«Биоиндикация воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной»

МКОУ «Поротниковская  средняя общеобразовательная школа»

«Биоиндикация воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной»

Соколов Давид,  учащийся 6 класса

Научный руководитель: , учитель биологии и экологии

1. Введение

Когда говорят: «Нужен как воздух», сразу ясно – речь идет о чем-то жизненно важном. Без воздуха человек не проживет и нескольких минут. Дышим всегда, везде. Но – чем? И почему так радуются горожане, выезжая на свежий воздух? И до какой степени он свеж в отдалении от столицы? Качество атмосферного воздуха – важнейший фактор, влияющий на здоровье, на санитарную и эпидемиологическую ситуацию. Но две трети населения нашей страны проживает на территориях, где уровень загрязнения атмосферного воздуха не соответствует гигиеническим нормам.

Основными источниками загрязнения является транспорт и промышленность. Бакчарский  район не принадлежит к группе индустриальных районов. Предприятия, которые являлись основными загрязнителями воздуха, теперь закрыты. Следовательно, показатель чистоты атмосферного воздуха в посёлке должен быть высоким. Но, с другой стороны, из средств массовой информации известно, что в России существуют регионы, где дышать становится просто опасно для здоровья, потому что воздух там загрязнен в 10, а то и более раз выше нормы, а загрязняющие вещества переносятся на огромные расстояния.

Какова же степень загрязнения воздуха в нашем посёлке?– проблема, которую мы попытались решить в своей работе.

Цельисследования: оценить состояние воздушной среды д. Чумакаевка Бакчарского района Томской области  по состоянию сосны обыкновенной (Pinus silvestris L.).

Задачи:

1. Изучить литературу по теме исследования.

2. Определить состояние хвои сосны обыкновенной для оценки загрязнённости атмосферы.

3. Дать сравнительную характеристику чистоты воздуха.

Объект изучения: воздушная среда д. Чумакаевка.

Предмет исследования: сосна обыкновенная как индикатор чистоты воздуха.

Гипотеза: воздушная среда д. Чумакаевка  является чистой.

Географическое месторасположение деревни

Деревня Чумакаевка расположено в 4 км от с. Поротниково и автомобильной трассы Бакчар-Томск. Между селом Поротниково и деревней есть автомобильная дорога. Никаких промышленных предприятий в деревне и с. Поротниково нет.

Биологические и экологические характеристики сосны обыкновенной

Сосна обыкновемнная (лат. Pнnus sylvйstris) — растение, широко распространённый вид рода Сосна семейства Сосновые. В естественных условиях растёт в Европе и Азии.

Научная классификация

Царство:	Растения
Отдел:	Хвойные
Класс:	Хвойные
Порядок:	Сосновые
Семейство:	Сосновые
Род:	Сосна
Вид:	Сосна обыкновенная

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. Кора в нижней части ствола толстая, чешуйчатая, серо-коричневая, с глубокими трещинами. Чешуйки коры образуют пластины неправильной формы. В верхней части ствола и на ветвях кора тонкая, в виде хлопьев (шелушится), оранжево-красная. 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, (2,5-) 4—6 (-9) см длиной, 1,5—2 мм толщиной, серо - либо сизовато-зелёные, как правило, слегка изогнутые, края мелкозубчатые, живут 2—6 (-9) лет (в Средней России 2—3 года). 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.

Широко распространённое дерево Евразии, начиная с Испании и Великобритании и далее на восток до бассейна реки Алдан и среднего течения Амура в Восточной Сибири. На севере сосна обыкновенная растёт вплоть до Лапландии, на юге встречается в Монголии и Китае. Образует чистые насаждения и растёт вместе с елью, берёзой, осиной, дубом, малотребовательная к почвенно-грунтовым условиям, занимает часто непригодные для других видов площади: пески, болота. Отличается светолюбием, хорошо возобновляется на лесосеках и пожарищах, как основной лесообразователь широко используется в лесокультурной практике во всех климатических зонах. На севере ареала поднимается на высоту до 1 000 м над уровнем моря, на юге до 1 200—2 500 м над уровнем моря.Древесина сосны обыкновенной широко используется в столярных и плотницких работах, для изготовления шпона, фанеры. Корни, необыкновенно гибкие в свежем состоянии, становятся крепкими и упругими при высыхании; из них изготавливают различную плетёную утварь. Сосна является источником множества ценных веществ и смесей, широко используемых человеком. Смола, добываемая при подсочке с древнейших времён, является ценным сырьём для химической промышленности. Из неё получают два основных продукта: канифоль и скипидар. Эти продукты могут быть подвергнуты более глубокой переработке, с целью получения растворителей, ароматизаторов, клеящих веществ, люстров и др. продуктов. Из хвои, молодых побегов и шишек получают эфирное масло — Сосновое масло, или Эфирное масло сосны.

Загрязнение атмосферного воздуха выхлопами газа автомобильного транспорта

Вследствие загрязнения среды обитания вредными веществами отработавших газов двигателей внутреннего сгорания зоной экологического бедствия для населения становятся целые регионы, в особенности крупные города. Проблема дальнейшего снижения вредных выбросов двигателей все более обостряется ввиду непрерывного увеличения парка эксплуатируемых автотранспортных средств, уплотнения автотранспортных потоков, нестабильности показателей самих мероприятий по сниже-нию вредных веществ в процессе эксплуатации. В денежном исчислении величина ежегодного экологического ущерба (загрязнение атмосферы, шум, воздействие на климат) от функционирования автотранспортного комплекса Российской Федерации достигает 2-3 % валового национального продукта при общих экологических потерях 10 % и затратах на природоохранные мероприятия не более 1 %. Основная доля ущерба от автотранспорта (78 %) связана с загрязнением атмосферного воздуха выбросами вредных веществ (что во многом объясняется низким качеством отечественных топлив в сравнении с европейскими стандартами), 16 % ущерба приходится на последствия шумового воздействия транспорта на население.

Общее количество загрязняющих веществ, поступивших в атмосферный воздух на территории Российской Федерации от выхлопов газа автомобильного транспорта, в 2000 г. составило 11 824,2 тыс. т.[4]. Принцип работы автомобильных двигателей основан на превращении химической энергии жидких и газообразных топлив нефтяного происхождения в тепловую, а затем - в механическую энергию. Жидкие топлива в основном состоят из углеводородов, газообразные, наряду с углеводородами, содержат негорючие газы, такие как азот и углекислый газ. При сгорании топлива в цилиндрах двигателей образуются нетоксичные (водяной пар, углекислый газ) и токсичные вещества. Последние являются продуктами сгорания или побочных реакций, протекающих при высоких температурах. К ним относятся окись углерода СО, углеводороды CmHn, окислы азота (NO и NO2) обычно обозначаемые NOX. Кроме перечисленных веществ вредное воздействие на организм человека оказывают выделяемые при работе двигателей соединения свинца, канцерогенные вещества, сажа и альдегиды [10]. В таблице 1 приведено содержание основных токсичных веществ в отработавших газах бензиновых двигателей.

Таблица 1.

Содержание основных токсичных веществ в отработавших газах бензиновых двигателей

Токсичные вещества	Содержание %
Окись углерода	до 10,0
Углеводороды	до 3,0%
Окислы азота	до 0,5%
Альдегиды	0,03%
Сажа	до 0,04 г/м3
Бенз(а)пирен	до 20 мкг
Двуокись серы	0,008%

Основным токсичным компонентом отработавших газов, выделяющихся при работе бензиновых двигателей, является окись углерода. Она образуется при неполном окислении углерода топлива из-за недостатка кислорода во всем объеме цилиндра двигателя или в отдельных его частях. Основным источником токсичных веществ, выделяющихся при работе дизелей, являются отработавшие газы. Картерные газы дизеля содержат значительно меньшее количество углеводородов по сравнению с бензиновым двигателем в связи с тем, что в дизеле сжимается чистый воздух, а прорвавшиеся в процессе расширения газы содержат небольшое количество углеводородных соединений, являющихся источником загрязнений атмосферы.

Примерное содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизеля приведено в таблице 2.

Таблица 2.

Содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизеля

Токсичные вещества	Содержание %
Окись углерода	0,2
Углеводороды	0,01
Окислы азота	0,25
Альдегиды	0,002
Сажа	0,01 - 1,1
Бенз(а)пирен	до 10
Двуокись серы	0,03

Загрязнение воздуха автомобильным транспортом происходит в результате сжигания топлива. Химический состав выбросов зависит от вида и качества топлива, технологии производства, способа сжигания в двигателе и его технического состояния.

Наиболее неблагоприятными режимами работы являются малые скорости и «холостой ход» двигателя, когда в атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества в количествах, значительно превышающих выброс на нагрузочных режимах. Техническое состояние двигателя непосредственно влияет на экологические показатели выбросов. Отработавшие газы бензинового двигателя с неправильно отрегулированными зажиганием и карбюратором содержат оксид углерода в количестве, превышающем норму в 2-3 раза. Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания содержат около 200 компонентов. Период их существования длится от нескольких минут до 4-5 лет. По химическому составу и свойствам, а также характеру воздействия на организм человека их объединяют в группы.

Негативное воздействие на экосистемы оказывают не только рассмотренные компоненты отработавших газов двигателей, но и сами углеводородные топлива, масла и смазки. Обладая большой способностью к испарению, особенно при повышении температуры, пары топлив и масел распространяются в воздухе и отрицательно влияют на атмосферный воздух.

2. Основная часть.

Биоиндикация состояния воздуха по хвое сосны

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

Ход работы: Для работы подобрали исследуемые участки (ИУ) сосновых насаждений, располагающиеся как в условиях  загрязнения, так и на мало загрязняемой территории (более удаленной от источника выбросов в атмосферу). Нами определены два  исследуемых участка:

-ИУ № 1. Около автомобильной дороги Поротниково - Чумакаевка;

-ИУ №2. Лес вблизи д. Чумакаевка;

При проведении работы внимательно осматриваем хвою второго сверху участка центрального побега (участок предыдущего года) и по шкале определяем класс повреждения и усыхания. Виды повреждения и усыхания хвои могут быть следующими:

Виды повреждения и усыхания хвои:
а)хвоя без пятен;
б)хвоя с небольшим числом мелких пятен, нет сухих участков ;
в) хвоя с большим числом черных и желтых пятен, усох кончик 2—5 мм;
г)усохла треть хвои ;
д) усохло более половины длины хвои;
е)вся хвоя желтая и сухая ;

При проведении работы для получения достоверных результатов отобрали 240  хвоинок. Разбор их проводился дома. Все хвоинки поделили на группы в соответствии с выше приведенными классами усыхания и повреждения.

3. Заключение.

Определив класс повреждения хвои, оценили класс загрязненности воздуха по таблице:

Повреждение и усыхание хвоинок	Номера ключевых участков
№1	№2	№3	№4	№5
Общее число обследуемых хвоинок
Кол-во хвоинок с пятнами
Процент хвоинок с пятнами
Кол-во хвоинок с усыханием
Процент хвоинок с усыханием
Дата отбора проб

Из таблицы (Приложение )  видно, что  примерно в 2,5 раза поврежденной хвои наблюдалось на соснах, растущих в придорожной лесополосе. Действительно, в последнее время количество автомобилей в деревне увеличилось. Почти в каждом доме теперь есть транспортное средство.  И несмотря на то, что деревня Чумакаевка достаточно небольшая, такие изменения оказали влияние на состояние хвои сосны.

На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

Использование биоиндикационных методик позволяет установить наличие негативного воздействия автотранспорта на сосну обыкновенную. Наиболее чувствительной характеристикой является изменчивость естественной окраски отдельных хвоинок. Выявлено, что состояние сосны обыкновенной на двух исследуемых участках различны.

4. Список использованной литературы

1. Ашихмина экологический мониторинг. Учеб. методич. пособие/Под ред. . – М.: Агар, 2000.

2. Коробкин . - М., 2006. - 465с.

3. Информация о селе: http://yandex. ru/yandsearch. text

4. Сосна обыкновенная: информация на сайте GRIN

5.Информация о загрязнении воздуха автотранспортом: http://www. dishisvobodno. ru/auto. html

5. Приложение

Приложение№1 «Определение состояния хвои лесной сосны обыкновенной»

Повреждения и усыхания хвоинок	Номера ключевых участков.
1	2	3	4	5
1.Общее число обследованных хвои-нок.	240	240	240	240	240
2.Количество хвоинок с пятнами.	12	9	19	17	13
3. % хвоинок с пятнами.	5%	3.75%	7.9%	7.08%	5.4%
4.Количество хвоинок с  пятнами.	2	7	5	11	3
5.% хвоинок с пятнами.	0.83%	2.9%	2.2%	4.5%	1.25%
6.Дата отбора проб.	23.12	23.12	23.12	23.12	24.12

Приложение№2 «Определение состояния хвои придорожной  сосны обыкновенной»

Повреждения и усыхания хвоинок	Номера ключевых участков
1	2	3	4	5
1.Общее число обследованных хвоинок.	240	240	240	240	240
2.Количество хвоинок с пятнами.	31	35	34	30	41
3.% хвоинок с пятнами.	12,9%	14,6%	14,2%	12,5%	17,8%
4.Количество хвоинок с усыханием.	29	31	30	37	35
5.% хвоинок с усыханием.	12,8%	12,9%	12,5%	12,9%	14,5%
6.Дата отбора проб.	24.12	24.12	25.12	25.12	25.12

Приложение№3 «Сравнительная таблица  состояния хвои  сосны обыкновенной на исследуемых участках»

Ключевые участки	Общий процент поврежденной и с усыханием хвои на придорожной лесополосе	Общий процент поврежденной и с усыханием хвои в лесу
1	25,6	5,83
2	27,6	6,65
3	26,7	9,9
4	25,4	11,58
5	32,3	6,65
Общий процент	137,5	40,61
Средний процент	27,5	8

Приложение№4 «Фотографии исследуемых участков»

Придорожная лесная полоса        Лес

       

       

Приложение№5 «Фотографии хвои сосны с исследуемых участков»

Хвоя с усыханием (придорожная лесополоса)  Хвоя  сосны в лесу