Исследовательская работа Сосна обыкновенная — биоиндикатор загрязнения воздуха

Курумканское районное управление образования
МБОУ ДОД «Центр детского творчества»
Тема:
«Сосна обыкновенная – биоиндикатор загрязнения воздуха»
Номинация: «Лучшая исследовательская работа»
Выполнила: Турлакова Дулгар –
ученица 7 класса МБОУ «Аргадинская СОШ»
Руководитель: Шалданова Оюна Баировна –
педагог дополнительного образования
с. Аргада2015г.
Содержание Введение……………………………………………………………………2-3 Основная часть-----------------------------------------------------------------------4-18 Глава 1. Теоретическая часть 1. Обзор использованной литературы 2. Теоретическое обоснование метода биоиндикации 3.Биологическая характеристика вида сосна обыкновенная 4. Учебная экологическая тропа «Лес» 5.Автотранспорт как основной источник загрязнения атмосферного воздуха Глава 2. Исследовательская часть 1.Методика проведения исследования………………………………….. 2. Эксперимент. Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности воздуха 3.Выводы……………………………………………………………………19 Заключение………………………………………………………………….19-20. Литература…--------------------------------------------------------------------------21 Приложения………………………………………………………………….
ВВЕДЕНИЕТема моей работы – «Сосна обыкновенная – биоиндикатор загрязнения воздуха». Я считаю эту тему актуальной на сегодняшний день, так как сохранение качества окружающей среды и здоровья населения находится в числе самых острых проблем современности. Роль зеленых насаждений очень велика. Они снижают запыленность и загазованность воздуха, выполняют ветрозащитную функцию, обладают фитонцидным действием, борются с шумом, влияют на тепловой режим и влажность воздуха. На Земле примерно 350 миллионов лет назад появились первые деревья. Огромные территории были покрыты лесом, но затем значительная их часть была уничтожена людьми. Лес – сложное природное образование (биоценоз). В состав его входят не только живые организмы, но и их среда обитания – почвенно-грунтовый слой, атмосфера. Лес в наши дни испытывает на себе сильное влияние со стороны человека. Это влияние очень разнообразно. Тут сплошные рубки, пожары, массовый туризм, выпас скота, загрязнение атмосферы ядовитыми газами.… А как реагирует лес на это? Какие изменения в нём происходят? Насколько они опасны для существования леса? Вмешательство человека в жизнь леса нельзя остановить. Оно неизбежно и будет продолжаться, но всем надо стремиться к тому, чтобы причинять лесу наименьший вред. Что для этого нужно? Важную роль в жизни леса играет слой атмосферы, в котором развиваются лесные растения и другие живые организмы, без этого нельзя представить себе леса. Атмосфера служит источником углекислого газа, кислорода и пополняется кислородом, выделяемым растениями, и углекислым газом, образующимся в процессе дыхания. В него поступают вещества, жизненно важные для обитателей леса, и из него эти вещества вновь поглощаются растениями и животными. Эта система называется лесным биогеоценозом. Загрязнение атмосферы причиняет биогеоценозу большой вред. Главный враг леса – диоксид серы или иначе сернистый газ. Больше всего от него страдают сосновые леса. Сосновые насаждения – очистители воздуха от пыли, что зависит от хвои, её количества и поверхности. У хорошо развитого взрослого дерева сосны общая длина хвоинок превышает 200км. Этим определяется высокая фильтрующая способность дерева. Актуальность такой работы и в том, что зачастую достоверная информация недостаточна, требуется уточнение и поиск новых фактов. В связи с этим я поставила цель исследования – определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязнённости атмосферы
Задачи:
- изучить литературу по теме исследования
- изучить состояние хвои сосны обыкновенной на разных участках вдоль трассы
-проанализировать и обобщить результаты исследования
- предложить практические рекомендации по мерам предупреждения загрязнения атмосферы
Место проведения: при выезде из с. МогойтоСроки проведения: сентябрь – ноябрь 2015 г.Объект исследования: хвоя сосны. Предмет исследования: сосны, расположенные на разном расстоянии от автотрассы Могойто- Курумкан и на территории деревни.Гипотеза: сосну обыкновенную можно использовать в качестве биоиндикатора для оценки загрязнённости атмосферы Актуальность: загрязненный воздух отрицательно влияет на окружающую среду. Новизна работы: определение загрязненности воздуха на выбранных участках по состоянию хвои сосны обыкновенной. Этапы исследования. 1 этап. Выбор объекта исследования (сентябрь). 2 этап. Сформулировать цель исследования (сентябрь). 3 этап. Выдвинуть гипотезу исследования (сентябрь). 4 этап. Сформулировать задачи исследования (сентябрь). 5 этап. Изучение и анализ литературы (сентябрь - октябрь). 6 этап. Выбор методов исследования. Создание модели проведения эксперимента (сентябрь -октябрь). 7 этап. Проведение экспериментов, систематизация работы, анализ результатов (сентябрь-октябрь). 8 этап. Написание работы. Оформление исследовательской работы (ноябрь). 9 этап. Составить доклад (ноябрь). Методы исследования: Теоретические методы (абстрагирование, анализ и синтез, от абстрактного к конкретному); Эмпирические методы (наблюдение, сравнение, эксперимент). Математические методы (статистические, диаграммы, таблицы). Исследовательские методы (проведение эксперимента). Основная часть. Глава 1. Теоретическая часть. 1.Обзор использованной литературы Природная среда претерпевает большие изменения под влиянием деятельности человека. Растения являются важным элементом биологического мониторинга, так как чутко реагируют на состояние природной среды. Поэтому исследователи рассматривают растения как наиболее чувствительные и надёжные индикаторы загрязнённости атмосферы. Отрицательно воздействуют на растения практически все выбросы, но особенно: окислы серы, частицы тяжёлых металлов, соединения фтора, углеводороды, окись углерода, содержащаяся в выхлопных газах автомобилей. Растения рано стареют, редеет и уродуется их крона, преждевременно желтеют и опадают листья и хвоя. По мнению Артамонова В.И. индикатором загрязнённости атмосферы может служить сосна обыкновенная. В нормальных условиях хвоя сосны опадает через 3-4 года, а поблизости от источников загрязнения атмосферы – значительно раньше. Особенно чутко реагирует сосна на загрязнения сернистым газом. Под его влиянием хвоя сосны в зонах сильного загрязнения приобретает тёмно-красную окраску, затем отмирает и опадает, просуществовав всего год (Биоиндикация загрязнений … , 1988).
Чувствительность сосны обыкновенной к длительному загрязнению воздуха (по Артамонову В.И.). SO2Очень чувствительная NH3 чувствительная HCl, Cl2 Очень чувствительная NO2 чувствительная
У сосны периодическое воздействие окислов азота и серы вызывает опадание хвои, которая сохраняется лишь на побегах последнего года (Илькун Г.М., 1971). Фитоиндикация важна не только специалистам, каждый человек должен знать окружающий его растительный мир, уметь пользоваться этим уникальным зеркалом природы.
2. Теоретическое обоснование метода биоиндикации.Биоиндикация – это оценка состояния окружающей среды по реакции живых организмов (растения, животные). Сущность биоиндикации заключается в том, что определенные факторы среды создают возможность существования того или иного вида. Виды, которые позволяют выявить специфические особенности среды, называют индикаторами. Биоиндикация дает возможность судить об изменениях состояния среды и прогнозировать направление этих изменений. При изучении степени загрязнения окружающей среды важна реакция организмов на загрязнители. Систему наблюдений за этой реакцией называют биологическим мониторингом. Хвойные растения очень чувствительны к загрязнению среды. Они особенно сильно страдают от сернистого газа. Продолжительность жизни хвои у сосны составляет 3-4 года. За это время она накапливает такое количество сернистого газа, которое может существенно превысить пороговые значения. Под влиянием сернистого газа у сосны происходят следующие изменения: - уменьшается продолжительности жизни хвои; - отмирают побеги; - уменьшается ширина годичных колец; - редеет крона; - появляются омертвления тканей (некрозы).Остановимся на этих признаках. Листопад (опадение хвои) у сосны происходит осенью. Зеленые хвоинки располагаются на прошлогодних побегах и этого года, а желтые на более старых, которым уже более 3 лет. Также у сосны редеет крона, появляется много сухих веток, покрытых редкой короткой хвоей. Сернистый газ поглощается растением через устьица, растворяется в жидкой фазе клеток (цитоплазме) и вызывает отравление живых тканей (схема №1). Скорость поступления фитотоксиканта (природное или химические вещество, поражающее растительность) сильно зависит от влажности воздуха и насыщенности листьев водой. Увлажненные хвоинки поглощают сернистый газ в несколько раз больше, чем сухие. Растение интенсивно накапливает в тканях серу. Молодые хвоинки активнее поглощают сернистый газ, чем старые. Поэтому возраст сосновой хвои указывает на степень загрязнения. При концентрации сернистого газа 1:1000000 хвоя сосны опадает. Фотосинтез полностью прекращается. Появление омертвления тканей (некрозов) чаще проявляется на хвоинках сосны под влиянием загрязняющих веществ. Различают следующие виды некрозов: краевой некроз (по краям хвоинки); серединный некроз (середина хвоинки); точечный некроз – отмирание тканей листа в виде пятен, рассыпанных по всей поверхности хвоинки (См. Приложение 1. Схема№2)
Изреживание кроны происходит в результате обезлиственности или обесхвоенности (дефолиации), когда воздействие загрязняющих веществ (в том числе и сернистый газ) приводит к разрушению верхней части дерева.Схема №1. Влияние кислотных дождей на хвойные растения.Существует удобный способ определения возраста хвои с помощью мутовок (См. Приложение 2. Схема №3).
Часто задают вопрос: «Почему для оценки качества среды приходится использовать живые объекты, когда это проще делать физико-химическими методами? Есть три случая, когда биоиндикация (определение биологически значимых нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ) незаменима: 1. Фактор не может быть измерен. 2. Фактор трудно измерить. 3. Фактор легко измерить, но трудно интерпретировать, т.е. разъяснить, растолковать.С точки зрения охраны природы, важнее получить ответ на вопрос, к каким последствиям приведет та или иная концентрация загрязнителя в среде. Эту задачу и решает биоиндикация, позволяя оценить биологические последствия антропогенного изменения среды. Актуальность биоиндикации обусловлена также скоростью, простотой и дешевизной определения качества среды. Биоиндикаторы – это биологические объекты, используемые для оценки состояния среды. Типы биоиндикаторов: 1. Чувствительный. Быстро реагирует значительным отклонением показателей от нормы. 2. Аккумулятивный. Накапливает воздействия без проявляющихся нарушений. Биоиндикаторы описывают с помощью двух характеристик: специфичность и чувствительность. При низкой специфичности биоиндикатор реагирует на разные факторы, при высокой специфичности только на один. При низкой чувствительности биоиндикатор отвечает только на сильные отклонения фактора от нормы, при высокой чувствительности отвечает на незначительные отклонения. Биоиндикация в наземно-воздушной среде с помощью растений Фитоиндикация – использование растений для оценки качества среды. Поскольку наибольший эффект дает использование растительных сообществ, то это направление получило специальное название – индикационная геоботаника.3. Биологическая характеристика вида сосна обыкновенная. Сосна - одно из самых распространенных деревьев в нашей стране. Это дерево очень неприхотливо к почве. Сосну можно встретить на сухих песках и на моховых болотах, на голых меловых склонах и на гранитных скалах. Но зато в отношении света сосна очень требовательна. Она совершенно не выносит затенения. Это одна из наших самых светолюбивых древесных пород. Длинные узкие хвоинки сосны располагаются па ветвях парами. После отмирания они так же остаются соединенными и опадают вместе. Массовое опадение сухой сосновой хвои происходит осенью. А незадолго до этого в кронах сосен бывает хорошо заметна своеобразная пестрота: часть хвои зеленая, а часть - желтая. Если присмотреться, нетрудно заметить, что зеленые хвоинки располагаются на побегах данного года и прошлогодних, а желтые - на более старых побегах, которым уже три года. В средней полосе страны хвоинки сосны живут обычно не более двух - трех лет. На Крайнем Севере и в других районах с суровым климатом «век» хвоинок гораздо больше. Каждую весну у сосны распускаются почки и появляются молодые побеги, как у лиственных деревьев. У основания некоторых, только что появившихся побегов можно заметить плотные светло - желтые грозди мужских шишечек. Эти шишечки невелики - каждая меньше косточки вишни. В них созревает пыльца, которая высыпается затем в виде желтого порошка и разносится ветром. Отдельная пылинка очень мала и чрезвычайно легка. Когда смотришь на нее в сильную лупу, она выглядит как маленький шарик с двумя мешковидными выростами по бокам. Эти мешочки заполнены воздухом. Сосна производит огромное количество пыльцы, но лишь ничтожный ее процент попадает на женские шишечки и производит опыление. Вся остальная масса пыльцы погибает. Женские шишечки сосны можно найти весной на концах молодых побегов. Они имеют вид крохотных зернышек размером немного больше булавочной головки и не очень заметны среди окружающих их хвоинок. Обычно на конце побега бывает только одна шишечка. После опыления шишечка - крупинка проходит долгий путь развития, прежде чем станет зрелой деревянистой шишкой. На это уходит почти два года. К осени первого года шишечка вырастает до размера горошины. Основной ее рост происходит па втором году. Она становится крупной, зеленой, а под коней коричневатой. К зиме в ней полностью созревают семена. Рассеивание семян происходит весной. Выпав из шишки и оказавшись в воздухе, семя, снабженное небольшим пленчатым крылышком, начинает очень быстро вращаться, как маленький пропеллер. Это имеет определенный биологический смысл. Крутящееся семя опускается сравнительно медленно, и ветер может отнести его достаточно далеко от материнского дерева. Семена сосны похожи по внешнему виду на семена ели. Но отличить тс и другие нетрудно, надо только посмотреть, каким образом прикрепляется семя к крылышку. У сосны семя зажато между двумя отростками крылышка, словно охвачено с двух боков щипчиками. У ели способ прикрепления совершенно другой - семя лежит в углублении крылышка, как слива в столовой ложке.Необычно выглядят проростки сосны, когда они только что появились из семени. Это маленькие растеньица, у которых стебелек короче спички и не толще обыкновенной швейной иглы. На верхушке стебелька - пучок лучеобразно расходящихся во все стороны очень тонких иголочек - семядолей. Их у сосны не одна и не две, как у цветковых растений, а гораздо больше -4 - 7. Проросток сосны имеет настолько своеобразный вид, что многие, увидев его, наверняка затруднятся сказать, какое это растение Сосна - красивое дерево. Ствол ее покрыт верхней части тонкой оранжевой корой, придающей дереву своеобразную привлекательность. Однако в нижней части кора толстая, и ствол имеет серо - коричневый оттенок. Кора большой толщины имеет для дерева важное значение: она предохраняет живые ткани ствола от ожога при сильном нагревании солнцем или при низовом пожаре в лесу (когда горит только сухая хвоя на поверхности почвы). Сосна очень чувствительна к ядовитым газам, которые выбрасывают трубы заводов и фабрик. В особенности вреден для нее сернистый газ. Наверно, многие замечали, какой жалкий, угнетенный вид имеют старые сосны в больших городах и поблизости от некоторых заводов. У таких деревьев много сухих отмерших веточек, а те, что остались в живых, покрыты короткой и редкой хвоей. Иногда живой хвои совсем мало. Деревья кажутся больными, погибающими. Сернистый газ, проникая внутрь хвоинок через устьица, вызывает отравление живых тканей. В результате хвоя почти не снабжает дерево органическими веществами.
Роль в природе и значение в жизни человека. Сосновые леса являются благоприятным местом обитания мелких промысловых зверей и птиц, которые здесь находят достаточный корм и надежную защиту в течение года, особенно в зимнее время они защищены от холодных ветров. Народнохозяйственное значение сосны огромно. Древесина сосны с красноватым ядром и желтовато – белой заболонью отличается высокими техническими качествами и прочностью. По сравнению с древесиной лиственницы у сосны она легкая и мягкая, в то же время достаточно плотная и прочная, легко обрабатывается. Широко применяется в жилищном строительстве, столярном и мебельном производстве, вагоностроении и авиационной промышленности. Древесина сосны так же, как и других хвойных пород, является ценным сырьем для химической промышленности. В городах и селах можно видеть причудливые украшения из древесины сосны в деревянных строениях: двухэтажных коттеджах, особняках, уникальные предметы спального гарнитура, кухонной, а также другой домашней мебели. Сосна обыкновенная долго служила и продолжает служить поставщиком живицы, из которой вырабатывают смоляные спирты и кислоты, эфиры и терпены, канифоль и скипидар, а также многие другие продукты. Канифоль широко применяется для проклейки бумаги и картона, приготовления лаков и эмалей, в мыловарении, при производстве линолеума, типографской краски, сургуча, синтетического каучука и резины. Она нужна и для музыкантов для натирания смычков. Скипидар используется при производстве лаков, красок, духов, технической камфары, которая необходима для производства пластмасс, кинофотопленки, искусственных тканей и взрывчатых веществ. Применяется также как раздражающее и отвлекающее средство при ревматизме, невралгии, подагре; при катаре верхних дыхательных путей и болезнях легких, в качестве противомикробного средства. Сосну можно назвать янтарным деревом. Янтарь - одно из удивительных и красивейших созданий природы- своим происхождением обязан именно сосне. Этот продукт образуется за счет выделения живицы из хвойных пород. В настоящее время янтарь находит широкое применение не только в производстве различного рода украшений, но и в промышленности. Из янтаря изготавливают изоляторы, лаки, предохраняющие древесину от гниения, краски и даже некоторые физические приборы. Янтарь применяют при изготовлении медицинской посуды и инструментов, используемых при переливании крови.Кислота, получаемая из янтаря, идет на производство лечебных препаратов. Деготь- продукт сухой перегонки сосновой древесины - обладает дезинфицирующим раздражающим действием и применяется наружно при кожных заболеваниях и заживлении открытых ран. В технике древесный уголь используется для поглощения жидкостей и газов, в медицине - в качестве противоядия при отравлении сильнодействующими веществами.
Собранные до распускания ранней весной сосновые почки применяются в виде отвара, настоя и настойки как отхаркивающее, дезинфицирующее и мочегонное средство, а также для ингаляций при заболеваниях верхних дыхательных путей. Настой хвои применяют для профилактики и лечения цинги. В годы Великой Отечественной войны и первые послевоенные годы витаминный напиток из хвои сосны служил единственным доступным средством лечения от цинги и спас жизнь многим юным гражданам страны. Теперь же из хвои вырабатывают концентраты витаминов, кормовые продукты. Даже незначительное добавление витаминной муки из хвои сосны в рацион сельскохозяйственных животных увеличивает их вес, улучшает вкусовые и питательные качества мяса и молока. Экстракт хвои используется для лечебных ванн и изготовления парфюмерных изделий. В России сосновые леса превратились в живописные места отдыха граждан, В них без нарушения установившейся экологической обстановки строят санатории, Дома отдыха и турбазы. Воздух здесь всегда чистый, содержит вещества, убивающие микробы. В жаркую погоду скипидар способствует превращению части кислорода в озон. Озонированный воздух успокаивает деятельность нервной системы человека. Так же велико эстетическое значение сосновых лесов. Сосновые леса радуют нас в летние жаркие дни, в пасмурные осенние дни, когда под кронами деревьев моросит мелкий дождь, в короткие зимние дни, когда сосны покрыты мохнатой снежной шапкой и в солнечные весенние дни, когда пробуждается природа. 4. Выбор участка для исследования. Для своей работы я решила использовать сосну обыкновенную, которая растёт в непосредственной близости к автотрассе Могойто – Курумкан. Я выбрала три разных участка, которые находятся на разном расстоянии от автотрассы. Участок 1 – сосна находится от автотрассы на расстоянии 10 м.Участок 2 - сосна находится на расстоянии 25 м.Участок 3 – сосна находится на расстоянии 210 м. Выбор участков не случаен, мы брали те участки, на которых встречается сосна обыкновенная. Мои родственники живут прямо у трассы, куда часто езжу и я решила узнать, как оценивается экологическая обстановка в деревне у трассы, использовав для этого хвою сосны как биоиндикатор. 5. Автотранспорт как основной источник загрязнения атмосферного воздуха.К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы, картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода (СО), углеводороды (СХHY), окислы азота (NOX), бензапирен, альдегиды и сажу. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95% СО, 55% СХHY и 98% NOX, картерные газы по – 5% СХHY, 2% NOX, а топливные испарения – до 40% СХHY. Содержание токсичных выбросов в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания представлены в таблице.1 Таблица 1. Содержание токсичных выбросов в отработавших газах двигателей. Компоненты Доля токсичного компонента в отработанных газах ДВС
Карбюраторные Дизельные
В % на 1000л топлива, кг в % на 1000л топлива, кг
CO 0,5-12,0 до 200 0,01-0,5 до 25
NOX до 0,8 20 до 0,5 36
СХHY 0,2 – 3,0 25 0,009-0,5 8
Бензапирен - до 10 мкг/м3 - -
Альдегиды до 0,2мг/л - 0,001-0,09мг/л -
Сажа до 0,04 г/м3 1 0,01-1,1г/м3 3
Основными токсичными веществами – продуктами неполного сгорания являются сажа, окись углерода, углеводороды, альдегиды. Вредные токсичные выбросы можно разделить на два вида: регламентированные и нерегламентированные. Они действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: СО, NOX, CXHY, RXCHO, SO2, сажа, дым. СО (оксид углерода) – этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки, плохого распыления топлива и диссоциации СО2 на СО и О2 при высоких температурах. Во время работы дизеля концентрация СО незначительна ( 0,1…0,2%). У карбюраторных двигателей при работе на холостом ходу и малых нагрузках содержание СО достигает 5…8% из-за работы на обогащенных смесях. Это достигается для того, чтобы при плохих условиях смесеобразование обеспечить требуемое для воспламенения и сгорания число испарившихся молекул. NOX (оксиды азота) – самый токсичный газ из отработанных газов. N2 – Инертный газ при нормальных условиях. Активно реагирует с кислородом при высоких температурах. Выброс с отработанными газами зависит от температуры среды. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и соответственно увеличивается выброс оксидов азота.Кроме того, температура в зоне горения (камера сгорания) во многом зависит от состава смеси. Слишком обедненная или обогащенная смесь при горении выделяет меньшее количество теплоты, процесс сгорания замедляется и сопровождается большими потерями теплоты в стенке, т.е. в таких условиях выделяется меньшее количество NOХ, а выбросы растут, когда состав смеси близок к стехиометрическому (1 кг топлива к 15 кг воздуха). Для дизельных двигателей состав NOХ зависит от угла опережения впрыска топлива и периода задержки воспламенения топлива. С увеличением угла опережения впрыска топлива удлиняется период задержки воспламенения, улучшается однородность топливовоздушной смеси, большее количество топлива испаряется, и при сгорании резко (в 3 раза) увеличивается температура, т.е. увеличивается количество NOХ. Углеводороды - этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные элементы. Отработанные газы содержат около 200 разных углеводородов. В дизельных двигателях они образуются в камере сгорания из-за гетерогенной смеси, т.е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого распыления. ДВС выбрасывает большее количествоуглеводородов, когда работает в режиме холостого хода, за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания. Дым - непрозрачный газ, белого, синего, черного цвета. Цвет зависит от состояния отработанных газов. Белый и синий дым - это смесь капли топлива с микроскопическим количеством пара; образуется из-за неполного сгорания и последующей конденсации. Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоянии, а потом исчезает из-за нагрева. Отличие белого дыма от синего определяется размером капли: если диаметр капли больше длины волны синего цвета, то глаз воспринимает дым как белый. К факторам, определяющим возникновение белого и синего дыма, а также его запах в ОГ, относятся температура двигателя, метод образования смеси, топливные характеристики (цвет капли зависит от температуры ее образования: при увеличении температуры топлива дым приобретает синий цвет, т.е. уменьшается размер капли). Кроме того, бывает синий дым от масла. Наличие дыма показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива. Черный дым состоит из сажи. Дым отрицательно влияет на организм человека, животных и растительность. Сажа - представляет собой бесформенное тело без кристаллической решетки; в ОГ дизельного двигателя сажа состоит из неопределенных частице с размерами 0,3... 100 мкм. Причина образования сажи заключается в том, что энергетические условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, отношения топливо-воздух. Содержание сажи в ОГ уменьшается с увеличением угла опережения впрыска топлива, а при уменьшении угла опережения впрыска топлива выделение сажи заметно возрастает. Количество сажи зависит от температуры в зоне сгорания. Скорость сжигания сажи зависит от размера частиц, например, сажа сжигается полностью при размере частиц меньше 0,01 мкм. SO2 (оксид серы) - образуется во время работы двигателя из топлива, получаемого из сернистой нефти (особенно в дизелях); эти выбросы раздражают глаза, органы дыхания. SO2 и H2S - очень опасны для растительности. Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской Федерации в настоящее время является автотранспорт, использующий этилированный бензин. При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферу выбрасывается приблизительно 0,5... 0,85 кг оксидов свинца. По предварительным данным, проблема загрязнения окружающей среды свинцом от выбросов автотранспорта становится значимой в городах с населением свыше 100 000 человек и для локальных участков вдоль автотрасс с интенсивным движением. Радикальный метод борьбы с загрязнением окружающей среды свинцом выбросами автомобильного транспорта - отказ от использования этилированных бензинов. По данным 1995г. 9 из 25 нефтеперерабатывающих заводов России перешли на выпуск неэтилированных бензинов. В 1997 году доля неэтилированного бензина в общем объеме производства составила 68%. Однако, из-за финансовых и организационных трудностей полный отказ от производства этилированных бензинов в стране задерживается. Альдегиды (RxCHO) - образуются, когда топливо сжигается при низких температурах или смесь очень бедная, а также из-за окисления тонкого слоя масла в стенке цилиндра. При сжигании топлива при высоких температурах эти альдегиды исчезают. Загрязнение воздуха идет по трем каналам: 1)ОГ, выбрасываемые через выхлопную трубу (65%); 2)картерные газы (20%); 3)углеводороды в результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15%). Влияние состояния атмосферного воздуха на человека. Чувствительность населения к действию загрязнения атмосферы зависит от большого числа факторов, в том числе от возраста, пола, общего состояния здоровья, питания, температуры и влажности и т.д. Лица пожилого возраста, дети, больные, страдающие хроническим бронхитом, коронарной недостаточностью, астмой, являются более уязвимыми. Общая схема реакции организма на воздействие загрязнителей ОС по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) имеет следующий вид:
Рис. 1. Реакция организма на воздействие загрязнителей воздуха: (1) - смертность; (2) - заболеваемость; (3) - физиологические признаки заболевания; (4) - сдвиги жизнедеятельности организма неизвестного назначения; (5) - накопление загрязнений в органах и тканях. Проблема состава атмосферного воздуха и его загрязнения от выбросов автотранспорта становится все более актуальной.Среди факторов прямого действия (все, кроме загрязнения окружающей среды) загрязнение воздуха занимает, безусловно, первое место, поскольку воздух – продукт непрерывного потребления организма. Одним чрезвычайно вредным компонентом автомобильных выхлопов является свинец. Это наиболее токсичен элемент. Ежегодно в атмосферу выбрасывается около 200 тысяч тонн свинца. Оксиды свинца накапливаются в организме человека, попадая в него через животную и растительную пищу. Свинец и его соединения относятся к классу высокотоксичных веществ, способных причинить ощутимый вред здоровью человека. Свинец влияет на нервную систему, что приводит к снижению интеллекта, а также вызывает изменения физической активности, координации, слуха, воздействует на сердечно-сосудистую систему, приводя к заболеваниям сердца. Свинцовое отравление (сатурнизм) занимает первое место среди профессиональных интоксикаций. Содержание свинца в растениях, которые растут около дорог, зависит от расстояния растения до дороги. Норма РЬ в Европе – 10 мг РЬ в 1 кг травы. Современные исследования в области влияния состояния атмосферного воздуха на здоровье населения можно характеризовать следующей качественной таблицей общего плана.
Таблица 2
Кратность превышения ПДК Состояние здоровья населения
1 Нет изменений в состоянии здоровья
2-3 Изменение состояния здоровья по некоторым показателям
4- 7 Выраженные функциональные сдвиги
8- 10 Рост специфической и неспецифической заболеваемости
100 Острые отравления
500 Летальные отравления
Диоксид углерода обладает наркотическим действием, раздражающе действует на кожу и слизистую оболочку. Оксид углерода при вдыхании связывается с гемоглобином крови, вытесняя из нее кислород, в результате чего наступает кислородное голодание, сказывающееся, прежде всего на центральной нервной системе. Оксид углерода – один из факторов, вызывающих болезнь сердца стенокардию, так как уменьшение переноса кислорода к тканям особенно пагубно для миокарда (сердечной мышцы). Диоксид азота вызывает сильное раздражение слизистых оболочек глаз, а при вдыхании – образование азотной и азотистой кислоты в дыхательных путях. Альдегиды (кислородосодержащие производные углеводородов) раздражающе действуют на глаза, дыхательные пути, поражающие центральную нервную систему, почки и печень. При фотохимическом смоге воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла, отмечаются симптомы удушья, обострение легочных и нервных заболеваний, бронхиальной астмы. Сернистый газ приводит к росту онкологических заболеваний. Вдыхание влажного воздуха, содержащего диоксид серы, особенно опасно для людей, страдающих сердечно - сосудистыми заболеваниями. Длительное вдыхание повышенных концентраций сернистого газа повышенных концентраций действует на организм общетоксично, вызывая нарушения деятельности нервной системы. Как любая мелкая пыль, сажа действует на органы дыхания, но главная опасность заключается в том, что в ней адсорбируются (поглощаются) канцерогенные вещества и возрастает риск заболевания раком.Глава 2. Исследовательская часть. 1. Методика исследования Сильнейшим антропогенным воздействием на фитоценозы оказывают загрязняющие вещества в окружающем воздухе, такие как диоксид серы, углеводороды. Среди них наиболее типичным является диоксид серы, образующийся при сгорании серосодержащего топлива в отопительных печах населения, а также транспорта, особенно дизельного. Устойчивость к диоксиду серы различна. Из высших растений повышенную чувствительность к SO2 имеют хвойные деревья (кедр, ель, сосна). Итак, считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обуславливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики». Я использовала методику «Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязнённости атмосферы». Методика индикации чистоты атмосферы по хвое сосны состоит в следующем. С нескольких боковых побегов в средней части кроны 7деревьев сосны в 25-30 летнем возрасте отобрала 100 пар хвоинок. Всю хвою разделила на 3 части: -неповреждённая хвоя (1 класс); -хвоя с пятнами (2,3 класс); -хвоя с признаками усыхания(4 класс). Использовала определитель. Подсчитала количество хвоинок в каждой группе и внесла данные в таблицу. В зоне техногенного загрязнения наблюдается более 30%-60% повреждения хвои сосны.2. Эксперимент Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности воздуха.В чистых лесах основная масса хвои сосны здорова, не имеет повреждений и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зеленые пятня и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. В загрязненной атмосфере проявляются повреждения и снижается продолжительность жизни хвои сосны. Методика определения состояния хвои: 1) выбрать конкретные участки, контрастные по уровню атмосферного загрязнения – вблизи автодорог на разном расстоянии. 2) С ветвей 5-10 деревьев отобрать побеги. С них отбирают всю хвою и визуально исследуют ее состояние. 3) Данные занести в таблицу. Ход работы: 1) Выбрала участок вблизи автодороги возле пешеходного тротуара – участок №1, а также участок в центре тропы – №2. Участок 3 наиболее удалён от автодороги.2) С 7 деревьев собрала хвою –300-400штук. Визуально сделала анализ их состояния. 3) Результаты исследования занесла в таблицу 3. Определение загрязненности атмосферы по продолжительности жизни хвои. Чувствительной к техногенному загрязнению воздуха является продолжительность жизни хвои сосны (от 1 до 4-5 и более лет). С целью определения продолжительности хвои необходимо осмотреть не менее 20 деревьев на каждом участке. (См. Приложение 2) Вычисляем индекс продолжительности жизни хвои сосны по формуле: Q = 3В1 + 2В2 + В3 В1 + В2 + В3 Где В1, В2,В3 – количество деревьев с данной продолжительностью жизни хвои. Находим Q: Q1 = 3*13 + 2*8 + 7 = 2,21 13 + 8 + 7 Q2 = 3*9 + 2*10 + 6 = 2,12 9 + 10 + 6 Qср= 2,17 2. Результаты биоиндикации:Таблица №3 Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязнѐнности атмосферы (измеряемые показатели – количество хвоинок).
Повреждения и усыхания хвоинок 1участок вблизи дороги (12м) 2участок вблизи дороги (25м) 3 участок от дороги (210 м)
Общее число обследованных хвоинок 100 100 100
Количество хвоинок с пятнами 45 25 12
Процент хвоинок с пятнами 45% 25% 12%
Количество хвоинок с усыханием 30 20 15
Процент хвоинок с усыханием 30% 20% 15%
Количество неповреждѐнных хвоинок 25 55 73
Процент неповреждѐнных хвоинок 25% 55% 73%
Дата отбора проб 8.10.2013. 8.10.2013. 8.10.2013.
3. Выводы: Проанализировав научные данные о сосне обыкновенной, я изучила её индикационные способности.В результате своего исследования я пришла к выводу, что: - по изучению растений– биоиндикаторов (сосны обыкновенной) в данной местности можно сделать вывод, что на выбранных участках вдоль трассы – разное загрязнение, но антропогенное воздействие на них усиливается; - вдоль дороги загрязнённость воздуха выше, чем в глубине от трассы;- из-за увеличения масштабов антропогенного воздействия (хозяйственной деятельности человека), особенно в последнее столетие, нарушается равновесие в биосфере, что может привести к необратимым процессам и поставить вопрос о возможности жизни на планете;Заключение. Источников антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а также нарушения экологического равновесия в биосфере, множество. Однако самыми значительными из них являются два: транспорт и промышленность. Источниками загрязнения нашей деревни являются выхлопные газы автомобилей и тракторов. Сосновые леса наиболее чувствительны к загрязнению воздуха. Поэтому в перспективе можно продолжить мониторинг участков не только по состоянию хвои, но и по шишкам сосны. Предлагаю рекомендации по мерам охраны окружающей среды: 1. Всем жителям нашей деревни соблюдать Правила пользования лесными богатствами. 2. Регулярно проводить мониторинг состояния леса и участков вдоль трассы.3. Проводить экологическое просвещение населения: каждый водитель должен знать, что причина дымления автомобиля – неисправность двигателя, неотлаженность системы питания или зажигания. Только за счет правильной регулировки автодвигателей выброс вредных веществ в атмосферу можно уменьшить до 5 раз. 4. Необходимо улучшить качество дорожного полотна. 5. Использовать более безвредное топливо.6.Продолжить работу по озеленению придорожной зоны. Мне сейчас стало понятно, что если увеличится количество автотранспорта, то это повлечет за собой ряд нежелательных последствий – такое растение как сосна не сможет существовать в условиях загрязнения. Я выяснила, что деревья с поврежденной хвоей сосны расположены вблизи дорог. Сосна является индикатором чистого воздуха, там, где воздух сильно загрязнен, на хвое сосны появляются повреждения и снижается продолжительность жизни дерева. Таким образом, сосна является основным чистильщиком окружающего воздуха, дает людям тепло, жилище, строительные материалы. Помогает сохранять здоровье. Её шишками кормятся разные животные. Свое рассуждение я хочу закончить строчками из стихотворения Р. Рождественского:«Всё меньше окружающей природы,Всё больше окружающей среды». А ко всем хочу обратиться словами стихотворения Е.Евтушенко: «Берегите эти земли, эти воды, Даже малую былиночку любя! Берегите всех зверей внутри природы, Убивайте лишь зверей внутри себя!»
Литература: 1. Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг. Учебно-метод. пособие, М.: АГАР, 2000. 2. Алексеев С. В. И другие. Практикум по экологии. – М: АО МДС, 1996. 3. Биология в школе. Научно-методический журнал. №1, 2 2007. 4. Биология. Газета. №2, 2002. 5. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Под ред. Р. Шуберт. М.: Мир, 1988. 6. Лесная энциклопедия: В 2-х т./Гл. ред. Воробьев Г.И.; Ред. кол.: Анучин Н.А., Атрохин В.Г., Виноградов В.Н. и др. - М.: Сов. энциклопедия, 1985.-563 с., ил. 7. Литвинов Н.И. Экологический словарь. Иркутск. 2003. Приложение 1 Схема №2. Класс повреждения и усыхания хвои.
26 Приложение 2 Схема №3. Схема определения продолжительности жизни хвои сосны