Исследовательская работа на тему: "Лихеноиндикация загрязнения воздуха"

МБОУ Соболевская средняя общеобразовательная школа имени А. Н. Попова

Лихеноиндикация загрязнения воздуха

Выполнил: ученик10 класса

Ходотаев Никита

Руководитель: Груздева А. Н.

Соболево 2013год

Содержание

Введение

Глава 1. Загрязнение окружающей среды

1.1. Основные загрязнители окружающей среды и их влияние на здоровье человека.

1.2. Загрязнение окружающей среды свинцом.

Глава 2.  Лихеноиндикация загрязнения воздуха.

2.1.  Влияние загрязнения воздуха на состояние лишайников.

2.2. Определения степени загрязнения воздуха исследованных по лишайникам.

2.3. Результаты исследования.

Заключение

Литература

Приложение

Введение

 В настоящие время города – это наиболее ярко выраженные антропоэкосистемы. И одна из наиболее сложных проблем современных городов – загрязнение и деградация окружающей среды. Загрязнение атмосферного воздуха неблагоприятно влияет на население и все городские объекты.

Кислотные дожди и агрессивные химические соединения в приземном слое атмосферы приводят к разрушению бетонных конструкций, ускорению коррозии металлических покрытий и ограждений. Загрязнение воздуха оказывает неблагоприятное эстетическое воздействие. Население жалуется на быстрое загрязнение стекол, мебели, гибель комнатных растений, неприятный запах, невозможность проветривания жилищ и т.д. Но мы не должны забывать что,  сельское население в настоящие время  тоже подвержено загрязнению в  той или иной степени.

Поэтому целью нашего исследования является выявить влияние транспорта на загрязнение окружающей среды  в сельской местности. Наша работа носит практический характер и разделяется на две главы. В первой главе мы хотим осветить экологическую значимость для человека и его жизнедеятельности изучения и выявления степени загрязнения  воздушной среды. Во второй главе мы знакомим с характером методики, которую мы используем и результатами ее использования.

1.1. Основные загрязнители окружающей среды.

Определение состояния воздушной среды заключается в установлении на фоне природных (естественных) изменений степени влияния ее химического и теплового загрязнения в результате производственной деятельности прежде всего на дыхание и здоровье человека, а также на другие слагаемые окружающей среды. Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) различаются следующие уровни опасности загрязнения воздуха для человека: отсутствие влияния, раздражение, хронические заболевания, острые заболевания.

Наблюдения за основными загрязняющими веществами воздушной среды ведутся на стационарных постах. К контролируемым веществам относятся пары серной кислоты, аммиак, сероводород, фенол, фтористый водород, хлор и др. В зоне влияния атомных электростанций (АЭС) и иных источников выделения радиоактивных веществ, проводится регулярный контроль состояния воздушной среды.

Критерии и показатели экологического состояния воздушной среды выводятся из оценок механического, химического, физического и других видов загрязнений с учетом пространственно-временной изменчивости концентрации примесей под воздействием метеорологических факторов. Негативное действие воздушной среды на человека, животных и растения происходит в процессе прямого контакта с загрязненным воздухом, а также в результате выпадений токсичных веществ, засоряющих воды, почву.

Степень загрязнения воздушной среды принято оценивать по кратности превышения предельно допустимых концентраций (ПДК) веществ, их класса опасности, допустимой повторяемости концентраций заданного уровня, количеству химических элементов, одновременно присутствующих в воздушной среде, и коэффициенту их комбинированного воздействия. При этом применяются индексы среднегодового загрязнения воздуха и уровни максимальных разовых концентраций для рассматриваемых территорий.

В настоящее время в воздушной среде городов России контролируется содержание 80 веществ. Для большинства из них установлено два норматива: максимальная разовая ПДК (осредненная за 20-30 минут) с целью предупреждения рефлекторных реакций у человека, связанных с пиковыми, кратковременными подъемами концентраций вредного вещества, и средняя суточная ПДК (см. Приложение Таблица 1) с целью предупреждения общетоксического, канцерогенного и других видов воздействия при неограниченно длительном вдыхании. В качестве показателей существенного экологического неблагополучия используются превышения критических уровней и нагрузок диоксида серы (SО2), оксидов азота (NO2), фтористого водорода (HF), озона (O3). Поясним воздействие прежде всего на человека перечисленных загрязнителей воздушной среды.

Сернистый ангидрид, диоксид серы (SО2) – газ с резким запахом, раздражает слизистые оболочки, вызывает сильные спазмы дыхательных путей. Симптомы отравления им – головокружение, тошнота, общая слабость. Среднесуточная ПДК в воздухе – 0,05 мг/м3. При окислении кислородом возникает серный ангидрид, триоксид серы (SО3). При превышении ПДК в воздухе – 1 мг/м3 – он вызывает сильные ожоги кожи, поражает слизистые оболочки и дыхательные пути.

Оксиды азота (N2О, NO, NО2) – смесь газов, весьма опасных для людей, животных и растений даже при малых концентрациях. При контакте их с влажной поверхностью (горло, бронхи и т. д.) образуются азотистая и азотная кислоты, которые вызывают изъязвление слизистых оболочек, а при высоких концентрациях оксидов азота (более 0,004 % объемных) возможно отравление человека, сопровождающееся отеком легких. Образующиеся на влажной поверхности азотные и азотистые кислоты ведут к некрозу (омертвению) растений и коррозии (разрушению) строительных конструкций и материалов. Источниками загрязнения воздушной среды оксидами азота являются тепловые электростанции, сжигающие органическое ископаемое топливо, автомобильный транспорт, химическая промышленность, металлургия.

Озон (О3) – газ с резким запахом, сильно раздражает дыхательные пути, вызывает кашель, нарушает работу легких. Озон по токсичности превышает цианистую кислоту и при большой концентрации отрицательно сказывается на состоянии здоровья человека (затрудняется дыхание, возникает головная боль, чувство усталости). Вместе с тем свойство озона убивать болезнетворные микроорганизмы находит практическое применение (например, для улучшения качества воды или воздуха путем озонирования).

Фтористый водород (HF) – бесцветный газ с резким запахом. В результате интоксикации происходит ослабление иммунитета, массовый падеж скота, патологические отравления и заболевания дыхательных путей и кожи у человека (максимально разовый ПДК в воздухе населенных мест – 0,02 мг/м3).

Наиболее опасные для людей загрязнения воздушной среды – это промышленные, транспортные и бытовые выбросы. Контроль загрязнения воздушной среды осуществляется почти в 300 городах России. Наблюдения ведутся в городах с населением более 100 тыс. жителей и в городах с крупными промышленными предприятиями. Достоверным критерием оценки экологического состояния территории выступает степень загрязнения снежного покрова пылью и различными выбросами от техногенных источников.

1.2.Загрязнение окружающей среды свинцом.

Многие виды промышленности, особенно химическая и металлургическая, а также автотранспорт служат источником загрязнения окружающей среды ксенобиотиками, то есть соединениями, абсолютно чужеродными для организма человека. В воздухе ряда городов концентрации некоторых из них могут превышать предельно допустимые в 10 и даже 25 раз, оставаясь при этом ниже уровня, вызывающего хронические заболевания у взрослых. Однако заболеваемость детей в таких зонах повышена в 1,5–2 раза. Ведь существующие предельно допустимые нормы ориентированы на организм взрослых людей, а для детей ксенобиотики опасны в любых дозах.

В России свинцовое отравление раньше рассматривалось лишь как профессиональное заболевание, характерное для некоторых производств. Однако в настоящее время в результате длительного и масштабного применения свинец накопился в окружающей среде в значительных, но не поддающихся учету количествах, что затрудняет адекватную оценку его воздействия.

Основными источниками выбросов свинца в атмосферу в нашей стране являются крупные металлургические предприятия (Челябинск, Карабаш, Владикавказ, Белово Кемеровской обл., Дальнегорск), предприятия по производству аккумуляторов (Санкт-Петербург, Курск, Подольск, Свирск), содержащих свинец красок (Ярославль), тетраэтилсвинца (Дзержинск), стекла и хрусталя (Гусь-Хрустальный).

Немалый вред приносит автотранспорт. Быстрый рост числа автомобилей в последние годы привел к тому, что в некоторых городах, где нет ни обогатительных комбинатов, ни металлургических заводов, за год в воздух выбрасывается до 8 тыс. т свинца, что превышает допустимый уровень. Анализ атмосферного воздуха в 100 городах нашей страны в 1993 г. показал, что средняя концентрация свинца составила 0,08 мкг/м3, причем в 80 % образцов она превышала предельно допустимые значения (например, в воздухе жилых кварталов вблизи аккумуляторного завода в Санкт-Петербурге в 10 раз). В волосах детей, проживающих около такого же завода в Курске, концентрация свинца составила 48 мкг/г.

Свинец попадает в организм человека и при употреблении в пищу консервированных продуктов. Анализы отечественных консервов показали превышение в них допустимого уровня свинца.

В России недостаток знаний о путях поступления свинца в организм и отсутствие адекватных стандартов качества окружающей среды приводит к недооценке риска отравления свинцом, особенно если учитывать различия в характере свинцового отравления у людей разных возрастов.

Неблагоприятно воздействуют на человека соединения свинца, содержащиеся в составе отработанных газов двигателей автомобилей, из-за применения этилированного бензина. Исследованиями установлено, что до 60 % свинца, находящегося в крови человека, поступает с воздухом и лишь 10 % – из воды, 5 % – из пищи. Присутствие свинца в крови человека приводит к снижению активности ферментов, нарушению обменных процессов.

С увеличением численности автомобилей, например в Москве их только в частном пользовании насчитывается 2,5 млн, возрастает суммарный выброс вредных веществ в воздушную среду. О вкладе автомобильного транспорта в загрязнение воздушной среды крупных городов мира оксидами углерода, азота, углеводородами можно судить по данным, приведенным в Таблица 2. (приложение). Подсчитано, что при среднегодовом пробеге в 15 тыс. км автомобиль выбрасывает в воздушную среду (кг/год): угарного газа – 700, диоксида азота – 40, несгоревших углеводородов – 230 и твердых веществ – 2–5. Кроме того, выбрасывается много соединений свинца из-за применения зачастую этилированного бензина. Загрязнения воздуха от автомобильного транспорта распространяются до 300 м, и, следовательно, как отдельные дома, так и жилые массивы попадают в зону неблагоприятного влияния автомагистрали.

2.1. Влияние загрязнения воздуха на состояние лишайников

В своей работе мы используем метод лихеноиндикации, т.к. это наиболее доступный метод для исследования загрязненности воздуха в сельской местности.

Лишайники – это группа живых организмов, слоевище которых образовано грибом (микобионт) и цианобактерией (протист) или водорослью (фикобионт), находящихся в симбиозе. Лишайники приспособлены к крайне неблагоприятным условиям внешней среды и растут практически в любых климатических условиях - от Арктики до влажных тропических лесов. Различают лишайники:

•  накипные (корковые), имеющие слоевище в виде тонкой (гладкой или зернистой, бугорчатой) корочки, очень плотно срастающейся с субстратом (корой, камнем, почвой), так что отделить лишайник, не повредив субстрата, невозможно;
• листовидные, имеющие вид мелких чешуек или пластинок и прикрепленные пучками грибных гиф к субстрату, от которого они легко отделяются;
• кустистые, имеющие вид тонких нитей или ветвящихся кустиков, прикрепленные к субстрату своим основанием.

Лишайники высокочувствительны к загрязнению среды обитания. На них избирательно действуют прежде всего вещества, увеличивающие кислотность среды (Сb, О3, Н, НО, NCb). Для лишайников сравнительно безвредны тяжелые металлы (Рв, Zn, Си), накапливающиеся в слоевище в значительных количествах, а также естественные и искусственные радиоактивные изотопы. Лишайники используются для биоиндикации изменения антропогенного загрязнения среды в пространстве и биомониторинга изменений антропогенного загрязнения среды во времени. С помощью лишайников можно оценить комплексное действие промышленных выбросов в обследуемом районе. Для этого территория разбивается на квадраты определенного размера (размер квадрата зависит от изучаемой площади).

Картирование лишайников по мелким квадратам дает возможность оценить состояние воздуха и указать местоположение источников выбросов. При этом могут использоваться количественные показатели (процент покрытия слоевищами каждого вида или избранных видов поверхности ствола, размеры слоевищ, доля поврежденных слоевищ и т.п.) и качественные критерии (наличие или отсутствие определенных видов лишайников, изменение их состава, группировок и т.п.). Для оценки степени покрытия выбираются не накрененные отдельно стоящие деревья, у которых на высоте 30–150 см проводится учет лишайников по наиболее заросшей ими части коры.

Лихеноиндикация не дает точных количественных сведений об уровне загрязнения воздуха. Следует учитывать, что ряд видов гибнет уже при малых концентрациях загрязнителя, часто не достигающих установленных санитарных норм. Исчезновение лишайников – это сигнал о надвигающейся опасности для окружающей среды.

Лихеноиндикация загрязнения воздуха (качественная оценка). На основании эмпирически установленных качественных критериев, основанных на фактах наличия – отсутствия определенных типов лишайников, выделяют зоны с разной степенью загрязнения (см. Приложение Таблица  3).

В обследуемом районе изучается обрастание лишайниками стволов и ветвей деревьев, камней, стен домов и т.п., и по таблица 3 определяется степень загрязнения воздуха.

Лишайники способны долгое время пребывать в сухом, почти обезвоженном состоянии, когда их влажность составляет от 2 до 10% сухой массы. При этом они не погибают, а лишь приостанавливают все жизненные процессы до первого увлажнения. Погрузившись в такой «анабиоз», лишайники могут выдерживать сильное солнечное облучение, сильное нагревание и охлаждение.

В связи с тем, что лишайники поглощают воду всей поверхностью тела в основном из атмосферных осадков и отчасти из водяных паров, влажность слоевищ непостоянна и зависит от влажности окружающей среды. Таким образом, поступление воды в лишайники происходит, в отличие от высших растений, по физическим, а не по физиологическим законам. Недаром слоевище лишайников часто сравнивают с фильтровальной бумагой.

Минеральные вещества в виде водных растворов поступают в слоевище лишайника из почвы, горных пород, коры деревьев (хотя роль последней не доказана). Однако гораздо большее количество химических элементов лишайники получают из атмосферы с осадками и пылью. Поглощение элементов из дождевой воды идет очень быстро и сопровождается их концентрированием. При повышении концентрации соединений металлов в воздухе резко возрастает их содержание в слоевищах лишайников, причем в накоплении металлов они далеко опережают сосудистые растения. В лесу, где осадки проходят сквозь кроны деревьев и стекают со стволов, лишайники гораздо богаче минеральными и органическими веществами, чем на открытых местах. Особенно много минеральных и органических веществ попадает в тело эпифитных лишайников, растущих на стволах деревьев. Эти растения используются для наблюдения за распространением в атмосфере более 30 элементов: лития, натрия, калия, магния, кальция, стронция, алюминия, титана, ванадия, хрома, марганца, железа, никеля, меди, цинка, галлия, кадмия, свинца, ртути, иттрия, урана, фтора, йода, серы, мышьяка, селена и др.

Состав минеральных элементов в лишайниковом слоевище определяют классическим методом сжигания, образующаяся зола подвергается химическому анализу на содержание того или иного элемента (методика исследования состава золы растений описана в разделе.

Многочисленные исследования в районах промышленных объектов, на заводских и прилегающих к ним территориях показывают прямую зависимость между загрязнением атмосферы и сокращением численности определенных видов лишайников.

По мере приближения к источнику загрязнения слоевища лишайников становятся толстыми, компактными и почти совсем утрачивают плодовые тела, обильно покрываются соредиями. Дальнейшее загрязнение атмосферы приводит к тому, что лопасти лишайников окрашиваются в беловатый, коричневый или фиолетовый цвет, их талломы сморщиваются и растения погибают. Изучение лишайниковой флоры в населенных пунктах и вблизи крупных промышленных объектов показывает, что состояние окружающей среды оказывает существенное влияние на развитие лишайников. По их видовому составу и встречаемости можно судить о степени загрязнения воздуха.

Наиболее резко лишайники реагируют на диоксид серы. Концентрация диоксида серы 0,5 мг/м2 губительна для всех видов лишайников. На территориях, где средняя концентрация SO, превышает 0,3 мг/м3, лишайники практически отсутствуют. В районах со средними концентрациями диоксида серы от 0,3 до 0,05 мг/м1 по мере удаления от источника загрязнения сначала появляются накипные лишайники, затем листоватые (фисция, леканора, ксантория). При концентрации менее 0,05 мг/м1 появляются кустистые лишайники (уснея, алектория, анаптихия) и некоторые листоватые (лобария, пармелия).

На частоту встречаемости лишайников влияет кислотность субстрата. На коре, имеющей нейтральную реакцию, лишайники чувствуют себя лучше, чем на кислом субстрате. Этим объясняется различный состав лихенофлоры на разных породах деревьев.

На городской территории выделяют уровни (чаще всего три) –так называемые «зоны лишайников» (см. Приложение Таблица 4)

Таким образом, методы оценки загрязненности атмосферы по встречаемости лишайников основаны на следующих закономерностях.

1. Чем сильнее загрязнен воздух города, тем меньше встречается в нем видов лишайников (вместо десятков может быть один–два вида).
2. Чем сильнее загрязнен воздух, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев.
3. При повышении загрязненности воздуха исчезают первыми кустистые лишайники (растения в виде кустиков с широким плоским основанием); за ними – листоватые (растут в виде чешуек, отделяющихся от коры); последними–накипные (имеют слоевище в виде корочки, сросшейся с корой).

На основании этих закономерностей можно количественно оценить чистоту воздуха в конкретном месте микрорайона.

2.2. Определения степени загрязнения воздуха исследованных по  лишайникам.

В лихеноиндикационных исследованиях в качестве субстрата используются различные деревья. Для оценки загрязнения атмосферы города, районного центра, поселка выбирается вид дерева, который наиболее распространен на исследуемой территории. Так, в качестве субстрата мы использовали осину. Поселок разделили на квадраты, в каждом из которых подсчитывали общее число исследуемых деревьев и деревьев, покрытых лишайниками. Для оценки загрязнения атмосферы вдоль дороги мы описывали лишайники, которые растут на деревьях по обеим сторонам дороги на каждом третьем дереве. Пробная площадка ограничивалась на стволе деревянной рамкой, размером 10x10 см, которая разделенная внутри тонкими проволочками на квадратики по 1 см2. Отмечали, какие виды лишайников встретились на площадке, какой процент общей площади рамки занимает каждый вид. Кроме того, указывали жизнеспособность каждого образца: есть ли у него плодовые тела, здоровое или чахлое слоевище.

 На каждом дереве мы брали данные с четырех пробных площадок: две у основания ствола (с северной и южной стороны) и две на высоте 1,4–1,6 м. Обследование проводили по количеству всех видов лишайников, произрастающих в районе исследования. Кроме выявления видового состава, определили размеры розеток лишайников и степень покрытия в процентах. Оценка встречаемости и покрытия дается по 5–балльной шкале (см. Приложение Таблица  5).

Таким образом, для каждой площадки описания и для каждого типа роста лишайников – кустистых, листовых и накипных – выставляются баллы встречаемости и покрытия.

После проведения исследований произвели расчет средних баллов встречаемости и покрытия для каждого типа роста лишайников – накипных (Я), листовых (Л) и кустистых (К). Зная баллы средней встречаемости и покрытия Н, Л, К, легко рассчитать показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) по формуле:

ОЧА=Н + 2∙Л + З∙К ⁄30

Чем выше показатель ОЧА (ближе к единице), тем чище воздух местообитания. Имеется прямая связь между ОЧА и средней концентрацией диоксида серы в атмосфере.

Результаты лихеноиндикации вносятся в экопаспорт.

2.3. Результаты исследования.

Мы исследовали  два участка, в районе деревни Соболева. Участок №1 расположен в районе шоссейной дороги Смоленск–Монастырщина у остановочного пункта Соболева в верхнем ярусе преобладают такие деревья как береза, осина, ольха; подлесок составляет черемуха, лоза; травянистый надпочвенный покров представлен земляничниками, снытью местами мхом.  У некоторых деревьев отмечаются сухие ветки в кроне, а во втором ярусе встречаются сухие кустарники.    Участок №2 находится в районе Соболевской средней школы в верхнем ярусе преобладают такие деревья как береза, клен, липа, осина, дуб, ольха, тополь; подлесок составляет черемуха, рябина, калина, клен, ель; травянистый надпочвенный покров представлен, снытью, лютиком, ветреницей дубравной и лютиковой  местами мхом.

Расстояние между исследуемыми объектами составляет около 2,5 километра. По шоссе, которое находится  у первого участка в среднем за час проезжает около 60–100 машин из них около 10–15 тяжелые грузовые машины, а также фуры. А по грунтовой дороге около школы 5–7машин за день.

На каждом участке мы исследовали по 10 деревьев осины примерно 30–40 лет. На  первом участке мы отметили, что  плодовые тела некоторых лишайников были вялыми. На втором участке на лишайниках повреждений и других изменений отмечено не было.

Все полученные по каждому участку данные мы обобщили и просчитали среднюю встречаемость, степень покрытия дерева лишайниками в процентах на основе полученных результатов установили балл частоты и встречаемости, также относительную чистоту атмосферы. Результаты исследования занесли  в сводную таблицу результатов.

Таблица  6

Сводная таблица результатов исследования

Сравнивая полученные данные мы видим что относительная частота атмосферы на участках различается. Как мы видим, на участке №1 встречаемость накипных и листовых лишайников составляет только 20 %, а на участке № 2 встречаемость накипных лишайников60 %, а листовых 40%. Относительная чистота атмосферы на тоже различается почти в шесть раз. На первом участке воздух более загрязнен и растительность, и лишайники находятся в угнетенном состоянии. Как мы видим, участок № 2 тоже загрязнен, но в меньшей степени.

Заключение

Мы установили что, даже не больше количество машин снижает чистоту воздуха на участке №2, где движение автотранспорта практически отсутствует и на первый взгляд  ни растительность, ни лишайники не имеют никаких косвенных признаков загрязнения. На участке №1 о наличии загрязнения мы предполагали и до начала исследовании опираясь, на косвенные признаки хилые растения, сухие кустарнички и ветки на деревьях первого яруса, листовые пластинки с темными пятнами, а также вялым лишайникам. Исходя из расчетов относительной чистоты атмосферы, мы можем заключить, что первый участок в пять раз загрязнение второго. Несмотря на небольшое расстояние между участками (около 2,5 километра) показатели значительно различаются.

На основе проведенного исследования и его данных чистоты атмосферы на двух участках, мы можем  сделать следующие выводы:

• даже в сельской местности человек получает определенную долю токсичных и вредных веществ;
• основным загрязнителем сельской местности является автотранспорт;

Но мы должны учитывать, что в сельской местности человек может в какой–то степени уменьшить воздействие, на свое здоровье автотранспорта, располагая свое жилище вдали от дорог с оживленным движением транспорта или избегая прогулок около дорог, или совершая прогулки в лес, на луг, располагать приусадебные участки в местах, где транспорт отсутствует.

Литература

1. С. И. Денисова Полевая практика по экологии: Учебное пособие – Мн.: Университетское, 1999.– 120с.

2.Л.Л Розанов Геоэкология – М.: Вентана – Граф, 2006 – 320с.

3. Школьный экологический мониторинг. Учебно–методическое  пособие/Под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: АГАР, 2000.

Приложение

Таблица 1

 Предельно допустимая концентрация (ПДК) основных загрязнителей воздушной среды в России, мг/м3

Таблица 2

Выбросы автотранспорта в воздушную среду крупных городов мира, %

Таблица 3.

Лихеноиндикация степени загрязнения воздуха

Таблица 4.

Встречаемость лишайников в разных частях города в зависимости от среднего количества диоксида серы в воздухе

Таблица 5

Оценки частоты встречаемости и степени покрытия по пятибалльной шкале