Международная научно-практическая конференция
«Первые шаги в науку»
Государственное учреждение образования
«Средняя школа № 37 г. Могилева»
биологическая секция
Индикация загрязнения атмосферы по состоянию хвои сосны обыкновенной
Жарикова Валерия Кирилловна
Рудницкая Виктория Сергеевна
учащиеся 8 «В» класса
Научный руководитель:
учитель биологии
Соколова-Лыгина Ирина Анатольевна
г. Могилев 2017
Введение.
Сохранение качества окружающей среды и здоровья населения находится в числе самых острых проблем современности.
Роль зеленых насаждений очень велика. Они выполняют газозащитную и ветрозащитную функции, снижают запыленность и загазованность воздуха, обладают фитонцидным действием, влияют на тепловой режим и влажность воздуха, борются с шумом.
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.
Актуальность темы: оценка состояния древостоев имеет важное значение для правильного назначения лесохозяйственных мероприятий, а также для комплексного мониторинга окружающей среды на территориях подверженных воздействию атмосферных выбросов промышленных предприятий.
Считается, что для условий лесной полосы Беларуси наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обуславливает 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.
Цель исследования: изучить экологическое состояние атмосферного воздуха города, используя в качестве биоиндикатора сосну обыкновенную.
Задачи:
-определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы;
– предложить практические рекомендации по мерам охраны на исследуемой территории.
Место исследования:
1. Территория ГУО «Средняя школа № 37 г. Могилева.
2. Печерский лесопарк г. Могилева.
3. Белынический район д. Кировка (контрольный участок).
Метод исследования: визуальное наблюдение.
Глава 1. Теоретическая часть
1.1. Биологическая характеристика вида
Pinus sylvestris – вечнозеленое мощное дерево, достигающее 40 м в высоту. Отличается она полудревесным стволом, покрытым снизу буровато - серой трещеноватой толстой корой, в верхней части ствола кора красноватая, отслаивающаяся тонкими пленками. Крона ажурная с мутовчатым расположением сучьев. В 8-10 лет ветви молодых сосенок начинают усыхать снизу, а к 40 годам места отломов опавших сучьев нарастают. К 130-150 годам крона становится почти плоской, кора прорезывается глубокими трещинами, образующими ромбический рисунок. Хвоя длиной 4-7 см. Живет 2-3 года, иногда несколько больше. Дерево высотой 25—40 м и диаметром ствола 0,5—1,2 м. Ствол прямой (изогнутый лишь если побег повреждён, часто побеговьюном зимующим (Rhyacionia buoliana)). Крона высоко поднятая, конусовидная, а затем округлая, широкая, с горизонтально расположенными в мутовках ветвями.
Разветвление одномутовчатое. Побеги вначале зелёные, затем к концу первого лета становятся серо-светло-коричневыми.
Почки яйцевидно-конусообразные, оранжево-коричневые, покрыты белой смолой чаще тонким, реже более толстым слоем.
Хвоинки расположены по два в пучке, серо - либо сизовато-зелёные, как правило, слегка изогнутые, края мелкозубчатые. Верхняя сторона хвоинок выпуклая, нижняя желобчатая, плотная, с хорошо заметными голубовато-белыми устьичными линиями. У молодых деревьев хвоинки длиннее (5—9 см), у старых короче (2,5—5). Влагалище листа плёнчатое, серое, 5—8 мм, с возрастом медленно разъедается до 3—4 мм.
Мужские шишки 8—12 мм, жёлтые или розовые. Женские шишки (2,5) 3—6 (-7,5) см длиной, конусообразные, симметричные или почти симметричные, одиночные или по 2—3 шт., при созревании матовые от серо-светло-коричневого до серо-зелёного; созревают в ноябре—декабре, спустя 20 месяцев после опыления; открываются с февраля по апрель и вскоре опадают. Чешуйки шишек почти ромбические, плоские или слабовыпуклые с небольшим пупком, редко крючковатые, с заострённой верхушкой. Семена чёрные, 4—5 мм, с 12—20 мм перепончатым крылом.
Размножается сосна семенами, которые впервые появляются у свободно живущих в 15 лет, в насаждении – только в 40 лет. Семенные годы наступают через 3-5 лет. Растет сосна вначале очень быстро, максимальный прирост происходит в 15-20 лет (на лучших почвах) или в 25 лет (на худших). При хороших условиях в 100 - летнем возрасте она имеет высоту около 30 м. Живет сосна 300-350 лет{6, с 25}.
В географическом распределении сосновых лесов намечаются связи с зонально-климатическими условиями в известном смысле противоположные связям лиственничных лесов. Если последние типичны для умеренно-холодного континентального климата, то сосновые леса зональные для умеренно-теплого континентального климата, но в общем климатический оптимум у сосны близок к другим сибирским хвойным, т. е. связан с бореальным климатом, в зональных для нее условиях сосна может выступать в качестве индификатора на крайне разнообразных почвах – от тощих подзолов с малой емкостью поглощения до дерново-карбонатных почв, обнаруживая широкую амплитуду пластичности.
Но сосновые леса распространены в Сибири и далеко за пределами собственно – лесного (бореального) климата (степные и предтундровые боры), что объясняется способностью сосны компенсировать неблагоприятные климатические воздействия за счет эффективного использования местных эдафических условий. Это дает сосне преимущество перед прочими хвойными и обеспечивает значительно более широкий, чем у них потенциальный климатический ареал. Однако эти преимущества часто уравновешиваются или совсем не реализуются в силу наличия у сосны слабых сторон, которым, прежде всего, относится ее светолюбие. Высокий световой оптимум препятствует произрастанию сосны в густых насаждениях совместно с хвойными, способными более эффективно использовать свет для фотосинтеза, т. е. темнохвойными, по отношению к которым сосна является крайне слабым конкурентом, если они находятся в условиях, близких к оптимальным. Поэтому в экстразональных условиях сосне остается роль главной лесообразующей породы преимущественно на бедных песчаных почвах, куда ее вытесняют куда более требовательные хвойные{7, с 53}.
1.2. Роль сосны обыкновенной в природе и значение в жизни человека
Сосновые леса являются благоприятным местом обитания мелких промысловых зверей и птиц, которые здесь находят достаточный корм и надежную защиту в течение года, особенно в зимнее время они защищены от холодных ветров.
Народнохозяйственное значение сосны огромно. Древесина сосны с красноватым ядром и желтовато – белой заболонью отличается высокими техническими качествами и прочностью. По сравнению с древесиной лиственницы у сосны она широко применяется в жилищном строительстве, столярном и мебельном производстве, вагоностроении и авиационной промышленности. Древесина сосны так же, как и других хвойных пород, является ценным сырьем для химической промышленности. В городах и селах можно видеть причудливые украшения из древесины сосны в деревянных строениях: двухэтажных коттеджах, особняках, уникальные предметы спального гарнитура, кухонной, а также другой домашней мебели. Сосна обыкновенная долго служила и продолжает служить поставщиком живицы, из которой вырабатывают смоляные спирты и кислоты, эфиры и терпены, канифоль и скипидар, а также многие другие продукты.
Канифоль широко применяется для проклейки бумаги и картона, приготовления лаков и эмалей, в мыловарении, при производстве линолеума, типографской краски, сургуча, синтетического каучука и резины. Она нужна и для музыкантов для натирания смычков.
Скипидар используется при производстве лаков, красок, духов, технической камфары, которая необходима для производства пластмасс, кинофотопленки, искусственных тканей и взрывчатых веществ. Применяется также как раздражающее и отвлекающее средство при ревматизме, невралгии, подагре; при катаре верхних дыхательных путей и болезнях легких, в качестве противомикробного средства.
Сосну можно назвать янтарным деревом. Янтарь - одно из удивительных и красивейших созданий природы - своим происхождением обязан именно сосне. Этот продукт образуется за счет выделения живицы из хвойных пород. В настоящее время янтарь находит широкое применение не только в производстве различного рода украшений, но и в промышленности. Из янтаря изготавливают изоляторы, лаки, предохраняющие древесину от гниения, краски и даже некоторые физические приборы. Янтарь применяют при изготовлении медицинской посуды и инструментов, используемых при переливании крови. Кислота, получаемая из янтаря, идет на производство лечебных препаратов.
Деготь - продукт сухой перегонки сосновой древесины - обладает дезинфицирующим раздражающим действием и применяется наружно при кожных заболеваниях и заживлении открытых ран. В технике древесный уголь используется для поглощения жидкостей и газов, в медицине - в качестве противоядия при отравлении сильнодействующими веществами.
Собранные до распускания ранней весной сосновые почки применяются в виде отвара, настоя и настойки как отхаркивающее, дезинфицирующее и мочегонное средство, а также для ингаляций при заболеваниях верхних дыхательных путей. Настой хвои применяют для профилактики и лечения цинги. В годы Великой Отечественной войны и первые послевоенные годы витаминный напиток из хвои сосны служил единственным доступным средством лечения от цинги и спас жизнь многим юным гражданам страны. Теперь же из хвои вырабатывают концентраты витаминов, кормовые продукты. Даже незначительное добавление витаминной муки из хвои сосны в рацион сельскохозяйственных животных увеличивает их вес, улучшает вкусовые и питательные качества мяса и молока. Экстракт хвои используется для лечебных ванн и изготовления парфюмерных изделий.
В Беларуси сосновые леса превратились в живописные места отдыха граждан, В них без нарушения установившейся экологической обстановки строят санатории, Дома отдыха и турбазы. Воздух здесь всегда чистый, содержит вещества, убивающие микробы. В жаркую погоду скипидар способствует превращению части кислорода в озон. Озонированный воздух успокаивает деятельность нервной системы человека{6, с 120}.
1.3. Методика биоиндикации
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{1, с 14}.
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 300 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{3, с 37}.
Повреждение и усыхание хвоинок | Зона 1 | Зона 2 | |
Общее число обследованных хвоинок | |||
Количество хвоинок с пятнами | |||
Процент хвоинок с пятнами | |||
Количество хвоинок с усыханием | |||
Процент хвоинок с усыханием | |||
Дата отбора проб |
Глава 2. Практическая часть.
2.1. Методы и район исследования.
Нами для исследования были отобраны 3 участка:
а) территория ГУО «Средняя школа № 37 г. Могилева».
Критерий отбора: школа находится на небольшом удалении от таких крупных предприятий, как мясокомбинат» и . Так же школу окружают крупные автомобильные дороги с большой загруженностью транспортом.
б) Печерский лесопарк.
Критерий отбора: достаточная удаленность от источников промышленного загрязнения.
в) д. Кировка Белынический район.
Критерий отбора: данный участок соснового леса удален от крупных промышленных центров и автомагистралей с большим автомобильным потоком. Исходя из данного расположения, этот участок был определен нами как контрольный.
Исследования проводились сентябрь - октябрь 2016 года. В каждом из районов нами были определены 6 деревьев для изучения. Проводился отбор хвои II – III года жизни в количестве 300 пар. Затем каждая пара исследовалась на наличие желтых пятен, некротических образований и очагов усыхания хвои. Данные по результатам исследования были занесены в таблицу 2.2.1.
2.2. Определение состояния хвои сосны обыкновенной.
Повреждение и усыхание хвоинок | ГУО «Средняя школа № 37 | Печерский лесопарк | Контрольный участок |
Общее число обследованных хвоинок/ шт. | 300 | 300 | 300 |
Количество хвоинок с пятнами/ шт | 112 | 78 | 52 |
Процент хвоинок с пятнами | 37 | 26 | 17 |
Количество хвоинок с усыханием/ шт | 96 | 62 | 30 |
Процент хвоинок с усыханием | 32 | 20 | 10 |
Дата отбора проб | 19.09.2016 | 19.09.2016 | 17.09.2016 |
Таблица 2.2.1. Определение состояния хвои сосны обыкновенной.
На опытном участке ГУО «Средняя школа № 37» в хвое сосны наблюдается частые мелкие пятна, что говорит о наличии в атмосферном воздухе отравляющих веществ антропогенного происхождения. Однако нами не было обнаружено черных некротических участков, которые свидетельствуют об предельно опасном загрязнении воздуха
В зоне Печерского лесопарка основная масса хвои сосны здорова, не имеет повреждений, и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зеленые пятна микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. Однако, процент поврежденной хвои достаточно велик по сравнению с контрольным участком. Это связано с тем, что участок № 2 является зоной массового отдыха и для посещения жители города используют личный автотранспорт, тем самым нанося вред окружающей среде. На контрольном участке основная масса хвои сосны здоровая, без видимых повреждений; т. е. на данном участке воздух может считаться свободным от антропогенного загрязнения.
Источников антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а также нарушения экологического равновесия в биосфере, - множество. Однако самыми значительными из них являются два: транспорт и промышленность
Заключение.
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.
Деревья с поврежденной хвоей сосны расположены вблизи дорог, а с неповрежденной дальше от дороги. Сосна является индикатором чистого воздуха, там, где воздух сильно загрязнен на хвое сосны появятся повреждения и снизится продолжительность жизни дерева. Таким образом, сосна является основным чистильщиком окружающего воздуха, дает людям тепло, жилище, строительные материалы. Помогает сохранять здоровье.
Исходя из полученных результатов можно предложить следующие методы по охране исследуемых территорий:
1. Регулярно проводить мониторинг состояния деревьев в районах с высокой степенью антропогенного загрязнения
2. Проводить экологическое просвещение населения: каждый водитель должен знать, что причина дымления автомобиля – неисправность двигателя, неотлаженность системы питания или зажигания.
3. Организовывать стоянки для автомобильного транспорта на удалении от мест отдыха.
В ходе выполнения работы нами были достигнуты следующие задачи:
-определено состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы;
– предложены практические рекомендации по мерам охраны на исследуемой территории.
Список используемой литературы
1. Я. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие/ Т. Я. Ашихмина ‑‑ Москва: АГАР, 2000. – 120 с.
2. В., Б., И.. Экологическая безопасность автомобильного транспорта./ В. В. Амбарцумян, В. Б. Носов – Москва: «Научтехлитиздат», 1999 г.
3. В. И другие. Практикум по экологии. – М: АО МДС, 1996. -242 с.
4. Биология в школе. Научно-методический журнал. №1, 2 2007. – 54 с.
5. Биология. Газета. №2, 2002. – 56 с.
6. Н. “Биология в вопросах и ответах”/ Е. Н. Деменков‑‑ Москва, “Просвещение” АО “Учебная литература” 1996 г.- 348 с.
7. И., А. "Ботаника"/ А. И. Никишев, А. А. Косорукова, дидактический материал, Москва., "Рауб-Илекса" 1998 г. -336 с.
Основные порталы (построено редакторами)