Оценка загрязнения окружающей среды по снежному покрову на основе методов биоиндикации и биотестирования на территории с. Молчаново Томской области



В статье освещается ход проведения и результаты исследования загрязненности окружающей среды по снежному покрову на основе методов биоиндикации и биотестирования на территории с. Молчаново Томской области.

Ключевые слова: загрязнение окружающей среды, снежный покров, биоиндикация, биотестирование,физико-химические исследования.

В настоящее время в связи с обострением проблемы загрязнения окружающей среды все большую значимость приобретает биомониторинг [1, 3]. Обладая определёнными преимуществами перед физико-химическими исследованиями, методы биологического мониторинга получили широкое применение для оценки загрязненности различных составляющих окружающей среды.

Загрязнение атмосферы является одной из главных экологических проблем человечества. Качество воздуха влияет на жизнедеятельность человеческого организма, его работоспособность и общее самочувствие [2]. Состояние окружающей среды населённых пунктов обычно оценивается по состоянию отдельных ее составляющих: атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв и растительного покрова, здоровья людей [6]. Наиболее сложной для анализа является атмосфера, потому как исследование ее требует определённых затрат [3, 5].

Одним из наиболее информативных и удобных индикаторов загрязнения атмосферы является снег [9]. Анализ качества снежного покрова позволяет проследить, как распределены загрязняющие вещества по территории, и выяснить, как влияют конкретные промышленные предприятия и другие объекты на состояние окружающей среды [6]. Проблема «грязного снега» на Земле в целом, а особенно, для районов сельской местности важна, поскольку загрязненные талые воды способны отрицательно воздействовать на живые организмы [8]. В связи с этим возникла проблема, если вредные вещества могут содержаться в талом снеге села Молчаново, то повлияют ли они на рост и развитие растений. Этим обусловлена актуальность исследования нашей темы.

Объектом исследования является снег, взятый из разных участков. Предметом исследования стали семена гороха.

Цель работы — оценка загрязнения окружающей среды по снежному покровуна территории с. Молчаново Томской области.

Задачи исследования:

– выявить, применяя методы биоиндикации и химического эксперимента, общую химическую токсичность снега;

– проследить за развитием вегетативной системы гороха в течение определённого срока;

– на основе полученных данных определить наиболее загрязнённые территории.

Мы выдвинули следующую гипотезу: накопление токсичных веществ в снеге и талых водах может отрицательно влиять на рост и развитие растений.

Материалы и методы:

В данном исследовании использованы следующие методы исследования: теоретический (изучение и анализ литературы, постановка целей и задач); эмпирический (наблюдение, постановка химических опытов и биотестирование проб снега); метод индукции (объяснение результатов исследований) и метод биоиндикации.

Отбор проб снега и их дальнейшие исследования проводились в начале марта 2020 года в соответствии с требованиями ГОСТа 17.1.5.05–85. Именно в этот период времени накапливается наибольшее количество снега и загрязнения в нем. Для исследования были выбраны три точки отбора проб: школьный двор (Проба № 1), котельная (Проба № 2), автозаправочная станция (Проба № 3). В качестве контрольной пробы (Проба № 4) была взята дистиллированная вода (рис. 1).

Рис. 1. Подготовка проб

При постановке эксперимента был использован метод биотестирования — исследование влияния различных веществ на живые организмы [10]. В качестве организма-индикатора мы выбрали семена гороха. Среди показателей учитывали всхожесть семян и скорость роста корней проростков, сравнительная оценка которых позволяет оценивать степень воздействия токсичности снега [7].

Методика данного исследования взята из методического пособия для педагогов УДО и общеобразовательных школ «Исследуем окружающую среду» под редакцией В. Ф. Бахтияровой [4].

Используемый метод регистрирующей биоиндикации, позволил проследить влияние общей токсичности снега, вызванной присутствием загрязнителей на рост и развитие проростков гороха. В отобранных пробах снега на разных участках райцентра получены разные изменения вегетативной системы гороха. Как регистрирующий индикатор он сильно отреагировал на изменения состояния окружающей среды изменением фенооблика, соматическими проявлениями — изменением скорости роста и развития корней (рис. 2, 3).

Результаты исследования:

В ходе проведенного исследования методом биоиндикации (Табл. № 1) были получены следующие данные:

– Семена, находившиеся в дистиллированной воде, проросли на 3 день, скорость роста главного корня с каждым днём увеличивалась, боковые корни образовались на 6 день, в итоге суммарная длина всех корней на 10 день составила 25 см.

– Семена, находившиеся в талой воде, взятой около школы (Проба № 1) проросли на 4-ый день с момента закладки семян. По скорости роста было замечено некоторое отставание. Рост корней был в 2 раза медленнее, чем у семян в дистиллированной воде. В итоге суммарная длина всех корней к концу эксперимента составила 15 см.

– Семена, находившиеся в пробе с котельной, проросли на 9-ый день.Скорость роста главного корня составила 0,2 см/день, боковые корни отсутствуют.

– Семена, находившиеся в талой воде с Автозаправочной станции, на 10-ый день только проклюнулись. Больше никаких изменений с ними не происходило. Было решено увеличить продолжительность наблюдений за ними на срок до 20 дней.

Рис. 2. Прорастание семян, появление корней

Рис. 3. Общий вид семян на 10 день эксперимента

Таблица 1

Результаты исследования методом биоиндикации

Сроки проклёвывания семян (дни)	Наименование пробы	Число проросших семян	Скорость роста главного корня	Наличие боковых корней	Суммарная длина всех корней
1		Закладка семян
2		0
3	Проба № 4	10	0,3 см		2,5 см
4	Проба № 1	10	0,1 см		1 см
5	Проба № 4	10	1 см		10 см
6	Проба № 4	10	1,3 см	имеются	4 см
7	Проба № 3	10	0 см	нет	отсутствуют
8	Проба № 1	10	0,5 см	имеются	9 см
9	Проба № 2	10	0,2 см	нет	2 см
10	Проба № 3 Проба № 1 Проба № 2 Проба № 4	10	0,1 см 1,5 см 0,3 см 3,5 см		0 см 15 см 2 см 25 см

В дополнение к методу биоиндикации, с целью определения наличия некоторых загрязнителей в талом снеге, были проведены физико-химические исследования отобранных проб снега (рис. 4–6) [7, 9].

Определение прозрачности воды:

Для определения прозрачности талого снега проводился визуальный осмотр проб талой воды через текст и последующее фильтрование. Результаты опыта: в пробах № 1, 4 — вода прозрачная (h=33см), проба № 2- вода мутная (h=30см), проба № 3 — сильно мутная (h=24см) (Рис. 4).

Рис. 4. Определение прозрачности воды (Пробы № № 3,1, 2)

Интенсивность запаха оценивалась по пятибалльной шкале. Результаты опыта: в пробах № 1, 4: запах не ощущается — 0 баллов; проба № 2: запах неотчётливый — 1 балл; проба № 3 (АЗС): запах замечается, если обратить на это внимание — 2 балла.

Рис. 5. Определение интенсивности запаха

Определение кислотности

Для определения кислотности талого снега использовали универсальный индикатор, полоску которого смочили в пробе и сравнили цвет со стандартной шкалой рН. Снег около котельной и АЗС имеет рН несколько кислее нормы, т. к. в нем содержится СО ₂ .

Рис. 6. Определение кислотности

При исследовании проб талого снега на наличие тяжелых металлов была проведена качественная реакция с иодидом калия (KI), в результате которой ионы свинца были обнаружены в пробах снега, взятых на территории школы и около автозаправочной станции. В атмосферу они попали из отработанных газов двигателей внутреннего сгорания. (рис. 7).

Рис. 7. Определение ионов свинца

Обсуждение результатов :

В нашем исследовании было впервые обращено внимание на изучение токсичности снега близлежащей территории школы.

Используемый метод биологической, а точнее регистрирующей биоиндикации, позволил проследить влияние общей токсичности снега, вызванной присутствием загрязнителей на рост и развитие проростков гороха. В отобранных пробах снега на разных участках райцентра получены разные изменения вегетативной системы гороха.

Основываться только на данные биоиндикации нецелесообразно, так как, во-первых, организмы-индикаторы не могут дать полную оценку качества той или иной среды. Во-вторых, для повышения надёжности биоиндикационных методов необходимо проводить регулярные повторные наблюдения за состоянием индикаторов на одной и той же территории, учитывая и особенности местности, и время года, и наличие дополнительных ограничивающих факторов среды.

Таким образом, при оценке загрязнения среды более точными являются физико-химические методы анализа. Биоиндикационные методы все же следует рассматривать как дополнительные.

Выводы:

Полученные в ходе экспериментов данные позволили увидеть картину влияния конкретных промышленных предприятий и других объектов на состояние окружающей среды села Молчанова.

Проанализировав общую токсичность различных проб снега, можно сделать вывод, что снег действительно является индикатором чистоты воздуха. Если сравнить полученные результаты методом биоиндикации и физико-химического исследования, то можно увидеть, что наличие загрязняющих веществ в талом снеге привело к изменениям вегетативной системы гороха (а именно корней и листьев). Следовательно, наша гипотеза подтвердилась: в снежном покрове присутствуют загрязняющие вещества, которые оказывают отрицательное влияние на развитие вегетативной части гороха.

Экспериментально было подтверждено, что в зависимости от источника загрязнения, изменяется состав снегового покрова. Основным источником загрязнения снежного покрова является автомобильный транспорт. Вторым источником загрязнения являются котельные. Кроме того, было установлено пространственное распределение загрязняющих веществ по территории села. Полученные результаты исследования переданы в Администрацию Молчановского района для принятия мер по улучшению экологической обстановки в районе. Подготовлена и опубликована статья в СМИ- районной газете «Знамя», выпущены буклеты для автомобилистов и всех, кому не безразлична экологическая обстановка в районном центре.

Литература:

1. Владимиров, А. М. Охрана окружающей среды / А. М. Владимиров, Ю. И. Ляхин, Л. Т. Матвеев, В. Г. Орлов. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1991. — 424 c.
2. Гильденскиольд Р. С. Санитарная охрана атмосферного воздуха. — М.: Медицина, 1976. — 167 [1] с.: ил., табл.
3. Данилов-Данильян В. И. Экология, охрана природы и экологическая безопасность. — М.: МНЭПУ, 1997. — 744 с.: ил..
4. Егорова В. А., Бахтиярова В. Ф. Методическое пособие для педагогов УДО и общеобразовательных школ. — Уфа: БИРО, 2005. — 85 с.
5. Зарубин, Г. П. Гигиена города / Г. П. Зарубин, Ю. В. Новиков. — М.: Медицина, 1986. — 271, [1] с.: ил.
6. Защита атмосферы от промышленных загрязнений: В 2 ч. [Текст] = Handbook of air pollution technology: Справочник / Под ред. С. Калверта и Г. М. Инглунда; Пер. с англ. В. А. Загайнова и др.; Под ред. А. Г. Сутугина и Е. Н. Теверовского. — М: Металлургия, 1988. — Ч. 1 / пер.: А. А. Бондарев и др. — 1988. — 758, [1] с.: ил., черт., граф.
7. Мансурова С. Е., Кокуева Г. Н. Следим за окружающей средой нашего города: 9–11 кл.: Школьный практикум. — М.: Гуманит. изд. центр «ВЛАДОС», 2001. — 112, [1] с.: ил.
8. Новикова, Я. Э. Проектная деятельность учащихся как условие интеграции знаний / Я. Э. Новикова. // «География в школе» — 2011. — № 10. — М.: «Школьная Пресса» — С. 40–43.
9. Панин М. С. Химическая экология: Учебник для вузов. — Семипалатинск: 2002. — 852, [1] с.: ил.
10. Бокова А. В. О чём молчит снег (исследование загрязнения снежного покрова путём биотестирования) // Молодой ученый. — 2016. — № 9.1. — С. 11–12. — URL https://moluch.ru/archive/113/28975/ (дата обращения: 20.02.2020).