XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Грибы как биоиндикаторы антропогенного воздействия человека на экологию леса

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Соловьева А.П. 1

---

1МБОУ "СОШ № 51" г.Чита

Ивасенко О.В. 1

---

1МБОУ "СОШ № 51" г. Чита Забайкальский край

Работа в формате PDF

472.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

1. Введение.

Актуальность.

Воздействия человека на планету сегодня являются весьма губительными. Они оказывают негативное влияние на различные биотические сообщества, прежде всего на растительный и животный мир.

Лес - это самые мощные лёгкие планеты из оставшихся. Леса – важная часть окружающей природной среды. Как экологическая система лес выполняет различные функции и одновременно является незаменимым природным ресурсом. Влияние лесов на окружающую среду исключительно многообразно. Лес является важнейшим фактором в биосферном экологическом равновесии, играет огромную роль в природе как главнейшего источника кислорода на Земле.

Сегодня воздействие человека, оказываемое на растительность и леса как положительное, так и отрицательное. В настоящее время особо остро выражены такие проблемы как: лесные пожары по вине человека, вырубка лесов, браконьерство в лесопромышленном комплексе, различные загрязнение лесов и многие другие.

Но не всегда мы можем выяснить по визуальным признакам болен ли лес, и какие факторы больше всего влияют на его благополучие без обращения своего внимания на растительные сообщества и анализ факторов влияющих на их существование. Ведь некоторые антропогенные факторы могут не даже улучшить их среду обитания. Это и предстоит нам выяснить при рассмотрении грибов как биоиндикаторов экологии леса.

Цель: Выяснить являются ли грибы биоиндикаторами экологического состояния леса через проведение эксперимента по обследованию леса на наличие грибов и самостоятельному выращиванию этой культуры с имитацией факторов влияния ряда антропогенных факторов.

Задачи:

1. изучить и обобщить информации из литературных источников по проблеме исследования,

2. описать и дать характеристику видового разнообразия грибов Забайкальского края, изучить условия их произрастания,

3. выявить факторы, влияющие на произрастания грибов,

4. выяснить причины исчезновения грибных мест в результате антропогенного влияния человека на экологию,

5. выявить отрицательное влияние антропогенного воздействия человека на экологию леса и на произрастание грибов в частности,

6. провести эксперимент по выращиванию грибов с учетом антропогенных факторов и описать.

Гипотеза: Если мы изучим условия произрастания грибов и выделим все факторы влияющие на эти условия и антропогенные в частности, а также изучим биологические, экологические особенности определенного грибного места, то сможем провести эксперимент по выращиванию грибов с учетом этих факторов и выяснить являются ли грибы биологическими индикаторами экологии леса.

Предмет исследования:антропогенные факторы влияющие на экологию леса.

Объекты исследования: грибы, как биологическими индикаторами экологии леса..

Методы исследования:

• теоретические – изучение литературных источников о грибах,

• эмпирические - анализ источников, наблюдение, проведение исследования,

• практические – эксперимент по выращиванию грибов с учетом антропогенных факторов,

• количественные – статистическая обработка результатов исследования.

Сроки исследования: июль 2023г. – декабрь 2025г.

Данный вопрос достаточно изучен и опубликован в различных источниках.

1. Р.Ф.Гениатулин Энциклопедия Забайкалья. Грибы. Рассказывается о видовом разнообразии грибов произрастающих в Забайкальском крае. [ 2 ]

2. Гарибова, Л.В., Сидорова, И.И. Грибы. Энциклопедия природы России. В книге, адресованной самому широкому кругу читателей – от школьников до специалистов, дается подробная информация о грибах,  распространенных на территории России: их морфологии, принципах классификации и коллекционирования, хозяйствен-ном значении. [ 1 ]

3. Исследование Н.А. Киреевой с соавторами (2004) показало, что большая часть типов нефти негативно влияет на численность почвенных микроорганизмов при содержании нефтяных углеводородов более 10% массы почвы. nsportal.rukpfu.ru[4]

4. Исследование Мязина В.А. и Евдокимовой Г.А. (2016) показало, что загрязнение почвы нефтепродуктами привело к увеличению доли потенциально патогенных видов грибов: в чистой почве доля потенциально патогенных грибов составила 30%, в загрязнённой нефтепродуктами — 50–60% в зависимости от их типа. researchgate.net [5]

Новизна работы заключается в том, что автор на основе изученного материала выстроила свои исследования, нашел ответы на поставленные вопросы экспериментальным путем, провел эксперимент по выращиванию грибов на пяти видах почв, имитирующих природное загрязнение в результате антропогенного воздействия на неё, определив экспериментальным путем, что грибы биологическими индикаторами экологии леса.

2. Основная часть

Теоретическая часть

Лес – это «фабрика» кислорода, играющая большую роль не только в жизни человека, но и вообще всего живого. [12]

Лес и растительность – один из источников обеспечения жизни на планете Земля. Антропогенное воздействие человека на лес в большинстве своем имеет негативное значение, так как наносимый ущерб лесным массивам, связанный с человеческим фактором, крайне велик. Большой ущерб наносится грибным сообществам. Исходя из предыдущих наших исследований можно уверенно сказать, что исчезновение грибных мест происходит в основном из-за антропогенного воздействия человека на экологию леса.[12]

Биоиндикаторы – организмы, сигнализирующие о состоянии экологии путем реакции на изменения в окружающей среде. Грибы, в качестве таких индикаторов, играют центральную роль в оценке экологического здоровья местности. Их чувствительность к химическим и физическим изменениям делает их идеальными для мониторинга загрязнений и анализа качества среды обитания. Грибы-биоиндикаторы могут выявлять широкий спектр экологических изменений, включая уровни тяжелых металлов, кислотность почвы и загрязнение воздуха. Их способность аккумулировать определенные химические элементы делает возможным детектирование и квантификацию этих веществ в окружающей среде. По изменению видового состава грибов и их численности можно судить о степени и характере загрязнений. Использование грибов в качестве биоиндикаторов представляет собой недорогой и эффективный способ мониторинга окружающей среды. Они помогают в оценке текущего состояния экосистем и предоставляют важные данные для принятия экологических решений и формирования стратегий охраны окружающей среды. [9]

Грибы́ (лат. Fungi или Mycota)- это одно из царств эукариотных организмов в живой природе, которые сочетают в себе некоторые признаки как растений, так и животных. Эти загадочные организмы обитают во всех уголках нашей планеты. [8]

Грибы изучает наука под названием «микология» (от греч. mykes — «гриб» и logos — «наука»). Сегодня микологам известно свыше 100 000 видов. [10] (Приложение 1)

Все существующие в настоящее время грибные организмы разделяют на три группы: макромицеты, гастеромицеты и миксомицеты [10]. (Приложение 2)

Чтобы узнать, из какого вещества состоит стенка грибов, нужно узнать их общее строение:

1. Вегетативное тело или, как его еще называют, гиф.

2. Плодовое тело – структура, образующаяся из переплетений мицелия, которая выполняет роль размножения, вырабатывая и рассеивая споры. [10]

В качестве пищи грибы используют органические вещества. В зависимости от вида данных веществ их можно разделить на 4 группы:

1. Сапрототрофные – разлагают останки животных или растений и питаются их органикой. К сапрототрофным грибам (шампиньоны, вешенки),

2. Паразитические – высасывают питательные вещества из растений, живя за их счет.

3. Хищные – организмы, питающиеся мелкими беспозвоночными.

4. Симбиотические – вступают в симбиоз с различными растениями, которые кормят их необходимыми органическими веществами, а те, в свою очередь, снабжают растения минеральными веществами и полезными соединениями. [10]

Грибы размножаются тремя способами: вегетативным, бесполым, половым. [11]

Прежде всего мы рассматриваем лес как среду обитания грибов. Видовое разнообразие грибов Забайкальского края отличается от других регионов.[2] На это могут влиять различные факторы: климат, температурные условия, влажность воздуха, тип лесов, состав почвы, экология региона и другие. Грибы могут быть съедобные, ядовитые и условно съедобные. [10] (Приложение 3)

На рост грибов и их численность в лесу влияют несколько факторов, которые можно разделить на группы:

1. Антропогенное воздействие на растительный и животный мир — это влияние деятельности человека на окружающую среду, которое приводит к изменениям в растительном и животном мире и влияет на биосферу в целом. Такие воздействия могут быть прямыми или косвенными и часто приводят к разрушению естественных мест обитания, снижению биоразнообразия и изменению экологического баланса. [6]

К прямому воздействию относятся:

• сплошная вырубка лесов;

• лесные пожары и выжигание растительности;

• уничтожение лесов и растительности при создании инфраструктуры;

• усиливающийся пресс туристов [6].

Косвенное воздействие – это изменение условий обитания в результате антропогенного загрязнения воздуха, воды, применения пестицидов и минеральных удобрений.

2. Биотические факторы – это совокупность влияний одних организмов на другие, а также на среду их обитания. Живые существа могут служить источником пищи для других организмов, являться средой обитания (например, организм-хозяин для паразита), способствовать их размножению (как насекомые-опылители для цветковых растений) и оказывать химические, механические и другие воздействия.  [12].

3. Абиотические факторы в экологии – это условия неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. Абиотические факторы формируют условия, в которых развиваются живые организмы. Они способны влиять на все жизненно важные процессы в организмах, определять их сезонное поведение.[12]

4. Экологические факторы — это элементы и условия окружающей среды, влияющие на жизнедеятельность организмов. Они определяют условия существования организмов и делятся на три группы: абиотические, биотические и антропогенные.[12]

Рассмотрев все эти факторы мы выявили конкретные факторы, влияющие на рост грибов в лесу.[6]

• антропогенные факторы - деятельность человека: вырубка леса  лишает нас грибных мест, но если она не тотальная, то места вернутся. Всякие просеки и вырубки на 2-3 год становятся хорошими заменителями "бывших" грибных оазисов; пал травы вреден, но не всегда убивает грибницу, хуже агрессивные виды растений, например иван-чай и ландыши, которые заселяют потом сгоревшие площади; нарушение верхнего слоя почвы (пожарные канавы и т.п.) хоть и вредно в общем, но часто срабатывает как спусковой механизм, и грибница начинает выдавать в большом количестве плодовые тела;

• биотические факторы: болезни грибов(различные пятнистости и гнили); поражение грибов опасными вредителями [7];

• абиотические и факторы: относительная влажность; температура; уровень влаги в почве;

• экологические: изменение водоснабжение верхнего слоя почвы в результате антропогенного воздействия; полное смыкание крон выросших или густо посаженных деревьев, недостаточное количество солнечного света, в результате влияния абиотических факторов.[6]

Последствия вырубки лесов:[12]

• увеличение содержания диоксида углерода в воздухе;

• исчезновение многих видов живых организмов (это касается как животных, так и растений – уничтожение экосистемы приводит к гибели почти всего живого);

• образование болот (деревья препятствуют излишнему увлажнению почвы);

• опустынивание происходит из-за опускания уровня грунтовых вод, что очень критично для природных зон с малым количеством осадков, а при наличии большого количества осадков происходит вымывание плодородного слоя, чему раньше препятствовали деревья, так что обезлесение в любом случае приводит к опустыниванию;

• уменьшение количества вырабатываемого лесами кислорода и ухудшение качества воздуха;

• нарушение стабильности климата в том регионе, где наблюдается обезлесение. Это происходит по той причине, что леса поддерживают климат и делают его более мягким;

• отсутствие дополнительной фильтрации воды, которую производят леса;

• ухудшение качества жизни людей.

На сегодняшний день лес находится в опасности! Лес страдает не только из-за пожаров и вырубки, но и от последствий механических воздействий. Таких как продавливание почвы и нарушение водного баланса, закисление почв и загрязнение их нефтепродуктами.

1. Нарушение водного баланса проявляется через:[5]

• образование болот (деревья препятствуют излишнему увлажнению почвы);

• опустынивание, которое происходит из-за опускания уровня грунтовых вод, что очень критично для природных зон с малым количеством осадков, а при наличии большого количества осадков происходит вымывание плодородного слоя, чему раньше препятствовали деревья, так что обезлесение в любом случае приводит к опустыниванию.

2. Попадание нефтепродуктов в почву может негативно влиять на грибы. [4]

• загрязнение нефтепродуктами может вызывать изменения в структуре грибного сообщества,

• подавлять рост чувствительных видов,

• увеличивать долю условно-патогенных видов. 

Некоторые механизмы негативного воздействия нефтепродуктов на грибы:[5]

• Изменение окислительно-восстановительных условий в почве в сторону восстановительных. Нефтепродукты заполняют поры, обволакивают частицы почвы, снижают воздухопроницаемость, создают анаэробные условия.

• Затруднение процесса окисления углеводородов микроорганизмами в анаэробных условиях. Для окисления углеводородов микроорганизмами необходимо наличие молекулярного кислорода, в анаэробных условиях процесс окисления крайне затруднён.

• Накопление в почве микроскопических грибов, вызывающих заболевания растений и выделяющих фитотоксины.

В литературе мы нашли результаты научных исследований, изучающих влияние нефтепродуктов на грибные сообщества в почве:

1. Исследование Н.А. Киреевой с соавторами (2004) показало, что большая часть типов нефти негативно влияет на численность почвенных микроорганизмов при содержании нефтяных углеводородов более 10% массы почвы. [4]

2. Исследование Мязина В.А. и Евдокимовой Г.А. (2016) показало, что загрязнение почвы нефтепродуктами привело к увеличению доли потенциально патогенных видов грибов по сравнению с контрольной почвой: в чистой почве доля потенциально патогенных грибов составила 30%, в загрязнённой нефтепродуктами — 50–60% в зависимости от их типа.[5]

Таким образом мы изучили необходимую информацию о грибах и получили достаточно знаний для проведения практического исследования.

Практическое исследование.

Мы проводим исследования по плану, который соответствует нашим задачам.

Наш практический этап соответствует одному из пунктов. Нам необходимо провести эксперимент по выращиванию грибов с учетом антропогенных факторов и описать.

После исследования литературных источников, получения новых знаний о грибах, определения антропогенных факторов влияющих на их рост и отсутствие в тех или иных местах, где они должны расти в соответствии со средой обитания, мы определили условия при которых будут проращиваться грибы. Они зависят от факторов, влияющим на исчезновение грибов в результате вырубка леса,  пала травы, заселение грибных мест агрессивными видами растений, например иван-чай и ландыши, которые заселяют потом сгоревшие площади и изменение водоснабжение верхнего слоя почвы, в результате происходит:

1. нарушение верхнего слоя почвы (окисление);

2. загрязнение нефтепродуктами;

3. повышение температура и снижение уровня влаги в почве;

4. полное смыкание крон выросших или густо посаженных деревьев, зарастание агрессивными растениями и густой травой и в результате недостаточное количество солнечного света.

Этап 1 Подготовка почвы (Приложение3)

Мы подготовили пять лотков для выращивания шампиньонов для создания условий в соответствии с данными факторами:

1. нормальные условия, достаточно света,

2. грунт загрязненный нефтепродуцтами,

3. грунт с кислой почвой,

4. выращивание под лампой для увеличения света и уменьшения влажности

5. выращивание при недостатке света (имитация густых посадок ) (Приложение)

Этап 2 Замеры почвы на кислотность.

Первое, что мы сделали – это определили уровень RH при помощи лакмусовой бумажки и убедились, что он в норме для шампиньонов. (Приложение 4)

Можно использовать разные народные методы. Например: если при добавлении 9% уксуса в образец почвы появляется пена, значит почва щелочная, если при добавлении пищевой соды образуется реакция (шипение), то почва кислая.

Этап 3. Подготовка условий (Приложение 5)

Лоток 1. Нормальные условия, достаточно света,

Лоток 2. Добавляем несколько капель нефтепродукта

Лоток 3. Закисляем почву золой.

Лоток 4. Ставим непосредственно под лампу.

Лоток 5. Ставим на нижний ярус, где недостаточно света.

Этап 4 . Начинаем проращивание.

Полив производим в одно время 1 раз в 3 дня методом опрыскивания в одинаковом объеме 50 мл на лоток.

Этап 5. Наблюдение

День 1-3

• лоток с уже нанесённой покровной почвой поставили в помещение с температурой +20-22

• сразу поливали водой из распылителя в дозе по 100 мл два раза в день в течение трёх дней, температура воды +22,

• после поливки каждый раз закрывали влажной газетой.

День 4-16 В течение 10–16 дней станет происходить прорастание мицелия. (Приложение 6)

На 9 день увидели что в лотках 1 и 4 покровная почва пронизана белыми нитями.

На 14 день увидели что в лотках 5 и 3 покровная почва пронизана белыми нитями.

На 16 день в некоторых местах почва была пронизана белыми нитями, но не везде. Оставались пустые проплешины

Лотки переносили в другое, более прохладное место с температурой воздуха + 16 -17 на 1-2 дня, а затем снова вернули на прежнее место и ждали, когда грибы будут размером с горошину

День 16-30 (Приложение 7)

Когда грибы стали размером с горошину, опрыскивали их из распылителя водой в объёме 300-400 мл один раз в день в течение 3 дней.

Лоток 1 на 21 день 11 шт. / Лоток 2 на 32 день 4 шт. / Лоток 3 на 28 день 8 шт.

Лоток 4 на 20 день 13 шт. / Лоток 5 на 25 день 9 шт.

День 35

Лоток 1 -16 шт. /Лоток 2- 3 шт. / Лоток 3- 6 шт./ Лоток 4- 13 шт./ Лоток 5- 8 шт.

День 45 День сбора урожая.

Лоток 1 -16 шт./ Лоток 2- 1 шт./ Лоток 3- 4 шт./ Лоток 4- 11 шт./ Лоток 5 - 6 шт.

Этап 6. Контрольно измерительные точки, фиксация в таблице(Приложение 8)

1. фиксация всходов.

2. Фиксация роста на 16,35 и 42 день роста грибов

3. Фиксация урожая: размер шляпки грибов, количество и масса плодовых тел (урожайность).

Этап 7.Описание результата эксперимента.

Итоги сбора урожая (Приложение 9)

Лоток 1 - 16 шт. шляпка 6-9 см, 622гр.

Лоток 2 – 1 шт. шляпка 4 см, 23гр.

Лоток 3 – 4 шт. шляпка 6-7 см, 128гр.

Лоток 4 – 11 шт. шляпка 7-9 см, 415гр.

Лоток 5 - 6 шт. шляпка 6-8 см, 232гр.

Вывод.

Эксперимент показал, что

1. Выращивание грибов в нормальных условиях, при соблюдении температурно-влажностного режима привело к хорошему результату, собрано 16 грибов – 622 гр. Результат отличный.

2. Выращивание грибов на почвах, загрязненных нефтепродуктами невозможно. Взошло всего 4 гриба, но к моменту сбора остался 1 гриб с маленькой шляпкой и наименьшей массой, остальные погибли. Результат очень плохой.

3. Выращивание грибов на кислой почве затруднено, взошло 8 штук, в процесс роста половина погибло, собрали 4 шт. хотя шляпки были среднего диаметра, но вес был не большим. Результат плохой.

4. Выращивание грибов на перегретой почве тоже происходит с осложнениями. Хотя здесь грибы взошли быстрее всех, но в процессе выращивания погибло 2 шт. шляпки были большого размера, хотя и отставали от грибов в нормальном грунте. Вес их был тоже немного меньше, но не критично. Результат хороший.

5. Выращивание грибов при недостатке света так же имел средний результат, но все же ближе к плохому, т.к. взошло 8, погибло 2, собрали 6. Шляпки меньше, хотя и не критично. Вес в норме.

Лабораторный эксперимент показал, что внесение нефти в почвы приводило к плохой всхожести грибов, к снижению численности грибов в среднем в 2 раза, к снижению качества продукта. На кислой почве грибы произрастают плохо, плохая всхожесть и большая потеря урожая и его качества. При перегреве почвы грибы всходят хорошая, но качество продукта и его выживаемость страдает, хотя и не критично. При недостатке света происходит переувлажненность почвы, средняя всхожесть, средняя выживаемость и среднее качество.

Таким образом, мы можем сделать вывод, что грибы могут служить биоиндикаторами изменений в экологии леса. Они помогают в оценке текущего состояния экосистем и предоставляют важные данные для принятия экологических решений и формирования стратегий охраны окружающей среды.

3. Заключение.

Цель работы была поставлена в соответствии с выявленной проблемой. Задачи были поставлены исходя из необходимых потребностей для достижения цели. На первом этапе была изучена литература по проблеме и обобщены результаты. Мы изучили теорию, нашли ответы на поставленные вопросы.

На втором практическом этапе мы провели эксперимент по выращиванию грибов в различных экологических средах, эмитируя природные загрязнения почвы сделали общие выводы о том, что грибы могут быть хорошими биоиндикаторами экосистемы леса.

Таким образом гипотеза о том, что если мы изучим условия произрастания грибов и выделим все факторы влияющие на эти условия и антропогенные в частности, а также изучим биологические, экологические особенности определенного грибного места, то сможем провести эксперимент по выращиванию грибов с учетом этих факторов и выяснить являются ли грибы биологическими индикаторами экологии леса, нашла свое подтверждение.

Результаты исследования можно использовать на уроках биологии и экологии, а так же для создания памяток грибникам для пропаганды знаний об особенностях произрастания различных видов грибов и способах определения загрязнения леса и нахождения путей по его восстановлению.

4. Список литературы.

1. Гарибова, Л.В., Сидорова, И.И. Грибы. Энциклопедия природы России. –М., Издательство «АВF», 1997. – 352 с.; 72 с.цв.илл.; ISBN 5-87-484-046-Х;

2. Гениатулин Р.Ф. Энциклопедия Забайкалья. Грибы/ Б.В. Щекин; Отв. ред. М.В.Константинов, О.В.Корсун; Забайкал.гос.гум.-пед.ун-т. – Чита,2007. – 504 с.

3. Горленко М.В., М.А.Бондарцева, Л.В.Грибова. Грибы СССР – М., 1980.

4. Киреева Н.А. Оценка нарушенности лесных почв, загрязненных нефтепродуктами по показателям ферментативной активности. (2004) . [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://agros.folium.ru/index.php/agros/article/view/1151

5. Мязина В.А. и Евдокимовой Г.А. (2016) [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-zagryazneniya-pochvy-nefteproduktami-na-rost-secalecereale-l-i-perspektivy-ee-ispolzovaniya-pri-fitoremediatsii

Электронные ресурсы:

6. Антропогенное воздействие на леса / Сайт: Лесная промышленность [Электронный ресурс]. URL: http://wood-prom.ru/analitika/14843_antropogennoe-vozdeystvie-na-lesa 

7. Антропогенные изменения природы / Официальный сайт Экологического центра "Экосистема" [Электронный ресурс]. URL: http://www.ecosystema.ru/ Режим доступа: открытый.

8. Большая российская энциклопедия. Грибы. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://bigenc.ru/t/mushrooms

9. Грибы биоиндикаторы [Электронный ресурс]. Режим доступа:https://gribysobiraem.info/griby-bioindikatory-kljuch-k-ponimaniju-jekologii-mestnosti/

10. Грибы. Описание, классификация и строение. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://antonovsad.ru/griby-chto-eto-opisanie-klassifikaciya-i-stroenie-5670/

11. Мицелий . Большая российская энциклопедия. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://bigenc.ru/c/mitselii-cbef09

12. Официальный сайт Экологического центра "Экосистема" / Статья: «Антропогенные изменения природы» [Электронный ресурс]. URL: http://www.ecosystema.ru Режим доступа: открытый

5. Приложения.

Приложение 1

Таблица 1. Сходные признаки грибов с животными и растениями.

Приложение 2

Таблица 2. Классификация грибов.

Приложение 3

Таблица 3. Виды грибов Забайкальского леса

Приложение 4

Фото 1. Определение RH почвы

Приложение 5

Фото 2. Подготовка земли

Приложение 6

Фото 3. Прорастание мицелия в лотках.

Приложение 7

Фото 4. Всходят грибы. Мицелий с горошину

Приложение 8.

Фото 5. Лоток №1 Фото 6 Лоток №2 Фото 7 Лоток №3

Фото 8 Лоток №4 Фото 9 Лоток №5

Приложение 9

Таблица 4. Результаты исследования