Исследовательская работа "Биоиндикация атмосферного воздуха при помощи сосны обыкновенной"

Министерство образования и науки Удмуртской Республики МОУ

«Первомайская средняя общеобразовательная школа имени Героя Советского Союза А.Н. Сабурова» Завьяловского района УР

Биоиндикация атмосферного воздуха при помощи сосны обыкновенной

с.Первомайский 2009

Содержание

Введение…………………………………………………………………………....3

ГЛАВА 1 Литературный обзор…………………………………………………...4

1.1 Загрязнение атмосферы: виды и источники…………………………………4

1.2 Влияние загрязнения атмосферного воздуха на

хвойные породы деревьев  ………………………………………………………..5

ГЛАВА 2 Методика и материалы………………………………………………...7

ГЛАВА 3 Физико-географическое положение исследуемого района……….…8

ГЛАВА 4 Результаты исследования………………………………………….…..9

Выводы……………………………………………………………………………..11

Заключение………………………………………………………………………...12

Литература…………………………………………………………………………13

Приложение

3

Введение

Важным элементом в жизни человека является атмосфера, без которой немыслимо его существование. Роль атмосферы в природных процессах огромна. Наличие  вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает её от вредных космических и ультрафиолетового излучения. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них на режим рек, почвенно-растительный покров и на процессы рельефообразования. Чистый воздух необходим для жизни человека, растений и животных.

За всю историю деятельность  человека привела к глобальным изменениям его среды обитания. Важнейшим факторам воздействия на  биосферу является загрязнение атмосферного воздуха.

Загрязнение атмосферы приводит к глобальному кризису: нарушение озонового слоя, а вследствие этого изменение климата в результате парникового эффекта. Атмосферные загрязнения оказывают отрицательное влияние на живые организмы, что приводит к сокращению численности, видового разнообразия животных и растений, заболеваемости человека.

Таким образом, чтоб человек не прекратил своё существование из-за экологических кризисов, следует вовремя предотвратить и не допустить создание экологических опасных обстановок и нарушение экологического баланса в природе.

Актуальность нашей работы в том, что атмосферный воздух

с. Первомайский не изучался, хотя село находится вблизи города  Ижевска и таких предприятий как «Ижевская птицефабрика» и «ИжАвто». 

Гипотеза - авторы предполагают, что атмосферный воздух на территории с. Первомайский загрязняется различными источниками.

 Цель работы: Выявить загрязнение атмосферного воздуха методом биоиндикации с. Первомайский.

Задачи:

1.Изучить литературу по данной теме.

2.Выбрать методы и методику для изучения данной темы.

 3.Сбор исследуемого материала – хвои и шишек сосны обыкновенной.

 4.Обработка полученных  данных и выявление степени повреждения хвои сосны обыкновенной.

Объект – атмосферный воздух с. Первомайский.

Предмет – степень загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной.

4

ГЛАВА 1. Литературный анализ

1.1 Загрязнение атмосферы: виды и источники

Под загрязнением понимают многочисленные и разнообразные воздействий, которые разрушают естественную среду. Загрязнения означают влияние всех токсических веществ, которые человек выбрасывает в биосферу. Человек воздействует на природные составляющие экосистемы, в том числе и на атмосферный воздух.

В городах наиболее распространены загрязнения воздуха в виде твердых частиц и газообразных веществ. Совокупный отрицательный эффект промышленных и транспортных  загрязнений усиливается продуктами химических реакций составляющих их веществ. По словам автора «Газообразные выбросы промышленности и транспорта распространяются на прилегающей местности, приводя к загрязнению сельскохозяйственной продукции, потребляемой в городах»[5,с.175].

Источников антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а также серьезные нарушения экологического равновесия множество.

По мнению автора, типы загрязнений  может быть следующих видов:

1.Физическое,

2. Химическое,

3. Биологическое,

4. Эстетический вред.

Самыми значительными загрязнения атмосферы являются:

Физическое загрязнение:

- нагрев (тепловое загрязнение).

Химическое загрязнение атмосферы состоит:

- газообразные производные углерода и жидкие углеводороды,

- пластмассы,

- пестициды и другие синтетические органические вещества,

- производные азота,

- тяжелые металлы,

- фтористые соединения,

- твердые примеси (аэрозоли).

Многие ученые делят загрязняющие вещества атмосферы по происхождению и природе. Природа загрязнения: углекислый газ, сернистый газ, окись углерода, углеводороды, тяжелые металлы. Источники загрязнения атмосферы: вулканическая

5

деятельность, дыхание живых организмов, двигатели внутреннего сгорания, сжигание отходов, горение, ядерные взрывы, промышленность[11,с.53].

В Завьяловском районе загрязнителями являются стационарные источники,  такие как Ижевская птицефабрика. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от этого предприятия составляет огромное количество веществ.

А также большой вклад в загрязнение атмосферы вносят передвижные источники- автомобили, которые выбрасывают оксид углерода, углеводороды, оксиды азота, серу, свинец. Они вносят наибольшее загрязнение в атмосферу. Общее количество выбросов в атмосферу в Завьяловском районе  составляет 11,5 тыс.т./г..

Завьяловский район занимает 1 место по количеству выбросов в атмосферу среди других районов [7,с.86].

По исследованиям ученых выявлено, что в Завьяловском районе приоритетным загрязнением атмосферы является свинец. Идет превышение ПДК, это связано с выбросами автотранспорта. А также выявлено локальное превышение концентрации железа, хрома, марганца в с. Первомайском, Завьялове, повышение нормы 1,5- 2 раза железа, 4,7-8,1 марганца, 6-8 хрома. В п. Первомайском зафиксировано увеличение концентрации никеля, это связано с влиянием деятельности предприятий промышленного центра города [7,с.87].

1.2 Влияние загрязнения атмосферного воздуха на хвойные породы деревьев

Загрязнение атмосферы губительно влияет на все фитоценозы. Устойчивость растений к загрязнению атмосферного воздуха различна. Наиболее устойчивыми к загрязнению атмосферы являются бересклет бородавчатый, клен ясенелистный, тис ягодный, бузина черная. Среднеустойчивые сирень обыкновенная, ель колючая.

«Из высший растений повышенную чувствительность к SO₂ имеют хвойные растения кедр сибирский, ель обыкновенная, сосна обыкновенная»[1,с.91].

Ряд авторов считают, что для каждого растения по шкале газоустойчивости существуют свои границы предельно допустимой концентрации диоксида серы в воздухе (мг/куб. м). Газоустойчивые виды имеют ПДК 2,0, а менее устойчивые к загрязнениям атмосферного воздуха ближе к нулевым пределам [10,с.78].

6

Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) – род, давший название всему семейству сосновых (Panacea), включает около 100 видов, распространенных главным образом в умеренной зоне и в горных областях субтропиков и Северного полушария. Ее ареал распространения доходит даже до Полярного круга[6,с.33].

Многие ученые, исследовав сосну обыкновенную, описывают ее физиологические и морфологические признаки и считают, что сосна обыкновенная достигает высоты от 20-45м.  Диаметр ствола может достигать 1м. Крона сквозистая, в молодости ширококоническая, у взрослых – яйцевидно- раскидистая с закругленной или плоской вершиной. Ветвление мутовчатое. До 30-40 лет возраст сосны можно определить довольно точно, считая мутовки. Ежегодно образовывается по одной мутовке.  Ствол цилиндрический. Кора молодого дерева серая, но затем становится буровато- красной, с длинными продольными трещинами. Зрелые шишки продолговато-яйцевидные, буро-серые, красновато-лилово-коричневые. Длина шишек 3-7см. Размножается семенами, семена шишек сосны обыкновенной распространяются ветром [2,с.53],[8,с.17]. Шишки созревают глубокой осенью на 2 год после опыления. Цветёт, то есть, рассевает пыльцу, в мае – июне.

Другие авторы описывают ареал распространения сосны обыкновенной. Сосна обыкновенная распространена  почти по всей России – от западных границ и до Дальнего Востока. Одна из главных лесообразующих пород нередко образует чистые насаждения, обширные леса, чистые или смешанные с другими породами, особенно с елью и дубом. Растёт преимущественно на почвах лёгкого механического состава (песках), произрастает как на болотах, так и на сухих склонах с выходами известняка и мела. Обладает широкой экологической амплитудой. Широко разводится в лесных насаждениях и парках [9,с.8]. 

Даёт ценную древесину, одна из наиболее ценных древесных пород - прочная и смолистая древесина, которая широко используется в жилищном и гидротехническом строительстве, в авиа -, судо-, вагоностроительном.

7

глава 2. Методика и материалы

В нашей работе использована методика биоиндикации загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной автор  Т.Я. Ашихмина. Методика индикации чистоты воздуха по хвое сосны обыкновенной состоит в следующем. С нескольких побегов в средней части кроны 5-10 деревьев сосны в 15-20- летнем возрасте отбирают 200-300 пар хвоинок.

Анализ проводят в лаборатории. Вся хвоя делится на три части (неповрежденная, хвоя с пятнами и с признаками усыхания). Данные заносятся в таблицу.

8

ГЛАВА 3. Физико-географическое положение

Исследуемая сосновая лесопосадка находится в черте поселения села Первомайский. Длина ее составляет 200-250м, а ширина 5-10м. Лесопосадка находится между двух дорог, одна из которых ведет в город, а другая в поселок. Лесные породы: сосна, береза, ива. В подросте встречаются рябина, береза. Из кустарников - шиповник, малина. Лесопосадка расположена в умеренно-континентальном поясе с длительной холодной зимой и коротким летом. Годовое количество осадков-400-450 мм. [3,с.67]. Преобладают западные ветра.

С. Первомайский находится на внутренней восточной стороне кольца Завьяловского района, который опоясывает город и находится в 4км от него. Поселок имеет достаточно выгодное положение по отношению к транспортным магистралям.

На территории поселка работают организации: Государственное Научное учреждение Удмуртский Научно - Исследовательский Институт сельского хозяйства (Опытная станция), Всероссийский Институт Охотоведения и Звероловства, «Удмуртские семена», Удмуртская школа управления сельскохозяйственными кадрами (ИЖГСХ), Республиканская проектно–изыскательная станция химизации сельского хозяйства[4,с.6].

9

ГЛАВА 4.Результаты исследования

Работа проводилась с сентября по октябрь 2008 года в хвойной лесопосадке с. Первомайский. Хвоя сосны отбиралась с нескольких побегов в количестве 200 пар хвоинок с одной площадки. Всего заложено 4 площадки. Далее анализ хвои сосны обыкновенной проводился визуально в школьной лаборатории.

Общее количество хвоинок разделили на 3 части в зависимости от степени повреждения. Таким образом, получились группы с не повреждённой хвоёй, с некротическими точками и с признаками усыхания (Приложение, Рис.1).

А также определили состояние генеративных органов сосны обыкновенной, т.е. сделали замеры шишек по длине, диаметру с данных участков.

Полученные данные отражены в таблице и графиках.

Выявлено и подсчитано количество хвои сосны обыкновенной с разной степенью повреждения (Приложение, Рис.2).Все результаты занесены в таблицу №1.

Таблица № 1

Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязнения атмосферы (измеряемые показатели – количество хвоинок)

Участок № 1- начало лесопосадки (в поселке).

Участок №2 - середина лесопосадки (от начала садика до дороги).

Участок №3 - середина лесопосадки (от начала дороги до конца мусорки).

Участок №4 - конец лесопосадки, на перекрестке дорог.

По нашим исследованиям на первом участке количество хвои с пятнами 20%, с усыханием 22%, без повреждения 58%. На втором участке количество хвои с пятнами

10

23%, с усыханием 25%, без повреждения 52%. На третьем участке количество хвои с пятнами 31%, с усыханием 17%, без повреждений 52%. На четвертом участке количество хвои с пятнами 28%, с усыханием 39%, без повреждения 33%.

А также сделаны замеры по длине и диаметру генеративного органа сосны- шишки. Результаты занесены в таблицу №2

Таблица №2

 Определение состояния генеративных органов сосны обыкновенной

Нами было собрано по 100 шишек сосны с каждого участка.

По нашим измерениям средняя длина шишек по участкам составляет от 49,6 до 64мм. Средний диаметр шишки составляет от 83,7 до 88,3мм. Дальнейшее наблюдение за репродуктивными органами сосны поможет нам определить более точное загрязнение атмосферы, поскольку при загрязнении происходит подавление репродуктивной функции сосны.

11

Выводы

В ходе наших исследований изучена всевозможная литература по данной. А также выбрана методика и методы исследования. Нами был собран материал – хвоя сосны обыкновенной, а также шишки сосны обыкновенной. Собранный материал обработан и проанализирован в школьной лаборатории и сделан вывод о загрязненности атмосферного воздуха.   

На основании результатов мы оценили состояние атмосферного воздуха

с. Первомайский по состоянию хвои сосны обыкновенной и выявили:

1. Наиболее загрязнен воздух на перекрестке между трассой, соединяющей г. Ижевск и с. Первомайский, и дорогой, которая ведет в поселок. По нашим исследованиям именно на этом участке число хвоинок с усыханием больше, чем не поврежденных (участок №4), что свидетельствует о загрязнении атмосферного воздуха.

2. Менее загрязненным участком является участок №1, который находится в начале лесопосадки. На этом участке количество хвои без повреждения составляет 58%,т.е. больше половины исследуемых хвоинок.

3. Другие же участки (в середине лесопосадки) со средним уровнем загрязнения атмосферного воздуха. На этих участках хвоя попадается как с некротическими точками, так и с усыхание.

4..По нашим исследованиям основными загрязнителями являются Ижевская птицефабрика, это связано с тем, что в с. Первомайский чаще дуют западные ветры со стороны птицефабрики. Вторым основным источником загрязнения атмосферы является автотранспорт, т.к. лесопосадка находится на проезжей части.

Таким образом наибольший совокупный эффект от этих источников накладывается на участок № 4.

12

Заключение

Биоиндикация атмосферного воздуха по хвое сосны обыкновенной является эталоном биодиагностики, поскольку наиболее чувствительным к загрязнению воздуха. Таким образом, исследовав сосновые лесопосадки, мы с точностью можем сказать об антропогенном воздействии человека на атмосферный воздух нашего села.

13

Список литературы

1.Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг. - М.:Агар, 2000.с.393

2. Булыгин М.Е., Ярмишко В.Г. Дендрология.- М.:МГУЛ,2001.С.16-27.

3. Ильминских Н.Г. Завьяловский район; природа, история, экономика. Ижевск.2001.

4. Ишматова Т.И.Край мой Завьяловский. Ижевск. Удмуртия.1997.

5. Исследовательские работы школьников г. Москвы в области охраны окружающей среды/ под редакцией Седлецкая Е.А.-М.: 1998.с.185

6.МамаевС.А.Виды хвойных на Урале и их использование в озеленении. Свердловск.1983.с.33.

7.Национальный доклад о состоянии окружающей среды Удмуртской Республики в 1997 году. Ижевск. 1997.

8.Полевой В.В. Физиология растений. М.1989.

9.Сухарева Т.Л., Лукина Н.В. Химический состав и морфометрические характеристики хвои ели сибирской на Кольском полуострове в процессе деградационной сукцессии лесов//Лесоведение №2.2004 .

10.Сергейчик С.А. Древесные растения и определение промышленной среды- М..1984.

11. Экология России. Хрестоматия/под редакцией Кузнецова В.М..-М.:АО «МДС», 1996. с.320

12.Г.Н. 1.1.546-96.Гигиенические нормативы содержания пестицидов в объектах окружающей среды.

Приложение

Рис.1 Хвоя с разной степенью усыхания

Рис.2 Хвоя с некротическими точками и усыханием.