Экологический проект "Определение загрязненности воздуха в городе Киренске методом наблюдений за внешним видом сосны

ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОЗДУХА В ГОРОДЕ КИРЕНСКЕ МЕТОДОМ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ВНЕШНИМ ВИДОМ РАСТЕНИЙ (БИОИНДИКАЦИИ)

Исследовательский проект

Автор:

Наумова Ксения Сергеевна

Дата рождения: 24.02.2005г.

Почтовый адрес: г. Киренск, ул. Никольская, д. 10

Верещагин Кирилл Александрович

Дата рождения: 24.12.2004г.

Почтовый адрес: г. Киренск, ул. Алымова, д. 34

Муниципальное казенное образовательное учреждение для детей дошкольного и младшего школьного возраста «Начальная школа –детский сад №4 г. Киренска», расположенное по адресу 666703, Иркутская область, г. Киренск, м-н Пролетарский, ул. Майская, 16.

2 класс

Руководитель: Наумова Ирина Сергеевна,

Должность: учитель,

Место работы: МКОУ « Начальная школа – детский сад №4 г. Киренска»

Телефон учреждения: 8(39568)4-45-03

Сот. Телефон: [phone]

Адрес эл почты: [e-mail]

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

^ ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНИВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОЗДУХА МЕТОДОМ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ВНЕШНИМ ВИДОМ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ (БИОИНДИКАЦИИ) 5

1.1 Особенности сосны обыкновенной 5

1.2 Состояние атмосферного воздуха 5

1.3 Характеристика района исследования 5

1.4 Обоснование выбора сосны обыкновенной в качестве биоиндикатора 5

1.5 Хлорозы и некрозы 6

1.6 Определение продолжительности жизни хвои и возраста сосны обыкновенной 6

1.7. Отмирание крон и ветвей. Сроки проведения описаний 7

^ ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ: ОЦЕНИВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ АТМОСФЕРЫ МЕТОДОМ БИОИНДИКАЦИИ 8

2.1. Выбор площадок и сроков проведения описаний 8

2.2. Определение загрязненности атмосферы по продолжительности жизни хвои 8

2.3. Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы 9

2.4. Определение загрязненности атмосферы по состоянию прироста 10

2.5. Определение загрязненности атмосферного воздуха по длине хвои 11

2.6. Определение загрязненности воздуха по отмиранию крон и ветвей 13

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 14

^ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 15

ВВЕДЕНИЕ

Данная работа посвящена биоиндикации воздуха в городе Киренске по состоянию сосны обыкновенной.

Решение данной проблемы имеет большое практическое значение. Роль воздуха в жизни организмов огромна. Растения реагируют на загрязнения воздуха изменением окраски, опадением листьев, гибелью. А если плохо растению – то плохо и человеку! Возрастает количество легочных заболеваний, слабеет иммунитет, человек и животные меньше живут. 

Если мы выявим, что воздух в городе загрязнен, мы сможем обратиться к администрации города с просьбой установить очистные сооружения на трубы котельных, или рассмотреть переход на другое топливо.

Целью данной работы является изучение состояния атмосферы в городе Киренске методом наблюдения и сравнения внешнего вида сосны обыкновенной в разных районах города (биоиндикации).

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1.     Изучить влияние выбросов котельных на состояние хвои сосны обыкновенной.

2.     Изучить влияние выбросов котельных на длину хвои сосны обыкновенной.

3.     Изучить влияние выбросов котельных на продолжительность жизни хвои сосны обыкновенной. 

4.     Изучить влияние загрязнения воздуха на дефолиацию. 

5.     Изучить влияние выбросов котельной на длину прироста сосны обыкновенной. 

6.     Оценить степень загрязненности воздуха в городе Киренске.

7.     Предложить меры по улучшению экологической ситуации в городе Киренске.

Объект исследования: состояние атмосферного воздуха в г. Киренск.
Предмет исследования: влияние выбросов котельных на состояние воздуха в г. Киренске.

В процессе работы мы обращались к следующим методам:
1) наблюдение
Наблюдение было непосредственным без использования технических средств.
2) измерение
Измерения длины хвоинок проводились с помощью линейки в классе. Измерение годовых приростов проводилось с помощью линейки на контрольных участках. Измерение небольших расстояний проводилось шагами по методике Алексеева С. В. [2. с. 40]. Для этого рулеткой отмеряли расстояние в 50 метров. Затем это расстояние проходили 2 – 3 раза своим обычным шагом и вычисляли среднюю длину шага, разделив 50 метров на количество шагов. Для измерения расстояния до объекта среднюю длину шага умножали на количество шагов до объекта.
Возраст дерева определяли визуально по методике Боголюбова А. С. [5. с. 4]. Для этого тщательно подсчитывали количество мутовок на стволе и прибавляли 5 лет.
3) системный анализ
Выявляли влияние загрязнения воздуха на видимые признаки сосны обыкновенной. Исследовались сосны одного возраста, растущие на разном расстоянии от главного источника загрязнения воздуха – котельной. Обрабатывали данные с помощью персонального компьютера
Классификация методов исследования взята из книги Алексеева С. В. Экологический практикум школьника [1. с. 11 - 13].
Нами была выдвинута гипотеза: если применить метод биоиндикации по комплексу признаков сосны обыкновенной, то можно определить состояние атмосферы в г. Киренске.
Данная исследовательская работа является полевым экологическим исследованием, так как осуществлялась при выезде на природу (улицы города, лес) [1. с. 13].


^

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНИВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ АТМОСФЕРЫ МЕТОДОМ БИОИНДИКАЦИИ

1.1 Биологические особенности сосны обыкновенной
Сосна обыкновенная (Pinussylvestris) дерево высотой до 30 – 40 метров, в молодости с конусовидной кроной, позднее округленной, в старости зонтиковидной или плоской, высоко поднятой над землей. Продолжительность жизни дерева 150 – 200 лет. Светолюбива, жаростойка, к почвам нетребовательна. Может расти даже на самых сухих, бедных и заболоченных почвах. Хвоя по две штуки в пучке, жесткая, гладкая, колючая, 4 – 8 см. длиной. Отдельные хвоинки живут 2 -3 года, в некоторых случаях до 4 лет. Опадают ежегодно, но не все сразу, а частями. Ветки образуют мутовки. Каждый год образуется новая мутовка.

1.2 Состояние атмосферного воздуха

По расчетным данным объем выбросов в атмосферу от стационарных и передвижных источников составляет 469 тонн в год. В нашем городе никто за этим не следит. Одним из основных газов, за­грязняющих атмосферу является диоксид серы или сернистый ангидрит, выде­ляющийся при сгорании мазута и угольного топлива. Конеч­ным продуктом реакции являет­ся аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде и сне­ге, который подкисляет почву, обостряет заболевания верхних дыхательных путей человека, кожно-аллергические заболе­вания, вызывает рост раковых клеток

1.3 Характеристика района исследования
Киренск — это один из старейших городов Восточной Сибири. Находится город на севере Иркутской области, в месте слияния рек Лены и Киренги,. Занимает площадь 21 км2 (2,1 тыс. га). Теплоснабжение района обеспечивается 22 котельными.

Климатические условия

Территория Киренского района относится к Киренско-Ленскому агроклиматическому округу. Климат – резко континентальный. Преобладание ясной и холодной погоды зимой и жаркой, сухой – летом, обуславливается антициклонами.

1.4 Обоснование выбора сосны обыкновенной в качестве биоиндикатора

В настоящее время наиболее часто применяемые на практике методы биоиндикации учитывают внешние изменения распространенных растений. Основой для этого являются в первую очередь незначительные затраты труда при наблюдении и оценке наблюдаемых явлений. Измерения чаще всего могут проводиться без специальных лабораторий и обученного персонала. Сосна как нельзя лучше подходит в качестве вида – биоиндикатора. Во-первых, сосна обыкновенная является одной из самых чувствительных среди хвойных растений к газодымовым загрязнениям. Во-вторых, сосна распространена на большей части лесной зоны Киренска, следовательно, проблема поиска участков для исследования сведена к минимуму. Удобство выбора сосны для проведения исследований связано и с тем, что сосна – вечнозеленое растение и дает один побег в год, что существенно упрощает наблюдение. 
Кроме того, сосна изучена в наибольшей степени [5 с.1-2 ]. Этим объясняется выбор сосны обыкновенной как важнейшего индикатора человеческого влияния, принимаемого в наше время за показатель биоиндикации [4. с. 103]. 
Хорошо заметными по загрязнению являются внешние и внутренние изменения, а так же продолжительность жизни хвои. При хроническом загрязнении воздуха диоксидом серы наблюдаются повреждения и преждевременное опадение хвои сосны. В зоне техногенного загрязнения отмечается снижение массы хвои на 30 – 60% в сравнении с контрольными участками [4. с.104]. 
Обычно у нее изучают продолжительность жизни, повреждения, длину и массу хвои, приросты побега за год, изменения окраски хвои, опадение крон и ветвей.
1.5 Хлорозы и некрозы
В ответ на воздействие различных стрессоров хвоя сосны меняет свою окраску. 
ХЛОРОЗ - бледная окраска хвои, побурение или побронзовение.
НЕКРОЗЫ - отмирание ограниченных участков ткани – важные симптомы повреждений при индикации, иногда довольно специфичные. 
Для хвойных наиболее характерны верхушечные некрозы темно-бурые, резко ограниченные некрозы кончиков хвои. При развитии некрозов под действием SO₂ наблюдаются вначале грязно-желтые пятна. 
После гибели клеток пораженные участки высыхают и могут за счет выделения дубильных веществ окрашиваться в бурый цвет. На продуваемых участках хвоя явно повреждается сильнее, чем в густом насаждении [6. с.52]. 
В незагрязненных лесных экосистемах основная масса хвои здорова, не имеет повреждений и лишь малая часть хвоинок имеет светло – зеленые пятна и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. Повреждения в виде хлорозов и некрозов появляются в загрязненой зоне[4.с.104]

1.6 Определение продолжительности жизни хвои и возраста сосны обыкновенной
Продолжительность жизни хвои определяют, рассматривая побеги с хвоей по мутовкам. Одна мутовка – один год жизни.
Возраст дерева можно узнать по мутовкам. Этот способ для сосны обыкновенной весьма удобен, доступен и точен (для деревьев не старше 50-60 лет). 
Каждая мутовка на стволе дерева соответствует годовому приросту. Чтобы определить возраст сосны с точностью до двух лет достаточно тщательно пересчитать количество мутовок на стволе и прибавить примерно 5 – 6 лет [ 5. с.4].

1.7.Отмирание крон и ветвей. Сроки проведения описаний
Более простой, но не всегда работающий способ определения класса отмирания (дефолиация) сводится к тому, что определяется возраст хвои, держащейся на побегах. Если на ветке сосны в средней части кроны четыре крайних побега покрыты хвоей, то класс дефолиации такого дерева – ноль ( норма). Если хвою имеют только три крайних побега, то класс дефолиации - 1, если только два побега – 2, если только один крайний побег покрыт хвоей - это 3–й класс дефолиации. Оценка класса отмирания (дефолиации) проводится методом рассматривания и сравнивания побегов
Сроки, в которые можно проводить описание состояния сосны, практически не ограничены. Наилучшим периодом для проведения мониторинга следует считать период с конца августа по декабрь. 


^

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ: ОЦЕНИВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ АТМОСФЕРЫ МЕТОДОМ БИОИНДИКАЦИИ

2.1. Выбор площадок и сроков проведения описаний

Для проведения исследований нами были выбраны 5 площадок на разном расстоянии от котельной школы №5.
Одна из площадок ( №1) является контрольной. На каждой площадке обследовали по одному дереву одного возраста.

·         Площадка№1 - расстояние до котельной 4,5 км. Лес. Контрольная площадка.

·         Площадка№2 - расстояние до котельной 2,5 км. Окраина поселка. Школа –сад №4

·         Площадка№3 - расстояние до котельной приблизительно 1,5 км. Лесхоз

·         Площадка №4 - расстояние до котельной приблизительно 1 км. Пролетарск

·         Площадка №5 – расстояние до котельной приблизительно 100 метров. Школа №5

Время проведения описаний – февраль 2014 года.

2.2. Определение загрязненности атмосферы по продолжительности жизни хвои

Для проведения данного исследования нами использовался упрощенный вариант методики Ашихминой Т. Я. [4. с.106-107]. 
Чем больше продолжительность жизни хвои, тем воздух чище [4. с.107]. 

С целью определения продолжительности жизни хвои обследовано на каждой площадке дерево в возрасте 20-25 лет. Устанавливаем продолжительность жизни хвои путем осмотра побегов с хвоей по мутовкам. Данные заносим в таблицу.

Таблица 1 

Продолжительность жизни хвои.

Номера площадок	Средняя продолжительность жизни хвои
№ 1	4,1
№ 2	3,4
№ 3	3,0
№ 4	3,0
№ 5	2,9

. Из таблицы 1 видно, что на площадке №1,2 хвоя живет более 3 лет. Следовательно, здесь воздух чистый.

На площадках № 3,4,5 хвоя живет значительно меньше, чем на контрольной (3 года и менее). Следовательно, воздух на площадках №3,4,5 загрязнен.

2.3. Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы

Для данного исследования мы использовали методику Т.Я. Ашихминой [4. с .104-105 ].
На каждой площадке у деревьев в возрасте 10 – 15 лет отбирали по 50 пар хвоинок второго года жизни центрального побега.
 Анализ хвои проводили в школе. Вся хвоя делилась на 3 части: неповрежденная хвоя, хвоя с пятнами и хвоя с признаками усыхания. Подсчитывалось количество хвоинок в каждой группе. Данные заносились в таблицу с указанием даты отбора проб на каждой площадке.

Таблица 2

Состояние хвои сосны 

Повреждения и усыхания хвои	Номера площадок
	1	2		3		4		5
Общее число обследованных хвоинок	50	50		50		50		50
Количество хвоинок с пятнами	___	____		____		5		12
Процент хвоинок с пятнами	___	_____		_____		10%(подсчет ведет учитель		13%%(подсчет ведет учитель
Количество хвоинок с усыханием	1	2		14		15		27
Процент хвоинок с усыханием	2%	4%		28%		30%		54%
Дата отбора проб	6. 02. 14		6. 02. 12		6. 02. 12		7. 02. 14	7. 02. 14

Как видно из таблицы, на площадке №3,4,5 встречаются хлорозы и некрозы хвои в большом количестве. Следовательно, здесь воздух грязный.
На площадках №1,2 встречаются единичные хвоинки с хлорозами и некрозами, что допускается. Вывод: воздух на площадках №1,2 чистый.
Самый грязный воздух на площадке №5. На площадках №3,4 воздух загрязнен.

2.4. Определение загрязненности атмосферы по состоянию прироста

При проведении исследования использовали упрощенный вариант методики Ашихминой Т. Я. [4. с.106]. 

На загрязненных участках ежегодный прирост деревьев по высоте может быть на 20 – 60% ниже, чем на контрольных. 

Для индикации состояния атмосферы визуально осмотрели на площадках деревья возраста 20 – 25 лет. На каждом дереве линейкой измеряли длину центрального побега между двумя соседними мутовками. Определяли среднюю величину прироста . Полученные данные занесли в таблицу.

Таблица 3

Прирост сосны

Номера площадок	Прирост см.
№ 1	21
№ 2	21
№ 3	16
№ 4	15
№ 5	15

Как можно видеть из таблицы на площадках № 3-5 прирост небольшой по сравнению с контрольным участком. На площадке №2 прирост такой же, как на контроле.

Вывод: в Лесхозе, на Пролетарске и возле котельной (на площадках №3-4) воздух загрязнен. Самый грязный воздух на площадке №5. На площадке №1,2 воздух чистый.
^

2.5. Определение загрязненности атмосферного воздуха по длине хвои

Методика исследования взята из работы Приступа Г. К. и Мазепа В. Г. [8. ](упрощенный вариант).
Методика состоит в следующем. На каждой площадке у дерева в возрасте 10 – 15 лет взяли по одной ветке. Мы воспользовались веткой, срезанной для работы 2.3.
На осевом побеге собрали все хвоинки второго года жизни, измерили их длину, вычислили среднее значение. Затем на осевом побеге собрали все хвоинки текущего года (однолетнюю хвою), измерили их длину, вычислили среднее значение. Полученные данные занесли в таблицу.

Таблица 4

Длина хвои

Номера площадок	Расстояние от источника загрязнения, м.	Длина хвои, см.
2 – летняя хвоя
№ 5	100	8,0
№ 4	1000	6,3
№ 3	1500	6,5
№ 2	2500	5,5
№ 1	4500	5,1
1 – летняя хвоя
№ 5	100	4,6
№ 4	1000	4,7
№ 3	1500	4,7
№ 2	2500	5,3
№ 1	4500	5,5

Как можно видеть из таблицы 4, длина 2-летней хвои по мере удаления от котельной  уменьшается. На площадке №1 (лес) длина 2-летней хвои меньше, чем в зоне загрязнения. Длина 1-летней хвои постоянно увеличивается по мере удаления от котельной. На контрольной площадке №1 (лес) длина 1-летней хвои больше, чем в зоне загрязнения.

Вывод: воздух в на участках №3-5 загрязнен. Загрязнение влияет на 2-летнюю хвою. 
По нашему мнению 2-летняя хвоя поглотила гораздо больше загрязнителей воздуха, чем 1-летняя. Двухлетние хвоинки сильно повреждены. На площадках № №3-5 процент хвоинок с усыханием 28%-54% (таблица 2). Для того, чтобы обеспечить себя продуктами питания, дерево увеличивает размер хвои.

2.6. Определение загрязненности воздуха по отмиранию крон и ветвей

Для данного исследования использовалась методика Боголюбова А. С. (упрощенный вариант).
Методика состоит в следующем. На каждой площадке обследовали по 1 дереву в возрасте 20 –25 лет. Класс дефолиации определяли визуально с расстояния приблизительно в одну высоту дерева от ствола [5. с.5,6]. 
Мы получили следующие результаты. На площадках №1 (лес) и №2 (окраина поселка) произрастают стройные, высокие деревья. Отмирающие ветки в нижней, верхней и средней части кроны практически не встречаются. Класс дефолиации 0. 
На площадках №3, 4, 5 наблюдаются такие признаки ослабленности, как снижение густоты кроны. В нижней и средней части кроны наличие приблизительно 20% мертвых и усыхающих ветвей. Класс дефолиации 1.
Вывод: воздух на площадках №3, 4, 5 умеренно загрязнен. На площадках №1 и №2 воздух чистый.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нами было проведено 5 исследований состояния воздушной среды в городе Киренске методом биоиндикации. В качестве биоиндикатора была выбрана сосна обыкновенная. Методики исследований взяты из следующих литературных источников:

1.    
Ашихмина Т. Я. Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие изд. Москва.: Академический проект Альма Матер, 2008 г.

2.    
Боголюбов А . С. Оценка жизненного состояния леса по сосне. «Экосистема», 1999 г.

3.    
Приступа Г. К., Мазепа В. Г. Анатомо-морфологические изменения хвои сосны в техногенных условиях. // Журнал «Лесоведение». №1, 1987 г.

В результате проведенных исследований выявлен разный уровень состояния воздуха на исследуемой территории. Наиболее загрязнен воздух на площадке №5, расположенной возле школы №5. Здесь хвоя наиболее поражена. 

Менее загрязнен воздух на площадках №3 и №4. Данные площадки находятся в непосредственной близости от центральной дороги. 

На площадках №1 и №2 воздух чистый. 

Вероятно, самыми главными загрязнителями воздуха в городе являются котельные и автомобили. Мы пришли к этому выводу на том основании, что по мере удаления от котельной улучшается состояние хвои, увеличивается продолжительность жизни хвои, прирост и др. показатели. Для улучшения экологической ситуации в городе необходимо, в первую очередь, установить фильтры на трубы котельных. Таким образом, можно сделать вывод, что цель и задачи исследования достигнуты.


^

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.    
Алексеев С. В. , Груздева Н. В. , Гущина Э. В. Экологический практикум школьника. Методическое пособие для учителя. Издательский дом «Федоров». Издательство учебная литература, 2006. 

2.    
Алексеев С. В. , Груздева Н. В. , Гущина Э. В. Экологический практикум школьника. Методическое пособие для учащихся. Издательский дом «Федоров». Издательство учебная литература, 2005. 

3.    
Ашихмина Т. Я. Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие. М. : Академический проект Альма Матер, 2008.

4.    
Боголюбов А . С. Оценка жизненного состояния леса по сосне «Экосистема», 1999 // http://karpolya.ru/uploads/fajly/05sosny.pdf.

5.    
Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / под ред. Шуберта Р. М: Мир, 1988.

6.    
Илькун Г. М. Загрязнители атмосферы и растения. Киев: «Наукова думка», 1978.

7.    
Приступа Г. К., Мазепа В. Г. Анатомо-морфологические изменения хвои сосны в техногенных условиях. Журнал Лесоведение №1. 1987.