XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Биоиндикация загрязнения воздуха села Панфилово по состоянию можжевельника обыкновенного

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Игонин В.С. 1

---

1МБОУ Панфиловская СОШ

Хрусталева Н.В. 1

---

1МБОУ Панфиловская СОШ

Работа в формате PDF

277.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Развитие промышленности и увеличение численности городского населения отрицательно сказывается на окружающей среде. Это серьезно отражается на показателях чистоты воздуха, воды и почвы, на состоянии экосистем и биосферы в целом. Существует множество методик определения уровня загрязнения окружающей среды. Одной из таких методик является методика биоиндикации по хвойным породам деревьев и кустарников так как именно на хвойных. в большей степени, отражается наличие в и присутствие токсинов в биосфере. ¹По своему значению в биосфере и роли в хозяйственной деятельности человека хвойные занимают второе место после покрытосеменных, далеко превосходя все остальные группы высших растений. Они помогают решать огромные водоохранные и ландшафтные задачи, служат важнейшим источником древесины, сырья для получения канифоли, скипидара, спирта, бальзамов, эфирных масел для парфюмерной промышленности, лекарственных и других ценных веществ. Некоторые хвойные культивируются как декоративные (пихты, туи, кипарисы, кедры и др.). Семена ряда сосен (сибирской, корейской, итальянской) употребляются в пищу, из них также получают масло. Голосеменные включают шесть классов, два из которых полностью исчезли, а остальные представлены ныне живущими растениями. Наиболее сохранившейся и самой многочисленной группой голосеменных является класс Хвойные. Хвойные - вечнозеленые деревья и кустарники. Такое название они получили из-за игольчатые листья, которые называют хвоей. Хвоя бывает длинной (сосна) и короткой (ель, можжевельник). Ученые выяснили, что по состоянию Хвойных можно осуществлять биоиндикацию окружающей среды, а именно атмосферного воздуха. Для этого существуют специальные методики. Кроме того, издавна считалось, что Хвойные – это ценные растения, очищающие воздух. ²

Цель работы – изучение экологического состояния атмосферного воздуха в окрестностях села Панфилово Муромского района Владимирской области.

Она определила и задачи работы:

Задачи исследования:

1. Выяснить, как хвоя можжевельника обыкновенного реагирует на загрязнение атмосферы, и почему хвойные можно использовать в качестве вида – биоиндикатора;

2. Овладеть методикой биоиндикации загрязнения воздуха по комплексу признаков хвойных растений;

3. Определить степень загрязнения воздуха в окрестностях села Панфилово и в массиве леса, прилегающего к селу по комплексу признаков можжевельника обыкновенного и сделать выводы

4. Сделать выводы о состояния атмосферы в окрестностях села Панфилово и массиве леса, прилегающего к селу Панфилово.

Объектом исследования являются растения можжевельника обыкновенного.

Место проведения исследования являются территории в окрестностях села Панфилово.

Сроки проведения исследования: сентябрь, октябрь 2022 года.

Методы исследования:

1. анализ литературы;

2. наблюдения; экскурсии; мониторинг;

3. статистическая обработка данных исследования;

4. анализ и систематизация данных.

План исследования:

1. Подбор литературы и изучение теоретического материала.

2. Составление плана работы.

3. Подбор материала и оборудования для проведения исследований.

4. Определение участков проведения исследования

5. Проведение исследований.

6. Анализ полученных результатов

Актуальность исследовательской работы обусловлена тем, что проблема загрязненности атмосферы является очень важной. Ученые бьют тревогу, призывая нас к сохранению и защите окружающей среды, а также ко всяческой помощи ей. Но не каждый знает, в чем состоят проблемы территории, где мы живем, поэтому мы предлагаем биоиндикацию, как вариант мониторинга окружающей среды с. Панфилово Муромского района, который находитсяна в центре Восточно-Европейской равнины, на левом берегу реки Оки, в 1,7 км на юг от Мурома. В селе работают несколько цехов по деревообработке и изготовлению мебели.

В ходе работы нами была изучена литература по обозначенной теме, список которой представлен в работе, а также интернет ресурсы.

Глава 1. Загрязнение и биоиндикация атмосферы

Атмосферный воздух – основной компонент биосферы. Каждый человек знает, что он без пищи и воды может жить несколько суток, а без воздуха – только нескольких минут. Общее количество кислорода в атмосферном воздухе составляет 1,0310 т. Опасаться, что в ближайшей перспективе его будет не хватать, не следует, даже при увеличении его использования всеми живыми организмами и расходования на производственные нужды. Человеку стоит беспокоиться и заботиться не о количестве воздуха, который ему необходим, а больше уделять внимание его качеству, поскольку в последнее время загрязнение атмосферы носит прогрессирующий характер.

1. 1. Проблема загрязнения воздуха

«Загрязнение воздуха – экологическая проблема». Эта фраза не отражает ни в малейшей степени тех последствий, которые несет в себе нарушение природного состава и баланса в смеси газов, называемой воздух.

Проиллюстрировать такое заявление не вызывает никакого труда. Всемирная организация здравоохранения привела данные по этой теме за 2014 год. Из-за загрязнения воздуха в мире умерло около 3,7 млн. человек. Почти 7 млн. человек умерло от воздействия на организм загрязненного воздуха. И это за один год.

В состав воздуха входит 98–99% азота и кислорода, остальное: аргон, углекислый газ, вода и водород. Из него состоит атмосфера Земли. Основной компонент, как видим, кислород. Он необходим для существования всего живого. Им «дышат» клетки, то есть при поступлении его в клетку организма происходит химическая реакция окисления, в результате которой выделяется энергия необходимая для роста, развития, размножения, обмена с другими организмами и тому подобное, то есть для жизни.

Источники загрязнения:

• тепловые электростанции;

• продукты сжигания топлива.

• продукты сжигания отходов деревообрабатывающих цехов, бытовых отходов (мусор, полиэтилен, пластик);

• выхлопные газы автомобилей.

Большая загазованность отрицательно сказывается на экологической обстановке и влияет на самочувствие людей, флору, фауну.

1.2. Биоиндикация загрязнений окружающей среды

Биоиндикация — оценка качества среды обитания и её отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях. Загрязнение окружающей среды – это привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных физико – химических и биологических веществ, агентов, оказывающих вредные воздействия на природные экосистемы и человека.

Классификация загрязнения окружающей среды.

Различные типы загрязнения подразделяются на три основных: физическое, химическое и биологическое

Физическое загрязнение связано с изменением физических, температурно – энергетических, волновых, радиационных параметров внешней среды. Так тепловое воздействие проявляется в ухудшении режима земной поверхности и условий жизни людей. Источниками теплового загрязнения в нашей местности служат котельные, малые сельскохозяйственные предприятия. Сюда относятся воздействия шума и электромагнитное излучение, причем источниками последнего служат высоковольтные линии электропередач, электроподстанции, антенны радио - и телепередающих станций, а в последнее время так же микроволновые печи, компьютеры и телефоны.

Химическое загрязнение – увеличение количества химических компонентов определённой среды, а также проникновение в неё химических веществ, не свойственных ей или в концентрациях, превышающих норму. Наиболее опасным для природных экосистем и человека представляется именно химическое загрязнение, поставляющее в окружающую среду различные токсины (аэрозоли, химические вещества, пестициды, тяжелые металлы, пластмассы и т.д.). По расчётам специалистов, в настоящее время в природной среде содержится от 7 до 8,6 миллионов химических веществ, причем их арсенал ежегодно пополняется ещё 250 тыс. новых соединений. Многие химические вещества обладают канцерогенными мутагенными свойствами, среди которых особенно опасны 200 наименований (список составлен экспертами ЮНЕСКО): бензол, асбест, бензопирен, пестициды (ДДТ, элдрин и др.), тяжелые металлы (особенно ртуть, свинец, кадмий), разнообразные красители и пищевые добавки. По оценкам всемирной организации здравоохранения, в мире около 600 млн. человек подвержены воздействию атмосферы с повышенной концентрацией диоксида серы и более 1млрд человек, т.е. каждый седьмой житель планеты, с вредной для здоровья концентрацией взвешенных частиц.

Нам постоянно предлагают продукты, содержащие консерванты, красители, эмульгаторы и т.д. Эти пищевые добавки серьёзно угрожают нашему здоровью.

Биологическое загрязнение – случайное или связанное с деятельностью человека проникновение в эксплуатируемые экосистемы и технологические устройства чуждых им растений, животных и микроорганизмов (бактериологическое); часто оказывает негативное влияние при массовом размножении пришлых видов. Особенно загрязняют среду предприятия, производящие антибиотики, ферменты, вакцины, сыворотки, кормовой белок, биоконцентраты и др. Наличие в городах и населённых пунктах свалок, несвоевременная уборка бытовых отходов привели к численному росту синотропных животных: крыс, насекомых, голубей, ворон и др. Загрязнение природных вод влияет не только на здоровье человека, оно приводит к сокращению и уничтожению тех или иных видов живых организмов с одновременным размножением других.³

Глава 2. Материалы и методы исследования

2.1. Объект исследования

В качестве объекта биоиндикации загрязнения воздуха использовали можжевельник, как представитель хвойных растений, являющихся индикарами

Можжевельник обыкнове́нный, или Ве́рес (лат.Juníperus commúnis) — вечнозелёныехвойныедеревья, видродаМожжевельник (Juniperus) семействаКипарисовые (Cupressaceae). Медленнорастущий кустарник с воронковидной кроной и строго приподнятыми жесткими перистыми ветвями. Годовой прирост в высоту 10 см. в ширину 5 см., в 10 лет достигает 1.5 м. высоты, взрослое растение около 2-2,5 м. высота и 1,5 (2) м. шириной. Хвоя чешуйчатая, густая, серо-голубая.

Коратёмно-серая или серовато-бурая, продольно шелушащаяся. Побеги красновато-бурые.

Листьядлиной 1—1,5 см, шириной 0,7 мм, сидячие, жёсткие, линейно-шиловидные или шиловидно-заострённые, колючие, почти трёхгранные, плотные, сверху неглубоко-желобчатые, с одной нераздельной или иногда до середины разделённой беловатой полоской вдоль средней жилки, снизу блестяще-зелёные с тупым килем. Листья расположены кольцеобразно, по три в каждом кольце, сохраняются на побегах до четырёх лет.

Однодомные или чаще двудомные растения. Мужские шишки (микростробилы) почти сидячие, желтоватые. Женские шишки — шишкоягоды многочисленные, диаметром 5—9 мм, продолговато-яйцевидные или шаровидные, бледно-зелёные, зрелые — чёрно-синие с голубым восковым налётом или без него, созревающие на второй или третий год осенью, состоят из трёх или шести чешуй, сидят на очень коротких ножках. В шишке три (иногда одно — два) трёхгранных семени, удлинённо-яйцевидных или яйцевидно-конических, жёлто-бурых. Пылит в апреле — мае (в Сибири — в мае — июне). Первое семяношение на открытых местах в пять — десять лет. Обильные урожаи через три — пять лет (в эти годы урожайность шишкоягод — свыше 50 кг/га). [16]

Размножается преимущественно семенами. Предельный возраст — 600 лет^. Светолюбив, выносит небольшое затенение. Требования к почве и влажности невысокие, нетребователен к значению pH. Устойчив к загрязнению воздуха. ⁴

Чувствительность можжевельника обыкновенного

к длительному загрязнению воздуха

Можжевельникичувствительныкзагрязнениювоздуха вредными промышленными и автомобильными газообразными примесями. Это проявляется, прежде всего, пожелтением, начинающимся с концов, хвоинок и их опадением. Избыточное увлажнение, связанное с естественным заболачиванием, поднятием уровня грунтовых вод, весенними паводками и обильными осенними осадками, приводит к пожелтению и некротизации хвои.

Предметом биоиндикации служили:

Участок 1 - лес, прилегающий к селу со стороны предприятий по деревообработке, который находится на окраине села Панфилово, вдоль предприятий по деревообработке, куда ежедневно подъезжает большое количество машин в том числе лесовозов. И происходит сжигание отходов деревообработки.

Участок 2 - лес, находящийся в 5 км от населенных пунктов и промышленных предприятий, находится в стороне от жилья и транспортных путей.

2. 2. Методика исследования

Оборудование и материалы: метровая линейка, равнобедренный треугольник, гибкая лента (швейный сантиметр), рулетка, бумага, карандаш.

1. Оценка экологического состояние растительности с помощью таблицы.

Таблица оценки экологического состояния растительного сообщества

2. Паспортизация древесных растений.

Паспортизация деревьев предусматривает следующие основные характеристики :

- Диаметр ствола

- Высота можжевельника.

1. Приближаясь к кустарнику (или удаляясь) от него, установить треугольник у глаза так, чтобы один из его катетов был направлен отвесно, а другой совпал с вершиной дерева.

2. Выполнить измерения расстояний от исследователя до дерева и высоту от поверхности земли до глаз наблюдателя.

3. Так как треугольник равнобедренный, значит, высота кустарника будет равна расстоянию до кустарника плюс высота до глаз наблюдателя.

- Высота, на которой у можжевельника начинается ветвление.

- Количество опорных ветвей, формирующих крону.

Считаются только ветви, отходящие от ствола. Дальнейшее ветвление не учитывается. [1]

- Изучение состояния древесных насаждений

Состояние насаждений определяется по признакам:

«хорошее» - насаждения здоровые, с хорошо развитой кроной, без существенных повреждений;

«удовлетворительное» - насаждения здоровые, но с неправильно развитой кроной, со значительными, но не угрожающими их жизни повреждениями, с дуплами;

«неудовлетворительное» - насаждения с неправильной и слабо развитой кроной, со значительными повреждениями, ранениями, зараженность болезня­ми или вредителями, угрожающими их жизни. [6]

Затем выполнили подсчеты хвоинок с пятнами, некрозами и усыханиями. По степени повреждения и усыхания хвои выделяют несколько классов [1]: Классы повреждения: 1 – хвоинки без пятен; 2 – хвоинки с небольшим числом мелких пятен; 3 – хвоинки с большим числом черных и желтых пятен.

Классы усыхания: 1 – на хвоинках нет сухих участков; 2 – на хвоинках усох кончик 2 – 5 мм; 3 – усохла 1/3 хвоинки; 4 – вся или большая часть хвоинки сухая. Проводилась оценка степени загрязнения атмосферного воздуха по оценочной шкале

⁵

Глава 3. Проведенные исследования

3. 1. Экологическое состояние

В ходе работы мы оценили экологическое состояние растительных сообществ, где находятся инспектируемые нами участки.

Характеристика экологического состояния Участка № 1

Из 7 можжевельников- 3 находятся в хорошем состоянии, 4 - в удовлетворительном. Наблюдаются повреждения коры антропогенного происхождения, обломанные ветви. Расстояние между близко растущими кустарниками составляет в среднем 3-5 м. Под большинством деревьев почва утоптана. Видовой состав травяной растительности беден, листовая подстилка нарушена. Считаем, что данные изменения произошли из-за постоянного вытаптывания, так как многие можжевельники растут вдоль участка с деревообрабатывающими предприятиями.

В ходе визуального наблюдения были получены результаты, которые занесены в таблицу 1.

Таблица 1

Паспортизация можжевельника обыкновенного участка №1.

Характеристика экологического состояния Участка № 2

Из 7 можжевельников- 6 находятся в хорошем состоянии, 1 - в удовлетворительном. Следов антропогенного воздействия визуально не наблюдается. Расстояние между растущими кустарниками составляет в среднем 2-3 м. Видовой состав травяной растительности богат , листовая подстилка не нарушена. Растения можжевельника обыкновенного имеют на данном участке более высокие размеры и густую крону чем на первом.

В ходе визуального наблюдения были получены результаты, которые занесены в таблицу 2.

Таблица 2

Паспортизация можжевельников участка № 2.

3.2. Определение состояния хвои можжевельника обыкновенного

Выявили степень повреждения хвои. С ветвей 7 кустарников на каждом участке отбирали побеги одинаковой длины. С них собирали всю хвою и визуально анализировали ее состояние. Степень повреждения хвои определяли по наличию хлоротичных пятен, некротических точек, некрозов. Все хвоинки тщательно рассматривали для определения класса повреждения и усыхания.

Результаты учетов занесли в таблицу (см. таблицу 3).

Таблица 3

Повреждение и усыхание можжевельника обыкновенного

Вывод: У можжвельника на участке 1, растущих на территории, прилегающей к цехам деревообработки живой, здоровой хвои примерно 44%. Продукты сжигания отходов деревообрабатывающих цехов, выхлопные газы проезжающих машин, проникая внутрь через устьица, вызывают отравление живых тканей. В результате хвоя повреждается и усыхает. Большинство хвои, собранной с ветвей деревьев с участка вдоль дороги, имеют некоторое количество черных и желтых пятен, что соответствует классу загрязнения 3 - относительно чистый.

на участке 2 в лесу, хвоинки, собранные с ветвей можжевельника обыкновенного, совсем не повреждены, они ярко зеленые, чистые, пятен мало, усохших участков у них нет, класс повреждения и усыхания хвои можжевельника обыкновенного – 1 , что соответствует чистому воздуху.

3.3. Определение продолжительности жизни можжевельника обыкновенного

Для определения продолжительности жизни можжевельника произвели визуальную оценку побегов. Количество учетных кустарников – по 7 на каждом участке. Продолжительность жизни хвои установили путём просмотра побегов с хвоей по мутовкам (мутовка - расположение ветвей (кольцом) по окружности дерева). Обследовали верхушечную часть ствола за последние годы – каждая мутовка, считая сверху, это год жизни.

Затем по формуле рассчитали индекс продолжительности жизни хвои сосны обыкновенной.

3В1 + 2В2 +В3

Q = –––––––––––––,

В1+ В2 +В3

Где В1, В2, В3 – количество деревьев с продолжительностью жизни хвои 1.2,3 года. ⁶

Результаты определений оформили в виде таблицы (см. таблицу 2).

Таблица 2

Продолжительность жизни хвои сосны обыкновенной

в разных зонах

Продолжительность жизни хвои зависит от уровня загрязненности воздуха. Чем выше индекс Q, тем больше продолжительность жизни хвои сосны.

Вывод: продолжительность жизни хвои можжевельника на 2 участке Q =3,8, что значительно выше, чем на участке №1, у дороги рядом с предприятиями, где Q= 2,58. В связи с этими данными можно сделать вывод, что воздух в лесном массиве гораздо чище, чем в с. Панфилово рядом с предприятиями.

4. Общий вывод по работе

Проведя исследования, в разных по уровню загрязнения воздуха районах, мы сделали выводы о чистоте воздуха в них. Участок 1 находящийся вблизи предприятий и транспортных путей. И участок 2 – лес, находящийся в стороне от жилья и транспортных путей. На загрязнение среды наиболее сильно реагируют хвойные растения. Использование хвойных в качестве биоиндикаторов позволило оценить состояние окружающей среды. Объектом исследований был выбран вид Можжевельник обыкновенный. Растения оценивались как по качественным (состояние хвои, состояние деревьев, продолжительность жизни хвои), так и по количественным показателям (ветвление). Внешнее действие загрязнителей проявляется в некрозах – пятнах на листьях и стеблях, в изменениях окраски листьев (бледно-зеленый цвет, покраснение или пожелтение), в низкорослости, изрежении кроны, опадении листвы.

Осмотрев хвою с помощью лупы выявлено, что кончики множества хвоинок на участке вблизи предприятий - загрязнителей имеют желто-коричневый цвет, большинство хвоинок с пятнышками, что свидетельствует классу загрязнения 2 воздуха, на 1 участке. Тогда как на участке 2 хвоинки имеют зеленую окраску и здоровый вид, что соответствует классу загрязнения 1, то есть воздух на участке 2 , в лесной зоне абсолютно чистый. Состояние кроны можжевельника обыкновенного в разных зонах тоьже различается, т.к. тоже определяется состоянием атмосферного воздуха на разных участках. На участке 1 вблизи дорог и предприятий большинство кустарников со слабоажурной кроной, с малым количеством разветвлений. А на участке 2 вдали от источников загрязнения, с густой зеленой кроной. Кустарники здесь высокие, стройные, как колонны, ветвление начинается практически от земли. Проанализировав полученные результаты, можно сделать следующий вывод: состояние воздуха в лесной зоне, отдаленной от дорог и жилья (участок 2), можно оценить, как чистое (I). Более высокую степень загрязненности воздуха в вблизи территории предприятий (участок 1), вероятно, можно объяснить влиянием автотранспорта – там его состояние можно оценить, как близкое к загрязнённому (2). Критических показателей загрязнения воздуха в окрестностях села Панфилово не выявлено.

Заключение

В ходе своей исследовательской работы я подтвердил, что можжевельник - это необычайное создание природы, растение которое очень полезно человечеству для здоровья и самое главное - для чистого воздуха. И те, кто садит можжевельник в своих дворах в декоративных целях, поддерживают более чистым воздух окружающего мира.

А по-настоящему ценить природу мы начнем только тогда, когда своими руками посадим хотя бы несколько деревьев, очень осторожно, аккуратно, чтобы не поранить корни, и всей душой пожелав, чтобы они непременно выросли.

Результаты наших исследований могут быть использованы на уроках географии, биологии, а также на классных часах по краеведению.

Список использованной литературы

1. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. Пер. с нем. Под ред. Р. Шуберта. – М.: Мир, 1988.

2. Биологическая экология. Теория и практика: учебник для студентов вузов, обучающихся по экологическим специальностям / А.С. Степановских. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. – 791с.

3. Ботанические экскурсии. Пособие для учителей. 3-изд. испр., доп. Под ред. проф. П. И. Боровицкого. - М., Просвещение, 1968. - 243 с. с ил.;

4. Дядюн Т.В. Практикум “Мир воздуха”. Ж. “Биология в школе”, № 1, 2001.

5. Жизнь растений, том 3, под ред. М.М. Голлербаха — М.: Просвещение, 1977.