Проект по экологии на тему: «Биоиндикаторы в определении уровня загрязнений придорожной полосы» Выполнил: студент группы А-31 Штанин Александр
Цели и задачи Выяснить, как определить загрязнение придорожной полосы при помощи биоиндикаторов. 1) Узнать, какие растения являются биоиндикаторами среди древесных пород. 2) По каким признакам биоиндикаторов можно судить о загрязнении придорожной полосы. 3) Меры борьбы по ликвидации последствий загрязнений при помощи древесных пород.
Рис. 1. Изменение уровня грунтовых вод в результате дорожного строительства: а -насыпь; б - выемка; ▬ - уровень грунтовых вод
Таким образом, уровень воздействия дороги на близлежащую территорию зависит не только от интенсивности транспортных потоков, но и от природно-климатических условий. Важно отметить, что повышение концентрации в почве тяжелых металлов не всегда приводит к отрицательному воздействию на придорожные экосистемы, так как некоторые из них участвуют в физиологических процессах и необходимы живым организмам. Токсичное действие этих элементов начинается только при возрастании их концентрации выше оптимальной. Данная зависимость проиллюстрирована на рисунке.
Рис. 2. Воздействие микроэлементов нарост и развитие растений: а - жизненно необходимые микроэлементы; б -микроэлементы, не имеющие жизненно важного значения
ПРИМЕНЕНИЕ БИОИНДИКАТОРОВ ДЛЯ ОЦЕНКИУСТОЙЧИВОСТИ ЭКОСИСТЕМ НА ПРИДОРОЖНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ Для оценки загрязнения окружающей среды в качестве биоиндикаторов используют как низшие растения - мхи, лишайники, так и высшие хвойные породы, поскольку они наиболее чувствительны к промышленным и транспортным загрязнениям. Это могут быть как дикорастущие, так и культивируемые виды растений. Краевой некроз листьев Загрязнение листа сажей
ПДК характерных в отработавших газах автомобилей вредныхвеществ в атмосфере для древесных пород (определены методом оценки интенсивностифотосинтеза) Наименование загрязняющих веществ Среднесуточная ПДК, мг/м 3 для человека для древесных пород Диоксид азота 0, 085 0, 02 Диоксид серы 0, 05 0, 015 Минеральная пыль, сажа 0, 015 0, 05 Оксид углерода 1, 0
Нормативы допустимого загрязнения воздуха для зеленых насаждений
Влияние внешних факторов на состояние растений
Графическая зависимость состояния различных видов древесной растительности от интенсивности транспортного потока представлена на рисунке. На оси X отложены все состояния деревьев - от фоновых - 1 до крайне неудовлетворительных - 4. Все обследованные деревья, кроме клена ясенелистного, обнаружили прямую зависимость между ухудшением своего состояния и увеличением интенсивности движения транспортного потока. Важно отметить, что ухудшение состояния различных видов древесной растительности не всегда связано с накоплением почвой тяжелых металлов и солей, но почти всегда определяется увеличением интенсивности транспортного потока. Поэтому интенсивность транспортного потока является наиболее значимым фактором для оценки уровня антропогенной нагрузки на придорожную экосистему. СОСТОЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ДРЕВЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИНТЕНСИВНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА: 1 - ФОНОВОЕ; 2 -УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОЕ; 3 НЕУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОЕ; 4 - КРАЙНЕ НЕУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОЕ;
Признаки повреждения растений при остром воздействии пороговых концентраций газов в атмосферном воздухе Согласно данным повышенной концентрации загрязняющих веществ в придорожной полосе, влияющей на экосистемы, сигнализируют следующие признаки: - появление ослабленных деревьев и сухостоев среди доминирующих видов; - заметное уменьшение размеров хвои и листьев; - преждевременное пожелтение и опадание листьев; - депрессия прироста по высоте и диаметру деревьев; - появление некрозов хвои и листьев, снижение срока жизни хвои; - возрастание повреждений деревьев грибами и насекомыми; - обеднение почвы питательными веществами и ее закисление.
Классификация лишайников по типу таллома ДРУГИМ МЕТОДОМ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА ПРИДОРОЖНУЮ ЭКОСИСТЕМУ ЯВЛЯЕТСЯ ИЗУЧЕНИЕ ПИГМЕНТНОГО СОСТАВА ХВОИ И СТЕПЕНИ ЕЕ ПОРАЖЕНИЯ Класс повреждения Класс усыхания 1 2 3 1 1 1 2 3 4
С помощью биоиндикаторов возможно оценить элементный состав почвы. Однако признаки избыточного содержания микроэлементов должны подтверждаться химико-аналитическим методом.
МЕТОДЫ ОЧИСТКи ВОЗДУХА, ВОДЫ И ПОЧВЫ. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА Для очистки воздуха применяют различные методы: физические, химические и биологические. Среди физических методов - абсорбция примесей на активированном угле и других поглотителях, абсорбция жидкостями. Наиболее распространенными химическими методами очистки воздуха являются озонирование, прокаливание, каталитическое дожигание, хлорирование. Биологические методы очистки газовоздушных выбросов начали применять сравнительно недавно и пока в ограниченных масштабах. ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БИОСИНТЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА МИКРООРГАНИЗМОВ - ДЕСТРУКТОРОВ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ - ИСПОЛЬЗУЮТСЯ МЕТОДЫ ТРАДИЦИОННОЙ СЕЛЕКЦИИ И ОТБОРА, А ТАКЖЕ НОВЕЙШИЕ ДОСТИЖЕНИЯ КЛЕТОЧНОЙ И ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ. ПОДАВЛЯЮЩЕЕ ЧИСЛО ТОКСИЧНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ АТМОСФЕРЫ МОЖЕТ БЫТЬ РАЗРУШЕНО МОНОКУЛЬТУРАМИ МИКРООРГАНИЗМОВ, НО БОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНО ПРИМЕНЕНИЕ СМЕШАННЫХ КУЛЬТУР, ИМЕЮЩИХ БОЛЬШИЙ КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ И, СЛЕДОВАТЕЛЬНО, ДЕСТРУКТУРИРУЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ. ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ТРУДНОУТИЛИЗИРУЕМЫХ СОЕДИНЕНИЙ В РЯДЕ СЛУЧАЕВ МИКРООРГАНИЗМЫ ЦЕЛЕСООБРАЗНО АДАПТИРОВАТЬ К ТАКИМ СУБСТРАТАМ И ТОЛЬКО ПОСЛЕ ЭТОГО ВВОДИТЬ ИХ В РАБОЧЕЕ ТЕЛОДЕЙСТВУЮЩИХ УСТАНОВОК. ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ПРИМЕНЯЮТ ТРИ ТИПА УСТАНОВОК: БИОФИЛЬТРЫ, БИОСКРУББЕРЫ И БИОРЕАКТОРЫ С ОМЫВАЕМЫМ СЛОЕМ. ОСНОВНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ БИОФИЛЬТРА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА, КАК И ВОДООЧИСТНОГО БИОФИЛЬТРА, ЯВЛЯЕТСЯ ФИЛЬТРУЮЩИЙ СЛОЙ, КОТОРЫЙ СОРБИРУЕТ ТОКСИЧНЫЕ ВЕЩЕСТВА ИЗ ВОЗДУХА. ДАЛЕЕ ЭТИ ВЕЩЕСТВА В РАСТВОРЕННОМ ВИДЕ ДИФФУНДИРУЮТ К МИКРОБНЫМ КЛЕТКАМ, ВКЛЮЧАЮТСЯ В НИХ И ПОДВЕРГАЮТСЯ ДЕСТРУКЦИИ.
Принцип функционирования биоскрубберов отличается тем, что процесс очистки воздуха реализуется в две стадии в двухразличных установках. На первом этапе в абсорбере токсичные вещества, находящиеся в воздухе, а также кислород растворяются в воде. В результате воздух выходит очищенным, а загрязненная вода далее следует на очистку. На второй стадии загрязненная вода поступает в аэротенк, где она регенерируется. Очищение воды в аэротенке происходит по обычной схеме с участием кислорода. Входе очистки сложные органические вещества окисляются микроорганизмами, формирующими активный ил, до конечных продуктов с образованием биомассы. Производительность, м 3/ч Степень очистки, % Максимальная концентрация органических веществ на входе, г/м 3 Максимальная скорость движения воздуха, м/с Температурный режим, °С Установленная мощность, к. В Расход воды, л/ч Габаритные размеры, м Аэродинамическое сопротивление, Па Расход минеральных солей, кг/неделю, не более Рис. 7. Конструкция биофильтра для очистки воздуха 10000 -14000 До 90 До 1, 5 20 -35 1, 5 До 50 2, 0× 3, 5 1200 0, 6
МЕТОДЫОЧИСТКИ ВОДЫ И ПОЧВЫ Биологические методы очистки воды находят все большее применение. Эти методы характеризуются простотой и эффективностью. Загрязненные воды собирают в отстойниках или прудах со слабым течением, в которых происходит развитие микроорганизмов и водорослей. Биологический метод очистки воды основан на способности микроорганизмов использовать в качестве ростовых субстратов различные соединения, входящие в состав загрязненных вод. Достоинства данного метода заключаются в возможности удаления из стоков широкого спектра органических и неорганических веществ, простоте аппаратурного оформления, относительно невысоких эксплуатационных расходах. В ходе очистки необходимо строго соблюдать технологический режим и учитывать чувствительность микроорганизмов к высоким концентрациям загрязнителей, что требует предварительного разбавления стоков. Многие микроорганизмы способны накапливать металлы в больших количествах. В ходе эволюции в них сформировались системы поглощения отдельных металлов и их концентрирования в клетках. Микроорганизмы, помимо включения в цитоплазму, способны также сорбировать металлы на поверхности клеточных стенок, связывать их метаболитами в нерастворимые формы, а также переводить в летучую форму. Селекция в этом направлении и применение новых генно инженерных методов позволяют получать формы, активно аккумулирующие металлы, и на их основе создавать системы биоочистки.
Внутриклеточное накопление металлов может быть очень значительным. Так, установлена способность водорослей, дрожжей и бактерий эффективно сорбировать уран из морской воды. Один из способов биосорбции - пропускание раствора металлов через микробный биофильтр, представляющий собой живые клетки, сорбированные на угле. Выпускаются также специальные биосорбенты, например «Биосарбент М» (Чехия), изготовленный в виде зерен размером 0, 3 -0, 8 мм(микробных клеток и носителя); сорбент используют в установках, работающих на ионообменных смолах. Возможно также производство сорбентов на основе микробных полисахаридов. Такие сорбенты можно широко применять в различных условиях, включая природные, они просты в употреблении. Металлы на следующей стадии после концентрирования микроорганизмами следует извлечь из микробной биомассы. Для этого существуют различные способы: не деструктивные, а также экстракция путем разрушения клеток.
Разработка теоретических основ процессов био ремедиации, самих технологий и их осуществление требуют междисциплинарного подхода и участия специалистов в области генетики и молекулярной биологии, науки об окружающей среде, инженерных дисциплин. Так, например, создан новый микробный препарат «Деворойл» , реализующий биотехнологию очистки, основанную на применении микробных ассоциаций, активно утилизирующих углеводороды нефти, и позволяющую в максимально короткий срок очищать от загрязнения нефтью и нефтепродуктами воду и почву. Специальные добавки в его состав значительно активизируют процесс деструкции нефти. Простота технологии применения препарата связана с использованием обычных механизированных средств для распыления, г. на больших площадях -авиации. Для очистки ливневых сточных вод от нефтяных загрязнений препарат наносится на поверхность плавающих биофильтров, используемых на очистных сооружениях. Области применения препарата «Деворойл» : - очистка от загрязнения нефтью и нефтепродуктами воды, содержащей более 5% нефти, и почвы с нефтезагрязнением диапазонах р. Н среды (2 -9), а также в условиях резких колебаний температуры и при значительном химическом загрязнении; - простота и экономичность (низкие затраты) при высокой эффективности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Снижение автотранспортного загрязнения окружающей среды и переработка отходов, аккумулируемых в придорожной полосе, может осуществляться биотехнологическими методами, основанными на способности ферментов живых организмов катализировать широкий спектр химических реакций при атмосферном давлении, положительных температурах и нормальной кислотности среды. Эти методы по сравнению с физико-химическими менее энергоемки, имеют меньшую стоимость, лучше вписываются в естественный биогеохимический круговорот веществ, т. е. дают меньше отходов. Недостатки -относительно небольшая производительность процессов очистки компонентов окружающей среды от загрязнителей, чувствительность к концентрации примесей, температуре окружающей среды, сложность регулирования процессов, недостаточная изученность побочных эффектов влияния на компоненты экосистем придорожной полосы - будут преодолеваться с помощью генной инженерии, первые шаги которой вызвали большой общественный резонанс. В дорожном хозяйстве отдельные элементы биотехнологий используются уже давно и связаны с осуществлением защитного озеленения. Содержание придорожной территории сводится зачастую к использованию гербицидов для борьбы с нежелательной растительностью или сжиганию на месте порубочных остатков, что приводит к деградации и разрушению придорожных экосистем. Лесополосы высаживаются преимущественно с целью защиты от снежных заносов и не рассматриваются в качестве средозащитных мероприятий и уж тем более как искусственные экосистемы. Грамотный уход за ними, как правило, не ведется. Материалы, изложенные в обзорной информации, позволяют комплексно взглянуть на проблемы конструирования искусственных экосистем на придорожных территориях, обеспечения их устойчивого развития в стрессовых условиях избыточного автотранспортного загрязнения. Без их освоения невозможно гармоничное вписывание автомобильной дороги в природные ландшафты.
Скачать презентацию Проект по экологии на тему Биоиндикаторы в определении
Штанин, презентация.ppt