Государственное казённое образовательное учреждение для детей – сирот и детей, оставшихся без попечения родителей,
«Урюпинская школа-интернат имени генерал-лейтенанта ».
Исследовательская работа
на тему:
«Биоиндикация загрязнения
воздуха по комплексу признаков сосны обыкновенной»
Руководитель:
- учитель биологии и химии
Работу выполнила:
Артамонова Ольга - ученица 8 «к» класса
г. Урюпинск 2013г
Содержание.
Введение………………………………………………………………………………………….3
Глава I. Биоиндикация как метод экологического мониторинга…………………………….5
1.1 Сущность метода биоиндикации……………………………………………………………5
1.2 Основные понятия биоиндикации………………………………………………………….5
Глава II. Биоиндикация загрязнения воздуха по комплексу признаков сосны обыкновенной………………………………………………………………………………….6
2.1. Методика оценки загрязнения атмосферы по комплексу признаков сосны обыкновенной……………………………………………………………………………………………….6
2.2. Результаты исследования…………………………………………………………………..7
Заключение………………………………………………………………………………………8
Источники и литература………………………………………………………………………..9
Приложения…………………………………………………………………………………….10
Введение
Жизнь на Земле в последнее время все больше становится зависимой от человеческой деятельности. Результатом этого стал постоянный значительный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие геологические эпохи. Громадные количества СО2 потребляются при фотосинтезе и поглощаются мировым океаном. За последние 100 лет содержание СО2 в атмосфере возросло на 10 %, причём основная часть (360 млрд тонн) поступила в результате сжигания топлива. Если темпы роста сжигания топлива сохранятся, то в ближайшие 20—30 лет количество СО2 в атмосфере удвоится и может привести к глобальным изменениям климата.
Сжигание топлива — основной источник и загрязняющих газов (СО, NO, SO2). Диоксид серы окисляется кислородом воздуха до SO3 в верхних слоях атмосферы, который в свою очередь взаимодействует с парами воды и аммиака, а образующиеся при этом серная кислота (Н2SO4) и сульфат аммония ((NH4)2SO4) возвращаются на поверхность Земли в виде т. н. кислотных дождей. Использование двигателей внутреннего сгорания приводит к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота, углеводородами и соединениями свинца (тетраэтилсвинец Pb(CH3CH2)4).
Аэрозольное загрязнение атмосферы обусловлено как естественными причинами
(пыльные бури, унос пыльцы растений и др.), так и хозяйственной деятельностью человека (сжигание топлива, изготовление цемента и т. п.). Интенсивный широкомасштабный вынос твёрдых частиц в атмосферу — одна из возможных причин изменений климата планеты.
Наш город не исключение – он также как и многие промышленные города Российской Федерации является химически-загрязнённым. В черте города располагаются: «Урюпинский маслоэкстракционный завод» [4], «Урюпинский крановый завод», завод по производству ламинированной бумаги « Хоупак», завод « Сельскохозяйственных машин»), «Урюпинская трикотажная фабрика» и др [6].
Естественно все выбросы данных предприятий неуклонно сказываются не только на здоровье жителей нашего города, но и состоянии растений. Мы, воспитанники Урюпинской школы-интерната, посещая «Городской парк культуры и отдыха» обратили внимание, что сосна не выделяет эфирные масла, характерные для данных растений. Мы решили выяснить с чем это связано.
Целью данной работы является определение качества состояния атмосферного воздуха методом биоиндикации по комплексу признаков сосны обыкновенной.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
Овладеть методикой оценки загрязнения атмосферы по комплексу признаков сосны обыкновенной: степень повреждения и усыхания, а так же продолжительность жизни хвои; состояние побегов, кроны и почек. Оценить степень загрязнения воздуха в г. Урюпинске. Убедиться в возможности использования сосны обыкновенной в качестве биоиндикатора.Объект исследования: загрязнение атмосферы.
Предмет исследования: сосна обыкновенная.
Гипотеза: если применить метод биоиндикации по комплексу признаков сосны обыкновенной, то можно определить экологическое состояние атмосферы в городе Урюпинске.
Новизна и практическая значимость работы: в литературе мы не нашли сведений о влиянии факторов окружающей среды на растения именно на территории нашего города, поэтому работа может быть использована на уроках биологии, экологии, при проведении классных часов, внеклассных мероприятий.
Глава I. Биоиндикация как метод экологического мониторинга.
1.1 Сущность метода биоиндикации.
Последствия загрязнения окружающей среды отражаются на внешнем виде растений. У растений под влиянием вредных веществ происходит увеличение числа устьиц, толщины кутикулы, густоты опушения, развивается хлороз и некроз листьев, раннее опадание листвы. Некоторые растения наиболее чутко реагируют на характер и степень загрязнения атмосферы. Это означает, что они могут служить живыми индикаторами состояния среды. В настоящее время разработана концепция комплексного экологического мониторинга природной среды, составной частью которого является биологический мониторинг. Индикаторные растения могут использоваться как для выявления отдельных загрязнителей воздуха, так и для оценки качественного состояния природной среды. Обнаружив по состоянию растений присутствие в воздухе специфических загрязнителей, приступают к измерению количества этих веществ различными методами, например, испытанием растений в лабораторных условиях. Весь комплекс экологических факторов (температура воздуха и почвы, влагообеспеченность, рН среды, загрязнение почв и воздуха металлами) сказывается на биосинтезе пигментов, изменяя окраску различных частей растения. Этот биоиндикатор может оказаться наиболее информативным.
1.2. Основные понятия биоиндикации.
Биоиндикация – это метод оценки действия экологических факторов при помощи биологических систем.[1]
Биоиндикаторы – это биологические объекты, используемые для оценки состояния среды.
Экологический мониторинг - это комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов.[2]
Одной из задач мониторинга является строгий контроль за составом атмосферы и управление состоянием среды. Именно действие совокупности факторов за сравнительно длительный период времени можно наблюдать, если взять долгоживущие растительные объекты, позволяющие сделать вывод о целостности реакции на загрязнение и составить прогноз. Актуальность биоиндикации обусловлена также скоростью, простотой и дешевизной определения качества среды.
Глава II. Биоиндикация загрязнения воздуха по комплексу признаков
сосны обыкновенной.
2.1. Методика оценки загрязнения атмосферы по комплексу признаков сосны обыкновенной [3] .
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. В загрязненной атмосфере появляются повреждения и снижается продолжительность жизни хвои сосны.
Методика состоит в следующем. С нескольких боковых побегов в средней части кроны 5-10 деревьев сосны в 15-20-летнем возрасте собирают всю хвою и визуально анализируют ее состояние. Степень повреждения определяют по наличию хлоротичных пятен, некротических точек, некрозов и т. д. Данные заносятся в рабочую таблицу (№1 приложение).
При обследовании состояния хвои определяются степень ее повреждения и усыхания, а так же продолжительность жизни.
При этом объектом исследования является верхушечная часть ствола. Внимательно осматривают хвоинки участка центрального побега предыдущего года (второй сверху) и определяют по шкале класс повреждения и усыхания хвои (рис 1, 2 приложение)
Информативной по техногенному загрязнению является продолжительность жизни хвои сосны (от 1 до 4-5 лет).
На каждом участке осматриваются невысокие деревья (в возрасте 10-15 лет). Результаты заносятся в таблицу №2.(приложение). По данным таблицы рассчитывают индекс продолжительности жизни хвои Q сосны по формуле:
,
где В1, В2, В3 – количество осмотренных деревьев с данной продолжительностью жизни хвои. Чем выше индекс Q, тем больше продолжительность жизни хвои сосны, а значит – и чище воздух.
При определении интенсивности годовых приростов побегов сосны измеряется длина прироста каждого года, толщина побегов, ветвление побегов определяют подсчетом веточек в местах междоузлий ( таблица №3).
На основании данного показателя формулируется вывод о зависимости состояния побегов сосны от условий произрастания.
Для определения состояния кроны древостоя подсчитывают количество деревьев с различным состоянием кроны (таблица №4).
Визуальную оценку древостоев проводят по совокупности признаков: состоянию ствола, ветвей, корней, по ажурности крон, приросту по высоте. Затем вычисляют показатель обесхвоенности кроны по формуле:
,
где В1, В2, В3, В4, В5, В6 – количество деревьев с соответствующим состоянием кроны.
Далее делается вывод о состоянии кроны древостоев на участках, различающихся по загрязнению воздуха.
Условия произрастания деревьев влияют на состояние генеративных органов сосны обыкновенной.
На 3-х ветвях каждого исследуемого дерева подсчитывают число сформировавшихся почек, измеряют их длину и толщину (таблица №5). Затем формулируется вывод о взаимосвязи между состоянием почек и условиями произрастания деревьев.
2.2. Результаты исследования
Учитывая все вышеуказанные факты и материалы, в практической части был выбран предмет исследования – сосна обыкновенная.
Согласно выбранной методике были обследованы экземпляры сосны обыкновенной на двух участках:
- 1 участок – городской парк культуры и отдыха г. Урюпинска; 2 участок – пригород, сосновый лес х. Петровского.
Данные занесли в таблицы. По полученным данным построили диаграммы
Сравнив полученные результаты, сделали соответствующие выводы и составили рекомендации.
Выполнение работы по всем этапам было зафиксировано в виде фотографий.
Общие выводы.
В ходе проведенного исследования были сделаны следующие выводы:
- Мы освоили методику оценки загрязнения атмосферы по комплексу признаков сосны обыкновенной; выявили, что загрязнение воздуха в черте города более значительное по сравнению с пригородной зоной, т. к. в пределах города расположены предприятия, выбросы которых загрязняют атмосферу; убедились на собственном опыте в возможности использования методов биологической индикации в оценке качества состояния окружающей среды.
Рекомендации.
Учитывая тот факт, что хорошее состояние атмосферы является залогом процветания всех живых организмов на Земле, в том числе и человека, необходимо:
- активизировать внедрение в производство новых экологически чистых технологий, обеспечивающих безотходное, замкнутое и экономическое производство; при озеленении городов, промышленных центров, необходимо подбирать газоустойчивые породы древесных растений, такие как тополь, береза; ввести в практику регулярный полив и опрыскивание зеленых насаждений, что приведет к снижению накоплению вредных веществ в растительном организме, впоследствии чего они беспрепятственно будут выполнять свои биосферные функции; вести экологическое просвещение среди населения о доступных методах биоиндикации, позволяющих людям судить о степени загрязнения окружающей среды и возможности предупредить негативные последствия, тем самым обеспечить безопасность себе и окружающей среде.
Источники и литература.
Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. Шуберт, Р.,2008 год. Москва, издательство «Мир». Израэль и контроль состояния природной среды. - Л.: Гидрометеоиздат, 2009, — 376 с , «нравственно – экологическое воспитание школьников», М 2007.,-171-177 с. Место под солнцем. А. Варивода,-«Волгоград», 2000г Биоразнообразие Волго-Медведицкого и Волго-Донского Междуречий, Гугуева Е. В, , , Глебездина,- «Волгоград», 2010. Столица российской глубинки «Урюпинск», буклет 2008г,-34-39с. У руба на Хопре, - «Волгоград», 1997.Приложение
Рис 1. Классы повреждения хвои сосны обыкновенной:
Класс повреждения хвои | 1 | 2 | 3 |
Степень повреждения |
Хвоинки без пятен |
Хвоинки с небольшим числом пятен |
Хвоинки с большим числом черных и желтых пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину хвоинки |
Рис. 2..Классы усыхания хвои сосны обыкновенной..
Определение состояния хвои сосны обыкновенной
Таблица 1
Состояние хвои | Участок 1(городской парк) | Участок 2 ( сосновый лес) | ||
Кол-во хвоинок | % хвоинок от общего кол-ва | Кол-во хвоинок | % хвоинок от общего кол-ва | |
Обследовано | 200 | 100 | 200 | 100 |
Повреждение и усыхание хвои: | ||||
1-ого класса | 104 | 52,0 | 124 | 62,0 |
2-ого класса | 89 | 44,5 | 65 | 32,5 |
3-его класса | 7 | 3,5 | 11 | 5,5 |
- Повреждение и усыхание хвоинок:
Вывод: По полученной информации видно, что повреждение и усыхание хвоинок 2 и 3 класса у сосен, растущих в пригороде, составляет 38%. А у сосен, растущих в городе – 48%. На основании этих данных можно сделать вывод о том, что загрязнение воздуха в черте города выше, чем за его пределами.
- Возраст хвои:
Таблица 2
Состояние хвои | Участок 1. (городской парк) | Участок 2 (сосновый лес) | ||
Кол-во деревьев | % деревьев от общего кол-ва | Кол-во деревьев | % деревьев от общего кол-ва | |
Обследовано деревьев | 20 | 100 | 20 | 100 |
Возраст хвои 4-5 лет | 8 | 40 | 7 | 45 |
Возраст хвои 3-4 года | 8 | 40 | 4 | 35 |
Возраст хвои 2-3 года | 4 | 20 | 6 | 10 |
Хвоя текущего года | 0 | 0 | 3 | 10 |
Продолжительность жизни хвои сосны:
Участок № 1 (городской парк):
.
Участок № 2 (сосновый лес):
;
Вывод: Как видно из приведенных данных, индекс продолжительности жизни хвои сосны в пригороде выше на 0,59, в отличие от хвои деревьев, расположенных в черте города, значит воздух в пригородной зоне чище.
3.Характеристика побегов сосны обыкновенной
Таблица 3
№ участка | Длина годового прироста, мм |
Участок 1 (городской парк) | 125 |
Участок 2 (сосновый лес ) | 140 |
Вывод: Годовой прирост побегов сосны ниже в городе, в отличие от пригородной зоны.
4.Состояние кроны сосны обыкновенной
Таблица 4
Состояние кроны | Количество деревьев | ||
Участок 1 (городской парк) | Участок 2 (сосновый лес) | ||
Густая зелёная крона; отмирающие ветви в нижней части кроны | В1 | 0 | 7 |
Со слабоажурной кроной; усыхание ветвей в нижней трети кроны | В2 | 1 | 9 |
С ажурной кроной; сухие ветви в средней и верхней частях кроны | В3 | 2 | 3 |
С сильно изреженной кроной или с отдельными живыми ветвями | В4 | 2 | 1 |
Свежий сухостой; ветви усохли в текущем году | В5 | 0 | 0 |
Старый сухостой; деревья усохли в прошлые годы | В6 | 0 | 0 |
Показатель обесхвоенности кроны:
Участок № 1 (городской парк): 
Участок № 2 (сосновый лес): 
Вывод: Как видно из расчетов, обесхвоенность кроны сосны обыкновенной в городе выше, чем в пригороде, что свидетельствует о загрязненности атмосферы в городской черте.
5.Состояние почек сосны обыкновенной
Таблица 5
№ участка | Количество почек, шт. | Длина почек, мм | Толщина почек, мм |
Участок 1 (городской парк) | 5 | 6,6 | 3,0 |
Участок 2 (сосновый лес) | 5 | 7,4 | 3,7 |
Вывод: При исследовании почек сосны обыкновенной выявлено, что толщина и длина почек сосен, растущих за чертой города больше, что так же говорит о большей загрязненности атмосферы города.
В результате исследования мы выяснили, что деревья с поврежденной хвоей сосны расположены в черте города, рядом с автодорогой, а с менее поврежденное в пригороде. Хвоя сосны обыкновенной обладает большой аккумулирующей способностью. При накоплении токсичных веществ наблюдаются морфологические изменения, которые являются показателями загрязненности атмосферы. Там, где воздух сильно загрязнен, на хвое сосны появляются повреждения и снижается продолжительность жизни дерева. Если количество предприятий или автотранспорта увеличится, то это приведет к нежелательным последствиям – такое растение как сосна не сможет существовать в условиях загрязнения. Для сохранения лесов необходимо принимать меры по их охране, переходить на экологически чистое топливо.
Фотоматериалы (авторские фотографии ученика 7 «к» класса Бессонова Сергея)
