Лишайники являются индикаторами чистоты воздуха, поэтому по их количеству и видовому составу можно судить об экологической обстанове региона
Вложение | Размер |
---|---|
Лишайники как индикаторы окружающей среды | 527.05 КБ |
X Межрегиональная краеведческая конференция
«Историко-культурное и природное наследие Сибири»,
Посвященная деятельности Русского географического общества
Тема: «Лишайники как индикаторы окружающей среды»
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №12»,
г Байкальск, Слюдянский район, Иркутская область
Авторы:
Мордвинцев Андрей
учащийся 11-б класса,
Слепой Валентин
учащийся 9-а класса
Руководитель:
Кузнецова
Маргарита Викторовна
учитель МБОУ «СОШ № 12»
г. Байкальск, Иркутская область,
тел 89248249482
margo66_66@mail.ru
Оглавление:
Введение 2
Глава 1. Атмосферный воздух и его загрязнение 3-6
1. 1. Состав и значение атмосферного воздуха 3
1.2. Загрязнение воздуха и источники загрязнения 4
1.3. Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат 5
Глава 2. Лишайники и загрязненность воздуха. 6-8
2.1. Основные особенности строения лишайников 6
2.2. Лишайники и загрязненность воздуха 7
Глава 3. Практическая часть 8
Заключение 9
Список литературы и интернет-ресурсы 10
Приложения
Введение.
Актуальность исследования. Согласно закону РФ «Об охране окружающей природной среды» (2002), зеленые зоны городов и населенных пунктов относятся к особо охраняемым природным территориям. Растительность на улицах городов, поселков рассматривается, прежде всего, с точки зрения улучшения среды жизни человека, в гигиеническом и эстетическом отношениях, поскольку растения обогащают воздух кислородом, увлажняют и очищают его, способствуют снижению шума, влияют на микроклимат территории.
Известно, что основные экологические факторы в населенных пунктах, особенно в городах, существенно отличаются от тех, которые влияют на растения в общественной обстановке. Загрязнение воздуха, воды, почвы оказывает влияние на физиологические функции растений, их внешний облик, состояние, продолжительность жизни, генеративную сферу.
Так, вещества-токсиканты, адсорбирующиеся на клеточных оболочках, растений и лишайников, проникают внутрь клеток, нарушают метаболизм; в результате чего снижается фотосинтез, усиливается дыхание. Обычно признаки поражения растений токсикантами выражаются в некрозе края листа, побурении листьев и хвои, появлении уродств, отмирании. Пыль, оседающая на листья, действует как экран, снижающий доступ света и усиливающий поглощение тепловой радиации. Кроме того, возможна закупорка листьев пылевыми частицами. Загрязнение почвы и вод нефтепродуктами также вызывает различные степени повреждения растений - от отсутствия завязывания семян и отмирания отдельных органов до полной гибели [8].
Среди растений есть виды особенно чувствительные к загрязнению среды, это лишайники. Они распространены по всему земному шару и могут служить объектом мониторинга на всех уровнях: локальном (в конкретной местности), региональном (в обширном регионе), и глобальном (на всем земном шаре).
Лишайники высокочувствительны к загрязнению среды обитания. На них избирательно действуют, прежде всего, вещества, увеличивающие кислотность среды.
Известно, что основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются тепловая энергетика, промышленные предприятия и автомобильный транспорт.
В отходах промышленного предприятия, такого как байкальский целлюлозно-бумажный комбинат – сульфаты, хлориды, нитраты.
Поэтому проблема загрязнения окружающей среды является актуальной. А вопрос, как же изменяется экологическая ситуация города после закрытия БЦБК, определил выбор темы исследования.
Целью проводимого исследования явилось изучение степени загрязнения воздуха с помощью эпифитного лишайникового покрова деревьев в окрестностях города.
Объект исследования: лишайники.
Предмет исследования: лишайниковый покров деревьев окрестности города.
Теоретический анализ проблемы исследования позволил выдвинуть следующую основную гипотезу: экологическое состояние города, основным фактором загрязнения которого был БЦБК, является удовлетворительным и интенсивно изменяется.
В соответствии с целью и гипотезой исследования были поставлены следующие задачи:
Методологическая основа исследования. При проведении исследовательской работы я опирался на теоретические и методологические принципы отечественных биологов и экологов, в частности Акимовой Т.А. , Артамонова В.И., Куниной И.М. и других ученых.
Методы исследования. На различных этапах и при решении отдельных задач использовался теоретический анализ литературных источников, широкий набор методов сбора фактического материала, его обработка, математический анализ, наблюдение, беседа со специалистами байкальского Росгидрометеоцентра.
База и этапы исследования. Работа проводилась в окрестностях города Байкальска, в течение 3 лет (2014,2015,2016гг). И включала три этапа. Во время первого, подготовительного этапа, формировались блоки методик сбора эмпирических данных, уточнялось содержание сформулированной гипотезы и схема самого анализа. Второй этап - изучение и описание экосистемы, в которой проводится исследование. На третьем этапе - анализ материала и сравнительный мониторинг.
Обоснованность и достоверность результатов и выводов исследования обеспечивались исходными теоретическими положениями, использованием комплекса методик, адекватных предмету и задачам исследования, содержательным анализом выявленных фактов и закономерностей, а также применением методов математической статистики.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные материалы могут быть использованы для просветительской работы среди населения, школьников, а также дальнейшего изучения проблемы.
Глава 1. Атмосферный воздух и его загрязнение.
1. 1. Состав и значение атмосферного воздуха.
Ничто другое не является столь важным для жизни на Земле и в то же время так редко замечается, как окружающий нас атмосферный воздух. Из всех продуктов питания первым в «меню жизни» стоит воздух, потому что прожить без пищи человек может 5 недель, без воды 5 дней, а без воздуха - только 5 минут. А если учесть, что за сутки мы потребляем в среднем около 1 кг пищи, до 2,5 л воды и 12 кг воздуха, то станет очевидным, что чистый воздух -самый главный и незаменимый продукт.
Воздух - это смесь газов, составляющая земную атмосферу. Воздух бесцветен, прозрачен и невидим. Он не только окутывает Землю, но и содержится буквально во всем, что нас окружает.
У земной поверхности сухой воздух состоит по объему из 78,084 % азота, 20,946 % кислорода, 0,934 % аргона, 0,033 % углекислого газа, 0,003 % приходится на неон, гелий, метан, водород, озон, аммиак и др. Состав воздуха сохраняется до высоты 90 - 100 км.
Азот - один из главных элементов питания растений, обязательный компонент белков. Он играет огромную роль в повышении плодородия почвы, в синтезе протеинов, жизненно необходимых человеку и животным.
Углекислый газ потребляется зелеными растениями при фотосинтезе.
Кислород - наиболее важная составная часть воздуха, необходимая для дыхания организмов. Окисление кислородом органических веществ пищи - энергетическая основа жизнедеятельности. Кислород участвует не только в биохимических (физиологических), но и в геохимических процессах. Он способствует миграции элементов, образованию месторождений полезных ископаемых, поддерживает процессы горения.
Также в воздухе содержится озон, играющий важную роль в природе Земли. Слой озона удивительно тонок. Если бы этот газ сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы пленку лишь в 2 - 4 мм толщиной (минимум - в районе экватора, максимум - у полюсов. Однако и эта пленка надежно защищает нас, почти полностью поглощая опасное ультрафиолетовое излучение Солнца. Озон задерживает около 20 % инфракрасного излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы.
К сухому воздуху в переменных количествах примешивается водяной пар. Его содержание у земной поверхности в среднем составляет от 0,2 до 2,5 % общего объёма воздуха. С высотой количество водяного пара быстро падает. Выше 70- 80 км атмосфера практически сухая. В виде водяного пара в атмосфере постоянно содержится более 10000 млрд. тонн воды (то есть над каждым гектаром земной поверхности в воздухе находится около 200 тонн воды).
Водяные пары - временные «гости» атмосферы. Путешествуя с ветром, они охлаждаются и выпадают на Землю в виде осадков. Полное обновление водяного пара атмосферы происходит в среднем за 9 суток.
Во взвешенном состоянии в воздухе присутствуют твердые и жидкие примеси: пыль, сажа, ледяные кристаллики, капельки воды, микроорганизмы, пыльца растений.
1.2. Загрязнение воздуха и источники загрязнения.
Загрязнением воздуха называют привнесение новых, не характерных для него физических, химических и биологических агентов или повышение их содержания сверх допустимого санитарно-гигиенического уровня. Эти агенты делают воздух и атмосферу в целом частично или полностью непригодными для использования.
Самый чистый воздух находится над океаном. В деревнях и селах он содержит примесей в 10 раз больше, чем над океаном, над поселками и небольшими городами - в 35 раз, а над промышленными центрами примерно в 150 раз. Зона загрязненного воздуха над крупными городами простирается на высоту 1,5-2 км. Эта плотная шапка задерживает летом до 20 % солнечных лучей, а зимой, когда и так мало света, поглощает 50 % [11].
Всякое загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на его нейтрализацию. Хотя воздушный океан обладает способностью к самоочищению от загрязняющих веществ, но имеет определенные границы. Если они будут превышены, то самоочищение в атмосфере не приведет к полному рассеиванию и разложению примесей [5].
Различают естественные и искусственные (антропогенные) источники загрязнения воздуха (Приложение 1).
Естественное загрязнение воздуха происходит при извержении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах (возникших от удара молнии), выносе морских солей.
Искусственное загрязнение воздуха характерно главным образом для городов и районов с большим количеством промышленных предприятий, транспорта, отопительных систем. В последние десятилетия антропогенные факторы загрязнения воздуха стали превышать по масштабам естественные, приобретя глобальный характер.
Загрязненный воздух не знает расстояний и границ. Находясь в постоянном движении, при соответствующих метеорологических условиях он может нести загрязнители на значительные расстояния, даже с одного континента на другой.
По агрегатному состоянию все загрязняющие вещества подразделяются на твердые, жидкие и газообразные, причем последние составляют около 90 % от общей массы, выбрасываемые в атмосферу компонентов. Загрязнители атмосферного воздуха антропогенного происхождения являются наиболее опасными. Их количество достигает астрономических цифр. По данным учёных, в атмосферу ежегодно выбрасывается около 150 млн. тонн окиси серы, около 156 млн. тонн двуокиси серы, 60 млн. тонн окиси азота, около 300 тыс. тонн свинца и т,д. Только в 1990 г в мире было выброшено в атмосферу более 400 млн. тонн вредных примесей.
Загрязненный воздух отрицательно влияет не только на здоровье человека, животных и растений, но также на климат городов, работу некоторых промышленных предприятий, архитектурные сооружения, мраморные статуи и другие произведения искусства.
Большие объемы вредных выбросов в атмосферу вызывают целый ряд неблагоприятных последствий глобального масштаба.
1.3. Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат
7 июня 1954 г. был подписан приказ о назначении комиссии по выбору площадки для будущего предприятия, 17 апреля 1960 г. на берегу Байкала высадились первые строители, Байкальск основан в 1961 году как посёлок строителей Байкальского целлюлозно-бумажного комбината [4]
Во времена строительства БЦБК существовали планы создания в Байкальске мощного индустриального города с населением до 300 тысяч человек. Через пять лет, в 1966 году, когда БЦБК выдал первую продукцию, Байкальск получил статус города. БЦБК формировал 80 % доходов города.
Построили комбинат и выяснилось, что существующая технология и используемая сырьевая база не позволяют производить, как предполагалось, целлюлозу требуемого качества.
Протесты ученых и общественности против строительства БЦБК начались еще до высадки на берегу Байкала первого «трудового десанта». Сначала возражали против строительства, потом, когда на байкальском берегу нехорошо запахло, и всем стало ясно, что строительством комбината попросту совершен акт вандализма, призывали перепрофилировать, закрыть завод.
Пылегазовые выбросы Байкальского ЦБК распространялись вдоль побережья Байкала до 160 км к северо-востоку, попадая на территорию Байкальского заповедника, до 40 - 50 км и более к западу, достигая г. Слюдянки и поселка Култук. Поднимаясь на 1500 - 1800 метров вверх, выбросы распространялись по склонам хребта Хамар-Дабан и в долинам рек, достигая верхней границы леса, а также по акватории Байкала, охватывая площадь более 2000 кв. км. На площади около 600 кв. км, подверженной влиянию пылегазовых выбросов БЦБК, и в настоящее время, отмечается суховершинность деревьев, а на площади 160 кв. км - усыхание леса.
Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат, ежедневно сбрасывал в Байкал 120000 кубометров сточных вод, содержащих значительные концентрации взвешенных веществ, хлорорганических соединений, нитратов, фосфатов, фенолов, сульфатов, серосодержащих веществ, производных лигнина, тяжелых металлов и т.д. Объемы атмосферных выбросов превышали 30000 тонн в год. В шламонакопителях БЦБК накоплены миллионы кубометров твердых токсичных отходов.
В 1994 году со сточными водами Байкальского ЦБК в озеро попало загрязняющих веществ (в тоннах): легкоокисляемых органических соединений - 538, сульфатов - 9535, хлоридов - 6171, фосфора - 0.41, азота аммонийного - 17.4, фенолов - 0.97, нитритов - 32, ртути - 0.02, алюминия - 3.5, сероорганических веществ - 5, метанола - 0.06, нитратов - 0.04, скипидара - 4, формальдегида - 2.4, фурфурола - 2.3, лигнина - 54. Простейший подсчет показывает, что диоксинов, которые сбросил в Байкал комбинат за время своей работы, хватило бы чтобы отравить все население Земли [13].
В 2008 году работа предприятия была приостановлена по решению Арбитражного суда Иркутской области. А в 2013 году БЦБК полностью прекратил свою деятельность [12].
Глава 2. Лишайники и загрязненность воздуха.
2.1. Основные особенности строения лишайников.
Лишайники (Lichenes), широко распространенная группа симбиотических организмов, обычно растущих на камнях или древесных стволах, реже на почве и получающих необходимую им для жизни влагу из атмосферы [7].
Лишайники представляют собой симбиотическую ассоциацию фотосинтезирующего организма, или фотобионта (водоросли или цианобактерии), и гриба (микобионта), в которой либо оба партнера получают от совместного существования пользу (мутуализм), либо гриб в основном использует водоросль (контролируемый паразитизм). Как правило, грибной мицелий служит для водоросли защитной оболочкой, предохраняющей ее от высыхания, и в то же время позволяющей ей беспрепятственно получать необходимые для фотосинтеза воду и углекислый газ. Сам гриб, не способный синтезировать органические вещества, питается продуктами ассимиляции водоросли. Воду лишайники поглощают всей поверхностью тела из атмосферных осадков и водяных паров. Источником питательных веществ является субстрат и атмосферная пыль, оседающая на поверхности лишайников. В зависимости от внешнего вида слоевища различают накипные, листоватые и кустистые лишайники [3].
Накипные лишайники имеют вид корочки. Они растут на поверхности почвы, горных пород, на коре деревьев и кустарников.
У листоватых лишайников слоевище расслоено на множество мелких лопастей. На нижней поверхности этих лишайников имеются особые органы, с помощью которых они прикрепляются к поверхности, - ризины. В отличие от накипных у листоватых видов в слоевище имеется четкая дифференциация слоев.
У кустистых лишайников слоевище наиболее высоко организовано. Оно имеет вид прямостоячего или повисающего кустика, реже неразветвленных прямостоящих выростов. Вертикальный рост слоевища позволяет им лучше использовать свет для фотосинтеза [11].
По внутреннему строению более примитивным считается слоевище с беспорядочно переплетенными грифами гриба, среди которых разбросаны отдельные клетки водорослей.
Лишайники способны переносить длительное высушивание. Устойчивость к высушиванию и низкой температуре позволяет им переносить периоды резкого изменения условий существования и возвращаться к жизнедеятельности даже при низкой температуре, незначительном содержании углекислого газа, при которых другие растения погибают [6].
Скорость роста лишайников невелика и зависит от температуры, количества осадков, влажности воздуха и т.д. Самые медленно растущие лишайники - накипные (прирост меньше 1 мм в год), а у некоторых быстро растущих годовой прирост составляет 1-3 см. Продолжительность жизни лишайников достигает 50-100 и даже 4000 лет [10].
2.2.Лишайники и загрязненность воздуха.
Лишайники по-разному реагируют на загрязненность воздуха: большая часть из них не выносят даже малейшего загрязнения и погибают; другие, могут жить и в городах, и прочих населенных пунктах, хорошо приспособившись к соответствующим антропогенным условиям (Листоватые формы Physcia). [1] Изучив это свойство лишайников, можно использовать их для общей оценки степени загрязненности окружающей среды, особенно атмосферного воздуха. На этой основе стало развиваться особое направление индикационной экологии - лихеноиндикация.
В течение последних десятилетий было показано, что из компонентов загрязненного воздуха на лишайники самое отрицательное влияние оказывает двуокись серы. Как правило, это недоокисленные формы, которые под действием, содержащегося в воздухе водяного пара, повышают степень окисления, образуя сульфаты или даже кислоты. Под действием соединений серы разрушаются пластиды, уменьшается проницаемость мембран.[8] Сухие вершины сосен, обесцвеченная листва, бурые пятна, осыпающаяся хвоя, вот признаки избыточного содержания соединений серы. Кроме того, данные соединения попадают в почву, что увеличивает кислотность почвы и воды. [5] Изменяется биохимическая структура почвы, что приводит к гибели растений. Под воздействием кислотных дождей, происходит вымывание из растений неорганических веществ, таких как калий, магний, марганец, кальций. Кроме того, вымываются и органические вещества: сахара, аминокислоты, витамины. Всё это приводит к изменению метаболизма в растениях и их гибели. Особенно это касается растений, которые чувствительны к изменению состава воздуха и почвы, это лишайникам, они погибают даже при следах присутствия данных веществ
Глава 3. Практическая часть.
Исследование проводилось в окрестностях города Байкальска Иркутской области, на протяжении 3 лет. Для изучения оценки загрязнения воздуха с помощью лишайников (Приложение 2) проводили исследовательскую полевую экспедицию весной и осенью 2014, 2015, 2016 гг, для чего мы выбрали 3 небольших участка смешанного леса (100x100 см): один - на побережье Байкала с западной стороны завода, второй в городской черте, третий - в 100 метрах от завода с восточной стороны Байкала (Приложение 4). На каждой площадке мы рассматривали 10 отдельно стоящих, старых, но здоровых деревьев. На каждом дереве мы подсчитывали количество лишайников. Провели оценку степени покрытия древесного ствола. Для этого на высоте 30 -150 см на наиболее заросшую лишайниками часть коры наложили рамку и подсчитали количество лишайников. Полученные результаты записали в таблицы. Изучили и построили розу ветров, преобладающих на данной территории. Ветер северо-западный, то есть завод построен так, чтобы воздушные массы уносили заводские отходы от города (Приложение 5). По результатам исследований (Приложение 3), мы видим, что на участке №1, расположенном близ Комбината с восточной стороны и в черте города, участок №2, встречается минимальное количество, в среднем по 1-2 лишайника на одно дерево. На другом участке (западнее от комбината, возле Байкала, №3), мы обнаружили, что все десять деревьев, взятых для обследования, имеют лишайниковое покрытие и в среднем на одно дерево приходится 5-6 лишайников. На исследуемой территории наибольшее число накипных форм лишайников, но встречаются листоватые и кустистые лишайники. За полгода новых лишайников не появилось, лишь произошло разрастание прежних лишайников. Проводя исследования в 2016 году, на участках №1 – единичное появление лишайников, №3 наблюдается увеличение численности, а также видовое разнообразие лишайников. Что свидетельствует об улучшении обстановки. Но на участке №2 резких изменений не обнаружено.
По данным Байкальской Росгосметеослужбы, содержание хлора и сероводорода в 2015 году в воздухе не обнаружено. В районе сброса воды в Байкал с каждым годом уменьшается количество сульфат-ионов. Средние показатели и ПДК (предельно допустимые нормы) по сульфат-ионам, ионам хлора и фенолам, не превышает нормы. Общая минерализация воды в Байкале не превышает средних многолетних значений (примерно 100 единиц), в то время, как во времена работы БЦБК, данные показатели были выше 100.
Сопоставляя данные результатов исследования степени покрытия деревьев лишайниками и данными Байкальского РГМС, можно сделать следующие выводы: лишайники очень чувствительны к загрязнению воздуха. На участке № 1, расположенного возле БЦБК с восточной стороны, наименьшее количество лишайников, на сегодняшний день, спустя 3 года после останова завода наблюдается начальное возобновление. Но как быстро будет проходить этот процесс вопрос времени и следующий период изучения темы.
Заключение.
Таким образом, изучив литературу, количественный состав лишайников и, ознакомившись с данными статистики Байкальского ГМЦ, можно прийти к выводу, что экологическое состояние города Байкальска в связи с закрытием БЦБК улучшается.
Экологическая проблема является в настоящее время одной из центральных проблем мирового масштаба. Для решения этой сложной экологической проблемы во многих странах мира проводятся мероприятия по снижению загрязнения атмосферного воздуха, а именно, улучшение качества топлива, замена двигателей внутреннего сгорания на экологически чистые (газотурбинные, электромобили), внедрение нейтрализаторов, получение альтернативных видов жидкого топлива и др.
Я считаю, что данные мероприятия следует активнее включать в жизнь нашего общества, а для этого проводить просветительскую работу не только среди взрослого населения, но и школьников, используя результаты и моего исследования.
Кроме того, можно выделить следующие общие закономерности:
Таким образом, моя гипотеза: экологическое состояние города Байкальска, основным фактором загрязнения которого был БЦБК, является удовлетворительным и интенсивно изменяется, подтвердилась.
Список литературы и интернет-ресурсы:
Приложение 1.
Приложение 2. Методика изучения качества оценки степени загрязнения воздуха с помощью лишайников.
Рамка 10 х 10 см
6. Полученные данные занести в таблицу.
Приложение 3. Таблица количественного состава лишайников по годам
Участок, № | Год | |||||
2014 | 2015 | 2016 | ||||
1 | 12 | 15 | 13 | 17 | 18 | 18 |
2 | 14 | 14 | 13 | 13 | 14 | 13 |
3 | 37 | 39 | 42 | 45 | 49 | 52 |
Приложение №4. Схема расположения участков
Приложение №5. Роза ветров г. Байкальска
с-з с
з в
Ю
Приложение 6. Лишайники с участка №3
Как зима кончилась
5 зимних аудиосказок
И тут появился изобретатель
Ломтик арбуза. Рисуем акварелью
Сочинение