Исследовательская работа по экологии на тему "Биоиндикация атмосферного воздуха"

Республика Татарстан

Актанышская средняя общеобразовательная школа №1

Актанышского муниципального района

Научно-исследовательская работа на тему:

«Изучение состояния атмосферы

села Актаныш методами биоиндикации»

Актаныш, 2015

Оглавление

1.     Введение                                                                                                      3

2.     2.1.    Цель исследования                                                                           3

2.2.         Задачи исследования                                                                        4

2.3.         Актуальность исследования                                                            4

2.4.         Объект исследования                                                                       4

2.5.         Гипотеза                                                                                             5

2.6.         Оборудования и материалы                                                             5

3.     Практическая часть. Определение чистоты атмосферного воздуха разных частей с. Актаныш методом лихеноиндикации.

3.1.     Методика проведения исследования                                             5

3.2.     Результаты                                                                                        7

3.3.     Выводы                                                                                              8

 4.   Практическая часть. Определение чистоты атмосферного воздуха        с. Актаныш методом биоиндикации с помощью хвои сосны.

4.1.      Методика проведения исследования                                             9

4.2.      Результаты                                                                                       10

4.3.      Общие выводы по двум исследованиям                                       10

 5.    Приложение 1                                                                                            11

 6.    Приложение 2                                                                                            12

 7.    Приложение 3                                                                                            13

 8.    Приложение 4                                                                                            14

 9.    Приложение 5                                                                                            15

10.   Приложение 6                                                                                            16

11.   Приложение 7                                                                                            17

12.   Приложение 8                                                                                            18

13.   Заключение                                                                                                19

14.   Список использованной литературы                                                       20

Введение

Наша природа, как известно, очень точно сбалансирована. В то же время, в силу определенных ее ограниченных возможностей, имеется ряд критических состояний (порогов) между количеством загрязнений, поступающих в атмосферу, воду, почву и возможностями самой природы  усвоить их без ущерба для жизни, в первую очередь, человека, а также животных и вообще всего живого на земле.

       Атмосферный воздух является одним из основных жизненно важных экологических факторов окружающей природной среды. Его состояние зависит, в основном, от выбросов загрязняющих веществ в атмосферу промышленными предприятиями и транспортом. Поэтому так важны лабораторные исследования атмосферного воздуха. Лабораторные исследования помогают оценить, какая степень вреда наносится в таких обстоятельствах здоровью населения. Однако существуют также и другие методы оценки степени загрязненности воздуха, которые мог бы применить любой, было бы желание. И вот как раз у меня возникло такое желание: своими силами узнать степень загрязненности воздуха в моем родном селе Актаныш. Для достижения своей цели я прибегла к методу биоиндикации с помощью сосны обыкновенной и лихеноиндикации.  Ведь не зря лишайников называют индикаторами чистоты воздуха.

Биоиндикация - оценка качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию ее биоты в природных условиях.

Лихеноиндикация – это определение качества атмосферного воздуха с помощью лишайников.

Цель исследования: изучить и дать оценку состоянию атмосферы села Актаныш методами биоиндикации: лихеноиндикации и биоиндикации с помощью хвойных пород деревьев, в частности сосны обыкновенной.

Задачи исследования:

1.     Анализ научных данных об индикационных способностях лишайников, сосны обыкновенной.

2.     Подборка нужных методик биоиндикации.

3.     Определение степени загрязнения атмосферного воздуха разных частей с. Актаныш с помощью лишайников.

4.     Определение степени загрязнения атмосферного воздуха с. Актаныш с помощью хвои сосны обыкновенной.

5.     Объединение результатов, подведение итогов исследований и создание вывода о состоянии атмосферы с. Актаныш.

6.     Расширить интерес в области знаний о природе своего края.

Актуальность:

Актуальность проекта в том, что согласно статье 68 п.4 Федерального закона N 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» любой гражданин может осуществлять общественный контроль в области охраны окружающей среды, а предлагаемая методика позволяет это делать. Более того актуальность вопроса использования методов биоиндикации подтверждает большое количество научных работ, диссертаций, книг по данной теме, созданных по всей России и не только. Данная работа служит отчасти и для подтверждения верности обоих методов путем сравнения их результатов, тем она и важна. Методы биоиндикации, которые мы рассмотрели в данной работе, доступны, наглядны, достаточно понятны. Данная работа формирует общее понятие о важности методов биоиндикации и позволяет дать оценку степени  загрязненности атмосферы с. Актаныш.

Объект исследования:

Объектом исследования является атмосфера, результаты о состоянии которой, мы получили путем изучения видового состава, типов талломов, степени их поврежденности, площади покрытия и встречаемости лишайников, а также степени повреждения хвои сосны обыкновенной.

Гипотеза:

На наш взгляд, оба метода биоиндикации, лихеноиндикация и биоиндикация атмосферы с помощью хвои сосны, покажут, что общее состояние атмосферы села Актаныш удовлетворительное, но различное в разных местах в зависимости от близости расположения промышленных предприятий и дорог.

Оборудование и материалы:

Для выполнения задач и подтверждения гипотезы в качестве оборудования и материалов мы использовали: уже имеющиеся данные о биоиндикационных свойствах лишайников и сосны (см. список литературы), методику «Определение воздушного загрязнения методом лихеноиндикации» (в том числе шкалу витальности, шкалу Браун-Бланке, шкалу для определения комбинированного показателя покрытия и встречаемости, формулу для определения индекса чистоты атмосферы), палетку 10×10см, расчерченную на квадраты 1×1 см , методику «Биоиндикация воздушного загрязнения по состоянию хвои хвойных деревьев» (в том числе шкалу «Классы повреждения и усыхания хвои»  и таблицу «Экспресс-оценка загрязнения воздуха» приложение 7).

Практическая часть

Определение чистоты атмосферного воздуха разных частей с. Актаныш методом лихеноиндикации

Методика исследования

К сожалению, из-за того, что наше исследование ограничено во времени, и мы не имеем данных о состоянии лишайникового покрытия за предыдущие годы, мы не можем провести исторический анализ. Мы ставим перед собой цель определить относительную чистоту атмосферы разных частей с. Актаныш. Для этого нужно определить, оценить и занести в таблицу следующие показатели:

1. Количество видов лишайников, встречающиеся на данной территории. Чем выше видовой состав, тем чище окружающая среда.

2. Тип таллома лишайников. Лишайники с накипным талломом наиболее устойчивы к загрязнению, с листоватым растут в более чистой среде, и, наконец, с кустистым талломом самые требовательные. Исходя из этого, если встречаются только накипные лишайники, в таблицу (приложение 1) заносится 1 балл, если есть листоватые – 2 балла, кустистые – 3 балла.

3. Оценка по шкале витальности. Определяет состояние талломов:

5 б. - нормальные;
4 б. - слегка поврежденные;
3 б. - средне поврежденные;
2 б. - сильно поврежденные;
1 б. – мертвые.

4. Визуальная оценка осуществляется по шкале Браун – Бланке. Чтобы провести ее, нужно предварительно найти  площадь покрытия  лишайниками. Она определяется методом сеточек-квадратов: берётся палетка (прозрачный квадрат из полиэтилена размером 10×10 см, расчерченная на квадраты

1×1 см), накладывается на несколько деревьев с северной стороны на высоте около 150 см. Затем определяют число (a) единичных квадратов, в которых лишайники занимают на глаз больше половины площади квадрата, и им приписывают покрытие, равное 100 %; определяют число (b) квадратов, в которых лишайники занимают менее половины площади квадрата, и им приписывают покрытие, равное 50 %. Общее покрытие в процентах вычисляют по формуле (c - число исследованных деревьев):

R =(100 a + 50 b) / c.

После определения общего покрытия лишайниками, выраженного в процентах находим визуальную оценку Браун - Бланке, объединяющей покрытие и обилие:

0 б. - встречается редко,  степень покрытия ничтожна.
1 б. - индивидуумов много, степень покрытия мала или особи разрежены, но площадь покрытия большая.
2 б. - индивидуумов много, степень проективного покрытия не менее 10%, но не более 25%.
3 б. - любое количество индивидуумов, степень покрытия 25-50%.
4 б. - любое количество индивидуумов, степень покрытия 50-75%.
5 б. - степень покрытия более 75%, число особей любое.

5. Теперь необходимо определить индекс чистоты атмосферы (IAQ-IndexofAtmosphereQuality), для этого нужно найти Fi - комбинированный показатель покрытия и встречаемости. Считается он отдельно для каждого вида. Применяемый комбинированный показатель покрытия и встречаемости 5 - балльный:

1 б. - вид встречается очень редко и с очень низким покрытием,
2 б. - редко или с низким покрытием,
3 б.- редко или со средним покрытием на некоторых стволах,
4 б.- часто или с высоким покрытием на некоторых стволах,
5 б. - очень часто и с очень высоким покрытием на большинстве стволов

 Индекс чистоты атмосферы IAQ определяется по формуле:

IAQ=Σ Fin,

где n – количество видов.

6. Показатели, полученные в пунктах 1-5, заносятся в таблицу

(приложение 1), суммируются, чем больше получается число, тем чище атмосфера.

Результаты

В результате исследований была составлена таблица «Значение экологических показателей лишайников в разных частях с.Актаныш» (приложение 1). Зимой 2014-2015 года мы обследовали следующие районы:

1.)  Ул. Тукая (рядом с котельной);

2.)  Ул. Мира;

3.)  Парк им. Ленина (окружен хвойными деревьями, за которыми следует оживленная транспортная дорога);

4.) Ул. Ленина (на которой находится наша школа, как раз перед ней проходит дорога с большим количеством транспорта за день);

5.)  Ул. Агидель (отдалена от оживленных трасс; находится рядом с сосновой рощей);

6.)  Ул. Юбилейная.

 На ул.Агидель и в парке Ленина самые высокие показатели чистоты атмосферы в селе Актаныш. Жителям  этих районов нужно внимательнее относиться к своим уникальным местам потому, что на их территории были обнаружены Канделярия одноцветная (приложение 2), но и Пармелия блюдчатая (приложение 3), которая не встречается в других обследуемых нами районах. Ниже показатель в районе новостроек на ул.Юбилейной. Это объясняется подавляющим большинством молодых деревьев как субстрата и медленным ростом самих лишайников. В остальном неплохие показатели объясняются отдалённостью местности от предприятий. Положение ул.Тукая осложняется тем, что рядом находится котельная и оживленная трасса, и ещё тем, что в этом районе расположены магазины  строительных товаров, частные сервисные центры по ремонту автомобилей. Несмотря на то, что на ул.Ленина практически нет промышленных предприятий, магазинов строительных товаров и т.п., здесь показатели оказались ниже, чем мы себе представляли, но выше, чем на ул.Тукая. Это объясняется тем, что ул.Ленина является главной маршрутной улицей села. Ежечасно проезжают здесь около 120 автомобилей.

Вывод

В результате исследований методом лихеноиндикации мы получили, что в обследуемых нами точках произрастают в основном накипные лишайники, только один вид листоватых, а кустистые лишайники вовсе отсутствуют (приложение 4). Территории не очень богаты видами, однако, по шкале витальности их можно оценить высоко. Площадь покрытия варьирует от 10% до 75%, поэтому и визуальная оценка различна. Индекс чистоты воздуха тоже значительно различается. Показатели чистоты атмосферы в разных частях с.Актаныш различны в зависимости от отдаленности промышленных предприятий, автомобильных дорог.

Определение чистоты атмосферного воздуха с. Актаныш методом биоиндикации с помощью хвои сосны

Метод исследования

1.  Выбрать район, участок,  в котором будет проводиться обследование сосен.

2.  Выбрать 5 молодых сосен, с 8-15 мутовками боковых побегов на главном стволе, отстоящих друг от друга на расстоянии 10-20 см .

3.  У каждого деревца осмотреть хвоинки участка центрального побега предыдущего года (второго сверху). Если деревья очень большие, то обследование проводить на боковом побеге в четвертой сверху мутовке.

Пользуясь рисунком «Классы повреждения и усыхания хвои»

(приложение 5), определить класс повреждений и усыханий хвои. Классы повреждения хвои: 1 – хвоинки без пятен; 2 – хвоинки с небольшим числом мелких пятен; 3 – хвоинки с большим числом черных и желтых пятен, некоторые из них крупные – во всю ширину хвоинки.                                                      

Классы усыхания  хвои: 1 – нет сухих участков; 2 – усох кончик 2-5 мм; 3 – усохла треть хвоинки; 4 – вся хвоинка жесткая или более половины ее длины – сухая.

4.  Пользуясь схемой определения продолжительности жизни хвои хвойных деревьев (приложение 6), установить продолжительность жизни хвои. Для этого обследовать верхушечную часть ствола за последние годы: каждая мутовка, считая сверху,- это год жизни. Определить, сколько лет сохраняется хвоя (ее максимальный возраст), причем, если на самом нижнем из освоенных участков часть хвоинок опала, то оценивают примерную долю сохранившихся. Таким образом, полный возраст хвои определяется числом участков ствола с полностью сохраненной хвоей плюс доля сохраненной хвои на следующем за ним участке.

5.  По результатам исследований сделать выводы о состоянии атмосферы с помощью таблицы «Экспресс–оценка загрязнения воздуха» (приложение 7).

 Условные обозначения степени загрязнения воздуха: I – идеально чистый;

II – чистый; III - относительно чистый («норма»);

IV – загрязненный («тревога»); V – грязный («опасно»); VI – очень грязный («вредно»); прочерком обозначены невозможные сочетания.

Результаты

С помощью данного типа биоиндикации нами была обследованы некоторые районы с.Актаныш. В качестве биоиндикаторов мы взяли несколько представителей вида Pínus sylvéstris (сосна обыкновенная) (приложение 8). В результате мы получили, что максимальный возраст хвои у сосны 3 года. Степень повреждения в основном  вторая, первая степень усыхания, из этого следует, что степень загрязнения II,а значит воздух чистый. Но у некоторых сосен наблюдалась третья степень повреждения, а значит степень загрязнения воздуха III-IV (воздух относительно чистый или загрязненный), значит, отдадим предпочтение средним показаниям.

Вывод: в с. Актаныш по экспресс-оценке степень загрязнения воздуха III ,т.е. воздух относительно чистый.

Общий вывод

В результате наших исследований мы пришли к выводу, что атмосфера с.Актаныш находится в относительно хорошем состоянии. На территории с.Актаныш практически нет промышленных предприятий, но существуют автомобильные дороги, государственная трасса, некоторые предприятия, магазины, которые также пагубно влияют на состав атмосферного воздуха нашего "немаленького села". Эти заводы и комбинаты, конечно, оказывают определенное отрицательное влияние на атмосферу, но не так, как это делали бы крупные предприятия металлургии, химического, нефтехимического и нефтеперерабатывающего производства, которых, к счастью, на территории села нет.

Приложение 1

Значение экологических показателей в разных районах с. Актаныш.

Район	Кол-во видов	Тип таллома	Витальность	Площадь покрытия	Визуаль-ная оценка	Fi	IAQ	Общая оценка
Ул. Агидель	4	2	4	65%	3	3 4 2 1	40	53
Парк Ленина	2	1	2	75%	4	4 2	12	21
Ул. Ленина	2	1	3	30%	3	3 3	12	21
Ул. Мира	2	1	4	25%	3	4 3	14	24
ул. Тукая	2	1	2	10%	1	1 2	6	12
Ул. Юбилейная	2	1	4	50%	4	4 4	16	27

Приложение 2

   

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Классы повреждения и усыхания хвои

Приложение 6

Схема определения продолжительности жизни хвои, хвойных деревьев

Приложение 7

Экспресс-оценка загрязнения воздуха

Минимальный возраст хвои	Класс повреждения хвои на побегах второго года жизни
	1	2	3
4	I	I-II	III
3	I	II	III-IV
2	II	III	IV-V
2	-	IV	IV-V
1	-	IV	V-VI
1	-	-	VI

Приложение 8

Заключение

1.    Мы провели анализ научных данных об индикационных способностях лишайников, сосны обыкновенной, и выяснили, что они являются чуткими и удобными для проведения исследований биоиндикаторами;

2.   подобрали нужные методики исследования: «Определение воздушного загрязнения методом лихеноиндикации» (в том числе мы использовали  шкалу витальности, шкалу Браун-Бланке, шкалу для определения комбинированного показателя покрытия и встречаемости, формулу для определения индекса чистоты атмосферы), методику «Биоиндикация воздушного загрязнения по состоянию хвои хвойных деревьев» (в том числе таблицу «Экспресс-оценка загрязнения воздуха»);

3.   определили степень загрязнения атмосферного воздуха с. Актаныш с помощью лишайников, она в разных местах различна, но в среднем невысокая;

4.   определили степень загрязнения атмосферного воздуха с. Актаныш с помощью хвои сосны обыкновенной, воздух относительно чистый;

5.   рассмотрели результаты отдельно и сделали общий вывод: состояние атмосферы в с. Актаныш вполне удовлетворительное.

Однако стоит помнить: благоприятное состояние атмосферы с. Актаныш в данный момент вовсе не гарантирует оставаться таковым! Поэтому мы, люди, должны разумно, а значит бережно относиться к окружающей среде и грамотно регулировать свою экономическую, рекреационную и другие виды деятельности.

Список использованной литературы

1.      Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьев А.Г., Гущина Э.В.Практикум по экологии. - М.: АО    МДС, 1996.-192 с.;

2.     Воронков Н.А. Экология общая, социальная, прикладная: Учебник для студентов высших учебных заведений. Пособие для учителей. – М.:Агар,1999-424 с.;

3.      Голубкова Н.С. Определитель лишайников средней полосы Европейской части СССР. М.-Л.: "Наука", 1966;

4.     ОпекуноваМ.Г. Биоиндикациязагрязнений. СПб.: СПбГУ, 2004.- 266с.;

5.     Пчелкин А. В., Боголюбов А.С. Методылихеноиндикациизагрязненийокружающейсреды.    Методическоепособие. М.: Экосистема, 1997 - 25с.;

6.     Реймерс Н.Ф. Основные биологические понятия и термины. – М.:Просвещение,1998 – 319 с.;

7.     Статья «Растения-индикаторы» в журнале «Биология в школе». М.: «Школа-Пресс»,1992.-62 с.;

8.     Федорос Е.И. ,Нечаева Г.А. Экология в экспериментах: учебное пособие для учащихся 10-11 классов общеобразовательных учреждений. – М.: Вентана-Граф,2007.-384 с.;

9.     Ашихмина Т.Я., " Экологический мониторинг". Учебно-методическое пособие. М.: Академический проект, 2006.