Исследовательская работа «Оценка загрязнения атмосферы диоксидом серы методом лихеноиндикации», предметная область - биология

Международная научно-практическая конференция

«Первые шаги в науку»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

«Оценка загрязнения атмосферы диоксидом серы методом лихеноиндикации»

предметная область - биология

Авторы:

учащиеся 11 «Б» класса

ГУО «Средняя школа № 8 г. Могилева»

Научный руководитель:

учитель биологии

ГУО «Средняя школа № 8 г. Могилева»

Могилев 2013 г.

Содержание

Введение

1. Лишайники – индикаторы чистоты атмосферы…………………………3

2. Использованные методы исследования……………………………………6

3. Результаты исследований……………………………………………………7

Заключение……………………………………………………………………...11

Список используемых источников………………………………….……….12

Приложения……………………………………………………………………..13

Введение

Целью данной работы является оценить загрязнение воздуха диоксидом серы методом лихеноиндикации

Для этого были поставлены следующие задачи:

1. Определить виды лишайников встречающиеся на пришкольной территории

2. Рассчитать площадь покрытия для каждого вида методом «линейных пересечений»

3. Рассчитать индекс полеотолерантности для встречаемых видов.

4. На основе полученных данных определить загрязненность воздуха диоксидом серы.

Актуальность работы состоит в том, что, как было сказано ранее, лишайники, будучи индикаторами чистоты воздуха, дают нам возможность оценить загрязненность воздуха в районе школы, так как рядом проходит оживленная дорога и в 500 метрах расположен железнодорожный вокзал.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методики исследования:

1. для выявления видового разнообразия лишайников - маршрутный метод для определения видового состава;

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

2. для определения площади покрытия лихенофлоры – метод «линейных пересечений»;

3. для определения антропогенной изменённости местообитания - метод определения индекса полеотолерантности с использованием шкалы полеотолерантности Трасса.

Эти методики были выбраны так как не требуют больших затрат времени и сложного оборудования, но дают достоверные результаты

1. Лишайники – индикаторы чистоты атмосферы

Лишайники – своеобразная группа симбиотических организмов, они представляют собой вид сожительства грибов и водорослей. Водоросль или цианобактерия является автотрофным компонентом тела (фикобионт), гриб – гетеротрофным (микобионт). Вместе они образуют единый симбиотический организм. Вегетативное тело лишайников представлено слоевищем и в зависимости от образующегося в них пигмента может быть серым, сизым, зеленоватым, буро-коричневым, желтым, оранжевым или почти черным.

Различают три основных морфологических типа слоевищ лишайников: накипной (корковый), листоватый и кустистый, между которыми встречаются переходные формы. Наиболее простые – накипные, или корковые, слоевища, имеющие вид порошковатых, бугорчатых, гладких налетов или корочек, плотно срастающихся с субстратом и не отделяющихся от него без значительных повреждений. Более высокоорганизованные лишайники имеют листоватое слоевище в форме пластинок, распростертых по субстрату и срастающихся с ними при помощи пучков грибных гиф. Листоватые лишайники имеют вид чешуек, розеток или довольно крупных, обычно разрезанных на лопасти пластинок. Наиболее организованный тип слоевища – кустистое, имеющее форму столбиков или лент, разветвленных и срастающихся с субстратом только основанием. Гетеротрофные компоненты лишайников относятся в основном к аскомицетам. Лишь у некоторых тропических и субтропических гриб принадлежит к базидиомицетам. Гриб образует тонкие простые или ветвящиеся гифы, характеризующиеся верхушечным ростом. Они разделены поперечными перегородками на клетки. В оболочках клеток гиф откладываются пигменты. Имеются специфические для лишайников жировые клетки, содержащие жир в виде небольших капель. Переплетаясь, гифы микобионта образуют плектенхиму (ложную ткань), составляющую основу слоевища лишайников. Автотрофные компоненты большинства лишайников относятся к зеленым водорослям, реже к цианобактериям [2].

Наука, изучающая лишайники - лихенологией. Количество видов лишайников оценивается по числу видов встречающихся в них грибов. Оно составляет приблизительно 18000. Среди лишайников различают экологические группы: растущие на почве, деревьях, скалах и т. п. На обрабатываемых землях лишайники не встречаются вследствие их очень медленного роста(1 – 8 мм в год). Продолжительность жизни – до 80 лет, а некоторые видов даже до 600 лет.

Они очень требовательны к чистоте воздуха, не выносят дыма, копти и особенно сернистых газов. Лишайники в городе указывают на появление в воздухе серы и ее соединений: чем больше серы, тем меньше становится лишайников. Это позволяет использовать их в качестве биоиндикаторов. Лишайники по разному реагируют на загрязненность воздуха: некоторые не выносят ни малейшего загрязнения и погибают, другие – хорошо приспособились к соответствующим антропогенным условиям. Изучив это свойство лишайников, можно использовать их для общей оценки степени загрязненности окружающей среды, особенно атмосферного воздуха. На этой основе стало развиваться особое направление индикационной экологии – лихеноиндикация [6].

При изучении лишайников многих городов были обнаружены общие закономерности:

1. Чем больше индустриализован город, чем сильнее загрязнен его воздух, тем меньше встречается в нем видов лишайников, тем меньшую площадь покрывают они на стволах деревьев и других субстратов, и тем ниже их жизнеспособность.

2. При повышении степени загрязненности воздуха первыми исчезают кустистые лишайники, за ними – листоватые, и последние – накипные.

В настоящее время, когда контроль над степенью загрязнения воздуха возможен путем использования газоанализаторных приборов, интерес к лишайникам как индикаторам загрязнения не уменьшается. Использование лишайников для индикации остается актуальным и часто более выгодным, поскольку метод лихеноиндикации не требует материальных затрат и позволяет оценить влияние загрязнения на живые организмы.

Наиболее часто встречающиеся в городах Беларуси роды лишайников: Пельтигера (Peltigera), Гипогимния (Hypogimnia), Ксантория (Xanthoria), Фисция (Physcia), Пармелия (Parmelia) и некоторые другие [2].

2. Использованные методы исследования.

Для решения поставленных задач применялись следующие методики исследования.

1. Маршрутный метод для определения видового состава.

На территории школы были выбраны четыре точки исследования, находящиеся на различном удалении от дороги и имеющие однородный состав дендрофлоры. В качестве модельных, были выбраны береза и ива, как наиболее часто встречающиеся на данных участках породы деревьев [3].

2. Метод «линейных пересечений».

Для этого на стволе определялась точка, находящаяся на 150 см от комля. Затем на ствол накладывалась мерная лента с делениями, таким образом, чтобы ноль шкалы ленты совпадал с выбранной точкой. После полного оборота вокруг ствола лента закреплялась булавкой в нулевой точке. После этого велись измерения, результаты которых фиксировались. Длина окружности ствола принималась за 100% и затем определялась площадь проективного покрытия каждого вида (приложение 2.1) [3].

3. Метод определения индекса полеотолерантности с использованием шкалы полеотолерантности Трасса.

Как было сказано ранее, лишайники различно реагируют на загрязнение поэтому их объединяют в классы полеотолерантности, т. е. в группы, члены которых более или менее одинаково реагируют на определенные загрязняющие вещества и их концентрации в атмосферном воздухе. Наиболее пригодной для большей территории Беларуси является классификация (1985), составленная им на примере лишайниковых сообществ фитоценозов Прибалтики, Кавказа и Дальнего Востока.

Для оценки загрязнения атмосферы диоксидом серы, в данной работе использовался индекс полеотолерантности (IP), который учитывает видовой состав лишайников (т. е. для его использования нужно определять виды) и вычисляется по формуле: , где n - количество видов на описанной пробной площадке, Аi - класс полеотолерантности i-того вида (от 1 до 10, см. табл 1), Ci - проективное покрытие i-того вида в баллах, Cn - сумма значений покрытия всех видов (в баллах).

Оценка проективного покрытия дается по 10-балльной шкале:

Балл 9 10

Покрытие, % 20 2050

Значения IP колеблются между 1 и 10. Чем больше значение IP, тем более загрязнен воздух в соответствующем местообитании. Нулевое значение IP может быть только в случае полного отсутствия лишайников [2].

3. Результаты исследований

Исследовав 20 модельных деревьев и сравнив найденные нами экземпляры с ключом определителя нами были обнаружены следующие виды лишайников:

1. Гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes)

Слоевище листоватое или розетковидное, с приподнимающимися, приросшими или свисающими, обычно вздутыми лопастями, окрашено в жёлто-зелёные, серо-зелёные, жёлто-бурые или серо-белые тона. Нижняя поверхность чёрного или тёмно-коричневого цвета. Сердцевина с полостью, белого цвета. Соредии расположены по всех поверхности талломов или на концах лопастей. Изидии известны лишь у некоторых видов. Апотеции располагаются по всей поверхности слоевищ, на ножках или непосредственно на поверхности. Пикнидии погружены в слоевище, чёрного цвета. Споры эллиптической формы, гиалиновые. Аски восьмиспоровые (приложение 3.1 рис. 1) [5].

2. Канделярия одноцветная (Candelaria concolor)

Таллом 0,5-2 см в диаметре, листовато-чешуйчатый, от оранжево - или лимонно - до серо-желтого, с изидиями. Иногда чешуйки таллома почти незаметны, и таллом кажется состоящим из одних зернистых изидий. Местообитания. На стволах и ветвях свободно стоящих деревьев, преимущественно лиственных (в том числе и плодовых), реже хвойных, на обработанной древесине, мхах, каменистом субстрате. Часто встречается вблизи человеческого жилья (приложение 3.1 рис. 2) [1]

3. Ксантория многоплодная (Xanthoria polycarpa)

Слоевище образовано бугорчато-бородавчатыми лопастями, которые едва заметны из-под скученных в середине апотециев, которые придают слоевищу вид подушечек. Слоевища лопасти узкие, плоские, по окружности слегка распростертые, иногда по краю зазубренные. Верхняя поверхность матовая, оранжево красная, редко желто-зеленая без соредий и изидий. Нижняя сторона беловатая с рассеянными короткими светлыми ризоидами. Верхняя и нижняя кора параплектенхимная. Гонидиальный слой образован светло-зелеными водорослями рода Cystococcus. Апотеции 1 – 3 мм в диаметре. Диск апотеция окрашен интенсивнее, чем слоевище, край значительно светлее, серо-желтый или желто-зеленый, цельный. На коре деревьев преимущественно лиственных пород. Встречается практически повсеместно (приложение 3.1 рис. 3) [1].

4. Пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata)

Слоевище кожисто-листоватое, розетковидное, плотноприлегающее к субстрату, изрезанно-лопастное по краю. Слоевищные лопасти выемчатоволнистые, закругленные или вытянутые, в процессе роста чрезвычайно изменчивые, плоские или выпуклые, с цельным или зазубренным краем. Верхняя сторона слоевища голубовато-серая, пепельно-серая, иногда коричневатая, матовая, местами как бы припудренная, без трещин. На поверхности ясно выступает сетка жилок, по ребрам которых размещается цепь округлых или удлиненных соралей. Нижняя сторона слоевища черная, густо усажена сравнительно длинными черными ризинами, простыми или разветвленными. Поселяется на стволах и сучьях лиственных и хвойных пород и редко на отмершей древесине и камнях. На территории Белоруссии встречается повсеместно (приложение 3.1 рис. 4) [5].

5. Фисция реснитчатая (Physcia ciliata)

Таллом в виде небольших розеток, 3-5 см в диаметре, сверху серовато - или оливково-коричневых или оливково-серых, снизу черных, с густыми черными ризоидами, которые всегда выступают между лопастями в виде черной каймы. От КОН не изменяется. Лопасти узкие, 0,5-1,5 мм шириной, плоские или слабовыпуклые, на концах зазубренные или закругленные. Апотеции 1,5-4 мм в диаметре, многочисленные, прижатые, округлые, расположены в центре таллома. Диск коричневато-черный. На коре деревьев лиственных пород, особенно часто на осинах[1] (приложение 3.1 рис.5). [5]

Проведя измерения, используя метод линейных пересечений мы получили следующие площади проективных покрытий обнаруженных на территории микрозоны школы видов лишайников.

1. Гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes) – 7%

2. Канделярия одноцветная (Candelaria concolor) – 3%

3. Ксантория многоплодная (Xanthoria polycarpa) – 3%

4. Пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata%

5. Фисция реснитчатая (Physcia ciliata) – 5 %

Сравнив найденные нами виды с таблицей 1 (приложение 3.2) было определено, что по классам полеотолерантности (по Трассу) индикаторные виды лишайников относятся к 2 классам, начиная с 6 и 7.

Наибольшее количество лишайников относятся к 7 классу (умеренно и сильно измененные типы местообитаний).

Проведя вычисления описанные в методике 3 мы получили следующие результаты

№	Вид лишайника	Площадь покрытия %	Ci - проективное покрытие, в баллах	Аi - класс полеотолерантности
1	Гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes)	7	3	6
2	Канделярия одноцветная (Candelaria concolor)	3	2	8
3	Ксантория многоплодная (Xanthoria polycarpa)	3	2	7
4	Пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata)	15	4	7
5	Фисция реснитчатая (Physcia ciliata)	5	2	7

По таблице находим значения покрытия в баллах Сi: для вида "1" – 3 балла, для вида "2" - 2 балла, для вида "3" - 2 балла и для вида "4" - 4 балла, для вида 5 – 2 балла Сумма значений покрытия Cn = 3 +2+2+4+5=16 баллов. По таблице 1 определили классы полеотолерантности Аi: 1 вид – 6 класс, 2 вид – 8 класс, виды 3, 4 ,5 относятся к 7 классу. Рассчитываем индекс полеотолерантности (IP):

IP= ((3*6)/16 +(2*8)/16+(2*7)/16+(4*7)/16+(2*7)/16)=5,625

Теперь этот показатель можно сравнивать с аналогичными показателями, полученными для других пробных площадок, значения IP скоррелированы со среднегодовым содержанием SO2 в воздухе (приложение 3.3).

Таким образом сравнив, полученный показатель IP c таблицей 2 видно, что школа находится в зоне среднего загрязнения с концентрацией SO2 = 0,03-0,08 мг/м3, тогда как предельно допустимая среднесуточная концентрация диоксида серы в воздухе составляет около 0,05 мг/м3. Это может быть опасно для организма человека, так как часть газообразного SO2 растворяясь во влаге слизистых оболочек рта и носа и в виде аэрозоля может проникать во внутренние органы дыхания, где преобразуется в серную кислоту - превращение, которое в присутствии воды, копоти и золы частично происходит уже в аэрозольном состоянии. Загрязнение атмосферы SO2 ,особенно при продолжительных туманах, вызывает обострение заболеваний верхних дыхательных путей, может вызывать фатальные аллергические реакции у астматиков, разрушает витамин В1.

Заключение

Обследовав на пришкольном участке 20 деревьев, обнаружили на них 5 видов лишайников, которые занимают в общей сложности 23%.

На основании списка определенных видов, опираясь на классификацию Х. Х Трасса делаем вывод, что микрорайон в котором находится школа относится к зоне умеренно и сильно антропогенно измененной.

Определен индекс полеотолерантности найденных видов, который составил 5,625, что соответствует средней загрязненности воздуха диоксидом серы (концентрация SO2 составляет 0,03-0,08 мг/м3).

Список использованных источников

1. Горбач Беларуси. Определитель. – Минск: Наука и техника, 1973. – 186 с.

2. Лихеноиндикация // Экология. – 2001. – С.3-20.

3. , Слепов водорослей и лишайников в экологическом мониторинге и биоиндикационных исследованиях. – Москва: Методическое пособие. Экосистема, 2004. – 20 с.

4. http://www. *****

5. http://

6. http://www. priroda.

Приложение 2.1

Измерение учащимися площади проективного покрытия встречаемых лишайников

MVI_0002[(000025)] MVI_0004[(000046)]