VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Экологическое состояние хвойных деревьев на территории школы №2 г.Заводоуковска.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Аннотация.
За последние десятилетия воздействие человека на окружающую среду резко возросло. В результате различных видов человеческой деятельности в атмосферу выбрасывается много вредных химических соединений. Состояние окружающей среды оказывает большое влияние на растения, в особенности на древесные виды. В качестве биоиндикаторов для своего проекта были использованы хвойные древесные растения, ведь, благодаря способности многолетней хвои накапливать атмосферные поллютанты в течение длительного времени, они являются хорошими биоиндикаторами.
Актуальность проекта:
Проблема состояния окружающей природной среды является наиболее актуальной. В условиях города формируется совершенно иной комплекс условий, влияющие на отдельные виды и сообщества животных и растений. Хвойные растения довольно часто применяются для озеленения территорий, они, как и другие виды растений, подвергаются неблагоприятным влияниям и реагируют на это влияние довольно заметно.
Известно, что атмосфера на территории города Заводоуковска загрязнена. Поэтому мы решили определить состояние хвойных деревьев для оценки загрязненности атмосферы.
Цель исследования состояла в изучении биологических и экологических особенностей хвойных растений на примере Сосны обыкновенной и возможности её использования как объекта биоиндикации.
Задачи:
1. Изучить литературу и интернет-ресурсы по данному вопросу.
2. Собрать данные по методике (провестидендроиндикацию).
3. Обработать и проанализировать полученные результаты.
4. Сделать выводы.
Объект исследования: чистота воздуха территории школы.
Предмет исследования: дендроиндикация.
Была выдвинута следующая гипотеза: если процент числа здоровых хвоинок от общего числа высокий, то воздух на пришкольной территории чист, а, следовательно, и низкий уровень антропогенной нагрузки. Для сравнения были взяты образцы хвои с лесной территории, на которой небольшой уровень антропогенной нагрузки (с. Тумашово, Заводоуковский г.о.).
При проведении исследовательской работы были использованы следующие методы:
1. Теоретические: анализ и синтез.
2. Практические: наблюдения, сравнения, измерения.
3. Математические: статистический анализ и обработка данных, визуализация данных (построение таблиц, диаграмм).
Экологическое состояние хвойных деревьев на территории школы
Савенкова Дарья Александровна
Россия, Тюменская область, Заводоуковский городской округ, город Заводоуковск
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Заводоукоувского городского округа «Заводоуковская средняя общеобразовательная школа №2», 11 класс
I. Литературный обзор
Биоиндикация и область ее применения
Биологические особенности голосеменных растений
Голосеменные очень древние растения, останки которых находятся в слоях девонского периода палеозойской эры. В настоящее время это преимущественно деревья (до 100 м. высоты), кустарники, древовидные лианы и даже эпифиты. Травы представлены лишь одним видом – вильямсониеллой.
Ветвление голосеменных растений в основном моноподиальное. У большинства листья игловидные (хвоя) или чешуевидные. Такая форма листа является приспособлением к уменьшению потери влаги путем испарения. Кроме того лист покрыт восковой кутикулой, устьица погружены вглубь листа. Все это позволяет хвойным растениям не сбрасывать листву на зиму. Они являются вечнозелеными.
Сосна обыкновенная достаточно неприхотливое дерево. Оно может расти во многих местах, поэтому так широко распространено. У сосны корневая система имеет главный корень, который может уходить далеко вглубь почвы. Однако в определенных условиях развивается много корней в поверхностных слоях. В сосновых лесах кроны у сосен сохраняются только наверху, так как это светолюбивые растения. Однако у одиночно растущих деревьев ветви сохраняются и в нижних частях. Благодаря большой пластичности корневой системы, сосна способна расти на почвах самого различного плодородия. При низкой концентрации питательных веществ в почве сосна способна накапливать больше органических веществ, чем ель и береза. Небольшое содержание в почве подвижных форм минеральных веществ приводит к резкому падению прироста сосны. Наличие в почве карбонатов улучшает лесорастительные условия. На солонцеватых почвах и солонцах сосна растет значительно лучше, чем другие хвойные породы.
Живут сосны, как правило, до 150 – 500 лет. Сосна – быстрорастущее морозоустойчивое дерево. Благодаря своеобразной золотисто-коричневой окраске ствола и вечнозеленой хвое сосна широко используется при создании парков и лесопарков.
Отличительной чертой всех голосеменных является наличие семязачатков и образование семени. Семязачатки располагаются открыто на мегаспорофиллах, поэтому они и называются голосеменные. Из семязачатка развивается открыто лежащие семена. Семязачаток представляет собой мегаспорангий, интегументом семена содержат питательную ткань – эндосперм, при прорастании семядоли выносятся на поверхность и выполняют функции листьев.
В цикле развития последовательно происходит смена двух поколений гаметофита и преобладающего спорофита.
У хвойных мощно развита вторичная ксилема (древесина), состоящая на 90-95% из трахеид. Кора и сердцевина развиты слабо. Зародышевый первичный корень превращается, как правило, в мощный стержневой корень и функционирует всю жизнь.
Хвойные растения – однодомные, реже двудомные. Например, сосна – растение однодомное, мужские и женские шишки образуются на одном растении. Спорообразование происходит на 30-40 году жизни, но бывает и раньше. Спорофиллы собраны в шишки двух видов, резко отличающихся между собой: мужские представлены метельчатыми «соцветиями», женские – одиночные. Они образуются на верхушках молодых побегов, они больше по размерам и сложнее устроены.
Хвойные формируют природные ландшафты, являются важнейшим компонентом биогеоценозов.
Биоэкологические особенности Сосны обыкновенной
Сосна обыкновенная - Pinus sylvestris L. Семейство сосновые - Pinaceae.
Родовое латинское название сосны произошло от кельтского слова pin- скала, которое с местом обитания дерева. Сосна очень часто выбирает крутые склоны и скалистые обрывы гор. О происхождении русского названия единого мнения не существует. Одни считают, что название произошло от славянского слова «hasan»- серый, из-за окраски коры, другие от слова «sop»- сок, из-за своеобразного смолистого сока.
Сосна обыкновенная является крупным деревом до 25-35м высоты с диаметром ствола до 1 м. В молодом возрасте крона пирамидальная, но со временем нижние побеги засыхают, опадают и растение приобретает шаровидную форму. Кора красновато - бурая, верхний слой которой постоянно шелушится в виде тонких пластинок. Хвоя парная тёмно- зелёного цвета с голубоватым оттенком, покрытая восковым налётом. Сосна споровое растение. Мужские шишки жёлтые, расположены у основания, а женские - красноватые, локализуются на верхушках годичных побегов, которые образуются с апреля по май. Пыльцы образуется очень много, которая покрывает поверхность близлежащей земли, листьев деревьев или водоём. Семена сидят на семенных чешуях и созревают после оплодотворения в течение 1.5 года. Семенные шишки сначала плотные зелёного цвета, но в течение созревания набирают коричневую окраску, чешуи их расходятся и семена обладающие крылатками, разлетаются.
Сосна обыкновенная известна как одна из наиболее светолюбивых древесных пород. Благодаря большой пластичности корневой системы, сосна способна расти на почвах самого различного плодородия.
Что такое биондикация и биоиндикаторы
Не всегда химические и физико-химические методы анализа могут охватить все многообразие загрязняющих веществ, которые претерпевают в окружающей среде сложные трансформации, образуя подчас более токсичные соединения. Поэтому необходимы методы интегральной оценки качества среды, например, биоиндикация.
Биоиндикация – это обнаружение и определение экологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакции на них живых организмов. В основе биоиндикации лежит прием, использующий организмы, обитающие в исследуемой среде, присутствие, количество или особенности развития, которые служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания.
Основными исходными понятиями в биоиндикации являются «биоиндикатор» и «объект индикации». Объектами индикации могут быть
различные природные тела или иные свойства и протекающие в них процессы. Показатели, которые при этом используются, называются индикаторами.
Биоиндикаторами могут быть живые организмы, обладающие хорошо выраженной реакцией на внешние воздействия. Например, различные виды бактерий, водорослей, грибов, растений, животных и т.п. Основная роль при этомпринадлежит фитоиндикации – изучению реакций растений на стрессовые воздействия. Чаще всего в качестве биоиндикаторов используют лишайники (лихеноиндикация), мхи (бриоиндикация), сосудистые растения (широко используются древесные растения – дендроиндикация).
Биоиндикаторы могут быть прямыми и косвенными.
Прямой биоиндикатор – это организм или их сообщество, реагирующие непосредственно на факторы среды (серебристые пятна на листьях табака возникают от прямого действия озона; дехромация листвы вследствие воздействия SO2.У косвенных биоиндикаторов реакция на факторы среды возникает через систему опосредованных взаимосвязанных реакций и напрямую не связана со стрессовым воздействием).
В зависимости от реакции биоиндикатора на определенный стрессовый фактор выделяют специфические и неспецифические биоиндикаторы. Специфические биоиндикаторы на определенный тип воздействия реагируют определенным типом реакции. Биоиндикаторы, способные одинаково реагировать на изменение различных факторов среды, относят к неспецифическим.
Выделяют также чувствительные и аккумулятивные биоиндикаторы. Чувствительные индикаторы быстро реагируют на значительные отклонения показателей от нормы. Например, отклонения в поведении животных, в физиологических реакциях клеток могут быть обнаружены практически сразу после начала действия нарушающего фактора. Аккумулятивные - накапливают воздействия без проявляющихся нарушений. Например, лес на начальных этапах его загрязнения будет прежним по своим основным характеристикам. Лишь по истечении какого-то времени начнут исчезать редкие виды, произойдет смена преобладающих форм, изменится общая численность организмов и т.д.
Из истории биоиндикации
Биоиндикация прошла немалый путь развития. Первые наблюдения сделали еще античные ученые: именно они обратиливнимание на связь облика растений с условиями их произрастания. Живший в 327 - 287 гг. до н.э. Теофраст написал свою знаменитую работу «Природарастений», в которой рассказывается о том, как с помощью растительности определить особенности почв. Подобные сведения содержатся в трудах римлян Катона и Плиния Старшего. Так, в трудах Катона (234-149 гг. до н. э.) есть указания на то, что густота травостоя до перепашки помогает выбирать участки, пригодные для посева культур бобовых. В высказываниях римского ученого и писателя Плиния Старшего (23 или 24-79 гг.) содержатся предостережения о слишком упрощенном представлении о связи почв и растительности. Он пишет, что не всегда высокие деревья или пышные луга и высокие травы служат признаком плодородия почвы.
В I в. до н. э. римский писатель и агроном Ю. Колумелла - по листве деревьев, по травам или по уже поспевшим плодам мог судить о свойствах почвы и знать, что может хорошо на ней расти.
В России тоже было известно о биоиндикации. Например, в рукописях XV и XVI вв. уже упоминались такие понятия, как «лес пашенный» и «лес непашенный», т. е. участки леса, пригодные для его сведения под пашню и непригодные.
Также в трудах М.В. Ломоносова и А.Н. Радищева есть упоминания о растениях - указателях особенностей почв, горных пород, подземных вод. В XIX в. с развитием экологии растений была показана связь растений с факторами окружающей среды. О возможности растительной биоиндикации писал геолог A.M. Карпинский - основоположник биоиндикационного использования растений в России. Геолог П.А. Ососков использовал характер распределения растительных сообществ для составления геологических карт, а почвовед С.К. Чаянов - почвенных карт.
Большой вклад в развитие биоиндикации внес русский ученый почвовед В.В. Докучаев. В начале XX в., в период, когда началось освоение окраин нашей страны, биоиндикационные исследования стали развиваться особенно интенсивно. Под биоиндикацией в эти годы в основном понимали регистрацию наличия или отсутствия того или иного явления (природного или антропогенного фактора среды), отмечая в терминах «есть» - «нет». К концу XX в. биоиндикационные закономерности претерпели качественный скачок.
На современном этапе наиболее важные задачи биоиндикации и биомониторинга состоят в разработке теоретических основ и методологии анализа реакции биологических систем на многофакторные воздействия с учетом дифференциальных отличий патогенных агентов, факторов риска, патотропных ситуаций и патологических явлений в зависимости от экологических условий и состояния организмов, популяций, ценозов и отдельных экосистем.
Экологическое состояние хвойных деревьев на территории школы
Савенкова Дарья Александровна
Россия, Тюменская область, Заводоуковский городской округ, город Заводоуковск
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Заводоукоувского городского округа «Заводоуковская средняя общеобразовательная школа №2», 11 класс
II. Практическая часть
Методика исследования.
Для оценки загрязненности атмосферы мы использовали методику индикации. Суть методики: с нескольких боковых побегов в средней части кроны 15 деревьев сосны в 40-ка летнем возрасте подсчитывается среднее количество хвоинок на ветке длиной от 15-20 см. Вся хвоя делится на три части (неповрежденная хвоя, хвоя с некрозом и хвоя с хлорозом), и подсчитывается количество хвоинок в каждой группе. Данные заносятся в рабочую таблицу. Затем высчитывается процентное соотношение хвои.
В работе для исследования состояния атмосферного воздуха был выбран пробный участок в с. Тумашово и в городе по ул. Заводская д.16. Были взяты пробы с 15 деревьев Сосны обыкновенной. Высота деревьев на всех участках не выше 5 метров. Была исследована выраженность на хвое хлорозов и некрозов по бонитентным классам.
Классы некрозов 1 2 3
Классы хлорозов 1 1 1 2 3 4
Рис.1. Шкала бонитетных классов повреждений хвои (по Jager,. 1980)
Некрозы: 1 - без пятен, 2 - с небольшим числом мелких пятнышек, 3 – с большим числом желтых и черных пятен, некоторые во всю ширину хвоинки
Хлорозы: 1 – нет сухих участков, 2 - кончик на 2-5 мм усох, 3 – усохла треть хвоинки, 4- вся хвоинка желтая или более половины ее сухая.
В качестве объекта исследования были выбраны лесные культуры сосны обыкновенной.
Характеристика участков исследования.
1. Территория леса
Расположена недалеко от с. Тумашово, Заводоуковский округ. Территория удалена от дорог, фабрик поблизости нет.
2. Территория школы №2
Расположена в г. Заводоуковске, недалеко от дороги.
3. Территория у дороги
Расположена в г. Заводоуковске, недалеко от дороги.
|
Лесная территория |
Территория у дороги |
Территория школы |
|
|
Длина игл (взята в среднем) |
5,9 |
5,5 |
4 |
|
Кол-во игл (взято в среднем) |
250 |
200 |
300 |
|
Кол-во игл с хлорозом |
25 |
43 |
85 |
|
Кол-во игл с некрозом |
8 |
82 |
45 |
|
Лесная территория |
Территория у дороги |
Территория школы |
|
|
Иглы с хлорозом |
10% |
21,5% |
28,3% |
|
Иглы с некрозом |
3,2% |
41% |
15% |
|
Всего кол-во поврежденных игл |
13,2% |
62,5% |
43,3% |
Результаты исследования.
При исследовании измерялась длина и ширина хвои. Было выяснено, что ширина всех хвоинок одинакова и равняется 2 мм, а длина варьирует от 4 до 6 см зависимости от различных факторов. На отобранных пробах хвои определяли степень выраженности хлорозов и некрозов. Хлорозы - это пожелтения, являющиеся участками, где происходит либо разрушение, либо недостаточное образование хлорофилла в клетках фотосинтезирующей ткани листа. Некрозы – это участки хвои с омертвевшими участками мезофилла листа. Данные сводились в таблицы.По результатам таблиц можно увидеть, что процент поврежденных игл возле дороги высок и составляет 62,5%. На территории школы процент поврежденных игл 43,3%. На лесной территории поврежденных игл всего 13,2%.
Экологическое состояние хвойных деревьев на территории школы
Савенкова Дарья Александровна
Россия, Тюменская область, Заводоуковский городской округ, город Заводоуковск
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Заводоукоувского городского округа «Заводоуковская средняя общеобразовательная школа №2», 11 класс
Заключение
Метод дендроиндикации - сравнительно простой и достоверный способ исследования состояния окружающей среды. Он позволяет оценить степень виляния различных факторов как на экосистему в целом, так и на отдельные её части, а также установить, какие именно факторы так или иначе повлияли на экологическое состояние экосистемы. Зачастую это антропогенные факторы. Например, выбросы промышленных предприятий, выхлопные газы и многое другое, оказывающее неблагоприятное воздействие на природу, примером чего и стала данная исследовательская работа.
Экологическое состояние хвойных деревьев на территории школы
Савенкова Дарья Александровна
Россия, Тюменская область, Заводоуковский городской округ, город Заводоуковск
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Заводоукоувского городского округа «Заводоуковская средняя общеобразовательная школа №2», 11 класс
Выводы:
Изучив литературные данные по теме исследования, проведя анализ собранного материала, мы пришли к следующим выводам:
1. Экологическое состояние хвойных деревьев на примере сосны обыкновенной различно и определяется степенью загрязнения атмосферного воздуха.
2. Наибольший процент (62,5%) поврежденных деревьев был зафиксирован на участке вблизи дороги, а наименьший – на лесной территории с. Тумашово (13,2%)
3. По экологическому состоянию хвойных деревьев на территории школы можно предположить, что влияние вредных химических соединений значительно, и вызывает повреждения хвои.
Библиографический список
Ляшенко, О.А. Биоиндикация и биотестирование в охране окружающей среды: учебное пособие. – СПб:СПб ГТУРП, 2012. – 67с
2. Муртазина, А.Р. Оценка состояния сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) методами фитоиндикации. - Казанский (Приволжский) университет, Институт экологии и географии: Казань, 2012. – 97с.
3. Сборник работ (тезисы) участников областного конкурса юных исследователей окружающей среды «Сохраним нашу Землю голубой и зелёной». – Тюмень, 2016, с.32.
4. Студопедия [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://studopedia.ru/14_88887_ponyatie-bioindikatora-vidi-bioindikatsii.html. Дата обращения: 23.12.2016.
5. Студбукс [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://studbooks.net/931668/ekologiya/obschie_printsipy_bioindikatsii. Дата обращения: 08.01.2017.
6. Тяглова, Е.В. Исследовательская деятельность учащихся по биологии. – М: Глобус, 2008, с.246.
7. Электронный ресурс – Режим доступа: http://biofile.ru/bio/22458.html. Дата обращения: 10.01.2017.
8. Электронный ресурс – Режим доступа: http://infopedia.su/10x93cb.html. Дата обращения: 15.01.2017.