doc 1
реклама
Управление образования муниципального образования «Холмский городской округ» муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №1 города Холмска Сахалинской области УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА ПО ЭКОЛОГИИ: «Исследование атмосферного воздуха в Холмском районе с помощью растений -индикаторов» Выполнил: ученик 11 «А» класса Тришкин Илья Александрович Руководитель: Шеметова Лариса Валерьевна. Холмск, 2016 1 Содержание: ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………3 1-я Глава. Влияние основных загрязнителей природной среды на растения….4 1.1.Соединения серы……………………………………………………………………………………..5 1.2. Тяжелые металлы……………………………………………………………………………………6 1.3. Пыль……………………………………………………………………………………………..……9 2-я Глава. Растения — индикаторы загрязнения окружающей среды……..….10 2.1 Индикаторы присутствия сернистого газа…………………………………..……………………12 2.2. Индикаторы присутствия тяжелых металлов…………………………………………………….14 2.3. Индикаторы выхлопных газов автомобилей……………………………………………………..15 3-я Глава. Сравнение растений- индикаторов, растущих в городской и сельской местности…………………………………………………………………………….....16 3.1. Бальзамин султанский……………………………………………………………………...……...16 3.2.Астровые(бархатцы)…………………………………………………………………………...…...17 3.3. Лишайники………………………………………………………………………………………….18 3.3.1. Кустистые…………………………………………………………………………………………19 3.3.2. Накипные………………………………………………………………………………………….20 Заключение……………………………………………………………………………..21 Литература………………………………………………………………………………………………22 Приложения……………………………………………………………………………………………..23 Приложение А: Таблица № 1………………………………………………………………..…………23 Приложение Б: Таблица №2……………………………………………………………………………24 Приложение В: Социальный опрос……………………………………………………………………25 Приложение Г: Диаграммы…………………………………………………………………………….27 2 Введение Проблема загрязнения окружающей среды не случайно стала одной из самых злободневных проблем современности. В связи с интенсивным развитием промышленности и транспорта в атмосферу, гидросферу и почву поступает все большее количество вредных веществ. Каковы же пути решения проблемы защиты окружающей среды от токсических примесей? Один из основных путей улучшения окружающей человека среды связан с усовершенствованием технологии, с прекращением поступления вредных веществ в воздушный и водный бассейны, а также в почву. Этот путь сопряжен с созданием систем очистки отходов промышленности, с установкой более совершенных фильтров и т. д. Растения являются основой существования жизни на Земле. В процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды ими создаются органические вещества, которые служат продуктами питания человека, сырьем для промышленности и строительства, кормом животных. Растения защищают почву от ветровой эрозии, принимают участие в регулировании круговорота воды на нашей планете, оказывают влияние на климат. Нужно иметь в виду, что растения сами по себе в сильной степени страдают от загрязнения окружающей среды. Задача ученых заключается в том, чтобы выяснить механизмы устойчивости растений к вредным веществам и разработать мероприятия, направленные на защиту растений от токсических примесей. Целый ряд растений может быть широко использован для индикации загрязнений атмосферы и гидросферы. В домашних условиях каждый человек может вырастить растение-индикатор. Так же это можно сделать на даче или цветочной клумбе, в своём дворе. С каждым годом растет число больных онкологическими заболеваниями, астмой, аллергией, всевозможными респираторными заболеваниями. Загрязнение воздуха является одним из основных рисков для здоровья. Цель: Определить качество атмосферного воздуха в городе Холмске и селе Чехов. Задачи: Рассмотреть значение растений-индикаторов для человека. Выявить уровень загрязнения атмосферного воздуха в селе Чехов. Определить уровень загрязнения атмосферного воздуха в городе Холмске. Установить причины загрязнения атмосферного воздуха и способы их устранения. 3 Глава 1. Влияние основных загрязнителей природной среды на растения. Основными источниками загрязнения атмосферы являются электростанции, работающие на угле, предприятия угольной, металлургической и химической промышленности, цементные, известковые, нефтеперерабатывающие и другие заводы, отопительные системы, а также транспорт. В последние годы первенство в загрязнении атмосферы больших городов переходит к автомобильному транспорту. Среди веществ, загрязняющих воздух, особенно большое значение имеют двуокись серы, галогены и их соединения, озон, окислы азота, окись углерода, сероуглерод, сероводород, аммиак, этилен, а также твердые пылевые частицы (копоть, пепел, цементная, известковая, каменная и угольная пыль, частицы, содержащие металлы и их соединения, и др.). Сильное загрязнение испытывает не только воздушный, но и водный бассейн. Загрязнение океанов, морей, рек, озер, прудов, а в последнее время и грунтовых вод стало весьма острой проблемой. Следует отметить, что существует постоянная связь между атмосферой и гидросферой: загрязненные воздушные массы являются важным источником загрязнения водоемов. Токсические вещества загрязняют не только атмосферу и гидросферу. В силу циркуляции в окружающей среде они попадают в почву. В ряде случаев почва является конечным накопителем токсических компонентов атмосферы и гидросферы. Загрязнение почвы происходит как в результате поступления промышленных, бытовых, транспортных отходов, так и в результате целенаправленного внесения химических веществ (пестицидов, минеральных удобрений). Часть веществ поступает в почву при оседании промышленных и транспортных отходов из атмосферы. О масштабах этого процесса свидетельствует следующий факт. В ФРГ из загрязненной атмосферы выпадает в виде пыли и вместе с осадками около 800 кг химических веществ на 1 га. Некоторая часть загрязнителей привносится в почву при орошении сточными и другими водами. В настоящее время загрязнение окружающей среды носит глобальный характер. Оно охватывает атмосферу, гидросферу и почву. 4 1.1 Соединения серы Среди соединений серы, загрязняющих окружающую среду, следует назвать сернистый газ и сероводород. Сернистый газ выделяется в атмосферу в результате переработки и сжигания органических веществ (каменного и бурого угля, нефти и нефтепродуктов, древесины), при производстве серной кислоты и серы, при плавке серосодержащих руд. Его выбрасывают тепловые электростанции, предприятия черной и цветной металлургии, коксохимические и цементные заводы. Двуокись серы является чрезвычайно токсичной для растений, чем интенсивнее они поглощают ее, тем обычно сильнее выражены повреждения листьев. Повреждения листьев проявляются в их пожелтении, в возникновении ожогов, в отмирании и опадении. Молодые листья сильнее поглощают сернистый газ и более страдают от него, чем старые. При растворении его в воде образуется сернистая кислота, которая проникает в хлоропласты, взаимодействует с зеленым пигментом хлорофиллом. Наряду со снижением количества хлорофилла сернистый газ вызывает существенные сдвиги в структуре мембран хлоропластов. Сами хлоропласты приобретают неправильную форму, окружающие их мембраны становятся тоньше. При повышении концентрации двуокиси серы система хлоропластов разрушается. Сдвиги в пигментной системе и структуре хлоропластов отрицательно сказываются на процессе фотосинтеза. Таким образом, фотосинтез ослабляется в случае присутствия в окружающей среде двуокиси серы в результате действия комплекса факторов. Следует отметить, что обработка некоторых лесных растений (ели, ольхи, березы) сернистым газом приводит к накоплению в листьях фенольных соединений, а у огурцов и тыквы — к выделению этилена и этана. Образование этих веществ может явиться причиной торможения роста, старения растений, возникновения ростовых аномалий. Эти явления действительно имеют место при обработке растений данным фитотоксикантом. Сероводород поступает в атмосферу с выбросами коксохимических предприятий, при производстве искусственных волокон из вискозы и целлюлозы, в результате работы каменноугольных шахт, нефтепромыслов, нефтеперерабатывающих, коксовых, газовых заводов. Признаки повреждения растений сероводородом — потеря тургора, появление светло-желтых и буро-черных пятен ожогов преимущественно в середине листовой пластинки. У клещевины под влиянием сероводорода формируется бороздчатая кутикула и аномальные устьица. Молодые листья более чувствительны к фитотоксиканту, чем старые. В основе патологических изменений, вызываемых сероводородом у растений, лежит нарушение структуры цитоплазматических мембран, падение интенсивности фотосинтеза. 5 1.2. Тяжелые металлы Свыше 40 химических элементов таблицы Менделеева относятся к тяжелым металлам. С точки зрения загрязнения окружающей среды, способности накапливаться в пищевых продуктах и токсичности наибольшее значение имеют: ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, ванадий, цинк, медь, кобальт, молибден и никель. Тяжелые металлы поступают в атмосферу как из природных источников (пыль, переносимая ветром, лесные пожары, вулканическая деятельность, морская пена и морская пыль), так и из антропогенных источников (горнодобывающая промышленность, цветная металлургия, обрабатывающая промышленность, сжигание угля, нефтепродуктов, дерева, мусора и отходов, производство фосфорных удобрений и т. д.). Главный путь поступления металлов в атмосферу в естественных условиях — пыль, поднятая ветром. На ее долю приходится более 80% атмосферного никеля, более 60% меди и свинца, более 55% цинка. Исключением является кадмий, основная масса которого (более 60%) поступает в атмосферу в результате вулканической деятельности. Однако все крупные естественные источники поступления металлов в атмосферу отступают на задний план, по сравнению с масштабами поступления металлов в атмосферу в результате человеческой деятельности. Именно деятельность людей коренным образом изменила естественные потоки химических элементов Основная часть свинца оказывается в атмосфере в результате сжигания нефтепродуктов и деятельности предприятий цветной металлургии. Благодаря использованию этилированного бензина, содержащего соединения свинца, количество этого элемента в городах резко возросло. Пыль, содержащая свинец, оседает на растениях и других предметах, а затем смывается осадками в почву. Установлено, что количество свинца в почвенной пыли сельских местностей приблизительно в 10 раз меньше, чем в городской пыли. Свинец в достаточно высокой концентрации тормозит прорастание семян, замедляет рост корней в длину, а также образование корневых волосков. Листья, отравленных свинцом растений, становятся хлоротичными в межжилковых зонах, особенно сильно поражаются молодые листья. Кроме того, свинец вызывает потерю тургора клетками растений, в результате чего листья становятся дряблыми. Клетки корня прекращают делиться. Неудивительно, что урожайность культурных растений вблизи предприятий, загрязняющих природную среду свинцом, сильно снижается. Вместе с тем присутствие свинца в окружающей среде приводит к существенному снижению качества продукции. Некоторые растения очень чувствительны по отношению к свинцу: ячмень, овес, пшеница, картофель. 6 Поступление в атмосферу ртути обусловлено деятельностью человека, связанной с распашкой земель, бурением, с осуществлением горных работ, промышленных взрывов и т. п. Все эти факторы усиливают диффузию ртути, находящейся в почве и подпочвенной породе. Особую опасность представляет накопление ртути в гидросфере. Основным источником ее поступления в водоемы являются ядохимикаты, используемые в сельскохозяйственной практике, а также сточные воды промышленных предприятий. Кроме того, ртуть оказывается в морях и океанах, будучи привнесенной из атмосферы, куда она попадает при сжигании угля и нефти, а также при выветривании горных пород, в результате диффузии из земных недр. Отходы, содержащие ртуть, под влиянием гнилостных процессов, протекающих в водоемах, оказываются более токсичными, чем сама ртуть. Ежегодное поступление кадмия из природных источников составляет 0,83 тыс. т, в то время как антропогенные источники дают 7,3 тыс. т. Таким образом, все природные источники загрязнения окружающей среды этим металлом отступают на второй план по сравнениям с человеческой деятельностью. Главным загрязнителем атмосферы кадмием является цветная металлургия обработка цветных металлов (5,31 тыс. т). Этот элемент широко используется в гальванотехнике и производстве сплавов, в красильном деле, для стабилизации хлорвинил - хлорида и т. д. Кроме того, кадмий поступает в окружающую среду при сгорании некоторых видов топлива и особенно при сжигании мусора и отходов (1,4 ты с. т). Из атмосферы кадмий поступает в почву. Загрязнение ее этим элементом носит устойчивый характер, поскольку из почвы он вымывается чрезвычайно медленно. Большое количество кадмия обнаруживается в растениях, произрастающих поблизости от автомобильных дорог. Так, например, в хвое ели обыкновенной, растущей поблизости от автострады, количество кадмия возрастает в 11—17 раз. Симптомы избыточного поступления в растения кадмия проявляются в постепенном изменении окраски кончиков листьев и черешков до красновато-бурой и пурпурной. При этом листья скручиваются и опадают. Одна из причин торможения роста растений, произрастающих в присутствии кадмия,— резкое ослабление интенсивности фотосинтеза. Присутствие в 1 кг листьев 9,5 мг этого элемента снижает интенсивность фотосинтеза на 50%. Однако это, безусловно, не одна и не главная причина токсичного действия кадмия на растения. За счет естественных источников в окружающую среду поступает 18,5 тыс. т меди, тогда как в результате человеческой деятельности — 56,0 тыс. т. Главным источником загрязнения природной среды медью являются предприятия цветной металлургии и по переработке цветных металлов — 21,1 тыс. т. 7 Вместе с кобальтом и марганцем медь относится к числу микроэлементов, необходимых для растений. Для жизнедеятельности растений требуются очень небольшие количества меди. В случае избытка этого элемента на растениях возникают симптомы поражения, рост их резко замедляется. Так, например, у овса избыток меди вызывает побеление кончиков листьев, задержку роста первичных и образование вторичных корней, подавление формирования корневых волосков, замедление роста надземной части. В результате патологических изменений, возникших в растениях при избытке меди, урожай культурных растений резко сокращается. Так, например, внесение меди в количестве 300 кг на 1 га приводит к снижению урожая клубней картофеля в три раза. Количество никеля, поступающего в атмосферу из природных источников, составляет 26,0 тыс. т, тогда как из источников антропогенного происхождения — 47,4 тыс. т. Он широко применяется в электротехнике и производстве сплавов, используемых для чеканки монет. Под влиянием никеля подавляется прорастание семян табака, рост стеблей и корней, происходит отмирание точек роста. Одна из причин торможения роста растений — ослабление интенсивности фотосинтеза. Листья подсолнечника, содержащие в 1 кг своей массы 79 мг никеля, фотосиитезируют в два раза слабее, чем контрольные растения. Цинк относится к числу микроэлементов, необходимых для жизнедеятельности растений. Тем не менее высокие концентрации его отрицательно сказываются на растениях. Одной из причин токсичности этого металла .является то, что цинк относится к числу элементов, интенсивно накапливающихся в растениях. Сосна веймутова, клен красный и ель обыкновенная энергично поглощают цинк, причем между скоростью этого процесса и содержанием цинка в питательной среде существует прямая зависимость. В результате избыточного накопления цинка у растений возникают симптомы отравления: подавление роста корней, образование некрозов, карликовость, увядание, ускорение опадения листвы. Высокие концентрации этого элемента снижали урожай клубней картофеля почти в два раза. Приведенные примеры показывают, что в настоящее время природная среда чрезвычайно интенсивно загрязняется тяжелыми металлами, представляющими опасность для живых организмов. В связи с этим надлежит принять всесторонние меры, направленные на предотвращение поступления их в окружающую среду. Это диктуется не только опасностью, которую они представляют для всего живого, но и ограниченностью природных ресурсов. Ведь многие тяжелые металлы представляют исключительную ценность, которая постоянно растет в связи с уменьшением запасов минерального сырья. Их рассеивание в природной среде — разбазаривание огромных богатств. 8 1.3. Пыль Весьма неприятное явление представляет наличие в атмосфере большого количества пыли. Особенно много ее осаждается в промышленных городах. Пыль сама по себе, а также благодаря образованию туманов поглощает солнечные лучи, поэтому инсоляция в запыленных городах сокращается летом на 20, а зимой на 50%. При этом ультрафиолетовое излучение снижается в 5— 10 раз (например, с 3% в окрестностях Парижа до 0,3% в центре). Недостаток в городах солнечных лучей, особенно ультрафиолетовых, способствует развитию болезнетворных бактерий. Пылевидные частицы, содержащиеся в воздухе во взвешенном состоянии, оседают на надземных органах растений под действием гравитационных и электрических сил или прилипания. Осевшие пылевидные частицы оказывают на растения разнообразные влияния. В основном их можно подразделить на физические и химические. Физические воздействия связаны с образованием чехла, препятствующего нормальному влагообмену листа с атмосферой и уменьшающего доступ к растению света. Химическое влияние обусловлено содержанием в пыли водорастворимых соединений. Эти соединения могут поступать в растения и оказывать влияние на обмен веществ. Запыленность нарушает работу устьичного аппарата, ограничивает процесс транснирации, способствует повышению температуры листьев на 2—4°, ослабляет процесс фотосинтеза, особенно при слабом освещении, понижает темпы накопления сухого вещества и роста растений, уменьшает их урожай, ухудшает качество растениеводческой продукции. 9 Глава 2. Растения — индикаторы загрязнения окружающей среды Принципы биологического мониторинга в настоящее время интенсивно разрабатываются. Весьма важным элементом его является растительный мир, который очень чутко реагирует на загрязненность окружающей человека среды. Но удивительно, что исследователи рассматривают растения как наиболее чувствительные и надежные индикаторы загрязненности атмосферы и гидросферы. Растения, произрастающие в городе, страдают от выхлопных газов автомобилей. Они рано стареют, редеет и уродуется их крона, преждевременно желтеют и опадают листья. Если сосны растут поблизости от промышленного предприятия, то хвоя опадает тем быстрее, чем сильнее загрязнен воздух. В индикаторной роли древесных растений нетрудно убедиться во время прогулки по большому городу. Липы, растущие в боковых тихих улочках со слабым автомобильным движением, чувствуют себя прекрасно. Их крона темно-зеленая, развесистая. Совсем по-другому выглядят липы на магистралях с интенсивным движением транспорта. Здесь немало угнетенных деревьев, особенно растущих возле светофоров. Дело в том, что при торможении автомашин в атмосферу попадает особенно много фитотоксикантов, которые сильно угнетают растения. Листья у них словно обгоревшие, а ветви, обращенные в сторону автомагистрали, нередко засохшие, отчего крона выглядит однобокой. Индикаторные растения могут использоваться как для выявления отдельных загрязнителей воздуха, так и для оценки общего качественного состояния природной среды. Фитотоксическое действие атмосферных загрязнителей выявляется путем наблюдения за дикорастущими и культурными растениями, произрастающими в зоне загрязнения. В ходе наблюдений прежде всего необходимо исключить возможность повреждения растений биотическими ИЛИ же абиотическими факторами, не связанными с загрязнением окружающей среды. Следует заметить, что растения одного какого-то вида могут оказаться устойчивыми к действию того или иного загрязнителя. В связи с этим общее качественное состояние природной среды невозможно охарактеризовать путем изучения только одного вида. Мониторинг на уровне вида включает в себя констатацию присутствия растения, учет частоты его встречаемости, изучение морфологических и физиолого-биохимических свойств. При этом может учитываться, например, ширина годичных колец, площадь поврежденной поверхности листьев, аномалии роста, мощность воскового налета, содержание хлорофилла, активность некоторых ферментов. 10 Обнаружив по состоянию дикорастущих и культурных растений присутствие в воздухе специфических загрязнителей, приступают к измерению количества этих веществ путем стандартной экспозиции некоторых растений в обследуемом районе. Наряду с мониторингом на уровне вида используется мониторинг на уровне сообществ. При этом учитываются различные показатели разнообразия видов. Как на уровне вида, так и на уровне сообщества о состоянии природной среды можно судить по показателям продуктивности растений. Дело в том, что изменения в экологической обстановке сказываются на круговороте биомассы и потоках энергии в сообществах. Среди методов мониторинга природной среды важное место принадлежит учету содержания загрязнителей в живых организмах. Некоторые морфологические и физиолого-биохимические признаки растений могут служить критерием количества поглощенного растениями фитотоксиканта. Однако прямая зависимость между количеством поглощенного загрязнителя и интенсивностью проявлений этих признаков может отсутствовать. В связи с этим становится целесообразным непосредственное измерение его количества в растительном материале. Для этой цели удобно использовать такие растения, которые обладают устойчивостью к загрязнителям и в то же время селективно аккумулируют их. Так, например, для определения содержания в воздухе соединений фтора предлагается анализировать малочувствительные к ним растения плевела многоцветкового и плевела многолетнего. По величине накопления фитотоксикантов в листьях за определенный период можно определить среднее его содержание в окружающем воздухе. 11 2.1 Индикаторы присутствия сернистого газа Лишайники нетребовательны к факторам внешней среды, они являются пионерами, поселяющимися на голых скалах. Однако для своего существования эти растения нуждаются в очень чистом воздухе. Малейшее загрязнение атмосферы, не влияющее на большинство высших растений, вызывает массовую гибель лишайников. Почему именно Исследователи лишайники объясняют это так чувствительны рядом причин. к загрязнению Во-первых, природной у лишайников среды? отсутствует непроницаемая кутикула, благодаря чему обмен газов происходит свободно через всю поверхность. Во-вторых, большинство токсичных газов концентрируется в дождевой воде, а лишайники впитывают дождевую воду всей поверхностью в отличие от цветковых растений, которые поглощают воду в основном из почвы. В-третьих, большинство цветковых растений в наших широтах активны только летом, когда уровень загрязненности обычно ниже; в то же время некоторые лишайники обладают способностью к росту при температурах ниже 0°. Вчетвертых, в отличие от цветковых растений лишайники не способны избавляться от пораженных ядовитыми веществами частей своего тела каждый год. Перечисленные выше причины высокой чувствительности лишайников к загрязнителям природной среды позволяют понять, почему в городах редко можно видеть этих представителей растительного мира. Главный враг лишайников в городах — сернистый газ. Именно он определяет распространенность некоторых эпифитных лишайников. Ученые установили, что чем выше уровень загрязненности природной среды сернистым газом, тем больше содержание серы в слоевищах лишайников, причем живое слоевище аккумулирует серу из среды интенсивнее, чем мертвое. Экспериментально установлено, что сернистый газ в концентрации 0,08—0,1 мг/м3 вызывает нарушение процесса фотосинтеза, появление бурых пятен в хлоропластах лишайниковых водорослей, деградацию хлорофилла, угнетение роста слоевищ. При низких значениях рН 3,2— 3,4 хлорофилл необратимо окисляется, а при рН 2—3 он превращается в феофитин или расщепляется еще дальше. Повышение влажности приводит к усилению растворения сернистого газа и подкислению среды. По этой причине лишайники очень неустойчивы к фитотоксиканту при высокой влажности, но могут успешно выжить при достаточно большой концентрации двуокиси серы, если слоевище сухое. Для индикации загрязненности воздуха с помощью лишайников последние срезают вместе с корой деревьев незагрязненных районов, помещают на специальные стенды и выставляют в обследуемых местах. Скорость отмирания слоевища регистрируется с помощью фотографирования, которое производится на цветную или инфракрасную пленку через определенное время. 12 Кроме того, путем микросконирования определяют процент поврежденных клеток водорослей лишайников. Если нужно, можно определить еще содержание хлорофилла. Так осуществляется контроль за состоянием окружающей среды с помощью лишайников, выявляются границы загрязненной территории. Хвойные породы особенно сильно страдают от сернистого газа. Чувствительность к нему у хвойных пород убывает в такой последовательности: ель, пихта, сосна веймутова, сосна обыкновенная, лиственница. Продолжительность жизни хвои сосны в зонах сильного загрязнения сернистым газом составляет один год, тогда как в норме 3—4 года. Путем учета продолжительности жизни хвои и характера некрозов можно определить степень поражения хвойных насаждений сернистым газом. Важным критерием этого является также содержание хлорофилла. Хвоя сосны образует на своей поверхности толстый слой воска, чем выше концентрация или продолжительнее воздействие на нее сернистого газа. Это обстоятельство послужило основанием для разработки количественного метода индикации и присутствия в атмосфере данного соединения. Суть метода заключается в том, что определенное количество хвои кипятится в воде. Принимается, что степень помутнения экстракта прямо пропорциональна количеству воска, покрывающего хвою. Чем выше мутность, устанавливаемая с помощью приборов, тем больше концентрация сернистого газа в воздухе. Такой метод получил название «тест помутнения по Гертелю». Дальнейшие исследования показали, что помутнение водного экстракта из хвои вызвано не только воском, но и целым рядом других веществ, присутствующих в растительном материале. В связи с этим возникли сомнения относительно достоверности данных, полученных с помощью указанного метода. Между тем накопление воска под влиянием сернистого газа обнаружено не только у хвойных, но и у других растений. Салат, люцерна, клевер, гречиха, хлопчатник, овес, подсолнечник, пшеница и ячмень очень сильно страдают от присутствия в среде сернистого газа. Американские исследователи предлагают использовать в качестве индикаторного растения мятлик однолетний, обладающий чрезвычайно высокой чувствительностью к загрязненности воздуха сернистым газом и другими газообразными примесями. 13 2.2. Индикаторы присутствия тяжелых металлов Загрязнение окружающей среды медью резко сказывается на темпах роста растений, которые приобретают при этом карликовую форму. У некоторых из них (мак, роза) окраска лепестков меняется на голубую или даже черную. У шток-розы в этом случае цветки с ненормально узкими лепестками. Цветки эшшольции при избытке меди становятся сизыми. Прорастание семян табака под влиянием меди резко тормозится. Некоторые бромелиевые и орхидные, культивируемые в теплицах, оказались очень чувствительными к цинку. Выяснилось, что они накапливали этот элемент из дождевой воды, которой их поливали. Цинк попадал в воду из оцинкованных несущих конструкций оранжерей. Вполне естественно, можно попытаться использовать эти растения в качестве индикаторов загрязненности окружающей среды цинком. В природной обстановке у растений под влиянием избытка цинка отмирают кончики листьев, возникают уродливые формы. У мака цветки иногда становится махровыми. Симптомы повреждения растений томатов никелем очень специфичны: на листьях появляются различные по величине некротические пятна. Нередко на стеблях возникают побуревшие участки, происходит усыхание стеблей в форме перетяжки. Более высокие концентрации никеля приводят к подавлению роста стеблей и корней, отмиранию точек роста. Смолевка, поглотившая много свинца, приобретает карликовую форму. Листья и стебли этого растения становятся темно-красными, а цветки мелкими и невзрачными. Для индикации загрязненности атмосферы тяжелыми металлами в Скандинавских странах используются низшие растения: сфагновые мхи, лишайники. Различные виды этих растений имеют неодинаковую способность к поглощению и накоплению тяжелых металлов. Способность низших растений аккумулировать тяжелые металлы — загрязнители природной среды — широко используется при составлении карт загрязненности городов и территорий, примыкающих к автострадам. Химический анализ мхов позволил установить, что в г. Хельсинки максимальная концентрация свинца (80 мкг/л) находится на расстоянии 20 м от дороги, тогда как начиная с 40—50 м она составляет 30 мкг/л и в дальнейшем остается на этом уровне. Сходным образом изменялась концентрация цинка (от 8 до 4 мкг/л) и железа (от 2 до 0,5 мкг/л). Чем интенсивнее движение автотранспорта по дороге, тем больше свинца обнаруживалось во мхах. Так, например, при максимальной нагрузке содержание свинца составляло 223 мкг/л, а при минимальной — 40— 50 мкг/л. Так с помощью растений удается определять степень загрязненности природной среды тяжелыми металлами. 14 2.3. Индикаторы выхлопных газов автомобилей Отрицательное воздействие выхлопных газов автомобилей проявляется на некоторых растениях настолько отчетливо, что их с успехом можно использовать для обнаружения опасной для здоровья людей концентрации этих газов. Особенно это важно в таких местах, где вследствие слабой циркуляции воздуха может происходить скопление выхлопных газов, например, в туннелях для автотранспорта. С целью индикации опасных концентраций ядовитых веществ там помещают сосуды с разными растениями. При большой концентрации газов концы листьев у ряда растений засыхают, а на самих листьях появляются светлые участки, лишенные хлорофилла. Эти показатели свидетельствуют о необходимости вентиляции в туннеле. Чрезвычайно чувствительно к выхлопным газам автомобилей комнатное растение традесканция. Французские ученые подметили , что окраска ее тычинок меняется из синей в розовую при увеличении в воздухе окиси углерода и окислов азота, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания. 15 Глава 3. Сравнение растений-индикаторов, растущих в городской и сельской местности. 3.1. Бальзамин султанский Бальзамин султанский или огонек (сем. бальзаминовые). Родина - тропическая Африка. Стебель водянистый, светло-розовый, полупрозрачный, прямостоячий, высотой 40-50 см, хорошо облиственный, раскидистый, густо покрытый супротивными листьями. Листовая пластинка ланцетовидная, к черешку зауженная. Края листовой пластины мелкозубчатые. Листья по окраске почти черно-пурпуровые с яркими, светлыми жилками. Черешки водянистые, короткие. Цветки многочисленные, одиночные, крупные на короткой цветоножке, выходящей из пазухи листа, имеют длинные изогнутые шпорцы. Лепестки ярко-розовые; цветки свободно располагаются над листьями. Цветет исключительно долго (июнь - октябрь). Бальзамин светолюбив, отлично цветет при искусственном свете, влаголюбив. При размножении семенами иногда теряет свои декоративные свойства (лучше размножать верхушечными черенками длиной 3 см). Черенки укореняются быстро и легко на любом растворе и субстрате, пересаженные в различные не очень большие емкости, они буйно цветут. Обычно листья опадают при длительном охлаждении. Другими причинами могут быть нерегулярный полив, сильное поражение вредителями и загрязнение воздуха. Причиной, по которой цветение у взрослого растения не наступает, является пересадка, загрязнение воздуха. Причиной опадения цветков является недостаток света, сухой и загрязнённый воздух. Посаженные растения в сельской местности( село Чехов) и городской (город Холмск ) , отличаются размерами побега, корнеыой системы, количеством, цветом, листьев. 16 3.2. Астровые А́стровые или Сложноцве́тные — одно из самых больших семейств двудольных растений; включает около 25 тысяч видов (относящихся к 900—1000 родам), распространённых по всему земному шару и представленных во всех климатических зонах. Представители данного семейства — главным образом травянистые растения, однолетние или многолетние, реже кустарники или небольшие деревья. В цветниках выращивают георгины, астры, маргаритки, циннии, кореопсис, бархатцы, ноготки и другие. Бархатцы принадлежит семейству астровые. Стебли этого замечательного и высокодекоративного растения прямостоячие, разветвленные и образуют компактный или раскидистый куст. Куст бархатцев нередко достигает высоты 130 см. Соцветия растения представляют собой корзинки ярких и пышных цветов. Наиболее известны бархатцы желтых, оранжевых, красных цветов и оттенков. Цветки обладают широкими венчиками, благодаря которым эти цветы нельзя перепутать с другими представителями растительного мира. Растения интенсивно цветут с начала июня до первых заморозков. Несмотря на свой привлекательный внешний вид, бархатцы имеют неприятный специфический запах, поэтому высаживать растения следует вместе с другими цветами. Семена растения сохраняют всхожесть на протяжении 3-4 лет. Плод представляет собой небольшую сплюснутую семянку, имеющую черно-коричневый цвет. Растения имеют мочковатую корневую систему, которая при обильном и чрезмерном увлажнении может подгнивать. Большое достоинство бархатцев — устойчивость к вредителям и болезням. Фитонциды, которые выделяют листья, отпугивают насекомых, в том числе и находящихся в почве. Поэтому основным фактором, влияющим на растение, являются вредные вещества, находящиеся в воздухе и почве. 17 3.3. Лишайники Очень информативными биоиндикаторами состояния воздушной среды и её изменения являются низшие растения: лишайники, которые накапливают в своём слоевище многие загрязняющие вещества (серу, фтор, радиоактивные вещества, тяжёлые металлы). Лишайники очень нетребовательны к факторам внешней среды, они поселяются на голых скалах, бедной почве, стволах деревьев, мёртвой древесине, однако для своего нормального функционирования они нуждаются в чистом воздухе. Особенно они чувствительны к сернистому газу. Малейшее загрязнение атмосферы, не влияющее на большинство растений, вызывает массовую гибель чувствительных видов лишайников. Лишайники - это симбиотические организмы, в сложении которых участвуют водоросли и грибы. Они чувствительны к загрязнению среды в силу следующих причин: у лишайников отсутствует непроницаемая кутикула, благодаря чему обмен газов происходит свободно через всю поверхность: большинство токсических газов концентрируется в дождевой воде, а лишайники впитывают воду всем слоевищем, в отличие от цветковых растений, которые поглощают воду преимущественно корнями; большинство цветковых растений в наших широтах активно только летом, когда уровень загрязнения сернистым газом намного ниже (вследствие уменьшения сжигания угля в топках основного источника сернистого газа), в то время как лишайники сохраняют процессы жизнедеятельности и при температурах ниже 0 "С. В отличие от цветковых растений лишайники способны избавляться от пораженных токсическими веществами частей своего таллома каждый год. В городах с загрязнённой атмосферой они редки, главный враг лишайников в городах - сернистый газ. Установлено, что чем выше уровень загрязнения природной среды сернистым газом, тем больше серы накапливается в слоевище лишайников, причем живое слоевище аккумулирует серу из среды интенсивнее, чем мёртвое. Особенно удобны лишайники в качестве индикаторов небольшого загрязнения окружающей среды. Наиболее чувствительным симбионтом в талломе лишайников является водоросль. Среди жизненных форм лишайников различают: 1накипные (слоевище имеет вид корочек) 2листоватые (слоевище имеет вид пластинок) 3кустистые (слоевище имеет вид кустиков или свисающих «бород», иногда до 1-2 м длиной) Наиболее чувствительны к загрязнению воздушной среды кустистые и листоватые лишайники (исчезают полностью), наименее - накипные. 18 3.3.1. Кустистые Слоевище кустистых лишайников имеет вид прямостоячего или повисающего кустика, реже неразветвленных прямостоячих выростов. По организационному уровню кустистые лишайники представляют высший этап развития слоевища. В отличие от накипных и листоватых форм лишайников, для которых характерен горизонтальный рост, у кустистых лишайников наблюдается вертикально направленный рост гиф и верхушечный рост слоевищ. Это позволяет кустистым лишайникам путем изгибов веточек в разные стороны занимать наилучшее положение, при котором водоросли могут максимально использовать свет для осуществления фотосинтеза. Эти лишайники обычно прикрепляются к субстрату только небольшим участком нижней части слоевища. Прямостоячие напочвенные кустистые лишайники чаще всего прикрепляются к почве тонкими нитевидными ризоидами. Прикрепление повисающих слоевищ кустистых лишайников к коре дерева или поверхности скал. Слоевища кустистых лишайников могут быть разных размеров. Высота самых маленьких составляет всего несколько миллиметров, а наиболее крупных 30 - 50 см. Повисающие слоевища кустистых лишайников иногда могут достигать колоссальных размеров. Слоевища кустистых лишайников чрезвычайно разнообразны по форме. Наиболее простые имеют вид отдельных прямостоячих неразветвленных выростов. Но чаще кустистые лишайники бывают разветвленными и образуют слоевище в виде густых компактных дерновинок. Такой формой слоевища обладают очень многие лесные и тундровые напочвенные лишайники. В сухих сосновых борах, в северных и высокогорных тундрах нередко можно наблюдать на поверхности почвы сплошные разноцветные ковры, образованные дерновинами кустистых лишайников. Кустистые слоевища эпифитных лишайников обычно имеют вид лохматого кустика. Но иногда их лопасти бывают очень тонкими, сильно вытянутыми, почти нитевидными. Такие слоевища напоминают по внешнему облику длинные седые или черные бороды. 19 3.3.2. Накипные Слоевище накипных лишайников имеет вид корочки, плотно сросшейся с субстратом. Толщина корочки очень различна. Она может быть весьма тонкой и иметь вид еле заметной накипи или порошкообразного налета; может быть толщиной 1 - 2 мм, а иногда бывает и довольно толстой, достигая в толщину половины сантиметра. Как правило, накипные слоевища небольших размеров, их диаметр составляет всего несколько миллиметров или сантиметров, но иногда может достигать и 20 - 30 см. Как правило, накипные слоевища плотно срастаются с субстратом сердцевинными гифами. Но у некоторых лишайников прикрепление к субстрату происходит с помощью подслоевища. Подслоевище чаще всего бывает темной окраски и обычно образовано темноокрашенными толстостенными грибными гифами. Оно никогда не содержит водорослей. Нередко слоевище бывает поделено мелкими трещинками на отдельные площадки, одинаковые по форме и размеру. Эти маленькие площадки носят название ареол, а сами слоевища называют апеллированными. Лишайники с апеллированной структурой слоевища произрастают только на каменистом субстрате и никогда не встречаются на почве, стволах деревьев, растительных остатках, гниющей древесине и других органических субстратах. Все перечисленные типы накипных слоевищ являются однообразно накипными, ибо они одинаковы по своему строению как в центральной, так и в краевой части слоевища. Дальнейшее усложнение в структуре накипных лишайников происходит путем образования переходов к листоватым формам. Переходной формой между накипными и листоватыми лишайниками является чешуйчатое слоевище, очень характерное, например, для видов растущих на почве в пустынных областях земного шара. В пустынях на поверхности почвы обычно можно заметить коричневатые, серые, желтоватые и розоватые пятна, образуемые слоевищами чешуйчатых лишайников. Чешуйки могут быть расположены на некотором расстоянии друг от друга или расти так тесно, что края одной накладываются на поверхность другой. В отличие от типичных накипных слоевищ чешуйки обычно менее плотно срастаются с субстратом, и их легко можно от него отделить. Чаще они прикрепляются отдельными тонкими гифами, отходящими от нижней поверхности. Не редко эти гифы отходят только от какого-нибудь одного края чешуйки, в то время как другой остается свободным. В таких случаях чешуйки приподнимаются и растут не горизонтально, а вертикально. Но иногда они прикрепляются к субстрату только в своей центральной части довольно толстыми тяжами, образованными склеенными сердцевинными гифами. Эти тяжи у лишайников, растущих на почве, могут достигать в длину 0,5 - 1 см и напоминают маленький разветвленный корешок. 20 Заключение Растения являются основой жизни на земле. Помимо того что они производят фотосинтез, продукты питания, являются звеном в цепях питания, они могут выполнять роль индикаторов загрязнения атмосферного воздуха. С помощью растений индикаторов человек может определить загрязнённость атмосферного воздуха в своей квартире, в своём дворе, городе, районе. В домашних условиях каждый человек может вырастить растение индикатор. Так же это можно сделать на даче или цветочной клумбе, в своём дворе. При сравнении загрязнения воздуха в селе Чехов и городе Холмске обнаружено: При выращивании бальзамина-султанского выяснилось, что растение по сравнению с бальзамином, растущим в Холмске крупнее, выше, цвет листьев ярко-зелёный. На клумбах в селе Чехов, растущие Бархатцы, более крупные по размерам, соцветия яркие. Атмосферный воздух в селе Чехов относительно чистый, так как в черте села на деревьях произрастают серые листоватые лишайники. В городе Холмске атмосферный воздух сильно загрязнён, так как на основании деревьев, фасадах зданий произрастает серо-зелёный накипной лишайник Основными причинами загрязнения атмосферного воздуха в городе Холмске являются: Транспорт(автомобильный, железнодорожный, морской) Котельные Способы устранения загрязнения атмосферного воздуха в городе Холмске: Установка очистных сооружений в котельных города. Регулярное мытьё улиц и дорог города, фасадов домов. Переход на экологический вид топлива(газ). 21 ЛИТЕРАТУРА 1. Артамонов В. И. Растения-индикаторы. М.: Знание 2001. 2. Влияние Загрязнений воздуха на растительность М.: Лесп. Пром-сть, 2003 3. Дювиньо П.,Танг М. Биосфера и место в ней человека. М.: Прогресс, 2003 4. Зарубин Г. П., Никитин Д. П., Новиков Ю. В. Окружающая среда и здоровье. М.: Знание, 2000 5. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.: Гидрометеоздат, 2007 6. Илькун Г. М. Газоустойчивость растений. Киев: Наук. думка, 2000 7. Илькун Г. М. Загрязнители атмосферы и растения. Киев: Наук. думка, 2007 8. Молчанов А. А. Лес и окружающая среда. М.: Наука, 2006 9. Никитин Д. П., Новиков Ю. В. Окружающая среда и человек. М.: Высш. шк. 2001 10. Николаевский В. С. Биологические основы газоустойчивости растений. Новосибирск: Наука, 2009 11. Смирнов И. И. Охрана биосферы и лесная промышленность. М.: Лесн.пром-сть, 2004 12. Смольянинов Н. Н. Биологический круговорот веществ продуктивности лесов. М.: Лесн, пром-сть, 2005 13. Тибор Б. Охрана окружающей среды. М.: Медицина, 2002 14. Уорд Б., Дюбо Р. Земля только одна. М.: Прогресс, 2009 15. Федоров Е. К. Экологический кризис и социальный процесс. . 22 и повышение Приложения Приложение А: Таблица № 1 Определение загрязнения воздуха по видовому составу лишайников. Слабое загрязнение – исчезают кустистые лишайники. Среднее загрязнение – листоватые. Сильное загрязнение – накипные (на фасадах домов) Способ загрязнения Зона очень сильного загрязнения 1 Зона сильного загрязнения 2 Зона уменьшения загрязнения 3 Зона уменьшения загрязнения 4 Зона относительно чисто воздуха 5 Зона очень чистого воздуха Что наблюдается Лишайников нет, только водоросли. Плеврококкус на деревьях и камнях(зелёный налёт) Серо-зелёный накипной лишайник. Леканора на основании деревьев и камней. Оранжевый листоватый лишайник Ксантория на камнях Серый листоватый лишайник. Парамелия на камнях. Леканория и плеврококус на деревьях. Серые листоватые лишайники появляются на основании деревьев. Леканоры становятся меньше, обычно появляются кустистые лишайники, в том числе Зверения Кустистые лишайники, в том числе Уснея. 23 Приложение Б: Таблица №2 Таблица № 2. Сравнение Бальзамина-султанского, астровых(Бархатцы), лишайников(кустистые,накипые) произрастающих в селе Чехов и городе Холмске. Населён ный пункт Бальзамин -султанский Бархатцы С. Чехов Г. Холмск 24 Лишайники (кустистые,накипые) Приложение В: Социальный опрос 1. Влияет ли автомобильный транспорт на загрязнение атмосферного воздуха? -да 87% -нет 13% 2. Как вы думаете сильно ли загрязняется воздух в нашем городе в период работы котельных? -да 70% -нет 30% 3. Как вы думаете должен ли проводится мониторинг загрязнения воздуха в нашем городе? -да 60% -нет10% -не задумывался над этим 30% 4. Если котельные переведут на другой вид топлива изменится ли экологическая обстановка в городе?. -да 86% -нет 14% 5. Уделяет ли администрация города должное внимание экологической проблеме в нашем городе? -да 50% -нет 35% -затрудняюсь ответить 20% 3 6. Знаете ли вы растения, с помощью которых можно определить загрязнения атмосферного воздуха? -да 13% -нет 87% 4 Приложение Г: Диаграммы Влиет ли автомобильныый транспорт на загрязнение атмосферного воздуха? -да 87% -нет 13% Как вы думаете сильно ли загрязняется воздух в нашем городе в период работы котельных? -да 64% -нет 36% 5 Как вы думаете должен ли проводится мониторинг загрязнения воздуха в нашем городе? -да 60% -нет10% -не задумывался над этим 30% Если котельные переведут на другой вид топлива изменится ли экологическая обстановка в городе?. -да 86% -нет 14% 6 Уделяет ли администрация города должное внимание экологической проблеме в нашем городе? -да 50% -нет 35% -затрудняюсь ответить 20% Знаете ли вы растения, с помощью которых можно определить загрязнения атмосферного воздуха? -да 13% -нет 87% 7 Нахождение лишайников в с. Чехов Кустистые 52% Листоватые 33% Накипнве 15% Нахождение лишайников в г. Холмск Кустистые 0% Листоватые 32% Накипнве 68% 8
