Методы исследования экологии городской среды

Методы исследования экологии города. Мухаметова Дамира Хажинуровна, учитель биологии МАОУ СОШ «Земля Родная» г. Новый Уренгой

Биоиндикация снега вдоль автомобильных дорог в жилой зоне южной части города Новый Уренгой. Изучение влияния соединений свинца на живые организмы.

Работу выполнила: Попова Анастасия Викторовна,

учащаяся 9а класса

муниципального автономного общеобразовательного

учреждения средней общеобразовательной

школы «Земля родная»

Руководитель:

Мухаметова Дамира Хажинуровна,

учитель биологии

муниципального автономного общеобразовательного

учреждения средней общеобразовательной

школы «Земля родная»

2012 год.

Новый Уренгой

Оглавление

Введение……………………………………………………………………...2

1.Результаты исследования……………………………………………….....4

1.1. Особенности климатических условий г. Новый Уренгой…………4

1.2. Автотранспорт и загрязнения, распространяемые им……………..5

1.3. Суть метода…………………………………………………………...6

1.4. Ход эксперимента…………………………………………………….7

2.Заключение………………............................................................................12

2.1.Выводы………………………………………………………………..12

2.2 Рекомендации……………….………………........................................12

3.Приложение ………………………..……....................................................14

3.1. Таблица 1…………………………………………………………......14

3.2. Диаграмма 1………………..…………………….................................14

3.3. Таблица 2……………….......................................................................15

3.4. Диаграмма 2………………………………………………………….15

3.5. Фотография 1………………………….................................................16

3.6. Фотография 2………………………………………............................17

3.7. Фотография 3………………………………………………………...17

3.8. Таблица 3………...................................................................................18

3.9. Таблица 4……………….......................................................................18

3.10. Фотография 4…………………………………………………….…19

3.11. Фотография 5……………………….……………………………...19

3.12. Таблица 5…………………………….................................................20

Литература……………………………………................................................21

Биоиндикация снега вдоль автомобильных дорог в жилой зоне города Новый Уренгой.

Попова

ЯНАО, город Новый Уренгой

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа «Земля родная»

9а класс.

Введение

Актуальность:наш город растет и развивается. Соответственно стремительно увеличивается число всех видов транспорта. В связи с этим возникает опасность химических загрязнений посредством выхлопных газов, которые оказывают огромное негативное воздействие на все живые организмы, в том числе человека.

Гипотеза:выхлопные газы автомобилей, содержащие соединения свинца, оказывают отрицательное влияние на живые объекты.

Объект исследования: влияние автотранспорта на живые объекты.

Предмет исследования: пробы снега в 6-ти экспериментальных точках вдоль автомобильных дорог жилой зоны города.

Цель работы: биоиндикация снега вдоль жилой зоны города Новый Уренгой.

Задачи исследования:

1. Изучить научную литературу по данной проблеме.

2. Провести эксперимент по выявлению степени загрязнения снега вдоль жилой зоны города Новый Уренгой.

Методы исследования:

1. Изучение и анализ научно-популярной литературы по экологической индикации снега.

2. Забор проб снега в 6-ти экспериментальных точках на расстоянии 2 и 20 метров от проезжей части дороги.

3. Определение всхожести и энергии прорастания семян.

4. Наблюдение за прорастанием семян и развитием проростков.

5. Проведение качественной реакции на определение катионов свинца в талой воде и в проростках.

6. Измерение длины корня проростков.

Теоретическая значимость: в ходе исследований расширены и подтверждены научные данные об отрицательном влиянии выхлопных газов автомобилпей на жизнеспособность семян фасоли и, следовательно, на все живые организмы.

Практическая значимость: данную методику можно использовать для экологического мониторинга почвы, воды жилой зоны; эксперименты по определению жизнеспособности семян в зависимости от среды прорастания можно проводить в рамках элективных курсов по биологии, химии и экологии; на полученные результаты необходимо обратить внимание, привлечь общественность и соответствующие службы для принятия эффективных мер, направленных на уменьшение вредного воздействия автотранспорта на экологическое состояние города.

Оборудование и реактивы: измерительная рулетка на 20 метров, штыковая лопата, совок, ведро, ёмкости для воды (бутылки) 7 штук, чашки Петри, лупа, пинцет, воронка, сульфид натрия (Na₂S), пробирки, штатив для пробирок, ступка с пестиком, линейка, фильтровальная бумага, стеклянные палочки, калькулятор, фотоаппарат, микроскоп.

1. Результаты исследования.

1.1. Особенности климатических условий города Новый Уренгой.

Новый Уренгой образовался 23 сентября 1973 года, статус города присвоен 16 июня 1980 года. Принадлежит к Ямало-Ненецкому автономному округу.

Ямало-Ненецкий автономный округ относится к дискомфортным территориям с крайне интенсивным природным и нарастающим техногенным прессингом на здоровье людей.

Зима отличается большой продолжительностью и суровостью. Активная циклоничность определяет в это время большую изменчивость погоды с резкими перепадами атмосферного давления и колебаниями температуры воздуха, достигающими 15-20⁰С за сутки, сильными ветрами, метелями. Период ультрафиолетового голодания длится около 170 дней. Продолжительность залегания устойчивого снежного покрова 220-250 дней [4,с.45].

В Новом Уренгое, как и в любом другом современном городе, имеется множество различного транспорта. Наблюдается освоение новых месторождений, увеличивается размер добычи, растёт численность населения, появляются все большее количество видов транспорта, в связи с этим увеличивается и степень загрязнения жилой зоны выхлопными газами автомобильного транспорта, что оказывает отрицательное воздействие на все живые организмы, в том числе на здоровье жителей. Степень загрязнения воздуха, воды, почвы и снега в городе неравномерна. Она зависит от расположения жилых массивов, силы и направления ветра.

1.2. Автотранспорт и загрязнения, распространяемые им.

В жилой зоне города Новый Уренгой нет промышленных объектов. Главным источником, влияющим на экологию, являются выхлопные газы автомобильного транспорта.

В выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания содержатся: окись углерода, окислы азота, углеводороды, альдегиды, сажа и многое другое. К этому надо еще добавить канцерогенные вещества, а также соединения свинца, оседающие вдоль дорог. В основном состав выхлопных газов зависит от технического состояния, условий и режима работы двигателя. Особенно резко увеличивается концентрация вредных веществ в выбросах автомобилей при работе на холостом ходу вблизи остановок, перекрестков, светофоров.

По мнению ученых, воздействие загрязненного атмосферного воздуха на человека, окружающую среду и биосферу проявляется в отрицательном влиянии на здоровье и санитарно-бытовые условия жизни людей, на микроклимат населенных мест, приносит значительный ущерб, негативно воздействует на водные объекты и почву, животный и растительный мир, т.е может оказывать как прямое, так и косвенное воздействие на жизнь и здоровье населения проживающих вблизи автомагистралей. Они испытывают вредное воздействие высоких концентраций таких токсичных веществ, как диоксид азота, оксид углерода, формальдегид, диоксид серы, свинец [5,с.32].

По степени опасности для живых организмов свинец относится ко II классу опасности[3,с.153]. Данное вещество характеризуется высокой токсичностью, обладает кумулятивными свойствами. Тетраэтилсвинец поступает в природную среду, в связи с использованием в качестве антидетонатора в моторном топливе. Появление значительного количества свинца в атмосфере, гидросфере, почве приводит к повышению накопления этого металла в организме человека. Отравление свинцом чрезвычайно опасно для маленьких детей – он действует на развитие мозга и нервной системы. Даже при низких дозах свинцовое отравление вызывает снижение интеллектуального развития, внимания и умения сосредоточиться, ведет к развитию агрессивности. Эти отклонения в развитии могут носить длительный характер и быть необратимыми. Низкий вес при рождении, отставание в росте и потеря слуха также являются результатом свинцового отравления. Высокие дозы интоксикации ведут к умственной отсталости[5,с.18].

1.3. Суть метода.

Экологическая индикация основана на связи организма и среды его обитания. Ее задача – определять свойства и изменения среды по признакам живых организмов, прежде всего отдельных растений[1,с.50].

По живым организмам, по их внешнему виду, ритму жизни, присутствию или отсутствию можно судить о среде, в которой они живут, иначе говоря, использовать в качестве указателей, индикаторов (от лат. Indice - указывать) этой среды, ее общей характеристики и отдельных свойств. Индикация загрязнений окружающей среды – важная задача экологов[6,с.207].

При экологическом мониторинге загрязнений использование биологических индикаторов часто дает более ценную информацию, чем прямая оценка загрязнения приборами, так как биологические индикаторы реагируют сразу на весь комплекс загрязнений. Для выявления разных загрязняющих веществ используются разные виды биологических индикаторов: для общего загрязнения – лишайники и мхи, для загрязнения тяжелыми металлами – слива и фасоль[1,с.19].

Биологи находят различные способы изучения окружающей среды. Они основаны на познании природы через живые организмы.

При решении поставленной задачи – выявить степень загрязнённости снега на разном расстоянии от автомобильной дороги – мы использовали метод биотестирования. В качестве биоиндикатора мы использовали семена фасоли.

1.4. Ход эксперимента.

Для своих экспериментов в качестве индикатора загрязнения снега свинцом мы использовали семена фасоли.

Первое, что необходимо для работы с семенами – определение качества семян. Для этого разработаны специальные методы. Пользуясь ими, контрольно-семенные лаборатории устанавливают, пригодны ли семена для посева. Наиболее верный способ выявить это – попробовать их прорастить. Для этого отсчитали 4 порции семян по 100 штук каждая и проращивали их в течение 10-ти дней. Число семян из 100, взошедших за данный срок, характеризует всхожесть семян. Всхожесть семян фасоли составила (Таблица 1; диаграмма 1):

1 порция - 96%; 2 порция – 95%; 3 порция – 97%; 4 порция – 95%.

Следовательно, в среднем всхожесть семян составляет 95,75%.

Важно также, чтобы семена прорастали «дружно», т.е. одновременно и быстро. Число семян (в %), взошедших за первые 4-6 дней, называют энергией прорастания. Чем она выше, тем дружнее всходы.

На 6-ой день проращивания определили энергию прорастания семян в 4-х порциях (Таблица 2; диаграмма 2):

1 порция – 89%; 2 порция – 91%; 3 порция – 88%; 4 порция – 91%.

Следовательно, энергия прорастания, в среднем, составляет 89,75%.

Из этих опытов следует, что семена, взятые для эксперимента, обладают высокой всхожестью и высоким уровнем прорастания.

Для биотестирования химического загрязнения снега в жилой зоне города Новый Уренгой выбрали 6 экспериментальных точек в 2-х и 20-ти метрах от проезжей части автомобильной дороги.

Экспериментальные точки расположены:

1 и 2 – проспект Ленинградский (остановка КСК «Газодобытчик»)

3 и 4 – улица Молодежная (остановка магазин «Елена»)

5 и 6 – улица 26 съезда КПСС (остановка ТЦ «Сибирь»)

(Фотография 1)

Снег набирали с помощью штыковой лопаты и совка в 6-ти вышеприведенных точках в 2-х и 20-и метрах от автомобильной дороги. Затем снег растапливали при комнатной температуре. Далее талой водой заполнили заранее маркированные бутылки. Бутылку с маркировкой «К» (контрольная) наполнили холодной отстоянной водой из-под крана, а бутылки с маркировками от 1-цы до 6-ки наполнили талой водой.

В 7 чашек Петри, пронумерованных в соответствии с номерами бутылок, положили несколько слоев фильтровальной бумаги, поместили по 50 штук семян, налили воды из маркированных бутылок (Фотография 2).

Наблюдали за прорастанием семян фасоли, подсчеты вели в течение 10-ти дней. Семена фасоли, находящиеся в чашках Петри, в течение этого времени поливали водой строго в соответствии с маркировками.

Определение присутствия катиона Pb²⁺

Для подтверждения наличия свинца в проростках фасоли нами проведена качественная реакция на катион Pb²⁺. Для этого на 10-й день эксперимента из 7 чашек Петри по одному проростку фасоли поместили в ступки, с помощью пестика измельчили их до однородной массы. Полученную кашицу поместили в пронумерованные пробирки. В каждую из которых мы по каплям добавляли раствор сульфида натрия Na₂S. (Фотография 3).

Pb²⁺ ₊ Na₂S = PbS↓ + 2Na⁺

черный

осадок

Во всех пробах, с 1-ой по 6-ую наблюдали выделение черного осадка. Значит, получен положительный результат. В связи с этим, мы убедились, что в проростках фасоли, пророщенных с использованием талой воды присутствует катион Pb²⁺.

По результатам опытов были получены следующие показатели жизнеспособности семян фасоли. Энергия прорастания семян в контрольной группе составила 88%, а в других, соответственно, 24%, 34%, 10%, 18%, 8%, 16%. Семена, которые проращивали с использованием талой воды, полученной из снега, взятого в 6-ти экспериментальных точках, имеют заметно более низкий показатель энергии прорастания, по сравнению с контрольной группой (Таблица 3). Всхожесть семян в контрольной группе составила 96%, в остальных чашках Петри 24%, 34%, 10%, 19%, 9% и 17% Причины столь большого расхождения в показателях жизнеспособности семян объясняется степенью загрязнённости снега во всех 6-ти экспериментальных точках города. (Таблица 4).

На 10-й день наблюдений изучили качество развития проростков. Для этого рассмотрели морфологические особенности проростков во всех семи пробах. Обнаружили, что кроме контрольной, в 6-ти пробах проростки заметно отставали в росте, имели морфологические изменения в виде искривлений, недоразвитости, угнетенного вида (Фотография 3).

Для более детального выявления качества проростков измерили длину главного корня проростков (Фотография 4) и выявили, что в контрольной группе у проростков хорошо развиты корни. Длина главного корня в среднем достигает 105 мм. У проростков, выращенных с использованием талой воды из экспериментальных точек, длина главного корня в среднем варьируется от 26,5 мм до 50,5 мм. (Таблица 5) Такие отклонения в развитии объясняются перестройкой хромосом в клетках корней проростков фасоли[7,с.67]. Таким образом, мы имеем возможность оценить влияние мутагенных факторов внешней среды на генетический аппарат растений.

Методическую основу простейшего генетического мониторинга составляет анализ жизнеспособности семян на средах (вода, почва), загрязненных различными химическими соединениями. Результаты анализа дают возможность специалистам строить предположения об уровне мутагенеза и жизнеспособности биологических видов[2,с.13]. Нарушение хромосомного набора и развитие патологических митозов часто приводят к гибели клетки, в результате чего меньшее количество клеток участвует в размножении и специализации, что является причиной отклонения от нормального развития проростков[7,с.85].

Таким образом, данные энергии прорастания и всхожести, полученные в ходе экспериментов, наглядно показывают значительное снижение жизнеспособности семян фасоли, проращенных с использованием талой воды из всех 6-ти экспериментальных точек, откуда брали пробы снега для биотестирования. Это доказывает высокий уровень загрязнения снега выхлопными газами, в том числе и свинцом.

Данные измерений длины главного корня проростков и оценка их морфологических признаков позволяют еще раз убедиться в том, что снег вдоль автомобильных дорог имеет значительное свинцовое загрязнение.

Можно сделать такой вывод, что наиболее загрязнена улица 26 съезда КПСС (остановка ТЦ «Сибирь»), чуть менее загрязнена улица Молодежная (остановка магазин «Елена») и наименее загрязнённым является проспект Ленинградский (остановка КСК «Газодобытчик»)

В научной литературе по изучению содержания свинца в снегу вдоль автомобильных дорог приводятся следующие данные: максимальная концентрация свинца накапливается на расстоянии до 10 метров от проезжей части дорог [5,с.13]. По результатам собственных исследований мы убедились в том, что химические загрязнения (в том числе и свинцом) выхлопных газов автомобилей распространяются на более значительное расстояние от дороги. Показатели жизнеспособности семян фасоли (энергия прорастания и всхожесть), а также состояние проростков на 10-й день наблюдений наглядно показывают то, что пробы снега, взятые на расстоянии 20 метров от проезжей части дорог на всех трех экспериментальных точках содержат значительную концентрацию свинца.

Мы предполагаем, что эти расхождения показателей, полученных в результате наших исследований от показаний научной литературы можно объяснить географическим положением нашего города. Во-первых, много ветряных дней, что способствует распространению выхлопов на значительные расстояния от дороги. Во-вторых, устойчивый снежный покров за длительный период способен поглощать большую концентрацию химических загрязнителей от выхлопных газов, чем в других регионах страны.

Заключение.

Выводы

1. Итак, мы доказали, что выхлопные газы автомобилей, содержащие соединения свинца, оказывают отрицательное влияние на живые объекты.

2. Исследовав жизнеспособности семян, а так же морфологических особенностей проростков фасоли доказали отрицательное влияние соединений свинца на метаболизм клеток и генетический аппарат.

3. Биоиндикация снега с помощью данной методики показывает, что пробы снега во всех 6-ти экспериментальных точках города вдоль автомобильных дорог имеют высокую степень химического загрязнения.

4. Проанализировав сведения, мы выяснили, что максимальная концентрация химических загрязнений, выделяемых автомобилями, оседают на снегу в непосредственной близости от проезжей части автомобильной дороги. Однако, на расстоянии 20-ти метров от проезжей части уровень химических загрязнений достаточно высокий.

5. Наибольшая степень химического загрязнения снега наблюдается по улице 26 съезда КПСС и по улице Молодежной. Это объясняется близким расположением к экспериментальным точкам (5 и 6, 1 и 2) светофоров, остановок, а также наибольшей плотностью автомобильного потока на этих участках дорог.

Рекомендации

1. Данную методику можно легко использовать для экологического мониторинга не только снега, но и воды, почвы жилой и техногенной зоны города.

2. Эксперименты по определению жизнеспособности семян в зависимости от среды прорастания можно проводить в рамках элективных курсов по биологии, химии и экологии.

3. Используя данную методику, возможно, осуществить комплексный мониторинг экологического состояния города нескольких лет и делать собственные прогнозы.

4. В условиях нашего города это довольно удобно, так как довольно большой снежный покров лежит в городе большую часть года.

5. Необходимо заинтересовать общественность и руководителей Администрации города, здравоохранения, жилищно-коммунальной службы, автотранспортных хозяйств, ГИБДД для принятия эффективных мер, направленных на уменьшение вредного воздействия автотранспорта на здоровье населения

5. В целях уменьшения загрязнений автотранспорта рекомендуется больше строить объездные пути вокруг города; увеличить озеленение магистралей; устраивать санитарно-защитные зоны, отделяющие жилые кварталы от дорог; регулировать дорожные движения таким образом, чтобы реже создавать автомобильные пробки; своевременный вывоз снега в специально отведенные места.

Приложение.

Всхожесть семян.

Таблица 1.

Всхожесть семян.

Диаграмма 1.

Энергия прорастания семян.

Таблица 2.

Энергия прорастания семян.

Диаграмма 2.

Литература

Виноградов Б.В. Растительные индикаторы и их использование при изучении природных ресурсов. - М.: Высшая школа, 1964. - 327 стр.

Дубинин Н.П. Некоторые проблемы современной генетики. - М.: Наука, 1997. - 224 стр.

Зайонц И., Чертков Л., Экзарьян В.. Экологический словарь. – М.: Конкорд Лтд – Экопром, 1993. - 202 стр.

Краеведение Ямало-Ненецкого автономного округа. // Под редакцией Н.М. Журавель. – 3-е изд. – Новый Уренгой: ЗАО «Центр принт», 2003.

Пивоваров Ю. П. Гигиена и основы экологии человека. – М.: Наука, 2004. - 512 стр.

Популярный экологический словарь. // Под редакцией А.М. Гиляровского. – М.: Устойчивый мир, 1999.

Турков В.Д., Гужов Ю.А., Шелепина Г.А., Кишмария Я.Ю., Колибиани Д.Г. Хромосомные исследования растений в проблемах селекции, клеточной инженерии и генетическом мониторинге.- М.: УДН, 1988. – 305 стр.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/43660-metody-issledovanija-jekologii-gorodskoj-sred