IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение

Актуальность: Любая практическая деятельность человека, связанная с контактом с природой, как правило, как в процессе действия, так и после его, прямо или косвенно воздействует на природный комплекс. Последствия такого воздействия различны.

Учебная военная подготовка, как форма практической деятельности оказывает влияние на окружающую среду.

По литературным данным известно, что объекты подобного типа негативно влияют на окружающую среду. Войсковые стрельбища вносят шумовое загрязнение в окружающую среду, загрязнение почв металлами от снарядов, разрушение плодородного горизонта. Автопарк загрязняет окружающую среду выхлопными газами, в почву могут поступать нефтепродукты, может оказываться механическое влияние на почву, разрушение ее плодородного слоя, происходить проседание почвы и ее уплотнение, нарушение структуры почвы и ее механического состава под тяжелой техникой[9], что в конечном итоге приведет к нарушению растительного покрова и эрозии почвы.

Проблема: Какое влияние оказывает подготовка на учебных военных полигонах на окружающую среду?

Тема: Оценка возможного влияния Курганского пограничного института на окружающую среду прилегающих территорий

Цель: Теоретически обосновать и с помощью физико-химического, биоиндикационного методов выявить возможное влияние КПИ на окружающую среду прилегающей территории.

Задачи:

1. Провести инвентаризацию источников загрязнения

2. Подобрать методику исследования

3. Провести опытно-экспериментальную работу

4. Определить возможное влияние КПИ на окружающую среду

Гипотеза: Учебная военная подготовка, осуществляемая на территории Курганского пограничного института, возможно, оказывает влияние на окружающую среду.

С целью снижения экологических проблем

- необходимо выяснить возможность влияния КПИ на окружающую среду в процессе ее загрязнения;

- разработать методику диагностики изучения состояния объекта (полигона);

- выявить негативное воздействие на окружающую среду прилегающих территорий к КПИ

- осуществить поиск пути снижения отрицательного воздействия учебных полигонов на окружающую среду ;

Объект исследования: территория, прилегающая кКурганскому пограничному институту ФСБ РФ, образованному Распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 октября 2003 года № 1535-р

Инвентаризация: На данной территории КПИ располагается котельная, сырьем для которой является газ. Так же на данной территории находится автопарк.

Методы: Анализ литературы, физические, физико-химические методы, математический метод, метод полиноиндикации.

Значение работы: Результаты исследование можно использовать в организации комплексной программы мониторинга состояния окружающей среды с целью снижения экологической опасности.

Глава 1. Методы исследования

1.  

   1. Методы биоиндикации. Полиноиндикация

Для оценки состояния природной среды территорий, подверженных антропогенному загрязнению, используются различные биоиндикационные методы. Важнейшим источником экологической информации являются рецентные пыльцевые зерна растений вследствие высокой чувствительности мужской генеративной системы растений к неблагоприятным факторам внешней среды. Известно много способов выявления стерильной и фертильной пыльцы (Паушева, 1974 и др.), существует два метода определения. Ацетокарминовая методика дает представление о цитологической полноценности пыльцы, йодная – о жизнеспособности пыльцевого зерна, поскольку крахмал является одним из главнейших запасных веществ зрелой пыльцы. Отметим, что отсутствие или недостаточное количество не только крахмала, но и белков и аминокислот может рассматриваться как фактор стерильности пыльцы[5].

Методика основана на различном прокрашивании спермиев и цитоплазмы клеток пыльцевых зерен (Паушева, 1974). К раз- ряду фертильной относили пыльцу с зернистой, ок- рашенной в темно-розовый цвет цитоплазмой с четко выделяемым более темным ядром вегетативной клет- ки. Стерильная пыльца не окрашивается совершенно или ее внутреннее содержимое окрашивается фрагментарно. Стерильные пыльцевые зерна могут иметь все типичные признаки морфологического строения, т. е. быть нормально развитыми, но могут иметь и морфологические отклонения в строении[7].

1.  

   1. Физико-химические методы мониторинга

Определение кислотно-щелочных свойств почвы. Общие положения. Важной характеристикой почв является кислотность, которая вызывается ионами водорода и алюминия. С реакцией почвенного раствора связаны процессы превращения компонентов минеральной и органической частей почвы: растворение веществ, образование осадков, диссоциация, возникновение и устойчивость комплексных соединений, миграционные процессы органоминеральных соединений. Носителем кислотности могут быть почвенные растворы и почвенные коллоиды. В зависимости от места нахождения ионов водорода и алюминия кислотность делится на два вида: актуальную и потенциальную, которая в свою очередь подразделяется на обменную и гидролитическую. Реакция почвенного раствора определяется концентрацией свободных Н+ и ОН- – ионов и характеризуется величиной рН, которая представляет собой отрицательный десятичный логарифм концентрации катионов водорода. Нейтральную реакцию среды характеризует рН = 7 , кислую – рН < 7, щелочную – рН > 7[2].

Определение содержания элементов минерального питания. Растения, произрастающие в условиях города, требуют для своего роста и развития полный набор питательных элементов, главным поставщиком которых, как известно, является почва. Однако условия могут оказывать отрицательное воздействие на ризосферу, тем самым вызывая гибель растений[4].

Определение подвижных соединений фосфора и калия в почве. Общие понятия. Общее количество фосфора в почвах колеблется от 0,01 до 0,2%. Большая часть органических и минеральных соединений фосфора, находящихся в почве, нерастворима в воде и недоступна для растений. Общее содержание калия в различных почвах колеблется в среднем от 1 до 8% в пересчете на К2О. Количество поглощенного калия составляет от 0,004 до 0,06% (4–60 мг на 100 г), а водорастворимого лишь 0,0001–0,002% (0,1–2 мг на 100 г почвы). Наиболее доступной формой калия являются его водорастворимые соединения и поглощенный (обменный) калий. Поглощенный калий является основным источником калийного питания растения, и содержание его в почве служит показателем степени обеспеченности почвы усвояемым калием. Для определения степени обеспеченности почвы подвижными формами фосфора и калия предложено несколько методов. Выбор метода определяется степенью карбонатности и насыщенности почв основаниями[1].

Определение содержания нитритов с альфа-нафтиламином и сульфаниловой кислотой. Нитраты находятся в почве в виде водорастворимых солей. Они отличаются высокой подвижностью, в связи, с чем содержание их в почве подвержено большим колебаниям. Из пахотных горизонтов почв, особенно песчаных, нитраты могут вымываться атмосферными осадками и поливными водами в более глубокие слои. В образцах почвы с одного и того же варианта опыта, но взятых в различные сроки, содержание нитратов может значительно варьировать.

Метод основан на извлечении нитритов из проб дистиллированной водой и взаимодействии их с альфанафтиламином и сульфаниловой кислотой в кислой среде с образованием азосоединения розово-красного цвета. Реакция специфична для нитритов.[1]

1.  

   1. Химические методы исследования

Гравиметрический метод определения сульфатов. Сущность метода состоит в образовании осадка сернокислого бария при взаимодействии ионов бария и сульфатов.[2]

Определение гумуса почвы по методу И.В. Тюрина. Метод И. В. Тюрина основан на окислении органического вещества почвы хромовой кислотой до образования углекислоты. Количество кислорода, израсходованное на окисление органического углерода, определяют по разности между количеством хромовой кислоты, взятой для окисления, и количеством ее, оставшимся неизрасходованным после окисления. В качестве окислителя применяют 0,4 н. раствор K2Cr2O7 в серной кислоте, предварительно разбавленной водой в соотношении 1:1. Метод дает хорошую сходимость параллельных анализов, быстр, не требует специальной аппаратуры (в связи с чем может быть использован и в экспедиционных условиях) и в настоящее время является общепринятым, особенно при массовых анализах.[8]

Определение содержания свинца в почве атомно-абсорбционным методом. Метод основан на извлечении соединений элемента из почвы (переведении их в раствор), получении окрашенного комплекса свинца с дитизоном (карминово-красного цвета), экстракции его четыреххлористым углеродом и измерении оптической плотности экстракта. Оптимальные условия образования и экстрагирования комплекса pH 8 - 10. Осаждение легко гидролизующихся в щелочной среде ионов (17е(Ш), А1, И(1У)) предотвращается добавлением лимоннокислого аммония. Мешающие влияния большой группы элементов ¿п, Си, №, Со и др.) устраняются в процессе реэкстракции свинца в водный раствор в кислой среде, а также с помощью раствора цианида калия (цианиды образуют прочные комплексы с этими элементами).[6]

Глава 2. Результаты исследования и их обсуждение 2.1. Предпроектное описание объекта

Местом наблюдений и сбора исследуемого материала является территория, прилегающая к учебному учреждению (КПИ). По ее периметру были взяты четыре точки по направлениям: север, юг, восток, запад. А так же две точки по преобладающим ветрам в сторону юго-востока на расстоянии 50 и 100 м. С каждой площадки были взяты цветковые растения: Икотник седоватый (Bertéroa incána), Люцерна серповидная (Medicago falcata), Тысячелистник обыкновенный (Achilléa millefólium), Чистотел большой (Chelidonium majus ), у которых бралась пыльца на анализ, для выявления ее состояния и степени ее деформации. На этих же точках были взяты образцы почв, которые в дальнейшем анализировались а также на данных участках делались замеры шума, с помощью шумомера и проводился подсчет автотранспорта. Полученные результаты позволяли оценить состояние воздушно-наземной окружающей среды на данном участке.

Контрольной территорией сбора исследуемой пыльцы является Звериноголовский район, поселок Искра, недалеко от памятника природы - Чудо-дерева. На территории были выбраны шесть точек по сторонам света: юг, север, восток, запад, а так же две точки по преобладающим ветрам в сторону юго-востока 50 и 100 м. С каждой точки были взяты цветковые растения: Икотник седоватый (Bertéroa incána), Люцерна серповидная (Medicago falcata), Тысячелистник обыкновенный (Achilléa millefólium), Горо́шек мыши́ный (Vícia crácca), Соло́дка (Glycyrrhíza), Чи́на лугова́я (Láthyrus praténsis), До́нник (Melilótus). С которых бралась пыльца на анализ, для выявления окрашенной, неокрашенной, деформированной, разорванной.

Рис. 1. Карта- схема расположения объектов исследования

2.2. Комплексное изучение почвы

Рис.3. Актуальная и обменная кислотности почв, прилегающих к территории КПИ

Полученные результаты показывают, что кислотность почвы на юго-восточной территории (50м от КПИ) нейтральная. На остальных территориях почва щелочная, на восточном и юго-восточном (100м) участке приближена к нейтральной (рис.3).

Рис.4. Содержание фосфора в почвах, прилегающих территорий к КПИ

(мг/100г почвы)

Высокое содержание фосфора наблюдается на восточном участке исследуемой территории (25 мг/100г почвы), а на юго-восточной территории(в 50м от нулевой точки) почвы фосфором средне обогащены (7,5мг/100г почвы). В данных почвах содержится достаточное для развития растений количество фосфора(рис.4).

Рис.5. Содержание азота в почвах, прилегающих к территории КПИ

(мг/100г почвы)

В данных почвах содержание азота очень низкое. Наименьшее содержание азота в почве приходится на восточный участок, (2,2 мг/100г почвы). Максимальное содержание приходится на западный участок, (3,2мг/100г почвы) (Рис.5).

Рис.6. Содержание калия в почвах, прилегающих к территории КПИ (мг/100г почвы)

Высокое содержание калия наблюдается в восточной территории (18мг). Среднее и повышенное содержание калия можно наблюдать на участке юго-восток 50м (10,5мг), юго-восток 100м (11,6мг) и на юге (8,6мг). На остальных участках наблюдается низкое содержание данного элемента. Следовательно, на данных территориях наблюдается нехватка калия у растений (рис. 6).

Рис.7. Содержание сульфатов в почвах, прилегающих к территории КПИ

(мг/100г почвы)

Повышенное содержание сульфатов выявлено в почвах западного и восточного участков (5 мг/100г почвы), что может свидетельствовать о засолении данных почв. На юго-восточной (100м) территории в почве сульфатов содержится меньше чем на остальных точках (1 мг/100г почвы) (рис.7).

Рис.8. Содержание гумуса в почвах, прилегающих к территории КПИ

По результатам анализа можно сделать вывод, что высокое содержание гумуса в почвах юго-востока (на расстоянии 100м) - 4,14%, а недостаточная обеспеченность гумусом наблюдается на юго-восточном направлении (50м) - 0,52% и восточном участке (0,39%) (рис.8).

По сравнению с другими точками, наибольшее содержание свинца в почвах наблюдается на северной и восточной точках (1,7 ммоль/кг). Эти участки располагаются вблизи дорог, этим и можно объяснить большое содержание данного элемента. Минимум содержания свинца, приходится на Западную точку (0,4 ммоль/кг), эта точка значительно удалена от дороги. В целом содержание свинца в почвах находится на допустимом уровне.

По результатам исследования можно сделать вывод о том, что более плодородны почвы в восточной направлении. Так как в них высокое содержание фосфора, калия, достаточное содержание азота, следовательно, растения обеспечены элементами питания в достаточной мере.

Рис.9. Содержание свинца в почвах, на территориях, прилегающих к КПИ

На юго-востоке (100м) участок так же обеспечен химическими элементами, что свидетельствует о том, что данная почва плодородна.

Содержание гумуса в почвах различно, максимальное содержание гумуса в почве приходится на юго-востоке (100м) и на серенном участке. А минимум содержания гумуса выявлено в восточной и западных точках.

Загрязненность почв свинцом незначительное, максимально содержание приходится на восточную и северную точки (1,7ммоль/кг). Минимальное содержание свинца в почве на западной точке и юго-восточной (50м). В целом данные почвы обладают средним плодородием.

2.3. Инструментальное изучение загрязнителей окружающей среды

Рис.10. Уровень шума на территории, прилегающей к КПИ

По результатам исследования выявлено то, что максимальный уровень шума приходится на северную территорию, это может быть связано с тем, что там пролегает трасса, шоссе Тюнина, что увеличивает загрязнение территории шумами. Не значительное загрязнение шумом приходится на юго-восток (50 и 100 м), эти территории удалены от трассы, следовательно, данные территории мало загрязнены шумами (рис. 10).

Рис.11. Общий поток автотранспорта за год

На юго-восточном участке (50м) наблюдается слабый поток проезжающих автомобилей за год (245280 автомобилей/год), а так как данная точка удалена от шоссе Тюнина на 50м, значит, на данной территории будут низкие показатели загрязнения окружающей среды.

На северном участке больше количество проезжающих автомобилей за год в два раза (4853040 автомобилей/год), а так как данная точка располагается вблизи шоссе Тюнина, следовательно, на данном участке, из-за близости шоссе, автомобильные выбросы будут являться основным источником загрязнения (рис.11).

Рис.12. Количество выбросов CO, CH, NO2, SO2, за год

В целом, максимум выбросов приходится на северную точку, так как вблизи проходит шоссе Тюнина, а следовательно около этого участка будет большой поток машин и большее количество загрязняющих веществ. Кроме того, из-за интенсивного потока автотранспорта увеличивается загрязнение территории шумами, что так же повышает нагрузку на данную территорию. В целом, можно сделать вывод, что на северной точке автотранспорт основной загрязняющий фактор (рис.12).

Минимум загрязняющих веществ, приходится на юго-восток( 50 и 100 м), так как данные точки располагаются далеко от шоссе и количество автотранспорта там невысокое. В связи с небольшим количеством автотранспорта, на данных территориях, уровень шума является невысоким(рис.12).

2.4. Изучение состояния атмосферного воздуха по пыльце

Рис. 13. Состояние пыльцевых зерен

На окружающую среду, прилегающую к территории КПИ, оказывается высокая антропогенная нагрузка. Максимум воздействия выявлено на юго-восточной территории(100 м), восточной, западной точке. На этих территориях выявлено большое количество деформированной и нежизнеспособной пыльцы у исследуемых растений. Более низкое воздействие испытывают юго-восток (50 м), северная точка и минимум приходится на южную точку от территории КПИ (рис.13).

Из выявленного следует, что на территорию, прилегающую к КПИ, оказывается негативное воздействие, влияющие на окружающую среду и разрушающее растительные сообщества.

Проведенное исследование позволяет судить о том, что на исследуемую территорию оказывает значительное влияние группы факторов, имеющих антропогенную природу. Трудно выявить из группы объектов наиболее интенсивно действующий фактор и долю объекта (фактора), который бы был вызван образовательной деятельностью КПИ.

Рис.14. Оценка состояния окружающей среды Чудо-дерево

Наибольшая антропогенная нагрузка на контрольной территории приходится на западный участок территории, так как он находится вблизи дороги, где проезжает автотранспорт, следовательно, там будет больше нежизнеспособной пыльцы. Минимальное воздействие приходится на восточную, северную, южную территории, а значит жизнеспособной пыльцы больше. В целом на данной территории антропогенное воздействие выражено слабо, следовательно, контрольная точка выбрана удачно (рис.14).

В целом, сравнивая две территории можно сделать вывод о том, что территории находящиеся в Звериноголовском районе менее подвержены антропогенному воздействию со стороны частного сектора, автомобильных дорог, а значит будут более чистой и нежизнеспособной пыльцы будет меньше. На территорию, расположенную около КПИ будут воздействовать разные антропогенные факторы: частный сектор, автомобили, следовательно, нежизнеспособной пыльцы будет больше, так как все загрязнители будут оседать на растениях.

Заключение

Почвы на изучаемых территориях обогащены различными химическими элементами, которые поступают в растения, позволяя им нормально развиваться. Но данные почвы обладают невысоким запасом гумуса.

Физическое и химическое загрязнение на окружающую среду, происходит не равномерно, зависит от количества автотранспорта.

Наиболее загрязненной является северная территория из-за близкого расположения шоссе Тюнина, а значит, автотранспорт будет являться лимитирующим фактором.

Рассматривая загрязнение атмосферного воздуха по пыльце наблюдаем, что максимум воздействия приходится на территории юго-востока 100 м, восточной, западной точке. На этих территориях большой процент деформированной и нежизнеспособной пыльцы. Из этого следует, что на данную территорию, прилегающую к КПИ, происходит негативное воздействие, влияющие на окружающую среду и разрушающую растительные сообщества. Данное воздействие прослеживается в сравнении с контрольной территорией, на которую воздействие приходится минимальное.

На данных территориях, где проводились замеры, выявлено, что КПИ является не основным загрязнителем окружающей среды и незначительно влияет на плодородие почв и жизнеспособность пыльцы. Следовательно, основная нагрузка на данной территории со стороны антропогенного воздействия вызванного деятельностью частного сектора.

Для снижения отрицательного воздействия учебных полигонов на окружающую среду необходимо проводить испытания, обучение, где устойчивый биоценоз к негативным воздействиям и может в короткие сроки восстановиться. Испытывать тяжелую технику в местах, где грунтовые воды залегают глубоко, воизбежания попадания в воды нефтепродуктов, тяжелых металлов и других загрязняющих веществ. Проводить испытания, обучение на значительном удалении от населенных пунктов, в целях предотвращения негативного влияния на человека и снизить уровень шума и загрязнение нефтепродуктами. Модернизировать физико-химические и биотехнические методы очистки воды и грунта. Более основательно подходить к вопросам в области экологического обеспечения процессов утилизации вооружения и военной техники.

Список литературы

1. Беляев А.Б. Физико-химический анализ почв. Методические указания по определения элементов питания: азота, фосфора, калия в почве ( для студентов 3 курса почвенного отделения). Состовитель доц. Беляев А. Б. – Воронеж 2000. – 20 с.

2. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф. Практикум по почвоведению/ Учебное пособие для ВУЗов под редакцией доктора биологических наук, профессора Н.Ф. Ганжары. — М.: Агроконсалт, 2002. — 280 с. — ISBN 5-94325-023-9.

3. Дзюба О. Ф. Палиноиндикация качества окружающей среды. СПб., 2006. 198с.

4. Коробкин В.И. Экология. Учебник для вузов / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. Изд. 10-е. – Ростов н/Д: Феникс, 2006. – 576 с.

5. Лазарева О.В., Лаврова Н.Б. Методические аспекты анализа функциональных особенностей пыльцы в целях палиноиндикации. Вып.15. Петрозаводский карельский научный центр Ран, 2012>

6. Минев В. Г., Сычев В. Г. Практикум по агрохимии: Учеб. пособ. – 2-е изд., перераб. и доп./ Под ред. академика РАСХН В. Г. Минева. – М.: Изд-во МГУ, 2001. -689 с. – ISBN5-211-04265-4

7. Паушева З. П. Практикум по цитологии растений. М., 1974. 237 с.;

8. Федорец Н. Г., Медведева М. В. Методика исследования почв урбанизированных территорий (учебно-методическое пособие для студентов и аспирантов эколого-биологических специальностей) Петрозаводск 2009, 85с.

9. Экология. Военная экология: Учебник для высших учебных заведений Министерства обороны Российской Федерации / Под общ. Ред. В. И. Исакова – Изд. 2, перераб. и доп. – М. – Смоленск: ИД Камертон – Маджента, 2006, -724 с.

Аннотация

Данный проект посвящен рассмотрению возможного влияния учебной военной подготовки, осуществляемой в процессе обучения на территории Курганского пограничного института, на состояние окружающей среды прилегающей к нему территории. Оценка влияния приводится методом биоиндикации по реакции пыльцы высших растений, а так же физико-химическими методами анализ почвы на данной территории.

This project is devoted to consideration of the possible impact of training military training undertaken in the process of learning in the territory of the Kurgan border Institute on the environment surrounding territory. The assessment of impact is given by the method of bioindication by the reaction of the pollen of higher plants, as well as physico-chemical analysis methods of soil in this territory.

15

Код для цитирования: Скопировать