Оценка качества окружающей среды города Котельники методом биоиндикации почвы по растениям

ВВЕДЕНИЕ

Проблема сохранения окружающей среды в настоящее время концентрирует на себе внимание исследователей всего мира. В связи с усилением антропогенной нагрузки, испытываемой природными комплексами, становится необходимой разработка и апробация методик, позволяющих оценивать экологическое состояние природно–антропогенных сред. Поэтому проблема развития различных мониторинговых подходов в системе экологического контроля и управлении качеством окружающей среды сегодня наиболее актуальна.

Опыт предшествующих научно–исследовательских работ показал, что даже на уровне школьного мониторинга и разрабатываемых рекомендаций, можно достичь положительных результатов в решении некоторых проблем города, связанных с экологией.

К сожалению, не всегда есть возможность проводить комплексные научные исследования, требующие больших материальных затрат и специального оборудования. В таких случаях можно использовать методы биоиндикации, биомониторинга, получивших в последнее время широкое признание и распространённость. Важным представляется не только оценка биоразнообразия и устойчивости природных биоценозов, но и привлечение внимания муниципальных органов власти к данной проблеме, что особенно актуально в перспективе дальнейшего ухудшения экологической обстановки в нашем регионе.

Мониторинг состояния почвенного покрова г. Котельники проводится в течение трех лет. На первых этапах наших исследований был определен химический состав загрязнителей, сделан химико–аналитический анализ почвы, затем методом биоиндикации по состоянию моллюсков мы определили критическое состояние почвы в г. Котельники.

Эти исследования и полученные результаты подтолкнули нас к дальнейшей работе по биоиндикации почвы города Котельники по состоянию травяного покрова, т. к. ранее в нашем городе аналогичные исследования не проводились.

В центре внимания нашего исследования – оценка качества почвы города Котельники с помощью биоиндикаторов и обеспечение объективной оценки экологических условий среды обитания биологических объектов в городе.

Целью работы стала оценка качества окружающей среды г. Котельники с помощью метода биоиндикации почвы с помощью животных, обитающих в почве, по состоянию трав, оценка экологического состояния почвы для социализации этой проблемы в рамках создания рекреационных зон в мкр. Белая Дача города Котельники.

Практическая значимость: при целенаправленном объединении усилий экологов и городской администрации развитие экологического мониторинга на основе биоиндикации в перспективе позволит создать взаимосвязанную и координируемую систему оперативного, тактического и стратегического планирования оптимизационных мер, а также выработать рациональную экологическую политику для улучшения городской среды по всем ее компонентам.

Новизна: впервые применен метод биоиндикации в оценке экологического состояния почвы мкр. Белая Дача и выявление основных причин и источников негативного воздействия на компоненты природного комплекса. Поэтому данные, которые были получены по окончании исследовательской работы, являются новыми и нигде ранее не зафиксированными.

Исследования, проведенные учащимися, является звеном в экологической работе города и имеют практическую направленность

В этой связи оценка экологического состояния, проведенная методами биоиндикации, представляется вполне современной и необходимой для построения эффективной системы биомониторинга.

Задачи:
1. Определить объекты, виды и условия биоиндикации.
2. Определить видовое разнообразие животных, обитающих в верхних слоях почвы.
3. Найти микро ареалы растений–биоиндикаторов в г. Котельники.
4. Определить взаимосвязь между распространенностью животными, обитающими в верхних слоях почвы, растениями–индикаторами и загрязнением почвы.
5. Освоить методику экологического анализа на основе биоиндикации.
6. Сделать выводы об экологическом состоянии мкр. Белая Дача города Котельники.
7. Выработать план создания рекреационной зоны в мкр. Белая Дача.
8. Составить атлас растений–индикаторов, встречающихся в г. Котельники.

Инструментарии:
1. КБ–Ш (комплект биологический школьный)
2. “Биотокс–10М”

БИОИНДИКАЦИЯ С ПОМОЩЬЮ ЖИВОТНЫХ, ОБИТАЮЩИХ В ПОЧВЕ

Животные, обитающие в верхнем слое почвы, благодаря тесной связи с ней и наличию ответной реакции на изменения среды обитания, представляют перспективный объект, позволяющий на разных стадиях антропогенной трансформации обнаружить отклонения в функционировании почвенного блока и природного комплекса в целом.

Одним из направлений экологического мониторинга является контроль за уровнем загрязнения биотической компоненты биосферы, т. е. за накоплением загрязнителей, проникающих через покровы тела и пищеварительный тракт беспозвоночных в зонах промышленных аномалий. Являясь сорбентами природных и синтезируемых или привнесенных человеком токсических соединений, организмы, обитающие в почве, выполняют активную роль в трансформации и перераспределении поступающих в почву веществ. Определение взаимосвязей между содержанием загрязняющих веществ в почвах, растениях и тканях животных может использоваться для оперативного и прогнозного биотестирования.

Среди почвенных беспозвоночных по реакции на прямое либо опосредованное воздействие техногенного фактора выделены три группы:
1 – чувствительные, положительно реагирующие на умеренные дозы техногенного вещества (люмбрициды, немикроскопические энхитреиды, моллюски и диплоподы);
2 – чувствительные, испытывающие негативное влияние (литобиоморфные многоножки и герпетобионтные насекомые);
3 – индифферентные, не имеющие индикационного значения для данного типа загрязнения (большинство насекомых, развитие которых протекает в почве).

Изменения биоты наземных экосистем могут прослеживаться на двух уровнях – видовом или ценотическом, когда происходит сокращение биологического разнообразия за счет выпадения отдельных таксонов, и ландшафтном, когда под воздействием антропогенных факторов наблюдается нивелирование различий между отдельными биогеоценозами или полная деградация некоторых из них. Вероятность проявления нежелательных последствий увеличивается адекватно росту степени воздействия, преломляясь через экологические параметры среды.

Результаты исследований

Для проведения исследования в течение года нами были взяты следующие зоны в мкр. Белая Дача: пришкольная территория школы, лесопарк (ближайшая зона к школе, в непосредственной близости от МКАД), парковая зона мкр. Белая Дача ( музей “Белая Дача” ).

Исследование почвенных животных:

Мы рассчитали показатель относительной чистоты атмосферы по формуле, данной в методике. Он составил 0,3 балла, что говорит о слабом и среднем загрязнении, соответственно в парковой зоне мкр. Белая Дача и зоне МОУ КСОШ №3.

Изучив почвы мкр. Белая Дача, приходим к выводу, что состояние почв в г. Котельники является критическим.

На основании результатов проведенного исследования по изучению почвенных обитателей, можно сделать вывод о наличии в почве на территории МОУ КСОШ №3 большего количества беспозвоночных, таких как многоножки и диплоподы, дождевые черви. Максимальное количество насекомых наблюдали именно в этих почвенных пробах. Экологически благополучен по наличию и жизнедеятельности почвенных организмов городской парк.

Сводная таблица показателей экологического состояния почвы г. Котельники.

БИОИНДИКАЦИЯ ПОЧВЫ ПО СОСТОЯНИЮ ТРАВ

Исследование состояния трав

№1 Контрольный участок – лесная зона мкр. Белая Дача

Всего на площадке обнаружено растений:
• с угнетенной жизненностью – 3
• с сильно угнетенной жизненностью – 1
Загрязненность почвы по угнетенным и сильно угнетенным видам растений соответствует незначительному загрязнению (балл равен 1)

№2 Дзержинское шоссе, рядом с МОУ КСОШ №2 (мкр. Ковровый)

Всего на площадке обнаружено растений:
• с угнетенной жизненностью – 0
• с сильно угнетенной жизненностью – 4
Загрязненность почвы по угнетенным и сильно угнетенным видам растений соответствует очень сильному загрязнению.

№3 Покровский проезд 1 (рядом с МОУ КСОШ №3)

Всего на площадке обнаружено растений:
• с угнетенной жизненностью – 2
• с сильно угнетенной жизненностью – 1
Загрязненность почвы по угнетенным и сильно угнетенным видам растений соответствует сильному загрязнению.

№4 Покровский проезд 2

Всего на площадке обнаружено растений:
• с угнетенной жизненностью – 1
• с сильно угнетенной жизненностью – 0
Загрязненность почвы по угнетенным и сильно угнетенным видам растений соответствует незначительному загрязнению.

№5 мкр. Белая Дача, дома 13 и 15

Всего на площадке обнаружено растений:
• с угнетенной жизненностью – 1
• с сильно угнетенной жизненностью – 2
Загрязненность почвы по угнетенным и сильно угнетенным видам растений соответствует сильному загрязнению.

Рассчитали среднее значение условного класса загрязненности почвы для опытного участка:
(2*5 + 3*5 + 1*1) / 5 = 5,2

Рассчитали среднее значение для площадок контрольного участка:
(2*1 + 3*1) / 5 = 1,0

Рассчитали степень загрязненности почвы опытного участка относительно контрольного участка:
5,2 / 1,0 = 5,2

Таким образом, экологическая обстановка г. Котельники по состоянию трав соответствует катастрофической.

Мониторинг почвы в 2009 году по состоянию моллюсков, дал аналогичные результаты.

Затем мы решили подтвердить полученные результаты на приборе на приборе “БИОТОКС–10М”. На опытном и контрольных участках, провели исследование снега на токсичность:

Исследования показали, что данные, полученные на “БИОТОКС–10М” подтвердили нашу гипотезу о распространении растений–индикаторов на территории г. Котельники.

Пробы снега

Прибор БИОТОКС

Исследования на БИОТОКСЕ

Проанализировав видовой состав растительности города Котельники и сравнив его с видовым составом Томилинского лесопарка, с районом Луховиц, где мы знакомились с растениями в экологическом лагере, мы сделали вывод о крайне бедном биоразнообразии травянистых растений нашего города, что свидетельствует о экологическом неблагополучии.

Травяной покров в жилом массиве находится в неудовлетворительном состоянии из–за затенения, вытаптывания и отсутствия ухода. Необустроенные тропинки стимулируют вытаптывание газонов.   

Отсутствуют растения, которые могут произрастать в данной местности. Это мы выявили, проведя маршрутное обследование территории города и сравнив видовое разнообразие с близкорасположенным Томилинским лесопарком (по книге). В жилом массиве преобладают однообразные растения, растения–сорняки. Биоразнообразие повышает только лесопарк, поэтому крайне необходимо ответственное и бережное отношение к нашему лесу.

Творчески переосмыслив методику биоиндикации почвы по состоянию трав, мы в соответствии с гипотезой исследования решили выделить участки на которых хорошо растут растения-индикаторы и проанализировать состояние почвы в городе путём маршрутного обследования территории. Получили следующие результаты:

1. Дзержинское шоссе – сильное загрязнение, почва местами оголённая от растительности, виды-индикаторы сильно угнетены, или совсем не встречаются. Обнаружили клевер, пробившийся сквозь асфальт с изменённым морфологическим обликом.
2. Покровский проезд характеризуется неравномерностью загрязнения. Участки загрязнённой почвы (по травам) чередуются с участками, на которых хорошо растут разные виды клевера, спорыш. Состояние спорыша подтверждает нашу гипотезу о негативном влиянии на почву автомобильного транспорта. По мере приближения к  Дзержинскому шоссе растения становятся всё более низкорослыми. Мы думаем, что чередование загрязнённых и относительно благополучных  участков связано с небольшим временем активной эксплуатации данной территории автомобильным транспортом и предполагаем, что состояние растительности будет ухудшаться.
3. Относительно благополучные участки в жилом массиве (территория школы, поликлиники, парка у пруда, лесопарка) мозаично чередуются с неблагополучными. Мы наблюдали автомобильный транспорт во дворах, на пешеходных дорожках и предполагаем, что именно автомобили активно загрязняют почву нашего города.
4. На территории, примыкающей к «холодильнику» почти не встречаются виды-индикаторы, тысячелистник не белой, а розовой формы, много сорных трав.
Обследование территории проводилось весной, летом и осенью 2009 года. Зимой мы собрали снег на изучаемых площадках и сравнили степень свечения на приборе «Биотокс-10М»  с контрольной (дистиллированная вода). Отклонения свечения от контроля в ту и другую сторону говорят о загрязнениях снега, которые затем неизбежно попадут в почву. По увеличению степени свечения можно предположить загрязнение органическими веществами, которые биолюминисцентные бактерии воспринимают как питание.

ВЫВОДЫ

В городах почти не осталось естественных почв. Здесь формируются искусственные почвы, которые правильнее называть почвогрунтами. Даже на участках, покрытых древесно-кустарниковой растительностью, нормальный почвообразовательный процесс нарушен. В результате уборки листьев и скашивания травы уменьшается количество активных питательных веществ, почвы обедняются, уборка снега с тротуаров и проездов приводит к увеличению глубины промерзания почвы и угнетению корневой системы растений.

При включении в городскую черту участков с ненарушенными природными условиями (лесная роща, луга на берегу реки) особое внимание следует уделять сохранению ландшафта. Его легко нарушить, но очень трудно восстановить.

По нашим исследованиям зеленых насаждений г. Котельники, мы пришли к выводу, что травяной покров находится в неудовлетворительном состоянии из-за затенения, вытаптывания и отсутствия ухода.

В ходе работы нами найдены микроареалы  растений-биоиндикаторов в г. Котельники, а именно: Покровский проезд (распространены: клевер, вика), мкр. Белая Дача, д.4 (распространены клевера и спорыш в неугнетенном состоянии), ДК «Белая Дача» (распространены растения семейства бобовых), лес мкр. Белая Дача (распространена герань лесная, подорожник, одуванчик).

С удалением от Дзержинского шоссе происходит закономерное улучшение состояния растения-индикатора СПОРЫШ.

Участки, где растет растение-индикатор КЛЕВЕР, на «БИОТОКС-10М» показали наилучшее совпадение с контролем.

Проведен экологический мониторинг методами биоиндикации, при котором предложены методики изучения окружающей среды и  обеспечена объективная оценка экологических условий среды обитания биологических объектов (растений, животных, микроорганизмов) в городе.

Проведенный мониторинг состояния почвы г.о. Котельники в очередной раз показывает, что почва, а значит, и население города находятся в экологической опасности.

Наши предложения по созданию рекреационной зоны в мкр. Белая Дача нашли отражение в создании новых детских площадок, где малыши и подростки проводят свой досуг.

Стоит отметить, что наши исследования в области экологии поддерживаются и одобряются отделом экологии и природопользования администрации г.о. Котельники.

Можно проводить исследования, доказывать, что мы, люди, сами губим себя, но без поддержки государства и взрослых нас мало кто услышит и прислушается к нам. Нам небезразлично, где мы будем жить и отдыхать.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ экологической обстановки позволяет, обобщая имеющиеся материалы, выделить три основные градации экологической обстановки мкр. Белая Дача.

Зона повышенного загрязнения  включает  территорию леса вдоль МКАД.  Эколого-гигиеническую обстановку в этих районах следует характеризовать как напряженную. Она создается вследствие концентрации мощных автотранспортных выбросов со стороны МКАД, Новорязанского шоссе. Удельный вес вредных выбросов в атмосферу города  составляет около 70%. Ситуацию усугубляют загруженные автомагистрали, слабое озеленение, очевидные архитектурно-планировочные просчеты, следствием которых является отсутствие необходимых санитарных разрывов между жилыми и промышленными зонами, не учет розы ветров в рассеивании вредных примесей. Этот район отличается повышенным уровнем загрязнения, как атмосферы, так и почвы.

Зона удовлетворительной экологической обстановки  находится в районе МОУ КСОШ №3, где формировалась ранняя (старая) застройка города, смыкающемся с  водораздельно-террасовым ландшафтным микрорайоном. Хотя это внепромышленный районы, играющие роль спальных участков города, однако наличие мощных стержневых автомагистралей в сочетании с выровненным рельефом способствует аккумуляции техногенных загрязнений, в этих зонах наблюдается повышенная замусоренность бытовыми отходами. Умеренный техногенный прессинг определяется методами биоиндикации.

Экологически чистая зона располагается в пределах парка. Этот участок города отличается пониженным индексом суммарного загрязнения атмосферы и почвы.

Выполненная гигиеническая оценка и зонирование городского пространства могут быть полезны городской администрации в разработке оптимизационных мер по озеленению городского ландшафта, проектированию элементов санитарного благоустройства и создания рекреационных зон Опыт разработки данной проблемы показал значительную эффективность предлагаемых подходов.

Исследования позволили сделать вывод о достоверных показателях ухудшающейся экологической обстановки в городе Котельники в последние годы.

Автор: Боярчук Александра Дмитриевна

Научный руководитель: Романова Оксана Владимировна

Место выполнения работы: Московская область,
г.о. Котельники, МОУ КСОШ №3

Полный текст работы: http://static.livescience.ru/pochva/pochva.doc