Комплексное изучение загрязнения атмосферного воздуха около некоторых школ г. Сарова

Сальникова Елена

Руководитель Кузнецова В.Ф.

Саров, 2000 г.

 Введение

Загрязнение атмосферного воздуха как составной части окружающей среды является одной из важнейших экологических проблем настоящего времени. В Российской Федерации 2/3 населения вынуждены жить в районах, где загрязнение воздуха вредными веществами превышает предельно допустимые нормы [1]. По данным Госкомстата Российской Федерации по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу Нижний Новгород включён в список городов России, где наблюдается максимальные уровни выпадения некоторых загрязняющих веществ наряду с такими промышленными центрами, как Москва, Самара, Тольятти, Уфа, Нижний Тагил и др. [2].

Состояние атмосферного воздуха в Сарове значительно лучше по сравнению с областью. В 1996 году на каждого жителя Нижегородской области приходилось 71 кг загрязняющих веществ, попадающих с выбросами в атмосферу. В городе Сарове этот показатель равен 17 кг.

Однако и в нашем городе существуют экологические проблемы, связанные с загрязнением воздушного бассейна. Одним из главных источников загрязнения воздуха в ЗАТО г. Саров является автотранспорт. На 84 тыс. жителей города приходится 27,5 тыс. единиц автотранспорта [3].

Многие школы города Сарова расположены около автомобильных дорог, тем самым, попадая в зону воздействия выхлопных газов, которые оказывают негативное влияние на окружающую среду и здоровье человека. Поэтому, целью нашей работы является комплексное изучение загрязнения атмосферного воздуха около некоторых школ города Сарова.

Задачи исследования:

• Изучить интенсивность движения автотранспорта около школ города;
• Определить загрязнение снежного покрова на водородный показатель;
• Определить загрязнение воздуха с помощью показателя – индекса полеотолерантности методом лихеноиндикации.

1. Литературный обзор

1.1. Загрязнение окружающей среды в Российской Федерации

Состояние окружающей среды в Российской Федерации (РФ) далеко неблагополучное. Сегодня 15 % территории России официально считаются зоной экологической катастрофы. Одна из основных экологических проблем настоящего времени – загрязнение атмосферного воздуха [1].

Из естественных и антропогенных источников в атмосферу ежегодно поступают сотни миллионов тонн аэрозолей. К естественным источникам относятся пыльные бури, вулканические извержения, лесные пожары. Не меньшую опасность для атмосферы и биосферы представляют аэрозоли антропогенного происхождения, образующиеся при сжигании топлива, либо содержащихся в промышленных выбросах. Минеральный состав аэрозолей разнообразен: оксиды железа и свинца, силикаты, сажа. В выбрасываемых в атмосферу аэрозолях присутствуют также хлор, бром, ртуть, фтор и др. элементы и соединения, опасные для здоровья человека [4].

Качество воздуха, наряду с качеством и количеством воды и продуктов питания, являются самыми важными для здоровья человека. Чтобы содержание загрязняющих веществ в окружающей среде не вело к повышению заболеваемости, оно не должно превышать ПДК – норматива, устанавливаемого в законодательном порядке санитарными правилами. ПДК – предельно допустимая концентрация различных видов загрязнителей в воздухе, воде или почве, превышение которой оказывает вредное воздействие на человека, растения и животных [5].

В последние годы в РФ наблюдается  изменение антропогенной нагрузки на окружающую среду, связанное в основном со спадом промышленного производства и сокращением производственных инвестиций и государственных капитальных вложений в природоохранную деятельность.

В целом по РФ объёмы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников и сброса загрязнённых сточных вод в 1991-96 гг. снижаются из года в год [6]. В эти годы наблюдается снижение концентрации в воздухе взвешенных веществ, растворимых сульфитов, аммиака, бенз(а)пирена, сажи, H₂S вследствие спада производства и закрытия производства. При этом возросли средние концентрации No₂, CO, сероуглерода, фенола, что связано с неритмичностью работы предприятий. Несмотря на наблюдающееся снижение выбросов некоторых токсических веществ в РФ в последние годы, в условиях повышения уровня загрязнения воздуха проживает 10 млн. человек. Особую опасность представляет свинец, соединения которого используют в качестве антидетонационных присадок к бензину [6].

При сжигании 1 л бензина в воздух попадают 200-400 мг Pb, в течение года 1 автомобиль выбрасывает около 1 кг этого металла [7].

В городах с интенсивным движением автотранспорта содержание Pb в атмосферном воздухе достигает 6 мкг/м³ [6].

Загрязняет атмосферный воздух также пыль, которая  поднимается с проезжей части магистрали при работе городского транспорта. Пыль обогащена не только Pb, но Zn, Cd засчет стирания шин [7].

В каждом см³ городского воздуха содержится до 100 тыс. мельчайших частиц, большинство из которых опасны для нашего здоровья. В одних только выхлопах автомобильных двигателей содержится несколько сотен компонентов, значительная часть которых способна вызвать различные заболевания, вплоть до рака легких. В сельской местности содержание вредных веществ в воздухе в десятки раз меньше [5].

1.2. Состояние атмосферного воздуха по Нижегородской области и Сарову.

По данным Государственного доклада “О состоянии окружающей природной среды в РФ в 1996 году” суммарный выброс вредных веществ в атмосферу по Нижегородской области от стационарных источников составил 235,9 тыс. т., в том числе твёрдых 14,7 тыс. т. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы составляют отрасли электроэнергетики, нефтеперерабатывающей промышленности, машиностроения [6].

В Сарове насчитывается 139 предприятий, имеющих стационарные источники выбросов и 27,5 тыс. автотранспорта. Суммарный валовый выброс в 1996 г. вредных химических веществ промышленными предприятиями и автотранспортом по городу составил 7670,705 тонны. Около 82% всех выбросов в атмосферный воздух города приходится на автотранспорт.

Передвижные источники (автотранспорт).

Количество выброшенных ВХВ от автотранспорта в 1996 г. составило 6257 т. В том числе:

—              окиси углерода – 5207 т.

—              оксидов азота – 92 т.

—              углеводородов – 919 т.

—              сажи – 28,5 т.

—              соед. свинца – 10,5 т.

Стационарные источники.

По результатам инвентаризации источников выброса загрязняющих веществ в атмосферу в городе зарегистрировано около 2 тыс. стационарных организованных и неорганизованных источников. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников в 1996 г. составили 1413,705 т. (17кг/чел. год, по Нижегородской области 71 кг/чел. в год), в том числе:

—              твердых веществ – 175.810 т;

—              газообразных и жидких – 1237.895 т.

Таким образом, в ЗАТО атмосферный воздух загрязняется относительно меньше, чем по области.

Основной вклад в выбросы загрязняющих веществ стационарными источниками вносит ТЭЦ города – 80% [8].

В настоящее время на предприятиях города зарегистрирована 328 ед. пылегазоочистительного оборудования. В 1997 г. уменьшился объём выбрасываемых специфических ВХВ за счет сокращения производства, и установок пылегазоочистительного оборудования, исключающего непосредственный выброс в атмосферу [3].

2. Объекты исследования

Объектами наших исследований были территории некоторых школ города Сарова. Охарактеризуем их расположение.

Шк. № 3 расположена в центральной части города, на улице Чапаева, в непосредственной близости от дороги с односторонним движением.

Шк. № 5 расположена в центральной части города, на улице Александровича, рядом со школой проходит дорога с односторонним движением.

Шк. № 7 расположена в восточной части города на его периферии. К школе примыкает лесной массив. Дорог рядом со школой нет.

Шк. № 10 расположена в старой части города, для которой характерно большое количество зеленых насаждений. Школа расположена в южной части города на границе с промышленной зоной (ТЭЦ, железной дорогой).

Шк. № 12 расположена в заречной части города в пойме реки Сатис. Рядом со школой дорог нет. На территории школы имеются молодые посадки.

Шк. № 15 расположена в северо-восточной части города на границе с лесным массивом. Рядом со школой проходят 2 дороги с односторонним движением. В ближайшее время экологическое состояние территории школы может измениться в связи со строительством окружной дороги.

Шк. № 17 расположена на улице Зернова, которая характеризуется высокой интенсивностью движения автотранспорта.

Шк. № 19 расположена в юго-восточной части города вблизи 2-х дорог с односторонним движением.

Шк. № 20 расположена на улице Ленина, которая характеризуется интенсивным движением автотранспорта.

Фоновая точка (Филипповка) – это рекреационная зона г. Сарова, расположена в 10 км к юго-востоку от города.

3. Определение интенсивности движения автотранспорта около исследуемых школ г. Сарова

Подсчет автотранспорта проводился в течение 4 рабочих дней с 10 до 11 часов дня с 21 по 24 июня 1999 года на дорогах около школ города.

Наряду с подсчетом автотранспорта, было определено расстояние от дорог до здания школы. Учёт вёлся по 2 категориям автотранспорта: работающего на дизельном топливе и на бензине.

Полученные результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Определение интенсивности движения автотранспорта около школ г. Сарова (за 1 час.)

Как видно из таблицы, наиболее высокое количество транспорта зарегистрировано около школ № 17, 20 (868 и 587 ед. соответственно), что объясняется их расположением вблизи основных автомагистралей города.

Интенсивность движения около школ №3, 5, 10, 15, 19 колеблется от 40 до 300 ед. автотранспорта в час.

Вблизи школ № 7, 12 автомобильное движение отсутствует.

Таким образом, для исследованных школ города характерна различная интенсивность движения: от очень высокой (868 и 587 ед.) до полного отсутствия движения автотранспорта.

4. Загрязнение снежного покрова

В средней полосе России земля покрыта снегом почти 5 месяцев. За зиму снег впитывает в себя и удерживает многие загрязняющие вещества из воздуха. К этим веществам относятся и аэрозоли различных кислот, и соединения металлов, и пылевые частицы.

Самый лёгкодоступный метод определения загрязнённости снега – проверка его на рН – водородный показатель. Снег может иметь как кислую, так и щелочную реакцию, в зависимости от преобладания тех или иных загрязняющих веществ. Если в снег попадают основания различных кислот, он приобретает кислую реакцию. Выпадение соединений металлов, ароматических углеводородов защелачивает снег.

За нейтральную реакцию принято значение 7 единиц рН. Такое значение имеет дистиллированная вода. Однако чистая дождевая вода и чистый снег имеют значение 5,6 ед. рН – несколько кислее нормы 7 ед. рН. Это происходит вследствие того, что в воздухе содержится легко растворимый в воде углекислый газ. Соединяясь с водой, он образует угольную кислоту, которая и подкисляет чистые атмосферные осадки. Поэтому, для дождя и снега за норму берут 5,6 ед. рН. Если снег будет иметь значение ниже 5,6 ед., то он кислый,  т.е. загрязнён кислотными основаниями. Если значение рН выше 5,6, то снег щёлочной и, скорее всего, загрязнён окислами металлов или (и) автомобильными выхлопами [9].

Кислотность снежной и дождевой воды является одним из важнейших показателей, контролируемых Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. По данным этой службы пространственно зона выпадения осадков с повышенной кислотностью (рН < 4,0) расположены на Северо-Западе РФ, в Предуралье, в западных и центральных районах Воронежской, Волгоградской, Ростовской областей, в акватории Финского залива и Ладожского озера.

Среднее значение кислотности атмосферных осадков по данным 1995-1996 гг. на Европейской территории России лежит в пределах 3,5-8,2 [2].

4.1. Методика исследования загрязнения снега

4.1.1. Методика отбора снега [9]

1. Для отбора снега вблизи школы выбирался ровный участок по возможности с нетронутым снегом.
2. Закладывался треугольник со стороной 10 м.
3. В вершинах этого треугольника с помощью чистой полиэтиленовой кружки отбирался снег практически на всю глубину залегания.
4. Каждая из 3-х проб складывалась в чистый полиэтиленовый пакет.

4.1.2. Определение рН снега

Перед анализом снег в пакете растапливают и талая вода доводится до комнатной температуры. Талую воду 3-х проб (отобранных у одной школы) сливают в чистую банку и перемешивают.

Проводят анализ по определению рН. Для этого используют иономер И-130. Измерение активности ионов водорода проводят с помощью электродной системы с ионоселективным измерительным электродом и преобразователем. В качестве вспомогательного электрода используется хлор – серебряный электрод.

4.2. Результаты исследования

Проведено 9 анализов по определению рН проб снега, отобранного около школ. Полученные результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Определение рН проб снега

Значения показателей рН снежного покрова школ города варьируют от 5,3 до 6,9; тем самым они попадают в пределы средних значений (рН=3,5-8,2) кислотности атмосферных осадков по Европейской территории России.

Полученные результаты рН показывают, что около школ №5, 10, 17, 19, 20, снег имеет кислотность, близкую к нейтральной (рН=5,5¸5,7).

Около школ № 3, 12 снег имеет щелочную реакцию (рН=5,9¸6,4).

Наиболее кислую реакцию имеют снег около школы №15 (рН=5,3), наиболее щелочная реакция снежного покрова – у школы №7 (рН=6,9).

Сравнение показателей рН снежного покрова и интенсивности движения автотранспорта около школ Сарова показало, что зависимости между интенсивностью движения и защелачиванием снега, нет.

Возможно, что на величину рН снежного покрова в Сарове оказывают влияние выбросы с ТЭЦ.

5. Использование эпифитных лишайников для определения загрязнения атмосферного воздуха около школ г. Сарова

5.1. Эпифитные лишайники – биоиндикаторы атмосферного загрязнения

В последние годы среди методов контроля за состоянием атмосферного воздуха всё чаще используется биологический мониторинг – надзор за состоянием окружающей среды с помощью биоиндикаторов.

Сущность биологической индикации заключается в том, что определённые факторы среды создают возможность существования того или иного вида. Поэтому по организмам можно судить об условиях их обитания. Виды, которые позволяют выявлять специфические особенности среды, называются индикаторами [10].

Для оценки содержания в воздухе токсических примесей наиболее целесообразно использовать растения. Они осуществляют в 10 раз интенсивнее газообмен по сравнению с человеком и животными, обладают более высокой чувствительностью и стабильностью ответной реакции на действие различных внешних факторов.

Давно замечено, что высокой чувствительностью к атмосферным загрязнителям обладают эпифитные растения, поселяющиеся на стволах и ветках деревьев. К ним относятся многие виды лишайников, водорослей, мхов. Они обычно погибают при повышенном содержании в воздухе газообразных и пылевидных примесей. Поэтому в городах, промышленных районах с высоким уровнем загрязненности воздуха на деревьях обычно отсутствуют лишайники и водоросли.

Среди большого многообразия лишайников отдельные виды отличаются большей или меньшей чувствительностью к изменению внешних условий, включая загрязнение воздуха.

С повышением уровня загрязнения воздуха гибнут сначала более чувствительные, а затем все виды лишайников. В местах с высокой загрязненностью воздуха, обычно расположенных в центральных или наиболее насыщенных предприятиями районах города, образуется “лишайниковая пустыня”. К ней примыкает зона с ограниченным, а на дальних окраинах города – зона с мало измененным видовым разнообразием лишайников [11].

Канадские ученые Ле Бланк и др. на основании обработки многочисленных данных по встречаемости и степени  покрытия эпифитов вывели индекс чистоты атмосферного воздуха (IAP) и, получив числовые относительные данные, нанесли их на карту в виде изолиний. Сравнение этой карты с аналогичной, построенной по данным приборов, показало близкое сходство рисунков Х.Х.Трассом (1971) была составлена шкала полеотолерантности лихенофлоры Эстонии. Она состоит из 10 групп, в каждой из них объединены виды со сходной устойчивостью к загрязнению. Этим же автором был предложен и индекс полеотолерантности (ИП), характеризующий степень загрязнения территории [12].

                            ( 1 )

где:

n – количество видов

Ai – степень полеотолерантности по десятибальной шкале

Ci – покрытие вида

Cn – сумма  покрытий

5.2. Методика лихеноиндикации атмосферного загрязнения

Определение атмосферного загрязнения около школ города проводилось с помощью индекса полеотолерантности (ИП), исходя из 10-бальной шкалы, по формуле (1). Для этого были обследованы деревья искусственных насаждений на территории исследуемых школ. При этом использовались деревья приблизительного одного возраста следующих пород: берёза, клён, липа, тополь.

При обследовании деревьев выявлялся видовой состав лишайников. Методом линейных пересечений с помощью миллиметровой ленты определялось покрытие лишайников по длине окружности ствола на высоте 150 см от поверхности земли [13].

Для определения степени полеотолерантности лишайников (Аi) использовалась региональная шкала:

5.3. Результаты исследования

Было обследовано 56 деревьев около 9 школ города и в рекреационной зоне за чертой города (Филипповка), которая была принята за эталонную точку.

Результаты подсчета ИП представлены в таблицах 3-12 (приложение 2). На основании расcчета ИП по каждому обследованному дереву был определен средний показатель индекса полеотолерантности для каждой школы. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Определение ИП около школ города

Как видно из таблицы, самое низкое значение ИП равное 6,7 зарегистрировано в эталонной точке (на Филипповке), т.е. здесь самый чистый воздух. Около школ города воздух грязнее, ИП=7,6-9,6. Из всех обследованных  школ самый чистый воздух на территории школы №7 (ИП=7,6). Самое высокое значение ИП (9,6) отмечено около школы №17, т.е. здесь самый грязный воздух, остальные школы имеют значение ИП от 8,3 до 9,3.

При сравнении значений ИП и интенсивности движения автотранспорта около школ Сарова наблюдается явная зависимость между этими показателями.

Около школы №17, где отмечена наибольшая интенсивность движения автотранспорта (868 ед. в час), ИП=9,6. Около школ №7 и 12, где автомобильное движение отсутствует, показатели ИП самые низкие (7,6 и 8,3 соответственно). На разницу ИП 7 и 12 школ, по-видимому, оказывает влияние их месторасположение. Шк. №12 находится в низине (пойма реки), где скапливается загрязненный, более тяжелый воздух. Кроме того, на более высокое качество воздуха около шк. №7 оказывает влияние близость  лесного массива.

Выводы

Проведено комплексное изучение загрязнения атмосферного воздуха около школ № 3, 5, 7, 10, 12, 15, 17, 19, 20 г. Сарова: определён водородный показатель снежного покрова (рН), проведён учёт количества автотранспорта и определен индекс полеотолерантности.

Наиболее чистый воздух зарегистрирован за пределами города, в рекреационной зоне.

В черте города найдена зависимость между интенсивностью движения автотранспорта и величиной ИП. Кроме того, на величину ИП влияют рельеф местности, наличие насаждений и др.

Зависимости между рН-водородным показателем снежного покрова и интенсивностью движения автотранспорта не выявлено.

Список  литературных  источников

1. Общеевропейская Стратегия Сохранения Биоразнообразия: Пособие для детей и министров. Москва. -1998.
2. Отчет о состоянии загрязнения снежного покрова государственного заповедника “Керженский” в 1998г. Нижний Новгород. -1998г.
3. Анализ экологического состояния в ЗАТО г. Саров за 1997 г.
4. Протасов В.Ф., Молчанов А.В. Экология, здоровье и природопользование в России. Москва “Финансы и статистика”. 1995.
5. Дёмина Т.Д. Экология, природопользование, ООС Аспект Пресс. Москва.
   -1996г.
6. Государственный доклад “О состоянии окружающей природной среды РФ в 1996 году”. (Раздел II).
7. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды. М. Недра. -1990.
8. Анализ  экологического состояния в ЗАТО Арзамас-16 за 1996г. г. Саров.
9. Орлов Е.В., Шустов С.Б. и др. Методические рекомендации по обследованию водоёмов. Нижний Новгород: Экологический центр “Дронт”. -1994г.

10. Радкевич В.А. Экология. Минск: Вышэйшая школа”. -1998г. (c. 141).

11. Илькун Г.М. – Загрязнители атмосферы и растения. Киев: “Наукова думка”. -1978г.

12. Григорьева Т.В., Новикова Н.М. Возможные подходы к индикации загрязнения атмосферы и почв // Биогеографические аспекты природопользования. М.: Мысль. –1980. – с. 44-51.