VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Биоиндикация воздушного загрязнения по состоянию хвои сосны

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ахмедова В.В. 1

---

1МБОУ "Дедовичская средняя школа №2"

Храмцова Л.А. 1

---

1МБОУ "Дедовичская средняя школа №2"

Работа в формате PDF

165.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Цель исследования:

определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы.

Задачи:

изучить литературу по теме исследования

изучить состояние хвои сосны обыкновенной на разных участках вдоль трассы

определить степень загрязнённости воздуха в пгт. Дедовичи и на опушке леса д. Головкино Пожеревицкой волости

проанализировать и обобщить результаты исследования

Место проведения: вдоль дороги по ул. Егорова п. Дедовичи,д. Головкино Пожеревицкая волость
Сроки проведения: август – октябрь 2018 года

Объект исследования: хвоя сосны Обыкновенной (Pinus sylvestris).

Предмет исследования: сосны, расположенные на разном расстоянии от дороги на территории поселка.

Гипотеза: сосну обыкновенную можно использовать в качестве биоиндикатора для оценки загрязнённости атмосферы.

Актуальность: загрязненный воздух отрицательно влияет на окружающую среду.

Теоретическая значимость работы состоит в том, что при проведении исследований была выявлена несомненная важность проведения биоиндикации районов с разной степенью загрязненности атмосферы, была определена степень загрязненности воздуха пгт. Дедовичи и близлежащих территорий, был проведен их сравнительный анализ.

Практическая значимость заключается в том, что полученные данные можно использовать в качестве дополнительной информации на уроках биологии и экологии, при проведении бесед со школьниками.

Методы исследования:

анализ литературных источников;

наблюдение; экскурсии; мониторинг;

статистическая обработка данных исследования;

анализ и систематизация данных

Введение

С тех далеких пор, как человек обратил внимание на сосну и ель, 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 особенное значение сейчас, в век научно-технического прогресса, когда так остро стоит задача сохранить для потомков в чистоте окружающую природу – источник жизни. Дело в том, что эти представители отдела Голосеменные могут оказать ученым неоценимую услугу как индикаторы загрязнения среды.

Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обусловливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики». Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические и анатомические изменения, а также продолжительность жизни хвои. При хроническом загрязнении лесов диоксидом серы наблюдаются повреждения и преждевременное опадение хвои сосны.

Одним из наиболее доступных способов оценки состояния воздуха местности является биоиндикация. Для выполнения своей работы в качестве биоиндикатора мы выбрали сосну обыкновенную (Pinus sylvestris), поскольку она – одна из самых чувствительных древесных пород к длительному загрязнению воздуха и самая распространенная в нашей местности.

Загрязнение и биоиндикация атмосферы

Атмосферный воздух – один из важнейших жизнеобеспечивающих природных компонентов на Земле – представляет собой смесь газов и аэрозолей приземной части атмосферы, сложившиеся в ходе эволюции планеты, деятельности человека. Основные составные части воздуха можно подразделить на три группы: постоянные, переменные и случайные. Содержание постоянных веществ практически не меняется в любой порции сухого воздуха. Вторую группу составляют углекислый газ и водяной пар. Непостоянное содержание углекислого газа обусловлено неравномерностью его поглощения из воздуха растительностью в зависимости от интенсивности этой растительности, времени года, суток и т.д., а также деятельностью человека, ежегодно сжигающего миллиарды тонн углесодержащих веществ. Содержание случайных частей воздуха целиком обусловлено местными причинами. Это и природные явления, например, деятельность вулканов и грозы, и деятельность человека, которая стала главным источником случайных примесей в настоящее время.[3]

Биоиндикация загрязнений окружающей среды

Под биоиндикацией понимают комплекс специфических реакций живого организма - биоиндикатора на воздействие определенного вещества, причем эти реакции можно регистрировать и по ним давать оценку присутствия загрязнителя и его концентрации.[5]

Биоиндикатор - группа особей (или сообществ) растений и животных (например, лишайники, сине-зеленые водоросли, ракообразные и другие) одного вида, по наличию и состоянию которых, а также поведению судят об изменениях в среде, в том числе о присутствии концентрации загрязнителей.[2]

Для биоиндикации пригодны в основном 2 метода – пассивный и активный мониторинг.

В зависимости от свойств используемого биоиндикатора различают специфическую и неспецифическую биоиндикацию. О неспецифической биоиндикации говорят в том случае, когда различные антропогенные факторы вызывают одни и те же ответные реакции. Если те или иные происходящие изменения можно связать только с одним фактором, то речь идет о специфической биоиндикации. Чувствительной биоиндикацией могут служить как отдельные процессы в клетке и организме (изменение ферментативной активности, накопление аминокислоты пролина, изменения в пигментном комплексе, накопление серы в листьях), так и морфологические изменения (изменения формы и размера листовой пластинки, появление асимметрии, хлорозы и некрозы). [1]

Объект исследования

В качестве объекта биоиндикации загрязнения воздуха использовали сосну обыкновенную. Сосна обыкновенная(Pinus sylvestris)относится к древесным голосеменным вечнозеленым растениям. Растения отличаются по строению листьев: листья-иглы существуют до пяти лет и опадают ежегодно только частично, поэтому дерево кажется вечнозеленым. Древесина растений заполняет почти всю массу ствола, сердцевина у них развита слабо и кора очень тонкая. [4]

Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. По мнению Артамонова В.И. индикатором загрязнённости атмосферы может служить сосна обыкновенная. Это обусловливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики».

Отрицательно воздействуют на растения практически все выбросы, но особенно: оксиды серы, частицы тяжёлых металлов, соединения фтора, фотохимическое загрязнение, углеводороды, оксид углерода, содержащийся в выхлопных газах автомобилей. Растения рано стареют, редеет и уродуется их крона, преждевременно желтеет и опадает хвоя. К примеру, в нормальных условиях хвоя сосны опадает через 3-4 года, а поблизости от источников загрязнения атмосферы – значительно раньше. Особенно чутко реагирует сосна на загрязнения сернистым газом. Под влиянием токсиканта хвоя сосны в зонах сильного загрязнения приобретает тёмно-красную окраску, затем отмирает и опадает, просуществовав всего год. Периодическое воздействие оксидов азота и серы вызывает у сосны обыкновенной опадание хвои, которая сохраняется лишь на побегах последнего года.[6]

Географическая характеристика

пгт. Дедовичи находится на Восточно-Европейской равнине в Северо-западном районе, в пределах Валдайской возвышенности, на р. Шелонь, приблизительно в 120 км от г. Пскова. Территория 18.97 кв. км. Численность населения в 2018 году составила 7.461 тыс. жителей. Географическая широта: 57°33′ с.ш., географическая долгота: 29°57′ в.д., высота над уровнем моря 85 метров.

В целом климат умеренно-континентальный. Многолетняя среднегодовая температура - +4,6°С. Средняя многолетняя температура зимы - -5°С, средняя многолетняя температура лета - +15°С. Среднегодовая норма солнечных дней – 258. Преобладающее направление высотных ветров – западное. Среднегодовая норма осадков – 611мм.

Предметом биоиндикации служит лесополоса в пгт. Дедовичи по улице Егорова (участок 1) и участок в деревне Головкино Пожеревицкой волости (участок 2).

Участок 1 поселка находится вдоль дороги, ведущей от ГРЭС по ул. Егорова. Растущие здесь сосны украшают и защищают посёлок. За день проезжает достаточно большое количество автомобилей.

Участок 2 находится удалённо от дорог и транспорта. Сосны на этом участке растут раскидисто, под их кронами растёт земляника и другие травянистые растения.

Методика исследования

1. Определение методом наблюдения наличия хлоротических пятен, некрозов на хвоинках сосны обыкновенной. (I)

Проведение с помощью лупы, линейки, миллиметровой бумаги провели визуальную оценку побегов для определения продолжительности жизни хвои.

Расчет индекса продолжительности жизни хвои сосны (Q) производится по формуле:

3В1 + 2В2 +В3

Q = –––––––––––––,

В1+ В2 +В3

где В1, В2, В3 – количество деревьев с продолжительностью жизни хвои соответственно 1, 2, 3 года.

Определение состояния хвои сосны обыкновенной

Выявили степень повреждения хвои. С ветвей 25 деревьев на каждом участке отбирали побеги одинаковой длины. С них собирали всю хвою и визуально анализировали ее состояние. Степень повреждения хвои определяли по наличию хлоротичных пятен, некротических точек, некрозов. Все хвоинки тщательно рассматривали для определения класса повреждения и усыхания.

Результаты учетов занесли в таблицу Повреждение и усыхание хвои сосны обыкновенной в разных зонах (IV).

В незагрязненных лесных экосистемах основная масса хвои сосны здорова, не имеет повреждений, и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зеленые пятна и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. В загрязненной атмосфере появляются повреждения, и снижается продолжительность жизни хвои сосны.

Вывод: на участке 2 на опушке леса, хвоинки, собранные с ветвей деревьев сосны обыкновенной, мало повреждены, они ярко зеленые, чистые, пятен мало, усохших участков у них практически нет. Сосна очень чувствительна к ядовитым газам, которые выбрасывают автомобили. У сосен на участке 1, растущих вблизи автодороги, больше половины хвои повреждено. Выхлопной газ с вредными веществами, проникая внутрь через устьица, вызывает отравление живых тканей. В результате хвоя повреждается и усыхает. Большинство хвои, собранной с ветвей деревьев с участка вдоль дороги, с небольшим числом черных и желтых пятен. На некоторых были обнаружены скопления тли.

Определение продолжительности жизни хвои сосны обыкновенной

Для определения продолжительности жизни хвои произвели визуальную оценку побегов сосны.

Провели визуальную оценку побегов сосны. Количество учетных деревьев – по 25 на каждом участке. Продолжительность жизни хвои установили путём просмотра побегов хвоей по мутовкам (мутовка - расположение ветвей (кольцом) по окружности дерева). Обследовали верхушечную часть ствола за последние годы – каждая мутовка, считая сверху, это год жизни. (II)

Затем по формуле рассчитали индекс продолжительности жизни хвои сосны обыкновенной.

3В1 + 2В2 +В3

Q = –––––––––––––,

В1+ В2 +В3

Результаты определений оформили в виде таблицы Продолжительность жизни хвои сосны обыкновенной в разных зонах (V)

Продолжительность жизни хвои зависит от уровня загрязненности воздуха. Чем выше индекс Q, тем больше продолжительность жизни хвои сосны.

Продолжительность жизни хвои сосны на опушке леса выше (Q=3.0), чем у дороги на поселок (Q=2.0), значит загазованность данного участка наименьшая.

Заключение

На загрязнение среды наиболее сильно реагируют хвойные древесные растения. Использование хвойных в качестве биоиндикаторов дает возможность оценить состояние окружающей среды. Объектом исследований был выбран вид сосна обыкновенная. Растения оценивались как по качественным (состояние хвои, состояние деревьев, продолжительность жизни хвои), так и по количественным показателям (ветвление). Внешнее действие токсикантов проявляется в некрозах – пятнах на листьях и стеблях, в изменениях окраски листьев (бледно-зеленый цвет, покраснение или пожелтение), в низкорослости, изрежении кроны, опадении листвы.

Выводы

Изучили литературу оценки экологического состояния окружающей среды с помощью живых организмов, рассмотрели методы мониторинга воздушной среды по биоиндикации загрязнения воздуха по состоянию сосны обыкновенной (Pinus sylvestris).

При осмотре хвои участка 1 (автодорога по ул. Егорова, ведущая от ГРЭС) выявлено, что кончики 60.8 % хвоинок на участке имеют желто-коричневый цвет, хвоинки с пятнышками, свидетельствуют о незначительном загрязнении воздуха. Хвоя с участка 2 (опушка леса в д. Головкино Пожеревицкой волости) практически не повреждена (28% с жёлтыми пятнышками).

3. Определили продолжительность жизни хвои. Высокий индекс продолжительности жизни хвои – Q=3.0, получили на участке 2, что соответствует оценке чистого воздуха, а вблизи автодороги – Q=2.0, средний индекс продолжительности жизни хвои, это относительно чистый воздух.

Проанализировав полученные результаты исследований, можно сделать следующий вывод: состояние воздуха на опушке леса, отдаленной от дорог и жилья (участок 2), можно оценить как чистое (II). Более высокую степень загрязненности воздуха в аллее вдоль автодороги (участок 1) по ул. Егорова пгт. Дедовичи, это можно объяснить влиянием автотранспорта – там состояние воздуха оценивается как относительно чистое.

Литература:

Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьев А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии: Учебное пособие / Под ред. С. В. Алексеева. - М.: АО МДС, 1996. - 192 с.

Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. Пер. с нем. Под ред. Шуберта Р. – М.: Мир, 1988.

Дядюн Т.В. Практикум “Мир воздуха”. Ж. “Биология в школе”, № 1, 2001.

Жизнь растений, том 3, под ред. Голлербаха М.М. — М.: Просвещение, 1977.

Шустов С.Б. Химия и экология / С.Б. Шустов, Л.В. Шустова. – Н.Новгород: Нижегородский гуманитарный центр, 1995.

http://privetstudent.com/referaty/referaty-po-ekologii/page,3,1849-metody-ekologicheskogo-monitoringa-bioindikacionnye-metody.html 18.09.2018

Приложение:

I
Классы повреждения и усыхания хвои

II Схема определения продолжительности жизни хвои сосны

III Экспресс – оценка загрязнения воздуха

IV Повреждение и усыхание хвои сосны обыкновенной

в разных зонах

V Продолжительность жизни хвои сосны обыкновенной

в разных зонах