VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Древесные растения как биоиндикаторы воздушной среды города

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Булычёва К.В. 1

---

1МБОУ СШ №2

Горностаева В.В. 1

---

1МБОУ СШ №2

Работа в формате PDF

190.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Биологический мониторинг, с точки зрения методологии, играет главенствующую роль среди всех типов экологического мониторинга, т.к. возникновение самой биосферы на Земле, ее развитие, устойчивость, возможность продолжения цивилизации зависят от деятельности биоты. В.И. Вернадский в учении о биосфере обосновал важное для мониторинга положение о том, что биота в процессе жизнедеятельности создает те биогеохимические круговороты материи и превращения энергии, благодаря которым обеспечиваются, с одной стороны, необходимые условия для жизни, с другой - автоматизм работы систем саморегуляции биосферы, обеспечивающих поддержание условий для продолжения жизни на Земле. В современной практике экологических исследований чрезвычайно редко встречаются случаи влияния на окружающую среду лишь одного действующего фактора. При этом хорошо известно, что различные воздействия могут: взаимно ослаблять действие друг друга, в разной степени обезвреживаться средой в процессе самоочищения, создавать новые, вторичные, факторы воздействия, усиливать воздействие друг друга на живые объекты. Следовательно, для объективного заключения о качестве среды, необходима интегральная характеристика ее состояния. Именно живые организмы несут наибольшее количество информации об окружающей их среде обитания, и отклик у них формируется в ответ на весь комплекс присутствующих воздействий, а не на каждое из них в отдельности. Реакция живого организма позволяет оценить антропогенное воздействие на среду обитания в показателях, имеющих биологический смысл. Одним из перспективных подходов для интегральной биоиндикационной характеристики качества среды является оценка состояния живых организмов по стабильности развития (гомеостазу развития). Снижение эффективности данных механизмов приводит к появлению незначительных, ненаправленных отклонений от нормального строения различных морфологических признаков, обусловленных нарушениями развития. Оценить такие изменения можно на основании анализа уровня флуктуирующей асимметрии. Среди всех биоиндикаторов растения наиболее удобны, т.к. находятся на границе двух сред - почвы и воздуха, доступны и удобны в сборе материала. Для биоиндикационной характеристики больших территорий лучше использовать древесные растения, так как травянистые растения в большей степени отражают микробиотопические условия. В качестве вида-индикатора для определения состояния среды использовалась берёза повислая. Этот вид достаточно давно и успешно используется как вид-биоиндикатор качества среды, т.к. является распространенным видом; входит в состав разнообразных биотопов (экосистем) - его ареал включает степные и лесостепные зоны в Скандинавии, в Средней и Атлантической Европе, в Средиземноморье, на Балканах, Западной Сибири и на Алтае, в достаточном количестве произрастает и в нашей местности. Вид обладает четкими и удобно учитываемыми признаками.

Актуальность темы

Качество атмосферного воздуха является важнейшим фактором, определяющим состояние живой природы и здоровья населения. Вода, земля, воздух, недра определяют качество нашей жизни. Состояние воздушной среды в городе во многом зависит от деятельности человека и его умения и готовности предотвратить ее дальнейшее загрязнение. Антропогенная деятельность приводит к загрязнению воздуха, нарушению сбалансированного состава атмосферы и возникновению определенного риска для здоровья людей. Несмотря на важность химических и физических анализов обеспечивающих получение базовой информации о концентрации различных загрязняющих веществ и физических изменениях, биологическая оценка качества среды остается приоритетной, поскольку дает возможность интегральной характеристики качества среды. Одним из перспективных подходов для интегральной характеристики качества среды является оценка состояния живых организмов по стабильности развития, которая характеризуется уровнем флуктуирующей асимметрии (ФА) морфологических структур. Учитывая, что экологический каркас любого города образован разными, по происхождению, назначению и структуре насаждениями, перспективным является биоиндикация окружающей среды по стабильности развития древесных растений, в частности ФА листовой пластинки типичного для данной местности древесного растения.

Цель:

Изучение состояния воздушной среды в промышленном районе города с помощью методов биомониторинга

Задачи:

Изучить имеющиеся данные по экологическому состоянию города Димитровграда

Собрать материал и произвести его обработку

Рассчитать коэффициент флуктуирующей симметрии (ФА) листовой пластины березы

Проанализировать состояние воздушной среды и дать оценку по результатам биомониторинга

Оценить эффективность использования данного метода биомониторинга для определения качества среды.

ФЛУКТУИРУЮЩАЯ АСИММЕТРИЯ ЛИСТОВОЙ ПЛАСТИНЫ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ

Ввиду того, что цель работы – определение состояния среды по флуктуирующей асимметрии листовой пластинки Березы повислой и возможностей ее использования для биоиндикационной оценки качества среды, в данной главе представляется необходимым рассмотреть следующие вопросы:

1. Явление флуктуирующей асимметрии как один из типов асимметрии;

2. Использование анализа флуктуирующей асимметрии для целей биоиндикации;

3. Использование показателя флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы повислой для биоиндикации.

Явление симметрии в природе, как вид согласованности отдельных частей, который объединяет их в единое целое – одно из наиболее общих явлений, свойственное неживой и живой материи на разных уровнях организации. Анализу этого явления в живом мире посвящено большое количество работ, затрагивающих разные аспекты: философский, общебиологический, конкретные проявления у различных организмов. Наиболее используемой в настоящее время, является классификация Ван Валена, предложившего все многообразие проявлений асимметрии разделить на три основных типа: 1. Направленная асимметрия – при этом типе в норме какая-либо структура развита больше на одной стороне, причем сторона проявления генетически строго детерминирована. Подобный тип асимметрии, как правило, является результатом приспособлений, выработанных в ходе филогенеза: сердце млекопитающих, размер клешней у некоторых видов крабов, строение тела камбалообразных, из растений – листовые пластинки бегоний, липы. 2. Антисимметрия – при данном типе асимметрии отмечается отрицательная связь проявления признака на разных сторонах билатеральной структуры – признак проявляется только на правой или только на левой стороне, причем, генетически обусловлен сам факт различий, а не сторона проявления. Данное явление отмечено у некоторых видов брюхоногих моллюсков, гетерохелия у ряда видов крабов. 3. Флуктуирующая асимметрия – этот тип асимметрии есть следствие несовершенства онтогенетических процессов, это незначительные, ненаправленные отклонения от строгой билатеральной симметрии.

Возможность использования флуктуирующей асимметрии (ФА) как параметра биоиндикации

Анализ флуктуирующей асимметрии, как показателя одной из наиболее общих характеристик индивидуального развития, крайне перспективный биоиндикационный метод. Принципиальным преимуществом такого онтогенетического подхода является возможность выявления изменений состояния организма при разных видах загрязнения, когда ни по показателям биоразнообразия (на уровне сообществ), ни по популяционным показателям изменения обычно не наблюдаются. Несмотря на то, что при оценке уровня флуктуирующей асимметрии данный подход использует ограниченное число морфологических признаков, это можно считать вполне оправданным, т.к. нарушение стабильности развития проявляется в асимметричности различных, даже не скоррелированных между собой признаков. Эта особенность позволяет ограничиться анализом лишь признаков морфологии, что особенно важно в условиях заповедников. Важной характеристикой данного метода, подчеркивающей его универсальность, является возможность его использования в отношении представителей разных групп живых существ, т.к. причинная обусловленность различий в значении признаков на двух сторонах тела при флуктуирующей асимметрии оказывается принципиально сходной в отношении различных морфологических структур у самых разных видов.

МЕТОДИКА БИОМОНИТОРИНГА

1. Расположение наблюдательных точек

Материал для оценки состояния воздушной среды был собран с 10 разных растений расположенных в районе Автоагрегатного завода.

Оценка территории завода ДААЗ была проведена с использованием наиболее технологичного, распространенного, хорошо изученного, методически отработанного, удобного и зарекомендовавшего себя вида – березы повислой. Всего собрано 100 экземпляров листьев.

2. Сбор и обработка биологического материала

Сбор и обработка первичного биологического материала проводились в строгом соответствии с методикой.

3. Математические расчеты

Математическая обработка замеров производилась сразу после сбора листьев. Измерения производились по нескольким размерным признакам (см. Приложение, рис. 1):

Ширина половинки листа (измерения проводятся по средней части листовой пластинки слева и справа);

Длина второй от основания жилки второго порядка (слева и справа);

Расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка (слева и справа);

Расстояние между концами первой и второй жилок второго порядка (слева и справа);

Угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка (слева и справа);

Для измерений потребовались линейка (для параметров 1 – 4), транспортир (для параметра 5).

Результаты занесены в таблицу 1 (см. Приложение).

Далее рассматривается оценка стабильности развития берёзы.

В первом действии для каждого промеренного листа вычисляют относительные величины асимметрии для каждого признака. Для этого разность между промерами слева (L) и справа (K) делят на сумму этих же промеров:

(L – K)/(L+K)

Пример для листа №1 (таблица 1), признак 1

(L – K)/(L+K)=(3,5 – 3,5)/(3,5 + 3,5)=0/7=0

Полученные величины заносятся в таблицу 2 (см. Приложение)

2. Во втором действии вычисляют показатель асимметрии для каждого листа. Для этого суммируют значения относительных величин асимметрии по каждому признаку и делят на число признаков.

Пример для листа №1 (таблица 1):

(0+0,04+0+0+0)/5=0,008

Результат заносят в таблицу №2 в графу №7.

3. В третьем действии вычисляется интегральный показатель стабильности развития – величина среднего относительного различия между сторонами на признак. Для этого вычисляют среднюю арифметическую всех величин асимметрии для каждого листа (графа №7).

(0,008+0,038+0,28+0,014+……..0,052)/100=0,057

4. Далее, полученные данные в третьем действии сверяем с таблицей 3.

В результате проведенной работы выяснилось, что растения в исследуемом районе находятся в угнетенном состоянии.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Таким образом, показатели флуктуирующей асимметрии листьев Берёзы повислой, говорят о критическом состоянии среды. Исследование проводилось, как было выше сказано в промышленном районе города, возможно именно этим можно объяснить полученные результаты. Также в этом районе большое транспортное движение. Поэтому хочется надеяться, что эти результаты подтверждают загрязнение воздуха именно в этом районе и только на данный момент. Планируется провести подобное исследование в другом районе города, чтоб сравнить результаты. А еще необходимо использовать другие методы исследования состояния среды, для подтверждения или опровержения данных по оценке стабильности развития с использованием пластических признаков (промеров листовой пластины березы). Предварительно, можно утверждать, что данный метод успешно позволяет оценить состояние среды и поэтому его можно признать как альтернативный наряду с другими методами исследования. Руководствуясь полученным результатом, хотелось бы привлечь внимание ответственных лиц города Димитровграда к данной проблеме:

Разработать программу по оздоровлению окружающей среды;

Оценить влияние Автоагрегатного завода и транспорта на экологическое состояние города;

Для формирования экологического сознания экологам, волонтерам проводить профилактические мероприятия с населением города;

Каждому горожанину бережно относиться к природе и соблюдать чистоту и порядок в местах своего пребывания.

Список используемой литературы

Баранов С.Г., Д.Е. Гавриков «Сравнение методов оценки флуктуирующей асимметрии  листовой пластинки» (интернет ресурсы)

Государственный доклад Минприроды РФ 
(http://www.recoveryfiles.ru/laws.php?ds=2250)

Захаров, А.С. Баранов, В.И. Борисов, А.В. Валецкий, Н.Г. Кряжева, Е.К. 
Чистякова, А.Т. Чубинишвили. - М.: Центр экологической политики 
России, 2000. Здоровье среды: методика оценки. Оценка состояния природных популяций по стабильности    развития: методическое пособие для заповедников [Текст] / В.М.

Карлович И.А.»Природа и экология Владимирской области», Владимир, 1996г

Карлович И.А., Кузнецов В.В. и др. «География Владимирской области», Издательство Московского университета, 2009г

Ливенцев В.П., Атрохин В.Г. «Практикум по лесоводству», Москва, «Просвещение», 1981г.

Математическая обработка результатов при проведении экологических исследований, Владимир,2008

Нидон Х., Петерман И, Шеффель П., Шайба Б., «Растения и животные. Руководство для натуралиста» ,  Москва «Мир», 1991г.

Спирина Е. В., Глебова В. Д. «Биоиндикация и биологический мониторинг» - Ульяновск; УИПКПРО, 2008. – 84 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис.1

Таблица 1

Таблица для обработки данных по оценке стабильности развития с использованием промеров листа.

Таблица 2

Таблица для расчёта интегрального показателя флуктуирующей асимметрии

Таблица 3

Пятибалльная шкала оценки отклонений состояния организма от условной нормы по величине интегрального показателя стабильности развития для Берёзы повислой

I – здоровье среды не испытывает влияние неблагоприятных факторов;

II - здоровье среды испытывает слабое влияние неблагоприятных факторов;

III - здоровье среды испытывает сильное влияние неблагоприятных факторов;

IV - здоровье среды испытывает сильное влияние неблагоприятных факторов;

V - здоровье среды находится в угнетённом состоянии от влияния

неблагоприятных факторов и находится на критическом уровне.