Биоиндикация загрязнения воздуха по комплексу признаков

Государственное казённое образовательное учреждение для детей – сирот и детей,
оставшихся без попечения родителей,
«Урюпинская школа-интернат имени генерал-лейтенанта С.И. Горшкова».
Исследовательская работа
на тему:
«Биоиндикация загрязнения
воздуха по комплексу признаков
сосны обыкновенной»
Руководитель:
Ложкина Л.С- учитель биологии и химии
Работу выполнила:
Артамонова Ольга -ученица 8 «к» класса
г. Урюпинск 2013г
1
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 обыкно-
венной………………………………………………………………………………….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
2
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:
3
1. 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.
2. Оценить степень загрязнения воздуха в г. Урюпинске.
3. 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.
4
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.
5
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:
𝑄=
3∗В1+2∗В2+1∗В3
В1+В2+В3
,
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).
6
Визуальную оценку древостоев проводят по совокупности признаков: состоянию ствола,
ветвей, корней, по ажурности крон, приросту по высоте. Затем вычисляют показатель обесхвоенности кроны по формуле:
𝑓=
В2+2∗В3+3∗В4+4∗В5+5∗В6
5∗(В1+В2+В3+В4+В5+В6)
,
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.
7
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.
8
Источники и литература.
1. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. Шуберт,Р.,2008 год. Москва, издательство «Мир».
2. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. - Л.: Гидрометеоиздат, 2009, — 376 с
3. Л.С.Литвинова, О.Е. Жиренко «нравственно – экологическое воспитание школьников»,
М 2007.,-171-177 с.
4. Место под солнцем. А.Варивода,-«Волгоград», 2000г
5. Биоразнообразие Волго-Медведицкого и Волго-Донского Междуречий, Гугуева Е.В,
Малаева Е.В, Гребенников К.А, Глебездина,- «Волгоград», 2010.
6. Столица российской глубинки «Урюпинск», буклет 2008г,-34-39с.
7. У руба на Хопре, - «Волгоград», 1997.
9
Приложение
Рис 1. Классы повреждения хвои сосны обыкновенной:
Класс повреждения хвои
1
2
3
Хвоинки с небольшим числом пятен
Хвоинки с большим
числом черных и
желтых пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину
хвоинки
Степень повреждения
Хвоинки без пятен
Рис. 2..Классы усыхания хвои сосны обыкновенной..
10
2. Определение состояния хвои сосны обыкновенной
Таблица 1
Состояние
хвои
Участок 1(городской парк)
Участок 2 ( сосновый лес)
Кол-во хвои-
% хвоинок от
Кол-во хвои-
% хвоинок от
нок
общего кол-ва
нок
общего кол-ва
200
100
200
100
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
Обследовано
Повреждение и
усыхание хвои:
 Повреждение и усыхание хвоинок:
Основной
Основной
Основной
1 класс
Основной
2 класс
Основной
3 класс
Основной
Пригород
Город
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
Обследовано
деревьев
Участок 1. (городской парк)
Кол-во деревьев
20
% деревьев от
общего кол-ва
100
Участок 2 (сосновый лес)
Кол-во деревьев
20
% деревьев от
общего кол-ва
100
11
Возраст хвои 45 лет
Возраст хвои 34 года
Возраст хвои 23 года
Хвоя текущего
года
8
40
7
45
8
40
4
35
4
20
6
10
0
0
3
10
Основной
Основной
4-5 лет
Основной
3-4 года
Основной
2-3 года
Основной
хвоя текущего года
Основной
Пригород
Город
Продолжительность жизни хвои сосны:
Участок № 1 (городской парк):
𝑄=
3∗0+2∗4+1∗8
0+4+8
= 1,33.
Участок № 2 (сосновый лес):
𝑄=
3∗3+2∗6+1∗4
3+6+4
= 1,92;
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
Участок 1
(городской парк)
Участок 2
(сосновый лес )
Длина годового прироста, мм
125
140
12
Длина годового прироста, мм
Основной
Основной
Основной
Длина годового прироста, мм
Основной
Основной
Основной
Пригород
Город
Вывод: Годовой прирост побегов сосны ниже в городе, в отличие от пригородной зоны.
4.Состояние кроны сосны обыкновенной
Таблица 4
Количество деревьев
Участок 1
Участок 2
(городской
(сосновый
парк)
лес)
В1
0
7
В2
1
9
В3
2
3
В4
2
1
Свежий сухостой; ветви усохли в текущем году
В5
0
0
Старый сухостой; деревья усохли в прошлые годы
В6
0
0
Состояние кроны
Густая зелёная крона; отмирающие ветви в нижней
части кроны
Со слабоажурной кроной; усыхание ветвей в нижней трети кроны
С ажурной кроной; сухие ветви в средней и верхней частях кроны
С сильно изреженной кроной или с отдельными
живыми ветвями
Показатель обесхвоенности кроны:
Участок № 1 (городской парк): 𝑓 =
Участок № 2 (сосновый лес): 𝑓 =
1+2∗2+3∗2+4∗0+5∗0
5∗(0+1+2+2+0+0)
9+2∗3+3∗1+4∗0+5∗0
5∗(7+9+3+1+0+0)
= 0,44
= 0,06
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
13
Таблица 5
№ участка
Участок 1 (городской парк)
Участок 2
(сосновый лес)
Количество почек, шт.
Длина почек, мм
Толщина почек, мм
5
6,6
3,0
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)
Рита и Люба определяют
состояние хвои сосны.
14
Михаил и Сергей ведут измерения
побега сосны.
Приобщение к исследовательской деятельности с помощью учителя экологии
Ложкиной Л.С.
Максим и Денис рассматривают состояние
хвои на побеге.
15