Исследовательская работа "Оценка качества загрязнения атмосферного воздуха Уймонской долины методом дендроиндикации"

Региональная научно-практическая конференция

Всероссийского конкурса юношеских исследовательских работ имени В. И. Вернадского    

Секция  «Загрязнение сред обитания (Study of pollution)» 

Оценка качества загрязнения атмосферного воздуха Уймонской долины

методом дендроиндикации

Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения

«Верх-Уймонская средняя общеобразовательная школа»

Усть – Коксинского района

Научный руководитель:

Огнева Татьяна Анатольевна

Учитель биологии первой квалификационной категории

г. Горно –Алтайск, 2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………..…………...…………………3

          Актуальность……………………………………………………...3

          Цель проекта……………………………………………………...4

          Задачи……………………………………………………………..4

 1. ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА.

           1.1. Объекты исследований………………………………..……5

        1.2. Методы исследований…………………………………….....5

           1.3 Этапы и механизмы реализации……………………………...6

          1.4Ожидаемые результаты………………………………………6

 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

РЕАКЦИЯ БЕРЕЗЫ БОРОДАВЧАТОЙ НА ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ОКРУЖАЮЩЕЙ    СРЕДЫ……………………………………………7

ВЫВОДЫ ………………………………………………………………..9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………10

3.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………11

ПРИЛОЖЕНИЕ…………………………………………………………1-6

 Введение

Обоснование выбора темы исследовательской работы, его актуальность

В настоящее время воздействие человеческого общества на природу привело к возникновению сложных экологических проблем биосферы. Одна из них - загрязнение атмосферы выхлопными газами автотранспорта. Эта проблема становится все более актуальной и для нашего региона, так как ежегодно возрастает количество автомобильного транспорта, чему  способствует и развитие туризма. Загрязнение воздуха вызывает изменения  в морфологии и физиологии растений и животных, а иногда влечет за собой гибель живых организмов. Одним из чутких индикаторов загрязнений  является береза бородавчатая, широко распространенная в  Западной Сибири. Проводя наблюдения и исследования за ростом и развитием деревьев, можно выявить уровень загрязнения  в разных точках  Уймонской долины.

Охрана окружающей среды и контроль над уровнем ее загрязнения требуют привлечения эффективных и недорогостоящих методов изучения природных комплексов. В настоящее время разработаны различные подходы к оценке экологического состояния окружающей среды, среди которых одним из перспективных направлений является биоиндикация загрязнений, основанная на изучении различных биологических, физиологических, анатомических и других отклонении в развитии организмов, а также их сообществ, возникающих под действием внешних факторов (Опекунова, 2004). Она включает в себя ряд относительно простых, дешевых и информативных методов оценки экологического состояния окружающей среды, основанных на изучении реакций организмов, возникающих в ответ на антропогенное воздействие.

В процессе онтогенеза у живых организмов выработались определенные требования к характеру местообитания: водному и световому обеспечению, минеральному питанию, температурному режиму и т.д. Изменения, происходящие в окружающей среде под влиянием человека, воздействуют на живые организмы, приводя к различным отклонениям в их развитии. Сбросы и выбросы в окружающую среду различных химических соединений, изменение светового, водного и температурного режимов территорий, шумовое, радиационное загрязнение и другие виды воздействий накладываются друг на друга, приводя к суммарному воздействию, интенсивность которого можно оценить только по реакциям самих живых существ.

В качестве биоиндикаторов используются древесные растения, обладающие хорошо выраженной реакцией на внешнее воздействие, – дендроиндикация. Растительность  служит как биологическим фильтром воздуха, так и индикатором уровня загрязнения. Характер и глубина воздействия загрязнителей воздуха зависят от химической природы, концентрации газообразных токсикантов и определяемой генотипом и условиями среды устойчивости растений. (Опекунова, 2004).

  Если концентрация выхлопных газов увеличивается, то это влечет за собой изменение морфо - физиологических показателей растения.

           Целями  наших исследований, явились оценка степени загрязнения атмосферного воздуха методом дендроиндикации и улучшение экологического состояния Уймонской долины.

     Для достижения этих целей были поставлены следующие задачи:

    1.Изучить литературу по влиянию атмосферного загрязнения на живые

       организмы;

    2.Выявить изменения морфо-физиологических показателей листовых пластинок березы бородавчатой при произрастании в разных местообитаниях Уймонской долины;

    3.Сравнить морфологические показатели листовой пластинки в   Уймонской долине с данными г.Барнаула;

   4.По результатам исследовательской работы, организовать и осуществить  

        комплекс мероприятий  по улучшению экологического состояния

        местности;

  5.Привлечь школьников и население к практической деятельности по    

       улучшению экологического состояния Уймонской долины.

1. ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Объекты исследований

В качестве объекта исследования нами выбран 1 вид лиственных деревьев – береза бородавчатая.

Береза бородавчатая (Betula verrucosa Ehrh.). Вид, широко распространенный в европейской части страны, в западной Сибири, на Кавказе, в западной Европе. Наиболее выносливая местная порода, имеющая широкую экологическую амплитуду и произрастающая от влажных лесов верхнего пояса Горного Алтая до степей равнинной части края, граничащей с Казахстаном. Вполне зимостойка.

Береза бородавчатая – лучшая лиственная порода Западной Сибири, пригодная для всех видов лесозащитного разведения и использования в разнообразных декоративных насаждениях.

1.2. Методы исследований

Основным методом исследования загрязнения атмосферного воздуха является метод дендроиндикации - реакция растений на загрязнение. В качестве биоиндикаторов используются древесные растения, обладающие хорошо выраженной реакцией на внешнее воздействие, одним из которых является береза бородавчатая. Изменение газового состава атмосферного воздуха в первую очередь влияет на изменение морфо- физиологических признаков листовой пластинки березы и поэтому исследования проводили с этим органом растения.

Для изучения морфологических показателей листовых органов березы нами были отобраны пробы в точках вблизи автомагистралей (центр села Усть-Коксы; близлежащий к дороге участок леса при въезде в село Верх-Уймон, ниже и выше моста через реку Катунь; улица Набережная села Верх-Уймон стоянка «Щелкина», находящаяся недалеко от турбазы «Уймонская долина»), а также в дикой природе (лог «Березов лог» – 7 км от населенного пункта). Исследовано 6 точек произрастания березы бородавчатой.

При обследовании выбирались деревья приблизительно равного возраста, морфологические параметры которых составляли: береза – диаметр ствола – более 15 см; высота ствола – более 10 м. С каждого дерева было собрано по 10 листьев.

Исследование листьев.

Длина и ширина листа определялись с помощью измерительных линеек с точностью до 1,00 мм, площадь определялась при помощи миллиметровки, количество жилок первого порядка путем подсчета, сравнивался цвет листовой пластинки. Всего в ходе работы было исследовано 300 проб.

Контролем служили листья с условно одновозрастных деревьев, собранных в логу «Берёзов лог».

Период проведения исследований динамики листовых органов древесных растений 2012-2013 гг.

1.3. Этапы и механизмы реализации исследовательской работы

I этап, Подготовительный (2011 -2012 год): 

• Изучение научной литературы и опыта других школ района, Республики;
• Формирование инициативной группы реализации проекта;
• Выявление общественного мнения о влиянии туризма на местную экосистему.
• Разработка проекта «Оценка качества загрязнения окружающей среды Уймонской долины методом дендроиндикации.

II этап, содержательный (2012 – 2014 год)

• Проведение исследовательской работы.
• Анализ хода и оформление результатов исследовательской работы;

• Проведение экологических акции по сохранению природных богатств Уймонской долины.

  III этап, обобщающий (2015 год).

• Публикации  в газету «Уймонские вести»;
• Проведение итогового слета, вечеров, дискуссий по решению экологических проблем Уймонской долины.

1.5. Ожидаемые результаты

1. Изменение морфо-физиологических признаков березы в районах с сильным загрязнением атмосферы выхлопными газами автомобилей;
2. Выявление района с наибольшим загрязнением окружающей среды в Уймонской  долине по реакции березы бородавчатой;

3.Разработка плана мероприятий по проведению природоохранной деятельности.

4.Организация экологических акций среди школьников и населения

      по озеленению и очистке села;

5.Создание модели распространения положительного опыта староверов Уймонской долины по защите природных богатств родного края;

6.Формирование активной позиции школьников  к нарушениям природных биогеоценозов;

7.Взаимодействие всех общественных структур села в целях сохранения экосистемы Уймонской долины.

8.Организация сотрудничества со школами района по решению экологических проблем района школьников .

9.Полученный опыт будет тиражироваться на другие школы района и другие школьные экологические объединения.

10.Работа ребят сможет заинтересовать более взрослые слои населения.

2.РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

РЕАКЦИЯ БЕРЕЗЫ БОРОДАВЧАТОЙ НА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

У березы бородавчатой в ответ на повышение концентрации оксида углерода транспортного происхождения изменяется цвет листовой пластинки, незначительно возрастает длина, ширина и площадь листа, сокращается количество жилок первого порядка на листовой пластине (табл. 1). Эта реакция является адаптивной по отношению к увеличению воздействия стрессового фактора.

Изменяется цвет листовой пластинки от ярко зеленого цвета («Березов лог») до охристо-зеленого и желтоватого( центр с.Усть-Коксы). Листовая пластинка в благоприятных условиях имеет не только ярко зеленые цвета, но имеет блеск (смоляные выделения), и больше насыщена водными растворами. (Приложение Рис.4.)

Длина листовой пластинки меняется у березы от максимального показателя, равного 62,02 мм вблизи оживленной автомагистрали в центре с.Усть-Коксы до минимального значения 61,79 мм в логу «Березов лог» - участок, удаленностью 7 км от с.Верх-Уймон (табл. 1). Максимальная длина листа у березы отмечена на точках с высокой интенсивностью загрязнения атмосферы выхлопными газами автотранспорта, минимальная – в точках с низкой интенсивностью загрязнения.(Приложение Рис.2.)

Ширина листа березы варьирует от максимальной, равной 52.43 мм в точке с высокой интенсивностью движения автотранспорт (центр с.Усть-Коксы) до минимальной, составляющей 50,90 мм в логу «Березов лог» в зависимости от воздействия на деревья загрязнения атмосферы. Отмечена наибольшая ширина листа при высокой концентрации выхлопных газов, наименьшая – при низкой концентрации. По результатам проведенного исследования нами сделан вывод, что ширина листа березы бородавчатой увеличивается в прямой зависимости от повышения концентрации оксида углерода транспортного происхождения.( Приложение Рис.1.)

Площадь листа березы бородавчатой варьирует в пределах от максимальной (2192,00 мм) в центре с.Усть-Коксы,  до минимальной (2193 мм)  в логу «Березов лог». Площадь листа березы была наибольшей при высокой концентрации оксида углерода, наименьшей – при низкой концентрации оксида углерода. При анализе полученных результатов нами был сделан вывод о прямой зависимости площади листа березы бородавчатой от концентрации выхлопных газов.

Биоиндикационный показатель количества жилок на листовой пластинке изменяется от наибольшего (15.02) в логу «Березов лог», до наименьшего значения (13,88 шт.) в центре с.Усть-Коксы (табл. 1). Количество жилок на листовой пластине варьирует от максимального при низком загрязнении атмосферы автотранспортом, до минимального количества – при высоком загрязнении.(Приложение Рис.3.)

Таблица 1

Характеристика морфологии листьев березы в Уймонской долине

    Для того, чтобы сравнить экологическую обстановку сельской местности  с городской, мы провели исследования листа березы по тем же параметрам в  г.Барнауле по пр.Ленина. Практически все показатели оказались выше: длина, ширина, площадь листа, основной показатель-количество жилок, меньше  на  0.84                                                 

Таблица №2

Характеристика морфологии листьев березы на пр.Ленина г.Барнаул

ВЫВОДЫ

Выхлопные газы автотранспорта существенно ухудшает жизненные параметры лиственных деревьев. Наибольшие изменения показателей листьев деревьев наблюдаются в центре села Усть-Коксы, в с.Верх-Уймон по улице Набережная, т. к. эти точки является наиболее загруженными легковым транспортом и автобусами и при въезде в село Верх-Уймон (участок леса ниже моста). Ухудшение состояния листвы в третьей точке связано с характером рельефа и понижением его в сторону  р. Катунь, куда стекается более тяжелый воздух, загрязненный автомобильными выхлопными газами.

Значительно снижают свою жизненность деревья вблизи автобусных остановок и перекрестков улиц, где концентрируются выхлопные газы автотранспорта (центр с.Усть-Коксы).

При сравнении всех проб наилучшие показатели оказались в логу «Березов лог» - участок удаленностью 7 км от села Верх-Уймон и удовлетворительные на стоянке «Щелкина» - участок, удаленный от села Верх-Уймон на 3 км., ведущей к месту постоянного отдыха туристов, но еще недостаточно загруженный транспортом.

Таким образом, у листьев березы бородавчатой при увеличении уровня загрязнения изменяется цвет листовой пластинки от ярко зеленого цвета (стоянка «Щелкина»-3км.от с.Верх-Уймон , лог «Березов лог») до охристо-зеленого и желтоватого( центр с.Усть-Коксы), в связи с ослаблениями функций листа. В сильно загрязненных выхлопными газами местах происходит потеря зеленого пигмента листа – хлорофилла, отрицательно действующая на все процессы фотосинтеза, являющаяся первым показателем нарушения нормальной жизнедеятельности растения. Лист становится суше, уменьшается количество смоляных выделений, мембраны истончаются, а внутренняя структура листа деградирует.

Незначительно увеличиваются длина, ширина и площадь листовой пластинки, но уменьшается количество жилок, так как снижается количество образующихся в процессе фотосинтеза органических веществ, поступающих по проводящим пучкам  ко всем органам и тканям растения. Следовательно, можно предположить, что хлорофилл разрушается или снижается его количество в хлоропластах, а количество межклеточного вещества увеличивается, что можно объяснить компенсацией в ответ на действие стрессового фактора.

В результате проведенной сравнительной характеристики морфологических показателей листа березы в Уймонской долине и в г. Барнауле, видно, что основной показатель чистоты воздуха – количество жилок первого порядка, выше в Уймонской долине, а показатели  загрязнения- увеличение листовой пластинки, выше в г. Барнауле.( Приложение Рис. 5.)

По результатам  проведенной исследовательской работы, видно, что экологическая обстановка в Уймонской долине удовлетворительная. Для того, чтобы не усугублять положение следует проводить комплекс мероприятий  по сохранению и  улучшению экосистемы, повышать уровень экологической культуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Экологическая обстановка в Уймонской долине достаточно благополучная, по сравнению  с промышленными городами, уровень загрязнения атмосферы небольшой, так как основные морфо-физиологические показатели листовой пластинки березы из дикой природы незначительно отличаются от показателей листа загрязненных районов.

Для того, чтобы неусуглублять экологическую обстановку, необходимо контролировать утилизацию мусора и сброса его в отведенных местах, соблюдать правила хранения и использования удобрений, а в будущем может быть даже использовать альтернативные, экологически чистые источники топлива.

Необходимо изучать и перенимать опыт предков – староверов Уймонской долины, бережного отношения к природным богатствам

        Ежегодно необходимо проводить экологические акции среди школьников и населения по озеленению и очистке села, формировать активную позиции   к нарушениям природных биогеоценозов, использовать опыт предков по защите природных богатств родного края. Для решения экологических проблем необходимо взаимодействие всех общественных структур села.

3.Научно – методическое  обеспечение проекта

Литература

1.Алексеев В. А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев // Лесоведение, 1989. – №4. – С. 51–57.

2.Артамонов В. И. Растения и чистота природной среды. – М.: Наука, 1986. – 172 с.

3.Горышина Т. К. Фотосинтетический аппарат растений и условия среды. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. – 204 с.

4.Журавлева О.В. Дендроиндикация изменений природной обстановке на верхней границе леса в горах Алтая. – Барнаул: Б.и., 2002. – 21с.

5.Культиасов И. М. Экология растений. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982. – 384 с.

6. Кучуганова Р.П. Уймонские староверы. Новосибирск: Сибирское соглашение,    2000

7.Опекунова М.Г. Биоиндикация загрязнений. – С-Петерб.: Изд-во СПбГУ, 2004. – 265 с.

8.Покровская С. Ф. Влияние загрязнения воздуха на растения. – М.: Наука, 1973. – 52 с.

9.Ранкельз В. С. Загрязнение воздуха и жизнь растений. – Л.: Гидрометеоиздат, 1988. – 56 с.

10.Соколова Г.Г. Практикум по биоиндикации экологического состояния окружающей среды. – Барнаул: Изд-во АГУ, 2006. – 110 с.