне непосредственного воздействия автотранспорта
и промышленных предприятий, и 1.7-1.9 мг/м3 для территорий,
подверженных выбросам автотранспорта. Содержание диоксида серы,
являющегося
индикатором
использования
теплоэнергетическим
комплексом резервных видов топлива, за последние годы остается
стабильно
низким
на
всей
территории
города.
Среднегодовые
концентрации в 2004, 2005, 2006 годах составили соответственно 0,006
мг/м3 (0.1 ПДКсс), 0.008 мг/м3 (0.1 ПДКсс) и 0,007 мг/м3 (0.1 ПДКсс).
Превышений максимально разовых нормативов на территории города не
наблюдается.
Практически
неизменным
остается
среднегодовое
содержание мелких взвешенных частиц с размером менее 10 мкм (РМ10).
С 2004 года оно сохраняется на уровне 0.037-0.036 мг/м3. Однако эта
стабильность, главным образом, сохраняется на территориях, удаленных
от автотрасс, где одними из основных источников выбросов взвешенных
веществ являются крупномасштабный атмосферный перенос и вынос
частиц почвы с незадерненных участков. Вблизи крупных автотрасс
отмечается незначительный (в пределах 6%), но устойчивый годовой рост
максимально наблюдаемых среднегодовых концентраций РМ10: 2004г. –
0.045 мг/м3, 2005год – 0.046 мг/м3, 2006 г. – 0.049 мг/м3.
С 2004 года наметилась тенденция медленного, но устойчивого
прироста загрязнения диоксидом азота (3-5 % в год). При этом рост
содержания диоксида азота отмечен и на жилых территориях города (1.1
ПДКсс для центральной части города и 0.8 ПДКсс для периферийных
жилых территорий). Это связано с тем, что оксиды азота наиболее сложно
«подавляются» среди других загрязняющих веществ при использовании
нейтрализаторов на автотранспортных средствах. Так при переходе с
нефтепродуктов на природный газ в качестве топлива, резко снижаются
выбросы большинства загрязняющих веществ, за исключением диоксида
азота.
Загрязнение воздуха на территории Москвы неоднородно. Очагами
загрязнения являются автотрассы и прилегающие к ним территории. На
жилых территориях содержание загрязняющих веществ на 15-30%% ниже,
чем в центре Москвы, и на 30-50%%, - чем вблизи автотрасс.
3. Биоиндикация как метод исследования.
Основой задачей биоиндикации является разработка методов и
критериев, которые могли бы адекватно отражать уровень антропогенных
воздействий
с
учетом
комплексного
диагностировать
ранние
нарушения
в
характера
наиболее
загрязнения
и
чувствительных
компонентах биотических сообществ. Биоиндикация, как и мониторинг,
осуществляется
на
различных
уровнях
организации
биосферы:
макромолекулы, клетки, органа, организма, популяции, биоценоза.
Очевидно, что сложность живой материи и характера ее взаимодействия с
внешними факторами возрастает по мере повышения уровня организации.
В этом процессе биоиндикация на низших уровнях организации должна
диалектически включаться в биоиндикацию на более высоких уровнях, где
она предстает в новом качестве и может служить для объяснения динамики
более высокоорганизованной системы.
Использование метода биоиндикации позволяет решать задачи
экологического мониторинга в тех случаях, когда совокупность факторов
антропогенного давления на биоценозы трудно или неудобно измерять
непосредственно. К сожалению, современная практика биоиндикации
носит в значительной мере феноменологический характер, выраженный в
пространном изложении подмеченных исследователем фактов поведения
различных видов организмов в конкретных условиях среды. Иногда эти
описания сопровождаются не всегда обоснованными выводами, носящими,
как правило, сугубо оценочный характер (типа "хорошо / плохо", "чисто /
грязно" и т.д.), основанными на чисто визуальных методах сравнения или
использовании недостаточно достоверных индексов. Роль биоиндикации
оказалась сведенной к следующей совокупности действий, технологически
совпадающей с биомониторингом.
Согласно определению Н.Ф. Реймерса:
" Биоиндикатор: группа особей одного вида или сообщество, по
наличию, состоянию и поведению которых судят об изменениях в среде, в
том числе о присутствии и концентрации загрязнителей ... Сообщество
индикаторное
-
сообщество,
по
скорости
развития,
структуре
и
благополучию отдельных популяций микроорганизмов, грибов, растений и
животных которого можно судить об общем состоянии среды, включая, ее
естественные и искусственные изменения ".
. Морфологические изменения растений
Морфологические
изменения
биоиндикации:
1.
Изменения окраски листьев:
растений,
используемые
в
• Хлороз - бледная окраска листьев между жилками. Избыток в почве
тяжелых металлов и при газодымовом загрязнении воздуха.
• Пожелтение участков листьев. Характерно для лиственных деревьев
при засолении почвы хлоридами.
• Покраснение, связанное с накоплением антоциана. Возникает под
действием сернистого газа.
• Побурение или побронзовение. Часто означает начальную стадию
некротических повреждений.
• Листья как бы пропитаны водой ( как при морозных повреждениях).
Возникает под действием ряда окислителей.
• Серебристая окраска листьев. Возникает под действием озона на
листьях табака.
2.
Некрозы – отмирание участков ткани листа, их форма иногда
специфична.
• Точечные и пятнистые. Серебристые пятна на листьях табака
возникают под действием озона.
• Межжилковые- некроз тканей между боковыми жилками 1 порядка.
Часто отмечаются при воздействии сернистого газа.
• Краевые. На листьях липы под влиянием соли (хлорида натрия),
которой зимой посыпают городские улицы для таяния льда.
• «Рыбий скелет» - сочетание межжилковых и краевых некрозов.
• Верхушечные
некрозы. У однонольных покрытосеменных и
хвойных растений. Например, хвоинки пихты и сосны после действия
сернистого газа становятся на вершине бурыми, верхушки листьев
гладиолусов после окуривания флористым водродом становятся белыми.
3.
Преждевременное
увядание.
Под
действием
этилена
в
теплицах не раскрываются цветки у гвоздики, увядают лепестки орхидей.
Сернистый газ вызывает обратимое увядание листьев малины.
4.
Дефолиация – опадание листвы. Обычно наблюдается после
некрозов и хлорозов. Например, осыпание хвои у ели и сосны при
газодымовом загрязнении воздуха, листьев лип и конских каштанов – от
соли для таяния льда, крыжовника и смородины – под действием
сернистого газа.
5.
Изменения
размеров
органов
обычно
неспецифичны.
Например, хвоя сосны вблизи заводов удобрений удлиняется от нитратов и
укорачивается от сернистого газа. У ягодных кустарников дым вызывает
уменьшение размеров листьев.
6.
Изменения
формы,
количества
и
положения
органов.
Аномальную форму листьев отмечали после радиоактивного облучения. В
результате локальных некрозов возникает вздувание или искривление
листьев, сращение или расщепление отдельных органов, увеличение или
уменьшение частей цветка.
7.
Изменение жизненной формы
растения. Кустовидная
или
подушечная форма роста свойственна деревьям, особенно липе, при
сильном устойчивом загрязнении воздуха (HC1, SO2)
8.
Изменение жизненности. Изменения прироста неспецифичны,
но широко применяются, так как чувствительнее, чем некрозы. Измеряют
радиальный прирост стволов, прирост в длину побегов и листьев, корней
диаметр таллома лишайника.
9.
Изменение плодовитости. Обнаружено у многих растений,
уменьшается
образование
плодовых
тел
у
грибов,
снижается
продуктивность у черники и ели. Некоторые виды лишайников не
образуют плодовых тел в сильно загрязненном воздухе, но способны
размножаться вегетативно.
4. Сосна обыкновенная как биоиндикатор.
Дерево высотой 25—40 м и диаметром ствола 0,5—1,2 м. Ствол
прямой. Крона высоко поднятая, конусовидная, а затем округлая, широкая,
с горизонтально расположенными в мутовках ветвями.
Кора в нижней части ствола толстая, чешуйчатая, серо-коричневая, с
глубокими трещинами. Чешуйки коры образуют пластины неправильной
формы. В верхней части ствола и на ветвях кора тонкая, в виде хлопьев
(шелушится), оранжево-красная.
Ветвление одномутовчатое. Побеги вначале зелёные, затем к концу
первого лета становятся серо-светло-коричневыми.
Хвоинки расположены по две в пучке, (2,5-) 4—6 (-9) см длиной,
1,5—2 мм толщиной, серо- либо сизовато-зелёные, как правило, слегка
изогнутые, края мелкозубчатые, живут 2—6 лет. Верхняя сторона хвоинок
выпуклая, нижняя желобчатая, плотная, с хорошо заметными голубоватобелыми устьичными линиями. У молодых деревьев хвоинки длиннее (5—9
см), у старых короче (2,5—5). Влагалище листа плёнчатое, серое, 5—8 мм,
с возрастом медленно разъедается до 3—4 мм.
Мужские шишки 8—12 мм, жёлтые или розовые. Женские шишки
(2,5-) 3—6 (-7,5) см длиной, конусообразные, симметричные или почти
симметричные, одиночные или по 2—3 штуки, при созревании матовые от
серо-светло-коричневого до серо-зелёного; созревают в ноябре — декабре,
спустя 20 месяцев после опыления; открываются с февраля по апрель и
вскоре опадают. Чешуйки шишек почти ромбические, плоские или
слабовыпуклые с небольшим пупком, редко крючковатые, с заострённой
верхушкой.
Семена
чёрные,
4—5
мм,
с
12—20-миллиметровым
перепончатым крылом.
В сосновых почках имеется эфирное масло (скипидар). В свежей хвое
найдены эфирное масло, аскорбиновая кислота, витамин К, каротин,
витамины В1, В2, Р. В коре и в иголках содержатся антоцианы.
С давних пор люди оценили многие замечательные свойства сосны.
Одно из них - стойкость и прочность.
Сосне не страшны ни морозы, ни жара, ни ветры. Одного лишь боится
сосна - темноты. Ей нужно много солнца и света. У сосны очень длинные
корни, и благодаря им дерево добудет все, что ему нужно для жизни, даже
из песчаной почвы, где мало влаги и питательных веществ.
А не замечал ли ты, что в сосновом бору легче дышится? Это еще
одно интересное и полезное свойство сосны - способность очищать воздух
от вредных бактерий. Ученые установили, что в воздухе соснового леса в
10 раз меньше бактерий, чем, например, в березовом лесу. Поэтому в
сосновых борах устраивают лесные школы, пионерские лагеря, санатории.
Хвойные (голосеменные) деревья (ель, сосна) чувствительны к
загрязнению
атмосферного
воздуха
отработанными
выхлопами
автомобилей, химических комбинатов и пр., особенно сернистому газу –
SO2. Кроме того, хвойные (сосна) чувствительны к радиационному фону.
На загрязненность воздуха эти деревья
реагируют появлением
хлорозов (пятен с измененной окраской) и некрозов (отмирания, усыхания)
хвои. При дальнейшем негативном действии хвоинки буреют, засыхают и
опадают – происходит дефолиация (опадание листвы/хвои). Чем старше
возраст хвоинок, тем больше в них накапливается токсинов из воздуха и с
тем большей вероятностью они повреждаются и опадают.
Появление
хлорозов,
некрозов
и
дефолиация
служат
количественными и качественными указателями на загрязнение атмосферы
данного места.
5. Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки
загрязненности атмосферы.
Были собраны хвоинки с разных районов г. Москвы. (Приложение)
В незагрязненных местах основная масса хвои сосны здорова, не имеет
повреждений и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зеленые пятна и
некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по
всей поверхности. В загрязненной атмосфере появляются повреждения и
снижается продолжительность жизни хвои сосны.
На
рисунке
показаны
различные
варианты
состояния
хвои
сосны.
1
2
Рис
1.
3
Классы
4
повреждения
и
5
усыхания
6
хвои
сосны:
I - хвоинки без пятен, нет сухих участков; 2, 3 - с черными и желтыми
пятнами; 4-6-хвоинки с усыханием.
С нескольких боковых побегов в средней части кроны 5-10 деревьев
сосны в 15-20-летнем возрасте собирали 100 хвоинок и визуально
проанализировали их состояние. Степень повреждения определяли по
наличию пятен, некротических точек.
Данные сравнили с результатами, опубликованными на сайте
Департамента природопользования и охраны окружающей среды. Хвоя
сосны была собрана вблизи метеорологических станций, измеряющих
состояние воздуха.
Результаты сравнения.
Округ
Хвоинки
с Хвоинки с еле Количество
поврежденной заметными
здоровых
Уровень
загрязненности
поверхностью некротическими хвоинок
ЮВАО
больше 50%
точками
12
4
84
1,6
14
1
85
1,5
8
20
72
2,8
Район Марьино
СВАО
Останкинский
район
ЗАО
Район Проспект
Вернадского
ВАО
0
25
75
2,5
Измайловский
лесопарк
2. Северо-восточный административный округ. Останкинский район
Результаты
измерений
концентраций
загрязняющих
веществ
на
автоматических станциях контроля загрязнения атмосферы:
1. Юго-восточный административный округ. Район Марьино
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
1.3
Оксид углерода
0.9
Метан
0.44
0.32
0.1
Взвешенные частицы
Диоксид азота
Оксид азота
Категория 1
2. Северо-восточный административный округ. Останкинский район
1.4
1.26
1.1
1.2
Оксид углерода
1
Метан
0.8
0.6
0-Jan
0.55
Взвешенные частицы
0.4
0.2
Диоксид азота
0.13
Оксид азота
0
Категория 1
3. Западный административный округ. Район проспект Вернадского.
1.4
1.5
1.28
Оксид углерода
1
Метан
0
0.5
0.32
0.13
Диоксид азота
Оксид азота
0
Категория 1
Сопоставляя данные видно, что сосна обыкновенная действительно
реагирует на концентрацию газов в атмосфере.
Как видно из исследований хвои, атмосферный воздух на проспекте
Вернадского действительно является самым загрязненным за последние 2
года. Из исследований деревьев видно, что часть веток оголенная –
следствие опада хвои.
Заключение.
Сосна
обыкновенная
действительно
является
биоиндикатором
чистоты атмосферного воздуха. В сравнении исследований хвои сосны и
данных метеорологических станций мы увидели, что атмосферный воздух
наиболее загрязнен в районе проспекта Вернадского и наименее загрязнен
в Останкинском районе и в районе Марьино.
Библиография.
1. Сосна и ель в Москве. Под редакцией Б.Л. Самойлова, К.В.
Захарова, 2004.
1. http://ru.wikipedia.org
2. http://www.dpioos.ru/eco/ru
Приложение.
Действующие станции автоматического контроля загрязнения
атмосферного воздуха г. Москвы.
Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в РФ
N
Вещество
Класс опасности
ПДКМР, мг/м3
ПДКСС, мг/м3
1
Оксид углерода
4
5
3
2
Диоксид азота
2
0,2
0,04
3
Оксид азота
3
0,4
0,06
4
Углеводороды суммарные
-
-
-
5
Метан
-
50
-
6
Диоксид серы
3
0,5
0,05
7
Аммиак
4
0,2
0,04
8
Сероводород
2
0,008
-
9
Озон
1
0,16
0,03
10
Формальдегид
2
0,035
0,003
11
Фенол
2
0,01
0,003
12
Бензол
2
0,3
0,1
13
Толуол
3
0,6
-
14
Параксилол
3
0,3
-
15
Стирол
2
0,04
0,002
16
Этилбензол
3
0,02
-
Карта округов Москвы, где была собрана хвоя сосны.
Проспект