Задачи исследования : Изучить экологическое состояние воздушного бассейна в районе «Огуречной горы» г. Владимира. Оценить состояние воздушного бассейна относительно предельно допустимых концентраций вредных веществ

Вид материала

Содержание

Нормы расхода топлива
Обработка результатов и выводы
Расход топлива
Характеристика изменений
2ой трансплантат
3ий трансплантат
4ый трансплантат
5ый трансплантат

Подобный материал:

1 2 3

Нормы расхода топлива

Тип автотранспорта	Средние нормы расхода топлива (л на 100 км)	Удельный расход топлива Yj (л на 1 км)
Легковые автомобили	11,1	0,1
Грузовые автомобили	25,0	0,3
Автобусы	23,9	0,2
Дизельные грузовые автомобили	30,6	0,3

Обработка результатов и выводы

Рассчитаем общий путь, пройденный выявленным числом автомобилей каждого типа за 1 час (L, км), по формуле:

Lj= Nj*L, где

j – обозначение типа автотранспорта;

L – длина участка, км;

Nj – число автомобилей каждого типа за 1 час.

Рассчитаем количество топлива (Qj, л) разного вида, сжигаемого при этом двигателями автомашин, по формуле:

Qj = Lj*Yj.

Определим общее количество сожженного топлива каждого вида (Qj) и занесем результаты в таблицу:

Расход топлива

Тип автомобиля	Nj	Qj, л
бензин	Дизельное топливо
1. Легковые автомобили	4200	1260
2. газели	600	540
3. Автобусы	300	180
4. Дизельные грузовые автомобили	300		270
ВсегоQj		1980	270

Тип автомобиля	Nj	Qj, л
бензин	Дизельное топливо
1. Легковые автомобили	6360	1908
2. газели	420	378
3. Автобусы	300	180
4. Дизельные грузовые автомобили	120		108
ВсегоQj		2466	108

Рассчитаем объем выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях (из 1л топлива образуется 16000л выхлопных газов). Сажа и бензпирен рассчитываются по массе.

Вид топлива		Q, л	Количество вредных веществ, л
Qj, л	СО	С_xH_y	N_xO_y	Альдегиды	S_xO_y
Бензин	2466	39456000	39456-3945600	78912-1183680	0-315648	0-78912	0-789,12
Дизельное топливо	108	1728000	172,8-8640	1555,2-8640	3,456-8640	17,28-155,52	0-518,4
Всего		41184000	39628,8-3954240	80467,2-1192320	3,456-324288	17,28-79067,52	0-1307,52

Рассчитаем массу выделившихся вредных веществ (m, г) по формуле:

где М – молекулярная масса.

Результаты запишем в таблицу:

Вид вредного вещества	Кол-во,л/км (объем)	Масса, г/м	Значение ПДК, мг/м³
Угарный газ	3954240	49,320	10
Оксиды азота	324288	535,474	1,2
Сажа	-	0,0063	1100
Бензпирен	-	7x10^-³	10x10^-³
Оксиды серы	1307,52	3735,77	2,5

К сожалению, мы не можем сопоставить кол-во выбросов вредных в-в производимых автомобилями с кол-вом выбросов вредных в-в промышленных предприятий.

Принимая во внимание близость к автомагистрали жилых и общественных зданий, сделаем вывод об экологической обстановке в районе исследованного участка автомагистрали:

Воздушный бассейн, окружающий магистраль «Пекинку», сильно загрязнен. Показатели концентрации вредных в-в находятся в пределах ПДК, но близки к ним.Влияния вредных веществ отработавших газов на жизнедеятельность человека практически нет. Уже на расстоянии 50м воздух гораздо чище. Причиной тому – юго-западные ветры, преобладающие в нашей области, который уносят огромное количество выхлопов в придорожный лес и поле.

Отметим возможные пути снижения вредного воздействия этих выбросов:

Отказ от этилированного бензина для исключения выбросов соединений свинца и уменьшения непредельных углеводородов. Переход на газ или неэтилированный бензин (токсичность при этом снижается в 18-22 раза), повышение полноты сгорания за счет автоматического управления процессом, специальных систем и регулировок. Это сказывается и на расходе бензина. Уже сегодня в Японии достигнут уровень 2,5 л на 100 км.
Замена карбюраторных двигателей, где это возможно, дизельными, дающими менее вредные выбросы.
Решение вопросов по созданию электротранспорта, в т.ч. по величине пробега с одной зарядки и снижению выбросов от аккумуляторных батарей. Перевод общественного транспорта на электрическую тягу там, где нет дефицита энергии (метро, троллейбусы и др.)

Лихеноиндикация

Растительность и загрязнение окружающей среды. Морфофизиологические изменения растений.

Живые существа – наиболее верный индикатор состояния той или иной среды. Поскольку от ее состояния зависит возможность существования живых существ, они чутки к любым ее изменениям. Наиболее стабильным и удобным таковым индикатором являются растения. Стабильным – потому что растения не обладают сформировавшейся в ходе эволюции системой адаптации к вредным газам (газы и взвеси достаточно легко проникают в ткани, органы растений через устьица, приобретая возможность влиять на обмен веществ клеток, вступая в химические взаимодействия на уровне клеточных мембран и клеточных стенок), их реакции на одни и те же реактивы в абсолютном большинстве случаев идентичны. Удобным – потому что растения малоподвижны, не требуют большого ухода, морфофизиологические изменения (если таковым будет причина появления) проявляются очень скоро. Примером чувствительности растений к газовому составу воздуха может послужить их морфофизиологические изменения на склонах вулкана. Так, извержение вулкана Суфриер на Гваделупе было предсказано ботаниками за шесть месяцев до начала выброса лавы. Они всего лишь наблюдали за тем, как выгорают растения, реагирующие на выделяющиеся трудно обнаруживаемые ядовитые газы(такие как двуокись серы) и как одни виды растений заменяют другие. С помощью аэросъемки эти изменения растительного покрова были зафиксированы и проанализированы, что и помогло предсказать извержение и предотвратить его трагические последствия.

С помощью воздуха растения дышат – первая причина необходимости воздуха растениям. Но, как было сказано выше, они не обладают системой адаптации к вредным газам, поэтому таковая их проницаемость бывает для них губительна. Это основная причина гибели растений в атмосфере загрязненного воздуха. Второй случай, какзагрязненный воздух может повлиять на жизнедеятельность растений – путем ограничения количества солнечного света. Это явление образуется в результате слишком большой загазованности, задымленности и запыленности воздуха, яркий тому пример – смог. Он препятствует процессу фотосинтеза – наиважнейшему процессу жизнедеятельности растения, поскольку количество квантов света, попадающих на растение, значительно сокращается. Третье, что нарушает нормальную жизнедеятельность растения – пыль, которая, осаждаясь на побеге, закупоривает устьица, что приводит не только к ухудшению процесса фотосинтеза, но и к общему ухудшению газообмена и водного режима (баланса)растения. И если раньше растения справлялись с определенной массой загрязняющих веществ (в процессе фотосинтеза, накапливания углерода и других вредных элементов), то сейчас разница между загрязнением и очисткой несопоставимо выше. Но так как растения выполняют важнейшие средообразующие и средозащитные функции, связанные с выделением кислорода и фитонцидов, ионизацией воздуха, осаждением пыли, формированием своеобразного микроклимата и т.д., тос целью уменьшения вредного воздействия загрязняющих веществ в городах создают зеленые насаждения.

В своей работе с целью изучения состояния воздушной среды в качестве надежного индикатора я использую лишайники вида Hypogymnia.

Строение лишайников, их преимущества в индикации перед другими растениями.

Лишайники (лат.Lichenes) — симбиотические ассоциации грибов (микобионт) и микроскопических зелёных водорослей и цианобактерий (фотобионт); микобионт образует слоевище (таллом), внутри которого располагаются клетки фотобионта.

Биологические реакции на антропогенное воздействие отчетливо прослеживаются при исследовании лишайников. Практическое значение этой группы организмов определяется высокой чувствительностью к изменению химического состава атмосферного воздуха. Они отвечают основным требованиям, предъявляемым к индикаторным видам. Прежде всего, лишайники распространены по всей поверхности суши, хотя и неравномерно. Они играют доминирующую роль во многих экосистемах полярных и жарких пустынь, высокогорий. Напочвенные и эпифитные лишайники являются важным компонентом лесных сообществ. Они часто образуют большую биомассу и играют существенную роль в круговороте веществ в биогеоценозах.

Отсутствие кутикулярного слоя обеспечивает свободное поглощение воды и химических соединений в организм лишайника практически всей поверхностью. Среди лишайников имеются чувствительные виды, исчезающие уже при небольшом загрязнении. В то же время есть виды со средней и относительно высокой устойчивостью к загрязнению. Устойчивые к антропогенным воздействиям лишайники накапливают в своих слоевищах различные химические элементы, что указывает на загрязнение среды этими элементами. По сравнению с высшими растениями лишайники концентрируют в 5 раз больше Fe, в 2-3 раза больше Pb, Cd, Hg и других химических соединений. Кроме того, лишайники являются достаточно хорошо изученным таксоном низших растений, хотя многие из них трудны для определения в полевых условиях. Лишайники издавна используются в мониторинговых исследованиях экологического состояния городов и антропогенно - нарушенных территорий. Определены основные факторы, определяющие зависимость развития лишайникового покрова от условий местообитания. К ним относятся: расположение на стволе, угол наклона, высота над землей и экспозиция; возраст дерева (так как по мере его роста происходит увеличение поверхности ствола и времени для заселения его лишайниками) и условия увлажнения.

На биохимическом и физиологическом уровне происходит торможение фотосинтеза, подавление интенсивности дыхания, уменьшение жизнеспособности диаспор лишайника и др. У лишайников практически отсутствуют механизмы регуляции процессов обмена с окружающей средой, так что они беспрепятственно поглощают различные химические вещества из атмосферного воздуха. Специфичным при этом является накопление поллютантов в организме, указывающее на качественный состав загрязнений и интенсивность антропогенной нагрузки. Их содержание в талломе зависит от времени воздействия, от концентрации поллютантов в атмосферном воздухе, от удаленности от источника эмиссии, от степени увлажненности таллома и т. д. Морфологические изменения выражаются в модификации характера поверхности таллома и типичной окраски. При этом значительно уменьшаются размеры слоевищ, отмечаются пролификация апотециев и некроз талломов.

Мониторинг воздушной среды с целью лихеноиндикации бывает двух видов: активный (с помощью трансплантатов) и пассивный (наблюдение за состоянием представителей естественно произрастающих в данной местности лишайников, учитывая их количество и видовое разнообразие).

Трансплантацией называют перенос организма с его местообитания в место, где он необходим для какой-либо цели, например, для мониторинга загрязнения окружающей среды

Основными достоинствами использования трансплантатов для мониторинга качества воздуха считают:

– возможность размещения слоевищ лишайников во всех местах, где желателен мониторинг качества воздуха, в том числе и там, где лишайники по тем или иным причинам отсутствуют;
– возможность использования в каждой местности достаточного количества образцов массовых видов лишайников, чтобы обеспечить требуемую точность исследования и полноту охвата территории;
– возможность размещения в тестируемых точках сравнительно однородного материала, собранного в местах с известными условиями существования, что облегчаетинтерпретацию результатов;
– возможность выбора конкретных представителей тех или иных видов лишайников из определенных местообитаний;
– возможность определения темпов роста загрязнений, вызывающих повреждения лишайников.

Недостатками пересадки являются, с одной стороны, частые случаи уничтожения трансплантатов местным населением, с другой – перемещение организмов из привычной для них среды обитания в новые условия, приводящее к тому, что реакция трансплантатов на загрязнения может не всегда совпадать с реакцией постоянно растущих здесь особей того же вида.

Для изучения экологии и физиологии лишайников трансплантаты начали применять в 1950–1960-е гг. Первые методически корректные лихеноиндикационные исследования с использованием трансплантатов были проведены в США и Германии.

Отбор слоевищ лишайников для пересадки и подготовка их к экспонированию

Для трансплантации чаще всего используют эпифитные (т.е. растущие на деревьях) лишайники. Их слоевища вместе с субстратом специальными бурами в виде дисков отделяют от деревьев. Затем эти диски тем или иным способом размещают на обследуемой территории. Но в моей работе процесс переноса слоевищ несколько упрощен. Так, слоевища используемых мной лишайников взяты вместе с субстратом, но в виде колышков длиной около 40 см и толщиной около 5 см, затем колышки скотчем были прикреплены к дереву(-ям).

Для трансплантации выбирают виды, талломы которых легко собрать и за которыми просто наблюдать. В Европе обычно используют слоевища Hypogymniaphysodes, Everniaprunastri, Parmeliasulcata. Вид лишайников, взятый мной -один изнаиболее распространенных во Владимирской области – Hypogymniaphysodes. Образцы были взяты из экологически чистого места, возле леса вдали дорог.

Эксперимент проводился вблизи загруженной автомагистрали («Пекинка» - автомагистраль Москва - Казань) и на придворных участках.

Было использовано 5 экземпляров.

Первый был прикреплен вблизи загруженной автомагистрали (на расстоянии 2м от дороги и на высоте 3м от земли).(+указать кол-во выбросов).
Второй – на расстоянии 50м от дороги на той же высоте.
Третий – внизу в овраге (примерно 10м вниз), расположенном в непосредственной близи от дороги.
Четвертый – во дворе дома (3м от земли).
Пятый - около внутри дворовой дороги(3м от земли).

Наблюдения проводились с конца мая по август ежемесячно.

В качестве основных критериев действия загрязнителя используем:

Долю поврежденной части экспонированного слоевища от его общей поверхности за период наблюдения. Размеры слоевища до и после экспонирования.
Цвет слоевища. Отмершие части лишайника лишены зеленых и сине-зеленых пигментов; соответственно, они отличаются характерной белой и серой окраской. Лишайники также реагируют на ph среды. Из них же делают лакмусовые индикаторы. Следовательно, в кислой среде таллом лишайника краснеет, в щелочной – синеет.

Характеристика изменений:

Состояние (общее): выжил, приспособился – экземпляр жив; погиб

Размеры(%, изменения определяются по снимку с помощью программы): площадь поверхности основы (сук/дерево), покрытой лишайником (увеличение, уменьшение)

Повреждения (механические; изменения определяются тактильно, визуально):

отсутствуют (повреждений нет);
слабые (заметны какие-либо слабые следы механического воздействия, повреждено менее 20%);
умеренные (повреждено менее 50% но более 20% слоевища);
сильные (повреждено более 50%)

Окраска(визуально):

не изменилась (цвет тот же, что и до эксперимента, интенсивно реагирует на воду позеленением);
покраснения (сильные, слабые);
посинения (сильные, слабые),
посветление.

Полученные результаты:

№	Общее состояние	Размеры	Повреждения	Окраска
1	Выжил, приспособился	Увеличились в 1,5раза	отсутствуют	До эксперимента экземпляр имел небольшие местные покраснения (0,01 площади всей поверхности лишайника), после эксперимента покраснения исчезли
2	Выжил, приспособился	Незначительное увеличение	отсутствуют	Не изменилась
3	Погиб	Значительно сократились (отмерло около 40% слоевища)	Сильные (участки слоевища совершенно сухие, легко отшелушиваются), некроз	Сильные покраснения
4	Выжил, приспособился	Увеличились незначительно (в 1,1 раз)	отсутствуют	Слабые покраснения
5	Выжил, приспособился	Не изменились	отсутствуют	Умеренные покраснения

Оценка результатов, причины изменений:

1ый трансплантат:

а) выжил благодаря интенсивному движению ветров (хорошее выветривание и перенесение вредных веществ на другие расстояния), благодаря тому, что был прикреплен к достаточно мощному дереву (тополь), на которое выбросов приходилось больше, чем на лишайник;

б) не имеет покраснений благодаря тому, что находился на высоте 3м от дороги, вне скопления кислотных оксидов.

в) вырос благодаря тому, что приспособился к среде и не претерпел сильных воздействий

2ой трансплантат:

а) выжил благодаря большему расстоянию от дороги, интенсивному движению воздушных масс, наличию деревьев вокруг

б) не претерпел значительных изменений благодаря благоприятной обстановке

3ий трансплантат:

а) погиб из-за скопления тяжелых газов, их осаждения в овраге, отсутствия нормального движения воздушных масс (на местности произрастает множество деревьев и кустарников, затрудняющих движение ветров)

б) уменьшился в размерах из-за нарушения обмена веществ и питания в результате отравления вредными веществами

в) имеет повреждения из-за отмирания слоевища и природных механических воздействий на поврежденные участки

г) покраснел из-за скопления кислотных оксидов (их молекулярная масса больше М воздуха) в овраге, которые, вступая в соединения с водой (каплями воды, ее парами), образуют слабокислые растворы.

4ый трансплантат:

а) выжил благодаря значительно удаленному месторасположению от загруженной магистрали (гораздо меньше доля вредных в-в, доносящихся до трансплантата)

б) благодаря защищенности деревьями

в)благодаря отсутствию вредных химических и механических воздействий

5ый трансплантат:

а) выжил благодаря отсутствию сильных химических и механических воздействий, среднему движению воздушных масс

б) покраснел из-за наличия в среде кислотных оксидов, которые образуются в достаточном количестве благодаряхарактеру движения автомобилей (торможение, парковка, стоянка, прогрев двигателя).

Сравнивая экземпляры между собой получаем:

1ый экземпляр пострадал больше, чем 2ой – влияние расстояния от дороги (чем больше расстояние, тем меньше степень отравления вредными в-ми)

3ий экземпляр – единственный погибший – влияние уровня над дорогой (чем ниже, тем больше степень отравления вредными в-ми)

4ый экземпляр – его состояние лучше всех остальных – влияние расстояния от дороги, расположение в защищенном/незащищенном от вредных воздействий месте

5ый экземпляр – его состояние на втором месте после 3его – влияние характера движения автомобилей, проветриваемость \непроветриваемость местности

Измерения провели по фотоснимкам слоевищ, сделанным до и после периода экспонирования.

Итак, по итогам эксперимента, мы выяснили, что наибольшую опасность отравления вредными в-ми представляет пребывание вблизи и на малой высоте от дороги.

Blog

Содержание