Влияние загрязнения окружающей среды выбросами автотранспорта на содержание страусов в зоопарке «Затерянный мир»
творческая работа учащихся по теме

Управление образования и молодежной политики

 Арзамасского района Нижегородской области

МОУ Новоселковская средняя общеобразовательная школа

 На конкурс исследовательских работ

Исследовательская работа

Влияние загрязнения окружающей среды выбросами автотранспорта на содержание страусов в зоопарке «Затерянный мир»

Выполнили:

ученик 7 класса Солдатов Владислав

ученик 7 класса Евстигнеев Владислав

Руководитель:

учитель географии, I квалификационной категории Солдатова Нина Николаевна

Адрес:

607264

Нижегородская область

Арзамасский район

д. Бебяево

МОУ Новоселковская СОШ

т: 8(83147)55–2–91

2012 год

Введение

Возрастание антропогенного воздействия на окружающую среду выдвигает ряд проблем, связанных с установлением характера влияния загрязняющих веществ на окружающую среду. Во многих исследованиях описаны количественные связи между концентрациями различных загрязняющих веществ в окружающей среде и его влияние на рост и развитие растений, животных, здоровье человека (Гудков и др. 2003 год), то есть отклонения в их развитии.

Основным загрязняющими веществами являются выбросы  автотранспортными средствами: оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, соединения серы, сажа, соединения свинца, формальдегиды, бенз(а)пирен и др.

Недалеко от нашей деревни Бебяево проходит автомобильная трасса федерального значения Нижний Новгород – Саранск, по которой движется огромное количество разнообразных машин. В 10 метрах от дороги расположен завод Декор-1, на котором работает большая часть населения нашей деревни.

На территории завода находится небольшой зоологический парк, в котором содержатся различные виды животных. Мы предположили, что данная ситуация повлияет на животных зоопарка. Нас заинтересовал вопрос, как влияет автотранспортный поток машин, выделяющий огромное количество различных токсичных веществ на развитие и рост растений и животных.

Целью нашей работы явилась оценка степени загрязнения территории завода и обитателей зоопарка продуктами сгорания автомобильного топлива.

Согласно поставленной цели были реализованы  следующие задачи:

1. Определить нагрузку автотранспорта на автодорогу Нижний Новгород- Саранск возле завода Декор-1.
2. Определить загрязнения выбросами автотранспорта воздушной среды территории завода, где расположен зоопарк
3. Выявить влияние загрязняющих веществ автотранспорта на жизнь растений и животных зоологического парка.
4. Довести полученные результаты до администрации завода.

1. Обзор литературы

                                               Ксантория настенная

Ксантория настенная (лат. Xanthoria parietina) — лишайник семейства Teloschistaceae, вид рода Ксантория.

Таллом более 3 см диаметром. Он представляет собой совокупность правильных оранжево-жёлтых розеток, состоящих из относительно крупных, округлых по краям лопастей, похожих на плодовое тело гриба.

В центре таллома находятся многочисленные апотеции, которые обычно окрашены более ярко.

Характерный цвет придаёт лишайнику особое вещество — париетин, которое в виде кристаллов покрывает гифы корового слоя.

При слабом освещении он полностью теряет оранжевый цвет и становится серовато-зеленоватым.

                Лишайник растёт на различных субстратах (коре деревьев, обработанной древесине, скалах, камнях и т. д.). Он устойчив к загрязненности воздуха, по-

этому может встречаться в городах.

Африканский страус

             Африканский страус — самая крупная из современных птиц: его рост достигает 300 см, масса до 220 кг. Страус имеет плотное телосложение, длинную шею и небольшую уплощённую голову. Клюв прямой, плоский, с роговым «когтем» на надклювье, довольно мягкий. Глаза большие — самые крупные среди наземных животных, с густыми ресницами на верхнем веке. Каждый глаз размером с мозг. Ротовая щель доходит до глаз.

Страусы — нелетающие птицы. Для них характерно полное отсутствие киля и слаборазвитая грудная мускулатура; скелет не пневматичен, за исключением бедренных костей. Крылья у страусов недоразвитые; два пальца на них заканчиваются когтями, или шпорами. Задние конечности длинные и сильные, всего с двумя пальцами. Один из пальцев заканчивается подобием рогового копыта — на него птица опирается при беге.

Оперение у страуса рыхлое и курчавое. Перья растут по всему телу более-менее равномерно. Строение пера примитивное: бородки почти не сцеплены друг с другом, поэтому плотных пластинок-опахал не образуется. Не оперены голова, шея и бёдра. На груди также имеется голый участок кожи, грудная мозоль, на которую страус опирается, когда ложится. Цвет оперения у взрослого самца чёрный; перья хвоста и крыльев белые. Самка страуса мельче самца и окрашена однообразно — в серовато-бурые тона; перья крыльев и хвоста — белые.

Обычной пищей страусов являются растения — побеги, цветы, семена, плоды, но при случае они поедают и мелких животных — насекомых (саранчу), рептилий, грызунов и остатки от трапез хищников. Молодые птицы питаются только животной пищей. В неволе страусу требуется около 3,5 кг пищи в день.

Красивые маховые и рулевые перья страусов издавна пользовались спросом — из них делали опахала, веера и плюмажи головных уборов. Прочная скорлупа страусиных яиц использовалась африканскими племенами, как сосуды для воды, а в Европе из этих яиц делали красивые кубки.

Из-за перьев, которые шли на украшение дамских шляп и на веера, страусов почти истребили в XVIII — начале XIX вв. Если бы в середине XIX в. страусов не стали разводить на фермах, то они к настоящему времени, возможно, были бы уже полностью истреблены.

2. Материалы и методы исследования

       Для оценки величин выбросов загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортными потоками на магистрали Нижний Новгород — Саранск, 124й км использовалась программа «Автомагистраль-город», разработанная НПО «Логус».

Программа «Автомагистраль-город» предназначена для расчета величин выбросов загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортными потоками на городских магистралях.

       Алгоритмы расчетов основаны на математическом аппарате и нормативных материалах, заложенных в "Методике определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов", Санкт-Петербург, 1999 г.

Почему была взята  программа «Автомагистраль – город»?

Около территории завода проходит железнодорожная узкоколейная ветка, по которой ездит мотовоз. Он везет из шахты гипс. За сутки он проезжает около 24 раз автодорогу с гипсовой рудой на тележках, которые вместе с мотовозом составляют свыше 100 метров. Поэтому весь поток машин, идущих по автодороге задерживается у данного светофора на 5-7 минут. В результате чего скапливается до 50 машин по обе стороны от светофора практически у проходной завода. Поэтому данная программа соответствует нашей ситуации, сравнимая с городской. В течении дня к заводу подъезжают десятки  большегрузных автомобилей, которые грузятся продукцией гипсового завода.

Учитываемыми веществами в выбросах являются оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, соединения серы, сажа (для дизельных двигателей), соединения свинца (для бензиновых двигателей в случае использования этилированного бензина), формальдегид и бенз(а)пирен.

В качестве исходных данных для расчета выбросов автотранспорта в атмосферу используются результаты натурных обследований структуры и интенсивности автотранспортных потоков с подразделением по основным категориям автотранспортных средств. Представлены следующие категории автотранспортных средств: легковые автомобили с бензиновым двигателем, легковые автомобили с дизельным двигателем, грузовые карбюраторные автомобили грузоподъемностью до 3 тонн (в том числе работающие на сжиженном нефтяном газе) и микроавтобусы, грузовые карбюраторные автомобили с грузоподъемностью более 3 тонн (в том числе работающие на сжиженном нефтяном газе), грузовые дизельные автомобили, грузовые газобалонные автомобили, работающие на сжатом природном газе, автобусы карбюраторные, автобусы дизельные.

Программа «Автомагистраль – город» оснащена справочной системой баз данных, в которых для каждой категории автотранспорта заложены усредненные удельные значения показателей выбросов, отражающих основные закономерности их изменения при реальном характере автотранспортного движения в городских условиях.

Расчетные формулы приведены в Приложении 1.

Качество атмосферного воздуха определяли с использованием популяционного лихеноиндикационного подхода (Гелашвили и др., 2007). Лихеноиндикационный мониторинг степени загрязненности атмосферного воздуха с использованием популяционного подхода основан на изучении плотности и возрастной структуры популяции устойчивого к загрязнению лишайника Xanthoria parietina (L.) Th Fr. (Суетина, 2006).

        В каждом из пунктов исследования оценку обилия лишайников и их онтогенетических состояний проводили на деревьях дуба черешчатого (Quercus robur). Деревья выбирали одноствольные, отдельно стоящие, без наклона ствола и механических повреждений коры. На каждом дереве дуба на высоте от 1,3 до 1,8 м подсчитывали число слоевищ и онтогенетические состояния Xanthoria parietina (Гелашвили и др., 2007). Выбор обусловлен широким распространением этого лишайника, легкой идентификацией   слоевищ   по   желто-оранжевой   окраске   и   четким выделением их границ.

      Онтогенетические состояния определяли по качественным анатомо-морфологическим признакам (рис.1, Приложение 2) (Суетина, 2006).

3. Результаты и их обсуждение

3.1. Оценка интенсивности автотранспортного потока на магистрали Нижний Новгород — Саранск

     Для оценки величин выбросов загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортными потоками, на магистрали Нижний Новгород - Саранск был проведен количественный подсчет автотранспорта в зимний и летний периоды 2010 года. На основании ранее полученных исследований, были получены итоговые результаты, представленные в таблицах 2 и 3. Из таблиц 2 и 3 видно, что суммарное количество автотранспорта, проходившего в течение одних суток по магистрали Нижний Новгород -Саранск в будни составляет 3881 единиц в зимний период и 8115 в летний. В выходные дни прослеживается та же зависимость: 5166 зимой и 9698 летом. Следовательно, в будни интенсивность автотранспортного потока на 48 % больше в летний период, по сравнению с зимним. В выходные дни интенсивность транспортного потока летом больше на 53 %, чем зимой.

Среднее количество единиц транспорта, проходившего в течение одних суток по магистрали Нижний Новгород - Саранск, составляет 4524 в зимний период и 8907 в летний. Таким образом, интенсивность автотранспортного потока в летний период на 50 % больше, чем в зимний.

3.2. Оценка величин выбросов загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортными потоками на магистрали Нижний Новгород — Саранск, 124й км

С помощью программы «Автомагистраль-город» провели оценку величин выбросов загрязняющих веществ автотранспортом на магистрали Нижний Новгород — Саранск. Для этого был проведен количественный анализ транспортной нагрузки на автотрассу Нижний Новгород — Саранск в зимний и летний периоды 2010 года. Оценку выбросов подсчитывали отдельно в будний и выходной дни, так как интенсивность транспортного потока в эти дни различна. Результаты этой оценки представлены в таблицах 2,3.

Ниже приведены усредненные данные величин выбросов в зимний и летний периоды (табл. 4, 5). Из этих таблиц видно, что величины выбросов оксида углерода, оксида и диоксида азота, бензина и метана в летний период почти в два раза выше, чем в зимний. Величины выбросов остальных загрязняющих веществ: керосина, сажи, оксида серы, формальдегида и бенз(а)пирена также больше в летний период по сравнению с зимним. Это объясняется гораздо большей интенсивностью транспортного потока в летнее время.

Наибольшую величину выбросов составляет оксид углерода (табл. 4, 5). Вторыми по величине являются выбросы бензина и диоксида азота. Кроме того, существенными являются выбросы керосина, оксида азота и оксида серы. Выбросы бенз(а)пирена почти нулевые. Также незначительны выбросы формальдегида, метана и сажи. 

3.3. Определение качества атмосферного воздуха с использованием

популяционного лихеноиндикационного подхода

Исследования  проводили  в  местах,   находящихся  на  значительном удалении от автомагистрали Нижний Новгород - Саранск и в местах с высокой интенсивностью автотранспортной нагрузки.

                Места, находящиеся на значительном удалении от автомагистрали:

1. — на расстоянии 4700 м от автомагистрали Нижний Новгород – Саранск (опушка леса);
2. — на расстоянии 7200 м от автомагистрали Нижний Новгород – Саранск (лесной массив);

Места с высокой интенсивностью автотранспорта:

3. — 10 м от автомагистрали Нижний Новгород — Саранск;
4. — 200 м от автомагистрали Нижний Новгород — Саранск;

— 1000  м от автомагистрали Нижний Новгород — Саранск.

Таблица 2

Количественный анализ транспортной нагрузки

на автотрассу Нижний Новгород – Саранск

 (124й км), зима 2010

Таблица 3

Количественный анализ транспортной нагрузки на автотрассу

Нижний Новгород - Саранск (124й км), лето 2010

Таблица 4

Оценка величин выбросов загрязняющих веществ автотранспортными потоками на магистрали Нижний Новгород — Саранск (зима 2010)

Таблица 5

Оценка величин выбросов загрязняющих веществ автотранспортными потоками на магистрали Нижний Новгород — Саранск

(лето, 2010)

Пробная площадь № 1

Рис. 2. Возрастные спектры популяции X. Parietina, находящиеся на расстоянии 4700 м от автомагистрали Нижний Новгород — Саранск: im — имматурное; vl — виргинильное 1; v2 — виргинильное 2; gl — молодое генеративное; g2 — средневозрастное генеративное; g3 — старое генеративное; ss — субсенильное состояние

Пробная площадь № 2

Рис. 3. Возрастные спектры популяции X. Parietina, находящиеся на расстоянии 7200 м от автомагистрали Нижний Новгород - Саранск: im — имматурное; vl — виргинильное 1; v2 — виргинильное 2; gl — молодое генеративное; g2 — средневозрастное генеративное; g3 — старое генеративное; ss — субсенильное состояние

Пробная площадь № 3

Рис. 4. Возрастные спектры популяции X. parietina на 10 м автомагистрали Нижний

Новгород - Саранск: im — имматурное; vl — виргинильное 1; v2 — виргинильное 2;

gl — молодое генеративное; g2 — средневозрастное генеративное; g3 — старое

генеративное; ss — субсенильное состояние 

Пробная площадь № 4

Рис. 5. Возрастные спектры популяции X. parietina на 200 км автомагистрали Нижний

Новгород - Саранск: im — имматурное; vl — виргинильное 1; v2 — виргинильное 2;

gl — молодое генеративное; g2 — средневозрастное генеративное; g3 — старое

генеративное; ss — субсенильное состояние

Результаты исследований приведены в приложении. Для каждой пробной площади были построены возрастные спектры популяции Х. Parietina (рис. 2, 3, 4, 5, 6) В местах, находящихся на значительном удалении от автомагистрали Нижний Новгород — Саранск (рис. 2, 3) наблюдается распределение с максимумами на имматурной и виргинильных (V1, V2) группах прегенеративного периода. Реже встречаются особи средневозрастного генеративного состояния (рис. 2, 3) и особи старого генеративного состояния (рис. 3), еще реже наблюдаются особи молодого генеративного, субсенильного (рис. 2, 3) и старого генеративного состояния (рис. 2).

Рисунки 4 и 5 очень похожи по характеру распределения возрастных спектров и отличаются лишь процентным вкладом возрастных групп.

В местах с высокой интенсивностью автотранспорта (рис. 4, 5) наблюдается максимум на виргинильных группах. Крайне редко встречаются особи молодого генеративного и средневозрастного генеративного периодов, практически отсутствуют особи имматурного, а также старого генеративного и субсенильного онтогенетических состояний.

Значительная доля особей v2 группы и низкая доля gi группы свидетельствует о задержке развития, проявляющейся в замедлении формирования генеративных органов (рис.3, 4, 5).

Как видно из рис. 6, максимумы наблюдаются на виргинильных и молодом генеративном состояниях, реже встречаются особи имматурного и средневозрастного генеративного состояний и очень редко встречаются особи старого генеративного и субсенильного онтогенетических состояний. В местах с высокой интенсивностью автотранспорта крайне редко встречаются имматурные особи и особи старого генеративного онтогенетического сосояния (рис. 4, 5). При анализе возрастных спектров наблюдается сдвиг в сторону «молодых» (с точки зрения биологического возраста) талломов, что характерно для зон с повышенной токсической нагрузкой. Наиболее вероятной причиной таких изменений может быть снижение темпов роста и развития талломов под действием поллютантов (Суетина, 2001).

Сравнительный    анализ    позволяет    сделать    вывод,    что    пробные площадки № 1 и 2 соответствуют природному местообитанию (рис. 2, 3), пробные площади № 3 и 4 соответствуют зоне сильного загрязнения (рис. 4, 5), а пробная площадь № 5 — зоне умеренного загрязнения (рис. 6). Интересно, что не только при сильном загрязнении (рис. 2, 3), но и в условиях затенения в лесных экосистемах (рис. 1, 2) также являющихся стрессовыми для светолюбивого вида X. Parietina, наблюдается максимум на группе особей прегенеративного периода.

Под влиянием антропогенных факторов отмечены наибольшие нарушения: элиминация возрастных групп постгенеративного и, частично, генеративного периодов (рис. 4, 5) (Суетина, 2006). Таким образом, жизненное состояние X. Parietina выше в природных местообитаниях.

Как видно из приложения, средняя плотность популяции наименьшая в зонах сильно загрязненных местообитаний — 5,45 и 5,85; в зоне умеренного загрязнения она равна 6,85, а в зонах природных местообитаний плотность популяции достигает 7,4 и 7,7 соответственно. Таким образом, можно сделать вывод, что при движении к наиболее загрязненным местообитаниям, происходит уменьшение плотности популяции.

Сопоставив исследования плотности популяции X. Parietina и интенсивность выбросов от автотранспорта на магистрали Нижний Новгород — Саранск, получаем данные, представленные в таблице 6. Из таблицы 6 делаем вывод, что пробные площадки № 3, 4 и 5, находящиеся на разных километрах автотрассы Нижний Новгород — Саранск, испытывают сильное техногенное воздействие, по сравнению с пробными площадками № 1 и 2, находящимися в природных местообитаниях.

Обнаружив сильное техногенное воздействие автотранспорта на воздушную среду территории завода мы решили проследить за жизнью обитателей зоопарка. Особенно нас заинтересовали красивы грациозные животные – страусы

Мы в течении 2х лет наблюдали за состоянием страусов, так как данный вид животных обитает в сухих безлесных пространствах Африки, где практически нет антропогенного загрязнения. Во время наблюдения за страусами мы выявили  следующие:

1. Страусы отстают  в росте. Имея  2, 5 года они имели рост (наблюдали за 2 самцами и 3 самочками): самцы – 2.1 м., самки 1.7 м при норме  до 3 метров.

2. Цвет оперения у самцов серовато-черный  ( в норме должен быть черным), у самок серовато-грязноватый ( в норме должен быть серый). Перья крыльев и хвоста имели грязно-белый цвет ( в норме – беловатый)

3.  Самки не несли яйца.

Страусы получают хорошее питание. Меню разнообразное. В него входят:

1) Посыпка из пшеницы, овса, ячменя (замачивается предварительно на отварах трав)

2) Капуста, морковь.

3) Свежескошенная трава летом, сухая – зимой.

4) Макро и микро добавки и многое другое

По всей видимости, на страусов влияют загрязнения, выделяющиеся автомобильным  транспортом.

Выводы

1. Очень высокая нагрузка автотранспорта на автодорогу Нижний Новгород- Саранск на 124 км. (Около завода Декор – 1).

2. Воздушное пространство около территории завода испытывает сильное техногенное воздействие

3. У страусов нарушен рост и развитие в связи с загрязненной воздушной средой.

4. Результаты наших исследований доведены до администрации завода.

Нами были предложены администрации завода следующие мероприятия:

1. вывести всех животных зоопарка в зону наименьшего техногенного воздействия на площадку № 1, в 4000 м. от трассы (опушка леса)
2. вдоль трассы со стороны завода высадить зеленые насаждения, для защиты от загрязняющих веществ, выделяющих автомобильным транспортом.

Администрацией завода построена новая площадка под зоопарк в районе лесного массива, куда уже часть животных переведена, в том числе и наши любимые страусы. Строительство продолжается, планируется всех животных перевести в новый зоопарк в 2012 году.

После того, как страусов перевели в новый зоопарк, они усиленно росли, набрали свой рост и вес, оперения стали красивыми, перо не выпадает, снесли 8 яиц.

Наблюдения  продолжаются.

Литература

1. Гелашвили Д.Б., Копосов Е.В., Лаптев Л.А. Экология Нижнего Новгорода: Монография. — Нижний Новгород: Типография «Деловая Полиграфия», 2007. — 532 с.

2. Гудков А.В., Багрянцев В.Н. и др. Микроэлементы в организме детей и окружающей среде, 2003.

Режим доступа: http: // www.fegi.ru/ecology/vlad_sit/sit_micro.htm

3. Суетина Ю.Г. Онтогенез и структура популяции Xanthoria parietina (L.) Th. Fr. в различных экологических условиях / Ю.Г. Суетина // Экология, 2001. — № 3. — С. 203 — 208.

4. Суетина Ю.Г. Популяционный подход в лихеноиндикации / Ю.Г. Суетина // Экол. Мониторинг. Методы биологического и физико-химического мониторинга. Ч. 6: Учебное пос. Н.Новгород: ННГУ, 2006. — С. 274 — 306.

Таблица 6

Результаты исследований плотности популяции Xanthoria Parietina и интенсивности выбросов от автотранспорта на магистрали Нижний Новгород - Саранск

Пробная площадь № 5

Рис. 6. Возрастные спектры популяции X. parietina на 1000 м автомагистрали Нижний

Новгород - Саранск: im — имматурное; vl — виргинильное 1; v2 — виргинильное 2;

gl — молодое генеративное;   g2 — средневозрастное генеративное; g3 — старое генеративное; ss — субсенильное состояние

Расчетные формулы величин выбросов загрязняющих веществ

в атмосферу автотранспортными потоками

Ml(i) = Mll(i) + M12(i)

Mll(i) = (L-L(ochl))/3600 * SUM(Mk(i) * Gkl * rvkl), r/c

M12(i) = (L-L(och2))/3600 * SUM(Mk(i) * Gk2 * rvk2), r/c

Ql(i) - Ml(i) * 3600 * 24 * 365 / 1000000, тонн/год

где :

Ml(i) - выброс 1-го загрязняющего вещества на магистрали при непрерывном движении транспортного потока, г/с

Ml 1(i) - выброс 1-го загрязняющего вещества на магистрали движущимся автотранспортом по правому направлению движения, г/с

M12(i) - выброс 1-го загрязняющего вещества на магистрали движущимся автотранспортом по левому направлению движения, г/с

Ql(i) - валовый  выброс 1-го загрязняющего вещества, полученный пересчетом выброса г/с в тонн/год

Mk(i) - пробеговый выброс 1-го загрязняющего вещества автотранспортом k-й группы для городских условий эксплуатации, г/км

Gkl,Gk2 - интенсивность движения автотранспорта k-й группы по правому и левому направлениям движения, 1/час

rvkl, vk2 - поправочные коэффициенты, учитывающие среднюю скорость движения транспортного потока на правом и левом направлении

L - протяженность участка магистрали, км

L(ochl)   -   протяженность   очереди   автотранспорта   перед   светофором правого перекрестка, км

L(och2) - протяженность очереди автотранспорта перед светофором левого перекрестка, км

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Таблица 1

Онтогенетические состояния Xanthoria parietina и их маркирующие признаки (Суетина, 2006)