IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ Г. КАРАЧАЕВСКА МЕТОДОМ ЛИХЕНОИНДЕКАЦИИ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Актуальность. Проблема загрязнения природной среды - одна из глобальных проблем современного мира. В связи с интенсивным развитием промышленности и транспорта, в атмосферу, гидросферу, литосферу поступает все большее количество вредных выбросов. На земном шаре практически невозможно найти место, где бы ни присутствовали в той или иной степени загрязняющие вещества. И не случайно, Президентом нашей страны В.В.Путиным 2017 год объявлен годом экологии.
Наиболее острую экологическую проблему в городах представляет загрязнение воздуха, поскольку регулярно происходит выброс загрязняющих веществ в атмосферный воздух предприятиями и транспортом.
Атмосферные загрязнения влияют на состояние питьевых источников и состояние растительного и животного мира, на самочувствие и здоровье человека. Таким образом, проблема загрязнения воздуха является актуальной.
Гипотеза: атмосферный воздух вдоль главной улицы города (автотрасса Черкесск-Домбай) является наиболее загрязненным.
Цель: оценка состояния воздушной среды города Карачаевска
Задачи:
изучить литературу и собрать информацию о лишайниках;
провести с помощью лихеноиндикации обследование состояния воздушной среды города Карачаевска по улицам Ленина, Пушкина (от моста через р. Теберда) и Магомедова к Комсомольской горке;
составить описание маршрутов и выявить экологическое состояние воздушной среды.
подтвердить или опровергнуть гипотезу;
предложить меры по сохранению чистоты воздушной среды г.Карачаевска.
ЛИХЕНОИНДИКАЦИЯ-МЕТОД ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА
Карачаевск– это мой любимый город (рис.1,2).
Рис. 1. г. Карачаевск
Рис.2.Космоснимок г. Карачаевска и его окрестностей
Город Карачаевск – второй в нашей республике по численности населения после Черкесска. В городе ездит много автомобилей, автобусов их выхлопные газы загрязняют воздух, которым мы дышим. Мы должны знать насколько чистые те места где мы живем, и что нужно делать для того, чтобы воздух оставался чистым. Поэтому я решила исследовать состояние воздушной среды тех мест, где я часто бываю.
Существуют различные методики исследования уровня загрязнения воздуха. Есть инструментальные методы определения содержания в воздухе вредных примесей, которые используются государственными природоохранными организациями в целях охраны воздушной среды города, особенно вдоль оживленных автомагистралей. Однако такие методы недоступны. Наиболее доступная методика оценки степени загрязнения воздуха – лихеноиндикация. То есть использование лишайников в качестве индикаторов состояния воздуха. Наилучшими индикаторами состояния окружающей среды являются лишайники, так как они распространены по всему земному шару и их реакция на внешние воздействия очень сильна, а собственная изменчивость незначительна по сравнению с другими организмами.
ЧТО ТАКОЕ ЛИШАЙНИКИ?
Лишайники (Lichenes) ‑ это очень своеобразные в биологическом отношении растения. Лишайник является сложным организмом, образующимся в результате взаимодействия и сосуществования двух разных видов растений: гриба и водоросли. Основную массу у слоевища лишайника составляет гриб, который своими гифами плотно переплетает клетки водоросли (рис.3). Составные компоненты лишайника — гриб и водоросль — дополняют друг друга.
Рис.3. Составные компоненты лишайника
Можно искусственно разделить лишайник на компоненты — гриб и водоросль — и выращивать каждый компонент отдельно. При этом водоросль обычно способна продолжать самостоятельное существование, а гриб, приспособившийся к выгодному для него сожительству, без водоросли развиваться самостоятельно не может и быстро погибает. Особенности строения лишайников были впервые описаны в 1867 г. русскими учеными А.С.Фаминцыным и О.В. Баранецким.
С тех далеких пор, как человек обратил внимание на лишайники, и до наших дней они продолжают загадывать ему все новые загадки и служат предметом внимательного изучения, а порой и горячих споров. Одна из таких загадок приобретает особенно важное значение сейчас, в век научно-технической революции, когда так остро стоит задача сохранить для потомков в чистоте окружающую нас природу — источник жизни. Дело в том, что скромные лишайники могут оказать ученым неоценимую услугу, как индикаторы загрязнения среды.
ЛИХЕНОИНДИКАЦИЯ КАЧЕСТВА ВОЗДУХА
Сильнейшее воздействие оказывают загрязняющие вещества в окружающем воздухе, такие, как диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и др. Среди них наиболее типичным является диоксид серы, образующийся при сгорании серосодержащего топлива (работа предприятий теплоэнергетики, котельных, отопительных печей населения, а также транспорта, особенно дизельного).
Устойчивость растений к диоксиду серы различна. Даже незначительное наличие диоксида серы в воздухе хорошо диагностируется лишайниками – сначала исчезают кустистые (рис.5), потом листоватые (рис.4) и, наконец, накипные(рис.6) формы.
Рис. 4 Листоватый лишайник
Рис. 5.Кустистый лишайник Рис. 6. Накипной лишайник
ПОЧЕМУ ЛИШАЙНИКИ РЕАГИРУЮТ НА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ?
Лишайники – широко распространенные организмы с достаточно высокой выносливостью к климатическим факторам и чувствительностью к загрязнителям окружающей среды
Лишайники могут усваивать вещества из воздуха, а значит, накапливать и загрязнения. Газообмен у лишайников проходит свободно через всю поверхность. Большинство вредных веществ концентрируется из атмосферного воздуха в дождевой воде, которую впитывают лишайники. Этим они отличаются от цветковых растений, поглощающих воду в основном из почвы. Важен и тот факт, что лишайники, в отличие от высших растений, не способны избавляться от пораженных загрязнениями частей и обладают способностью расти не только летом, но и в другие периоды при отрицательных температурах воздуха. Поэтому лишайники реагируют на загрязнения атмосферы раньше и сильнее, чем высшие растения.
МАРШРУТЫ МОЕГО ИССЛЕДОВАНИЯ
Мое исследование проходило в северо-восточной части г. Карачаевска (ул. Пушкина, ул. Ленина, ул. Магомедова и Комсомольская горка) в период с 10сентября 2016 г. по 15 января 2017. Всего было проведено 4 маршрута. На данной территории распространены два вида лишайников: пармелия (рис.7) и ксантория (рис.8).
Рис. 7. Пармелия Рис.8. Ксантория
Ниже приведено описание маршрутов.
Маршрут № 1(10. 09. 12 )проходил по ул Пушкина (от моего дома) до пересечения с ул. Ленина (перекресток).
Было замерено 4 дерева - два тополя, ясень и клен расположенные у дороги. В нижней части ствола до высоты 1- 1.5 м лишайники полностью отсутствуют, что связано с ежегодной побелкой деревьев. Далее вверх по стволу располагается зона максимального развития лишайников. Она занимает интервал 1,5-4 м. Выше лишайники практически отсутствуют. На соснах лишайников нет. В этом маршруте были выявлены лишайники двух видов -ксантории настенной (или золотянка) и пармелии борозчатой (рис. 9,10). Покрытие - ксантории превышает покрытие пармелии. Мхи почти отсутствуют.
Маршрут № 2 (11. 09. 12 )проходил по ул. Ленина от кафе «Империя» до района Брацигово (мост).
Здесь было замерено 4 дерева: три тополя и акация. Они располагаются 5-6 м от дороги. Как и в первом маршруте, было выделено два вида тех же лишайников. На стволах деревьев ксантория и пармелия встречаются крайне разреженно, и выглядят потускневшими и унылыми, в связи с близким расположением к автомобильной дороге (рис. 11,12).
Маршрут № 3(15. 09. 12 ) проходил по ул. Магомедова. На площади 10 кв. м. растут липа, сосна и три ясеня. Ясень суховершинный с обильным покрытием двух видов лишайников: пармелии и ксантории. Сосна лишайников не имеет, а на липе произрастают мхи до высоты 3 м. с отдельными пятнами пармелии (рис. 13).
Также были замерены два дерева акации белой, на коре которых располагаются лишайники пармелии и ксантории. В 10 м. на восток произрастает высыхающее дерево ясеня, кора которого покрыта мхом и древесным грибом (рис.14) до высоты 3 м., а мхи - до 6 м. Там же наверху появляются пятна пармелии.
Рис. 11.Тополь пирамидальный. Рис.12. Акация белая. Разреженное
покрытие преимущественно пармелией.
Рис. 13. Липа. Единичные пятна Рис. 14. Ясень. На коре мхи
пармелии и мха. и древесный гриб
На данном маршруте наблюдается более обильное покрытие ксантории настенной. Вероятно, это объясняется тем, что дерево расположено в тени здания больницы, и здесь небольшое автомобильное движение.
Маршрут № 4 проходил в 2 этапа: 1) за больницей в начале склона Комсомольской горки (15.01.13); 2) на восточном скальном склоне юрского возраста (16.01.13).
У склона Комсомольской горки расположена группа старых диких груш. На коре преобладают мхи и лишайники типа пармелии. На коре крайней к востоку груше на высоте 0,5-1,5 м. наблюдается обильная пармелия в сочетании со мхом (рис. 15).
Рис. 15. Дикая груша. Обильная пармелия
Далее на крутом скалистом склоне произрастает грабовый лес. Для граба характерна гладкая кора без лишайников. В прикорневой части имеются мхи, а в нижней части стволов - скопления накипных серых лишайников (рис. 16).
Рис. 16. Граб. Накипные лишайники в нижней части ствола
На восточном скальном склоне юрского возраста произрастает группа деревьев клена канадского. Кора сплошь покрыта зелеными мхами, черными отмершими лишайниками. На их фоне резко выделяются пластинчатые зеленые и белые лишайники неизвестного вида.
Таким образом, на западном склоне Комсомольской горки наблюдается четкая зависимость в распределении лишайников на коре различных деревьев. На восточной стороне стволов диких груш и кленов наблюдались обильные лишайники в сочетании со мхом (рис. 17). На коре граба присутствуют лишь накипные серые лишайники.
Рис 17. Сосна. Обильная пармелия
Рис. 18. Замер накипных лишайников. Комсомольская горка
Рис. 19. В тетради ведутся записи наблюдений
Рис. 20. Работа подходит к концу...
Рядом расположены скалы с обильным покрытием мхов и эпифитных лишайников Мелколистоватые лишайники присутствуют почти по всей территории города (рис. 18-20). В итоге исследования была составлена схема маршрутов исследования Аисэль и оценка экологического состояния воздушной среды (рис. 21).
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЛИХЕНОИНДИКАЦИИ
Крупнолистоватые лишайники встречаются лишь на водоразделе Комсомольской горки, что указывает на отсутствие там загрязнения окружающей среды.
Площадь лишайникового покрытия постепенно увеличивается от автомобильной дороги до Комсомольской горки.
На территории города наибольшее распространение имеют лишайники вида пармелии и ксантории настенной. Последняя встречается повсюду: даже там, где другие виды лишайников поселяются неохотно. Особенно большую приспособляемость ксантории настенной можно наблюдать вблизи автомобильной дороги, где площадь ее покрытия значительно превышает площадь пармелии.
Ближе к лесу Комсомольской горки площадное соотношение пармелии и ксантории выравнивается, а на Комсомольской горке ксантория значительно уступает по распространению другим видам лишайников. Возрастает площадное покрытие пармелии и появляются накипной серый лишайник, не встречавшийся на улицах города. Этот лишайник развит на стволах коры граба, преобладающего в естественном лесу.
Площадные и линейные участки «лишайниковых пустынь» нигде не наблюдаются, что говорит о небольшом загрязнении воздуха на территории г. Карачаевска.
Проведенное исследование с использованием метода лихеноиндикации подтверждает гипотезу о том, атмосферный воздух вдоль главной улицы города (автотрасса Черкесск-Домбай) является наиболее загрязненным.
Рис. 21. Космоснимок г. Карачаевска (фрагмент). Схема маршрутов исследования Аисэль и
оценка экологического состояния воздушной среды
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы дальнейшего исследования. Исследования по оценке состояния воздушной среды г. Карачаевска методом лихеноиндикации интересно было бы продолжить. Например, в результате проведенного исследования по оценке экологического состояния воздушной среды г. Карачаевска методом лихеноиндикации выявлены участки незагрязненные, сильно-, и средне загрязненные (карта).. В перспективе возможно дальнейшее изучение этой проблемы.
Назначение работы. Проведенное исследование может быть полезно и интересно учащимся школ, которые увлекаются биологией, экологией, а также всем, кто интересуется естественно-испытательской деятельностью.
Для улучшения экологической ситуации в городе я предлагаю следующее:
1. Каждому школьнику (и жителю города) посадить дерево (листва деревьев способствует очищению атмосферы от вредных выбросов).
2. Водителям необходимо перейти на более экологичное топливо – газ.
3.Один день в неделю (м.б. пятница) объявить днем «Чистого города» и в этот день владельцам автомобилей не пользоваться личным транспортом и ходить пешком.
4. Основным видом транспорта в городе должен быть велосипед, как во многих европейских странах.
5. Предложение мэру г. Карачаевска: для разгрузки ул. Ленина от автотранспортных выбросов и во избежание дорожно-транспортных происшествий, так как здесь расположены учебные заведения (университет, школы №1,4, 6,) необходимо восстановить старую объездную дорогу.
6. Важная задача современных школьников в перспективе ‑ изобрести более экологичное топливо, не загрязняющее окружающую среду
Что дала работа самому исследователю. В процессе написания работы я открыла для себя много интересного о лишайниках, об их удивительных свойствах усваивать вещества из воздуха, а значит, накапливать и загрязнения. Это дает возможность людям использовать лишайники в качестве индикаторов состояния воздуха, а метод лихеноиникации, является этому ярким подтверждением.
Литература
1. Определитель лишайников средней полосы европейской части СССР; Н. С. Голубкова; Л.-254с, ил.; 1966 г.
2. Лихеноиндикация. Учебное пособие; М.В. Кравченко; М- 41с. 1999 г.
3. Боголюбов А.С., Пчелкин А.В. Методы лихеноиндикации загрязнений окружающей среды: Методическое пособие. – М.: Экосистема,1997.
4. Бязров Л.Г. Лишайники в экологическом мониторинге. – М.: Научный мир, 2002. – 336с.
5. Космоснимки. http:https://maps.google.com/maps.