V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Оценка состояния окружающей среды по асимметрии листьев дуба черешчатого и весовым методом

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Фивейский А.А. 1

---

1МБОУ "СШ № 19 с УИОП"

Хрипунова Т.В. 1

---

1МБОУ "СШ № 19 с УИОП"

Работа в формате PDF

562.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность работы

При изучении степени загрязнения окружающей среды промышленными объектами важна реакция биологических объектов на поллютанты (загрязняющие вещества). Система наблюдений за реакцией биологических объектов на воздействие загрязняющих веществ называется биологическим мониторингом, который включает в себя наблюдения, оценку, прогноз изменений состояния экосистемы, вызываемых антропогенным воздействием. Этим мы и решили заняться, находясь в этно-экологическом лагере «Росток-2017». Гипотеза: Антропогенное воздействие в районе р. Узола и в садовом товариществе «Луговое» (пригород г. Заволжье) оказывает влияние на состояние окружающей среды. Это можно определить с помощью метода асимметрии листьев деревьев и весовым методом. Цель: общая оценка состояния окружающей среды по интегральным характеристикам асимметрии листьев дуба черешчатого,определение степени загрязнения окрестностей в районе левого и правого берега р. Узола, а также на территории садового товарищества «Луговое» в пригороде г. Заволжья, построение карты загрязнения. Задачи: оценить степень загрязнения левобережья и правобережья р. Узола в Городецком районе с помощью листьев дуба черешчатого; оценить степень загрязнения окружающей среды в районе садового товарищества «Луговое»; определить, какой метод являются более или менее точным, более или менее трудоемким; построить карту загрязнения левобережья и правобережья р. Узола в Городецком районе и в пригороде г. Заволжье, сравнить уровень загрязнения на выбранных территориях. Объект исследования – дуб черешчатый. Предмет исследования – биоиндикация атмосферного загрязнения по асимметрии листьев дуба черешчатого и весовым методом. Сроки выполнения работы: июль – декабрь 2017 года. Практическая значимость исследования состоит в возможности использования материалов исследования в работе с местным населением, школьниками по пропаганде природоохранных и экологических знаний, знакомство учащихся со своим родным краем. Метод можно применить службам надзора за экологическим состоянием атмосферы, данные применяются на уроках биологии и экологии. Новизна работы: был использован доступный для школы метод оценки состояния окружающей среды, получены данные по загрязнению воздуха в районе р. Узола и пригороде г. Заволжье.

Глава 1. Обзор литературы по теме исследования

Биоиндикация — метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов-биоиндикаторов. Существуют два основных метода биоиндикации: пассивный и активный. В своей работе мы использовали пассивный метод анализа состояния окружающей среды. Наиболее чувствительным органом древесных растений является зеленый лист растения. Хорошими биоиндикаторами в городе являются листья деревьев с хорошими поглотительными качествами - деревья «санитары»: береза, липа мелколистная, ясень, сирень, тополь. По современным представлениям биоиндикаторы¹- организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Идеальный биологический индикатор должен удовлетворять ряду требований²: быть типичным для данных условий; иметь высокую численность в исследуемом экотопе; обитать в данном месте в течение ряда лет, что дает возможность проследить динамику загрязнения; находиться в условиях, удобных для отбора проб; давать возможность проводить прямые анализы без предварительного концентрирования проб; характеризоваться положительной корреляцией между концентрацией загрязняющих веществ в организме-индикаторе и объекте исследования; использоваться в естественных условиях его существования; иметь короткий период онтогенеза, чтобы была возможность отслеживания влияния фактора на последующие поколения. В основу методики, используемой для выполнения работы по деревьям, положена теория, разработанная российскими учеными А.В. Яблоковым, В.М. Захаровым и др. в процессе исследований радиоактивного заражения, которые доказали, что стрессирующие воздействия различного типа вызывают в живых организмах изменения гомеостаза развития. Они могут быть оценены по нарушению морфогенетических признаков. Самым распространенным видом-биоиндикатором среди деревьев средней полосы Евразии являются березы. Во многих работах, которые мы просмотрели в ходе работы над литературой именно она была взята для исследования. В нашей работе мы решили взять в качестве объекта исследования дуб черешчатый, т.к. это дерево является не столь распространенным в нашей местности. Мы живем в районе северной границы распространенности данного дерева. Севернее дуб больше не встречается в наших лесах. рис. 1. Дуб черешчатый в садовом товариществе «Луговое». Глава 2. Организация и методики исследования. 2.1. Весовой метод по методике Л.В. Дорогань

Рис. 2. Определение массы квадрата и листа

Существует несколько способов измерения площади листьев. По методикам М.С. Миллера можно использовать весовой метод (1973 г.). Модификацией весового метода является разработка Л.В. Дорогань (1994 г.). Он значительно ускоряет работу при больших выборках. Пробы собирают в разных точках района, в каждой выборке собирается не менее 30 листьев с одного растения. Затем, листья, положив под пресс, сушатся до полного высушивания. Осенью производится лабораторная обработка материала. Затем листья взвешиваются на электронных весах, измеряется длина и ширина. Из полученных данных вычисляют переводной коэффициент по формулам 1 и 2. где: K – Переводной коэффициент; S – Площадь листа (л), или квадрата бумаги (кв), P – Масса квадрата бумаги, или листа. Вычисление коэффициента производится на основании средних факторов (10 листьев). Таким же расчетом он устанавливается отдельно для каждого вида растений. Затем измеряют длину (А) и ширину (В) и умножают на переводной коэффициент (К) (формула 3): S = A · B · K (3) В качестве модельного объекта выбирается обычные, широко распространенные виды, в данном случае дуб черешчатый. Начинать сбор материала необходимо после завершения интенсивного роста листьев, что примерно соответствует концу июня и до их опадания осенью. Рис. 3. Измерение длины и ширины листа.2.2. Флуктуирующая ассиметрия как один из способов оценки экологического состояния исследуемых объектов

Второй метод, который мы использовали для оценки состояния окружающей среды, был метод флуктурирующей асимметрии листьев, когда определяют мелкие ненаправленные отклонения от симметричного состояния (Захаров, 1987). В рамках данного исследования мы оценивали степень флуктуирующей асимметрии на примере листьев дуба черешчатого. Сбор листьев проводится с 10 близко расположенных деревьев – по 10 листьев с каждого дерева, всего 100 листьев с площадки. Листья собираются из нижней части кроны. Измерения заносятся в таблицы, подсчитывается средний показатель по каждому дереву и по всем 10 деревьям. Величина асимметричности оценивается с помощью величины среднего относительного различия на признак по пятибалльной шкале отклонения от нормы, в которой 1 балл – условная норма, а 5 баллов – критическое состояние (таблица 1).

Таблица 1. Значение показателя асимметричности деревьев.

Также мы исследовали вес листьев дуба на разных участках. Данные занесли в таблицу 2. Таблица 2.

2.3. Исследуемые экспериментальные площадки

В ходе работы были исследованы 3 участка, на которых растет дуб черешчатый.

участок – левый берег р. Узола 2 участок – правый берег р. Узола

участок – садовое товарищество «Луговое».

Река Узола протекает по территории Городецкого района. Рядом с ней расположены населенные пункты (лагерь располагался в окрестностях д. Горбуново и Воловое), садовые товарищества, проложены автомобильные трассы от г. Городца. Рядом с местом исследования на правом берегу Узолы недалеко находится цементный завод в окрестностях г. Городца. Садовое товарищество «Луговое» расположено в окрестностях г. Заволжье рядом с озерами Михалево и Долгое. Недалеко (примерно в 500 м) протекает р. Волга, с правой стороны от садового товарищества пролегает оживленная автомобильная трасса «Иваново – Н. Новгород». 1 2 3

– дубы в садовом товариществе «Луговое»; 2 – дубы на правом берегу р. Узола; 3 - дубы на левом берегу р. Узола. При общем осмотре дубов на левом берегу р. Узола мы обнаружили много отмерших деревьев (примерно половина), ветки у них были сухие, листьев не было. На остальных дубах на коре деревьев были обнаружены изломы, наплывы, повреждения древесины от насекомых. На некоторых дубах кора совсем отсутствовала. На листьях был бело-серый налет, обнаружены галлы. Листья были чуть меньше, чем на других участках. Дубы на правом берегу р. Узола – находятся на большем расстоянии друг от друга в смешанном лесу. Стволы деревьев также имеют небольшие повреждения от насекомых, листья покрыты обильным слоем пыли , но они чуть более крупные, чем на левом берегу. Дубы в садовом товариществе «Луговое» находились в более лучшем состоянии, чем на первых двух участках. Отмерших деревьев практически не обнаружено, на коре было меньше изъянов, на листьях было меньше пыли и налета.

4. 5. 6. 4) Налет и насекомые на листьях дуба, 5) р. Узола, правый берег, 6) садовое товарищество «Луговое». Возможно, повреждение дубов связано с патогенными бактериями, которые есть в древесине этих дубов.

Глава 3.Результаты по методу флуктурирующей асимметрии

По методу флуктурирующей асимметрии были обследованы эти же экспериментальные площадки и определен коэффициент асимметричности листьев, вес листьев на каждой площадке. Участок № 1 «Левый берег реки Узола»

Таблица 3. Результаты измерений веса листовых пластинок дуба на 1 участке.

Результаты измерений правых и левых листовых пластинок дуба на 1 участке (средние результаты). рис. 6. Участок № 2 – «Правый берег реки Узолы»

Таблица 4. Результаты измерений веса листовых пластинок дуба на 2 участке.

рис. 7. Участок № 3 – «Садовое товарищество Луговое»

Таблица 5. Результаты измерений веса листовых пластинок дуба на 3 участке.

рис. 8.

Таблица 6. Средний вес листьев на трех площадках.

рис. 9.

При анализе полученных данных по весу листьев на трех участках оказывается, что меньше всего вес у листьев дуба на 1 участке. На 2 и 3 участке вес листьев в среднем оказался одинаковым. Следующие данные помогли нам определить показатель асимметричности листьев дуба.

Таблица 7. Результаты по асимметрии листьев на 3-х участках.

Ширина левой и правой половинок листа оказались в среднем 4,045 см и 3,904 см соответственно. Длина четвертой жилки от основания листа оказалась 5,076 см и 5,073 см слева и справа соответственно. Расстояние между 3 и 4 жилкой слева и справа была 2,23 см и 2,26 см соответственно. Расстояние между 3 и 4 жилкой от черешка с внешнего края 3,18 см и 3,146 см соответственно. Угол наклона третьей жилки к центральной составил 49,44 градуса и 48,95 градусов слева и справа соответственно. Наблюдается асимметрия по 1, 3-5 показателям.

Рис. 10.

рис. 11.

Ширина левой и правой половинок листа на 2 участке оказались в среднем 4,393 см и 4,272 см соответственно. Длина четвертой жилки от основания листа оказалась 5,423 см и 5,337 см слева и справа соответственно. Расстояние между 3 и 4 жилкой слева и справа была 2,587 см и 2,627 см соответственно. Расстояние между 3 и 4 жилкой от черешка с внешнего края 3,177 см и 3,255 см соответственно. Угол наклона третьей жилки к центральной составил 49,41 градуса и 49,69 градусов слева и справа соответственно. Наблюдается небольшая асимметрия по всем показателям.

рис. 12.

рис. 13.

Ширина левой и правой половинок листа на 3 участке оказались в среднем 3,868 см и 3,863 см соответственно. Длина четвертой жилки от основания листа оказалась 4,73 см и 4,768 см слева и справа соответственно. Расстояние между 3 и 4 жилкой слева и справа была 2,022 см и 2,085 см соответственно. Расстояние между 3 и 4 жилкой от черешка с внешнего края 3,073 см и 3,225 см соответственно. Угол наклона третьей жилки к центральной составил 40,73 градуса и 41,27 градусов слева и справа соответственно. Наблюдается небольшая асимметрия по 4 и 5 показателям.

рис. 14.

рис. 15.

Таблица 8. Усредненные показатели асимметричности листьев дуба черешчатого на трех участках.

Таким образом, анализируя полученные данные по асимметричности на трех участках, получается, что лучше всего состояние окружающей среды на 3 участке (садовое товарищество «Луговое»). Хуже всего состояние окружающего воздуха на 1 участке (левобережье реки Узола.)

Таблица 9. Показатели асимметричности на трех участках.

Показатель до 0,055 по асимметричности считается условной нормой (1 балл). Такой показатель мы выявили на 2 и 3 участке. А на 1 участке показатель асимметричности более 0,070, т.е. это 5 баллов, критическое состояние окружающей среды. Возможно более сильное загрязнение на стороне р. Узола можно объяснить тем, что эти районы находятся ближе к г. Дзержинск, в котором много различных химических предприятий, а сам город входит в десятку самых грязных городов России. Размер листьев можно объяснить разным типом почв на левом и правом берегу р. Узола. На левом берегу реки почвы песчаные, мало плодородные, на правом берегу слой гумуса наблюдается больший, почвы дерново-подзолистые, такие же, как и на 3 участке, со стороны г. Заволжье.

рис. 16.

рис. 17.

Глава 4. Исследование загрязнения окружающей среды весовым методом по дубу черешчатому

По весовому методу мы установили переводной коэффициент на каждом участке и определили ряд изменчивости площади листьев на них. Данные занесли в таблицы.

Таблица 10. Переводной коэффициент и коэффициент изменчивости площади листьев на 1 участке.

рис. 18.

Таблица 11. Переводной коэффициент и коэффициент изменчивости площади листьев на 2 участке.

рис. 19.

Таблица 12. Переводной коэффициент и коэффициент изменчивости площади листьев на 3 участке.

рис. 20.

Анализируя полученные данные показателя изменчивости площади листьев на каждом из исследованных участков, можно сделать вывод, что всех выше показатель на 3 участке, чуть ниже он на 2 участке (отличается на 1,42 единицы, что составляет примерно 2%). Ниже всего показатель на 1 участке – 62,22, отличие от 3 участка составляет 10,69 единиц, что показывает отклонение от лучшего результата примерно в 15%. Полученные данные также показывают большую загрязненность на 1 участке. Это совпадает с данными, которые мы получили 1-ым методом – методом флуктурирующей асимметрии. Но второй метод – весовой – нам показался более удобным, более простым и также наглядным. 1-ый метод является более трудоемким, но также достаточно четко показывает состояние окружающей среды.

рис. 21.

Для школьников оба этих метода являются доступными и понятными, не требуют дорогостоящего оборудования или специальных лабораторных приборов, анализирующих состояние окружающей среды.

Поэтому оба этих метода могут быть использованы в школьной лабораторной практике по оценке экологического состояния окружающей среды.

По полученным данным мы построили карту загрязнения на исследуемых территориях. Красный цвет означает более загрязненную зону, желтый цвет – более чистую, зеленый цвет – наиболее чистую зону.

Участок 1

Участок 2

Участок 3

Рис. 22.

Глава 5. Практическая деятельность по увеличению биоразнообразия в районе школы № 19.

Когда мы были в этно-экологическом лагере «Росток-2017», то в лесу увидели много проростков дуба. Поэтому мы решили набрать саженцев дуба в конце смены и привезти их к себе в школу. По приезде в школу мы высадили эти саженцы в количестве 15 штук, полили и первые недели поливали. Потом была дождливая погода и нужды в поливе не было. Несколько саженцев не прижились, т.к. территория достаточно освещенная, а почва не совсем плодородная. Но тем не менее несколько саженцев осталось расти. Мы надеемся, что весной мы увидим эти новые саженцы дубов около школы в растущем состоянии.

Рис. 23-25. Посадка саженцев дубов около школы № 19 в июле 2017 года.

Глава 6. Выводы по работе

В ходе нашей исследовательской работы мы подтвердили нашу гипотезу, что антропогенное воздействие в районе р. Узола и в садовом товариществе «Луговое» (пригород г. Заволжье) оказывает влияние на состояние окружающей среды. К этому выводу мы пришли, определяя состояние окружающей среды с помощью метода асимметрии листьев деревьев и весовым методом. Возможным источником загрязнения является город Дзержинск, в котором имеется много химических предприятий, а также оживленное автомобильное движение вокруг исследуемых объектов. Общая оценка состояния окружающей среды по интегральным характеристикам асимметрии листьев дуба черешчатого была определена по методикам Л.В. Дорогань. Результатом этого исследования стали следующие показатели. На 1 участке наблюдается критическое состояние (5 баллов), а на 2 и 3 участках состояние окружающей средыболее благоприятное (1 балл, условная норма). Определение степени загрязнения окрестностей в районе левого и правого берега р. Узола, а также на территории садового товарищества «Луговое» весовым методам по методике М.С. Миллера показало также большую степень загрязнения на 1 участке (изменчивость площади листьев составила 62,22 балла), а на 2 и 3 участке данный показатель практически одинаков (71,49 балла и 72, 91 балла соответственно). По данным показателям мы построили карту загрязнения исследуемых территорий. Около школы были высажены саженцы молодых дубов для улучшения состояния озеленения на территории школы.

Заключение

Данное исследование помогло нам лучше разобраться с описанием состояния окружающей среды. Мы познакомились с биоиндикационными методиками исследования, результаты которых можно использовать на уроках географии, химии, физики, биологии. Мы лучше узнали свой край, помогли озеленить территорию около школы. Наша деятельность будет продолжена в данном направлении и в будущем.

Литература

1. Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии окружающей среды: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. – М.: гуманитарный издательский центр ВЛАДОС, 2003. – 288 с.: ил.

2. Диск с экологическими методиками исследования от организации «Экосистема».

3. Интернет-ресурсы:

• https://vuzlit.ru/623261/vidy_metody_bioindikatsii

• https://studfiles.net/preview/399358/page:4/

• https://ru.wikipedia.org/wiki дуб черешчатый

^https://vuzlit.ru/623261/vidy_metody_bioindikatsii

https://studfiles.net/preview/399358/page:4/