Биоиндикаторы загрязнения окружающей среды
творческая работа учащихся на тему

                            Министерство образования и науки РТ

       Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

                        «Аксубаевский техникум универсальных технологий»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

ПО ТЕМЕ:

    биоиндикаторы загрязнения окружающей среды

Работа студентов 1курса

 ГБПОУ                                                                                                                   «Аксубаевский техникум универсальных технологий»

Уткина Николая, Лизунова Антона

Руководитель: учитель биологии

Ι квалификационной категории

Горбунова Т.П.

АКСУБАЕВО 2016

Актуализация проблемы

  Природа – первоисточник материальных благ, неиссякаемый источник радости, любви к жизни и духовного богатства людей. С незапамятных времен человек был связан с природой,  вначале подчиняясь ее силам, а потом сам, подчиняя ее своим интересам. Для человека, как и для общества в целом, природа является средой жизни и единственным источником необходимым для существования ресурсов. Природа и природные ресурсы – база, на которой живет, развивается человеческое общество, первоисточник удовлетворения материальных и духовных потребностей людей.

   Однако власть человека над природой не безгранична. Человек был, есть и будет всегда часть природы, но он может наносить определенный ущерб окружающей его природной среде.

   В результате быстрого развития промышленности, транспорта и энергетики, широкой химизации сельского хозяйства и быта, урбанизации (процесс повышения роли городов в развитии общества) и др. факторов резко усилилось воздействие человека на природу, стала очевидной опасность истощения природных ресурсов, необратимого загрязнения и изменения окружающей среды, всей биосферы в целом. Растительный и животный мир теряет разнообразие и целостность. Глобальный характер приняло загрязнение атмосферного воздуха, пресной воды, плодородной почвы, что в свою очередь приводит к гибели растений и животных, отрицательно влияет на здоровье человека.

Долгое время человек смотрел на природу как на неисчерпаемый источник необходимый для его материальных благ. Но, сталкиваясь с отрицательными результатами своего воздействия на природу, он постепенно приходит к убеждению в необходимости более разумного ее использования и охраны.  

   Мы родились  и выросли   в деревне, со всех сторон окруженном лесом, красивой во все времена года природой.

  С апреля 2015 года очень активно ведутся работы вокруг деревни по установке нефтяных скважин, качалок и в поле, и в лесу (5-6 качалок установлены лет 20 назад). Частенько чувствуется запах газа сероводорода, нам очень хочется  убедиться в том, что природе не нанесли еще вреда и  провести не хитрые исследования. Ведь для нас и наших прадедов лес – это жизнь, здоровье и не только….

   Целью работы

является изучение антропогенного воздействия человека на растения  леса, проявление воздействий на тех органах, которые осуществляют активные физиологические процессы: зоны роста стеблей, молодые листья.

В соответствии с поставленной целью включены задачи исследования:

Методом биоиндикации выявить наличие загрязнителей в приземных слоях атмосферы

• определить зависимость прироста сосны от чистоты атмосферы;

• учет хвои сосны для определения загрязненности атмосферы;

• оценка загрязнения атмосферного воздуха с помощью обилия лишайников на старых деревьях.

• Гипотеза: Сегодня наш техникум ориентирован на то, чтобы студенты  получали и теоретические знания,  и непосредственно практические навыки. Поэтому то, чему студенты научатся в ходе реализации проекта,  пригодится им в жизни. Реализация проекта научит  ребят заботиться о сохранности природы, и определить влияние деятельности человека на природу, поможет развить любовь к природе, увидеть  и осознать ее красоту.

План

1.Актуализация темы.

2. Лес в жизни людей.

3. Антропогенные воздействия деятельности человека на местные леса: отчеты исследований   выявление загрязнителей атмосферного воздуха в районе проживания местного населения.

4. Вывод.

5. Литература.

Тип: исследовательский, информационный. 

2. Лес в жизни людей.

2.1. История леса.

   Если бы мы могли совершать путешествие в глубь веков, то увидели бы, что еще 1,5тысячи лет тому назад территория нынешнего Татарстана представляла  собой лесной край, по которому протекало множество речушек с небольшими поселениями на них людей. На севере края была сплошная дремучая тайга. Представить ее отчасти, можно заглянув в Раифское лесничество Волжско – Камского заповедника, где сохранились остатки былых лесов. Часто сибирская тайга росла и по берегам Меши и Казанки. Южная часть республики была покрыта вековыми дубовыми мысами. В долине Большая Черемшанка можно видеть сильно измененные остатки этих дубрав. Величавые дубовые леса росли на нагорном берегу около Тетюш, а ныне они безлесны. Имеются  историчес кие сведения, что в 1220 году, когда русские войска шли в болгарский город Ошель со стороны Волги, аш пробирались по густому дубовому лесу.

К настоящему времени Татарстан относится к мало лесным районам. В большинстве районов лесистость составляет 5-10 %, что аналогично лесистости степных районов Волгоградской и Самарской областей. В Алексеевском, Аксубаевском, Альметьевском районах лесистость выше средней  20-25%.

   Природу нашего края невозможно представить без леса . 29 359 га Аксубаевского района сейчас  занимает лесной массив:

*  80,9% всех лесов занимают мягколиственные породы: береза, осина и т.д.;

*  9,8% - твердолиственные породы: дуб, клен, вяз и т.д.;

*  9.3% - хвойные деревья.

2.2. Хозяйственное значение леса.

  В давние времена на Руси говорили так: «Рядом с лесом жить – голодному не быть. Лес – богаче царя. Лес не только волка, но и мужика досыта накормит».

Человеком лес используется во многих областях, например, в хозяйственных -, как:

• Источник пищи (грибы, ягоды, звери, птицы, мед)
• Источник пищи для домашних животных (пастьба, заготовка сена и веточного корма, хвойно-витаминная мука, богатая витамином А)
• Источник энергии (дрова, уголь для кузницы)
• Материал для строительства, изготовление железнодорожных шпал, паркета, лыж, изготовление музыкальных инструментов, для внутренней отделки домов, судов.      
• Различное производство: лыко, мочало, луб, краски, живица – смола, вытекающая из стволов сосны. Из древесины перерабатывается бумага, целлулоид, нитроклетчатка, бездымный порох, фото- и кинопленка, искусственная кожа, спирты, уксус, вискозный шелк и искусственная шерсть и т.п.  

   Но, к сожалению, на сегодняшний день, объемы восстановления лесных массивов намного меньше, чем их вырубка.

 2.3. Оздоровительное и санитарно-гигиеническое значение леса.

   Растительность земного шара, и, прежде всего лес, играет решающую роль в поддержании кислорода в атмосфере. Леса всего мира ежегодно высвобождают 5,5*10 т кислорода. Разные породы деревьев выделяют неодинаковое количество кислорода. Самым активным поставщиком кислорода в наших лесах является тополь; несколько уступают ему дуб и липа; значительно меньше кислорода выделяют сосна, лиственница и ель.

   В эпоху современного интенсивного развития производства во всем мире, приводящего к загрязнению атмосферы вредными веществами, особенно ценной является способность леса очищать атмосферу от пылевидных газообразных веществ. Исследования показали, что растения  осаждают на своей поверхности до 60- 70% взвешенных в воздухе частиц пыли, которая смывается затем на землю во время дождя.

   В результате газообмена растения способны поглощать из воздуха такие вредные газообразные вещества, как сернистый газ, окислы азота, аммиак. Однако поглощение ядовитых веществ в большом количестве приводит к ослаблению и даже к гибели растении. В последние годы ученые установили активную способность лесов поглощать вредные радиоактивные вещества в приземных слоях атмосферы.

   Было выявлено ценное свойство многих лесных видов растений, выделять летучие  вещества (фитонциды),  которые способны убивать ряд болезнетворных микроорганизмов.

  Очень ценное свойство леса – способность снижать силу шума. Это объясняется тем, что стволы и кроны деревьев ограничивают распространение звуковых волн, главным образом идущих в горизонтальном направлении.  

2.4.Влияние леса на природную среду

Водорегулирующая и водоохранная роль леса

   Известно, что весной в лесу снег тает медленнее, чем на полях, поэтому талые воды постепенно впитываются рыхлой почвой и медленно просачиваются вглубь, создавая запас грунтовых вод.

   С уменьшением лесистости в период снеготаяния, а так же в периоды продолжительных дождей вода, не задерживается лесом, образует бурные потоки, которые несут иногда 80-90% годового количества воды. В этот период выходят из берегов реки, затопляя посевы, села, города. Напротив, в бездождевой период понижается уровень грунтовых вод, пересыхают ручьи и колодцы, мелеют реки.

   Водорегулирующее значение леса проявляется не только в накоплении влаги в почве, но и в предотвращении заболачивания благодаря тому, что кроны деревьев испаряют большое количество влаги.

  Водоохранное значение лесов проявляются также в создание запасов чистейшей воды. Лесная почва, содержащая множество полезных организмов, является великолепным фильтром, очищающим воду от химических и бактериологических загрязнении, делает ее прозрачной и поддерживает определенную температуру.

Почвозащитная роль леса

   Растения леса совместно с микроорганизмами предотвращают истощение почвы, способствуют улучшению ее физико-химических свойств.

   В лесу на почве ежегодно образуется рыхлая подстилка из опавших листьев и сучьев, и почва оказывается, прикрыта ею, как ватным одеялом. Поэтому зимой почва в лесу промерзает на меньшую глубину, чем на открытых пространствах. Весной с повышением температуры влажная, рыхлая подстилка под действием гнилостных грибков и бактерий начинает перегнивать, обогащая почву минеральными веществами, которые необходимы для жизни растений. Многочисленные корни, проникая в разные горизонты почвы, делают ее рыхлой, обогащенной кислородом, который необходим для дыхания, как корней растений, так и почвенных животных. Почвозащитная роль лесов проявляется также в том, что они в значительной степени предотвращают ветровую и водную эрозию почв. Лес снижает поверхностный сток воды, сокращая этим смывание почвы. Так, наблюдения и расчеты показали, что слой почвы толщиной 18 см смывается, находясь под паром, за 15 лет, под посевами - за 70 лет, под луговым и степными травами - 3225 лет, а под лесом - за 500 000 лет.

Влияние леса на микроклимат

   Одно из важнейших свойств леса - его способность снижать поступающею на земную поверхность солнечную радиацию. Это объясняется тем, что часть лучистой Энергии Солнца поглощается растениями при фотосинтезе, а часть отражается от крон деревьев.

   Лес способствует повышению относительной влажности воздуха. Это объясняется тем, что, во-первых, кроны деревьев во время дождя задерживают внутри себя часть осадков, которые не сразу попадают в почву. Во- вторых, в процессе жизнедеятельности листья испаряют в окружающую среду большое количество влаги.

   Большое внимание на микроклимат оказывает лес, снижая скорость ветра на 35- 40%, причем изменения силы ветра ощущается даже на значительном расстоянии от леса. Благодаря этому лес способствует задержанию снега и тем самым увеличению почвенной влаги. Кроме того, лес - надежная преграда на пути суховеев.

   Перечисленные сферы использования леса позволяют называть его зеленым золотом, зеленым богатством нашей страны. Поэтому человек должен направить свою деятельность на разумное использование и охрану лесных богатств, а также на восстановление лесов.

3. Антропогенные воздействия деятельности человека на леса

.

Растения - биоиндикаторы загрязнения окружающей среды

   Растения обладают высокой чувствительностью к внешним антропогенным, т.е. вызванным  деятельностью человека воздействиям. Их реакция па загрязнения окружающей среды газами, пылью, тяжелыми металлами, вредными веществами проявляется значительно быстрее и зачастую нагляднее, чем у животных или человека. При действии малых концентраций внешние изменения, как правило, хорошо заметны на тех органах, которые осуществляют активные физиологические процессы, например: на молодых листьях, зоне роста стебля и др. Более глубокие изменения обнаруживаются позже, особенно при учете урожая, который существенно снижается.

   Благодаря высокой чувствительности к загрязнению среды, наглядности проявления его воздействий растительные организмы очень удобно использовать в качестве своеобразных индикаторов в биомониторинге.

   Биомониторинг - одно из ключевых направлений современной экологии. В словаре Н.Ф. Реймерса за 1991 г. он определяется как «слежение за природными и антропогенными процессами в биологических средах (организмах, биоценозах и др.)

   Наиболее чуткими индикаторами загрязнения воздуха являются лишайники и мхи. У лишайников газообмен и усвоение влаги происходит свободно, всей поверхностью тела, и вредные примеси из окружающего воздуха и дождевой воды попадают в них в концентрированном виде. Кроме того, эти организмы не способны от пораженных частей слоевища. В результате они становятся очень уязвимыми к внешним воздействиям. Поэтому

окружающей среды лишайников практически нет.  Обнаружилось до удивления точное соответствие — там, где повышено содержание вредных примесей в атмосферном воздухе, никогда не встречаются лишайники.

   Среди высших растений наиболее чувствительны к загрязнению атмосферы хвойные породы. На первом месте ель, пихта, сосна и, наконец, лиственница. В исследованиях в качестве биоиндикатора чаще всего используется сосна как наиболее широко распространенная культура. В ее коре, древесине и хвое могут накапливаться загрязняющие вещества, оказывая влияние на рост и жизнеспособность дерева. В промышленных, загрязненных районах хвоя буреет, закручивается на концах или спирально по всей длине. Хвоя трех-, четырехлетнего возраста отпадает.

 В своей  работе мы решили изучить чувствительных к загрязнениям биоиндикаторов: сосны и лишайники на разных растениях леса.

Исследовательская работа 1.

   Для изучения загрязненности воздуха мы выбрали участок 8-15 -летних сосен, растущих на территории ДИПИ « Федоровский».

 В изучаемом районе выбрали  3 молодых деревьев сосны доступной высоты (1-1.5 м: это обычно 8-15-летние сосенки с 8-15 мутовками боковых побегов на главном стволике, так как в год образуется одна мутовка). У каждого деревца внимательно рассматриваем верхушечную часть стволика, находят участок центрального побега предыдущего года (второй сверху, между первой и второй мутовкой). Все хвоинки на этом участке тщательно рассматриваем для определения класса повреждения и усыхания.

 А.Оценка повреждения (желтые или черные пятна): 1 - хвоинка без пятен, 2 - есть несколько мелких пятен, 3 - много пятен, некоторые из них крупные во всю ширину хвоинки.

 Наши наблюдения: 

 на первом дереве на хвоинках наблюдаются несколько мелких пятен - оценка-2б

 на другой  сосне, на самом кончике побега прошлогоднего прироста  хвоинки выглядели несколько непривычно, а именно, они оказались на 1- 2 см короче и казались уродливыми        оценка-2б

на третьей сосне  хвоя зеленая, здоровая - оценка-3б

Средняя оценка-2,3б

Вывод: Мы решили, возможно, наблюдаемые изменения, это следствие  выбросов газов нефтяных качалок.  

Б. Оценка усыхания: 1 - нет сухих участков, 2 - кончик 2-5 мм усох и пожелтел, 3 - усохло до 1/3, 4 - вся хвоинка желтая, более 1/2 длины сухая. Надо иметь в виду, что шипик на конце хвоинки всегда более светлый, поэтому его окраска не включается в оценку.

 Наши наблюдения:  на 1 сосне  5-10 лет  хвоя выглядела здоровой, оценка1б , на 2и 3соснах-   на нескольких хвоинках- кончик 2-5 мм усох и пожелтел. Оценка - по2б.

 Вывод:

Средняя оценка-1,6 баллов, антропогенное  воздействие  в норме

В. Затем необходимо оценить, сколько лет сохраняется хвоя у исследуемого деревца. Каждая мутовка (как у самого ствола, так и у каждой ветки в отдельности) — это год жизни

Наши наблюдения:   на этом участке, что часть из  наблюдаемых сосен старше 10 лет на нижних мутовках побегов хвоя уже не сохранилась.

Вывод:

 сосны на данном участке растут здоровыми с небольшими повреждениями. Массовых усыханий хвои  не наблюдается. Изученный нами район местности частично загрязнен, в пределах «норма».  

Исследовательская работа 2

 Оценки загрязнения атмосферного воздуха с помощью обилия лишайников

   Лишайники - всем известные сухие корочки на камнях, деревьях или образующиеся на таежных деревьях целые «бороды». Это организмы, состоящие из гриба и водоросли. Они обладают интересным свойством - растут только там, где чистый воздух, и погибают, если в воздухе содержится много соединений серы или фтора. Поскольку сера практически всегда содержится в сжигаемом топливе - в нефти, мазуте, газе, бензине, - лишайники трудно встретить около промышленных предприятий, автодорог, железных дорог и т.п. Зато в удаленных от городов лесах, которых не достигают атмосферные выбросы предприятий, лишайников много.

   Мы решили оценить, насколько чистый воздух в нашей местности по сравнению с самыми «чистыми» и самыми «грязными» территориями,  определив обилие лишайников.

Чтобы сравнивать обилие лишайников в обследуемой местности, наша рабочая группа  подобрала для сравнения заведомо более чистый  участок в лесу и на пасеке.  Выбрали, породу деревьев, которая растет на всех трех участках – липу, сосну. Для надежности выводов желательно вести учеты лишайников параллельно на двух-трех породах деревьев.

На каждом из трех участков необходимо выбрать не менее трех пробных площадок, а на каждой площадке обследовать не менее трех деревьев одной породы, т.е. для надежных выводов необходимо обследовать 50 деревьев *3 участка * 2(3) породы = 900-1350 деревьев.

Обилие лишайников на каждом дереве определяется так: подойдя к дереву, его осматривают со  всех сторон (и от комля до вершины), на глаз оценивая, какой процент площади поверхности ствола |покрыт лишайниками.

 Если лишайников нет совсем, то такое обилие оценивается в «0» баллов

 Если  лишайниками покрыто меньше 10% площади, то это оценивается как «мало» - 1 балл. Если покрытие лишайниками составляет 20-40% процентов площади ствола, то это «средние» - 2 балла, если 50% и больше, то это много - 3 балла.

   После того, как глазомерная оценка не будет вызывать затруднения, можно провести учет обилия лишайников на пробной площадке.

Результаты подсчетов таковы:

Липа – участок-пасека

20* 3б.= 60 б.

10*2б.=40 б.

20*1б.=20 б.

 120 б.:50 дер.=2,04 баллов

Липа – 1участок Леса

15*3б.=45 б.

24*2б= 48 б.

11*1б.=11 б

 104 б.:50 дер. =2,008 баллов

Липа – 2участок Леса

23*3б.=69 б.

12*2б.=24 б.

15*1б.=15 б.

108 б.:50 дер. = 2,16 баллов

Вывод: На липах  20-40% общей площади стволов оказалось покрыты лишайниками, это говорит о том, что воздух в этих районах не загрязнен.

Сосны изучили около  Федоровского Дома – интерната  на двух участках леса и третий  участок около реки, результаты таковы:

Лес 1 участок:

12*2 б.=24 б.

38*1 б.=38 б.

  62 б.:50дер.=1,24 баллов.   

Лес 2 участок

8*2 б.=16 б.

42*1 б.=42б. 58 б.:50дер. =1,16 б.

Участок у реки:

50*1 б. = 50 б.     50 б.: 50дер.=1 б.               

Вывод: 1 балл означает, что менее 10% стволов сосен покрыты лишайниками.

Сосны растут на этих участках около 40лет, но по сравнению с липой и дубом  на них как оказалось лишайников меньше. Поэтому мы уверены, что антропогенные воздействия на наши леса, воздух,  имеются.

Зависимость прироста сосны от чистоты атмосферы

Исследовательская работа 3

   Изменение в приросте деревьев, в том числе у сосны, широко применяются для индикации чистоты атмосферы. У сосны легко можно определить годичный прирост дерева в длину по междоузлиям. Снижение длины прироста указывает на сильное загрязнение атмосферы SO2  или на значительную нагрузку. Достоинство этого метода в простоте выполнения и точности результатов без нанесения ущерба природе.

 Исследовательская работа:

Мы  выбрали  невысокие деревья на трех участках.Затем произвели  замеры междоузлий побегов за последние 5 лет.

 Вычислили средние показатели. Для этого надо сложить размеры междоузлий одного года у всех исследованных деревьев.

Наши наблюдения:

Результаты вычислений прироста междоузлий:                                  средние показатели

  год                            1участок:           2участок:                 3участок:

2011 год                        56см;                 55см;                        71 см;

2012  год                       59см;                 58см;                        73 см;

2013  год                       58 см;                56 см;                       68 см;

2014  год                       60см;                 50 см;                       64 см;

2015 год                       59см.                 49 см.                       62 см.

 Вывод: В первые 4 года, мы заметили, прирост на всех участках идет равномерно, поэтому считаем окружающий воздух незагрязнен. Нас беспокоят результаты прироста 2011 года. Аномально высокая температура лета повлияла на рост растений, не только сосен.    

4. Вывод

Исследуя и работая над выбранной темой, мы сделали следующие выводы:

Угроза экологической катастрофы приобретает реальное звучание;

Необходимо привлекать к ответственности нарушителей закона в области природоохранной деятельности;

Чувство бережного отношения к природе необходимо развивать с детства;

 Необходимо развивать детские движения по охране природы: юных лесоводов, патрулей по охране природы.

Шире привлекать и взрослое населения в различные акции, в такие как «Чистые леса Татарстана».

  Проведенная исследовательская работа позволила нам убедиться, в чистоте воздуха окружающих нас лесов.

Берегите эти земли, эти воды,

Даже малую былиночку любя.

Берегите всех зверей внутри природы,

Убивайте лишь зверей внутри себя!

                                                                      Е.Евтушенко

5. Литература

1. Саутин Е.А. Организация и проведение экологического мониторинга в РТ.   Казань 2005г  

2. Михеев А.В. и др. Охрана природы., Издательство «Просвещение», 1987г.

3. Советский энциклопедический словарь, Москва «Советская энциклопедия», 1990г.

4. Журнал «Биология в школе».

5. Интернет.