XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование уровня загрязнения воздушного бассейна в районе села Медяково по видовому разнообразию лишайников

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Бель О.В. 1Макарова А.С. 1

---

1МБОУ Медяковская СОШ Купинского района

Черенкова Н.Н. 1

---

1МБОУ Медяковская СОШ Купинского района

Работа в формате PDF

257.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

«Чем больше мы познаём законы природы, тем всё более

невероятными становятся для нас чудеса».

Ч. Дарвин

Жизнь на Земле возможна до тех пор, пока существует земная атмосфера - газовая оболочка, защищающая живые организмы от вредного воздействия космических излучений и резких колебаний температуры.

Наибольшее значение для всех живых организмов имеет относительно

постоянный состав атмосферного воздуха, в котором содержится 78,3% азота, 20,95% кислорода, 0,03% диоксида углерода, 0,93% аргона, небольшое количество других инертных газов. Пары воды составляют 3-4 процента от всего объёма воздуха.

Проблема загрязнения природной среды - одна из глобальных проблем современного мира. С развитием промышленности и транспорта доля кислорода стала сокращаться, увеличилось выделение в атмосферу диоксида углерода. Воздух загрязнён промышленными, транспортными и бытовыми выбросами. Это сернистый газ SO₂ (при высокой концентрации которого в тихую и влажную погоду возникает белый смог - ядовитый туман). С выхлопными газами в атмосферу поступает угарный газ, оксид азота, углеводороды, обладающие канцерогенными свойствами, мелкие частицы свинцовой примеси, пыли (цемента, извести, каменного угля, металлов и их соединений).

Благодаря уникальным свойствам лишайников их стали использовать для общей оценки степени загрязненности атмосферного воздуха. На этой основе стало развиваться особое направление индикационной экологии – лихеноиндикация.

Актуальность выбранной темы объясняется тем, что:

1. Загрязнение атмосферы губительно для большинства лишайников, поэтому их наличие свидетельствует о чистоте воздуха в данной местности.

2. В связи с тем, что загрязняющие вещества поступают в нижний слой атмосферы и процесс их рассеивания замедлен, вредные вещества практически находятся в зоне дыхания, что приводит к ухудшению состояния экосистем и здоровья человека.

Экологически чистая полноценная внешняя среда наряду с другими факторами является важной предпосылкой сохранения и укрепления здоровья и развития людей.

Данная работа предусматривает изучение этой проблемы, способствует созданию оптимального воздушного режима пространства.

Цель: исследовать зависимость видового разнообразия эпифитных лишайников от степени загрязненности атмосферы.

Для достижения поставленной цели необходимо рассмотреть и решить ряд задач:

• изучить уровень загрязнения воздушного бассейна села Медяково;

• выявить причины загрязнения воздуха в черте села;

• установить взаимосвязь уровня загрязнения воздушного бассейна в селе с видовым разнообразием лишайников;

• определить границы лишайниковых зон в отдельных районах села Медяково;

• составить карту загрязнения воздуха по видовому составу лишайников.

Объект исследования: воздушный бассейн села Медяково и видовое разнообразие эпифитных лишайников.

Предмет исследования: влияние загрязнения воздуха на видовое разнообразие лишайникового покрова

Гипотеза исследования:

Видовое разнообразие лишайников и их обилие будет характерно для районов с. Медяково в меньшей степени подверженных действию загрязняющих веществ.

Время проведения исследования: сентябрь 2023 - февраль 2024г

В процессе работы была использована литература:

1.А. С. Боголюбов, М. В. Кравченко «Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации». Москва: Экосистема, 2001

В этом пособии описаны основные правила организации исследований с использованием лихеноиндикаци, методики использования лишайников для оценки загрязнения воздуха.

2. М. В. Кравченко, А. С. Боголюбов «Методика описаний лишайниковых сообществ» (изучение флоры и экологии лишайников). Москва: Экосистема 1996.

В этом методическом пособии изложены темы самостоятельного исследования по изучению лихенофлоры, составлению флоры лишайников, изучению пространственного распределения видов, описанию сообществ лишайников по основным группам.

3. Киселев В. Н. Основы экологии: учебное пособие. - Мн.: Университетское, 2000

На основе исследований выделяют зоны лишайников, которые позволяют судить о степени загрязненности атмосферного воздуха: лишайниковая пустыня, зона соревнования, нормальная зона.

Методика нашего исследования состояла из личных наблюдений и их анализа, проведения биологического эксперимента, изучения литературных и информационных источников, использования и анализа архивных документов, интернет - ресурсов.

Теоретическая часть

Строение лишайников

Лишайники представляют собой большую своеобразную группу бесхлорофилльных низших однолетних растений - грибов, находящихся в постоянном симбиозе с водорослями. Их вегетативное тело представлено слоевищем, имеющим верхний и нижний корковые слои из плотного сплетения грибных нитей, между которыми находится сердцевина - рыхлый слой грибных нитей с водорослями. Корковый слой грибов укрепляет слоевище, позволяет всасывать влагу из воздуха и защищает водоросли от чрезмерного освещения. Основная функция сердцевинного слоя - проведение воздуха к клеткам водорослей, содержащим хлорофилл.

Гриб обеспечивает водоросль водой и растворенными в ней минеральными солями, а сам получает от водоросли органические вещества. Таким образом, лишайники представляют собой автогетеротрофные организмы.

Рис.1. Схема строения лишайников

Морфология таллома

Тело лишайников характеризуется большим разнообразием морфологических форм. Они бывают жёлтыми, красными, белыми, серыми, коричневыми, чёрными и голубоватыми в зависимости от освещенности: чем больше света, тем ярче окраска. Разнообразны лишайники и по форме. Слоевище их может иметь вид корочки, листовидной пластинки или кустика.

Согласно упрощенной классификации различают три морфологических типа талломов:

Накипные лишайники растут на поверхности почвы, на коре деревьев и кустарников плотно срастаются с субстратом. Талломы накипных лишайников имеют вид порошистого налета, тонкой корочки или мелких чешуек, могут быть погружены в субстрат (камень или дерево) или располагаться на его поверхности. Листоватые лишайники имеют слоевище в форме пластинок, срастающихся с субстратом и имеют вид чешуек, розеток. Талломы листоватых лишайников представляют собой одну или несколько цельных или рассеченных листовидных лопастей, обычно расположенных горизонтально. Кустистые лишайники имеют вид прямостоячих или свисающих кустиков, обладающих вертикальным ростом. Таллом может быть разветвленно-кустистым или иметь удлиненно цилиндрическую, палочковидную или кубковидную формы. Такие лишайники обладают, в отличие, от накипных и листоватых, вертикальным ростом.

Рис.2. Морфологические типы талломов лишайников

Свойства лишайников

Одним из важнейших факторов выживания лишайников является их способность очень быстро высыхать. Фотосинтез прекращается, и организм погружается в глубокий анабиоз. Лишайники, даже высохнув оживают, стоит им только попасть во влажное место или под дождь. Всей поверхностью тела они впитывают влагу, а вместе с ней растворенные в воде соединения. Эпифитные лишайники являются организмами, чувствительными к изменению содержания в воздухе ряда химических элементов и соединений. В них могут накапливаться: литий, натрий, калий, магний, кальций, хром, марганец, железо, никель, медь, свинец, ртуть, уран, фосфор, йод, сера, мышьяк, селен. Содержание одного и того же элемента в лишайниках зависит от условий загрязнения окружающей среды. Этот исключительно выносливый организм служит лучшим “индикатором” чистоты воздуха. Наиболее резко лишайники реагируют на сернистый газ, который быстро разрушает и без того небольшое количество их хлор

Характеристика села Социально-экономическое положение

Дата основания села 1907 год Территория – 23884 гСело Медяково расположено в юго-западной части Новосибирской области на расстоянии от областного центра 550 км и в 37 км от районного центра города Купино. На территории села расположены: средняя общеобразовательная и художественная школы, культурно-досуговый центр, библиотека, сельский совет, врачебная амбулатория, администрация ООО ОПХ «Медяковское», подстанция КЭС Купинских РЭС, почта, 5 частных магазинов, АТС. Рис.3. Карта – схема Купинского района Новосибирской области

История основания населенного пункта

Наше село основано в 1907 году. На месте села Медяково раньше был лес, росший по берегам озера, богатого рыбой. Первые переселенцы из Белоруссии, Украины стали рубить лес, строить дома, выкорчевывать пни. При строительстве они использовали местный материал: пласт, березу, камыш и глину. Распахивали плодородные земли под огороды. Сейчас от озера осталось небольшое углубление, наполненное водой. В апреле 1985 года новое советское руководство приняло решение на ускорение социально – экономического развития страны. Главными его рычагами виделись научно - технический прогресс, техническое перевооружение машиностроения, и активизация человеческого фактора.

Состояние загрязнения атмосфер ного воздуха с. Медяково

В 2023 году в атмосферу выброшено 48 т вредных веществ, что на 15 т меньше, чем в 2018 году. Валовый выброс сократился за счёт спада производства и физического износа технологического оборудования, отсутствия пылегазоулавливающих установок.

Источники загрязнения воздушной среды

Источниками антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а также серьезные нарушения экологического равновесия в биосфере с. Медяково являются транспорт, деятельность технических предприятий, выхлопы автомобилей, мусорные свалки, печное отопление, сжигание различного сырья. Село расположено вблизи oт трассы Купино-Петропавловка. Мы проследили за движением транспорта по трассе, пропускная способность которого в сутки составляет десятки единиц автотранспортных средств, перевозяших ядовитые и взрывоопасные грузы, загрязняя придорожную растительность продуктами неполного сгорания топлива: серы, оксида азота, бензина.

Серьезными загрязнителями атмосферы являются шум, электромагнитное излучение, тепловое загрязнение.

Центральные котельные поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО), около 50% двуокиси серы, 35% - окислов азота и около 35% пыли.

Суточные концентрации выбросов в атмосферу ЦК, мг/м³

Магнитные поля, исходящие от трансформаторной подстанции, линии электропередач села Медяково охватывают небольшую территорию, незначительная интенсивность их проявления приносит ущерб здоровью населения.

Они ионизируют пролетающие рядом пылевые частицы, которые, попадая в легкие, передают свои заряды клеткам, нарушая их функции.

Появление мощного и протяженного источника электромагнитного поля привело к изменению естественных факторов, при которых сформировалась экосистема. Замечены тепловые повреждения тканей растений.

Рис.4. Источники загрязнения воздушной среды антропогенного характера

Влияние загрязнения воздуха на состояние лишайников

Значение лишайников в природе переоценить трудно. К. А. Тимирязев в своей книге «Жизнь растений» писал: «Медленно, но упорно завоёвывают они каждую пядь земли, и только по их следам, по проторённому пути появляются более сложные формы жизни».В наши дни, когда всё более актуальнее становится проблема загрязнения окружающей среды, лишайники могут сослужить нам ещё одну службу. Направление в науке, которое отвечает за состояние воздушной среды с использованием лишайников, называется лихеноиндикацией. Высокая чувствительность лишайников к загрязнению внешней среды отмечается по ряду факторов: отсутствие непроницаемой кутикулы, поглощение воды со скапливаемыми в ней токсичными веществами.Чем ближе загрязнитель к лишайнику, тем его слоевище становится более плотным, теряет плодовые тела и увеличивается количество соредий. При дальнейшем воздействии загрязнения лишайник меняет окраску от светло-белой до темной, почти фиолетовой, в конечном итоге таллом сильно видоизменятся и растение гибнет.[3] Реакция лишайников на диоксид серы представлена в таблице.

Встречаемость лишайников в различных частях села в зависимости от среднего количества диоксида серы в воздухе

Таким образом, методы оценки загрязненности атмосферы по встречаемости лишайников основаны на следующих закономерностях:

1.Чем сильнее загрязнен воздух села, тем меньше встречается в нем видов лишайников. 2.Чем сильнее загрязнен воздух, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев. 3. При повышении загрязненности воздуха, исчезают первыми кустистые лишайники, за ними – листоватые, последними – накипные.

Экспериментальная часть Метод лихеноиндикации в оценке воздушного бассейна с. Медяково Мы исследовали разные районы села с целью оценки качества воздуха методом лихеноиндикации. [1] Участки для исследований выбирали примерно одинаковые. Пробными площадями называется участок территории, на котором производятся исследования и в пределах которого производится выбор модельных деревьев, должны быть одного возраста.Была использована методика измерения относительной численности лишайников, предназначенная для определения численности лишайников на деревьях, в частности – их проективного покрытия двумя техническими приемами - способом «линейных пересечений» и способом «палетки». Нами избран «способ палетки», который является методом непосредственного измерения проективного покрытия лишайников на стволах деревьев, т.е. измерения процентного отношения площади, покрытой лишайниками, к площади, свободной от лишайников.

Для данных площадок были выделены свои параметры:

• Степень покрытия слоевищем лишайников каждого дерева

• Общее число видов лишайников

• Частота встречаемости каждого вида

Цель: выявить наличие видов лишайников и оценить качество воздуха по проективному покрытию лишайниками стволов деревьев.

Инструменты исследования: прозрачная палетка, измерительная лента с миллиметровыми делениями (1 метр) и компас, ручка, блокнот, калькулятор.

Методика исследования

Исследуемая территория была разбита на квадраты 10 х 10 м. В каждом квадрате мы выбрали 10 отдельно стоящих старых, но здоровых деревьев. В ходе работы были обследованы шесть видов деревьев: тополь обыкновенный, береза, вяз мелколистный и др. На каждом дереве подсчитали количество видов лишайников и разделили их на группы: кустистые, листоватые и накипные.

Мы провели оценку степени покрытия древесного ствола лишайниками. Для этого на высоте 30-150 см на более заросшую лишайниками часть коры наложили рамку. Подсчитали, какой процент общей площади рамки занимают лишайники.[2] Полученные результаты занесли в таблицу.

Таблица. Проективное покрытие лишайниками стволов деревьев

Используя формулу и данные таблицы 1 произвели сопоставление данных расчета со шкалой качества воздуха по проективному покрытию лишайниками стволов деревьев (Приложение 1) Общее проективное покрытие в процентах (R) вычислили по формуле (1):

R= (100 a +50 b) / С, (1)

где С - общее число квадратов палетки (например, при использовании палетки10 х 10 см с ячейками 1 х 1 см, С = 100). После выявления видового состава определяем размеры розеток лишайников и степень покрытия в процентах. Оценка встречаемости и покрытия даётся по 5 бальной шкале.

Таблица. Частота встречаемости и степень покрытия деревьев лишайниками по улицам с. Медяково

Таким образом, для каждой площадки описания и для каждого типа роста лишайников выставляются баллы встречаемости и покрытия. После проведения исследований на нескольких десятках деревьев делаем расчёт средних баллов встречаемости и покрытия для каждого типа роста лишайников.

Зная баллы средней встречаемости и покрытия лишайников, рассчитываем показатель относительной чистоты атмосферы ОЧА, используя формулу:

ОЧА = (Накипных + 2 х Листоватых +3 х Кустистых)

--------------------------------------------------------------------------

30

ОЧА = 5+(2х3) + (3х0)

----------------------------- =37% (3 балла)

30

Степень покрытия - 37 % или 3 балла.

Чем выше показатель ОЧА (ближе к единице), тем чище воздух местообитания.

Определение класса загрязнения производили по лишайникам, растущим на стволах взрослых деревьев (30-35 летнего возраста). Молодые деревья для этого не подходят, так как на них кора ежегодно слущивается и лишайники не успевают их заселять.

Таблица. Оценка лишайникового покрова.

Вывод:

• Класс загрязнения воздуха на территории населенного пункта - 3 балла.

• Воздух относительно чистый. Основным загрязнителем воздуха является оживленная автотрасса.

Рис.5. Диаграмма частоты встречаемости и степени покрытия деревьев лишайниками

Вывод: частота встречаемости и степень покрытия деревьев лишайниками преобладают на улицах Пролетарская (начало) и Ударник (начало, центр села). Оставшиеся улицы расположены вблизи проезжей части и поэтому полученные результаты имеют низкую оценку.

Воздействие загрязнения на встречаемость лишайников

По полученным результатам исследуемые улицы села Медяково можно разделить на три группы. К первой группе относятся улицы Пролетарская и Ударник (начало улицы), где уровень загрязнения воздуха сернистым газом не превышает 0,05 мг/м3. Они являются благоприятными для проживания населения. Ко второй группе относятся улицы Ударник (центр села) и Черёмушки с показателями сернистого газа от 0,05 до 0,2 мг/м3. Данные участки исследования располагаются возле автодорог, с большей плотностью жилых построек, поэтому эти участки слабо вентилируются. К наиболее загрязненным улицам относится Молодёжная и Озёрная. Здесь наиболее сильное загрязнение воздуха сернистым газом приблизительно 0,3 мг/м3. Таким образом, метод лихеноиндикации можно использовать для определения уровня загрязнения атмосферного воздуха сернистым газом.

Результаты исследования На основе полученных данных была составлена экологическая карта с. Медяково (Приложение 2) На основании мониторингового исследования уровня загрязнения воздушного бассейна на улицах села сделали следующие выводы:

• Рост количества автомобилей в селе, а также низкое техническое состояние автотранспорта и автодорог приводит к повышенному загрязнению атмосферного воздуха выхлопными газами.

• Видовой состав лишайников в исследованных районах села беден, что говорит о неблагополучной экологической обстановки в целом.

• Видовое разнообразие лишайников и их обилие находятся в прямой зависимости от загрязненности воздуха.

• Основными породообразующими деревьями являются тополь и береза, поэтому видовое разнообразие лишайников на территории села незначительное.

Предложения

Для улучшения состояния атмосферного воздуха в районе с. Медяково предлагаем:

• увеличить количество деревьев на территории населённого пункта, т.к. многие из них достаточно старые и нуждаются в реконструкции.

• расширить видовой состав древесно-кустарниковых насаждений, которые обладают газопоглотительной способностью и являются фитонцидными: береза, дуб, тополь, черемуха.

• для лучшей шумоизоляции высадить шумопоглощающие и пылезадерживающие породы деревьев.

• Вести контроль очистительных приборов, которые должны использоваться водителями для уменьшения выбросов.

Заключение

Нам на ум пришла фраза, которая трактуется в нашем понимании так: « Человечество совершает огромную ошибку, когда говорит о том, что может жить отдельно от природы и не принимать во внимание ее законы».

Прожив еще совсем незначительный для истории Земли период времени, человечество уже нанесло колоссальный вред всей окружающей среде и ее составляющим. И если так и дальше будет продолжаться, то выражение «звенящий воздух» получит совсем другое понимание, нежели сейчас.

Наша работа показывает действие наиболее простого, но проверенного и практичного метода оценки воздушной среды - метода лихеноиндикации. Нами было определено количество жизненных форм лишайников на территориях, выявлены источники поступления, загрязняющие воздушную среду, установлено наличие загрязнения воздуха диоксидом серы, проведено сравнение концентрации диоксида серы с ПДК.

Библиографический список 1. А. С. Боголюбов, М. В. Кравченко «Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации». Москва: Экосистема, 2001. 2. Горшков В.В. Распределение проективного покрытия эпифитных лишайников в сосновых лесах при разном уровне атмосферного загрязнения // Лесное хозяйство, 1992. № 10. C. 14. 3. Инсарова И.Д., Инсаров Г.Э. Сравнительные оценки чувствительности эпифитных лишайников различных видов к загрязнению воздуха // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. Т. 12. C. 113-175.

4. Киселев В. Н. Основы экологии: учебное пособие.- Мн.: Университетское, 2008. Интернет-ресурсы

5. М. В. Кравченко, А. С. Боголюбов «Методика описаний лишайниковых сообществ» (изучение флоры и экологии лишайников). Москва: Экосистема 1996.

6. Пчелкин А.В., Боголюбов А.С. Методы лихеноиндикации загрязнений
окружающей среды. Методическое пособие. - М.: Экосистема, 1997.

7. Шкараба Е.М., Селиванов А.Е. Использование лишайников в качестве индикаторов загрязнения окружающей среды: Учебное пособие. - Пермь. Изд. ПГПУ, 2001

Приложение 1. Шкала качества воздуха по проективному покрытию лишайниками стволов деревьев

Приложение 2. Экологическая карта с. Медяково