Биоиндикация загрязнения воздуха реферат

Обновлено: 11.07.2024

В экологическом мониторинге используют различные методы исследования. Среди них можно выделить дистанционные (аэрокосмические) и наземные методы. К наземным методам относятся биологические (биоиндикационные)и физико-химические методы. Простейшие варианты наземных методов экологических исследований доступны в школьной практике по изучению природной среды своей местности.

1. Биоиндикационные методы.

1.1 Краткая история биоиндикационных методов.

1.2.Виды и методы биоиндикации.

По современным представлениям биоиндикаторы— организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Биоиндикация — метод, который позволяет судить о состоянии окружакщей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития

организмов — биоиндикаторов. Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации. Ими могут быть как определенные типы природных объектов (почва, вода, воздух), так и различные свойства этих объектов (механический, химический состав и др.) и определенные процессы, протекающие в окружающей среде (эрозия, дефляция, заболачивание и т. п.), в том числе происходящие под влиянием человека.

При выборе биоиндикаторов один из крупнейших американских экологов Ю. Одум предлагает учитывать следующие соображения.

1. Стенотопные виды (то есть виды, приспособленные к существованию в строго определенных условиях), более редкие в сообществах, как правило, являются лучшими индикаторами, нежели эвритопные (широко распространенные, обладающие широким диапазоном экологической выносливости).

2. Более крупные виды являются обычно лучшими индикаторами, чем мелкие, так как скорость оборота последних в биоценозах выше и они могут не попасть в пробу в момент исследований (при наблюдениях с длительной периодичностью).

3. При выделении вида (или группы видов), используемого в качестве индикатора воздействия того или иного фактора, необходимо иметь полевые и экспериментальные сведения о лимитирующих значениях данного фактора с учетом возможных компенсаторных реакций организма и толерантности вида (группы видов).

Существуют различные виды биоиндикации: неспецифической, специфической.Если одна и та же реакция вызываются различными факторами, то говорят о неспецифической биоиндикации. Если же те или иные происходящие изменения можно связать только с одним фактором, то речь идет о специфической биоиндикации. Например, лишайники и хвойные деревья могут характеризовать чистоту воздуха и наличие промышленных загрязнений в местах их произрастания. Видовой состав животных и низших растений, обитающих в почвах, является специфическим для различных почвенных комплексов, поэтому изменения этих группировок и численности видов в них могут свидетельствовать о загрязнении почв химическими веществами или изменении структуры почв под влиянием хозяйственной деятельности.Методы биоиндикации подразделяются на два вида: регистрирующая биоиндикация и биоиндикация по аккумуляции. Регистрирующая биоиндикация позволяет судить о воздействии факторов среды по состоянию особей вида или популяции, а биоиндикация по аккумуляции использует свойство растений и животных накапливать те или иные химические вещества (например, содержание свинца в печени рыб, находящихся на конце пищевой цепочки, может достигать 100 — 300 ПДК). В соответствии с этими методами различают регистрирующие и накапливающие индикаторы.

Регистрирующие биоиндикаторы реагируют на изменения состояния окружающей среды изменением численности, фенооблика, повреждением тканей, соматическими проявлениями (в том числе уродливостью), изменением скорости роста и другими хорошо заметными признаками. В качестве примера регистрирующих биоиндикаторов можно назвать лишайники, хвою деревьев (хлороз, некроз) и их суховершинность. Однако с помощью регистрирующих биоиндикаторов не всегда возможно установить причины изменений, то есть факторы, определившие численность, распространение, конечный облик или форму биоиндикатора. Это один из основных недостатков биоиндикации, поскольку наблюдаемый эффект может порождаться разными причинами или их комплексом.

2.1 Оценка атмосферного загрязнения по состоянию хвои.

2.2 Оценка атмосферного загрязнения по состоянию генеративных органов.

2.3 Оценка атмосферного загрязнения по состоянию годового прироста.

Наше поколение стало свидетелем драматических событий, которые изменили природу отношений человека с окружающей его средой. Стремительный рост народонаселения Земли, а также научно - технический прогресс способствуют усилению воздействия человека на окружающую среду.

Велики потери почвенных ресурсов, эксплуатация минеральных богатств литосферы достигла гигантских масштабов, атмосфера претерпевает антропогенные изменения. Нарушение газового состава атмосферы происходит вследствие того, что выбросы техногенных газов и веществ достигают многих миллиардов тонн в год. Хозяйственная деятельность нарушила естественный баланс выделения и ассимиляции углекислого газа в природе, в результате чего его концентрация в атмосфере увеличивается. Расширяются масштабы нарушения баланса кислорода в атмосфере.

Мы считаем, что выбранная нами тема актуальна, так как экологическая ситуация в наше время вызывает серьезную озабоченность общественности, то одной из первоочередных задач является создание экологической карты района, на которой была бы обозначена общая степень загрязнения различных территорий.

Первыми на загрязнения окружающей среды реагируют живые организмы. По их внешнему виду, ритму жизни, присутствию или отсутствию можно судить о среде, в которой они живут, иначе говоря, использовать в качестве указателей, индикаторов этой среды, её общей характеристики и отдельных свойств.

Изучить экологическое состояние атмосферного воздуха в районе экологической тропы, используя в качестве биоиндикатора сосну обыкновенную.

- Определить загрязнённость атмосферы по состоянию хвои, генеративных органов и состоянию прироста сосны обыкновенной

- Проанализировать полученные результаты.

Наблюдения, анализ, практические методы.

1. Состояние вопроса

1.1. Экологическая индикация

Экологическая индикация основана на связи организма и среды его обитания. Её задача - определять свойства и изменения среды по признакам живых организмов, прежде всего отдельных растений.

В настоящее время индикационные данные учитываются при составлении почвенных, гидрологических и некоторых геологических карт. Широко используются растительные данные для уточнения климатических особенностей, для установления сроков сезонов года.

Не менее важный индикаторный признак- изменение нормального жизненного цикла, при котором может увеличиваться или сокращаться период вегетации, наступать позднее или раннее цветение и плодоношение. Другие морфологические индикаторные признаки могут сопровождаться физиологическими и биохимическими изменениями водного баланса, накоплением химических элементов в тканях

При использовании тех или иных индикаторных функций растительности и индикаторных признаков отдельных растений следует учитывать разнообразие жизненных проявлений природы. Необходимо учитывать сопряжённость индикатора с объектом индикации (индикатом). Индикатор должен быть достоверным.

Если он сопряжён с индикатором в 100% случаев, то это абсолютный индикатор, если более чем в 90% - достоверный, если в 75 - 90% - удовлетворительный, если только в 60 - 75% - сомнительный индикатор, при сопряжённости менее чем 60% - вообще не индикатор.

Растения - индикаторы имеют характерные признаки для определения нарушения окружающей среды. Так, усыхание хвойных деревьев, прежде всего сосны, свидетельствует о большом количестве пыли в воздухе, который забивает устьица на многолетней хвое. Исчезновение лишайников на стволах деревьев говорит о примеси технических газов в воздухе.

Перераспределение поясов распространения водорослей в водоёмах, исчезновение отдельных видов - признаки загрязнения.

Чрезвычайно важно обнаружить заражение воды и почвы радиоактивными элементами, способными концентрироваться в растениях, животных, грибах. Площадь и степень заражения могут быть установлены по анализу многолетних растений на содержание радиоактивных веществ.

1.2. Биоэкологические особенности сосны обыкновенной

Род сосны (Pinus L.) включает около 100 видов, произрастающих в странах умеренного пояса Север­ного полушария, а также в горах южных широт. На территории России имеется более 10 видов сосен.

Этот род подразделяют на два подрода: двухвойные сосны с крылатыми семенами (Diploxylon) И пяти­хвойные, или кедровые, с бескрылыми семенами (Haploxylon). Подрод двухвойных включает сосны обыкновенную, эльдарскую, пицундскую и др.; подрод пятихвойных — кедр сибирский, сосну корейскую, кед- ровый стланик, сосну веймутову.

Самый распространенный вид сосны, произрастающей в России—сосна обыкновенная (Pinus silvestria L.). Общими для этого вида чертами являются парное расположение хвои на укороченных побегах, плоско-выпуклая форма хвоинок в поперечном разрезе, креп­кие деревянистые шишки с характерно утолщенными концами чешуи, полуторагодичный период их созревания, своеобразное сочетание семени с крылом и др. Эти признаки характерны для всех сосен, произрастающих в различных частях ее обширного ареала.

Сосна обыкновенная — дерево первой величины. Ее ствол в насаждениях прямой, как правило, высоко очищен от сучьев. Деревья, выращенные на свободе и опушках леса, имеют меньшую высоту, с низко расположенной кроной. В молодости крона у таких деревьев конусовидная, позже становится ок­ругленной или зонтиковидной, более плоской. Это объясняется тем, что с 40—50 лет рост осевого побега деревьев, растущих на свободе, значительно замедля­ется, а со 100—125 лет прекращается. Прирост боко­вых побегов хотя и замедляется, но не прекращается, и вследствие этого крона приобретает округлую или зонтиковидную форму. Кора в разных частях дерева отличается по цвету и толщине. Нижняя часть дерева покрыта толстой, глубокобороздчатой, красновато-бурой корой, верхняя часть ствола и крупные ветви — тонкой оранжевой отслаивающейся пленкой, а моло­дые сосны и тонкие ветви—гладкой серо-зеленой корой.

В Забайкалье и других районах Восточной Сибири с более сухим климатом,

и объем ее значительно выше, чем у сосен, произрастающих в европейской части России. На высоте пня толщина коры нередко достигает 10 см. Такая толстая кора способствует повышению устойчивости сосны к воздействию огня в период пожаров.

Почки у сосны засмоленные, красновато - бурые, удлиненно-яйцевидные, острые, длина их 6—12 мм, располагаются на концах побегов мутовками.

Хвоя сизо-зеленого цвета, расположена на побегах спирально, в пучках по две; в основании окружена влагалищами из чешуй. С внутренней стороны она плоская, с наружной выпуклая, жесткая на верхушке заостренная, по краям мелкопильчатая. Устьица рас­полагаются рядами на обеих сторонах хвои, но обильнее на плоской. Длина хвои сосны обыкновенной колеблется от 2. до 8 см. В пределах кроны одного дерева разница в длине хвои составляет 2—3 см: наибольшей длины хвоя достигает на побегах последних 6 лет и на осевом побеге. На северной части кроны длина хвои меньше, чем на южной.

На площадях, где проведена осушительная мелио­рация, изменяются размеры и цвет хвои. Она стано­вится длиннее и приобретает темно-зеленый и сизо-го­лубой оттенки.

Длина хвои, а также продолжительность ее жизни являются важными диагностическими признаками при выделений форм сосны. Продолжительность жизни хвои колеблется от 2 до 8 лет. В центральных районах европейской части России продолжительность жизни хвои 2—3 года, в Архангельской обл. в 2 раза больше. У сосны, произрастающей в восточных районах стра­ны, хвоя живет еще дольше.

Плодоношение у сосны наступает сравнительно ра­но. Деревья, растущие на свободе, начинают плодоно­сить с 10—15 лет. В сомкнутых древостоях плодоно­шение наступает в возрасте 36—40 лет. Если деревья, растущие на свободе, плодоносят почти ежегодно и обильно, то этого нельзя сказать о плодоношении насаждении.

Цветет сосна на юге ареала в начале мая, в сред­ней части лесной зоны—в конце мая—начале нюня, в северной—в июне. В Сибири эти сроки сдвинуты на более поздний период. Цветение продол­жается 7—10 дней. 6

Обычно мужские и женские цветки развиваются на одном и том же дереве, но иногда наблюдается почти полная двудомность. Мужские цветки появляются на 2—3 дня раньше женских, они имеют вид небольших (5—7 мм длиной) овальных желтых или красноватых колосков, густо скученных у основания молодых по­бегов. Пыльца мелкая, с двумя воздушными мешками, заключена в пыльниках тычинок, способна разноситься на далекие расстояния (до 1 км).

Женские цветки имеют вид красноватых овальных шишечек длиной 5—6 мм. По 1—3 таких цветка раз­виваются на верхушке растущих молодых побегов. Каждая шишечка имеет до 30—40 чешуек, оканчиваю­щихся острым клювовидным островком, и такое же число более мелких кроющих чешуек, в пазухах кото­рых находится семенные чешуи с двумя семяпочками. Опыление происходит весной. После опыления женские шишечки немного увеличиваются в объеме, чешуи их срастаются, и в таком состоянии шишки перезимовыва­ют. Оплодотворение наступает только летом следую­щего года, после чего шишки начинают расти и дости­гают полного развития.

Зрелые шишки в нераскрытом виде удлиненно-яйцевидные, длина их колеблется от 2,5 до 7,6 см, ширина 2—3 см. На одном и том же дереве наиболее крупные шишки находятся в оптимальных условиях освещения, т. е. примерно несколько выше середины кроны. На размер шишек влияет возраст дерева — с его увеличением величина шишек уменьшается.

На величину шишек оказывают влияние не только фитоценотические факторы (сомкнутость и состав дре­востоя, его возраст и т. д.), но и почвенно-климати­ческие условия. В северных районах преобладают шишки мелких размеров как по числу семенных чешу­ек, так по длине шишек; по направлению к югу размер шишек увеличивается. Эта закономерность про­является на территории европейской части России и в Сибири.

Шишки сосны варьируют по цвету. При высыхании шишек цвет их изменяется весьма значительно. Все разнообразие шишек по цвету сведено к трем группам: коричневые, бежевые и серые. Шишки с указанными цветами встречаются на протя­жении всего ареала сосны.

Однако в южных райо­нах, особенно в пристепных борах, а также на южных склонах в горах Восточной Сибири чаще встречаются сосны с коричневой окраской шишек.

Семена в шишках созревают осенью на второй год после цветения, но раскрывание шишек и опад семян в южных районах европейской части России происхо­дит в апреле—мае при пониженной относительной; влажности воздуха. В остальных районах страны опад семян обычно происходит в мае—июне, у отдельных деревьев — в более поздние сроки.

Семена у сосны яйцевидные или удлиненно-яйце­видные, длиной 3—4 см; цвет их варьирует широко: от темно-серых или черных до светло-коричневых, корич­невых и белых. Обычно с одной стороны семя слегка блестящее, с другой — матовое; оно снабжено плен­чатым желто-бурым крылом, которое в 3—4 раза длиннее семени. Крыло прикреплено к семени основа­нием, охватывая его с двух сторон, как щипчиками, и легко отпадает. Установлено, что окраска семян в пределах одного дерева обычно постоянна, повто­ряется из года в год; не меняется она и с увеличением возраста дерева.

Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обуславливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния.

3. Методика исследования

3.1 Оценка атмосферного загрязнения по состоянию хвои

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

С нескольких боковых побегов в средней части кроны 10 деревьев в 15 – 20 летнем возрасте было отобрано 200 пар хвоинок второго и третьего года жизни. Вся хвоя была тщательно обследована. Есть три класса повреждения:

1. хвоинки без пятен;

2. хвоинки с небольшим числом мелких пятен;

3. хвоинки с большим числом черных и желтых пятен, некоторые крупные, во всю ширину хвоинки.

3.2 Оценка атмосферного загрязнения по состоянию генеративных органов

Под действием загрязнителей происходит подавление репродуктивной деятельности сосны. Число шишек снижается, уменьшается число нормально развитых семян, заметно уменьшаются размеры женских шишек (до 15 - 20 %)

3.3 Оценка атмосферного загрязнения по величине годового прироста

Биоиндикатором загрязнённости атмосферы может служить ежегодный прирост деревьев по высоте, который на загрязненных участках может быть на 20 - 60 % ниже, чем на контрольных (условно - чистых участках).

Мы исследовали 10 деревьев и на каждом измеряли длину центрального побега между двумя верхними мутовками (т.е. прирост последнего года).

- Показатели сосны обыкновенной: состояние хвои, генеративных органов и годового прироста в районе экологической тропы ниже по сравнению с контрольным (условно – чистым) участком.

- Полученные показатели свидетельствуют о загрязнённом воздухе в районе экологической тропы.

Если наиболее чувствительные к загрязнению растения могут служить индикаторами, то самые устойчивые должны широко использоваться для озеленения посёлков и городов, особенно крупных, с развитой промышленностью и обилием автомобилей. Именно здесь особую роль - экологическую и автомобильную - играют лесные насаждения. Деревья могут поглощать разнообразные атмосферные загрязнения антропогенного происхождения, а органическое вещество лесной подстилки - адсорбировать весьма вредные компоненты (тяжёлые металлы, пары ртути, аммиак и т.д.)

Во многих городах необходимо увеличивать площади зелёных насаждений. И делать это следует с учётом таких важных свойств растений, как газоустойчивость, пылеустойчивость и дымоустойчивость.

Мы продолжаем данную исследовательскую работу. Ведется сбор материала по лишайникам. Кроме того, намерены в качестве биоиндикатора использовать берёзу повислую, или бородавчатую.

1. Боднарук М.М. дополнительные материалы к урокам.- Волгоград:Учитель, 2007.

2. Ломаева С.Н. Биоиндикация загрязнений окружающей среды.- Тюмень, 1998.

3. Родин А.Р. Лесные культуры: учебник для студентов спец 260400. — М.:МГУ, 2002.

4. Трайтак Д.И. Растения, бактерии, грибы, лишайники.- М.:Мнемозина, 1998.

3.1 Оценка чистоты атмосферного воздуха по состоянию хвои обыкновенной

Таблица 1. Состояние хвои сосны обыкновенной в районе экологической тропы

Сущность биологического мониторинга - системы наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, вызванных факторами антропогенного происхождения. Основные типы биоиндикаторов, обзор работ по их применению для определения качества природной среды.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид научная работа
Язык русский
Дата добавления 30.04.2011
Размер файла 163,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Чебоксарский машиностроительный техникум

Тема исследовательской работы:

Чебоксары 2006г.

1. Теоретическая часть работы

1.1 Биоиндикация загрязнения атмосферы

2. Исследовательская часть работы

2.1 Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны

Аннотация

В настоящей работе (теоретической части) приведены характеристики биологического мониторинга, биоиндикатора. Раскрыта сущность биологического мониторинга, организма - индикатора, перечислены типы биоиндикаторов, сделан по материалам печати краткий обзор работ по применению биоиндикаторов для определения качества природной среды.

Автомагистраль предназначена для проезда большегрузовых транспортных средств (в том числе и транзитного) через Калининский район (Новоюжный жилой массив) на московскую и нижегородскую автомагистраль.

Для проведения биоиндикационных работ в качестве биоиндикатора выбран сосновый бор, так как сосна - наиболее чувствительное дерево к загрязнению атмосферного воздуха. Участок сосновых насаждений, взятых в качестве опытных (рабочих) единиц, расположен с южной стороны от кольца автотрассы. В качестве контрольных экземпляров выбраны сосны, растущие в глубине к юго-западу на расстоянии 450 - 500 м от опытного участка.

Приведены результаты проведенных биоиндикационных работ. Сделаны выводы о качестве атмосферного воздуха в обследованном районе и разработаны предложения для улучшения воздушной среды.

Введение

Исходя из обзора материалов печати о проделанных работах экологическими научно-исследовательскими институтами и учеными - экологами мира, можно с большой уверенностью сказать, что наряду с расширением дистанционных, автоматизированных и физико-химических методов развиваются и биологические методы исследования компонентов природной среды.

Диагностика воздушного загрязнения проводится по состоянию сосновых сообществ, эпифитных лишайников, данным анализа снегового покрова, оценке запыленности листвы, кислотности осадков и автотранспортной нагрузки.

Преимущества биоиндикационных методов оценки загрязнения природной среды, в данном случае качества атмосферного воздуха в том, что этот метод сравнительно дешевый по сравнению с физико-химическими методами. Биоиндикационный метод исследований качества атмосферного воздуха очень удобно применять, когда не развита техническая база лабораторий мониторинга уровня загрязнения в школах, колледжах и т.д. Этот метод позволяет подключать в исследовательскую работу по мониторингу качества природных сред и установлению причин их загрязнения школьников, студентов колледжей, техникумов, институтов.

Проведение биоиндикационных работ на первичном уровне (школ, техникумов и др.) можно сконцентрировать в кафедрах вузов, занимающихся экологическими исследованиями, лабораториях НИИ. Общую организацию и координацию работ может взять (и должен) осуществлять местные органы образования и местные органы Федеральной службы Госгортехнадзора и экологического надзора.

1. Теоретическая часть работы

Биологический мониторинг - система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, (биота - сообщества живых организмов) вызванных факторами антропогенного происхождения. Структура биологического мониторинга довольно сложна. Он строится из отдельных подпрограмм исходя из принципа, основанного на уровнях организации биологических систем. Так, генетический мониторинг соответствует субклеточному уровню организации, экологический мониторинг - популяционному и биоценологическому уровням. Каждому уровню соответствует свой набор биологических переменных.

Биоиндикация - оценка качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию ее биоты в природных условиях. Для учета изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов.

Биоиндикатор (от лат.Indicator - указатель) - группа особей одного вида или сообщества, по наличию или по состоянию которых, а также по их поведению судят о естественных и антропогенных изменениях в среде.

Изучение состояния атмосферного воздуха с помощью растений - индикаторов.

Под влиянием ухудшения качества атмосферного воздуха у отдельных особей или групп некоторых растений отмечаются различные изменения: необычная окраска листвы, опадение листвы, изменение формы роста, плотности популяции, ареала вида и т.д. Наблюдая эти изменения, можно констатировать избыточное присутствие в атмосфере какого-либо газа.

Таблица 1. Признаки повреждения растений под влиянием химических веществ.

Внешние признаки повреждения растений

Побурение кончиков игл хвоинок

Хвоя буреет и опадает

Обширное междужилковое обесцвечивание листьев

Цвет поврежденных участков хвои меняется от зеленого до красновато- бурого

2. Практическая часть работ

2.1 Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны

Цель работы: Оценить газодымовое загрязнение воздушной среды по состоянию хвои сосны.

Для работы подобрали участки сосновых насаждений, располагающиеся как в условиях сильного загрязнения (возле автомагистрали), так и на мало загрязняемой территории на расстоянии 450 - 500 м (более удаленной от источника выбросов в атмосферу). На открытом месте подобрали молодые сосны высотой 1-1,5 м, отстоящие друг от друга на 20-25 м. Деревья на выбранном участке высоты 3 -3,5 м, поэтому обследование проводили с использованием одного из боковых побегов четвертой сверху мутовки. При проведении работы внимательно осмотрели хвою второго сверху участка центрального побега (участок предыдущего года) и по шкале определи класс повреждения и усыхания хвои (при оценке степени повреждения хвои не надо обращать внимание на более светлую окраску самого кончика хвоинки, поскольку он на самом деле более светлый).

Виды повреждения и усыхания хвои могут быть следующими:

а) хвоя без пятен (КП1), нет сухих участков (КУ1);б) хвоя с небольшим числом мелких пятен (КП2), нет сухих участков (КУ1);в) хвоя с большим числом желтых и черных пятен (КП3), кончик усох на 2-5 мм (КУ2);г) усохла треть хвоинки (КУ3); д) усохло более половины длины хвоинки (КУ4); е) вся хвоя желтая и сухая (КУ4).

КП - класс повреждения (некрозы), КУ - класс усыхания хвои.

Рис. 6.1. Виды повреждения и усыхания хвои: а -- хвоя без пятен (КП1), нет сухих участков (КУ1); б -- хвоя с небольшим числом мелких пятен (КП2),нет сухих участков (КУ1); в - хвоя с большим числом черных и желтых пятен (КПЗ), усох кончик 2--5 мм (КУ2); г - усохла треть хвои (КУЗ); д - усохло более половины длины хвои (КУ4); е -- вся хвоя желтая и сухая (КУ4); КП - класс повреждения (некрозы); КУ -- класс усыхания хвои

При проведении работы для получения достоверных результатов необходимо отобрать 200--300 хвоинок. Для исследований мы отобрали 300 хвоинок. Отобрали хвоинки на каждом участке 2-го года жизни.

Разбор их проводили в лаборатории. Все хвоинки разделили на группы в соответствии с выше приведенными классами усыхания и повреждения. Далее на контрольном (фоновом) участке отобрали также 300 хвоинок аналогично исследуемому участку. Разбирали их по степени повреждения в лаборатории аналогично хвоинкам сосен с исследуемого участка и сравнивали с классами усыхания и повреждения. После этого полученные данные с двух участков сравнили между собой и составили заключение о степени повреждения хвоинок сосны с исследуемого и контрольного участков.

При выполнении этой работы можно сравнивать полученные данные с результатами прошлогодних исследований, но в силу того, что мы начали заниматься биомониторингом только в 2005 году, у нас не было данных за прошлый год. Этим сравнением по годам можно было бы установить динамику изменения влияния антропогенного воздействия по годам.

При проведении данной работы проводили оценку продолжительности жизни хвои. Каждая мутовка сверху - год жизни дерева. (При исследованиях определяют, сколько лет сохраняется хвоя. Причем, если на самом нижнем из охвоенных участков часть хвои опала, то оценивается примерная доля сохранившейся хвои). Следовательно, полный возраст хвои определяется числом участков ствола с полностью сохраненной хвоей плюс доля сохраненной хвои на следующем за ними участке.

Определив класс повреждения и продолжительность жизни хвои, мы оценили класс загрязненности воздуха, используя заранее разработанные соотношения, приведенные в таблице (2).

Ирина Ивановна Щипцова

Лишайники являются индикаторами окружающей среды, поэтому они подходят для выявления степени загрязненности воздуха. Местом исследования была выбрана центральная часть села Алгасова, автодорога и река Вопша.

Актуальность исследования экологических проблем села Алгасово определяется следующими обстоятельствами:

-во-первых, необходимостью защиты природы от надвигающейся экологической опасности, т.е. возрастающего загрязнения окружающей среды выхлопными газами. С каждым годом количество автотранспорта в селе увеличивается, также рядом расположены две газокомпрессорные станции КС-17 и КС-27. В трёх километрах от села проходит автотрасса;

-во-вторых, необходимостью формирования и развития научного экологического сознания людей, внедрения экологических знаний в общественную практику, во все сферы общественной жизни;

Цель исследования - оценка качества воздушной среды, изучение лихенофлоры села Алгасово.

ВложениеРазмер
bioidikacij_vozduxa.docx 729.87 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Алгасовская средняя общеобразовательная школа

Исследовательская работа на тему:

Ерилина Екатерина Александровна,

учащаяся 10 класса

Щипцова Ирина Ивановна,

Алгасово, 2015 г.

Физико - географическая характеристика района исследования…………………..стр.6

Методика работы (исследования)………………………………………………………стр.6

«До сих пор, пока люди не поймут,

почему они должны защищать экосистемы…

Из Всемирной стратегии охраны природы.

В соответствии с Конституцией Российской Федерации каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, каждый обязан сохранять природу и окружающую среду, бережно относиться к природным богатствам, которые являются основой устойчивого развития, жизни и деятельности народов, проживающих на территории Российской Федерации.

Объектами охраны окружающей среды от загрязнения, истощения, деградации, порчи, уничтожения и иного негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности являются:

-земли, недра, почвы;

-поверхностные и подземные воды;

-леса и иная растительность, животные и другие организмы и их генетический фонд;

-атмосферный воздух, озоновый слой атмосферы и околоземное космическое пространство.

Здоровье человека напрямую зависит от окружающей среды, и в первую очередь от воздуха, которым он дышит. Качество воздуха влияет на жизнедеятельность человеческого организма, его работоспособность и общее самочувствие. Недаром, экологии, в частности проблеме чистого воздуха, уделяется так много внимания. В наше время, развитого технического прогресса, всё больше и больше загрязняется окружающая среда, уничтожаются леса – наибольший источник чистого воздуха. А что можно говорить о городах. Чем больше город, тем грязнее в нём воздух. И наоборот, чем дальше живёт человек от городских улиц, тем здоровее он выглядит. Давно известный факт, что долгожителей больше всего наблюдается в горной местности, и в первую очередь это зависит от чистоты воздуха. А средняя продолжительность жизни выше в тех странах, где эта проблема рассматривается на государственном уровне, и соответственно ей уделяется больше внимания, начиная от финансирования и заканчивая всевозможной государственной поддержкой.

Значение чистого воздуха трудно переоценить, от него зависит вся жизнь на планете, начиная от растений и животных и заканчивая человечеством.

Плохой воздух приносит большой вред в первую очередь детям, так как детский организм только начинает приспосабливаться к окружающей среде, формируется иммунная и защитная системы организма, так же большой опасности подвергаются люди, страдающие болезнями дыхательных путей, астмой и различными видами аллергии.

Актуальность исследования экологических проблем села Алгасово определяется следующими обстоятельствами:

-во-первых, необходимостью защиты природы от надвигающейся экологической опасности, т.е. возрастающего загрязнения окружающей среды выхлопными газами. С каждым годом количество автотранспорта в селе увеличивается, также рядом расположены две газокомпрессорные станции КС-17 и КС-27. В трёх километрах от села проходит автотрасса

-во-вторых, необходимостью формирования и развития научного экологического сознания людей, внедрения экологических знаний в общественную практику, во все сферы общественной жизни.

Экологические проблемы, проблемы взаимоотношения людей с природой, существовали всегда, на всём протяжении истории человеческого общества. Среди разнообразных актуальных тем общей экологии особое место занимает теория и практика оценки состояния окружающей среды методом биоиндикации. Я решила изучить подробнее данный метод.

Цель исследования - оценка качества воздушной среды, изучение лихенофлоры села Алгасова.

Для достижения цели необходимо выполнение следующих задач :

  1. Изучить литературу о лишайниках.
  2. Определить видовой состав лишайников, экологические группы и степень покрытия стволов деревьев лишайниками.
  3. Согласно методике определить качество воздушной среды.
  4. Проанализировать результат исследования.

Гипотеза: главным ограничивающим фактором для постоянного поселения большинства лишайников, а затем их дальнейшего нормального развития является атмосферное загрязнение. Чем сильнее загрязнен воздух, тем меньше встречается видов лишайников, тем меньшую площадь покрывают они на стволах деревьев и других субстратах и тем ниже их жизнеспособность.

Объект нашего исследования – территория села на трёх площадках.

Предмет – изучение загрязнения территории методом биоиндикации.

Теоретическая значимость работы определяется тем, что в ней на основе биологического анализа лишайников обосновывается преимущество использования данного растения 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 (присутствие-отсутствие видов, покрытие, размеры слоевища, жизненность, плодоношение, вегетативное размножение).

Биоиндикация – это оценка состояния окружающей среды по реакции живых организмов. Одним из перспективных объектов биоиндикации являются лишайники.

Цель наблюдений за качеством среды – это не только ее оценка, но долговременный мониторинг и прогноз. Растения, используемые для биологической индикации состояния окружающей среды, должны быть не слишком чувствительны, и в то же время не слишком устойчивыми к загрязнению, иметь продолжительный жизненный цикл и повсеместное распространение. В настоящее время эти организмы считаются живыми показателями качества окружающей среды. А сам метод использования лишайников в качестве биоиндикаторов получил название лихеноиндикации. В лесу лишайников много, в населенных пунктах (крупных), вблизи дороги – хилые маленькие пятнышки лишайников.

Лишайники – древняя группа, имеющая по самым скромным подсчетам 200 млн. лет эволюционного развития. И вся их эволюция была направлена на взаимное приспособление гриба и водоросли. В то же время они плохо приспособлены к различным проявлениям антропогенного воздействия. Именно поэтому они могут быть использованы для определения степени воздействия человека на биоценоз.

В чем причина повышенной чувствительности этих организмов к составу атмосферы? У лишайников отсутствует непроницаемая кутикула, и газообмен происходит свободно, через всю поверхность. Также всей поверхностью лишайники впитывают дождевую воду, где концентрируется много токсичных газов. Эти организмы сохраняют способность к росту при температуре чуть ниже 0 0 С. Но их первый враг – загрязненный воздух. При изучении лишайников многих городов были обнаружены общие закономерности: при повышении степени загрязненности воздуха первым исчезают кустистые лишайники, за ними листоватые и последними накипные.

Свидетельство загрязненности воздуха – это не только отсутствие лишайников, но и их внешний вид. Слоевища угнетенных лишайников обильно покрыты соредиями – маленькими шаровидными тельцами. (Е.В.Титов, 1998 год).

В настоящее время не вызывает сомнения тот факт, что хозяйственная деятельность человека оказывает необратимое воздействие на окружающую среду. Современная экологическая ситуация, т. е. вся система отношений между обществом и природной средой характеризуется резким усилением антропогенного воздействия на природу. Всё это ведёт к неуклонному обеднению природных ресурсов и удручающему загрязнению природной биосферы, что нарушает сложившиеся в биосфере связи, отношения, круговороты, подрывает здоровье людей, а зачастую приводит их к гибели.
Развитие промышленности в конце второго тысячелетия существенно изменило состав биосферы Земли. Благодаря существованию биосферы сформировался современный газовый режим атмосферы Земли. Именно воздушный бассейн является основной средой обитания человека. Его качественные характеристики непосредственно воздействуют на организм человека. И одна из наиболее острых проблем – рост загрязнения атмосферы. Загрязнения атмосферы многообразны и опасны для жизни человека, животных и растений, а также для нормально функционирования техники. Заботясь о чистоте атмосферного воздуха, необходимого в первую очередь обратить внимание на выбросы от автотранспорта, на долю которых приходится 76% от общего количества загрязняющих веществ. Количество выбросов вредных веществ растет пропорционально росту количества автотранспорта. Современные промышленные предприятия и транспорт потребляют большое количество кислорода из атмосферы и выбрасывают в неё химические соединения, которые в естественных условиях в природе не встречаются. Человек ввёл в планетарный круговорот веществ (биогеохимические циклы по В. И. Вернадскому) сотни чуждых природе химических соединений, которые трудно перерабатываются биогеоценозами. Сокращение видового разнообразия биогеоценозов (вырубка естественных лесов и создание монокультурных посадок, полная распашка степных биоценозов и создание монокультурных агроценозов), существенно снижает интенсивность протекция биогеохимических циклов.

В настоящее время проводятся различные исследования по определению чистоты воздуха. В данной работе сделана попытка определить чистоту воздуха по лишайникам. Из всех экологических групп лишайников наибольшей чувствительностью обладают лишайники-эпифиты, т.е. лишайники, обитающие на коре деревьев, являются организмами, чувствительными к изменению содержания в воздухе ряда химических элементов и соединений, входящих в состав выбросов большинства промышленных производств.

Изучение литературы по лихенологии доказало, что лишайники это растительные организмы, которые можно использовать в качестве индикаторов загрязнения воздуха. Это связано с особенностями их симбиотического строения. Они не выделяют в окружающую их среду поглощенные токсические вещества, поэтому по физиологическим изменениям и другим нарушениям мы можем судить о чистоте окружающей среды. Теоретические выводы дали нам возможность предположить, что ограничивающим фактором жизнедеятельности лишайников является загрязнение атмосферы.

Физико - географическая характеристика района исследования

Все исследования проводились на территории села Алгасова Моршанского района Тамбовской области. Оно расположено на северо-западе области. С севера на юг Алгасово протянулось на 15 км, с запада на восток на 40 км. Село занимает выгодное положение по отношению к основным транспортным путям и административно-хозяйственным поселениям. Оно расположено в трех километрах от дороги Тамбов-Москва государственного значения, в 28 км от города Моршанска, в 120 км от областного центра г. Тамбова. Рельеф изучаемой территории равнинный, изредка сочетаются мягковолнистые водоразделы с равнинными долинами в сопряжении с балками и оврагами.

Село располагает богатыми ресурсами леса. От населенного пункта лес находится недалеко, на расстоянии 0,5-2,5 км. Древесный состав пород представлен 1050 га. Территория Алгасова представлена выщелоченными чернозёмами.

Алгасово бедно полезными ископаемыми. Среди разрабатываемых полезных ископаемых следует отметить лишь наличие строительных песков. Запасы их составляют 3,5 тыс. м в кубе. На территории села протекают реки Вопша и Островка. Данные реки относятся к малым рекам. Длина реки Вопша 25 км, берет начало в Рязанской области и впадает в реку Серп, левый приток Цны. Река Островка—26 км, при слиянии с рекой Разазовкой образует реку Серп. Подземные воды представлены здесь грунтовыми и межпластовыми. Их добывают бурением и через глубокие скважины поднимают на поверхность насосами.

Методика работы (исследования)

Качественная оценка загрязнения воздуха с помощью лишайников (лихеноиндикация)

1. Выбрала район, в котором будут проводиться наблюдения.

2. Составила карту района.

3. Отметила на карте близлежащие предприятия, дороги с интенсивным движением транспорта.

4. Разбила выбранную территорию на квадраты.

5. В каждом квадрате выбрала 10 отдельно стоящих старых, но здоровых, растущих вертикально деревьев.

6. Все обнаруженные виды разделила на 3 группы: кустистые, листоватые, накипные.

7. Оценку степени покрытия древесного ствола проводила на высоте 30-150 см. Для этого на наиболее заросшую лишайниками часть коры накладывала рамку. Подсчитывала, какой процент общей площади рамки занимают лишайники. (С.В.Алексеев, 1996 год).

8. Полученные результаты занесла в таблицы. (Приложение 1).

Количественные исследования на пробных площадках проводились с использованием 5-бальной комбинированной шкалы покрытия встречаемости:

  1. вид встречается очень редко и с очень низким покрытием,
  2. редко или с низким покрытием,
  3. редко или со средним покрытием на некоторых стволах,
  4. часто или с высоким покрытием на некоторых стволах,
  5. очень часто и с очень высоким покрытием на большинстве стволов.

Кроме того, на территории пробных площадок приводилась характеристика повреждения талломов лишайников с использованием шкалы витальности (классы витальности эпифитных лишайников):

2. Слегка поврежденные

3. Средне поврежденные

4. Сильно поврежденные

В качестве индикаторных видов выбрала виды различной чувствительности к загрязнению, причем такие, повреждения которых хорошо видны (различные виды рода Parmelia, Hypogymnia, Physcia). Повреждения появляются в виде некротических пятен.

1.Описание природных сообществ

Сбор полевого материала производился в трех природных сообществах: автодорога, река, самый густозаселенный район села – центр села (приложение 2).

2.Видовой состав лишайников и их характеристика (приложение 3).

Все лишайники, встречающиеся на территории Алгасова, относятся к самому многочисленному классу лишайников – сумчатых (приложение 4).

Эпифитные лишайники на коре деревьев очень многочисленны. Нередко они сплошь покрывают ствол дерева на большом протяжении. Мои наблюдения на территории села Алгасова показывают, что на отдельных породах деревьев часто встречаются определенные группировки лишайников:

на клене, яблоне, тополе – ксантория настенная;

на березе – пармелиопсис бледнеющий;

на осине – фисция апполия.

Для преобладающего расселения того или иного вида лишайников имеет значение строение коры. Приуроченность лишайников к определенным древесным породам зависит от климатических условий, в которых произрастает данная порода.

Распространено мнение, что эпифитные лишайники поселяются на старых, ослабленных деревьях. В ряде случаев это так, однако, лишайники часто растут и на молодых, хорошо развитых деревьях и кустарниках. Расселение лишайников на стволе зависит в основном от освещенности. Лишайники, приспособленные к существованию при малой освещенности, поселяются ближе к основанию ствола, а светолюбивые поднимаются по стволу. На основании ствола лишайники конкурируют со мхами.

Цель исследования: изучить экологическое состояние атмосферного воздуха города, используя в качестве биоиндикатора сосну обыкновенную.

Задачи: определить состояние хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы.

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. Хвойные леса плохо переносят загазованность, копоть, так как их хвоинки многолетние и в них накапливаются ядовитые вещества, а устьица забиваются копотью, что вызывает пожелтение и отмирание хвои на 1-2 года раньше. В загрязненной атмосфере появляются повреждения и снижается продолжительность жизни хвои сосны.

Используя метод визуальной и количественной оценки хвои сосны, можно определить уровень загрязнения атмосферы.

1. Флористическая индикация

Для определения содержания вредных веществ в среде обитания огромное значение имеет биоиндикация состояния окружающей среды.

Биоиндикация – обнаружение и определение биологически и экологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакции на них живых организмов и их сообществ. Живые организмы, по наличию, состоянию и поведению которых можно судить об изменении в окружающей среде, называются биоиндикаторами.

Биоиндикация является составной частью биологического мониторинга – системы наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды на определенной территории с целью рационального использования природных ресурсов и охраны природы.

Вблизи больших городов и в районах выбросов вредных сернистых, хлористых и азотистых газов деревья задерживают частицы этих веществ и поглощают летучие газы. На листьях деревьев появляются светло-зеленые пятна, потом они буреют и засыхают, со временем отмирают и деревья. От выбросов заводами сернистых соединений лес может погибнуть в радиусе до 10 км, на большем расстоянии содержание газов снижается в 3-4 раза. Наименее устойчивы против газов и пыли сосна и ель, более устойчивы лиственница и все мягколиственные породы. Это и понятно – лиственные породы сбрасывают на зиму листья, а сосна, ель и кедр меняют хвою через 3-5 лет.

Если сосновые иголки без пятен, воздух считают идеально чистым; если хвоинки с редкими мелкими пятнами, воздух чистый. Если имеются хвоинки с частыми мелкими пятнами, можно говорить о загрязненном воздухе, а при наличии желтых и черных пятен – об опасно грязном воздухе. Когда максимальный возраст хвои не превышает одного года и хвоинки все в многочисленных пятнах, можно говорить уже об очень грязном, вредном для здоровья воздухе.

2. Методика биоиндикации

Методика индикации чистоты атмосферы по хвое сосны состоит в следующем. С нескольких боковых побегов в средней части кроны 5-10 деревьев сосны в 15-20 летнем возрасте отбирают 200 пар хвоинок второго и третьего года жизни.

Анализ хвои проводят в лаборатории. Вся хвоя делится на три части (неповрежденная хвоя, хвоя с пятнами и хвоя с признаками усыхания), и подсчитывается количество хвоинок в каждой группе. Данные заносятся в рабочую таблицу.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ХВОИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ

Повреждение и усыхание хвоинок Чистая зона Грязная зона
Общее число обследованных хвоинок 200 200
Количество хвоинок с пятнами 30 68
Процент хвоинок с пятнами 15 34
Количество хвоинок с усыханием 78 96
Процент хвоинок с усыханием 39 48
Дата отбора проб 19.12.2010 19.12.2010

Опытом установлено, что в грязной зоне хвоинки с усыханием преобладают над неповрежденными. В зоне с большим содержанием газа и пыли количество хвоинок с пятнами почти в два раза больше, чем в чистой зоне. Это свидетельствует о том, что в загрязненном воздухе содержится в два раза больше опасных веществ, которые задерживаются листовой поверхностью сосны, приводя к образованию пятен с последующим усыханием.

Читайте также: