Материалы научно-практической конференции
|
| Департамент образования Вологодской области БОУ СПО ВО «Череповецкий строительный техникум имени А.А.Лепехина» Материалы научно-практической конференции«АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ, ИССЛЕДУЕМЫЕ ОБУЧАЮЩИМИСЯ И СТУДЕНТАМИ ТЕХНИКУМА»  Череповец 2012г. Канунникова Елизавета студентка 121 группы, специальность «Документационное обеспечение управления и архивоведение». Научный руководитель: Галкина Ольга Васильевна, преподаватель химии и биологии. «Оценка загрязнения окружающей среды в г.Череповце по асимметрии листьев берёзы» Введение. Череповец – город промышленный. Здесь функционируют крупнейшие предприятия Вологодской области: ОАО «Северсталь», ОАО «Аммофос», «Череповецкий азот», множество более мелких, такие, как МП «Теплоэнергия», завод по производству силикатного кирпича, имеются предприятия машиностроения, деревообрабатывающей, легкой, пищевой промышленности, кроме того, в городе много транспорта, активно ведется строительство. В результате очень сильно загрязняется воздух, почва, а это неблагоприятно отражается на состоянии живых организмов, в том числе на здоровье людей. Поэтому, безусловно, актуально выяснить, насколько сильно загрязняется окружающая среда в городе. Основными естественными продуцентами органических веществ в городе являются растения, а их роль в экосистеме трудно переоценить. Растение - чувствительный объект, позволяющий оценить весь комплекс воздействий. Растения ассимилируют вещества и подвержены прямому воздействию одновременно из двух сред: почвы и воздуха. Во всех районах города произрастает известное всем дерево – береза. При неблагоприятных условиях происходят нарушения в развитии листовой пластины, в результате чего на березах нередко появляются искривленные листья. Цель работы: оценить комплексное воздействие загрязнения на окружающую среду в городе Череповце по асимметрии листьев березы. Задачи:
Работа начата в 2008г. на территории г. Череповца (в сравнении с парком д. Владимировка Череповецкого района) и продолжается в настоящее время. Гипотеза исследования. Можно предположить, что окружающая среда в Череповце загрязнена сильнее в Индустриальном районе, так как именно там располагается промышленная зона. Зашекснинский район считается в городе более «чистым», поэтому там состояние растений должно быть лучше.
Череповец - один из самых крупнейших промышленных центров Российского Нечерноземья, с населением около 320 000 человек. Ежегодно в атмосферу города поступает десятки тысяч тонн пыли, окислов азота углеводородов, сажи, концентрата, диоксида серы, диоксида азота, аммиака, бензола (рис. 1). Вместе с тем, территория Северо-западного региона расположена в более благоприятных условиях для рассеивания примесей по сравнению с другими районами Российской Федерации. Она относится в основном к зоне низкого метеорологического потенциала загрязнения атмосферы (ПЗА) и лишь частично к зоне умеренного ПЗА. Здесь повторяемость слабых ветров со скоростью менее 1 м/с не превышает 20%, повторяемость приземных инверсий составляет 20 – 30 %. Застойные условия создаются всего в течение 5 – 10 % времени. Очищению атмосферы благоприятствуют атмосферные осадки, которые вымывают примеси из атмосферы. Таким образом, здесь в основном наблюдаются благоприятные условия для рассеивания антропогенных выбросов, особенно от низких источников, что определяет в значительной степени состояние проблемы загрязнения. В регионе основными источниками выбросов являются предприятия черной и цветной металлургии, лесной, химической, деревообрабатывающей, бумажной и угледобывающей промышленности («Состояние…, 1995).   Рис. 1. Индустриальный район г. Череповца Уровень загрязнения воздуха в городе – высокий (рис. 2) и обусловлен содержанием бензапирена и формальдегида. Ежемесячные величины индекса загрязнения атмосферы - ИЗА по приоритетным загрязняющим веществам (формальдегид, бенз(а)пирен) изменялись в пределах от 4,05 (июнь) до 16,6 (январь). Череповец не входит в перечень городов с очень высоким уровнем загрязнения воздуха. В течение 2007 года 138 раз объявлялись НМУ, о чем ФСМ "Гидрометбюро Череповец" направлялись предупреждения на предприятия города для проведения мероприятий по сокращению выбросов. Загрязнение атмосферы в зимний период года сильнее, нежели в другое время (рис. 2). Вероятно, это связано с тем, что воздух зимой практически не очищается растениями.
Основными источниками загрязнения воздуха являются предприятия металлургического производства (ОАО "Северсталь", ЗАО "Северсталь-метиз") и производства готовых металлических изделий (ООО "ССМ – Тяжмаш»), химического производства (ОАО «Череповецкий Азот», ОАО «Аммофос»), по обработке древесины и производству изделий из дерева (ЗАО «Череповецкий фанерно-мебельный комбинат», ЗАО «Череповецмебель»), по производству и распределению электроэнергии, газа и воды (МУП «Теплоэнергия»). Вклад стационарных источников в валовой выброс по городу составляет 90,2 %, автотранспорта – 9,8 % . По Вологодской области так же преобладают выбросы стационарных источников (таб. 1). Таблица 1 Валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух по области
В городе четыре района: Индустриальный, Зареченский, Защекснинский, Северный. Самый молодой из них – Зашекснинский район, там на улицах гораздо меньше зеленых насаждений, нет ни одного парка для отдыха горожан, сохранилась только рекреационная зона – Зеленая роща. Самый богатый древесно-кустарниковый покров в Индустриальном районе города, здесь несколько парков для отдыха череповчан, на улицах и во дворах рядовые, групповые и одиночные посадки деревьев и кустарников. Довольно часто среди них встречается береза повислая. 2. Характеристика объекта исследования (береза повислая). Берёза повислая распространена в европейской части (кроме крайних северных и южных районов), в Крыму, на Кавказе, в Западной и Восточной Сибири. Крупное дерево до 25-35м высотой и 0,6-0,9м в диаметре. Крона широкая, яйцевидно-коническая, часто со свисающими концами ветвей. У молодых деревьев кора ствола тонкая, гладкая с бронзово-медным оттенком, у старых (эта берёза живёт до 120-150 лет) -нижняя часть ствола покрыта толстой коркой с глубокими черноватыми трещинами, а верхняя - белой, гладкой, листовидной берестой. На её фоне хорошо выделяются продольно-ромбические чёрные трещины. Почки мелкие, тёмные, яйцевидно заострённые, слегка клейкие. Листья 4-7 см длинной, на удлинённых побегах и поросли треугольные, на укороченных - часто ромбические с оттянутой вершиной, по краю неравно дваждывпильчатые, голые, с верхней стороны с лёгким блеском, осенью жёлтые, черешок 2-3 см длиной. Серёжки узкоцилиндрические; мужские - свисающие, располагаются по 2-4 на концах удлинённых побегов прошлого года; женские - очень тонкие, стоят вертикально на концах укороченных побегов. Цветёт берёза одновременно с облиствением, созревание плодов происходит в середине лета. Берёза является одной из наиболее быстрорастущих древесных пород лесов России. Плодоносить она начинает с 10-15 лет при одиночном состоянии на опушках из 20-30 лет – в насаждениях. Хорошо возобновляется от пня, сохраняя эту способность до 60 лет и более. На свежем пне из спящих и придаточных почек обычно образуется несколько сильно растущих побегов, поэтому в порослевых березняках наблюдается гнездовое расположение стволов. Берёза повислая средне требовательна к плодородию почвы. В лесах она является ценной почвоулучшающей породой. Это активный пионер леса, часто заселяющий вырубки хвойных и широколиственных пород. У берёзы хорошо выражено сокодвижение, начало которого является одним из индикаторов наступления фенологической весны (Булыгин, 1991). 3. Материал для работы и методы исследования. Материалом для работы послужили листья березы, собранные в разных районах г. Череповца (рис. 3, таб. 2). Таблица 2 Материал для работы
Для фонового мониторинга надо использовать несколько площадок в разных биотопах, различных по естественным условиям. Для экологической оценки выбираются площадки из максимально сходных по естественным условиям биотопов. Сбор данных производится 1 раз в год. Выборка составляет 10 – 20 особей с площадки. Величина асимметрии у особи определяется по различию числа структур слева и справа (для меристических признаков). Для пластического признака: различие в промерах слева и справа, отнесенное к сумме промеров на двух сторонах. Обработку можно производить сразу, для длительного хранения материал гербаризируется (Радченко, Шабунов, 2006).   Рис. 3. Картосхема г.Череповца: места сбора листьев березы Объекты мониторинга. Важна оценка состояния природных популяций растений. Растение чувствительный объект, позволяющий оценить весь комплекс воздействий. Растения ассимилируют вещества и подвержены прямому воздействию одновременно их двух сред: почвы и воздуха. Растения ведут прикрепленный образ жизни, поэтому состояние их организма отражает состояние конкретного локального местообитания. Удобство, доступность и простота сбора для исследователя. Для выявления микробиотических различий используются травянистые растения. Для характеристики больших территорий – древесные. Необходимо избегать выбора растений с заведомо асимметричными листьями. Сбор материала производится после остановки роста листа. Выборка составляет 100 листьев (по 10 листьев с 10 растений). Листья с одного растения складываются в пакет с этикеткой, на которой проставляется № выборки, место сбора, дата (Захаров, 2000).. Выбор растений: условия произрастания должны быть примерно одинаковы, учитывается возрастное состояние. - четко выражена видовая принадлежность (не гибрид), - условия произрастания: свет, влажность и т. д. одинаковые (экологические условия). Открытые участки. - генеративное возрастное состояние, - положение в кроне (из одной части), - один и тот же тип побега (например, укороченный), - размер листа средний, - поврежденность листьев. Можно использовать, если не затронуты измеряемые участки. В качестве наиболее простой системы признаков, удобной для получения большого объема данных для различных популяций, предлагается система промеров листа у растений с билатерально симметричными листьями. Например, у березы. Лист помещают перед собой стороной, обращенной к верхушке побега. Снимают показания по пяти промерам слева и справа (рис. 4).
 Рис. 4. Промеры листа березы Система пластических признаков используется при оценке стабильности развития у растений (таб. 3). Таблица 3 Пластические признаки
1. Для каждого промеренного листа вычисляются относительные величины асимметрии для каждого признака. Разность между промерами слева (L) и справа (R) делится на сумму этих же промеров Пример: L – R / L + R = 18 – 20 / 18 + 20 = 2/38 = 0,052 2. Вычисляют показатель асимметрии для каждого листа. Для этого суммируют значения относительных величин асимметрии по каждому признаку и делят на число признаков Пример: 0,052 + 0,015 + 0 + 0 + 0,042 / 5 = 0,022 3. Вычисляют интегральный показатель стабильности развития - величина среднего относительного различия между сторонами на признак. Пример: 0,022 + 0,015 + 0,057 + …/ 10 = …..(0,042) Обработка данных по оценке стабильности развития производится с использованием пластических признаков (таб. 4). Таблица 4 Вспомогательная таблица для расчета интегрального показателя флуктуирующей асимметрии в выборке
Величина асимметрии в выборке: х = 0,042 (Захаров, 2000). По величине показателя стабильности развития можно судить о загрязнении окружающей среды (таб. 5). Использование балльной шкалы возможно как для фонового мониторинга, так и для оценки последствий разных видов антропогенного воздействия. Показатель стабильности дает информацию о результатах всех воздействий на живой организм (Захаров, 2000). Таблица 5 Индексы загрязнения окружающей среды
При проведении исследований учитывалось жизненное состояние деревьев, с которых собирались листья. Оценка жизненного состояния деревьев проводилась по 6 категориям (Шапятене и др., 1987). Первая категория - по внешним признакам здоровые деревья. У них густая, нормально развитая крона; потеря хвои и листьев незначительна (до 10%). Вторая категория - ослабленные или слабо поврежденные деревья. Крона деревьев несколько разреженная, потери хвои и листьев составляют 11 - 25%. Третья категория - сильно ослабленные или средне поврежденные деревья. Кроны их заметно разрежены, потеря хвои или листьев составляет 26 - 60%. В большинстве случаев длина кроны уменьшена на 11 - 40%. При воздействии сернистых и азотных промышленных выбросов появляется кривизна побегов последних лет. Четвертая категория - усыхающие или сильно поврежденные деревья, окончательно потерявшие жизнеспособность. Явно просвечивающие кроны, потеря хвои и листьев более 60%. Листья малых размеров, быстрее желтеют. Длина кроны уменьшается более чем на 40%. Успешно заселяются стволовыми вредителями, часто повреждены раковыми заболеваниями. При воздействии повышенных концентраций сернистых и азотных промышленных выбросов ярко проявляется кривизна побегов последних лет. Пятая категория - погибшие деревья, сухостой текущего года. Шестая категория - старый сухостой (Шапятене и др., 1987). Листья собирались с деревьев, жизненное состояние которых соответствовало 1 и 2 категории. 4. Результаты исследования и их обсуждение. В Череповце взяты листья березы повислой (рис. 5) с 13 площадок (рис. 3) в разных районах города, в 2008 – 2011 годах. С каждой площадки взяты листья с 10 особей примерно одного возраста. Листья собирались на высоте 1,5 метра от земли, равномерно со всех сторон света (рис. 6). Сбор материала производился в начале сентября ежегодно, после остановки роста листа. Выборка составляет 100 листьев (по 10 листьев с 10 растений). Все листья нумеруются и складываются в пакеты. На каждом листе делается по пять промеров с каждой стороны от центральной жилки дважды, затем находится среднее значение (рис. 7). Эта методика предложена Захаровым (2000). Всего обработано 2400 листьев березы с территории города и 100 листьев для сравнения с усадьбы д. Владимировка Череповецкого района (прил. 1). Во избежание ошибок, Козловым (2005) рекомендовано производить все замеры более точно. Причина ошибки — недостаточная точность замеров (округление до 1 мм). Двукратная повторность замеров с точностью до 0,5 мм позволяет избежать ошибки при использовании методов анализа данных и надежно страхует исследователя (Козлов, 2005). Таким образом, сделано 24000 промеров (дважды) на листьях берёзы. Промеры проводились в лабораторных условиях. Все результаты занесены в таблицы (рис. 8).  Рис. 5. Береза повислая  Рис. 6. Сбор листьев с березы  Рис. 7. Промеры листьев березы  Рис. 8. Занесение промеров в таблицы О загрязнении окружающей среды можно судить по величине показателя стабильности развития. На обследуемых территориях в городе Череповце он колеблется от 0,04 (парк) до 0,095 - Северный район (прил. 2). Сделан анализ полученных данных (таб. 6). Сравним результаты, полученные в Индустриальном районе. Выборки были взяты в парках Ленинского комсомола и КИО, на территории кинотеатра «Киномир», на бульваре Доменщиков, на площадке вокруг ДДЮТ, возле автодороги на ул. Сталеваров. у промышленной зоны ОАО «Северсталь» - ул. Бардина. В 2010 году в парке Ленинского комсомола было стабильное состояние (коэффициент стабильности 0,04), а в 2011 году отмечено повышенное загрязнение (0,057). Возможно, ухудшение показателей произошло в связи с ростом промышленного производства и численности автотранспорта в городе. В парке КИО в 2010 году показатель стабильности равен 0,052, что говорит о загрязнении окружающей среды. На площадке ДДЮТ показатели в разные годы (2008-2011) колеблются от 0,045 до 0,059, что говорит о загрязнении территории. Причем, на территории ДДЮТ для некоторых особей величина показателя стабильности 0,04, а для других – критическая. Листья собирались с берез, растущих вокруг всего здания. По всей вероятности, со стороны центрального входа загрязнение больше, так как там часто стоит работающий автотранспорт. Видимо, выхлопные газы, выбрасываемые в атмосферу, сильно сказываются на состоянии растений. На бульваре Доменщиков состояние берёзы повислой значительно хуже - коэффициент стабильности 0,072. На территории кинотеатра «Киномир» величина асимметрии 0,060 в 2010г. и 0,067 в 2011г. На том и другом участке довольно оживленное движение автотранспорта. В 2011 году проводились исследования на ул. Сталеваров, площадка находилась между двух дорог с односторонним движением. Коэффициент стабильности равен 0,062, т. е. окружающая среда является критически загрязненной. Другая площадка так же находится на ул. Сталеваров вокруг здания ДДЮТ, центральных дорог рядом нет (коэффициент стабильности в 2010г. - 0,045). Таким образом, загрязнение на ул. Сталеваров у автотрассы намного больше, т.к. деревья находятся между двух дорог, где потоком движется автотранспорт. В 2010 году собраны листья с березы повислой на ул. Бардина (возле промышленной зоны ООО «Северсталь»), коэффициент стабильности составляет 0,087. Так как площадка находится вблизи металлургического завода, то загрязнение по Индустриальному району здесь самое высокое. Таким образом, в Индустриальном районе города относительно чистым можно считать парк Ленинского комсомола. Северный район - улица Пионерская – 2008, 2009, 2010 года. В 2008 году было критическое загрязнение, крайне неблагоприятные условия. Растения находились в угнетённом состоянии (коэффициент стабильности 0,060). В 2009 году на данном участке положение еще ухудшилось, отмечены самые неблагоприятные условия за все время исследований – величина асимметрии листьев 0,095. В 2010 году положение несколько улучшилось – показатель стабильности 0,060. В 2011 г. на ул. Моченкова в Северном районе коэффициент стабильности 0,083. Площадки находятся неподалеку друг от друга, а полученный результат в очередной раз подтверждает критическое загрязнение окружающей среды Северного района города. Возможно, причина сильных загрязнений в Северном районе – результат работы расположенных там фанеро-мебельного комбината и спичечной фабрики «Феско». Кроме того, район расположен крайне неблагоприятно относительно розы ветров по отношению к ОАО «Северсталь». В городе преобладают южные и юго-западные ветра, а Северный район находится на северо-востоке от ОАО «Северсталь» (рис. 2). Так же по улицам района потоком движется автотранспорт. В Зашекснинском районе были проведены исследования на 3 площадках. В 2008 году производились промеры с листов берёзы на Шекснинском и Ленинградском проспектах. Величина асимметрии 0,066 и 0,061 соответственно. Обнаружено критическое загрязнение. А в 2010 г. и 2011 г. исследования проводились на улице Годовикова - коэффициент стабильности 0,053. Положение несколько лучше, так как площадка находится во дворах, отдалённых от автотранспортных магистралей. А в 2011 году положение на этой площадке ухудшилось, коэффициент равен 0,070. Гипотеза о том, что береза в этом районе находится в хорошем состоянии, себя не оправдала. Зашекснинский район новый и считается в городе наиболее чистым. Здесь нет промышленных предприятий, но зато активно ведется строительство и очень мало зеленых насаждений. Причиной угнетенного состояния растений могут служить так же и выхлопы автотранспорта, и загрязнения со стороны промышленной зоны города. В 2010 году проводились исследования на ул. Красной в Зареченском районе города. Несмотря на то, что район находится на достаточном удалении от крупных предприятий, коэффициент стабильности показывает, что состояние окружающие среды является загрязненным. Таким образом, практически все обследуемые участки в городе, кроме парка Ленинского комсомола (норма) и площадок на ул. Годовикова (2010-11гг), в парке КИО и ДДЮТ в 2010- 11 гг. (обычное загрязнение), находятся в зоне критического загрязнения, растения находятся в угнетенном состоянии (таб. 6). Таблица 6 Показатели стабильности развития у березы повислой в разных районах г. Череповца и Череповецкого района
Для более наглядного представления в результате работы построена диаграмма (рис. 9). Нижняя горизонтальная линия проведена на уровне, где показатель стабильности равен норме, а верхняя показывает область критического загрязнения. Таким образом, коэффициенты стабильности на большинстве площадок достигают зоны критического загрязнения или превышают ее.  Рис. 9. Показатели стабильности развития у березы повислой в разных районах г. Череповца и Череповецкого района Проводились исследования по отдельным признакам (Козлов, 2005) (ширина половинки листа, длина второй жилки, расстояние между основаниями 1 и 2 жилок, расстояние между концами 1 и 2 жилок, угол между главной и второй жилкой) в сравнении со средним полученным значением асимметрии (прил. 3). Почти все показатели в норме по 1 признаку (ширина половинки листа), только на Бульваре Доменьщиков в 2009г. и на ул. Пионерской в 2009г. критическое состояние. По 2 признаку (длина второй жилки) тоже почти все участки в норме, кроме Северного района в 2009г., там коэффициент немного превышает норму. По 3 и 4 признаку (расстояния между основаниями и концами 1 и 2 жилок) все коэффициенты превышают норму, т.е. критическое состояние. По 5 признаку (угол между главной и второй жилкой) большинство коэффициентов в норме, за исключением района ФМК в 2009г. (0,060), бульвара Доменщиков – 2009г. (0,046), Зашекснинского района (0,054. и 0,048,) в 2008г. Коэффициент немного превышает норму. Таким образом, наибольшая асимметрия отмечается по двум признакам: расстояния между основаниями и концами 1 и 2 жилок. Для сравнения полученных результатов, в качестве контроля, были собраны листья березы в парке д. Владимировка Череповецкого района (рис. 10). Коэффициент стабильности развития равен 0,038, то есть находится в норме. Растения в парке, на расстоянии около 20 км от Череповца чувствуют себя хорошо.   Рис. 10. д. Владимировка Череповецкого района. Таким образом, окружающая среда г. Череповца сильно загрязнена в результате деятельности промышленных предприятий, транспорта и активно ведущегося строительства. Выводы
Литература
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
