Экологический мониторинг территорий северо-западного района города Кирова с использованием усовершенствованного нефелометрического метода определения запыленности листьев

Автор: Широкова Евгения Сергеевна,
Химико-биологический лицей, 11 класс

Научные руководители: зам. директора по научно-
экспериментальной работе химико-биологического лицея,
к. т. н., с. н. с. Макаренко Зинаида Петровна,
с. н. с. НИИ микробиологии МО РФ,
к. б. Н. Поярков Юрий Александрович.

г. Киров

Введение

Исследования по запыленности воздуха являются очень актуальными. Так как запыленность напрямую связана с состоянием здоровья человека. Целью работы было проведение мониторинга степени запыленности территории северо-западного района г. Кирова и доработка нефелометрического метода определения степени запыленности листьев. Основными задачами при проведении работы были: повышение точности измерений нефелометрического метода определения степени запыленности листьев, определение бактериологического состава микрофлоры пыли на листьях, анализ частоты вызовов скорой помощи для детей северо-западного района города Кирова по заболеваниям бронхоаллергозами , исследование запыленности территории северо-западного района г. Кирова, расчет уравнений регрессии.

1. Литературный обзор

Основными загрязняющими веществами атмосферы являются газы, аэрозоли и твердые взвешенные частицы (ТВЧ). К аэрозолям относятся диспергированные твердые частицы размером 0,5мкм и менее, выбрасываемые в атмосферу и находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии [1].

К ТВЧ относят присутствующие в воздухе взвешенные частицы различных типов и различного происхождения, размеры которых в радиусе не превышают 100мм. [2].

В атмосфере земли постоянно находится не менее 250 млн. тонн ТВЧ. Годовой выброс в атмосферу ТВЧ 1990 г. в мире составил 57 млн. тонн, в России- 6,4 млн. тонн [1-5].

Индустриальная пыль содержит до 20% оксида железа, 15% - силикатов, 5%-сажи, примеси различных металлов (свинец, ванадий, молибден, сурьма и так далее), элементы: фтор, хлор, бром, ртуть и др., различные плесневые грибы, бактерии [1, 3, 6, 7, 8].

Основными источниками загрязнения атмосферы ТВЧ в Кировской области являются энергетика, черная металлургия, машиностроение, металлообработка, химия и нефтехимия, ремонт машин и оборудования, промстройматериалы, лесная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная промышленность, легкая, добывающая, сельскохозяйственная, транспорт [8, 10, 11].

На территории северо-западного района г. Кирова предприятиями–загрязнителями атмосферного воздуха ТВЧ являются: ТЭЦ, БХЗ, “Искож”, завод им. 1 Мая [12].

По сравнению с 1999 годом наблюдается увеличение выбросов примерно в 1,02 раза в связи с началом работы промышленных предприятий [11, 17].

Исследования И. В. Дубинского показали, что в районах с сильным загрязнением атмосферного воздуха в 2 раза больше детей, рожденных от аномально протекающих беременностей и родов, в 2 – 2,5 раза больше детей, рожденных с явлениями внутриутробной гипотрофии, в 3 раза больше детей находилось на раннем искусственном вскармливании [19].

В крупнейшем столичном мегаполисе г. Москве от 20% до 30% заболеваний обусловлено загрязнением атмосферного воздуха [20-22].

Запыленность воздуха при проведении школьного экомониторинга определяется визуально по плотности налипшей пыли на накленной ленте, либо весовым анализом [23, 24].

С 1997 года в химико-биологическом лицее города Кирова отрабатывается нефелометрический метод определения запыленности листьев [25, 26, 27].

2. Методики исследований

2.1 Исследования по повышению точности измерений

нефелометрического метода определения степени запыленности листьев

На основании проведенных исследований предложена следующая методика определения запыленности листьев. В чистые емкости объемом 250 мл отбираются пробы листьев в количестве 10 – 15 штук в различных точках исследуемой территории. Желательно, чтобы листья отбирались с деревьев одного вида. В химической лаборатории перед определением емкость с пробой листьев заливается 200 мл дистиллированной воды. Проба взбалтывается в течение 15 мин.; заливается в кювету. В кювету добавляют 0,02 мл. олеиновой кислоты и на фотоколориметре замеряют значения оптической плотности. Далее по калибровочной кривой определяют концентрацию пыли суспензии. Зная объем суспензии, вычисляют количество пыли в мг. Площадь пыли вычисляется следующим образом. Лист накладывается на бумагу, обводится контур листа, далее лист вырезается и взвешивается на аналитических весах. Зная вес 1 см² этой же бумаги, можно рассчитать площадь листа.

Значение запыленности воздуха в данной точке территории вычисляется путем деления веса пыли (мг) на общую площадь листьев (см²), т.е. запыленность листьев будет измеряться в мг/см².

Параллельно определялось содержание пыли в суспензии весовым методом: пробы фильтровались, фильтры высушивались при температуре 105⁰С до постоянного веса, и рассчитывалась концентрация пыли в суспензии. При проведении анализа без добавления стабилизаторов наблюдается большой разброс точек. Поэтому при таком разбросе точек график построить нельзя. Для стабилизации проб суспензии пыли были проведены опыты с добавлением глицерина в количестве 5 капель на 20 мл., с добавлением FAIRY в количестве 0,1мл. на 20мл., с добавлением олеиновой кислоты в количестве 0,02 мл. на 20мл. и с добавлением ТВИН-80. Калибровочные кривые, построенные по результатам анализов проб суспензии пыли с добавлением стабилизаторов приведены на рис. 1, на рис. 2, на рис. 3 и на рис. 4.

Твины – жироподобные растворимые в воде вещества. В микробиологической практике чаще используется ТВИН-80 (полиоксиэтиленовое производное сорбитмоноолеата) для определения липолитической активности бактерий (например, микобактерий), для стабилизации микробных взвесей, обработки жиросодержащих материалов для исследования [28] . Определены значения оптической плотности стабилизаторов для использования в качестве поправки при замере оптической плотности суспензии пыли. Поправки равны: для глицерина-0,043; для олеиновой кислоты-0,055;для FAYRI-0,026; для ТВИН-80-0,028.

2.2 Методика проведения микробиологического исследования

В емкости объемом 250мл. помещалось 10-15 листьев, которые затем заливались 200 мл. стерильной водопроводной воды. Все пробы настаивались в течение трех дней. Затем проводилось десятикратное их разведение. Пробы рассеивались по 0,01мл. на каждую чашку Петри и растирались шпателем.

Микробиологический анализ проб воды проводился на коммерческих питательных средах. С помощью сред казеиновой и рыбо-костного агара производился подсчёт общего количества микроорганизмов без определения их видовой принадлежности. Культивирование проводилось при температуре 37⁰С в течение двух дней. После подсчёта количества колоний давалось описание каждого вида колоний и производилось рассмотрение их под микроскопом. Дифференциальная окраска по Граму выявляла наличие грамположительных и грамотрицательных форм. На дифференциально-селективных средах Эндо, Плоскирева, производилась оценка проб воды на содержание бактерий кишечной группы, в частности палочки E. coli. E. coli является тестовым объектом, ее содержание в воде указывает на свежее загрязнение, т.к. естественной средой обитания кишечной палочки является внутренняя среда организма.

3. Экологический мониторинг территорий северо-западного района города Кирова

3.1 Результаты исследований запыленности территорий северо-западного

района города Кирова

Летом 2000года с использованием разработанной методики четвертый раз проводилось исследование запыленности атмосферного воздуха северо-западного района г. Кирова. Для определения степени запыленности в различных точках территории были отобраны пробы листьев. Далее с использованием отработанного метода было определено значение запыленности территорий в местах отбора проб. Результаты анализа представлены в таблице 1.

Определение запыленности листьев, проведенное в 1997, 1998 и 1999 годах на территории северо-западного района г. Кирова нефелометрическим методом в его первоначальном варианте позволило выделить наиболее запыленные улицы: Профсоюзная, Заводская, Кирпичная, Луганская, Кольцова. Результаты, полученные с помощью усовершенствованного метода, позволили уточнить границы наибольшего загрязнения: Профсоюзная, Заводская, Монтажников, Лепсе, Свердлова, Степана Халтурина, Дерендяева.

3.2 Результаты исследований по бактериологическому загрязнению пыли

С использованием методики микробиологического исследования проведено определение бактериологического загрязнения пыли в 20 точках территории северо-западного района г. Кирова.

Как показали результаты бактериологического анализа в шести точках исследуемой территории в пробах суспензии пыли обнаружено наличие кишечной палочки: на улицах Менделеева- Кольцова, Мопра-Октябрьский проспект, Кирпичная-Сормовская, Свердлова, Московская, на площади Лепсе. При проведении исследований были выявлены также как неподвижные, так и подвижные формы бактерий. Причем, на большинстве улиц, на которых была обнаружена кишечная палочка, не наблюдается высокая степень запыленности, но по наличию кишечной палочки три из исследуемых объекта находятся в состоянии экологического бедствия. Состояние исследуемых территорий по ПДК кишечной палочки приведено в таблице 2. В результате можно сделать вывод, что запыленность не влияет на развития болезненной микрофлоры. Можно предположить, что причиной широкого распространения кишечной палочки в исследуемых районах являются близ лежащие промышленные предприятия. Отходы, выбрасываемые предприятиями, могут оказаться благоприятной средой для развития болезненной микрофлоры. Результаты, полученные сопоставлением данных по запыленности территории и по содержанию кишечной палочки показали отсутствие взаимосвязи между ними.

3.3 Анализ частоты вызовов скорой помощи для детей

северо-западного района по заболеваниям бронхоаллергозами

Данные областной СЭС города Кирова по частоте вызовов скорой помощи для детей северо-западного района по заболеваниям бронхоаллергозами приведены в таблице 3. Как показано, в табл. 3 ежегодно идет увеличение числа вызовов. Также были сопоставлены данные по запыленности территории северо-западного района за 1999г. и вызовы скорой помощи за 1999г. Для выявления корреляции между степенью запыленности территории и количеством вызовов скорой помощи был произведен расчет уравнения регрессии.

3.4. Расчет уравнений регрессии

Расчет уравнений регрессии между степенью запыленности и содержанием кишечной палочки, между степенью запыленности листьев и количеством вызовов скорой помощи по заболеваниям бронхоаллергозами для детей северо-западного района города Кирова не доказал наличие корреляции.

Выводы

1. Анализ литературных источников показал, что необходимо повысить точность нефелометрического метода определения запыленности листьев.

2. Для стабилизации суспензии пыли рекомендуется использование ТВИН-80, для школьных лабораторий рекомендованы олеиновая кислота и FAYRI. Вводятся поправки на оптическую плотность стабилизаторов.

3. Рекомендуется использование стабилизаторов непосредственно при смыве пыли с листьев, что позволяет осуществлять наиболее полный смыв частиц пыли.

4. С использованием доработанной методики была определена запыленность территории северо-западного района г. Кирова в 20 точках.

5. Путем сопоставления результатов по степени запыленности листьев и результатов СЭС по запыленности территорий города Кирова выделены зоны степени запыленности: 0-0,05 – удовлетворительная, 0,05-0,15 – небольшая, 0,15-0,2 – средняя, 0,2-0,3 – сильная, >0,3 –очень сильная.

6. Анализ микрофлоры листьев показал наличие кишечной палочки в 6 точках исследуемой территории: на улицах Менделеева- Кольцова, Мопра - Октябрьский проспект, Кирпичная - Сормовская, Свердлова, Московская, на площади Лепсе.

7. Рассчитаны уравнения регрессии между запыленностью территорий и содержанием кишечной палочки, между запыленностью территорий и количеством вызовов скорой помощи для детей северо-западного района по заболеваниям бронхоаллергозами.

8. Анализ результатов школьного мониторинга с 1997 по 1999 годы показал, что улучшения экологической обстановки по данному показателю не наблюдается, и по-прежнему более запыленными остаются территории: Профсоюзная, Заводская и Свердлова, но к ним добавились улицы, на которых также наблюдается повышенная запыленность: Степана Халтурина, Дерендяева, Монтажников, Лепсе.

9. Экомониторинг запыленности территорий северо-западного района г. Кирова необходимо продолжить в 2001 г.

Список литературы

1. Протасов В.Ф., Молчанов А. В.- М: Финансы и статистика, 1995-75 с. “Экология здоровья и природопользования в России”/Под ред. В.Ф. Протасова.

2. Шустов С.Б., Шустова Л.В.: “Химические основы экологии”: Учеб. пособие для учащихся шк., гимназий с углубл. изуч. химии, биологии и экологии. М.: Просвещение, 1994-с. 118-119.

3. Д/ж О. М. Бокрис “Химия окружающей среды”/Под ред. Цыганова. М.: Химия 1982-с.269.

4. Охрана окружающей природной среды Кировской области: проблемы и перспективы, Киров 1993-с. 352.

5. Вронский В.А. “Прикладная экология”: учебное пособие. Ростов Н/Д: Изд-во “Феникс”, 1996-с. 512.

6. Государственный доклад “О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1995 году” Зеленый мир (N24/230) 96.

7. Ревель В., Ревель Ч. “Среда нашего обитания” книга 2. “Загрязнение воды и воздуха”: Мир, 1995-с. 211-213.

8. Яценко М. А., Хмелевская, Цибульский В. В., “Миграция тяжелых металлов в атмосфере”. Журнал экологической химии, 1994 / Под ред. Исидорова В. А.-СПб: Алга-Фонд 1994 2-с. 3.

9. Эйхлер В. “Яды в нашей пище”: /Под ред. д.б.н. Стригалова В. Р. Пер. с нем.-2-е доп. изд. М: Мир, 1993-с. 189.

10. Медведева В. Н., Островский Н. В. Сопоставление результатов мониторинга загрязняющих веществ в атмосферном воздухе города Кирово-Чепецка с расчетами по ОНД-86. Региональные и муниципальные проблемы природопользования. Материалы 5-й научно-практической конференции, 25-27.08.1998 г. Кирово-Чепецк-с. 109-111.

11. Экологический атлас Кировской области (сборник компьютерных карт) Киров, 1996-с. 91.

12. О состоянии окружающей природной среды Кировской области в 1993: региональный доклад, Киров, 1995-с. 142.

13. О состоянии окружающей природной среды Кировской области в 1994: региональный доклад, Киров 1994-с. 205.

14. О состоянии окружающей природной среды Кировской области в 1997: региональный доклад, Киров, 1998-с. 160.

15. О состоянии окружающей природной среды Кировской области в 1998: региональный доклад, Киров, 1999-с. 189.

16. О состоянии окружающей природной среды Кировской области в 1999: региональный доклад, Киров, 2000-с. 14.

17. Воробьев В. Н. Оценка загрязнения атмосферы г. Кирова в 1991-1995 годах, по данным лабораторного контроля. Сб. “Региональные и муниципальные проблемы природопользования” (материалы 4-й Межрегиональной научно-практической конференции, г. Кирово-Чепецк, 24-26 июля 1996 г.) - Кирово-Чепецк, 1996-с.150.

18. Экологические проблемы регионов России. Кировская область. Выпуск №7 – М.: Винита, 1995-с. 110.

19. Ушаков С. А., Комарова Н. Г., Ромина Л. В. Природа и экология. Учебное пособие. М.: Издат. отдел хнц До МГУ 1997-с. 206.

20. Медицинские проблемы экологии/Под ред. Матвеевой Н. А.- Нижний Новгород / Нижегородский Медицинский институт, 1992-с. 161.

21. Анастасова Л. П. и др. Человек и окружающая среда: учеб. для дифференцир. обучения: 9 кл. / Л. П. Анастасова, Д. П. Гольнева, Л. С. Короткова-М: Просвещение, 1997-с. 156.

22. Величковский Б. Т., Кирпичев В. И., Суравегина И. Т. Здоровье человека и окружающая среда. Учебное пособие М.: Новая школа, 1997-с. 126-133.

23. Экология родного края. / Под ред. Ашихминой Т. Я. Киров: Вятка, 1996-с. 92.

24. Экологический мониторинг. Методическое пособие, для учителей средних учебных учреждений: М., РЭФНА, 1996-с. 92.

25. Юдинцева Е. С. “Результаты исследования степени загрязненности воздуха в северо-западном районе г. Кирова методом лихеноиндикации” В ХБЛ г. Кирова 1998-с. 16.

26. Шихова Е. С. “Результаты исследования атмосферного воздуха на территории северо-западного района г. Кирова” В ХБЛ 1998-с. 20.

27. Окружающая природная среда Кировской области: Материалы научных исследований / Под ред. Т. Я. Ашихминой и др. – Киров. Вятский гос. педуниверситет, 1996-с. 183-192.

28. Красильников А. Л., Романович Т. Р. “Микробиологический словарь-справочник” Минск, “Асар”, 1999-с. 322.

29. Бородавкина Н. В. “Комплексная оценка загрязнения малых рек сточными водами молокозаводов сельской местности”. В ХБЛ 1999-с. 8.

30. Вычегжанина М. В. “Разработка нефелометрического метода определения запыленности листьев для экологического мониторинга запыленности исследуемых территорий.

приложения

рис. 1. Калибровочная кривая с добавлением олеиновой кислоты.

рис. 2. Калибровочная кривая с добавлением FAYRI.

рис. 3. Калибровочная кривая с добавлением ТВИН-80.

рис. 4. Калибровочная кривая с добавлением глицерина.

Таблица 1.

Результаты исследования запыленности листьев на территории северо-западного района г. Кирова.

Место отбора	Д	С (мг/л)	S (см^2)	M (мг)	Запыленность (мг/см^2)	Степень	Концентрация пыли в воздухе (мг/см)
1. пер. Вершининский - ул. Макаренко	0,36	844	250	42,2	0,16	небольшая	0,26
2. ул. Профсоюзная - Октябрьский пр-т	0,33	780	285	39	0,13	небольшая	0,21
3. ул. Монтажников - ул. Лепсе	0,36	844	130	42,2	0,32	оч. сильная	0,53
4. ул. Профсоюзная - ул. Заводская	0,43	990	280	49,5	0,18	сильная	0,30
5. ул. Луганская - ул. Березниковская	0,36	844	275	42,2	0,15	небольшая	0,25
6. ул. Гайдара - ул. Солидарности	0,26	628	310	31,4	0,10	небольшая	0,16
7. ул. Менделеева - ул. Кольцова	0,23	560	294	28	0,09	небольшая	0,15
8. ул. Уральская - ул. Шорина	0,31	740	190	37	0,19	сильная	0,31
9. ул. Мира - ул. Сормовская	0,40	930	425	46,5	0,11	небольшая	0,18
10. ул. Луганская	0,41	950	350	47,5	0,13	небольшая	0,20
11. ул. Цветная - ул. Жуковского	0,3	720	230	36	0,16	средняя	0,26
12. ул. Свердлова	0,42	970	290	48,5	0,17	сильная	0,28
13. ул. Ст. Халтурина - ул. Дерендяева	0,49	1110	254,5	55,5	0,22	сильная	0,36
14. ул. Ленина - ул. Розы Люксембург	0,46	1040	450	52	0,12	небольшая	0,20
15. ул. Карла Маркса - Искожевский переулок	0,39	500	430	45	0,1	небольшая	0,16
16. ул. Кирпичная - ул. Сормовская	0,36	844	410	42,2	0,1	небольшая	0,16
17. пл. Лепсе	0,41	950	400	47,5	0,12	небольшая	0,20
18. ул. Московская	0,34	800	244	40	0,16	средняя	0,26
19. ул. Мопра - Октябрьский пр-т	0,33	780	280	39	0,14	средняя	0,23
20. ул. Ломоносова - ул. Менделеева	0,4	930	260	46,5	0,18	сильная	0,30

Таблица 2.

Состояние окружающей среды по наличию кишечной палочки.

Места отбора проб	Масса почвы, в которой содержится одна кишечная палочка	Состояние окружающей среды *
1. ул. Менделеева - ул. Кольцова	0,00047	Экологическое бедствие
2. ул. Свердлова	0,0014	Чрезвычайная ситуация
3 .ул. Кирпичная - ул. Сормовская	0,005	Чрезвычайная ситуация
4. пл. Лепсе	0,00096	Экологическое бедствие
5. ул. Московская	0,0018	Чрезвычайная ситуация
6 .ул. Мопра - Октябрьский пр-т	0,00087	Экологическое бедствие

*Коли – титр:

<0,001 Экологическое бедствие

0,01-0,001 Чрезвычайная ситуация

>1 Удовлетворительная ситуация

Таблица 3.

Количество вызовов скорой помощи для детей северо-западного района
города Кирова по заболеваниям бронхоаллергозами.

Года	1994	1995	1996	1997	1998	1999
Число вызовов	64	93	93	105	108	118