VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изучение загрязнения территории села Индерка методом биоиндикации
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
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. Количество автомобилей в селе увеличивается ежегодно. Автотранспорт выделяет в атмосферу более 60% смесей оксидов азота и угарного газа. Выбросы вредных веществ не только загрязняют окружающую среду, но и ухудшают экологию села, нанося ущерб здоровью людей. Следовательно, очень важно найти удобный и достаточно чуткий индикатор интоксикации воздушной среды, который можно использовать для общей оценки состояния и динамики развития загрязнения населенной территории.
Оказалось, что самые обычные лишайники и хвоя сосны очень чувствительны к воздушному загрязнению, они - настоящие индикаторы загрязнения воздуха и окружающей среды. При мониторинге загрязнения среды широко используется метод биоиндикации, который мы решили изучить подробнее.
Цельнашейработы: определение уровня загрязнения окружающей среды биоиндикационными методам.
В соответствии с целью мы поставили следующие задачи:
1) на основе анализа специализированной литературы дать биологическую характеристику лишайникам и сосне и выявить их особенности использования в биоиндикации;
2) рассмотреть процесс изменения лишайников в условиях поселения и возможность использования их в мониторинге загрязнения воздушной среды;
3) сделать выводы о степени загрязнения атмосферного воздуха на исследуемых территориях.
Объект нашего исследования – загрязнение территории.
Предмет – изучение загрязнения территории методом биоиндикации.
Теоретическая значимость работы определяется тем, что в ней на основе биологического анализа лишайников и хвои сосны обосновывается преимущество использования данных растений в мониторинге загрязнения воздушной среды.
Практическая значимость работы обусловлена возможностью использования полученных результатов на уроках биологии в процессе изучения симбиотических организмов.
В работе были использованы такие методы исследования, как анализ литературы, сравнительный и сопоставительный анализ, изучение видового разнообразия при полевом и экспериментальном наблюдении, проводимом с учетом различных показателей и признаков.
Основная часть.
Лишайники представляют своеобразную группу комплексных организмов, тело которых всегда состоит из двух компонентов — гриба и водоросли. В основе биологии лишайников лежит явление симбиоза — сожительства двух различных организмов.
Лишайники по-разному реагируют на загрязненность воздуха: некоторые из них не выносят даже малейшего загрязнения и погибают, другие, наоборот, чаще живут в городах и прочих населенных пунктах, хорошо приспособившись к соответствующим антропогенным условиям. Изучив свойства лишайников, можно использовать их для общей оценки степени загрязненности окружающей среды, особенно атмосферного воздуха. На этой основе стало развиваться особое направление индикационной экологии — лихеноиндикация.
Долгое время ученые не могли объяснить, какие именно факторы приводят к обеднению и даже исчезновению флоры лишайников в городах и рядом с автотрассами. В течение последних десятилетий было доказано, что из компонентов загрязненного воздуха на лишайники самое отрицательное влияние оказывают двуокись серы, а также другие кислотные оксиды азота, фториды. Концентрация SO3, равная 0,5 мг/м3, губительна для всех видов лишайников, произрастающих в естественных ландшафтах.В связи с реакцией лишайников на степень загрязненности воздуха принято выделять:
"лишайниковую пустыню" - лишайники практически отсутствуют;
"зону соревнования" - флора лишайников бедна, отмечаемые виды имеют пониженную жизнеспособность;
"нормальную зону" - встречается много видов лишайников. (Приложение № 1)
По мнению Артамонова В.И. индикатором загрязнённости атмосферы может служить сосна обыкновенная. 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.(Приложение № 2.)
При обследовании состояния хвои определяется степень её повреждения и усыхания, а так же продолжительность жизни.При этом объектом обследования является верхушечная часть ствола. Внимательно осматривают хвоинки участка центрального побега предыдущего года (второй сверху) и определяют по шкале класс повреждения и усыхания хвои .Определяют, сколько лет сохраняется хвоя (максимальный возраст хвои), причём, если на самом нижнем из охвоенных участков часть хвоинок опала, то оценивают примерную долю сохранившихся. Таким образом, полный возраст хвои определяется числом участков ствола с полностью сохранённой хвоёй плюс доля сохранённой хвои на следующем за ним участке.
Для выполнения данной работы на территории села Индерка было намечено 4 точек обследования:
№ 1 – полянка на опушке Сюзюмского леса;
№ 2 – полянка в Липовском лесу;
№ 3 – дендрарий на территории школы;
№ 4 – опушка Сосновоборскоголеса (вблизи автодороги).
На территории данных точек обследования были выбраны для исследования по 3-5 молодых сосен до 2 метров в высоту, только в точке №3 были обследованы высокие деревья.
Точки:
№ 1 – обследованы 5 сосен, № 3 – обследованы 5 сосен,
№ 2 – обследованы 4 сосны, № 4 – обследованы 3 сосны,
Обследования состояния хвои проводились согласно вышеизложенной методике: была установлена степень повреждения и усыхания хвои, а также её максимальный возраст.
Результаты исследовательской работы
Исследования состояния хвои сосен, произрастающих в точках обследования показали следующие результаты:
Данные обследования состояния хвои сосен.
|
Номер точки обследования |
Класс повреждения хвои |
Класс усыхания хвои |
Возраст хвои ( год ) |
Класс загрязнения воздуха |
|
№ 1 |
2 |
1 (1 хвоинка - сухая) |
2 |
III |
|
№ 2 |
2 |
1 |
2 |
III |
|
№ 3 |
2 |
1 |
2 |
III |
|
№ 4 |
2-3 |
1 (2 хвоинки - сухие) |
2 |
III-IV |
Нами был проведен подсчет транспортных потоков. Оказалось, что число машин, проезжающих за один час приближается к 200. (Приложение № 4.) Экологи считают, что если число машин превышает 200, то территория близ автотрассы считается загрязненной.
Заключение.
В результате практического исследования мы пришли к следующим выводам:
1. Чем сильнее загрязнен воздух на определенной территории, тем меньше на ней встречаются различные виды лишайников, тем меньшую площадь покрывают они на стволах деревьев и других субстратах и тем ниже их жизнеспособность. С увеличением загрязнения резко уменьшаются размеры лишайников. На загрязненных участках средний диаметр не превышает 50 мкм.
При повышении степени загрязненности воздуха первыми исчезают кустистые лишайники, за ними листоватые, и последними накипные. (Приложение №5)
2. Состояние атмосферного воздуха в нашем населённом пункте в общем можно оценить как относительно чистое (“норма”).
Приложение № 1.Таблица на наличие или отсутствие лишайников:
|
Зона |
Степень загрязнения |
Наличие(+) или отсутствие (-) лишайников. |
||
|
Кустистые |
Листоватые |
Накипные |
||
|
1 |
Загрязнения нет |
+ |
+ |
+ |
|
2 |
Слабое загрязнение |
- |
+ |
+ |
|
3 |
Среднее загрязнение |
- |
- |
+ |
|
4 |
Сильное загрязнение («лишайниковая пустыня») |
- |
- |
- |
Обозначения: ++ - чувствительная, +++ - очень чувствительная.
Приложение № 2.
Класс повреждения хвои:
|
Класс повреждения хвои |
1 |
2 |
3 |
|
Степень повреждения |
Хвоинки без пятен |
Хвоинки с небольшим числом пятен |
Хвоинки с большим числом чёрных и жёлтых пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину хвоинки |
Класс усыхания хвои:
|
Класс усыхания хвои |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Степень усыхания |
Нет сухих участков |
Усох кончик 2-5 мм |
Усохла треть хвоинки |
Вся хвоинка жёлтая или более половины её длины - сухая |
Определив класс повреждения и продолжительность жизни хвои, можно оценить класс загрязнения воздуха по следующей таблице:
|
Максимальный возраст хвои |
Класс повреждения хвои на побегах 2-го года жизни |
||
|
1 |
2 |
3 |
|
|
4 |
I |
I - II |
III |
|
3 |
I |
II |
III - IV |
|
2 |
II |
III |
IV |
|
1 |
- |
IV |
V - VI |
Условные обозначения класса загрязнения воздуха:
I – идеально чистый, IV – загрязнённый (“тревога”),
II – чистый, V – грязный (“опасно”),
III – относительно чистый (“норма”), VI – очень грязный (“вредно”).
Приложение №3. Учет транспортных потоков
Учет транспортных потоков
|
Время наблюдения |
Легковые автомобили |
Грузовые автомобили |
Трамваи |
Мотоциклы |
Автобусы |
Трактора |
Всего |
||
|
Дата |
День недели |
Время |
|||||||
|
4.12.19 |
воскресенье |
700-800 |
102 |
1 |
1 |
104 |
|||
|
1200-1300 |
132 |
2 |
134 |
||||||
|
1600-1700 |
168 |
1 |
2 |
171 |
|||||
|
5.12.19 |
понедельник |
700-800 |
108 |
1 |
109 |
||||
|
1200-1300 |
120 |
2 |
122 |
||||||
|
1600-1700 |
156 |
2 |
158 |
||||||
|
8.12.19 |
четверг |
700-800 |
168 |
2 |
170 |
||||
|
1200-1300 |
174 |
2 |
2 |
178 |
|||||
|
1600-1700 |
186 |
1 |
1 |
188 |
|||||
|
11.12.19 |
воскресенье |
700-800 |
108 |
108 |
|||||
|
1200-1300 |
126 |
1 |
127 |
||||||
|
1600-1700 |
144 |
1 |
1 |
146 |
|||||
|
12.12.19 |
понедельник |
700-800 |
120 |
1 |
121 |
||||
|
1200-1300 |
132 |
3 |
135 |
||||||
|
1600-1700 |
150 |
1 |
151 |
||||||
|
15.12.19 |
четверг |
700-800 |
156 |
1 |
157 |
||||
|
1200-1300 |
168 |
2 |
170 |
||||||
|
1600-1700 |
180 |
1 |
1 |
182 |
|||||
|
11.12.19 |
воскресенье |
700-800 |
102 |
102 |
|||||
|
1200-1300 |
128 |
2 |
130 |
||||||
|
1600-1700 |
156 |
1 |
1 |
158 |
|||||
|
12.12.19 |
понедельник |
700-800 |
114 |
114 |
|||||
|
1200-1300 |
132 |
1 |
133 |
||||||
|
1600-1700 |
162 |
2 |
164 |
||||||
|
15.12.19 |
четверг |
700-800 |
162 |
2 |
1 |
165 |
|||
|
1200-1300 |
174 |
1 |
175 |
||||||
|
1600-1700 |
192 |
1 |
1 |
194 |
|||||
Приложение №5. Покрытие стволов деревьев эпифитными лишайниками
|
Деревья |
Площадка 1 полянка на опушке Сюзюмского леса |
Площадка 2 полянка в Липовском лесу |
Площадка 3 опушка Сосновоборскоголеса (вблизи автодороги) |
Площадка 4 дендрарий на территории школы |
|
1 |
0% |
1,2% |
3,4% |
4,5% |
|
2 |
0% |
2,3% |
0% |
0% |
|
3 |
0% |
0% |
2,8% |
8,75% |
|
4 |
0% |
0,6% |
0% |
6,1% |
|
5 |
0% |
0% |
2,9% |
3,1% |
|
6 |
0% |
0% |
1,1% |
5,6% |
|
7 |
0% |
2,6% |
1,5% |
3,4% |
|
8 |
0% |
1,5% |
0% |
12,6% |
|
9 |
0% |
1,1% |
4,1% |
11,1% |
|
10 |
0% |
0% |
4,5% |
9,6% |
|
Общий % покрытия |
0% |
6,7% |
20,3% |
64,3% |
Литература.
Артамонов В.И. Зеленые оракулы. М.: Мысль, 1989.
Большая Советская энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1996.
Жизнь растений, т.3 Водоросли, лишайники. М.: Просвещение, 1977.
Солдатенкова Ю.П. Малый практикум по ботанике. Лишайники. М.: издательство МГУ, 1977.
Саввичев А.С. Лишайники в экологическом образовании. Методическое пособие, М., 1995.
Энциклопедический словарь юного натуралиста. М.: Педагогика, 1981.
Алексеев С.В., Беккер А.М. Изучаем экологию – экспериментально. Санкт-Петербург, 1993.
Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Под редакцией Р.Шуберта. Пер.с нем. / М.: Мир, 1988.
Илькун Г.М. Газоустойчивость растений. Киев, 1971.
Загрязнение воздуха и жизнь растений. Л.: Гидрометеоиздат, 1988.