Исследовательская работа по экологии "Лихеноиндикация как один из методов оценки загрязнения окружающей среды"

                        Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №3 имени Ивана Левченко г.Семикаракорска»

Исследовательская работа

Тема:

Лихеноиндикация как один из методов оценки загрязнения окружающей среды.

                                                                                 Выполнил: Рауш Артур

                                                                                 Класс: 10

                                                                                Руководитель: Маркина

                                                                                Галина Александровна 

                                                         2017 год

                                                 Оглавление

1.Введение

2.Основная часть

2.1.Общая характеристика лишайников.

2.2Влияние загрязнений на лишайники.

2.3Причины высокой чувствительности лишайников к загрязнениям.

3 Методика работы

4.Результаты работы.

5.Заключение

Литература

Приложения

                                                  1.Введение

Лихеноиндикация — комплекс методов, позволяющих с помощью лишайников определить общий уровень содержания основных загрязняющих веществ в атмосфере и почве. Лихеноиндикация, как и все методы биоиндикации, опирается на закон экологической индивидуальности видов. Виды реагируют на определенные факторы внешней среды по-разному. Каждый вид характеризуется индивидуальной экологической толерантностью. В течение 130 лет развития методов лихеноиндикации накоплен обширный фактический материал, характеризующий реакцию нескольких сотен видов лишайников на антропогенные изменения компонентов среды.  Лихеноиндикация является достаточно точным, простым и дешевым методом исследования окружающей среды, но она не может заменить химических, физико-химических и физических методов мониторинга. Лишь комплексное применение перечисленных методов исследования позволяет получить информацию, всесторонне характеризующую состояние и динамику изменения окружающей среды.

Актуальность выбранной темы объясняется тем, что лишайники можно смело назвать лучшими объектами исследования при биоиндикации окружающей среды, с повышенной чувствительностью к загрязнению природной среды.

Область исследования: экология человека.

Проблема: определить, как разнообразие эпифитных лишайников зависит от степени загрязненности воздуха.

Объект исследования: эпифитные лишайники. Лишайники выбраны потому, что они чутко реагируют на характер и состав субстрата, на котором растут, на состав воздуха; их реакция на внешнее воздействие очень сильна, а собственная изменчивость незначительна и чрезвычайно замедленна по сравнению с другими организмами. Из всех экологических групп наибольшей чувствительностью обладают эпифитные лишайники, т.е. лишайники, растущие на коре деревьев.

Предмет исследования: видовой состав лишайников в различных районах города.

Гипотеза исследования: видовое разнообразие лишайников и их обилие будет характерно для районов города, в меньшей степени подверженных действию загрязняющих веществ.

Цель моей работы: исследовать зависимость видового разнообразия эпифитных, (произрастающих на растениях), лишайников от степени загрязненности атмосферы.

Задачи:

 1. Определить видовое разнообразие лишайников в различных районах города.

 2. Оценить состояние атмосферного воздуха по видовому составу лишайников.

3. Определить границы лишайниковых зон в отдельных районах города.

Методы работы:

1. Описательный: анализ литературных источников и Интернет-ресурсов;

2. Исследовательский: определения видового разнообразия лишайников методом лихеноиндикации;

3. Анализ и обобщение: обработка полученных результатов.

Этапы работы:

1. Изучение литературы по данной теме;

2. Исследование видового состава лишайников в разных районах города и оценка состояния атмосферного воздуха;

3. Оформление результатов.

Данная работа носит как теоретический, так и практический характер, так как:

• Методы лихеноиндикации, виды эпифитных лишайников были изучены через  литературные источники и материалы Интернет-ресурсов
• А в ходе исследования была выявлена зависимость видового разнообразия эпифитных лишайников от степени загрязненности атмосферы.

                                               2.Основная часть

2.1Общая характеристика лишайников.

Лишайники – это симбиотические организмы, тело которых состоит из автотрофного и гетеротрофного компонентов – зеленых или сине-зеленых водорослей и гриба. Для каждой систематической группы лишайников характерна постоянная, сложившаяся в процессе эволюции форма сожительства определенного гриба с определенной водорослью.

Лишайники встречаются почти во всех наземных экосистемах. Гифы лишайников выделяют кислоты, растворяющие такие твердые породы, как гранит, и проникают в мелкие трещинки, щели. Они превращают гранит в рыхлую массу и подготавливают субстрат для заселения более требовательными к минеральному питанию растениями.

Виды лишайников.

Тело лишайников называется слоевищем, или талломом. В зависимости от внешнего вида слоевища различают лишайники:

Накипные

 

Талломы накипных лишайников имеют вид порошистого налета, тонкой корочки или мелких чешуек, могут быть погружены в субстрат (камень или дерево) или располагаться на его поверхности. В нашей местности наиболее часто встречается накипной лишайник – бацидия.

Листоватые

Талломы листоватых лишайников представляют собой одну или несколько цельных или рассеченных листовидных лопастей, обычно расположенных горизонтально. В слоевище прослеживается четкая дифференциация слоев. На нижней поверхности этих лишайников имеются особые органы, с помощью которых они прикрепляются к поверхности - ризины. К листоватым лишайникам относятся: пармелия, ксантория настенная (золотисто-желтый лишайник на коре).

Кустистые

Кустистые лишайники имеют вид прямостоячих или свисающих кустиков, обладающих вертикальным ростом. Таллом может быть разветвленно-кустистым или иметь удлиненно-цилиндрическую, палочковидную или кубковидную формы. Такие лишайники обладают, в отличие, от накипных и листоватых, вертикальным ростом, который позволяет им лучше использовать свет для фотосинтеза. К кустистым лишайникам, встречающимся в нашей местности относится лишайник – бородач.

Строение лишайников.

У большинства лишайников слоевище имеет верхний и нижний корковые слои из плотного сплетения грибных нитей – гифов, между которыми находится рыхлый слой грибных нитей с водорослями и сердцевина, также состоящая из рыхлого слоя грибных нитей и воздушных полостей. Корковый слой грибов защищает водоросли от чрезмерного освещения. В слое водорослей осуществляется фотосинтез и накопление органических веществ. Этот слой находится непосредственно под верхним корковым слоем. Основная функция сердцевинного слоя – проведение воздуха к клеткам водорослей, содержащим хлорофилл.

Питание лишайников.

Симбиотические взаимоотношения гриба и водорослей проявляются в том, что нити гриба в теле лишайника как бы осуществляют функцию корней, а клетки водорослей – листьев зеленых растений. Водоросль через гриб обеспечивается водой и растворенными в ней минеральными солями. Гриб получает от водоросли органические вещества. Физиология гриба и водоросли в слоевище лишайника во многом отличается от физиологии свободноживущих грибов и водорослей. Водоросль, входящая в организм лишайника, отделенная от гриба, как правило, может существовать самостоятельно. Гриб отдельно от водоросли жить не может.

2.2 Влияние загрязнений атмосферного воздуха на лишайники.

Загрязнение атмосферы губительно для большинства лишайников, поэтому наличие лишайников свидетельствует о чистоте воздуха в данной местности.

Среди многообразия лишайников встречаются виды с разной чувствительностью к атмосферному загрязнению. Встречаются даже виды, хорошо развивающиеся в загрязненном воздухе. Большинство же видов отличается высокой и средней чувствительностью к изменению химического состава воздуха, иногда в сотни раз превышающей чувствительность человеческого организма. Это обусловлено рядом факторов связанных с физиологией этих растений.

В условиях города на лишайники оказывают влияние освещенность, температура, физические и химические свойства субстрата и особенно состав воздуха.

Широкое использование лишайников в качестве биоиндикаторов началось во второй половине двадцатого века. Исследования, выполненные в Великобритании, Канаде, Эстонии, Германии, Беларуси и России, подтвердили связь состояния лишайников с уровнем загрязнения воздушной среды сернистым газом.

В середине 19 века финский ученый В.Нюландер указал на бедность лишайниковой флоры в индустриальных районах большого города по сравнению с сельскохозяйственными окраинами. Было установлено, что при повышении уровня загрязненности воздуха, первыми из городов исчезают кустистые формы лишайников, затем листоватые и, наконец, наиболее устойчивые – накипные.

В основе изменения видового состава лишайниковых сообществ под влиянием загрязнения лежит дифференциальная чувствительность различных видов к воздействию поллютантов (загрязняющих веществ).

2.3 Причина повышенной чувствительности лишайников к составу атмосферы.

В качестве причин, обусловливающих малую устойчивость лишайников к загрязненному воздуху, называют следующие: высокая чувствительность водоросли (фитокомпонент 80% видов лишайников) и высокие требования к кислотности субстрата, изменение которой приводит к гибели лишайника.

У лишайнико газообмен происходит через всю поверхность тела. Также всей поверхностью лишайники впитывают дождевую воду, где концентрируется много токсичных газов. Эти организмы сохраняют способность к росту при температуре чуть ниже 0⁰ С.

Наиболее опасные для лишайников загрязнители воздушного бассейна города – окислы азота, угарный газ, соединения фтора. Самое негативное воздействие на них оказывают соединения серы, особенно сернистый газ, который уже в концентрации 0,5 мг/м угнетает большинство лишайников, а в концентрации 0,5 мг/м губителен практически для всех видов лишайников. Сернистый газ выделяется в атмосферу при сжигании нефтепродуктов (бензин, дизельное топливо) и угля, его выбрасывают в атмосферу заводы деревообрабатывающей промышленности, аммиачные производства.

Загрязнители воздуха нарушают пигментную систему фотосинтеза, окисляя хлорофилл, разрушающийся уже при рН 3,2 – 3,4, и нарушая процесс транспорта органических веществ.

Свидетельством загрязненности воздуха в отдельных районах города могут служить не только отсутствие кустистых или листоватых форм лишайников, но и их внешний вид.

При больших концентрациях наиболее встречающегося загрязнителя – двуокиси серы – лишайники преждевременно стареют. Именно так лихенологии называют состояние организма, когда слоевище нарастает по краям, а сердцевинные его части отстают от субстрата и выпадают. В этом случае колонии листоватых лишайников имеют форму полумесяца. Кроме того, по мере приближения к источнику загрязнения слоевища лишайников становятся более толстыми и компактными.

Чувствительность лишайников к загрязнению обусловлена несколькими причинами:

• лишайники представляют собой симбиоз гриба и водорослей и любое, даже не значительное, влияние может изменять баланс взаимодействия между симбионтами, что сказывается на их жизнеспособности;
• лишайники поглощают аэрозоли и газы всей поверхностью талломов, а также периодически подвергаются дегидратации талломов (обезвоживанию), что приводит к росту концентрации загрязняющих веществ в талломах до высоких уровней;
• водоросль требуксия (Trebuxia), входящая в состав 80% видов лишайников, обладает высокой чувствительностью к повышенным концентрациям сернистого газа в атмосфере;
• четкая зависимость лишайников от величины кислотности субстрата (рН среды), поллютанты могут изменять значения рН в ту или иную строну, и эти значения могут выходить за пределы выносливости одних видов и поселению на данном субстрате других.

                                          3. Методика работы

Работа проходила в г.Семикаракорске. Для исследования видового разнообразия лишайников нами были выбраны три участка: переулок Атаманский (протяженностью 400м, удаленностью от дороги 3 м),  улица Калинина (протяженностью 400м, удаленностью от дороги 3 м), урочище Сусарево (противопожарная дорога пойменного леса протяженностью 400м, шириной 15м). Для проведения наблюдений использовали мелкомасштабную карту города, где отметили исследуемые территории.

На первом этапе работы было проведено предварительное обследование данных территорий. В результате получена следующая информация:

1. Расположение пункта наблюдения.

2. Присутствие или отсутствие лишайниковой растительности на данной

территории.

3.Определены экземпляры лишайников присутствующие на каждом экспериментальном участке.

На каждом из исследуемых территорий были выбраны  участки протяженностью 400 метров. На этих участках произвольно были  отобраны разные деревья (по виду, возрасту). На деревьях был проведен учет лишайниковой флоры.

Для измерения численности лишайников на деревьях, в частности - их проективного покрытия, использовался метод «палетки». Метод «палетки» является методом непосредственного измерения проективного покрытия лишайников на стволах деревьев, т.е. измерения процентного отношения площади, покрытой лишайниками, к площади, свободной от лишайников. Пользуясь квадрат – сеткой (изготовленной из полиэтилена размером 20*20 см и расчерченной на квадраты со стороной 2 см, каждый из которых составляет 1% общей площади), я определил покрытие лишайников – эпифитов на коре дерева. При работе с палеткой на каждом стволе измерения производил четыре раза – с четырех сторон света. Квадрат – сетку я накладывал на ствол дерева в том месте, где слоевища лишайников расположены наиболее обильно. Покрытие рассчитывала в процентах от площади квадрат – сетки.  (Приложение????

Подсчет лишайников на каждом участке ствола производился следующим образом:

• Подсчитывалось число квадратов, в которых лишайники занимают на глаз больше половины площади квадрата (а), условно приписывая им покрытие, равное 100%.
• Подсчитывалось число квадратов, в которых лишайники занимают менее половины площади квадрата (в), условно приписывая им покрытие, равное 50%. Данные записывали в рабочую таблицу.(Приложение)

Общее проективное покрытие в процентах ( Р ) вычислялось по формуле:

Р = ( 100 а + 50 в) / С, где С – общее количество квадратов палетки (при использовании палетки 20*20 см с ячейками 2*2 см, С = 100)

• Измерялся диаметр ствола, удаленность квадрат – сетки от почвы, с помощью компаса определялась экспозицию.
• Используя атласы, определялись виды лишайников. Для этого тонким ножом снимал лишайник вместе с тонким слоем субстрата. Так как у старых деревьев слой пробки достаточно широкий, целостность коры дерева не нарушается и не причиняется вреда растению.
• Визуально определялось обилие для каждого вида по пятибалльной шкале:

5 баллов – слоевища встречаются в большом количестве и обильно;

4 балла - слоевища встречаются обильно;

3 балла - слоевища встречаются в небольшом количестве;

2 балла - слоевища встречаются в очень малом количестве;

1 балл - слоевища встречаются единично.

Обилие и проективное покрытие лишайников – важнейшие показатели благоприятности среды.

                                   4. Результаты работы

В результате работы были получены следующие результаты:

Исследуемая территория №1-переулок Атаманский

территория	№дерева вид	Dствола	кол-во квадратов        «а»	кол-во квадратов        «в»	Проективное покрытие	обилие
Пер.Атаманский	1.Вишня	53	26	21	36.5	3
	2.Ясень	80	21	24	33	3
	3.Береза	46	29	18	38	4
	4.Липа	74	23	15	30.5	3
	5.орех	80	15	20	25	3

Исследуемая территория находится вблизи проезжей части со средней интенсивностью движения. Здесь  отмечается небольшое видовое разнообразие лишайниковой растительности. Обильно лишайники произрастают в средней и верхней части ствола дерева, на высоте от 1 м от поверхности почвы. Лишайники представлены листоватыми видами, относящимися к родам пармелия и ксантория. Накипные и кустистые виды лишайниковой флоры отсутствуют.

Обилие лишайниковой флоры –3,2.

Исследуемая территория №2-улица Калинина.

территория	№дерева вид	Dствола	кол-во квадратов        «а»	кол-во квадратов        «в»	Проективное покрытие	обилие
ул.Калинина	1.Вишня	62	18	12	24	2.5
	2.Ясень	35	17	15	24.5	2.5
	3.Берёза	48	12	19	21.5	2
	4.Липа	70	14	16	22	2
	5.Орех	65	11	21	21.5	2

Изучаемая территория расположена вблизи от дороги, с большой интенсивностью движения. Это фрагмент трассы «Волглдонск-Ростов». На деревьях, произрастающих вблизи проезжей части преобладают накипные лишайники (сем. Parmeliaceae), листоватые лишайники практически отсутствуют, встречаются единичные слоевища рода ксантория.  Наибольшее число лишайников встречается на высоте от 1,7 м.

Обилие лишайниковой растительности – 2,2 балла.

Урочище Сусарево.

территория	№дерева вид	Dствола	кол-во квадратов        «а»	кол-во квадратов        «в»	Проективное покрытие	обилие
Ур.Сусарево	1.Тополь серебристый	60	32	29	46.5	4.
	2.Ясень	42	28	33	44.5	4
	3.Дуб	50	38	26	51	5
	4.Акация	30	42	16	50	5
	5.Карагач	48	34	26	47

 Урочище « Сусарево» является памятником природы местного значения. По лесной типологии это пойменный лес. Это охраняемая заповедная зона. Здесь запрещен не только проезд и отдых, но и рубки ухода.   Влажность в этом лесу максимальная.  На исследуемой территории  отмечается значительное видовое разнообразие лишайниковой растительности. Лишайники произрастают по всему стволу деревьев, с высоты 10 см от поверхности. Флора лишайников представлена разными видами накипных, листовых, кустистых видов.

Обилие лишайниковой растительности –4,2балла.

                                                 5.Заключение

В данной работе был произведен биомониторинг состояния воздушной среды в разных районах города, используя метод лихеноиндикации. Исследуемые территории в черте города свидетельствуют о экологически нездоровой обстановке. Высокие концентрации диоксида серы, углекислого газа образующиеся при сжигании автомобильного топлива вызывают серьезное повреждение растительности. Острое повреждение, вызванное диоксидом серы, отражается в появлении белесых пятен на широколистных растениях или обесцвеченных некротических полос на листьях с продольным жилкованием. Хронический эффект проявляется как обесцвечивание хлорофилла, приводящее к пожелтению листьев, появлению красной или бурой окраски, которая в нормальных условиях маскируется зеленой. Независимо от формы проявления, результатом является снижение продуктивности и замедление роста. Лишайники особенно чувствительны к SO₂ и используются как биоиндикаторы при определении его избыточных количеств в воздухе.

В результате работы подтверждается выдвинутая гипотеза и следуют следующие выводы:

1.      В видовом составе лишайников в исследованных районах вблизи автотрасс города угнетен что говорит о неблагополучной экологической обстановке в целом.

2.     Видовое разнообразие лишайников и их обилие находятся в прямой зависимости от загрязненности воздуха (особенно сернистым газом, который выбрасывает автотранспорт). На территориях, удаленных от автодорог, обилие лишайников и их проективное покрытие больше, чем на территориях, расположенных вблизи от проезжей части.

3.     Метод лихеноиндикации показал, что качество воздушной среды выше на территориях, находящихся на удалении от автодорог.

4.     Использование метода лихеноиндикации позволило определить зоны лишайниковой растительности на территории города.

Наглядные методики экологического мониторинга должны  информировать людей о вреде наносимом благами цивилизации, и заставить их задуматься о собственном сохранении здоровья и будущем их поколения.

                                            Литература

1.     Бязров Л.Г. Лишайники в экологическом мониторинге. – М.: Научный мир, 2002.

2.      Боголюбов А.С. Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации.- М.: Экосистема, 2001.

3.     Кравченко М.В.Методика описаний лишайниковых сообществ.- М: Экосистема, 1996.

4.     Биоиндикация в городах и пригородных зонах. Сборник научных статей. – М.: Наука, 1993.

5.     Солдатенкова Ю.П. Малый практикум по ботанике. Лишайники – М.: издательство МГУ, 1977.

.

                                        Приложение №1

Коэффициент токсифобности некоторых видов лишайников (по SO₂)

Латинское название	Русское название	k
Physcia stellaris Physcia pulverulenta Xanthoria parietina Lecanora subfuscata Psora ostreata Physcia ciliata Candelariella vitellina Lecanora varia Parmelia sulcata Hypogymnia physodes Cetraria pinastri Cladonia pyxidata Parmeliopsis ambigua Cetraria glauca Parmelia olivacea Evernia prunastri Usnea hirta	фисция звездчатая фисция припудренная ксантория настенная леканора коричневая псора устричная фисция щетинистая канделяриелла желточная леканора изменчивая пармелия бороздчатая гипогимния вздутая цетрария сосновая кладония крыночковидная пармелиопсис сомнительный цетрария сизая пармелия оливковая эверния сливовая уснея жесткая	1 1 1,2 1,2 1,6 1,8 2 2 2,6 2,8 3 3 3 3,6 3,8 4,2 4,4

k - коэффициент относительной токсифобности вида; он показывает относительную чувствительность вида к загрязнителям, в частности к SO₂; чем чувствительнее вид, тем выше значение коэффициента

                                        Приложение №2

Зоны загрязнения воздуха

№	Название	Лихеническая характеристика	SO2, мг/м3
0	Сильно загрязненный воздух	Лишайники отсутствуют	более 0,17
I	Загрязненный воздух	Фисция сильно угнетенная	0,15-0,17
II	Пониженно загрязненный воздух	Фисция по стволам деревьев, появляется ксантория	0,1-0,15
III	Умеренно загрязненный воздух	Ксантория по стволам деревьев, появляется пармелия	0,05-0,1
IV	Относительно чистый воздух	Пармелия по стволам деревьев, появляется гипогимния	0,04-0,05
V	Чистый воздух	Появляются кустистые лишайники, в т.ч. эверния	0,02-0,04
VI	Очень чистый воздух	Обычны кустистые лишайники, в т.ч. уснея	менее 0,02

                                        Приложение №3

Переулок Калинина

                                    Приложение №4

Урочище Сусарево