Исследовательская работа "Биоиндикация воздуха"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Алгасовская  средняя общеобразовательная школа

Моршанского района

Исследовательская работа на тему:

«Биоиндикация воздуха»

Автор:

Ерилина Екатерина Александровна,

учащаяся 10 класса

Руководитель:

Щипцова Ирина Ивановна,

учитель биологии

Алгасово, 2015 г.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………….стр.2

Литературный обзор………………………………………………………………………стр.4

Физико - географическая характеристика района исследования…………………..стр.6

Методика работы  (исследования)………………………………………………………стр.6

Результаты исследований……………………………………………………………...…стр.7

Выводы и прогноз…………………………………………………………………………стр.8

Использованная литература……………………………………………………………..стр.9

Приложения   ……………………………………………………………………………..стр.10

План с.Алгасова………………………………………………………………………….стр.17

«До сих пор, пока люди не поймут,

   почему они должны защищать экосистемы…

 они не будут делать этого»

Из Всемирной стратегии охраны природы.

Введение

В соответствии с Конституцией Российской Федерации каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, каждый обязан сохранять природу и окружающую среду, бережно относиться к природным богатствам, которые являются основой устойчивого развития, жизни и деятельности народов, проживающих на территории Российской Федерации.

20 декабря  2001 года был принят №7-ФЗ «Об охране окружающей среды» (с изменениями от 22 августа, 29 декабря 2004 г., 9 мая, 31 декабря 2005 г.), который определяет правовые основы государственной политики в области охраны окружающей среды, обеспечивающие сбалансированное решение социально-экономических задач, сохранение благоприятной окружающей среды, биологического разнообразия и природных ресурсов в целях удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений, укрепления правопорядка в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности.

Объектами охраны окружающей среды от загрязнения, истощения, деградации, порчи, уничтожения и иного негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности являются:

-земли, недра, почвы;

-поверхностные и подземные воды;

-леса и иная растительность, животные и другие организмы и их генетический фонд;

-атмосферный воздух, озоновый слой атмосферы и околоземное космическое пространство.

Здоровье человека напрямую зависит от окружающей среды, и в первую очередь от воздуха, которым он дышит. Качество воздуха влияет на жизнедеятельность человеческого организма, его работоспособность и общее самочувствие. Недаром,  экологии,  в частности проблеме чистого воздуха, уделяется так много внимания.  В наше время, развитого технического прогресса, всё больше и больше загрязняется окружающая среда, уничтожаются леса – наибольший источник чистого воздуха. А что можно говорить о городах... Чем больше город, тем грязнее в нём воздух. И наоборот, чем дальше живёт человек от городских улиц, тем здоровее он выглядит. Давно известный факт, что долгожителей больше всего наблюдается в горной местности, и в первую очередь это зависит от чистоты воздуха. А средняя продолжительность жизни выше в тех странах, где эта проблема рассматривается на государственном уровне, и соответственно ей уделяется больше внимания, начиная от финансирования и заканчивая всевозможной государственной поддержкой.

Значение чистого воздуха трудно переоценить, от него зависит вся жизнь на планете, начиная от растений и животных и заканчивая человечеством. 

Плохой воздух приносит большой вред в первую очередь детям, так как детский организм только начинает приспосабливаться к окружающей среде, формируется иммунная и защитная системы организма, так же большой опасности подвергаются люди, страдающие болезнями дыхательных путей, астмой и различными видами аллергии.

      Актуальность исследования экологических проблем села Алгасово определяется следующими обстоятельствами:

-во-первых, необходимостью защиты природы от надвигающейся экологической опасности,  т.е. возрастающего загрязнения окружающей среды выхлопными газами. С каждым годом количество автотранспорта в селе увеличивается, также рядом расположены две газокомпрессорные станции КС-17 и КС-27. В трёх километрах от села проходит автотрасса

-во-вторых, необходимостью формирования и развития научного экологического сознания людей, внедрения экологических знаний в общественную практику, во все сферы общественной жизни.

-в третьих, атлас видов лишайников мог бы пригодиться как дидактический материал при изучении темы «Лишайники» в школьном курсе.

Экологические проблемы, проблемы взаимоотношения людей с природой, существовали всегда, на всём протяжении истории человеческого общества. Среди разнообразных актуальных тем общей экологии особое место занимает теория и практика оценки состояния окружающей среды методом биоиндикации. Я решила изучить подробнее данный метод.  

   Цель исследования - оценка качества воздушной среды, изучение лихенофлоры  села Алгасова.

Для достижения цели необходимо выполнение следующих задач:

1. Изучить литературу о лишайниках.
2. Определить видовой состав лишайников, экологические группы и степень покрытия стволов деревьев лишайниками.
3. Согласно методике  определить качество воздушной среды.
4. Проанализировать результат исследования.  

Гипотеза: главным ограничивающим фактором для постоянного поселения большинства лишайников, а затем их дальнейшего нормального развития является атмосферное загрязнение. Чем сильнее загрязнен воздух, тем меньше встречается видов лишайников, тем меньшую площадь покрывают они на стволах деревьев и других субстратах и тем ниже их жизнеспособность.

Объект нашего исследования – территория села на трёх площадках.  

Предмет – изучение загрязнения территории методом биоиндикации.

Теоретическая значимость работы определяется тем, что в ней на основе биологического анализа лишайников обосновывается преимущество использования данного растения в мониторинге загрязнения воздушной среды.

Практическая значимость работы обусловлена возможностью использования полученных результатов на уроках биологии в процессе изучения симбиотических организмов.

Методы исследования

В работе были использованы такие методы исследования, как анализ литературы, сравнительный и сопоставительный анализ, изучение видового разнообразия при полевом и экспериментальном наблюдении, проводимом с учетом различных показателей и признаков (присутствие-отсутствие видов, покрытие, размеры слоевища, жизненность, плодоношение, вегетативное размножение).

Литературный обзор

Биоиндикация – это оценка состояния окружающей среды по реакции живых организмов. Одним из перспективных объектов биоиндикации являются лишайники.

Цель наблюдений за качеством среды – это не только ее оценка, но долговременный мониторинг и прогноз. Растения, используемые для биологической индикации состояния окружающей среды, должны быть не слишком чувствительны, и в то же время не слишком устойчивыми к загрязнению, иметь продолжительный жизненный цикл и повсеместное распространение. В настоящее время эти организмы считаются живыми показателями качества окружающей среды. А сам метод использования лишайников в качестве биоиндикаторов получил название лихеноиндикации. В лесу лишайников много, в населенных пунктах (крупных), вблизи дороги – хилые маленькие пятнышки лишайников.

Лишайники – древняя группа, имеющая по самым скромным подсчетам 200 млн. лет эволюционного развития. И вся их эволюция была направлена на взаимное приспособление гриба и водоросли. В то же время они плохо приспособлены к различным проявлениям антропогенного воздействия. Именно поэтому они могут быть использованы для определения степени воздействия человека на биоценоз.

В чем причина повышенной чувствительности этих организмов к составу атмосферы? У лишайников отсутствует непроницаемая кутикула, и газообмен происходит свободно, через всю поверхность. Также всей поверхностью лишайники впитывают дождевую воду, где концентрируется много токсичных газов. Эти организмы сохраняют способность к росту при температуре чуть ниже 00 С. Но их первый враг – загрязненный воздух. При изучении лишайников многих городов были обнаружены общие закономерности: при повышении степени загрязненности воздуха первым исчезают кустистые лишайники, за ними листоватые и последними накипные.

В сильно загрязненном воздухе лишайники почти совсем отсутствуют – «лишайниковая пустыня»; средняя загрязненность воздуха – «зона соревнования» – флора лишайников бедна, виды с пониженной жизнеспособностью; «нормальная зона» - окраины, где встречаются многие виды лишайников. (А.А.Федоров, 1977 год).

Свидетельство загрязненности воздуха – это не только отсутствие лишайников, но и их внешний вид. Слоевища угнетенных лишайников обильно покрыты соредиями – маленькими шаровидными тельцами. (Е.В.Титов, 1998 год).

В настоящее время не вызывает сомнения тот факт, что хозяйственная деятельность человека оказывает необратимое воздействие на окружающую среду. Современная экологическая ситуация, т. е. вся система отношений между обществом и природной средой характеризуется резким усилением антропогенного воздействия на природу. Всё это ведёт к неуклонному обеднению природных ресурсов и удручающему загрязнению природной биосферы, что нарушает сложившиеся в биосфере связи, отношения, круговороты, подрывает здоровье людей, а зачастую приводит их к гибели.
Развитие промышленности в конце второго тысячелетия существенно изменило состав биосферы Земли. Благодаря существованию биосферы сформировался современный газовый режим атмосферы Земли. Именно воздушный бассейн является основной средой обитания человека. Его качественные характеристики непосредственно воздействуют на организм человека. И одна из наиболее острых проблем – рост загрязнения атмосферы. Загрязнения атмосферы многообразны и опасны для жизни человека, животных и растений, а также для нормально функционирования техники. Заботясь о чистоте атмосферного воздуха, необходимого в первую очередь обратить внимание на выбросы от автотранспорта, на долю которых приходится 76% от общего количества загрязняющих веществ. Количество выбросов вредных веществ растет пропорционально росту количества автотранспорта. Современные промышленные предприятия и транспорт потребляют большое количество кислорода из атмосферы и выбрасывают в неё химические соединения, которые в естественных условиях в природе не встречаются. Человек ввёл в планетарный круговорот веществ (биогеохимические циклы по В. И. Вернадскому) сотни чуждых природе химических соединений, которые трудно перерабатываются биогеоценозами. Сокращение видового разнообразия биогеоценозов (вырубка естественных лесов и создание монокультурных посадок, полная распашка степных биоценозов и создание монокультурных агроценозов), существенно снижает интенсивность протекция биогеохимических циклов.

В настоящее время проводятся различные исследования по определению чистоты воздуха. В данной работе сделана попытка определить чистоту воздуха по лишайникам. Из всех экологических групп лишайников наибольшей чувствительностью обладают лишайники-эпифиты, т.е. лишайники, обитающие на коре деревьев, являются организмами, чувствительными к изменению  содержания в воздухе ряда химических элементов и соединений, входящих в состав выбросов большинства промышленных производств.

Изучение литературы по лихенологии доказало, что лишайники это растительные организмы, которые можно использовать в качестве индикаторов загрязнения воздуха. Это связано с особенностями их симбиотического строения. Они не выделяют в окружающую их среду поглощенные токсические вещества, поэтому по физиологическим изменениям и другим нарушениям мы можем судить о чистоте окружающей среды. Теоретические выводы дали нам возможность предположить, что ограничивающим фактором жизнедеятельности лишайников является загрязнение атмосферы.

Физико - географическая характеристика района исследования

Все исследования проводились на территории села Алгасова Моршанского района Тамбовской области. Оно расположено на северо-западе области. С севера на юг Алгасово протянулось на 15 км, с  запада на восток на 40 км. Село занимает выгодное положение по отношению к основным транспортным путям и административно-хозяйственным поселениям. Оно расположено в трех километрах от дороги Тамбов-Москва государственного значения, в 28 км от города Моршанска, в 120 км от областного центра г. Тамбова. Рельеф изучаемой территории равнинный, изредка сочетаются мягковолнистые водоразделы с равнинными долинами в сопряжении с балками и оврагами.

Село располагает  богатыми ресурсами леса. От населенного пункта лес находится недалеко, на расстоянии 0,5-2,5 км. Древесный состав пород представлен 1050 га. Территория Алгасова представлена выщелоченными чернозёмами.

Алгасово бедно полезными ископаемыми. Среди разрабатываемых полезных ископаемых следует отметить лишь наличие строительных песков. Запасы их составляют 3,5 тыс. м в кубе. На территории села протекают реки Вопша и Островка.  Данные реки относятся к малым рекам. Длина реки Вопша 25 км, берет начало в Рязанской области и впадает в реку Серп, левый приток Цны. Река Островка—26 км, при слиянии с рекой Разазовкой образует реку Серп. Подземные воды представлены здесь грунтовыми и межпластовыми. Их добывают бурением и через глубокие скважины поднимают на поверхность насосами.

Методика работы  (исследования)

Качественная оценка загрязнения воздуха с помощью лишайников (лихеноиндикация)

Выполнение работы.

1. Выбрала район, в котором будут проводиться наблюдения.

2. Составила карту района.

3. Отметила на карте близлежащие предприятия, дороги с интенсивным движением транспорта.

4. Разбила выбранную территорию на квадраты.

5. В каждом квадрате выбрала 10 отдельно стоящих старых, но здоровых, растущих вертикально деревьев.

6. Все обнаруженные виды разделила на 3 группы: кустистые, листоватые, накипные.

7. Оценку степени покрытия древесного ствола проводила на высоте 30-150 см. Для этого на наиболее заросшую лишайниками часть коры накладывала рамку. Подсчитывала, какой процент общей площади рамки занимают лишайники. (С.В.Алексеев, 1996 год).

8. Полученные результаты занесла в таблицы. (Приложение 1).

Количественные исследования на пробных площадках проводились с использованием 5-бальной комбинированной шкалы покрытия встречаемости:

1. вид встречается очень редко и с очень низким покрытием,
2. редко или с низким покрытием,
3. редко или со средним покрытием на некоторых стволах,
4. часто или с высоким покрытием на некоторых стволах,
5. очень часто и с очень высоким покрытием на большинстве стволов.

Кроме того, на территории пробных площадок приводилась характеристика повреждения талломов лишайников с использованием шкалы витальности (классы витальности эпифитных лишайников):

1. Нормальные

2. Слегка поврежденные

3. Средне поврежденные

4. Сильно поврежденные

5. Мертвые.

В качестве индикаторных видов выбрала  виды различной чувствительности к загрязнению, причем такие, повреждения которых хорошо видны (различные виды рода Parmelia, Hypogymnia, Physcia). Повреждения появляются  в виде некротических пятен.

Результаты исследований

     1.Описание природных сообществ 

           Сбор полевого материала производился в трех природных сообществах: автодорога, река, самый густозаселенный район села – центр села (приложение 2).

2.Видовой         состав лишайников и их характеристика (приложение 3).

Все лишайники, встречающиеся на территории Алгасова, относятся к самому многочисленному классу лишайников – сумчатых (приложение 4).

Эпифитные лишайники на коре деревьев очень многочисленны. Нередко они сплошь покрывают ствол дерева на большом протяжении. Мои наблюдения на территории села Алгасова показывают, что на отдельных породах деревьев часто встречаются определенные группировки лишайников:

на клене, яблоне, тополе  – ксантория настенная;

на березе  – пармелиопсис бледнеющий;

на осине – фисция апполия.

Для преобладающего расселения того или иного вида лишайников имеет значение строение коры. Приуроченность лишайников к определенным древесным породам зависит от климатических условий, в которых произрастает данная порода.

Распространено мнение, что эпифитные лишайники поселяются на старых, ослабленных деревьях. В ряде случаев это так, однако, лишайники часто растут и на молодых, хорошо развитых деревьях и кустарниках. Расселение лишайников на стволе зависит в основном от освещенности. Лишайники, приспособленные к существованию при малой освещенности, поселяются ближе к основанию ствола, а светолюбивые поднимаются по стволу. На основании ствола лишайники конкурируют со мхами.

3. Биоиндикация среды по лишайникам

Таблица № 1

Таблица № 2

Такие таблицы выполнены для 3  участков.

Наличие листоватых и накипных лишайников говорит о слабом загрязнении воздуха территории. Деревья со стороны автодороги имеют меньшую степень покрытия древесного ствола лишайниками (клён -30%, ива-36%). Воздух в этом районе недостаточно чист. Самый чистый воздух в районе реки.

Выводы и прогноз

Для подтверждения гипотезы и уточнения полученных выводов я провела практическое исследование. Время проведения: август-октябрь 2015 г.

В результате практического исследования я пришла к следующим выводам:

1. Чем сильнее загрязнен воздух на определенной территории, тем меньше на ней встречаются различные виды лишайников, тем меньшую площадь покрывают они на стволах деревьев и других субстратах и тем ниже их жизнеспособность.

2. С увеличением загрязнения резко уменьшаются размеры лишайников. На загрязненных участках средний диаметр не превышает 50 мкм.

3. На территории автодороги не встречаются совсем кустистые лишайники, редко - листоватые, чаще - накипные. Большая часть лишайников находится в угнетенном и деформированном состоянии. Степень загрязнения атмосферного воздуха по состоянию лишайников около автодороги средняя.

4. На территории реки встречаются листовые и лишайники, причем их состояние отличное: они крупные. Воздух здесь чист.

5. При повышении степени загрязненности воздуха первыми исчезают кустистые лишайники, за ними листоватые, и последними накипные.

Таким образом, разные стадии загрязненности атмосферного воздуха могут быть оценены по видовому составу лишайников, изменению проективного покрытия видов, по морфологическому состоянию лишайников.

Атмосферный воздух территории автодороги имеет среднее загрязнение. На окраинах воздух становится чище, а село Алгасово является экологически чистым уголком природы.

По результатам лихеноиндикационных исследований я планирую провести картографирование территории, используя видовую оценку, лихеноиндикационные индексы, которые позволяют оценить степень загрязненности воздуха территории села и его окрестностей. Начальный этап – сбор данных о зеленых насаждениях, количественном и видовом составе уже начался.

Использованная литература

1. Жизнь растений. А.А.Федоров, т.3, М. «Просвещение», 1977 г.
2. Практикум по экологии. С.В.Алексеев, изд.АОМДС. 1996 г.
3. Ботаника. В.Г.Хржановский, М. «Выс шая школа», 1975 г.
4. Биоиндикация и биомониторинг, М. «Наука», 1991 г.
5. Проблемы экологического мониторинга. Х.Х.Трасс, М., 1985 г.
6. http://www.ecosystema.ru/08nature/lich/index.htm
7. http://www.coolreferat.com
8. http://li.ucoz.ru/publ/ucheniku/okhrana_vozdukha/16-1-0-28

Приложение 1

Итоговая  таблица №3 (лихеноиндикация)

Условные обозначения.

1.Цент села Алгасова.

2.Река Вопша.

3.Автодорога.