Биоиндикация воздуха по состоянию морфологических признаков сосны обыкновенной(Pinus sylvestris L.)

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение Самарской области средняя общеобразовательная школа№2 им.В.Маскина ж.-д. ст.Клявлино муниципального района Клявлинский Самарской области

Учебно- исследовательская работа

Тема:

« БИОИНДИКАЦИЯ ВОЗДУХА ПО СОСТОЯНИЮ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ (Pinus sylvestris L.)»

                                    Выполнила: Шайбулатова Александра Ивановна,

                                                                                     Ученица 10Б класса, ГБОУ

                                                                                     Клявлинская СОШ№2 им.В.Маскина                      

                                                                                      ж.-д. ст. Клявлино Клявлинского района

                                                                                      Самарской области

                                          Научный руководитель: Чернова Валентина Фёдоровна,

                                                                                     Учитель биологии и химии, ГБОУ

                                                                                      Клявлинская СОШ№2 им.В.Маскина                      

                                                                                      ж.-д. ст. Клявлино Клявлинского района

                                                                                      Самарской области

Год выполнения работы 2011-2012

Клявлино 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………3

Глава 1 Биоиндикация как метод экологического мониторинга…….4

1.1 Сущность метода биоиндикации…………………………………..4

1.2 Основные понятия биоиндикации…………………………………5

1.3  Сосна обыкновенная как биоиндикатор…………………………..6

Глава 2  Исследование комплекса признаков сосны обыкновенной...8

2.1  Выявление степени повреждения и усыхания хвои………………8

2.2 Определение продолжительности жизни хвои …………………..10

2.3 Определение состояния генеративных органов сосны  обыкновенной и состояния кроны……………………………………………11

Заключение………………………………………………………………12

 Список литературы……………………………………………………..13

Приложение……………………………………………………………..14        

Введение

Интенсивное воздействие человека на природу, негативные, часто необратимые последствия этого воздействия обусловливают необходимость глубокого и всестороннего анализа проблемы взаимодействия общества и природы. Такой анализ в настоящее время осуществляется в рамках природопользования. Главная задача природопользования как научного направления - поиск и разработка путей оптимизации взаимодействия общества с окружающей природной средой.[5]

В последнее время весьма актуальными являются наблюдения за изменениями состояния окружающей среды, вызванными антропогенными причинами. Система этих наблюдений и прогнозов составляет суть экологического мониторинга. В этих целях все чаще применяется и используется достаточно эффективный и недорогой способ мониторинга среды – биоиндикация, т.е. использование живых организмов для оценки состояния окружающей среды Теоретические знания, полученные на занятиях по экологии, целесообразно закреплять в практической деятельности, непосредственно знакомясь с объектами изучения.

Актуальность проблемы. Продолжающееся ухудшение состояния природной окружающей среды, деградация природных систем, жизнеобеспечения и медленные ответные действия общества привели к реальной опасности экологического бедствия.

Чтобы предотвратить дальнейшее развитие негативных процессов среды, улучшить экологическую ситуацию и обеспечить потребности населения в природных ресурсах, необходимо иметь достоверные данные о состоянии природных систем и их антропогенных изменениях.

Биоэкологические исследования позволяют научиться прогнозировать последствия воздействия на природу, намечать пути и способы решения локальных экологических проблем, принимать активное участие в их решении.  

Актуальность биоиндикации обусловлена  скоростью, простотой и дешевизной определения качества среды.

Цель исследования: выявить влияние атмосферного загрязнения на морфологические признаки  сосны обыкновенной.

Объект исследования: сосна обыкновенная.

Предмет исследования: состояние побегов сосны в разных условиях произрастания.

Исследования проводили, применяя «щадящий режим» в отношении природных объектов, максимально сохраняя в первозданном виде используемую территорию.

Места проведения  исследования: лесная зона села, расположенная на разном расстоянии от автомагистрали и  нефтяного предприятия.

         Задачи исследования:

1. Изучить литературу по теме исследования.

2. Определить состояние побегов сосны в разных участках.        

3.Доказать  значимость показателей, характеризующих состояния побегов сосны, от условий произрастания растения.

Методы исследования: морфометрический,биоиндикация. сравнение

Гипотеза: если применить метод биоиндикации по комплексу признаков сосны обыкновенной, то можно определить экологическое состояние атмосферы  райцентра.

 Новизна и практическая значимость работы: в литературе мы не нашли сведений о влиянии факторов окружающей среды на растения именно на территории нашего района, поэтому работа может быть использована на уроках биологии и при проведении классных часов

Глава1. 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

Оценка качества почвы, воды и воздуха приобретает в настоящее время очень большое значение. Для того чтобы определить существующую и возможную в будущем степень нарушения окружающей среды используют два принципиально разных подхода: физико-химический и биологический. Биологический подход получил название биоиндикация.

Но почему для оценки качества среды приходится использовать живые объекты? По мнению Ван Штраалена есть три случая, когда биоиндикация незаменима.

1. Фактор не может быть измерен.

2. Фактор трудно измерить.

3. Фактор легко измерить, но трудно интерпретировать.

        С точки зрения охраны природы, важнее получить ответ на вопрос, к каким последствиям приведет та или иная концентрация загрязнителя в среде. Эту задачу и решает биоиндикация, позволяя оценить биологические последствия антропогенного изменения среды.

         Актуальность биоиндикации обусловлена также скоростью, простотой и дешевизной определения качества среды.

Биоиндикация – это метод оценки действия экологических факторов при помощи биологических систем. В качестве биоиндикатора выбран чувствительный к выхлопным газам автомобилей вид сосны обыкновенной

Биоиндикаторы – это биологические объекты, используемые для оценки состояния среды.

Типы биоиндикаторов:

1. Чувствительный. Быстро реагирует значительным отклонением показателей от нормы.

2. Аккумулятивный. Накапливает воздействия без проявляющихся нарушений.         Биоиндикаторы описывают с помощью двух характеристик: специфичность и чувствительность.

При низкой специфичности биоиндикатор реагирует на разные факторы, при высокой – только на один.

При низкой чувствительности биоиндикатор отвечает только на сильные отклонения фактора от нормы, при высокой – на незначительные.

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.

1.3  Сосна обыкновенная как биоиндикатор

Для оценки состояния атмосферного воздуха нами используется биоиндикатор сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.)  Общеизвестно, что она является видом, реагирующим на загрязнение среды обитания продуктами техногенеза. Этот фитоиндикатор в естественных  условиях растет в наших лесах. В связи с этим сосна обыкновенная представляет собой удобный объект для биоиндикации уровня загрязнения в нашем Клявлинском районе.

«Реакции Pinus sylvestris L. на наличие загрязняющих веществ в воздухе и почве неспецифичны и отражают общий уровень загрязнения среды химическими веществами различной природы. Для оценки химической нагрузки на фитоиндикатор используют разные его признаки (характеристики). Самым распространенным и наиболее простым в исполнении является морфологический подход. В различных литературных источниках в качестве индикационных признаков рекомендуется использовать величину годового прироста соснового побега, длину листовой пластинки, размеры генеративных органов.

Информативным признаком определенного уровня загрязнения атмосферы является состояние хвои: изменение окраски (хлороз, пожелтение), преждевременное увядание хвои, время жизни, наличие некротических пятен. При этом форма и цвет некротического пятна является специфической реакцией на определенный вид загрязнения, а доля пораженной поверхности хвоинки может быть использована для количественной оценки реакции фитоиндикатора. Для индикационных целей могут быть использованы также морфологические и анатомические характеристики хвои сосны [2].

Хвоя сосны может быть использована и как биоаккумулятор аэрогенных загрязнений. Это связано с тем, что хвоя сосны обладает способностью эффективно поглощать загрязняющие вещества, в частности, соединения металлов, в виде аэрозолей за счет диффузионного осаждения последних в полостях и воздушных каналах листовой пластинки. Сосна обладает также биоаккумулирующей способностью для ряда металлов, соединения которых поглощаются корневой системой из почвы. Ввиду малой поверхности листа, утолщенной кожицы и малого количества устьиц вынос поглощенных микроэлементов с поверхности листовой пластинки сосны при испарении влаги и газообмене с атмосферой очень мал. За время жизни хвои (4-6 лет в зависимости от условий произрастания дерева) в ее массе накапливаются характерные для данной местности микроэлементы в количествах, достаточных для аналитического определения.(4)

Глава 2.  Исследование комплекса признаков сосны обыкновенной

 Для того чтобы исследовать признаки сосны обыкновенной мы определили участки:        

 Участок № 1 –в 50  метрах от нефтеперерабатывающего завода и в 50 метрах от автомагистрали..

Участок № 2  мы выбрали в 500  метрах от нефтеперерабатывающего завода и в 500  метрах от автомагистрали..

Участок №3 – в зоне отдыха.

После определения участков работы мы определили объекты работы, которыми является сосна обыкновенная.

2.1  Выявление степени повреждения и усыхания хвои

С ветвей 5 деревьев мы отобрали побеги одинаковой длины. Собрали с них хвою и визуально проанализировали ее. Степень  повреждения хвои мы определили по наличию хлоротичных пятен, некротических точек, некрозов

Оценка повреждения (желтые или черные пятна): 1- хвоинка без пятен, 2- есть несколько мелких пятен, 3- много пятен, некоторые из них крупные во всю ширину хвоинки.

Оценка усыхания: 1- нет сухих участков, 2-кончик 2-2мм усох и пожелтел, 3- усохло до 1/3 длины , 4- вся  хвоинка желтая, более ½ длины сухая. Надо иметь в виду, что шипик на конце хвоинки всегда более светлый, поэтому его окраска не включается в оценку!

Сосна очень чувствительна к ядовитым газам, которые выбрасывают автомобили (см. Приложение: таблица 1). У сосен на участке №1, растущих вблизи автодорог и химических предприятий, живой, здоровой  хвои совсем мало. Выхлопной газ с вредными веществами, проникая внутрь через устьица, вызывает отравление живых тканей. В результате хвоя повреждается и усыхает. Из собранных хвои с ветвей 5 деревьев, большинства из них с большим числом черных  и желтых пятен.

На участке №2,  обнаружили хвоинки сосны обыкновенной с небольшими повреждениями - мелкими пятнышками и усохшими на кончике участками.

На участке №3 хвоинки, собранные с ветвей 5 деревьев сосны обыкновенной, в большинстве не повреждены, они ярко сизо-зеленые, чистые, пятен мало, нет у них усохших участков.

2.2  Определение продолжительности жизни хвои.

Продолжительность жизни хвои зависит от уровня загрязненности воздуха. Чем выше индекс Q, тем больше продолжительность жизни хвои сосны. Длинные узкие хвоинки сосны располагаются на ветвях парами. После отмирания они также остаются соединенными и опадают вместе. Массовое опадение сухой сосновой хвои происходит осенью. А незадолго до этого в кронах сосен бывает хорошо заметна своеобразная пестрота: часть хвои зеленая, а часть – желтая. Если присмотреться, нетрудно заметить, что зеленые хвоинки располагаются на побегах данного года и прошлогодних, а желтые – на более старых побегах, которым уже три года. «В средней полосе страны хвоинки сосны живут обычно не более двух-трех лет. На Крайнем Севере и в других районах с суровым климатом «век» хвоинок гораздо дольше». [3]

        Продолжительность жизни хвои устанавливают путем просмотра побегов с хвоей по мутовкам. Количество учетных деревьев – 20 на каждом участке.

. Результаты определений оформили в виде таблицы (см.Приложение: таблица 2)

Рассчитали индекс продолжительности жизни хвои сосны  (Q) по формуле:

   3В1 + 2В2 +В3

Q= –––––––––––––,

     В1+ В2 +В3

где В1, В2, В3 – количество деревьев с продолжительностью жизни хвои соответственно 1, 2, 3 года.

2.3 Определение состояния генеративных органов сосны обыкновенной и состояния кроны

Подсчитали число сформировавшихся почек на 3 ветвях каждого из 20 деревьев на каждом участке.

 Измерили длину и толщину почек.

 Средние значения подсчетов и измерений занесли в таблицу

Проанализировали состояние кроны и вычислили показатель её обесхвоенности. Результаты оформили в виде таблицы 4.

Вычислили показатель обесхвоенности кроны. Расчет производили по формуле:                                                

     В2 +2В3 + 3В4 +4В5+ 5В6        

F = –––––––––––––––––––––––– 100%,

    5 х (В1 +В2 + В3 +В4+ В5+ В6)

где В1 ,В2 ,В3 ,В4, В5, В6 – количество деревьев с соответствующим состоянием кроны.

На участке №1 вблизи автотрассы у деревьев много сухих отмерших веточек, а те, что остались в живых, покрыты короткой, редкой хвоей.

На участке №2,  большинство деревьев со слабоажурной или ажурной кроной.

На участке №3  сосны с густой зеленой кроной.

Выводы:

Анализ полученных в ходе исследований результатов показал:

1) Состояние атмосферного воздуха в зоне отдыха в общем можно оценить как чистое.

2) Выше степень загрязнения воздуха в лесном участке в 500 метрах от автомагистрали и от нефтеперерабатывающего завода можно оценить  как относительно чистое (“норма”).

3) Более высокую степень загрязненности воздуха в лесном участке вблизи автодороги и от нефтеперерабатывающего завода, вероятно, можно объяснить влиянием автотранспорта и нефтеперерабатывающего завода - там его состояние можно оценить  как близкое к загрязнённому (“тревога”).

Заключение

Мы рекомендуем использовать результаты этой работы на различных уроках (биология, география, химия, экология), а также при проведении внеклассных мероприятий. В перспективе мы думаем привлечь внимание  общественности к проблеме состояния окружающей среды.

Земля у нас одна. Мы должны заботиться о хорошем будущем, о прекрасной Земле, о дружбе человека и природы. Ни лес, ни озеро, ни горы, ни животный и растительный мир не могут сами позаботиться о себе. Вот это желание светлого, доброго, прекрасного будущего должно объединять каждого из нас.

 Литература:

1. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьев А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии: Учебное пособие под ред. С.В. Алексеева. – М.: АО МДС,1996, 192с.

2.Кузьмин А.В., Жиров В.К., Исаков В.Н. Статистические закономерности морфогенеза листа в условиях неоднородной среды // Экология. – 1989. - № 5. – С. 68-70.

3. Петров В.В. Растительный мир нашей Родины, 2-е изд., Москва «Просвещение», 1991, с32

4. Тимофеев А.Н. Биоэкологические исследования школьников (Биология в школе, 2007, №2, с.63-66)

5. http://promeco.h1.ru/lek/monitoring.shtml

Приложение

Таблица1

Повреждение и усыхание хвои сосны обыкновеннойв разных зонах

Приложение

Таблица 2

Продолжительность жизни хвои сосны обыкновенной в разных зонах

                                                                                                                  Таблица 3

 Состояние почек сосны обыкновенно в разных зонах

Приложение

Таблица 4

                     Состояние кроны деревьев в разных зонах