Исследовательская работа "Оценка состояния окружающей среды г.Усть - Илимска методом лихеноиндикации"и"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Городская гимназия №1»

«Оценка состояния окружающей среды г. Усть-Илимска и его окрестностей методом лихеноиндикации»

Исследовательская работа на IV студенческую

научно-практическую конференцию «Новое поколение — новое мышление»

Авторы:                      Мурзич Маргарита. Россия,

г. Усть-Илимск гимназия №1,  10 класс «Б».

Руководитель:           учитель Громенко Т.В., городской

 гимназии №1, г.  Усть-Илимск.

2017 г.

Содержание

Введение. Актуальность исследования.                                                                       3

Глава 1. Методика проведения исследования и результаты.                                             5

Глава 2. Оценка состояния воздуха в г. Усть-Илимске и его окрестностях                     7

методом лихеноиндикации

Заключение.                                                                                                                     10

Литература.                                                                                                                       11

Приложение                                                                                                                      12

Введение

            Актуальность.  Каждый из нас – свидетель и участник изменений окружающей    среды. Наблюдательный человек может заметить, что вокруг городов и там, где происходит интенсивное загрязнение среды автомобильным транспортом, тепловыми электростанциями, предприятиями черной и цветной металлургии, строительной и добывающей промышленности, с той или иной скоростью исчезают представители разных видов растений. Иногда им на смену приходят новые. Это либо сельскохозяйственные растения, сопровождающие их сорняки, либо деревья, кустарники и травы, которые используют для озеленения. А вот многие представители местной флоры иногда полностью исчезают с территорий, которые подвергаются интенсивному загрязнению. Как оказалось, многие растения очень чутко реагируют и на загрязнения атмосферного воздуха., для живой природы и человека. Практическое применение индикаторных свойств растений требует решения целого ряда задач.  Для этого нужно проводить экспериментальные исследования и тщательные наблюдения за изменениями растений в зонах загрязнения.

            Растения – индикаторы как бы суммируют в себе всё без исключения важные данные о загрязняющих веществах, указывают скорость изменений, пути миграции и места скоплений их в экосистемах, позволяют судить о степени вредности тех или иных веществ. Как показали исследования, чувствительность к загрязнению различна у разных видов растений. Г.М. Илькун, изучив чувствительность растений более 200 видов, составил их усредненную оценку газоустойчивости и способности нормально произрастать при определенных уровнях концентрации вредных газов в воздухе. По этому признаку растения можно разделить на 5 групп:

            I – очень устойчивые;

            II – устойчивые;

            III – относительно устойчивые;

            IV – малоустойчивые;

            V – неустойчивые.

            Растения – неустойчивые – наиболее чутко реагируют на характер и степень загрязнения атмосферы. К таким растениям – биоиндикатором относятся лишайники – своеобразные симбиотические организмы.

              Ещё в XIX веке классик лихенологии В. Нюландер, швед по происхождению обратил внимание, что в Париже в Люксембургском саду из-за использования газа для освещения улиц, постепенно исчезали лишайники. Это дало основание ему назвать лишайники «гигиенометры», видовой состав которых отражает качество воздуха и комфортность условий проживания для самого человека.

            В последние годы во многих странах мира видовой состав и распространение лишайников в зонах воздействия крупных промышленных предприятий, стали объектом пристального изучения специалистов. В настоящее время распространение лишайников нанесено на карты 400 городов мира и даже целых государств /Великобритания. Нидерланды/.

            Актуальность изучения видового состава лишайников и их распространения продиктована состоянием окружающей среды в г. Усть-Илимске и его окрестностях. У нас возникло желание ближе познакомиться с биологическими особенностями лишайников, выяснить влияние автотранспорта, ТЭЦ и ЛПК на видовое разнообразие  и экологическое состояние этих организмов.

            Цель работы:           оценить состояние окружающей среды в г. Усть-Илимске и его окрестностях по наличию, обилию и разнообразию видов лишайников.

            Задачи:

1.      Ознакомиться с биологическими особенностями лишайников по литературным источникам.

2.      Отобрать необходимые методики экологического мониторинга, позволяющие:

а) определить частоту встречаемости кустистых, накипных и почвенных лишайников;

б) выявить основные загрязнители воздуха в городе и его окрестностях;

в) выявить зависимость многообразия лишайниковой флоры и её экологического состояния от степени загрязнения воздуха.

3.      Проанализировать полученные результаты, сформулировать предварительные выводы исследования.

Объект исследования:  лишайники окрестностей г.Усть - Илимска

Предмет исследования: видовое разнообразие и экологическое состояние лишайников

Гипотеза: если видовое разнообразие лишайников невелико и  они находятся в угнетённом состоянии,то это свидетельствует о загрязнении окружающей среды.

Глава 1. Методика проведения исследования и результаты

     Работа проводилась в течение июня-августа 2012 - 20123г. Наблюдения проводились в разных районах г. Усть-Илимска и его окрестностях и заносились в общую таблицу по участкам. После чего делались выводы о многообразии лишайников на данной территории, выяснялось их экологическое состояние, и определялись источники загрязнения.

    Анализ современного состояния лишайниковой флоры мы начали с того, что карту г. Усть-Илимска и района разбили на участки. На каждом участке заложили пробные площадки размером 50х50м. На каждой пробной площадке учитывались следующие параметры:

        а) общее число видов лишайников;

        б) степень покрытия слоевищами лишайников каждого дерева;

        в) частота (встречаемость) каждого вида;

        г) обилие каждого вида.

   При этом могут быть употреблены следующие градации:

Оценка	Частота встречаемости	Степень покрытия
1	очень редкая	очень низкая
2	редкая	низкая
3	небольшая	средняя
4	большая	большая
5	очень высокая	очень большая

Влияние загрязнения среды на встречаемость лишайников

Зона загрязнения	Оценка встречаемости лишайников	Загрязнение воздуха сернистым газом,	Оценка загрязнения
1	Лишайники на деревьях и камнях отсутствуют	Больше 0,3-0,5	Сильное загрязнение
2	Лишайники также отсутствуют на стволах деревьев и камнях. На северной стороне деревьев налёт водоросли Плеврококкус.	0,3	Довольно сильное
3	Появление на стволах и у основания деревьев серо- зелёных накипных лишайников  Леканоры, Фисции.	От 0,05- до 0,2	Среднее
4	Развитие накипных лишайников-Леканоры, водоросли Плеврококкуса, появление листоватых (Пармелия)	Не превышает 0,05	Небольшая
5	Появление кустистых лишайников (Эверния, Уснеи)	Малое содержание	Воздух очень чистый.

После этого каждый участок был тщательно обследован. Вдоль улиц и по дворам, в лесопарках, оврагах нами были осмотрены деревья и кустарники, поверхности горных пород, почва. В озеленении города в основном используются тополь, берёза, ель, сосна, акация жёлтая. Нам удалось обнаружить лишайники в естественных зелёных массивах левобережья и правобережья. Всего нами обнаружено 8 представителей, в основном это листоватые  и накипные лишайники, растущие на коре деревьев  и один кустистый на почве. Надо отметить, что массивы в жилой зоне вытоптаны, используются для выгула собак и, вероятно, это послужило причиной исчезновения напочвенных лишайников.

            Естественно, что число видов, обнаруженных в обследованных участках, неодинаково. Видовое разнообразие лишайников увеличивается по мере удаления от города. Если в лесопарковой зоне правобережья нами обнаружен представитель одного вида кустистых лишайников, то на 13 км. по Братскому шоссе в районе дачного кооператива  «Гидростроитель» уже 5 видов. В районе ЛПК и ТЭЦ  нами обследовано несколько участков. В непосредственной близости от этих промышленных предприятий есть участки, где лишайники не встречаются, это так называемые «лишайниковые пустыни (сопка в районе посёлка Невон). По северо - восточной дороге от ЛПК число лишайников резко сокращается, нами обнаружено всего 5 видов (накипных и листоватых), среди них нет кустистых, наиболее чувствительных к загрязнению воздуха. ЛПК построен с учётом розы ветров, и все выбросы уносит в этом направлении.

            В районе п. Невон мы также обследовали несколько участков. В лесном массиве верховьев р. Невонка нами обнаружено 9 видов лишайников, в основном на коре деревьев и 1 вид напочвенного – Пелтигера, на горных породах большая степень покрытия накипными лишайниками.

             Кроме этого, мы обследовали участки вдоль трассы по Братскому шоссе, чтобы выявить влияние загрязнений автотранспортом на экологию лишайниковой флоры. Для этого, мы разместили трансекту перпендикулярно шоссе, насыщенному автотранспортом и примыкающему к лесному массиву. Трансекту разбили на участки: 1) возле дороги; 2) в 200м.        3) в 500м. 4) в 3000м от дороги в лесном массиве (см. Экологический мониторинг). Нами обнаружено вблизи дороги 5-7 видов, в основном это накипные и листоватые виды. На стволах деревьев найдено 4 вида лишайников. С удалением вглубь леса число видов взрастает до 12. И наконец самое большое количество видов -20-22 обнаружено в районе дачного кооператива «Гидростроитель», расположенного в 5км. от трассы. Эти места можно назвать своеобразными убежищами для лишайниковой флоры. Здесь в особых микроместообитаниях сохраняются  условия для чувствительных видов Эверния, Пелтигера, Кладония, Цетрария и др. В некоторых участках в глубине леса мы нашли напочвенные лишайники, растущие сплошным «ковром», также преимущественно листоватые. Частота встречаемости лишайников также неодинакова. Например, Гипогимния встречается почти во всех изученных нами участках, а напочвенные лишайники – Кладония, Кладина, Эверния, Пелтигера только в районе дачного кооператива.

             Обнаруженные лишайники по чувствительности относятся к 4 классам из 5, выделяемых лихенологами. Наиболее чувствительные виды лишайников на территории города не обнаружены. Так не были найдены напочвенный лишайники  с крупным листоватым широколопастным слоевищем  - «Олений мох»,  Стерекаулон войлочный (исландский мох). Исчезли с территории ЛПК  и ТЭЦ кустистые бородовидные лишайники, растущие на стволах деревьев – Уснея, Эверния. Эти лишайники относятся к классу очень чувствительных к загрязнению воздуха, не переносящих примеси двуокиси серы и продуктов сгорания ТЭЦ и других токсикантов [].

Глава 2. Оценка состояния воздуха в г. Усть-Илимске и его окрестностях

по обилию и разнообразию лишайников

Лишайники, найденные нами в разных участках относятся к группам:

.

1.      Накипные – напоминают тончайшие корочки, которые срастаются  с поверхностью скал и деревьев. Они оказались наиболее выносливыми к загазованности воздуха и встречаются довольно часто даже вблизи ЛПК и ТЭЦ. Группировки на скалах  и горных породах состоят из  листоватого лишайника – Ксантории (стенная Золотянка) и накипных видов – Леадея, Ризокарпон, Леканора, Фисции и др. Степень покрытия этими лишайниками большая, что соответствует среднему загрязнению воздуха сернистым газом (от 0,05 до 0,2 мг/м3).

2.      Листоватые – поселяются на коре деревьев, на почве, они имеют широкие лопасти. По сравнению с накипными лишайниками, они менее устойчивы к загрязнению воздуха двуокисью серы, азота и углерода. Особенно чувствительными являются напочвенные виды (Трасс Х.Х, 1977г.). Нами обнаружены следующие виды листоватых лишайников:

                    а) на коре деревьев – Ксантория, Фисция, Гипогимния (п. Невон, дачный  кооператив «Гидростроитель»), Пармелия («Гидростроитель»). Частота встречаемости  - большая, степень покрытия – очень большая. Это свидетельствует, о том, что загрязнение воздуха в этих районах сернистым газом не превышает  0, 05 мг/м ³ (загрязнение небольшое).

                    б) напочвенные – Пельтигера, Лобария. Эти лишайники также очень чувствительны к загрязнениям. Их присутствие свидетельствует об умеренном загрязнении воздуха.

3.      Кустистые – растут на почве. При повышении загазованности воздуха, они исчезают первыми. Вот почему мы не нашли этих представителей вблизи ЛПК и ТЭЦ. В районе «Гидростроитель» нам удалось найти Эвернию, Меанелию, Цетрарию, Алекторию.

4.      Бородовидные – самые  уязвимые из всех видов лишайников. К ним относится Уснея и

       Эверния. Уснея встречается довольно часто в «Гидростроителе», но в угнетённом состоянии (см. приложение).

Таким образом, мы установили прямую зависимость видового разнообразия лишайниковой флоры и её распространения от степени загрязнения воздуха. Кроме этого, сернистый газ, продукты сгорания ТЭЦ, углерод угнетают жизнедеятельность лишайников, вызывают сморщивание талломов, Слоевища становятся толстыми, компактными и почти совсем утрачивают плодовые тела, постепенно погибая []..  Индикаторные свойства лишайников связаны с биологическими особенностями растений. Они чувствительны к загрязнению среды по следующим причинам: 1) у лишайников  отсутствует непроницаемая кутикула, благодаря чему газообмен происходит через всю поверхность; 2) всё необходимое для жизни они получают из воздуха и атмосферных осадков, а большинство токсических газов концентрируется в дождевой воде; 3) большинство цветковых растений в наших широтах активно только летом, когда уровень загрязнения сернистым газом намного ниже (вследствие уменьшения сжигания угля в топках – основного источника сернистого газа), в то время как лишайники обладают способностью к росту и при температурах ниже 0 градусов. Наиболее чувствительным симбионтом является водоросль.

 Особенно губительны для лишайников окислы, которые образуют с водой кислоты различной концентрации; 4) есть у лишайников ещё одна уязвимая сторона. Если листопадные растения ежегодно сбрасывают листву и избавляются от вредных веществ, то лишайники такой возможности лишены: токсиканты накапливаются в их слоевищах и в конце концов их губят [].

        Исследуя многообразие лишайников, их распространение и экологию, мы выяснили, что основными загрязнителями воздуха в г. Усть-Илимске и  его окрестностях являются крупнейшие промышленные предприятия – лесопромышленный комплекс, ТЭЦ и автотранспорт.

        ЛПК – основной загрязнитель воздушного бассейна города и его окрестностей. Его выбросы содержат двуокись серы, сероводород, хлористые соединения. Для лишайников особенно губительна двуокись серы. Попадая в хлоропласты водорослевого компонента, она разрушает хлорофилл. Лишайник постепенно гибнет.

        ТЭЦ – в качестве топлива использует уголь. Мы проанализировали по литературным источникам выбросы в атмосферу. Ежегодно ТЭЦ такой мощности, как Усть-Илимская, выбрасывает в воздух пыли – 3000т, угарного газа – 2000т, оксидов азота -27000т, двуокиси серы – 11000т, углеводородов – 400т.

        Автотранспорт загрязняет воздух окисью углерода, окисью азота, углеводородами (нафталин, бензпирен). По данным Дзятковской Е.Н. (2009 г.)  в городе Усть-Илимске вклад автотранспорта в уровень загрязнённости воздуха составляет 25,1%. Количество автотранспорта в городе непрерывно увеличивается. Мы думаем, что эти цифры гораздо выше.

                                                           Заключение

Изучение лишайниковой флоры г. Усть-Илимска и его окрестностей, позволяет сделать следующие выводы:

1.      Лишайники – это растения – гигиенометры, т.е. они чутко реагируют на степень загрязнения среды, особенно воздушной.

2.      Самое отрицательное влияние оказывает двуокись серы, это вещество уже в концентрации 0,08 – 0,10 мг/м³ начинает вредно воздействовать на многие лишайники [6]. Под воздействием двуокиси серы в хлоропластах водорослей появляются бурые пятна, начинается деградация хлорофилла, плодовые тела хиреют, лишайник гибнет.

3.      Видовое количество лишайников возрастает по мере удаления от ЛПК, ТЭЦ и в целом от города, т.к. выбросы ЛПК содержат двуокись серы, а в продуктах сгорания ТЭЦ двуокись углерода.

4.      «Лишайниковая пустыня» в районе п. Невон свидетельствует о загрязнении SO₂ в концентрации 0,3 – 0,5 мг/м³  Такая концентрация губительна для всех видов лишайников [5].

5.      Лишайники – Ксантория, Фисция, Леканоры, Анаптихии, обнаруженные на коре деревьев в районе дачного поселка «Гидростроитель» свидетельствуют об умеренном загрязнении воздуха SO₂  0,05-0,2 мг/м³  [6].

6.      В городе пагубно влияют на лишайники загрязнители – продукты сгорания автомобильного транспорта. В городе сильно изменен микроклимат, здесь «суше», чем в естественных условиях (на 5 %), теплее         (на 1⁰ – 3⁰), меньше света.

7.      Данные о видовом составе лишайников не могут быть основой для оценки фактической концентрации загрязнителей среды. Загрязнение может быть гораздо выше, чем допустимая концентрация для жизнедеятельности лишайников.

8.      Исчезновение представителей чувствительных к загрязнению видов, так как Пармелия, Электория должно быть сигналом опасности для других организмов, в том числе для человека [5].

9.      Качество воздуха в городе требует принятия более эффективных и масштабных мер для его улучшения, решения вопросов с  многочисленными автомобильными стоянками в центре города, использование фильтров для очистки воздуха на ЛПК и ТЭЦ, использование новейших технологий – дожигания серосодержащих газов, что сократит выбросы в воздух на 60-70%.

Литература

1.      Энциклопедия «Жизнь растений Т3 М:, 1977г.

2.      Ю.Дмитриев «Книга природы» М:, «Детская литература» 1990г.

3.      Энциклопедия для детей М: «Аванта» 1994г.

4.      Биология. Справочник школьника. М:, 1995г.

5.      Л.Г. Бязров. «Лишайники- организмы – гигиенометры » Приложение «Биология» №4 1997г.

6.      ТРАСС Х.Х «Экология лишайников» М, «Прогресс» 1977 г.

7.      Алёнкин А.А. «Лишайники» М, «Наука» 1980 г.

8.      Голубкова Н.С. «Водоросли. Лишайники» М, «Наука» 1976 г.

9.      Федорова А.И., Никольская А.Н. «Практикум по экологии и охране окружающей среды» М,  Владос. 2003 г.

            Приложение №1

Экологический мониторинг

            Тема: Использование лишайников для биоиндиксации загрязнений промышленными выбросами.

            Оборудование:        рулетка, определитель лишайников.

Ход работы:

1. Выбрать 2 участка (леса) парка примерно с одинаковым количеством деревьев поблизости от автомагистрали (N⁰1) и на расстоянии 200м от неё (N⁰2).
2. Отмерить рулеткой площадь 50мХ50м.
3. Обследовать каждое дерево на высоте от 30см до 1,5м записать данные в таблицу.

Участок №1⁰

Дерево	наличие (+) и отсутствие (-) лишайников
	Кустовые	Листовидные	Накипные
1.Береза	-	+ изредка	-
2. Ель	-	+ изредка	+ изредка
3. Тополь	-	-	-
4. Сосна	-	-	-

Участок №2⁰

Дерево	Кустовые	Листовидные	Накипные
1.Береза	-	+ часто встречается	+
2. Ель	+	+	+
3. Тополь	-	+изредка	+изредка
4. Сосна	-	+	+

Выводы: 1. На участке №1⁰ нами были обнаружены лишайники из группы листовидных только на стволах березы и ели. Кустистые лишайники являются наиболее чувствительными к загрязнению выхлопными газами, содержащими окись углерода, окислы азота, тяжелых металлов.

   2. На участке  №2 появляются 1 вид кустистых лишайников на стволах ели. Обнаружены накипные 5 видов на всех деревьях и 4 вида листоватых. В глубине леса загрязненность воздуха уменьшается, экологические условия более благоприятны для произрастания лишайников.

Приложение №2

Определитель лишайников

Отдел Лишайники.

Класс сумчатые лишайники.

1.                                                                                                                                                  Стенная золотянка - Xanthoria   parietina. Таллом обычно округлой или дисковидной формы, желтого или коричневого цвета. Всегда с плодовыми телами /апотециями/. Растет на деревьях, на заборах, стенах построек. Один из немногих лигшайников, который встречается в самых различных местах.

2.                                                                                                                                                  Гипогимния вздутая – Parmelia physodes. Таллом листоватый, в виде розетки, с глубокими лопастями серовато-зеленого или светло-серого цвета. Часто селится на коре хвойных деревьев, замшелых пнях, крепко прирастая к субстрату. Может жить на разных субстратах.

3.                                                                                                                                                  Кладония крыночковидная – Cladonia pyxidata. Таллом листоватый, прилегающий к субстрату, серовато-зеленый, веточки вторичного таллома       2 - 4см длины, прямостоячие, воронковидные, серовато-белые. По верхнему краю сидят на выростах коричневые или красные плодовые тела. Очень широко распространенный лишайник, растет на органических субстратах. Обычен на старых гниющих пнях, стволах, ветках в ельниках. Иногда встречается на опушках.

4.                                                                                                                                                  «Олений мох» (ягель) – Cladonia rangiferina. Таллом беловатый или серовато-зеленоватый, реже беловато-зеленый или чисто серый. Конечные веточки на концах темно- коричневые, поникают в одну сторону. Кустики сильноветвящиеся, 5 – 10 см высоты, образуют характерные подушки. Растет на сухих и солнечных местах, часто с брусникой, вереском, «исландским мхом».

5.                                                                                                                                                  Лобария легочная – Lobaria pulmonasia. Таллом листоватый, с глубоко выраженными лопастями, 10-30см ширины, часто с плодовыми телами. Таллом прилегает к субстрату, имеет ячеистое строение, напоминает лёгочную ткань.

6.                                                                                                                                                  «Исландский мох» - Cetraria islandica (цетрария). Таллом листоватый, глубоко вырезанные лопасти, напоминают оленьи рога, напочвенный, веточки шириной 1 – 1,5см, зеленоватого или темно - коричневого цвета с верхней стороны и серебристо-белый налёт с нижней.

7. Фисция припудренная (Physcia) – довольно вынослива, к загрязненности. Растет на коре деревьев. Слоевище листоватое образует розетки, сверху оливково-коричневое, покрыто сизоватым налетом, снизу темное.

Накипные лишайники

8. Фисция голубовато-серая (Ph сolsina) – поселяется на камнях, накипной лишайник, голубовато-серого цвета, розетка до 1 мм, лопасти узкие.

9.Леканора коричневая (Zecanora Subfuscata) – слоевище тонкое, серое, ограниченное черной линией, с рыжевато-бурыми апотециями.

10. Evernia prunastri – лопасти снизу беловатые, сверху беловато-зеленые, обильно растет на коре деревьев, особенно лиственных пород.

11.Полтигера собачья (Peltiqera canina) – имеет вид крупных пластинок, рассеченных на широкие, извилистые по краям, лопасти. Верхняя поверхность серая или коричневато серая, матовая. Нижняя розовато-белая с густой сетью жилок. Встречается на почве в смешанных и лиственных лесах, между скалами.

12..Полтигера (P.  aphtosa) – имеет крупные пластинки, расположенные на широкие лопасти зеленой окраски.

Приложение №2

Участок №3

(пос. «Гидростроитель»)

Участок расположен в 5 км. от Братского шоссе, вглубь лесного массива.

Деревья	Накипные	Листовые	Кустовые
Сосна	+	+	+  Угнетенные состояние
Осина	+	+	+  Изредко
Береза	+	+	+
Почва	-	+ обилие	+ Часто

Выводы:  на участке нами обнаружено 22 вида лишайников всех форм. Частота встречаемости большая, степень покрытия – очень большая, степень покрытия – очень большая (встречаются на большинстве деревьев).

Появляется листоватый лишайник Пармелия и куститый Уснея но в угнетенном состоянии

Участок №4

Участок расположен в непосредственной близости от ЛПК и ТЭЦ.

Деревья	Накипные	Листовые	Кустовые
Сосна	+ изредко	+  редко	-
Осина	+	-	-
Ель	-	+ редко	-
Береза	+ очень редко	+ очень редко	-
Почва	-	+   очень редко	+  очень редко
Горные породы	+	-	-

Вывод: нами на участке найдено 7 видов лишайников, среди них отсутствуют куститые – Уснея, Эверния, листоватые. В основном – Пармелия, преобладают накипные, как более устойчивые к загрязнению сернистым газом.