Оценка эколого-геохимического состояния природно-антропогенного комплекса (на примере городского парка культуры и отдыха города Черемхово)

Исследовательский проект

Оценка эколого-геохимического состояния природно-антропогенного

комплекса (на примере городского парка культуры и отдыха города  

Черемхово)

выполнила: Б. Валерия,

11 класс, муниципальное общеобразовательное учреждение «Лицей г.Черемхово»

руководитель: Булгакова С.В.,

учитель биологии и географии

г. Иркутск , 2020  

Оглавление

Введение

 Интенсивный рост городов, эксплуатация городской инфраструктуры, и как следствие - возникновение антропогенной среды, теснейшим образом связаны с интенсивным использованием природной среды города и его окрестностей. «Природная и антропогенная среда урбанизированных территорий оказались тесно связаны между собой сложной системой прямых и обратных связей. Природно-антропогенный комплекс города подвергается воздействию широкого спектра факторов, которые сравнимы по последствиям своего воздействия на природу с земными катаклизмами». [1]

 С экологических позиций, территорию города можно рассматривать как природно-антропогенный комплекс, существующий за счет постоянного внешнего  воздействия человека. Интенсивность и разнообразие этого сложного воздействия многократно превышает темпы адаптации и устойчивости природной системы. 

Для эколого-геохимической оценки состояния городской среды необходимо выявление особенностей загрязнения городской территории, которые зависят от источника и вида вмешательства человека, от факторов нагрузки, от качества среды. Эколого-геохимический аспект оценки включает изучение распределения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, снеге, почвах, растениях, водах, т.е. в компонентах городского ландшафта, отслеживание связей между ними, оценку геохимической трансформации среды под воздействием промышленности и транспорта, эколого-геохимическое картирование.   

По данным Госкомгидромета, 7 промышленных городов Иркутской области входят в «приоритетный список» 45 городов России с очень высоким средним уровнем загрязнения атмосферного воздуха. Среди них город Черемхово.

"Черемхово – город угольщиков. Мы еще называем его городом черного снега. Котельные на угле и девять тысяч частных домов с печным отоплением не могут позитивно влиять на качество воздуха ", - сказал в интервью агентству РИА Новости мэр города В.А. Семёнов.

В связи с этим для решения приоритетных экологических проблем была разработана  Муниципальная программа «Защита окружающей среды в Черемховском районном муниципальном образовании на годы». Одна из задач этой программы - повышение уровня экологической культуры и образования в сфере охраны окружающей среды. Поэтому тема данной работы весьма актуальна и имеет первостепенное значение. Слежение за процессами в природных и антропогенных системах дает реальную и достоверную информацию, оперируя которой, можно выявить местные экологические проблемы с тем, чтобы в дальнейшем развернуть посильную работу по их устранению.

Цель данной работы  - провести оценку эколого-геохимического состояния природно-антропогенного комплекса на примере  городского парка культуры и отдыха города Черемхово и разработать  проект по  улучшению экологической обстановки в данной точке города. В этом заключается практическая значимость работы. 

Задачи:

•  Исследовать состояние окружающей среды городского парка и выяснить влияние на нее антропогенного фактора, выявить наиболее  загрязненные участки ;
• научиться пользоваться методикой исследования   снега на общую химическую токсичность   методом биотестирования;

• разработать проект: «Озеленение ул. Ленина г.Черемхово».

Объект исследования: оценка эколого-геохимического состояния ЦПКиО г. Черемхово  

Предмет исследования: улучшение экологического состояния улицы Ленина города Черемхово

Гипотеза: мы предполагаем, что используя методику «Исследования снега на общую химическую токсичность методом биотестирования» можно выявить самый загрязнённый участок  парка города Черемхово и принять меры по его улучшению.

Методы: биотестирование, эксперимент

Методика: С.Е. Мансурова и Г.Н. Кокуева. «Исследование снега на общую химическую токсичность методом биотестирования»

База исследования: различные участки центрального парка города Черемхово

Литературный обзор

Высокое качество атмосферного воздуха - один из основополагающих факторов нормального функционирования городского сообщества. «Активное воздействие атмосферы на наземные экосистемы и гидросферу проявляется через атмосферные осадки в виде дождя и снега» (Василенко и др., 1985).

В последние годы в качестве объекта мониторинга состояния атмосферы все чаще используют снежный покров как интегральный показатель загрязненности атмосферы на территориях, характеризующихся наличием устойчивого снежного покрова в течение длительного времени. Снег выступает в качестве природного концентратора поллютантов, поступающих воздушным путем. Содержание загрязняющих веществ в нем на 2-3 порядка выше по сравнению с атмосферным воздухом, что позволяет определять их концентрацию довольно простыми методами с высокой степенью достоверности.

Достаточно одной лишь пробы, взятой по всей толщине снега, чтобы получить достоверные и представительные данные о количестве загрязнений за весь зимний период от образования устойчивого снежного покрова до начала снеготаяния. Поскольку количество и интенсивность осадков год от года меняется, то использовать абсолютные значения поллютантов представляется некорректным. Выходом из сложившейся ситуации является отбор фоновых образцов снега и анализ полученных данных с учетом фоновых загрязнений. «До весеннего миграционного цикла загрязняющие вещества оказываются законсервированными в снежном покрове. Следовательно, химический анализ снега позволит предсказать состав будущих мигрантов в различных природных объектах городских ландшафтов» (Дежин и др.,1998, с.8). 

Снег как объект мониторинга незаменим при определении области влияния источников загрязнения. На большинство живых организмов максимальное воздействие оказывают подвижные формы элементов, хорошо растворимые в воде, поэтому степень их экологической опасности существенно выше по сравнению с комплексными или малорастворимыми соединениями. В период весеннего половодья данные вещества попадают в природные среды, преимущественно в почву и воды, загрязняя их. «Основные поллютанты (пыль, сульфаты, хлориды, азотсодержащие соединения, карбонаты, катионы металлов, полициклические ароматические углеводороды, диоксины и т.д.) являются загрязнителями территории городов» (Василенко и др., 1985, с.43).

Известно, что наличие в снежном покрове взвешенных веществ обусловлено, во - первых, применением в качестве антигололедных средств песчано-гравийной смеси, основой которой является песок; во-вторых, механическим выносом компонентов дорожного покрытия и различных частиц (сажа, каучук, кремний и т.д.) из состава автопокрышек, интенсивность которого резко возрастает в зимний период. И, наконец, свою долю в загрязнение снега твердыми частицами в виде пыли, сажи и т.д. вносят промышленные объекты и автотранспорт (Артемов, 2003, с.34).  

В связи с этим снег можно рассматривать как своеобразный индикатор загрязнения окружающей среды. Исследуя пробы снега, взятые в разных точках города, можно получить достаточно полное представление о степени загрязненности экосистем. Данные, полученные методом снегосъемки, наиболее показательны, так как снежный покров интегрально отражает приземные концентрации атмосферных примесей за период, равный времени его существования. Тем самым «усредняются» отклонения изучаемой величины, связанные как с флуктуациями химического состава выбросов предприятия, так и с миграцией загрязняющих веществ в динамичных воздушных потоках. Техногенные аномалии в снеге проявляются более контрастно и явственнее характеризуют пространственную картину воздействия, чем аномалии в других природных средах.

Проанализировав ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ДОКЛАД о состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2018 году, мы выяснили, что «уровень загрязнения атмосферного воздуха в Черемхово «очень высокий», обусловлен содержанием в атмосферном воздухе бенз(а)пирена, диоксида азота, взвешенных веществ, диоксида серы, оксида углерода. Основной вклад в выбросы от стационарных источников вносят: ТЭЦ-12 ПАО «Иркутскэнерго»; Разрез «Черемховуголь» филиал ООО «Компания «Востсибуголь; ООО «Рудоремонтный завод», мелкие котельные и дома с печным отоплением. Средние за год концентрации взвешенных веществ, диоксида серы, оксида углерода, оксида азота не превышали ПДК, диоксида азота составляли – 1,2 ПДК. Максимальные из разовых достигали. : взвешенные вещества – 1,6 ПДК; оксид углерода – 2,1 ПДК; диоксида азота – 1,5 ПДК, диоксида серы – уровня ПДК, оксида азота не превышали ПДК. Средняя за год концентрация бенз(а)пирена достигала 8,7 ПДК. Максимальная из среднемесячных концентраций – 33,5 ПДК (декабрь, ул. Школьная). В 2018 г. составлено 16 предупреждений о высоком уровне загрязнения атмосферы при неблагоприятных метеорологических условиях, оправдываемость которых составила 88%.»

По данным ежегодного отчёта отдела экологии администрации г. Черемхово в последнее время увеличилась количество выбросов от передвижных источников загрязнения. На долю автотранспорта приходится около 22%. Основными составляющими выбросов в атмосферу являются: твёрдые вещества, окись углерода и сернистый газ. В выхлопных газах двигателей содержится более 200 химических соединений и элементов; наибольший вклад в структуру загрязняющих веществ вносят оксиды углерода и азота, углеводороды, сернистые соединения, сажа.(Шумилова,2010, с.97)

Уровень загрязнения воздушного бассейна в последние время не снижается. Это связано как со значительными объёмами выбросов в атмосферу предприятий и автотранспорта, так и высокой повторяемостью метеорологических ситуаций, неблагоприятных для рассеивания поступающих в атмосферу вредных примесей. «Особенно неблагоприятные для рассеивания примесей условия создаются в зимний период, когда устанавливается Сибирский антициклон. Воздушные массы зимнего   антициклона отличаются высокой плотностью, прозрачностью, малой подвижностью. Они обусловливают безветренную погоду, сильные морозы, малое выпадение осадков». (Бояркин В. М., 2000, с 74).

Сочетание неблагоприятного расположения г. Черемхово - в низине, наличие большого количества малых котельных, дымовых топок (частный сектор составляет до 70% жилого комплекса) с неблагоприятными метеорологическими условиями, обусловливает высокие уровни загрязнения неадекватные значительному снижению объемов валовых выбросов за последние десятилетия. При этом наибольший удельный вес приходится на теплоэнергетическую отрасль - до 75% (ТЭЦ-12 ОАО «Иркутскэнерго»- 67,7%). В атмосферный воздух г. Черемхово от стационарных источников поступает более 30 наименований загрязняющих веществ. При этом практически по всем контролируемым веществам, отмечались концентрации, многократно превышающие нормы, в частности, по свинцу, по саже, формальдегиду, взвешенным веществам и диоксиду азота.

Безусловно,  в городе решить  ряд экологических проблем помогают парковые зоны и скверы. «Парковые зоны способствуют улучшению качества воздуха и являются средой обитания и развития представителей флоры и фауны»(Нагибина И. Ю., Журова Е. Ю., 2014, с. 84-85).

Парки решают в городе ряд экологических проблем. Во-первых, снижают загрязненность воздуха. Лучше всего поглощают звуки деревья и кустарники с густыми кронами, плотными крупными листьями, с большим количеством мелких ветвей (клен остролистный, липа, берёза, тополь ). Проникновение шума в парк препятствуют открытые грунтовые пространства - газоны. Снижая шум, парк отвечает и задаче снижения запыленности и загазованности воздуха. Загрязненный воздух в городе, отравляя кровь окисью углерода, наносит некурящему человеку такой же вред, как и выкуривание курильщиком пачки сигарет в день. А организация парка многорядными полосами древесно-кустарниковыми насаждениями шириной 50 м и высотой 15-20 м снижает уровень загрязненности воздуха на 70-75%. Большое значение городских парков в системе озеленения города определяется тем, что они создают условия для разнообразного отдыха жителей. Но учитывая тот факт, что островки зелени в городе исчезают под натиском домов, магазинов, торгово-офисных центров, парковок, город болен, больны его жители.   Можно предположить, что с закрытием в 90-х годах ХХ века ряда промышленных предприятий воздух в городе должен был стать чище, но многократный прирост числа автомобилей привел к тому, что «легкие города» - парки, скверы и санитарно-защитные зоны - просто не справляются с загазованностью.  

Самым большим по площади в городе Черемхово является Центральный  Парк культуры и отдыха.  Парк был образован в 1924 г., как парк-сад с деятельностью ярмарки, а в 1928 г. принял статус Парка КиО, с 1937 г. стал комплектоваться аттракционами.  

В последние годы территория парка стала уменьшаться за счёт расширения строительных площадок непосредственно на территории парка

Целью создания  ЦПКиО является сохранение, реконструкция и развитие садово-парковой среды, организация культурно-массовой и физкультурно-оздоровительной работы, полноценного и содержательного досуга.

Материал и методы

Исследования снега на территории ЦПКиО  г. Черемхово на общую химическую токсичность методом биотестирования

1.1. Снег – индикатор загрязнения окружающей среды

Индикатором загрязнения окружающей среды служит и снег. Вредные вещества, выбрасываемые промышленными предприятиями, противогололедные реагенты, автомобильные выхлопы и др. накапливаются в снегу и с талыми водами поступают в открытые и подземные водоемы, загрязняя их.

Снег можно исследовать так же, как и воду. Для этого пробу снега вначале растапливают, а затем проводят исследование по всем показателям. Если брать пробы снега в разных местах парка , то можно составить достаточно подробную картину о степени его загрязнения, а также выявить причину и источник загрязнений.(Василенко,1985)

 1.2. Методика   исследования

 Подготовительная работа по данному исследованию заключается в подготовке оборудования:

1.одинаковые по размеру семена перца  урожая 2018 г.;

2.одноразовые контейнеры (для проб)

3.дистиллированная вода.

Одноразовые контейнеры маркируем (подписываем № пробы и место  её забора). Предварительно определяемся с маршрутом забора проб.

 1.Забор проб снега осуществляются в специально подготовленную посуду (маркированные контейнеры). Пробы производятся на разных участках парка: кафе в парке, площадка возле аттракционов, гостиница Shelest, участок в глубине парка, участок со стороны улицы Марата,  участок со стороны  оживлённой дороги ул. Ленина. Необходимо взять по 20 г снега с каждого участка (две столовые ложки с горкой), принесите снег в помещение и растопите его.

  2. Замачивание семян в талой воде. Берётся по 10 семян перца, заворачиваются в марлю и опускаются в контейнеры с талой водой.  В качестве контроля используйте дистиллированная вода.

  3.Ведение наблюдений за семенами. Особых условий для прорастания семян создавать практически не требуется, они могут прорасти и в тёмном помещении. Главное, чтобы в нём было тепло, поэтому устанавливается температурный режим 20-25С, был доступ кислорода, питательных веществ и воды. Нельзя допускать пересыхания семян. При необходимости следует добавлять   талую воду, полученную из снега тех же участков. Результаты  наблюдений по каждой пробе заносите в таблицу.  

     4.По энергии   и дружности прорастания семян делаются выводы о степени общей химической токсичности снега в различных участках города (под энергией  подразумевается день прорастания семени, а под дружностью – количество проросших семян).

     1.3. Результаты исследования снега в парке  г. Черемхово

     Исследование проведено 17.03.19, мы поместили семена перца в талую воду. Наблюдения велись регулярно, что позволяет сделать наиболее точный сравнительный анализ (см. таблицу №1).

Таблица №1

Энергия   и дружность прорастания семян в талой воде

Проба№1 Кафе в парке              Проба№2 Парк

Проба№3 Аттракционы             Проба№4  Гостиница Shelest

Проба № участок со стороны ул. Марата

Проба №6 участок со стороны оживлённой дороги (ул. Ленина)

Контроль - дистиллированная вода

В анализе все расчёты проводили по двум формулам

№1

а   *   100%

___________________  = Э.П.%

                                                                           в

 где, а –  разность появления проростков (из общего числа наблюдаемых дней отнимаем тот когда появился проросток);   в – общее количество наблюдаемых дней (9).

      Э.П.% –  энергия прорастания семян.

№2

h   *   100%

___________________  = Д.П.%

                                                                         c

где, h – количество проросших семян;   c – всего семян (величина постоянная и равна 10);

       Д.П.% – дружность прорастания  семян.

Для удобства занесли результаты подсчётов в таблицу №2. 

                                                                                                                                           Таблица №2

Результаты исследования

          По  результатам подсчётов видно, что наиболее высокая энергия прорастания и дружность прорастания в пробах  №2 и 3 (парк и площадка с аттракционами), а самая низкая в пробе №6, в ней семена вообще не взошли  (участок возле оживлённой автодороги). Причём энергия прорастания в пробах 2 и 3 совпадают с контролем (дистиллированной водой), а дружность прорастания в данных пробах на 20 % ниже.  Все остальные участки испытывают большую антропогенную нагрузку , что не может не отражаться на чистоте снежного покрова. В целом можно говорить о средней степени загрязнения окружающей среды в парке г. Черемхово.  

        Необходимо задуматься над результатами исследования прежде всего  жителям города Черемхово, не оставаться равнодушными и пассивными созерцателями, а принимать активное участие в улучшении  экологической обстановке родного города.

       Мы предлагаем по выводам из данной работы запустить проект, связанный с озеленением в летний период оживлённых улиц города растениями соответствующих видов экологических групп.

  Практика показала, что достаточно эффективным средством борьбы с   выбросами автомобильного транспорта являются полосы зеленых насаждений, эффективность которых может варьироваться в довольно широких пределах - от 7 % до 35% .                                                                                                                                              

         Для защитных полос вдоль магистралей необходимо применять более долговечные виды растений, устойчивые к воздействию выхлопных газов автомобилей. Возникает проблема выяснения степени устойчивости растений, используемых в озеленении нашего города к действию атмосферных токсикантов.

         Древесно-кустарниковая растительность обладает избирательной способностью по отношению к вредным примесям и в связи с этим обладает различной устойчивостью к ним. Газопоглотительная способность отдельных пород в зависимости от различных концентраций вредных газов в воздухе неодинакова.

Изучив интернет  источники, мы пришли к выводу, что такими кустарниками являются Спирея средняя, Рябинник рябинолистный, Сирень венгерская (прил.2, рис3-5).

Заключение

В ходе  исследования мы убедились, что снег может выступать как индикатор загрязнения окружающей среды.  Нужно отметить, что наша гипотеза подтвердилась, используя методику «Исследования снега на общую химическую токсичность методом биотестирования» можно определить наиболее загрязнённый участок парка г.Черемхово и принять меры по его улучшению.

 В ходе работы мы определили, что наиболее загрязнённый участок парка нашего города находится на границе с  оживлённой автомобильной дорогой. А в качестве мер по улучшению экологического состояния данного участка мы предлагаем воспользоваться проектом, основанным на озеленении  определённого отрезка улицы  кустарниковыми породами устойчивыми к дыму и газам.

Список литературы

1.    Артемов А.В. Сравнительный анализ антропогенного загрязнения снежного покрова и гидросферы урбанизированных городов. // Экология человека – 2003 г. - № 4. – с. 35

2.    Бояркин В. М. География Иркутской области. – Иркутск: Восточно – Сибирская    издательская компания, 2000.

3.       Василенко В.Н., Назаров И.М., Фридман М.Д. Мониторинг загрязнения снежного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 181 с.

4.    Воробьева И.Б. Сибирский медицинский журнал, 20017, №5

5.   Дежинин В.В. Беседы по экологии.- М.: Издательство МНЭПУ, 1998-176с.

6.   Мансурова С.Е.  Следим за окружающей средой нашего города: 9-11 кл.: Школьный практикум. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. – 112 с.: ил.

7. Нагибина И. Ю., Журова Е. Ю. Значение парковых зон для жителей городской среды // Молодой ученый. — 2014. — №20. — С. 84-85.  

8.   Нестер Е.В. Экологические проблемы городов иркутской области // Со-временные наукоемкие технологии. – 2005. – № 2. – С. 79-79;

9.  Суходолов А. П., Скворцов А. М. Черемховский район. - Иркутск: Издание ОАО «Иркутская областная типография № 1», 2002. - 180 с.

10. Шумилова М.А., Жиделева Т.Г. Особенности загрязнения снежного покрова вблизи крупных автомагистралей г. Ижевска // Вестн. Удм. ун-та. 2010. Сер. Химия. Вып. 2. С.90 – 97.