«Биоиндикация загрязнения воздуха по комплексу признаков сосны обыкновенной»

АДМИНИСТРАЦИЯ СОЛНЕЧНОГОРСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА

МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

     Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Ржавская средняя общеобразовательная школа

      141552 Московская область,                        Солнечногорский район Р.п.Ржавки  стр.6

      e-mail: rzhavskaya.shkola@mail.ru                                                                8(495)546-00-73                 

Муниципальная научно-практическая конференция «Первые шаги в науку»

Исследовательская  работа:

«Биоиндикация загрязнения воздуха

по комплексу признаков

сосны обыкновенной»

 Над проектом работали :

                                                                                                  Чачоян Рита                                                                                                

                                                                                                                        ( ученица 10 класса)

  Руководитель проекта:  

Ивина Ольга Юрьевна

                                                                                                                  учитель химии и биологии

                                                             2018 г.

Введение.

Атмосферный воздух занимает особое положение среди других компонентов биосферы. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить. Человек может находиться без пищи пять недель, без воды – пять дней, а без воздуха всего лишь несколько минут. При этом воздух должен иметь определённую чистоту и любое отклонение от нормы опасно для здоровья. Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем различными способами – от прямой и немедленной угрозы до медленного и постоянного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Вот почему охрана атмосферного воздуха – ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды. Поэтому считаем, что выбранная нами тема исследования по изучению загрязнений атмосферного воздуха методом биоиндикации является актуальной.

Одним из факторов, влияющих на состояние окружающей среды в п. Ржавки является воздействие транспорта( 1 км от Ленинградского шоссе ) и работа местной котельной системы.

Для работы подобрали участки сосновых насаждений, располагающиеся как в условиях сильного загрязнения(п.Ржавки, школьная территория ), так и на мало загрязняемой территории более удаленной от источника выбросов в атмосферу (Тверская область,3 км от г. Конаково ).

Работа состоит из теоретической и практической части. В теоретической мы изучали, систематизировали и обобщали материал по интересующим нас вопросам, а в практической части проводили  исследовательский эксперимент.

Данная исследовательская работа                            начата      2 мая 2017года  

                                                                               окончена  29 октября 2017г 

1

Цель работы:       охрана окружающей  среды       

 Задачи:

• Изучить литературу о влиянии опасных веществ на здоровье человека
• Выявить источники загрязнения и определить состояние хвои сосны, используя биоиндикацию, как метод экологического мониторинга.
• Наметить пути экологического улучшения  п. Ржавки.

2

Теоретическая часть.

Биоэкологические особенности сосны обыкновенной

(Pinus sylvestris)

При благоприятных условиях сосна может жить 350-400 лет, но в среднем живет лет 150-200. Очень светолюбива, так любит свет, что ни одна веточка не переносит его недостатка, потому и отмирают у сосен, растущих в лесу, нижние ветви, обнажая янтарный ствол. Возраст сосны можно примерно определить  по следам опавших мутовок. К почве сосна не требовательна, растет  и на песках, и в заболоченных местах, не переносит только засоленности. А вот в загазованном воздухе она сильно страдает: начинает отмирать крупные ветви, а потом и верхушка, и дерево медленно умирает.

Сосна может служить индикатором загрязнения атмосферы.

Сосны пылят, а вот сказать цветут – неправильно с биологической точки зрения: сосна не относится к цветковым растениям, нет у нее цветков. Но здесь какая-то лингвистическая неувязка «пылящая» сосна ассоциируется с пылью, а сосны  так прекрасны в это время! Надо бы объявить конкурс на лучшее название сосны в ее свадебную пору. Биоэнергетики утверждают, что сосна обладает удивительно большим запасом положительной энергии и способна напитать ею человека. Для этого надо прислониться к дереву спиной, обнять ствол руками, постоять так пару минут – и придет ощущение прилива жизненных сил.

А не замечали ли вы, что в сосновом бору легче дышится?

Это еще одно интересное и полезное свойство сосны – способность очищать воздух от вредных бактерий. Так это или нет, а вот от микробов нас сосны точно защищают. Сосна- один из рекордсменов в растительном  мире по количеству выделяемых фитонцидов- веществ, губительных для многих микроорганизмов.

3

Ученые установили, что в воздухе соснового леса в 10  раз меньше бактерий, чем, например, в березовом лесу. Поэтому в сосновых борах устраивают лесные школы, пионерские лагеря, санатории.

Хвойные деревья приносят пользу – их смола и прочная древесина широко применяются в разных областях промышленности и хозяйства. А из хвои только одной сосны можно получить столько полезных витаминов, что их хватит человеку

на целый год.Род сосны включает около 100 видов произрастающих в странах

умеренного пояса, а также  горах южных широт. На территории бывшего СССР имеется более 10 видов сосен. Этот род подразделяют им два подрода: двухвойные сосны с крылатыми семенами и  кедровые, с бескрылыми семенами. Подрод двухвониых включает сосны: обыкновенную, эльдарскую, пицундскую и др., подрод пятихвойных - кедр сибирский, сосну корейскую, кедровый стланик, сосну веймутову.

Самый распространенный вид сосны, произрастающий в России, сосна обыкновенная. Общими для этого вида чертами являются: парное расположение хвои на укороченных побегах, плоско-выпуклая форма хвоинок в поперечном разрезе, крепкие деревянистые шишки с характерно утолщенными концами чешуек, полуторагодичный период их созревания, своеобразное сочетание семени с крылом. Эти и другие признаки характерны для всех сосен, произрастающих в различных частях ее обширного ареала.Сосна обыкновенная - дерево первой величины. Ее ствол в насаждениях прямой, как правило, высоко очищен от сучьев. Деревья, выращенные на свободе и опушках леса, имеют меньшую высоту, с низко расположенной кроной. В молодости крона у таких деревьев конусовидная, позже становится округленной и зонтиковидной, более плоской. Это объясняется тем, что с 40-50 лет рост осевого побега деревьев растущих на свободе,

4

значительно замедляется, а со 100-125 лет - прекращается. Прирост боковых побегов замедляется, и вследствие этого крона приобретает округлую или зонтиковидную форму. Кора в различных частях дерева отличается по цвету и толщине. Нижняя часть дерева покрыта глубокобороздчатой, краснобурой корой. Верхняя часть ствола и крупные ветви - тонкой оранжевой отслаивающейся пленкой, а молодые сосны и тонкие ветви - гладкой серо-зеленей корой.В Забайкалье и других районах Восточной Сибири с более сухим климатом, где могут возникнуть лесные пожары, кора у сосны имеет большую толщину, и объем у нее значительно больше, чем у сосен, произрастающих в европейской части Российской Федерации. В корневой части ствола, наиболее подверженной действию огня, толщина коры в 5-6 раз больше, чем на половине высоты дерева. Такая толстая кора способствует повышению устойчивости сосны к воздействию огня в период пожаров. Из всех древесных пород сосна и лиственница меньше всего страдают от пожаров.Почки у сосны засмоленные, красновато-бурые, удлиненно-яйцевидные, острые, длина их 6-12 мм, располагаются на концах побегах мутовками.

Морфологические изменения растений, используемые в биоиндикации:

              1.Изменения окраски листьев:

• Хлороз - бледная окраска листьев между жилками. Избыток в почве тяжелых металлов и при газодымовом загрязнении воздуха.
• Пожелтение участков листьев. Характерно для лиственных деревьев при засолении почвы хлоридами.
• Покраснение, связанное с накоплением антоциана. Возникает под действием сернистого газа.
• Побурение или побронзовение. Часто означает начальную стадию некротических повреждений.

5

• Листья как бы пропитаны водой ( как при морозных повреждениях). Возникает под действием ряда окислителей.
• Серебристая  окраска листьев. Возникает под действием озона на листьях табака.

1. Некрозы – отмирание участков ткани листа, их форма иногда специфична.

• Точечные и пятнистые. Серебристые пятна на листьях табака возникают под действием озона.
• Межжилковые некрозы тканей между боковыми жилками 1 порядка. Часто отмечаются при воздействии сернистого газа.
• Краевые. На листьях липы под влиянием соли (хлорида натрия), которой зимой посыпают городские улицы для таяния льда.
• «Рыбий скелет» -  сочетание межжилковых и краевых некрозов.
• Верхушечные  некрозы. У однонольных покрытосеменных и хвойных растений. Например, хвоинки пихты и сосны после действия сернистого газа становятся на вершине бурыми, верхушки листьев гладиолусов после окуривания флористым водродом становятся белыми.

2. Преждевременное увядание. Под действием этилена в теплицах не раскрываются цветки у гвоздики, увядают лепестки орхидей. Сернистый газ вызывает обратимое увядание листьев малины.
3. Дефолиация – опадание листвы. Обычно наблюдается после некрозов и хлорозов. Например, осыпание хвои у ели и сосны при газодымовом загрязнении воздуха, листьев лип и конских каштанов – от соли для таяния льда, крыжовника и смородины – под действием сернистого газа.

6

4. Изменения размеров органов  обычно неспецифичны. Например, хвоя сосны вблизи заводов удобрений удлиняется от нитратов и укорачивается от сернистого газа. У ягодных кустарников дым вызывает уменьшение размеров листьев.

5. Изменения формы, количества и положения органов. Аномальную форму листьев отмечали после радиоактивного облучения. В результате локальных некрозов возникает вздувание или искривление листьев, сращение или расщепление отдельных органов, увеличение или уменьшение частей цветка.

6. Изменение жизненной формы  растения. Кустовидная  или подушечная форма роста свойственна деревьям, особенно липе, при сильном устойчивом загрязнении воздуха (HC1, SO2)

7. Изменение жизненности. Изменения прироста неспецифичны, но широко применяются, так как чувствительнее, чем некрозы. Измеряют радиальный прирост стволов, прирост в длину побегов и листьев, корней диаметр таллома лишайника.

8. Изменение плодовитости. Обнаружено у многих растений, уменьшается образование плодовых тел у грибов, снижается продуктивность у черники и ели. Некоторые виды лишайников не образуют плодовых тел в сильно загрязненном воздухе, но способны размножаться вегетативно.

7

Практическая часть.

Для оценки качества воздуха используется множество методов. В своей работе  мы использовали следующие:

1.  Определить состояние хвои сосны
2. Определить продолжительность жизни хвои
3. Расчетная оценка количества выбросов вредных веществ в      воздух от  автотранспорта

Опыт №1:  «Определить состояние хвои сосны»

  Материалы и оборудование: линейка, лупа, миллиметровая бумага.

Ход              работы.

Для работы подобрали участки сосновых насаждений, располагающиеся как в условиях сильного загрязнения(п.Ржавки, школьная территория, 1 км от Ленинградского шоссе ), так и на мало загрязняемой территории (Тверская область,3 км от г. Конаково) более удаленной от источника выбросов в атмосферу вредных веществ

     а)Выявить степень повреждения хвои.

С ветвей 5—10 деревьев (в молодых 20—30-летних древостоях) отбирают побеги одинаковой длины. С них собирают всю хвою и визуально анализируют ее состояние. Степень повреждения хвои определяют по наличию хлоротичных пятен, некротических точек, некрозов и т.д. (рис. 1).

    б) Результаты учетов занести в таблицу (табл. 1)

         в) Сделать вывод о состоянии хвои в разных участках города и загородной зоны.

                          1а        2а        За

                       1б      1б        16       26       36       46

Рис. 1. Классы повреждения и усыхания хвои

8

Повреждения (1а—За): 1а — хвоинки без пятен; 2а — с небольшим числом мелких пятнышек; За — с большим числом черных и желтых пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину хвоинки.

Усыхание (16—46): 16 — нет сухих участков; 26 — кончик на 2—5 мм усох; 36 — усохла треть хвоинки; 46 — вся хвоинка желтая или более половины ее длины сухая.

Повреждение и усыхание хвои сосны обыкновенной в разных зонах .                       Таблица 1

Примечание: I- идеально чистый воздух, II- чистый,

III - относительно чистый («норма»), IV- заметно загрязненный («тревога»),

V - грязный («опасно»), VI - очень грязный («вредно»).

Виды повреждения и усыхания хвои:
а — хвоя без пятен (КП1), нет сухих участков (КУ1);
б — хвоя с небольшим числом мелких пятен (КП2),нет сухих участков (КУ1);
в - хвоя с большим числом черных и желтых пятен (КПЗ), усох кончик 2—5 мм (КУ2);
г - усохла треть хвои (КУЗ);
д - усохло более половины длины хвои (КУ4);
е — вся хвоя желтая и сухая (КУ4);
КП - класс повреждения (некрозы);
КУ — класс усыхания хвои

8

Вывод : из анализа данных  участков   пришли к заключению: в п.Ржавки обнаруживается до 26,2% повреждения хвои . Кроме хлоротических пятен и некротических точек микроскопического размера на молодой хвое появляются некрозы (2-5мм) площадь повреждения составляет16,3 %. Также обнаруживаются некрозы кончиков хвои (8-10мм), которые приобретают ярко окрашенные тона от серо-зеленого и серого до коричневого, что составляет 5,4%. Наибольший процент загрязнения составила территория п.Ржавки(класс повреждения воздуха III - относительно чистый), а территория Тверской области,3 км от г. Конаково (класс повреждения воздуха II - чистый)

Опыт №2:   «Определить продолжительность жизни хвои»

Материалы и оборудование: линейка, лупа, миллиметровая бумага.

Ход              работы.

 а) Провести визуальную оценку побегов сосны.

Количество учетных деревьев — 20. Продолжительность жизни хвои устанавливаем путем просмотра побегов с хвоей по мутовкам.

Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны  к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обуславливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики». Информативными по загрязнению являются морфологические и анатомические изменения, а также продолжительность жизни хвои.

Поскольку хвоинки живут в норме 4 года, то четырехлетние побеги должны быть покрыты хвоинками. При загрязнении продолжительность жизни хвои сокращается вплоть до одного года, соответственно большая часть ветвей оголена, а хвоинки остаются лишь на концах ветвей. Некрозы и продолжительность жизни хвои позволяет оценить степень загрязнения среды.

Существует удобный способ определения возраста хвои с помощью мутовок (схема №1).

9

Схема №1. Схема определения продолжительности жизни хвои сосны

       Продолжительность жизни хвои сосны обыкновенной в разных зонах             Таблица 2

Вывод :  загрязнение воздуха влияет на продолжительность жизни хвои. Чем выше класс повреждения воздуха , тем меньше продолжительность жизни хвои сосны. В п.Ржавки возраст хвои составляет 2,5 года (класс повреждения воздуха III - относительно чистый), а  в Тверской области 3,5 года (класс повреждения воздуха II – чистый)

10

Опыт №3:  «Расчетная оценка количества выбросов вредных веществ в       воздух от  автотранспорта.»

Ход              работы.

Выбрали участок автотрассы вблизи школы  длиной примерно 1 км с хорошим обзором из окна дома

 Измерили шагами длину участка (l, м), предварительно определив среднюю длину своего шага. Подсчитали количество единиц автотранспорта, проходящего по участку в определенный период суток в течение 20 минут и  заполнили таблицу 3 и  4 . 

Время наблюдения- 8.00, рабочий и выходной день

Количество единиц автотранспорта, проходящего за 1 час, рассчитывайте, умножая количество, полученное за 20 минут, на 3.

А) Общий путь, пройденный выявленным количеством автомобилей за 1 час , рассчитали  по формуле:

Li = Ni * l

где Ni - количество автомобилей, проходящих за 1 час;

            i - обозначение типа автотранспорта;

            l- длина участка.

Б) Рассчит количество топлива (Qi, л) разного вида, сжигаемого при этом двигателями автомашин, по формуле:

Qi = Li * Vi

Значение Vi взяли из таблицы : легковой транспорт Vi= 0,1 на км, грузовой Vi= 0,29 на км

В) количество СО на  дорогах можно рассчитать по формуле

                     7,38+ 0,026*И

       С   =     ------------------------------                                                                                                 

                              (V*Н* 30 ) ⅓    

где С - концентрация СО на расстоянии Н (м);

V - скорость ветра (м/с);

И - интенсивность транспортных средств (тр. ед./ч).

Значение скорости ветра возьмите 1 м/с как наиболее неблагоприятное и 7 м/с как оптимальное.

Полученные данные удобно занести в таблицу 3 и 4.

11

Концентрация СО в воздухе на расстоянии от дороги 10 метров (Магазин "Дикси".    п. Ржавки)                                                                                                        таблица 3.

Вывод : из анализа данных  участков видно, что концентрация СО и при  неблагоприятной   скорости ветра, и при оптимальной скорости ветра в п.Ржавки выше , чем в Тверской области.

12

Заключение

Допускается наличие 10% хвои с некротическими точками микроскопических размеров и светло- зелеными пятнами, равномерно рассеянными по всей поверхности хвоинок.

Допускается наличие хлорозов и  некрозов, если площадь их не превышает 5% поверхности хвоинок.

Если сосновые иголки без пятен, воздух считают идеально чистым; если хвоинки с редкими мелкими пятнами, воздух чистый. Если имеются хвоинки с частыми мелкими пятнами, можно говорить о загрязненном воздухе, а при наличии желтых и черных пятен – об опасно грязном воздухе. Когда максимальный возраст хвои не превышает одного года и хвоинки все в многочисленных пятнах, можно говорить уже об очень грязном, вредном для здоровья воздухе.

На основе полученных результатов исследования можно сделать следующие выводы:

13

Выводы

по  итогам  исследовательской  работы

1.В п.Ржавки хвоинок с пятнами почти в два раза больше, чем в Тверской области (контрольный участок, чистая зона). Это свидетельствует о том, что в загрязненном воздухе содержится  больше опасных веществ, которые задерживаются листовой поверхностью сосны, приводя к образованию пятен с последующим усыханием. Так как одним из факторов, влияющих на состояние окружающей среды в п. Ржавки является   воздействие транспорта( 1 км от Ленинградского шоссе ) и работа местной котельной  системы.

2.. Результаты исследования воздуха в п.Ржавки по хвое сосны показали, что  воздух относительно чистый, то есть норма , так как класс загрязнения воздуха III , а состояние зеленой зоны населенного пункта п.Ржавки в целом – удовлетворительное

3. Мы живем там, где атмосфера еще не очень загрязнена. В наших силах сохранить ее такой, какая она сейчас, и постараться сделать ее еще лучше.

14

Рекомендации:

Предложений крупных быть не может, так как основным загрязнителем атмосферного воздуха является автотрасса федерального значения, и никто естественно ее переносить  в другое место не будет. Но… можно:

• В поселке создать зеленые зоны отдыха с искусственным водоемом.
• Озеленять улицы и дворы.
• Запретить остановку автотранспорта возле жилых домов с работающим мотором.
• Наладить учет, сортировку, хранение и утилизацию бытовых отходов.
• Навести порядок по соблюдению закона по охране природы и окружающей среды. Через печать, радио привлекать внимание общественности  к экологическим проблемам в населенном пункте и в районе.

15

Список использованной литературы

1. Алексеева С.В., Груздева Н.В.,Экологический практикум школьника.- Самара, Издат. «Учебная литература»

2. Бунчужный В. А.,научно-исследовательская  работа. Биоиндикация загрязнений воздуха по состоянию сосны обыкновенной.- 2009

3.Бондарчук М.М.,Ковылина Н.В.,Биология. Дополнительный материал к    

   урокам и внеклассным мероприятиям.- Волгоград.Издат. «Учитель»

4. Ломаева, С.Н. Биоиндикация загрязнений окружающей среды. – Тюмень:1998. – 25 с.

5. ЛитвиноваЛ.С., Жиренко О.Е. Нравственно-экологическое воспитание школьников. - М.: Методкнига, 2005.

6.  Черваток А. О., Научно-исследовательская  работа. «Биоиндикация загрязнения  воздуха по состоянию сосны обыкновенной».-Гомель, 2010

16