III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА В Г. ЛЮБЕРЦЫ ПО СОДЕРЖАНИЮ СУЛЬФАТОВ В КОРЕ ДЕРЕВЬЕВ
Иваненко К.А.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Люберецкий район Московской области расположен к юго-востоку от Москвы, вплотную примыкает к МКАД, его пересекают две железнодорожные магистрали и густая сеть автодорог[7].

Источниками загрязнения атмосферного воздуха являются основные магистрали, проспекты, по которым проходит большое количество транзитного транспорта. На экологическую обстановку в районе влияют выбросы загрязняющих веществ Москвы и ближайшего Подмосковья. «Нефтеперерабатывающий завод» в поселке Капотня, ТЭЦ-22, московская кольцевая автомобильная дорога [9].

Одним из загрязняющих атмосферу веществ является SO2-оксид серы четыре, или диоксид серы, сернистый газ. Антропогенное загрязнение среды соединениями серы сопровождается изменениями во всех компонентах экосистем, в том числе и фитоценозе.

Известно, что зеленые насаждения способны поглощать многие вещества и выполнять роль живых фильтров. Растения в городе можно назвать и своеобразными «пылесосами», так как они во многих случаях очень эффективно очищают воздух от пыли, особенно летом [5].

Люберецкий район один из районов ближнего Подмосковья с наиболее сложной экологической обстановкой [2]. Поэтому любые экологические исследования в Люберецком районе, способствующие снижению возможного экологического риска, актуальны.

Гипотеза: Кора деревьев активно и пассивно аккумулирует эти вещества. Изучив содержание сульфатов в коре деревьев можно выявить степень загрязнения атмосферного воздуха диоксидом серы.

Цель: Определить степень загрязнения атмосферного воздуха диоксидом серы по содержанию сульфатов в коре тополя и клёна, выявить влияние автомагистралей на чистоту воздушной среды города.

Задачи исследования:

  1. Изучить литературу по данному вопросу.

  2. Взять пробы коры с разных деревьев вблизи автодорог и в парке.

  3. Сделать химический анализ коры на содержание сульфатов.

  4. Определить показатель pH вытяжки коры на pH-метре, предварительно размешав её.

  5. Проанализировать почву в Наташинском парке.

  6. Провести лихеноиндикацию воздуха, исследовав деревья на наличие лишайников.

  7. Выявить влияние автомагистралей на чистоту воздушной среды города.

1. Обзор работ по проблеме

1.1. Экологическая ситуация в области

По литературным данным, в настоящее время основными загрязнителями природной среды являются промышленные предприятия городов и транспорт, но нельзя упускать из виду и другие проявления антропогенного давления на природу. За последние годы в Люберецком районе наблюдается, как спад производства на ряде предприятий, так и размещение новых производств и складских комплексов [7]. При общей стабилизации выбросов от предприятий и организаций района, прослеживается увеличение общего объема выбросов от автотранспорта.

Загрязнение воздушной среды газообразными отходами и пылью наблюдается не только в местах размещения промышленности, но и вокруг полигонов складирования промышленных и бытовых отходов, которые располагаются за пределами Москвы, на территории Московской области, в том числе и на территории Люберецкого района[8].

Загрязнение атмосферы дымом промышленных предприятий и котельных более всего ощущается вблизи источника загрязнения, где оседает пыль и несгоревшие частицы отходов. Пыль и шлак от дыма предприятий покрывают поверхности улиц, листву деревьев и траву, препятствуют их нормальной жизнедеятельности [5,7].

В промышленных центрах стараниями жителей были созданы зеленые зоны. Однако в целом ряде случаев это делалось без учета устойчивости и приспособляемости пород к новой экологической обстановке. В результате такие насаждения превращаются в рассадник заболеваний растений и подвергаются нашествию уничтожающих их вредителей. В ближнем Подмосковье леса испытывают колоссальный пресс рекреационной нагрузки [8.9,7].

1.2 Роль соединений серы в загрязнении атмосферного воздуха.

В соответствии с данными многочисленных научных и учебных изданий одним из загрязняющих атмосферу веществом является оксид серы (IV) или диоксид серы, сернистый газ [1,2, 3].

Это вредное вещество выделяется в окружающую среду главным образом при сжигании содержащих серу топлив: каменного угля, кокса, горючих сланцев, сернистой нефти. Во всём мире по выбросам сернистых соединений в атмосферу на первом месте стоят металлургическая промышленность и предприятия по производству серной кислоты и переработке нефти. В результате деятельности человека в атмосферу Земли попадает ежегодно около 60-70 миллионов тонн серы в виде оксида серы четыре [2]. Сравнение естественных и антропогенных источников серы и её различных соединений в атмосферу показывает, что человек в результате своей деятельности загрязняет атмосферу Земли этими соединениями в 2 раза больше, чем это происходит в природе естественным путём. В ряду основных загрязнителей атмосферы диоксид серы находится на одном из первых мест. Токсическое действие диоксида серы на человека весьма многообразно. В первую очередь оно связано с раздражением верхних дыхательных путей, что при длительном воздействии даже малых концентраций приводит к возникновению бронхитов и других заболеваний органов дыхания. Предельно допустимые концентрации SO2 для растений- 0,02 мг/дм3, для человека- 0,5 мг/дм3. Сжигание угля и нефтепродуктов приводит к образование оксидов серы (SO2, SO3). Далее происходит:

окисление SO2 с образованием SO3, захват SO3 частицами дождя, растворение SO3в воде, образование серной кислоты. Кислотные дожди воздействуют на ткани растений, вымывают вещества из листьев, хвоинок, подкисляют почвы, водоемы.

Кора деревьев активно и пассивно аккумулирует эти вещества в количествах, достаточных для определения их химическим методом. Таким образом, изучив содержание сульфатов в коре деревьев, можно выявить степень загрязнения атмосферного воздуха SO2. Качественная реакция на сульфат-анионы: Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4(белый осадок, нерастворимый в кислотах) + 2NaCl [2].

Определение содержания серы в коре некоторых деревьев поможет судить о степени загрязнении воздуха в некоторых районах города.

1. 3 Роль зеленых насаждений.

Растения в значительной степени влияют на состав атмосферы, создавая благоприятные условия для жизни человека. В среднем гектар зеленых насаждений поглощает за 1 час приблизительно 8 литров углекислоты (столько выделяют за это время двести человек). Дерево средней величины может обеспечить дыхание трех человек [5].

Городской воздух загрязняется целым комплексом различных химических веществ. Растения способны поглощать многие вещества, эффективно очищают воздух от пыли, особенно летом. По данным специалистов, запыленность воздуха под деревьями меньше, чем на открытой площадке: в мае – на 20%, в июне – на 22%, в июле – на 34%, августе – 28%. Растительность городских паков и скверов площадью 1 га за вегетационный период очищает от пыли 10 – 20 миллионов кубических метров воздуха. Одним из лучших пылеуловителей считается вяз, который задерживает пыль в шесть раз интенсивнее, чем, например, тополь с гладкими листьями. Хвойные и лиственные породы несколько различаются по своим способностям поглощать пыль: у хвойных пород на единицу веса хвои оседает в 1,5 раза больше пыли, чем на единицу веса листьев. К тому же пылезащитные свойства у хвойных деревьев сохраняются круглый год [5].

К растениям, наиболее выносливых к загрязнению, относятся: тополь, иву белую, клен американский, белую акацию, сирень, березу бородавчатую, вяз, жимолость обыкновенную, калину, облепиху обыкновенную, лиственницу, спирею среднюю, снежноягодник белый, черемуху , некоторые виды яблонь.

Наиболее чувствительными к газам и к дыму являются ель обыкновенная, пихта, липа мелколиственная, ясень обыкновенный, клен остролистный, береза пушистая, рябина обыкновенная, каштан конский [3].

2. Экспериментальная часть.

2.1.Место и время выполнения работы

Исследования проводились в сентябре – октябре 2015 года.

Пробы коры тополя и клёна были взяты на Октябрьском проспекте, на улице Урицкого (тополь и клён), в Наташинском парке (тополь и клён) и на школьном дворе (тополь). Пробы почвы отбирались только на участках парка. Исследование деревьев на наличие лишайников проводилось в Наташинском парке, на школьном дворе.

2.2 Краткое описание методов исследования.

Оборудование, приборы и материалы для исследования коры: мерные цилиндры, колбы, весы, воронки, растворы соляной кислоты, хлорида бария, pH-метр, дистиллированная вода, фильтровальная бумага. Производили отбор проб с деревьев одного вида и приблизительно одного возраста. Кора толщиной 2-3 миллиметра, очищенная от пыли и лишайников, состругивалась на высоте 1-1,5 метра. Отобранную кору сушили и измельчали в кофемолке. Брали навеску коры массой 2 грамма, заливали 20 миллилитров дистиллированной воды, размешивали и оставляли на сутки. Далее проводился анализ вытяжки по методике, описанной в Практикуме с основами экологического проектирования ( Авторы:Александрова В.П, Болгова И.В., Нифантьева Е.А. Ресурсосбережение и экологическая безопасность человека. Москва «ВАКО», 2015г.).

2.3. Обсуждение полученных результатов.

Данные таблицы свидетельствуют о том, что pH коры деревьев разных участков отличается: кора тополя и клёна из парка более кислая, по сравнению с корой с других участков на 0,8-1,5. Возможно, это связано с кислотностью почвы, на которой произрастают эти деревья, а также с большей степенью загрязнения оксидами атмосферного воздуха.

Таблица №1.

Определение pH в вытяжке коры деревьев.

№ образца/ дерево

Место взятия пробы

Показатель pH

  1. Клён

Октябрьский проспект.

7,6

  1. Тополь

Октябрьский проспект.

7,1

  1. Клён

Наташинский парк.

6,1

  1. Тополь

Наташинский парк.

6,2

  1. Тополь

Школьный двор.

7,4

  1. Тополь

Улица Урицкого, автодорога.

7,4

  1. Тополь

Улица Урицкого, во дворе жилого дома.

6,9

В таблице №2 представлены данные по содержанию сульфатов в вытяжке коры деревьев.

Таблица №2.

Определение сульфатов в вытяжке коры деревьев.

№ образца/ дерево

Место взятия пробы

Содержание сульфатов

мг/л

мг/кг

  1. Клён (примерно50 лет)

Октябрьский проспект.

нет

нет

  1. Тополь (примерно50 лет)

Октябрьский проспект.

нет

нет

  1. Клён

(примерно50 лет)

Наташинский парк.

нет

нет

  1. Тополь

(примерно 60 лет)

Наташинский парк.

2,0

400

  1. Тополь

(25 лет)

Школьный двор.

1,0

200

  1. Тополь

(примерно45 лет)

Улица Урицкого, автодорога.

2,0

400

  1. Тополь

(45 лет)

Улица Урицкого, во дворе жилого дома.

нет

нет

Результаты химического анализа показали отсутствие сульфатов в коре деревьев на Октябрьском проспекте, несмотря на то, что проспект характеризуется очень интенсивным автомобильным движением.

Не обнаружены сульфаты и в коре клёна в Наташинском парке. Возможно, клён не обладает способностью поглощать соединения серы и других вредных веществ в такой мере как тополь.

Сульфаты были обнаружены в коре тополя в парке и на улице Урицкого вблизи автодороги – 400 мг/кг. По оценкам (толщина ствола) тополь в парке самый старый. Рядом находится Вертолетный завод, который начал свою работу в 30-х годах 20 века. На вертолетном заводе есть гальванический цех. Возможно, выбросы этого цеха загрязняли атмосферный воздух. Так же долгое время в северной части города Люберцы находились котельные, которые работали на угле. Это вредное вещество выделяется в окружающую среду главным образом при сжигании содержащих серу топлив: каменного угля, кокса, горючих сланцев, сернистой нефти. Следует отметить, что две автодороги проходят рядом с парком: одна, с южной стороны, другая с юго-восточной.

Небольшое количество сульфатов – 200 мг/кг обнаружено в коре тополя на школьном дворе, хотя возраст тополя всего 25 лет. Следовательно, воздух в микрорайоне школы загрязнен. Одна из возможных причин этого – автотранспорт и работа котельных.

Для того, чтобы понять причину подкисления коры тополя в парке по сравнению с другими пробами, мы взяли пробы почвы на территории парка. Данные представлены в таблице №3.

В сентябре 2015 года были взяты образцы почвы с 4-х участков:

1. Рядом с автодорогой

2. На окраине парка (около воинской части)

3. На расстоянии 200 м от автодороги

4. На участке парка рядом со стадионом

Образцы почвы анализировались при помощи тест-системы комплекта-лаборатории Пчелка-У[4]. Данные химического анализа почвы представлены в таблице 3 .

Все образцы почвы показали одинаковый уровень кислотности: pH 6.0-6.3, т.е. слабокислая реакция среды.

Таблица №3

Характеристика pH почвы парка. 2015 г.

показатели

pH

Участки

парка

Рядом с автодорогой

6,0

Около воинской части

6,1

200 м от автодороги

6,3

Рядом со стадионом

6,0

Следовательно, одной из причин более низкой pH вытяжки коры тополя и клена в парке была слабокислая среда почвы на территории парка.

Для того, чтобы выяснить причины накопления сульфатов в коре тополя в парке, мы провели лихеноиндикацию воздуха в парке[1.3]. На расстоянии 15м от дороги мы обнаружили Пармелию бороздчатую в угнетенном состояние на корне клена американского и клена остролистого.

Из 50 обследованных деревьев на этом участке только на трех деревьях были обнаружены учтенные, одиночные талломы ксантории настенной. Другие виды лишайника на этом участке не были обнаружены. Известно, что по чувствительности к атмосферному загрязнению пармелия относится средне чувствительным, а ксантория настенная - к высоко чувствительным видам. Качественный уровень загрязненности воздуха на участке №1 мы определили как высокий. На участке №2 (200 м дороги) пармелия бороздчатая встречалась очень редко, одиночные талломы. Других видов лишайников на этом участке не обнаружено. Качественный уровень загрязненности воздуха на этом участке охарактеризован как очень высокий. На №3 (400 м от дороги) лишайники на деревьях отсутствовали вообще. Следовательно, уровень загрязнения воздуха на этих участках очень высокий. Возможно, что такая закономерность в распространении лишайников связана с розой ветров: воздух от юго-восточной автодороги, с более интенсивным движением транспорта, переносило ветром именно на эти участки. На участки №5 (800 м от дороги, противоположная окраина парка) на деревьях (в основном на клене, причем, как правило, c поврежденной корой) угнетенные талломы Пармелии бороздчатой встречаются часто. Другие виды лишайников не обнаружены. Уровень загрязненности воздуха на этом участке характеризуется как «высокий».

Таким образом, оценка загрязнения воздуха в парке с помощью лишайников - индикаторов показала высокую степень загрязнения.

Для исследования также использовали деревья на школьном дворе. В качестве объекта были выбраны Тополь пирамидальный.

Таблица №4

Качественная оценка уровня загрязненности атмосферного воздуха

на школьном дворе по наличию лишайников.

Частота встречаемости лишайников

Качественный уровень загрязненности воздуха

Пармелия бороздчатая

Другие виды лишайников

Очень редко, одиночные талломы

Отсутствуют

Очень высокий

Из 20 исследованных деревьев только на 5-ти были обнаружены редкие талломы одного вида лишайника – Пармелии бороздчатой на высоте 1,5 м от основания ствола с северной стороны (фотографии в Приложении).

Уровень загрязненности воздуха – очень высокий.

Таким образом, воздух в микрорайоне расположения школы очень загрязнен, том числе и соединениями серы.

Выводы.

1.Кора тополя и клёна из парка более кислая, по сравнению с корой с других участков на 0,8-1,5.

2.Все образцы почвы из парка показали одинаковый уровень кислотности: pH 6.0-6.3, т.е. слабокислая реакция среды.

3. Одной из причин более низкой pH вытяжки коры тополя и клена в парке была слабокислая среда почвы на территории парка.

4.Сульфатов в коре деревьев на Октябрьском проспекте не обнаружено, несмотря на то, что проспект характеризуется очень интенсивным автомобильным движением.

5. Не обнаружены сульфаты и в коре клёна в Наташинском парке. Возможно, клён не обладает способностью поглощать соединения серы и других вредных веществ в такой мере как тополь.

6. Сульфаты были обнаружены в коре тополя в Наташинском парке и на улице Урицкого вблизи автодороги – 400 мг/кг.

7. Возможной причиной загрязнения воздуха в указанном районе были Вертолетный завод, две автодороги и котельные, работающие на угле.

8. Небольшое количество сульфатов – 200 мг/кг обнаружено в коре тополя на школьном дворе, хотя возраст тополя всего 25 лет. Следовательно, воздух в микрорайоне школы загрязнен. Одна из возможных причин этого – большое количество автотранспорта и работа котельных.

9. Оценка загрязнения воздуха в парке и на школьном дворе с помощью лишайников-индикаторов показала высокую степень загрязнения атмосферного воздуха.

10. В силу своих биологических особенностей эпифитные лишайники чрезвычайно чувствительны к токсичным газообразным продуктам и, особенно, к диоксиду серы (SO2).

11. Возможно, что тополя, поглощая соединения серы, выполняют важную роль в очистке воздуха от вредных соединений.

Практическое использование.

Результаты проведенных исследований будут доложены на школьной и муниципальной научно-практической конференции. Будет обращено внимание слушателей на особенности тополя, как биологического фильтра. Для снижения экологического риска рекомендовать тополь пирамидальный для озеленения в городе: он не сильно раскидывает пух и хорошо размножается черенками.

Список литературы.

1.Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг. Москва,2000г.

2.Александрова В.П, Болгова И.В., Нифантьева Е.А. Ресурсосбережение и экологическая безопасность человека. Практикум с основами экологического проектирования. Москва «ВАКО», 2015г.

3.Мансурова С. Е. ,Кокуева Г. Н. Школьный практикум. «Следим за окружающей средой» Москва,2001г.

4. Муравьев А.Г., Пугал А.Н., Лаврова В.Н. «Экологический практикум. Учебное пособие с комплектом карт-инструкций». Крисмас +, Санкт-Петербург, 2012.

5. Репина Н.Н Экологический мониторинг парков и скверов. Экологический мониторинг в школе: программы и рекомендации по проведению не прерывной экологической практики. Вологда, 2000.

6.Шапиро И.с. Растение- сфинкс. Лишайники и биомониторинг. 1991г

7. Информационный выпуск «О состоянии природных ресурсов и окружающей среды Московской области в 2007 голу» НИА - Природа, 2008г.

8.Оценка риска загрязнения окружающей среды для здоровья населения как инструмент муниципальной экологической политики в московской области Коллективная монография под редакцией А. С. Качан. «Ежедневные новости Подмосковья» , 2010г.

9.Экология Московской области. Информационный сборник,2010г.

.

П Р И Л О Ж Е Н И Е

Содержание сульфатов в вытяжке коры деревьев

Определение сульфатов в коре деревьев.

 

23