Оценка экологического состояния леса по асимметрии листьев

ГООУСТ «Клюквинская школа-интернат»

Курского района Курской области

Тема: «Оценка экологического состояния леса по асимметрии листьев».

Выполнила: Агибалова Елена Юрьевна

ученица 8 класса

Руководитель: Тюленева Елена Александровна

учитель биологии

КУРСК – 2011

Содержание

Цель  и задачи  исследования………………………………………………………3                                                                    

Гипотеза……………………………………………………………………….3                                                                                                        

Методика исследования………………………………………………………3

Введение …………………………………………………………………………….4                                                                            

Оборудование…………………………………………………………………4  

 План работы………………………………………………………………4

- полевая часть (сбор полевого материала)…………………………….. 5

- лабораторная работа - измерения и расчет. …………………………..6

Результаты………………………………………………………………..10

Вывод…………………………………………………………………………...10

Практическое использование результатов: …………………………..10

Литература……………………………………………………………………...11

Приложение                                                                                        

Тема: «Оценка экологического состояния леса по асимметрии листьев».

Цель исследования – выявить зависимость антропогенной нагрузки на жизненное состояние леса по берёзе, предложить систему мер, направленных на снижение этого  уровня.

Задачи исследования:

1) Выбор площадок.

2) Техника отбора проб.

3) Проведения измерений листьев на примере  березы и расчета асимметрии.

4) Оценка и интерпретация данных, представление результатов исследования.

5) Создать «банк» информации исследуемой территории.

6) Оказать посильную помощь в создании устойчивых ландшафтов на исследованной территории.

Гипотеза - если концентрация вредных веществ, источником которых являются газы угольной котельной в атмосферном воздухе, степень уплотнения почвы (в результате вытаптывания), наличие свалок увеличится, то жизненного состояния леса ухудшится.

Методика исследования взята  из методического пособия А.С. Боголюбов, Ю.А.Буйволов, М.В.Кравченко   «Экосистема», 2002год.

        Применяется  методика оценки экологического состояния местности, в частности лесов, по интегральным характеристикам асимметрии листьев деревьев. В основу методики положена теория о том, что различие между левой и правой половинами листа коррелирует со степенью общей нарушенности окружающей среды.

Введение

        В основу  методики, используемой при выполнении данной исследовательской работы, положена теория «стабильности развития» («морфогенетического гомеостаза»), разработанная российскими учеными А.В.Яблоковым, В.М.Захаровым и др. в процессе исследований  последствий радиоактивного заражения, в том числе после Чернобыльской аварии. Эти ученые доказали, что стрессирующие воздействия различного типа вызывают в живых организмах изменения гомеостаза (стабильности) развития, которые могут быть оценены по нарушению морфогенетических процессов.

        Главными показателями изменений гомеостаза морфогенетических процессов являются показатели флуктуирующей асимметрии - ненаправленных различий между правой и левой сторонами различных морфологических структур, в норме обладающих билатеральной симметрией. Такие различия обычно являются результатом ошибок в ходе развития организма. При нормальных условиях их уровень минимален, возрастая при любом стрессирующем воздействии, что и приводит к увеличению асимметрии.

        Особенностью стабильности развития является то, что она в большой степени зависит от общей генетической перестройки организма, что особенно важно при оценке последствий любого воздействия.

        Оценка флуктуирующей асимметрии билатеральных организмов хорошо зарекомендовала себя при определении общего уровня антропогенного воздействия. Традиционные методы, оценивающие химические и физические показатели, не дают комплексного представления о воздействии на биологическую систему, тогда как биоиндикационные показатели отражают реакцию организма на всё многообразие действующих на него факторов, имея при этом биологический смысл.

        Оптимальным объектом биоиндикации антропогенных воздействий данным методом являются растения.

        Растения же, как продуценты экосистемы, в течение всей своей жизни привязаны к локальной территории и подвержены влиянию почвенной и воздушной сред, наиболее полно отражающих весь комплекс стрессирующих воздействий на экосистему.

Оборудование: циркуль-измеритель и линейка, транспортир, бланки для записей результатов измерений и счетное оборудование (калькулятор или компьютер).

План работы.

1. Полевая часть (сбор полевого материала).

2. Лабораторная работа - измерения и расчет.

Выбор площадки и отбор деревьев для проведения измерений.

        Площадка для изучения жизненного состояния деревьев должна находиться в достаточно обширном массиве леса, площадью - не менее 1 га (участок 100 на 100 м).

        Первая площадка располагается в глубине лесного массива и не граничить с опушками, лесными дорогами или тропинками.

        Вторая располагается на территории воинской части рядом с котельной,  работающей на угле круглый год, в 200 м находится железная дорога  

Сбор полевого материала

Объекты исследования

        Поскольку  одним из наиболее распространенных видов деревьев урочища Клюква является береза, в качестве основного объекта для изучения в рамках данной работы предлагается использовать один из ее видов: берёзу повислую, или бородавчатую (Веtu 1аpendula Roth.)

Время сбора.

        Сбор материала после завершения интенсивного роста листьев до периода опадения листвы- 15 августа.

Выбор растений.

        Сбор листьев провожу с растений, находящихся в примерно одинаковых экологических условиях по уровню освещенности, влажности, типу биотопа.

        Для анализа использую только средневозрастные растения, избегая молодые экземпляры и старые.

Сбор листьев.

        Сбор листьев произвожу с 10 близко растущих деревьев - по 10 листьев с каждого дерева, всего - 100 листьев с одной площадки. Следует брать несколько больше листьев с площадки, на случай попадания поврежденных листьев.

        Листья беру из нижней части кроны, на уровне поднятой руки, с максимального количества доступных веток (рис.1). При этом, стараюсь задействовать ветки разных направлений, условно - с севера, юга, запада и востока.

        У березы беру листья только с укороченных побегов (рис.2). Листья стараюсь брать примерно одного, среднего для данного вида размера.

Рис. 1. Места сбора листьев.

        Листья с одного дерева связываю ниткой по черешкам и складываю в пакеты для транспортировки на базу. Каждый пакет (выборка) снабжаю этикеткой, на  которой указываю: дату, место сбора (делая максимально подробную привязку на местности) и номер площадки.

Укороченные побеги

Рис. 2. Типы побегов у березы.

Лабораторная обработка.

        Собранный материал  обрабатываю сразу же, пока листья не завяли. ( Если собранный материал не может быть обработан сразу, то его помещают на нижнюю полку в холодильнике (максимальный срок хранения - 1 неделя). Для длительного хранения используют фиксатор - спирт, разведённый на 1/3 глицерином или водой.)

Рис.3. Параметры листа березы.        

Измерения.

Для обработки собранного материала необходимы линейка, циркуль-измеритель и транспортир.

        Разберем процедуру измерений на примере листа березы (рис.3).

        С каждого листа снимают показатели по 5-ти параметрам с левой и правой стороны листа:

- ширина половинки листа.

 Для измерения лист складывают поперек пополам, прикладывая макушку листа к основанию, потом разгибают и по образовавшейся складке производят измерения;

- длина второй жилки второго порядка от основания листа;

- расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка;

- расстояние между концами этих жилок;

- угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка.

Первые четыре параметра снимаются циркулем-измерителем (если его нет - измерения можно проводить линейкой с четкими миллиметровыми делениями). Угол между жилками измеряется транспортиром (рис.4).

При измерении угла, транспортир (поз. 1 на рис. 4) располагают так, Рис.4. Измерение угла между жилками.

         чтобы центр окошка транспортира (поз.2 рис.4) находился на месте ответвления второй жилки второго порядка (поз. 4 рис. 4)

        Так как жилки не прямолинейны, а извилисты, то угол измеряют следующим образом: участок центральной жилки (поз. 3 рис. 4), находящийся в пределах окошка транспортира (поз. 2 рис. 4) совмещают с центральным лучом транспортира, который соответствует 90°, а участок жилки второго порядка (поз. 4 рис. 4) продлевают до градусных значений транспортира (поз. 5 рис. 4), используя линейку.

        Следует помнить, что интерес представляют не абсолютные размеры параметров, а разница между левой и правой половинками.  Поэтому, на технику измерений левой и правой сторон листа следует постоянно обращать внимание (положение линейки и транспортира, освещение и т. д. Данные измерений заносят в таблицу № 1                                                                                                            

Таблица 1. Значения измерений площадка №1(см. приложение №1).

Вычисления.

Величина асимметричности оценивается с помощью интегрального показателя - величины среднего относительного различия на признак (средняя арифметическая отношения разности к сумме промеров листа слева и справа, отнесенная к числу признаков). Для проведения вычислений пользуются вспомогательной таблицей (табл.2.).

        Обозначим значение одного промера X,, тогда значение промера с левой и с правой стороны будем обозначать как Хл и Хп, соответственно. Измеряя параметры листа по 5- ти признакам (слева и справа) мы получаем 10 значений X.

Y = X л - X п

        В первом действии ( 1 ) находим относительное различие между значениями признака слева и справа - ( Y ) для каждого признака. Для этого находят разность значений измерений по одному признаку для одного листа, затем находят сумму этих же значений и разность делят на сумму. Например, в нашем примере у листа №1 (в табл.1) по первому признаку Хл = 21, а Хп = 20. Находим значение Yi по формул                       21 – 20                X л -   Хп                1

                       Yi=         =        =            =    0,024

                                 21 + 20               X л + Хп               41                    

        Найденное значение Yi вписываем в вспомогательную таблицу 2 в столбец 1 признака.

        Подобные вычисления производят по каждому признаку (от 1 до 5). В результате получается 5 значений Y для одного листа. Такие же вычисления производят для каждого листа в отдельности, продолжая записывать результаты в таблице

Таблица 2. Вспомогательная таблица для вычислений. (см. приложение №1)

        Во втором действии ( 2 ) находят значение среднего относительного различия между сторонами на признак для каждого листа ( Z ). Для этого сумму относительных различий надо разделить на число признаков. Z =

Например, для первого листа Y1= 0,024; Y2 = 0,033; Y3 = 0,111; Y4 = 0; 

Y5 = 0,023.

Находим значение Zj по формуле:

Y1 + Y2 + Y3 + Y4 + Y5          =0,024 + 0,033 + 0,111 + 0 + 0,023    = 0,038,

         N                                            5

где N - число признаков. В нашем случае N = 5 .

        Подобные вычисления производят для каждого листа. Найденные значения заносят в правую колонку таблицы.

        В третьем действии ( 3 ) вычисляется среднее относительное различие на признак для всей выборки ( Х ). Для этого все значения Z складывают и делят на число этих значений:

X= Z = Z + Z2 +...+ Z= 0,038 + 0,029 + 0,049 + 0,084 + 0,053 + 0,053 + 0,032 + 0,036 + 0,11 + 0,09  = 0,057

                                          n

 где n - число значений Z, т.е. число листьев (в нашем примере - 10).

Полученный показатель характеризует степень асимметричности организма.

        Для данного показателя разработана пятибалльная шкала отклонения от нормы (Захаров В.М., Крысанов Е.Ю., 1996.), в которой 1 балл - условная норма, а 5 балл - критическое состояние:

Результаты.

Для наглядного представления результатов и удобства дальнейшей интерпретации данных используем метод построения столбчатых диаграмм. 

См. Приложение 1. Документ Excel - Подсчеты по экологии

Вывод

На площадке №1 все деревья имеют показатель – один балл.

на площадке №2, ближайшей к поселку, в целом состояние  деревьев хуже, чем на удаленной  на основании показателей изменений  флуктуирующей асимметрии  (деревьев с количеством баллов 1-2, с 2 баллами 5, с 3-мя -1, с 4-мя - 2).

Учитывая, что на площадке №2 асимметрия листьев выше по баллам, можно сделать вывод о повышенном антропогенном воздействии в ближнем лесном массиве, в сравнении с более удаленной территорией.

Какой именно из антропогенных факторов имеет здесь первостепенное значение - данным методом определить невозможно. Можно лишь предположить, что первостепенную роль здесь играет чрезмерное уплотнение почв, вследствие вытаптывания, повышенные концентрации в воздухе окислов серы и азота, угарного газа, непосредственно повреждают растения, ухудшая состояние лесов.

Практическое использование результатов:

собранные данные занесены в банк информации исследуемой территории;

выпущены листовки о создании устойчивых ландшафтов;

проведено ряд бесед с детьми на темы: »Человек и лес»,  «Охраняемые растения и животные Курской области».

продолжается операция «Мой чистый лес».

Литература

1. В.Ф.Протасов. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. Учебное и справочное пособие. М., «Финансы и статистика», 1999.

2. Методическое пособие - А.С. Боголюбов, Ю.А.Буйволов, М.В.Кравченко   «Экосистема», , 2002год.

3. Г.А.Шестакова, А.Б. Стрельцова и Е.Л.Константинова «Методика сбора и обработки материала для оценки стабильности развития березы повислой». Калуга, 1997 , «Методика сбора и обработки материала для оценки стабильности развития (по 8 видам растений)» Калуга, 1997.