Муниципальное  бюджетное общеобразовательное учреждение

«Торбеевская средняя общеобразовательная школа № 1»

Оценка качества окружающей среды

методом биоиндикации

Исследовательская работа

Выполнила: Диденко А. О., учащаяся 9 «б» класса

Руководитель: Мишина Елена Александровна, учитель биологии

рп. Торбеево 2016 г.

Оглавление

1. Введение.

2. Обзор литературных источников.

2.1 Классификация лихеноиндикаторов.

            2.2. Краткая характеристика района исследования. 

3.Методы исследования.

4. Результаты исследования и их обсуждение.

4.1 Описание лишайниковой ассоциации поселка.

4.2 Описание местообитания эпифитных лишайников

4.3 Результаты исследования.

5. Библиографический   список.

Приложения 1-2

Введение

Биоиндикация  – оценка состояния параметров среды с помощью живых объектов - биоиндикаторов. Биоиндикаторами (от греч. bios – жизнь и лат. indicator – указатель) называются организмы, наличие, количество, распространенность, интенсивность развития, состояние или реакция которых свидетельствует о состоянии окружающей среды, о  каких-либо естественных процессах в ней или условиях, о  наличии определенных веществ в воде или в почве, о степени загрязненности и др. В качестве таких организмов используются, в частности, лишайники, водные животные – гидробионты  (от греч. hydor  - вода и biontos – живущий), микроорганизмы, растения и растительные сообщества – фитобиоиндикаторы (от греч. phitos – растение) и т.д.

Индикаторные растения тесно связаны с определенными условиями среды, чаще с химическим составом почвы. Галмейная фиалка указывает на высокое содержание цинка в почве; карликовость растений, смена окраски цветков с розовой на синюю (мак) — на большое количество меди. Индикаторные растения служат ориентирами при поисках пресной воды в пустынях, разведке некоторых полезных ископаемых.

Биоиндикация довольно дешевый вид мониторинга по сравнению с другими. Она имеет несколько разновидностей: лихеноиндикация (от греч. leichen — лишайник) – определение степени загрязнения воздуха по лишайникам, энтомобиоиндикация (от греч. entomon - насекомое) и другие.

Биоиндикация актуальна в наше время. Нарастающая быстрыми темпами антропогенная нагрузка (от греч. anthropos - человек), стремительный рост народонаселения, увеличение площадей орошаемого земледелия, а также урбанизация (от лат. urbanus - городской) и индустриализация приводят к тому, что в атмосферу, гидросферу, почву попадают загрязняющие агенты различного состава и происхождения -  угарный газ, окислы азота и серы, нефть и нефтепродукты, тяжелые металлы, пестициды – химические препараты для защиты растений, для уничтожения паразитов и т.д., удобрения, поверхностно – активные вещества, красители и другие.  И эти ядовитые, токсические вещества в экосистемах необходимо выявлять для сохранения компонентов экосистем, здоровья ныне живущих и будущих поколений человечества, что и можно делать с помощью биоиндикации, организмов – биоиндикаторов, что и обуславливает важность и актуальность этой работы.

Оценивание качества окружающей среды с помощью методики биоиндикации было выбрано по нескольким причинам: во-первых, тема личностно значима и интересна, так как свою будущую профессию я планирую связать с медициной; во-вторых, данная методика не требует сложного оборудования, доступна для освоения и показательна в экологическом мониторинге.

Гипотеза исследования. В середине XIX века финский ученый В. Н ю л а н д е р обратил внимание на видовую бедность лишайниковой флоры в индустриальных районах большого города по сравнению с сельскохозяйственными окраинами. Также он заметил, что после появления дыма и газов в Люксембургском саду Парижа исчезли некоторые представители лихенофлоры. Было установлено, при повышении уровня загрязненности воздуха первыми исчезают кустистые формы лишайников, затем листоватые и, наконец, наиболее устойчивые – накипные.

Предмет исследования: определение качества природной среды (степени загрязнённости воздуха) в посёлке Торбеево методом биоиндикации по лихенофлоре.

Цель: Определить общее состояние  экологической обстановки поселка Торбеево в результате изучения лишайниковой ассоциации поселка.

Задачи:

- познакомиться  с методом лихеноиндикации как методом экологического исследования;

- определение виды  основных групп лишайников, встречающихся в поселке;

- описать местообитания лихеноиндикаторов;

 - выявить уровень осведомленности обучающихся школы  №1 об экологической обстановке  в Торбеевском районе;

- выявить состояние воздушного бассейна поселка по результатам лихеноиндикации.

Практическая значимость

На основании исследований можно будет выделить зоны лишайников, которые позволят судить о степени загрязненности атмосферного воздуха:

• лишайниковая пустыня – полное отсутствие лишайников, самые неблагополучные районы с наиболее загрязненным воздушным бассейном.
• зона соревнования – лишайниковая флора бедна.
• нормальная зона – достаточное количество лишайников, благополучные районы с наиболее чистым атмосферным воздухом: леса, рощи (т.е. природные биогеоценозы), парки в городской зоне и т.д.

   Полученные в ходе исследования данные о состоянии окружающей среды в посёлке Торбеево и видах лихеноиндикаторов  можно использовать на уроках биологии и экологии,  при  проведении тематических классных часах  и на мероприятиях экологического характера.

2.1 Классификация лихеноиндикаторов.

Лихенологи (т.е. ученые – лишайниковеды) разделяют все виды лишайников на основные группы по различным признакам:

А) по строению слоевища-таллома все лишайники делят на:

1. Накипные или корковые, имеющие вид порошковатых, зернистых, бугорчатых, гладких налетов или корочек на скалах, деревьях, земле и т.д., плотно срастающихся с субстратом и не отделяющихся от него без значительных повреждений (леконора).
2. Листоватые, тело которых в виде листовидных пластинок, прикрепленных к почве или деревьях при помощи ризин – аналогов ризоидов, состоящих из пучков гиф (пармелия).
3. Кустистые, имеющие вид более или менее разветвленных кустиков, достигающих 12 – 15 см. в высоту (исландский мох, ягели, например, олений лишайник – кладония).

Б) в зависимости от типа предпочитаемого ими субстрата:

Эпифитные, эпифиты (от греч. epi - на, над, сверх и phiton - растение) – растущие на коре стволов и ветвей деревьев и кустарников. Включают накипные, кустистые и листоватые формы. Среди накипных имеются гипофлеодные виды, слоевища которых развиваются под корой, и эпифлеодные, слоевища которых произрастают на коре (графис письменный). К наиболее распространенным эпифитным кустистым и листоватым лишайникам относятся виды пармелия, гипогимния, фисция, цетрария, уснея и другие. Имеется некоторая приуроченность разных видов лишайников к древесным породам и частям деревьев (основанию, средней и верхней части деревьев и ветвям). Во влажных условиях горных ущелий эпифитные лишайники затрудняют доступ воздуха к коре, способствуют накоплению влаги и являются приютом для насекомых и грибов, многие из которых разрушают древесину. Возможен переход эпифитных лишайников с коры на мелкие веточки, листья и хвою (например, H. phisodes может развиваться и на хвое елей).

Эпифильные, эпифилы (от греч. phileo - люблю) – растущие на листьях и хвое вечнозеленых пород. Немногочисленны и произрастают главным образом в тропиках и субтропиках. Развиваются они на поверхности листьев, редко проникая в их ткани. Вопрос опаразитизме лишайников до сих пор не решен, хотя имеются наблюдения, что среди эпифильных лишайников существуют переходные формы от чистого эпифитизма к умеренному паразитизму.

Эпиксильные, эпиксилы (от греч. xylon - срубленное дерево) – растущие на обработанной, обнаженной или гниющей древесине (стволах без коры, деревянных строениях и т.д.). К ним относятся многочисленные виды накипных, листоватых и кустистых лишайников. Видовой состав их близок к флоре лишайников других субстратов данной местности.

Эпигейные, эпигеи (от греч. ge - земля) или напочвенные – растущие на почве. Среди них различают кочующие формы, у которых связь с почвой практически отсутствует и они переносятся ветром (например, пармелия блуждающая – Parmelia vagans, аспицилия съедобная – Aspicilia esculenta и др.), и постоянно прикрепленные формы. Последние поселяются на бедных питательными веществами почвах (песчаных, торфянистых и т.п.), малопригодных для развития других растений.

В лесах эпигейные лишайники встречаются в редколесье и на опушках, где обычны виды кладония (Cladonia), кладина (Cladina), пельтигера (Peltigera) и др. В сухих борах – беломошниках развит лишайниковый покров из кустистых лишайников. На замшелых отмерших стволах деревьев в лесах и рощах северной и умеренной зон флора эпигейных лишайников представлена видами кладония, кладина, пельтигера, беомицес (Baeomeces), цетрария (Cetraria), эверния (Evernia), нефрома (Nephroma) и другими. Эпигейные лишайники, развивающиеся в пустынях и полупустынях, обычно представлены накипными формами, хорошо различимыми лишь во влажный период года.

Эпилитные, эпилиты (от греч. lithos - камень) – растущие на поверхности камней. Среди них есть виды с накипными, листоватыми и кустистыми слоевищами. Накипные могут быть эндолитными (от греч. endon - внутри) – cо слоевищем, целиком погруженном в субстрат, и полуэндолитными, укоторых внутри субстрата находится только сердцевина прикрепляющие слоевище гифы, а верхняя кора - наверху каменистого субстрата. Из лишайников с накипными слоевищами на камнях произрастают виды плакопсис, веррукария, леканора, лецидея, биатора, ризокарпон и др., с листоватыми – пармелия, цетрария, фисция, дерматокарпон и др., с кустистыми – сферофорус, стереокаулон и др. Среди эпилитных лишайников имеются кальцефилы, поселяющиеся на известняках и других горных породах, содержащих известь, и кальцефобы, растущие на гранитах и других неизвестняковых породах. В зависимости от происхождения, местообитания эпилитных лишайников можно разделить на три группы. В первую входят местообитания, представляющие собой моренные остатки (валуны, отдельные камни и т.д.). Во вторую – скальные пространства (скалы, осыпи и т.д.). В третью – объекты исскуственного происхождения (столбы, бордюры, бетонные плиты и т.д.).

Амфибические  (от греч. amphi - вокруг, около, с обеих сторон) или водные – растущие в непосредственной близости от воды (в зоне брызг, приливов, прибоев, часто заливаемой водой) или погруженные в воду. Одним из приспособлений к жизни в этих условиях является защита органов размножения лишайникового гриба, которые закладываются глубоко в слоевище. Примером может быть Dermatocarpon miniatum.

 В) Существует еще один признак деления лишайников, наиболее важный для лихеноиндикации – по чувствительности к атмосферным загрязнителям:

1. Среднечувствительные. К таким относят, например, некоторые виды пармелий (бороздчатую, скальную) и кладоний (порошистую, бахромчатую).
2. Высокочувствительные. К ним относятся уснеи (хохлатая, пышная), цетрария сизая, кладония неприглаженная, гипогимния вздутая, ксантория настенная (золотянка).

2.2. Краткая характеристика района исследования.

Все исследования проводились в поселке Торбеево республики Мордовия.

Обследованные мною представители лишайниковой ассоциации произрастали:

1. В лиственной роще (доминантные виды – клен ясенелистный, берёза, осина и др.) – основное количество обследованных представителей (6 видов и 35 деревьев).
2. В селитебной зоне поселка около жилых домов, магазинов, в административной зоне. Деревья и кустарники находились на расстоянии не более 5 – 6 м от поселковых домов. В этой зоне было обследовано 7 видов и 12 деревьев.
3. В центральной части поселка, где находятся автотрасса и магазины было  обследовано 5 видов и 5 деревьев.
4. На северной и западной окраинах поселка Торбеево, где естественная природная среда практически не затронута антропогенными воздействиями (практически сохранила свой девственный вид) было  обследовано 7 видов и 15 деревьев.
5. В восточной поселковой окраине, (где расположена автотрасса, ведущая в поселок)  на въезде в поселок. Деревья и кустарники произрастали на расстоянии не более 5 – 6 м от дороги и не более 1 – 2 м от сельскохозяйственных полей. Было обследовано 5 видов и 5 деревьев.
6. На южной окраине поселка было  обследовано 3 вида и 3 дерева.

Всего было обследовано: 9 видов представителей древесной растительности поселка и 70 деревьев, произрастающих в поселке Торбеево – для точности биоиндикации.

Обследование проводилось в период с ноября 2015 г по март 2016г.

3.Методы исследования.

В ходе исследования были выбраны следующие группы методов: 

1.Теоретические методы: анализ  и синтез литературных данных на  начальном этапе исследования - изучение специальной  литературы по теории вопроса; проектирование  результатов и процессов их достижения на различных этапах поисковой работы; 

2. Эмпирические методы: наблюдение; сравнение; опросно-диалоговый метод (проведение анкетирования);

3. Математические методы: математическая и статистическая обработка полученных в ходе исследования данных, метод визуализации данных (построение диаграмм, таблиц). 

Методика сбора и определения лишайников:

Названия видов, обследованных мною представителей лихенофлоры, я узнавала по определителям. Обилие и группу лишайников определяла визуально. Размер талломов (слоевищ) лишайников определяла с помощью линейки. Математические измерения (диаметр стволов, высоту и площадь оголенной части деревьев для эпифитных и эпиксильных лишайников, площадь, покрытая лишайниками, общий размер скальной поверхности для эпилитных лишайников) я проводила линейкой – метром.

Я собирала лишайники в заранее приготовленные конверты. Наиболее удобны для этого конверты из непроклееной бумаги: лист бумаги складывается вдвое так, чтобы нижняя часть была на 1,5 – 2 см длиннее верхней. Затем свободный конец нижней части листа загибается на верхнюю сторону будущего конверта. После этого боковые стороны загибаются на верхнюю так, чтобы одна из них вошла в другую на 2 – 3 см. Перед тем как я закладывала в такой конверт образец, на его свободной (нижней) стороне писала дату его сбора, принадлежность к тому или иному описанию, физиономические признаки разных видов и их номера в описании.

Я не собирала лишайники в сухом виде, т.к. при этом они могли легко поломаться. Если они были сухими, то я немного смачивала их водой. Собирала лишайники вместе с субстратом – куском коры, древесины, горной породы и т.п., на котором они растут.

При наличии плодоношений я брала слоевище с плодоношениями, это позволяло более быстро и более точно определить растение. Выбранное растение я отделяла пинцетом от дерновинки и размачивала в воде, т.к. зачастую только при этом условии лишайники приобретают естественную форму и цвет. Плодоносящее растение часто не относится к виду, преобладающему в дерновинке, поэтому без проверки не распространяла определение, сделанное по растению с плодоношением на всю дерновинку.

Определяла лишайники по нескольким определителям, тем самым проверяя правильность определения.

4. Результаты исследования и их обсуждение.

4.1 Описание лишайниковой ассоциации поселка.

Древесно – кустарниковая растительность поселка находится в достаточно хорошем состоянии. Деревья и кустарники не подвержены хлорозу, но подвергаются некрозу в наименьшей степени – 33 пораженных этой болезнью представителя древесно – кустарниковой флоры (деревья подвергаются некрозу немного чаще, чем кустарники). Самую высокую среднюю категорию состояния  имеют деревья на западной и северной окраинах поселка Торбеево, где воздействие человека минимально, практически на прослеживается и природа сохранила свой девственный вид.

Было обследовано 14 видов лихеноиндикаторов четырех разных групп и описаны их местообитания (древесная растительность, различные виды скальной поверхности).

Таблица №1. Виды  лишайников, произрастающих на территории поселка Торбеево

Описание эпифитной лихенофлоры проводилось в тех случаях, когда на коре стволов и ветвей обследуемого растительного сообщества хотя бы изредка встречались лишайники. Если лишайников нет совсем (что наблюдается крайне редко) описания не проводят, ограничиваясь констатацией факта полного отсутствия лишайников.

Описание эпиксильной лихенофлоры проводится, если в растительном сообществе встречаются деревья без коры на высоте более 0,5 м от земли и на них хотя – бы изредка попадаются лишайники. Если на обнаженной древесине лишайников нет вообще – описания проводить не нужно, а следует ограничиться констатацией факта полного отсутствия эпиксильных лишайников.

4.2 Описание местообитания эпифитных лишайников

 Было обследовано по четыре дерева каждого из 9 видов, произрастающих в поселке Торбеево (т.е. всего – 36 деревьев).

Таблица №2. Виды деревьев с эпифитными лихеноиндиикаторами.

4.3 Результаты исследования:

Эпифитные лишайники встречаются на всех 9 видах деревьев, произрастающих в поселке. Лихеноиндикаторов достаточно большое количество, они встречаются достаточно часто и находятся в хорошем неугнетенном состоянии (обнаружено всего лишь 8 деревьев, на которых вообще не было лишайников, и четыре дерева, на которых лишайников было очень мало, и они встречались отдельными экземплярами). Коэффициент встречаемости эпифитных лишайников составляет примерно 86,7 %, т.е. эпифитные лишайники встречаются очень часто.(Приложение 1)

Эпигейные лишайники, растущие на десяти исследованных площадках, очень часто встречаются и находятся в хорошем неугнетенном состоянии. Их проективное покрытие – площадь проекции наземных частей на поверхность почвы (мера использования пространства) – не опускается ниже 75 % (очень высокий показатель проективного покрытия). Среди эпигейных лишайников поселка были и кустистые, и листоватые, и накипные формы, что является показателем чистоты атмосферного воздуха.

Эпиксильные лишайники, растущие на 9 видах обследованных деревьев с возрастом оголения, не превышающим 6 лет, очень часто встречаются и находятся в неугнетенном состоянии. Они на всех деревьях занимают большую площадь оголенной части. Среди них есть кустистые и накипные формы, что говорит о чистоте воздуха. Коэффициент встречаемости эпиксильных лишайников равен 100 %, т.е. является максимальным.

Встреченные местообитания эпилитных лишайников относятся к скальным пространствам, то в описываемом выделе необходимо выбрать наиболее обычный по минеральному и лишайниковому составу участок  скальной поверхности. В случае неоднородности минерального состава скал или лишайникового покрова такого типа местообитаний, необходимо выбрать несколько участков. Если в описываемом сообществе присутствуют моренные остатки или объекты искусственного происхождения, то следует описать не менее пяти валунов или искусственных объектов с различным минеральным составом.

Эпилитные лишайники, растущие на обследованных мною 6 площадках, очень часто встречаются и находятся в хорошем состоянии. Они занимают большую площадь скальной поверхности. Среди них встречаются накипные и листоватые формы.

Для изучения уровня осведомленности обучающихся школы  №1 об экологической обстановке  в Торбеевском районе нами была разработана анкета (Приложение 2). Всего было опрошено 62 человека, которые являются учащимися 8-х и 9-х классов.

По результатам анкетирования была составлена диаграмма,  которая показала, что 39% опрошенных задумывались о степени загрязнённости воздуха в посёлке и считают экологическую ситуацию в целом благополучной;  38% опрошенных не задумывались об этом.

Диаграмма №1. Результаты анкетирования.

При этом, 67% опрошенных считают, что связь между уровнем заболеваемости и степенью загрязненности воздуха существует, а 27% не знают и 6% опрошенных не видят этой связи.

48% опрошенных ощущали на улицах поселка посторонние запахи.  

Только 8% опрошенных учащихся главной причиной загрязнения воздуха считают промышленные предприятия, 48% указывают на вред выхлопных газов автомобилей и 44% учащихся главной причиной загрязнения является хозяйственная деятельность населения.

Выводы.

1. В поселке встречаются некоторые виды лишайников, находящихся в хорошем неугнетенном состоянии, четырех групп – эпифитные, эпигейные, эпиксильные и эпилитные (отсутствуют эпифильные и амфибические), а также – среднечувствительные и высокочувствительные к атмосферным загрязнителям лишайники. Из этого следует, что экологическая обстановка в поселке Торбеево благоприятна, были найдены кустистые (самые нестойкие к загрязнению), листоватые и накипные лишайники.
2. В хорошем состоянии находится воздушная среда поселка, т.к. лишайники в первую очередь являются индикаторами чистоты воздуха.
3. Основными антропогенными загрязнителями поселка, индицирующимися лишайниками, являются угарный газ и масса пылевидных веществ, выбрасывающихся автомобильным транспортом. Но они не оказывают существенного влияния на экологическую обстановку в поселке, что видно по наличию и состоянию лишайников.
4.  Поселок Торбеево относится к нормальной зоне – территории. Атмосферный воздух поселка имеет высокую степень чистоты воздуха.
5. По результатам анкетирования, большинство опрошенных считают экологическую обстановку в районе благоприятной.
6. Предложены меры по улучшению качества окружающей среды (утилизация бытового мусора, введение штрафов за несанкционированные свалки, установка очистных сооружений на предприятиях, увеличение площади зеленых насаждений, организация субботников, сокращение личного автотранспорта).

5. Библиографический   список.

1. «Биология в школе». Научно – методический журнал (1996 г.). Издательство «Школа – Пресс».

2. «Биология в школе» (январь – февраль 1998 г.). Научно – методический журнал. Издательство «Школа – Пресс».

3. «Биология в школе». Научно – методический журнал (май – июнь 1998 г.). Издательство «Школа – Пресс».

4. «Биология в школе» (06. 2002 г.). Научно – методический журнал. Издательство «Школа – Пресс 1».

5. «Биология древесных и кустарниковых пород СССР». А.П. Шиманюк. Издательство «Просвещение» 1964 г.

6. «Курс низших растений». Издательство «Высшая школа» Москва 1981 г. М.В.  Горленко.

7. «Метод биологического анализа уровня загрязнения малых рек Волгоградской области (по организмам зообентоса)». Областной эколого – биологический центр учащихся. Волгоград 1996 г. Информационный центр «Волгоград – Экопресс».

8. «Методика описаний лишайниковых сообществ». Ассоциация «Экосистема». Москва 1996 г. М.В. Кравченко, А.С. Боголюбов.

9. «Экология» Словарь – справочник в двух томах. Издательство «Культура и традиции» 2002 г. Э.А. Гейвандов.

10. «Я познаю мир». Энциклопедия. Издательство «АСТ» Москва 1999 г.

Приложение 1.

Расчёт коэффициента встречаемости лишайников. 

R – коэффициент встречаемости лишайников

A – число деревьев, на которых отмечена группа (тип) лишайника

B - общее число обследованных деревьев

R = A / B · 100 %

Коэффициент встречаемости:

Менее 5 % - очень редко, 5 – 20 % - редко, 20 – 40 % - достаточно часто, 40 – 60 % - часто, 60 – 100 % - очень часто.

Приложение 2.

Анкетирование.

1.Задумывались ли вы о степени загрязненности воздуха в посёлке Торбеево?

А) да

Б) иногда

В) не задумывался (-ась)

2. Существует ли связь между уровнем заболеваемости и степенью загрязнённости воздуха?

А) да

Б) не знаю

В) нет, не существует

3. Ощущали ли Вы посторонние, неприятные запахи на улицах посёлка?

А) да

Б) иногда

В) нет

4. В чём причина загрязнений воздуха в посёлке Торбеево?

А) промышленные предприятия

Б) автомобильный транспорт

В) хозяйственная деятельность населения

5. Предложите меры по улучшению экологической обстановки в районе.

(свой ответ)