Оценка состояния атмосферного воздуха села Архангельское с помощью метода лихеноиндикации

Муниципальное учреждение

«Отдел образования администрации Шатковского района»

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Архангельская средняя школа»

Научно-исследовательская работа:

«Оценка состояния атмосферного воздуха села Архангельское

 с помощью метода лихеноиндикации»

Автор работы: Чернышева Дарья, 13 лет

Руководитель: Кутырева Мария Александровна, учитель биологии

Адрес: 607707 Нижегородская область, Шатковский район,

село Архангельское, улица Центральная, 89

Тел.: 8(831) 90 45-0-13

Факс: 8 (831) 90 4-52-52

с. Архангельское

2022 год

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………………………1 – 2

Биоиндикация. Общая характеристика биологического мониторинга…………3 – 4    

Лишайники как индикаторы загрязнённости воздуха……………………...........5 – 6

Мониторинг состояния воздушной среды методом лихеноиндикации

Материалы и методы исследования…………………………………………..............7

Методика полевого изучения лишайниковых синузий…………………………..8 – 9

Сведения, необходимые для сбора и определения лишайников………………10 – 11

Выводы………………………………………………………………………….............12

Заключение …………………………………………………………………………13-14

Список литературы…………………………………………………………………….15

Введение

Технический прогресс неразрывно связан с все большим вторжением человека в живую природу. В результате этого перед человеком возник целый ряд проблем: истощение природных ресурсов, загрязнение бытовыми и промышленными отходами, исчезновение многих видов живых существ – вот лишь некоторые из них.

Ухудшение экологического состояния окружающей среды сильно сказывается на здоровье человека. В последние годы участились случаи заболевания сердца и кровеносной системы, щитовидной железы и др. поэтому в наше время наиболее актуальным стал вопрос об определении уровня загрязнения той или иной среды обитания, в первую очередь воздуха, так как он оказывает непосредственное влияние на здоровье человека. Специалисты считают, что если не будут предприняты чрезвычайные меры по предотвращению экологического кризиса и ликвидации его последствий, то к концу XXI века в России практически не останется живых людей.

Управление состоянием окружающей среды требует контроля за ее изменениями, на основании которых можно предотвратить ухудшение качества окружающей среды.

Наиболее удобным объектом для исследования экологического состояния воздуха являются лишайники. Они не только очень чувствительны к загрязнению атмосферы, но также широко распространены. Лишайники обитают на самых разнообразных субстратах, а их сбор можно осуществлять в течении всего года. К тому же лишайники сами по себе являются интересным объектом для исследований, так как являются симбиотическим организмом, обладающим уникальным анатомическим строением и, в связи с этим, своеобразными физиологическими процессами.

Все вышесказанное подтверждает актуальность нашего исследования.

Цель исследования: провести качественную оценку загрязненности воздуха методом лихеноиндикации на улице Центральная (село Архангельское) и сравнить результаты работ 2016 г. и 2021 г.

Задачи исследования:

1. Изучить литературу, содержащую сведения о лишайниках и лихеноиндикации;
2. Провести исследование вышеуказанной территории;
3. Описать лишайниковые сообщества;
4. Собрать коллекцию лишайников;
5. Определить виды, найденные на исследуемой территории;
6. Сделать математические расчёты;
7. Провести сравнительный анализ.

На основании полученных результатов сделать выводы об изменении экологического состояния воздуха на исследуемой территории.

Методы:

• Анализ литературных источников;
• Сбор материала в полевых условиях;
• Определение объектов;
• Обработка полученных данных;
• Формулировка выводов.

Структура работы: введение, основная часть, выводы, заключение, библиографический список.

Практическая значимость работы:

Проведенные исследования позволили выявить видовой состав лишайников на территории села Архангельское в 2021 г. и сравнить с 2016 г.; нахождение показателя относительной чистоты атмосферы (ОЧА) позволило сделать выводы об изменении экологического состояния наземно - воздушной среды села Архангельское за последнии 5 лет.

Биоиндикация. Общая характеристика биологического мониторинга

Каждая биологическая система характеризует зависящее от времени воздействие на нее факторов среды – природных, измененных человеком или антропогенных. Метод оценки абиотических и биотических факторов местообитания при помощи биологических систем часто называют биоиндикацией (от лат. – indicare – указывать).

В соответствии с этим организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых так тесно коррелируют с определенными факторами среды, что могут применяться для их оценки, называются биоиндикаторами.

Если биоиндикатор реагирует значительным отклонением жизненных проявлений от нормы, то он является чувствительным биоиндикатором. Аккумулятивные биоиндикаторы, напротив, накапливают антропогенные воздействия большей частью без быстро проявляющихся нарушений. Такое значительное накопление, загрязнение, постепенно превышающее нормальный уровень, чаще всего происходит на уровне экофизиологических или биоценотических процессов.

Обычно в природе все виды биоиндикации включены и цепочку последовательно происходящих реакций или процессов. Если антропогенный фактор действует непосредственно на биологический элемент, то речь идет о прямой биоиндикации. Но нередко биоиндикация становится возможной только после изменения состояния под влиянием других непосредственно затронутых элементов. В этом случае мы имеем дело с косвенными биоиндикацией и биоиндикатором.

При биоиндикации следует учитывать четыре основных требования:

• Относительная быстрота проведения;
• Получение достаточно точных и воспроизводимых результатов;
• Присутствие объектов, применяемых в целях биоиндикации, по возможности в большом количестве и с однородными свойствами;
• Диапазон погрешностей по сравнению с другими методами тестирования не более 20%

Обычно результаты биоиндикации хорошо поддаются математической обработке.

Методом биоиндикации является мониторинг. Название «мониторинг» происходит от латинского слова «monitor», означающего «впередсмотрящий», «предостерегающий». Мониторинг – система наблюдения, управления и контроля за состоянием окружающей среды.

Под биологическим мониторингом следует понимать систему наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, вызванных факторами антропогенного происхождения.

Для биоиндикации пригодны в основном два метода – пассивный и активный мониторинг. В первом случае у организмов исследуются видимые или незаметные повреждения, или отклонения от нормы, являющиеся признаками стрессового воздействия. При активном мониторинге пытаются обнаружить те же самые воздействия на тест – организмах, находящихся в стандартизированных условиях на исследуемой территории.

Лишайники как индикаторы загрязнения воздуха.

Лишайники относятся к одним из самых чутких биоиндикаторов загрязнения, что, безусловно, определяется особенностями их биологии: газообмен и потребление влаги происходит у них через всю поверхность. Поэтому дождевая вода, которая концентрирует в себе практически все загрязнители, поступающие в атмосферу, будет поставлять в организм отличие от растений, лишайники не могут избавляться от поврежденных участков, и это усиливает отрицательные воздействия на них любых загрязнителей. Не случайно, что именно лишайники одними из первых исчезают в районе крупных городов и даже отдельных предприятий, построенных в лесу. Изучение лихенофлоры крупных городов (Парижа, Мюнхена, Цюриха, Хельсинки, Лондона, Нью-Йорка, Риги и др.) выявило ряд общих закономерностей: чем больше индустриализован город, чем больше загрязнен воздух, тем меньше встречается на границах видов лишайников, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев и других субстратах (т.е. ниже среднего покрытия поверхности видами), тем ниже жизненность лишайников. Установлено, что при повышении степени загрязнения воздуха первыми исчезают кустистые, затем листоватые и последними – накипные формы.

В последние десятилетия показано, что из компонентов загрязненного воздуха на лишайники самое отрицательное влияние оказывает двуокись серы (SO2). Экспериментально установлено, что это вещество в концентрации 0,08-0,1 мг/кв. м начинает действовать на многие лишайники. В хлоропластах клеток водорослей, содержащихся в лишайнике, появляются бурые пятна, начинается деградация хлорофилла. Концентрация SO2     0,5 мг/кв. м. губительна для всех видов лишайников, произрастающих в естественных ландшафтах. В этом случае образуется «лишайниковая пустыня», где отсутствуют даже устойчивые к загрязнителям виды. При умеренном загрязнении воздуха (содержание SO2 – 0,05-0,2 мг/кв. м) на стволах деревьев произрастают только самые выносливые виды: ксантории, фисции, анаптихии, леканоры и т.д. только в условиях достаточно чистого воздуха (содержание SO2 менее 0,05 мг/кв. м) встречаются виды естественных ландшафтов: пармелии, алектории, уснеи. При этом в условиях загрязненного воздуха рост кустистых лишайников подавляется сильнее, чем листоватых.

На лишайники влияют губительно не только двуокись серы, но и другие загрязнители (оксиды азота, оксид углерода, соединения фтора и др.).  Кроме того, в городах сильно изменены и микроклиматические условия: города «суше» по сравнению с естественными ландшафтами (примерно на 5 %), теплее на 1-3о, беднее светом.

Мониторинг состояния воздушной среды методом лихеноиндикации

Материалы и методы исследования.

Лихеноиндикационные исследования проводились с мая по сентябрь 2021 г. Обследовалась территория вдоль улицы Центральная (село Архангельское). Сбор лишайников для определения и создания коллекции проводился в ясную погоду.

В данной работе акцент сделан на эпифитные лишайники. Своеобразие субстрата обусловило некоторые трудности их сбора. Во-первых, многие лишайники находились достаточно высоко над земле. Во -  вторых, субстрат, представляющий собой кору лиственных пород деревьев, сильно крошился, обуславливая трудность сохранения и переноса экземпляров.

С целью определения видов был использован сравнительно-морфологический метод, основанный на анализе и сравнении морфологических особенностей изучаемого образца с уже известными и описанными видами лишайников. Для определения показателя относительной чистоты атмосферы (ОЧА) использовался математический метод.

Для сбора лишайников применялось следующее оборудование: лезвие, нож, блокнот для полевых наблюдений, геоботанические пакеты для сбора лишайников.

Для определения лишайников использовались следующие материалы и оборудование: пинцеты, препаровальные иглы, чашки Петри, пипетки, ручная лупа.

Был использован реактив KOH – 10%-ный раствор гидроксида калия.

Методика полевого изучения лишайниковых синузий

При использовании лишайников в качестве биоиндикаторов наиболее объективной является лихеноиндикация не по отдельным видам – индикаторам (тест-объектам), а по всему составу лихеносинузий. Под синузиями следует понимать структурные части фитоценоза, пространственно или во времени фенологического развития, обособленного и отличающиеся флористически, экологически, фитоценотически. С этой точки зрения надпочвенные лишайники и эпифитные лишайники на стволах и ветвях деревьев представляют собой синузии. Лишайники, встречаются на различных горных породах, камнях, валунах образуют самостоятельные группировки.

Изучение состава эпифитных лишайников, и индикация чистоты атмосферы проводились на пробных площадке, расположенной в селе Архангельское. Пробная площадка была заложена в точках с наибольшим содержанием в воздухе загрязняющих веществ (улица Центральная). На пробной площадке выделялись 10 модельных деревьев разных видов, на которых учитывался видовой состав лишайников, их покрытие, распределение. Модельные деревья мы выбрали вдоль дороги. Отбор стволов производился комбинированием систематического (регулярного) и случайного методов. Различают местообитания эпифитов на дереве: крона, основание кроны, средняя часть ствола, основание ствола. Но методика исследования рекомендует производить отбор лишайников на высоте до 1,5 м. Мы следовали данной рекомендации. Поверхность ствола исследовалась с разных сторон. Возрастные изменения и связанные с ними деформации поверхности ствола дерева, изменение состава и структуры отражаются и на видовом составе эпифитных лишайников. На молодых стволах, где кора гладкая, поселяются главным образом накипные лишайники, развивающие свое слоевище и органы плодоношения на мягкой коре. Более старые деревья, где кора грубая, шершавая, морщинистая, становятся благоприятными для поселения многочисленных видов эпифитных лишайников, так как трещины задерживают как споры и влагу с находящимися в ней необходимыми веществами. На коре старых деревьев поселяются различные виды накипных, листоватых и кустистых лишайников. Поэтому мы старались выбирать деревья приблизительно одного возраста и приблизительно с одинаковым состоянием коры.

В пределах площадки мы проводили учеты и брали пробы. Для этого, пользуясь квадрат-сеткой или сеткой Раменского (кусок полиэтилена размером 10×10 см, который расчерчен на 100 квадратов, каждый из них составляет 1% общей площади), определяли покрытие лишайников-эпифитов на коре дерева. Квадрат-сетку накладывали на ствол дерева на высоте 1, 5 м от уровня почвы с северо-восточной стороны. Покрытие рассчитывали в процентах от площади квадрат-сетки. Если слоевища лишайников сплошь покрывают поверхность так, что не остается свободных мест, покрытие оценивается в 100 %. Следует иметь в ввиду, что покрытие коры слоевищами лишайников изменяется в связи с изменением влажности воздуха. В сырую, дождливую погоду покрытие их возрастает, в сухую уменьшается.

При исследовании фитоценозов мы составили список лишайников с указанием для каждого вида покрытия (Приложение №1). При изучении лишайниковых синузий важна, и частота встречаемости вида ОЧА используется таблица (см. Приложение 1 и 2).

Также, как и индекс ИП, индекс ОЧА рассчитывается в отдельности для пробной площадки по данным обследования не менее 0,7 м2 учетной площадки. 

Сведения, необходимые для сбора и определения лишайников

В отличии от сосудистых растений лишайники можно собирать практически в течении всего года.

Мы собрали лишайники в заранее заготовленные конверты величиной 20-25 на 14-15 см, которые сделаны из плотной бумаги. Перед тем, как закладывать в пакет образец, мы писали полевую этикетку и дату сбора образца. Этикетка содержит данные о месте сбора. Растительной группировке, субстрате, указывается древесная порода, высота над уровнем почвы, экспозиция, то есть направление поверхности ствола по отношению к сторонам света, характеризуются условия освещения, отмечаются затенение и его степень.

Наличие органов плодоношения часто облегчает точное определение вида лишайника, поэтому при сборе образцов мы старались найти растения с органами плодоношения.

Мы не собирали лишайники в очень сухом виде, так как при этом они легко ломаются. Накипные лишайники мы брали вместе с субстратом.

По возращении, мы очищали образцы от посторонних примесей, разбирали их по видам, писали и вкладывали в конверт полную этикетку. При сушке лишайников мы не прессовали их, так как это портит внешний вид.

Определять лишайники значительно сложнее, чем цветковые растения, и лучше начинать с листоватых видов, затем прейти к кустистым и накипным формам.

Для определения лишайников надо хорошо знать не только морфологическое. Но и анатомическое строение слоевища, органов плодоношения, без которых лишайники, особенно накипные формы, определить нельзя. Для определения большинства лишайников достаточно использовать ручную лупу. Но иногда очень важно знать строение, форму, величину спор, а также строение компонентов лишайника, особенно водоросли, их систематическую принадлежность, для чего используются микроскоп и бинокуляр. Для распознавания лишайников надо знать характер субстрата, условия местообитания, а также необходимо усвоить ряд специальных морфологических терминов, употребляемых в определителях.

При определении лишайников используются химические реактивы разнообразного состава. Под действием реактивов коровый или сердцевинный слои некоторых видов лишайников соответствующим образом окрашиваются. Эта окраска является важным диагностическим знаком плюс (+) с указанием цвета (например, KOH+желтее или краснеет), а отсутствие её – знаком минус (-). Ели от реактива окрашивается только коровый слой, а сердцевинный слой не меняет окраску, то принято один знак ставить над другим: KOH ± (коровый слой окрашивается от KOH в желтый цвет, а сердцевинный слой не изменяется). Для диагностики лишайников в настоящее время применяется 10% водный раствор гидроксида калия.

Выводы

На основании нашего исследования можно сделать следующие выводы:

1. Повторно была исследована улица Центральная (село Архангельское).
2. Видовой состав лишайников на исследуемой территории оказался довольно беден, в результате проведенной работы было найдено и определено 6 видов.
3. На основании математических расчетов мы выяснили ОЧА улицы Центральной села Архангельское в 2021 году.
4. Для того чтобы изменить экологическую ситуацию в лучшую сторону, необходимо увеличить количество зелёных насаждений.

Заключение

Данная работа проводилась с мая по сентябрь 2021 года, особое внимание уделялось эпифитным лишайникам. Был изучен видовой состав лишайников на улице Центральной (село Архангельское). В результате проведенных исследований было найдено 6 видов.

Для сравнения полученных результатов мы использовали ту же саму пробную площадку что и в 2016 году.

При сравнении данных 2016 года и 2021 года выяснилось, что видовой состав лишайников, обитающих тогда и сейчас имеет отличия.

Общие виды, встречающиеся на площадках: Physcia siesta, Physcia grisea, Physcia caesia,  Xanthoria parietina.

Наибольшее разнообразие видового состава наблюдалось на территории улицы Центральная в 2016 году (обнаружено 10 видов лишайников). А в 2021 году данная территория обладала уже только 6 видами лишайников.  Показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) на данной территории был равен 1.4. Данные показатели говорили, что концентрация SO2 на данной территории колебалась в пределах 0,08-0,10 мг/м3 (воздух чистый). В 2021 году на улице Центральной наблюдалась уже несколько иная ситуация. Показатель относительной чистоты воздуха (ОЧА) на данной территории равен 6,75 (средняя загрязненность). Это объясняется тем, что количество машин, проезжающих по данной улице увеличилось в несколько раз, а это приводит к задымленности атмосферы выхлопными газами, что, конечно отрицательно влияет на лишайниковую флору. Количество зелёных насаждений наоборот уменьшилось, так только около здания МОУ «Архангельская СШ» за последний год было спилено порядка 25 деревьев.

Для улучшения экологического состояния воздушной среды на данной территории необходимо «разгрузить» улицу. Например, в летнее время отказаться от личного транспорта и использовать общественный транспорт, или велосипед.

Также важно помнить, что выхлопные газы аккумулируются в атмосфере на высоте 1 м, что особенно вредно для маленьких детей.

И все же ситуация на данной улице не столь плачевна, благодаря зеленым насаждениям которые имеются. Но для улучшения экологической ситуации их количество необходимо увеличить, создать зеленые зоны. Также можно рекомендовать вдоль дороги произвести посадку кустарниковых растений, способных наиболее эффективно поглощать выхлопные газы и пыль, а именно боярышник, акация желтая, кизильник черноплодный, роза колючая, роза собачья (шиповники). Спирея калинолистная и особенно сирень вингерская.

Результаты, полученные в ходе исследований, заставляют задуматься об экологическом состоянии придорожной полосы, находящейся в центре села, где расположены детский сад и школа. Эти результаты доведены до учащихся МОУ «Архангельской СШ», жителей с. Архангельское и администрации.

Цель, поставленная в работе, достигнута. Задачи, имеющие практическую значимость, выполнены.

Список литературы

1. Захаров В.М. Здоровье среды: методика оценки [Текст] В.М. Захаров, А.С. Баранов, В.И. Борисов и др. М.: Центр экологической политики России, 2000. - 68 с.

2. Андреева М.В. Оценка состояния окружающей среды в насаждениях в зонах промышленных выбросов с помощью растений-индикаторов. [Текст] Автореф. дис. на соискание уч. степени канд. сельскохоз. наук. — СПб. — 2007. — 20 с.

3. Учебный определитель лишайников Средней России [Текст] учебно-методическое пособие / Е.Э. Мучник, И.Д. Инсарова, М.В. Казакова; Ряз. гос. ун-т им. С.А. Есенина. — Рязань, 2011. —360 с.; цв. вкл.

4. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Республики Хакасия в 2014 году» [Текст] Абакан 2015. с.103

5. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Республики Хакасия в 2016 году» [Текст] Абакан 2017. с.103

6. Грибова Л.В. и др. Водоросли, лишайники, и мохообразные СССР [Текст] под ред. дбн. М. В. Горленко – М.: Мысль, 1978 г.

7.  Анатомия лишайников http://bagirasos.0pk.ru/viewtopic.php?id=397

8. Парамонов О.Г. Методики изучения состава окружающей среды //Химия в школе [Текст] Научно-методический журнал. 2002.-№2

9. Пчелкин А. В., Боголюбов А.С. Методы лихеноиндикации загрязнений окружающей среды [Текст] Методическое пособие. – М.: Экосистема, 1997.

10. А. С. Боголюбов, М. В. Кравченко. Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации [Текст] Методическое пособие. – М.: Экосистема, 2001.

Приложение №1

Встречаемость лишайников в различных частях местности в зависимости от среднего количества диоксида серы в воздухе

Приложение №2

Влияние загрязненности среды на встречаемость лишайников

Приложение № 3

Оценка частоты встречаемости по 5-бальной шкале

Приложение №4

Оценка степени покрытия по 5-бальной шкале

Приложение №5

Характеристика лишайников, обнаруженных на участке улицы Центральная села Архангельское

Приложение №6

ОЧА= (А+2И+3С)/30, где

А – сумма средних баллов встречаемости и покрытия накипными лишайниками;

В- сумма средних баллов встречаемости и покрытия листовыми лишайниками;

С- сумма средних баллов встречаемости и покрытия кустистыми лишайниками.

ОЧА = 2,8+2×3+3,6×0

ОЧА = 6,75