Научный проект "Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной".doc

Министерство образования и науки Российской Федерации

Управление образования администрации
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Международная конференция»

Выполнила проект:

 ученица 7 «А» класса МОУ СОШ №6

Новожилова Анна

Руководители проекта:

Стенина Надежда Владимировна учитель биологии;

г. Иркутск - 2013

Содержание

ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1.ТЕХНОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ Г. ИРКУТСКА ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Что такое биоиндикация 2.2. Сосна как биоиндикатор 2.3. Методика исследования 2.4. Характеристика районов исследования ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА ПО СОСТОЯНИЮ ХВОИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА

СТР. 3                                                       СТР. 5  СТР.7                                 СТР. 7                                                                     СТР. 9 СТР. 10  СТР. 12  СТР. 12  СТР. 16  СТР.19  СТР. 20

ВВЕДЕНИЕ

«Город, выросший из природы, угрожает теперь природе. Город, созданный человеком, властвует над человеком»

Н. Рерих

Воздух окружает нас со всех сторон. Каждый раз, делая вдох, мы заполняем свои легкие новой порцией воздуха. Значит нам очень важно, чтобы воздух вокруг нас был чистым.

Качество воздуха – один из важнейших показателей качества окружающей среды, влияющий на здоровье человека, состояние  зелёных насаждений. Негативные процессы, вызванные тоннами загрязняющих вредных веществ, которые выбрасываются в атмосферный воздух промышленными предприятиями,  затрагивают всех существ, живущих на планете. Большие города страдают от смога, они задыхаются[1]. В этом отношении Иркутск не является исключением.

В предыдущей работе я исследовала загрязнение воздуха г. Иркутска (Кайская роща), ближайшего пригорода (с. Смоленщина) и удаленного от основных источников загрязнения лагеря.

Было установлено, что в с. Смоленщине, расположенном между Иркутском и Шелехово, включенными в  приоритетный список городов Российской Федерации с наибольшим уровнем загрязнения атмосферы, воздух почти так же чист, как в лагере. Следовательно, даже вблизи источников загрязнения качество воздуха может изменяться в зависимости от рельефа и преобладающего направления ветра.

Поэтому целью настоящего исследования стало определение степени загрязненности воздуха в различных районах г. Иркутска и выявление территории с неблагополучными экологическими условиями для проживания населения.

Задачи:

ü    изучить литературные источники по теме исследования;

ü    изучить состояние хвои сосен на выбранных участках;

ü    сделать вывод о степени газодымового загрязнения воздуха;

ü    предложить практические рекомендации по мерам охраны на исследуемой территории.

Время проведения исследования:  июль-август 2010-2011 года.

Объект исследования:  сосна обыкновенная   

Предмет исследования:  хвоя сосны обыкновенной, произрастающей на выбранных участках.

Методика:  биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной[2].

Глава 1.   Техногенное загрязнение атмосферы г. Иркутска

Наш город на протяжении последних десяти лет вносится в список экологически неблагополучных территорий России с самым высоким уровнем загрязнения воздуха.

Основным и наиболее опасным источником загрязнения атмосферы г. Иркутска является автотранспорт. На долю выбросов автотранспорта приходится около 52 % от общего количества выбросов, что составляет более 72 тыс. т вредных примесей. Такие высокие показатели связаны с резким возрастанием транспортной нагрузки на дорогах г. Иркутска. Так, за последние десять лет число автотранспорта увеличилось в два раза, на данный момент в г. Иркутске 174 тыс. автомобилей. По статистике, один автомобиль ежечасно выбрасывает в атмосферу до 120 м3 выхлопных газов, а чрезвычайно ядовитых соединений углерода тысяча автомобилей способна выбросить свыше 5000 м3 за один час.

Особенность загрязнения атмосферы автотранспортом заключается в том, что вредные вещества, поступающие от автомобилей, не концентрируются по ограниченному радиусу в определенной зоне, а распространяются по всей территории города. Большое количество токсичных соединений в атмосферном воздухе города в сочетании с туманом нередко образует смог, опасный для человека, животных и растений.

Вторая не менее серьезная причина сильного загрязнения атмосферы г. Иркутска - это сосредоточение предприятий промышленности, а также большого числа небольших котельных и печного отопления в частном секторе. Предприятия выбрасывают в атмосферу большие количества кислотных компонентов - оксидов серы, азота и хлора, а также большое количество тяжелых металлов, преимущественно в растворимой форме. Основной вклад в выбросы от стационарных источников теплоэнергетики вносят такие предприятия, как Ново-Иркутская ТЭЦ, ОАО НПК «Иркут», МУП ТП «Иркутсктеплоэнерго» и около 240 мелких котельных.

Еще одна причина высокого загрязнения атмосферы города – плохое качество угля, используемого для отопления, который выделяет большое количество дыма и содержит много серы, сажи и золы.

Таким образом, в легкие иркутян вместе с воздухом поступают следующие вещества: диоксид серы, сажа, оксиды азота, бензопирен, оксид углерода, формальдегид. Эти химикаты поражают органы дыхания, снижают иммунитет, а сажа и бензопирен являются причиной рака.

В целом, в настоящий период г. Иркутск характеризуется как территория с неблагополучной экологической ситуацией, вызванной наличием многочисленных промышленных производств, не обладающих эффективным очистным оборудованием и большим количеством автотранспорта.

Глава 2.               Методика исследования

2.1    Что такое биоиндикация

Сегодня все более актуальным становится вопрос изучения состояния окружающей среды в городе, для чего используется достаточно эффективный и недорогой способ – биоиндикация, то есть использование живых организмов для оценки состояния окружающей среды.

О возможности использования живых организмов в качестве показателей определенных природных условий писали еще ученые Древнего Рима и Греции. В трудах М.В. Ломоносова и А.Н. Радищева есть упоминания о растениях-указателях особенностей почв, горных пород, подземных вод[3].

Биоиндикация основана на тесной взаимосвязи живых организмов с условиями среды, в которой они обитают. Изменения этих условий, например, повышение солености воды может привести к исчезновению определенных видов организмов, наиболее чувствительных к этим показателям и появлению других, для которых такая среда будет оптимальной.

Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации. Ими могут быть как определенные типы природных объектов (почва, вода, воздух), так и различные свойства этих объектов (механический, химический состав и др.) и определенные процессы, протекающие в окружающей среде, в том числе происходящие под влиянием человека[4].

Методы биоиндикации подразделяются на два вида: регистрирующая биоиндикация и биоиндикация по аккумуляции.

Регистрирующая биоиндикация позволяет судить о воздействии факторов среды по состоянию особей вида или популяции, а биоиндикация по аккумуляции использует свойство растений и животных накапливать химические вещества. В соответствии с этими методами различают регистрирующие и накапливающие индикаторы.

Регистрирующие индикаторы реагируют на изменения состояния окружающей среды изменением численности, облика, повреждением тканей, изменением скорости роста и другими хорошо заметными признаками.

Накапливающие индикаторы концентрируют загрязняющие вещества в своих тканях, определенных органах и частях тела, которые в последующем используются для выяснения степени загрязнения окружающей среды при помощи химического анализа.

Существуют разные биологические индикаторы. О наличии некоторых загрязнителей можно судить по внешним признакам растений и животных. Благодаря «памяти» этих организмов, можно узнать и о роли тех факторов, которые в настоящее время уже не действуют. Например, появление черных пятен на листьях липы рассказывает о том, что в зимнее время дворники чрезмерно увлекались посыпанием снега солью для ускорения его таяния, о выбросах сернистого газа расскажут пятна на листьях подорожника большого. По ширине годичных колец сосен в окрестностях химического предприятия можно определить, в какие годы завод особенно сильно загрязнял среду. В годы сильного загрязнения атмосферы закладываются более тонкие кольца.

По высоте некоторых растений можно судить о концентрации солей в воде. Так, например, тростник может достигать высоты 4 м, но если содержание солей в воде высокое – это растение не вырастет более чем на 0,5 м[5].

Индикаторами загрязнения атмосферы являются некоторые мхи и лишайники. Например, при анализе лишайников в Швеции было установлено появление радиоактивной пыли от Чернобыльской АЭС[6]. Существуют специальные живые приборы – бриометры – маленькие коробочки со мхами определенных видов, по которым определяют режим задымления атмосферы.

2.2    Сосна как биоиндикатор

Сосна – одно из самых распространенных деревьев в нашей стране. Она растет в диком виде на огромной территории – от Белого до Черного моря и от Белоруссии до Восточной Сибири. Это дерево очень неприхотливо к почве. Сосну можно встретить на сухих песках и на моховых болотах, на голых меловых склонах и на гранитных скалах. Но зато в отношении света сосна очень требовательна. Она совершенно не выносит затенения. Это одна из наших самых светолюбивых древесных пород[7].

Очень велико оздоровительное значение сосновых лесов – они способны очищать воздух от вредных бактерий. Ученые установили, что в воздухе соснового леса в 10 раз меньше бактерий, чем, например, в березовом лесу[8]. Поэтому в сосновых борах устраивают лесные школы, пионерские лагеря, санатории.

Сосна очень чувствительна к ядовитым газам, которые выбрасывают трубы заводов и фабрик. В особенности вреден для нее сернистый газ. Сернистый газ, проникая внутрь хвоинок через устьица, вызывает отравление живых тканей. В результате хвоя почти не снабжает дерево органическими  веществами. У деревьев, растущих вблизи источников газодымового загрязнения много сухих отмерших веточек, а те, что остались, покрыты короткой, редкой хвоей[9]. Это обуславливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния.

2.3    Методика исследования

Мы использовали методику «Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязнённости атмосферы».

В незагрязнённых лесных экосистемах основная масса хвои сосны здорова, не имеет повреждений, и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зелёные пятна и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. В загрязнённой атмосфере появляются повреждения, и снижается продолжительность жизни хвои.

Методика индикации чистоты атмосферы по хвое сосны состоит в следующем.  В каждом районе нашли участок, где рас­тут молодые сосенки.  Оценили степень вытоптанности участка: 1 - вытаптывания нет; 2 - вытоптаны тропы; 3 - осталось немного травы вокруг деревьев; 4 - ни травы, ни кустарников нет.

В каждом районе выбрали участок со степенью вытоптанности не выше 2 баллов. С четырех деревцев на каждом участке сняли по 10 парных хвоинок с пяти веток второго года жизни (вторая мутовка сверху).

Всю хвою разделили на 3 части: неповреждённая хвоя (1 класс); хвоя с пятнами (2,3 класс); хвоя с признаками усыхания (4-6 класс).

Подсчитали количество хвоинок в каждой группе и внесли данные в таблицу. В зоне техногенного загрязнения наблюдается более 30% повреждения хвои сосны. Также визуально оценивалось состояние деревьев: степени дефолиации крон и продолжительность жизни хвои.

Полевые работы проводились в июле-августе 2010-2011 гг. Всего в ходе исследований было заложено 10 пробных площадей (ПП) в парковых и лесопарковых зонах г. Иркутска и 1 контрольная в с. Смоленщина. Контрольная точка выбиралась на основании предыдущего исследования,  установившего, что там воздух почти так же чист, как в удаленном от города лагере благодаря тому, что воздушные потоки уносят загрязнения в сторону.

Пробные площади: 1 - лесопарковая зона в Академгородке, 2 - Центральный парк культуры и отдыха (ЦПКиО), 3 - парковая зона вблизи остановки Лисиха, 4 - лесопарк на Кайской горе, 5 - лесопарк вблизи Аэропорта, 6 - лесная зона в районе областной больницы, 7 - железнодорожный парк в Иркутске-Сортировочном, 8 - парк в Иркутск-2, 9  - лесной массив на Синюшиной Горе, 10 - зеленая зона на о. Юность, К – контрольная точка, с. Смоленщина, небольшой сосновый бор на берегу Иркута.

2.4    Характеристика районов  исследования

ПП №1. Лесопарк в Академгородке. Пробная площадь заложена на левом берегу р. Ангары, в 150 м от ул. Лермонтова. Рельеф несет отпечатки антропогенного изменения (ямы, рытвины, канавы). Степень вытоптанности - 2. Травянистый ярус не высокий, средний по густоте.

Древесная растительность представлена искусственными посадками смешанного состава. Преобладающими видами служат: тополь, береза, сосна обыкновенная.  Лишайники на стволах деревьев не отмечены.

ПП № 2. Центральный парк культуры и отдыха. Пробная площадь заложена в центральной части парка на выровненном участке в 150 м от ул. Байкальская и ул. Парковая. Отмечены сильные антропогенные изменения рельефа. Степень вытоптанности - 2. Травяной покров не высокий, густой.

Древесный ярус образован искусственными посадками смешанного состава. Доминирующими породами служат тополь и лиственница сибирская; береза и сосна обыкновенная встречаются единично. Лишайники на стволах деревьев встречаются единично.

ПП № 3. Парк в мкр-не Лисиха. Пробная площадь заложена в северо-западной части парка, на выровненном участке в равном удалении от ул. Байкальская и ул. Станиславского, примерно в 150 м. Рельеф ровный. Степень вытоптанности - 2. Травяной покров не высокий, не густой.

Древесный ярус представлен искусственными посадками смешанного состава. Доминирующими видами служат: береза и тополь; реже встречаются лиственница, сосна обыкновенная, клен, ель сибирская. Лишайники на стволах деревьев не представлены.

ПП № 4. Лесопарковая зона на Кайской горе. Пробная площадь заложена в 150-200 м от ул. Маяковского. Отмечены сильные антропогенные изменения рельефа (рытвины, канавы), присутствуют следы сильной гари. Степень вытоптанности - 2. Травяной покров не высокий, разреженный.

Древесная растительность естественного произрастания. Преобладающей породой служит сосна обыкновенная; лиственница сибирская встречается редко; береза и тополь представлены единично. Лишайники на стволах деревьев не найдены.

ПП № 5. Лесопарковая зона в районе аэропорта. Пробная площадь заложена в равном удалении от спортивной площадки и от ул. 5-я Летчиков, примерно в 200 м. Мезорельеф несет отпечатки антропогенного изменения, видны следы гари. Степень вытоптанности - 2. Травяной покров средней высоты, не густой.

Древесная растительность естественного происхождения с присутствием внесенных антропогенных видов. Основными породами служат сосна обыкновенная и береза; лиственница сибирская и тополь представлены единично. Лишайники встречаются редко.

ПП № 6. Лесопарковая зона в мкр-не Юбилейный. Пробная площадь заложена в 200 м от ул. Багратиона. Рельеф неровный, отмечаются кочки, рытвины антропогенного и природного происхождения. Степень вытоптанности - 2. Травяной покров высокий, разреженный, неоднородный по густоте.

Древесная растительность естественного происхождения. Основной породой является береза; сосна обыкновенная, лиственница сибирская и осина встречаются единично. Ближе к городским застройкам отмечаются посадки тополя. Лишайники встречаются редко и распространяются на небольшой высоте деревьев.

ПП №7. Железнодорожный парк в Ново-Ленино. Пробная площадь заложена на выровненном месте в 200 м от ул. Норильская и ул. Академика Образцова. Мезорельеф несет отпечатки высокой антропогенной нагрузки. Степень вытоптанности - 2. Травяной покров не высокий, разреженный.

Древесная растительность представлена естественными и искусственными насаждениями. Основными породами служат сосна обыкновенная и лиственница сибирская; береза и осина встречаются редко; тополь представлен посадочными полосами. Лишайники не отмечены.

ПП № 8. Парк в Иркутске-2. Пробная площадь заложена на выровненном месте в равном удалении от ул. Макаренко и ул. Авиастроителей. Степень антропогенной нагрузки средняя. Степень вытоптанности - 2. Травяной ярус  не высокий, средней густоты.

В древесном ярусе основной породой служит тополь; береза, сосна обыкновенная и лиственница сибирская встречаются единично, ближе к городским застройкам. Лишайники на стволах деревьев не отмечены.

ПП №9. Лесной массив на Синюшиной Горе. Пробная площадь заложена в 100 м от стадиона «Рекорд». Рельеф ровный, антропогенная нагрузка средняя. Степень вытоптанности – 2. Травяной ярус  не высокий, густой.

Древостой представлен естественными насаждениями березы и сосны обыкновенной; ближе к городским застройкам расположены посадки лиственницы сибирской и тополя. Лишайники встречаются единично.

ПП №10. Зеленая зона на о. Юность. Пробная площадь заложена в южной части о. Юность, в 150 м от детской железной дороги. Рельеф неровный (рытвины, кочки), антропогенная нагрузка средняя. Степень вытоптанности - 2. Травяной ярус  не высокий, средней густоты.

Древесный ярус представлен посадками смешанного состава. Основными породами служат: береза, тополь и лиственница сибирская; редко встречаются сосна обыкновенная и вяз. Лишайники не найдены.

ПП № К. Окрестности с. Смоленщина (контрольная ПП). Пробная площадь заложена на берегу р. Иркут в значительном удалении от магистрали. Антропогенная нагрузка низкая, отмечены кочки природного и антропогенного характера.  Степень вытоптанности – 1. Травяной покров густой, средний по высоте, неоднородный.

Древесная растительность представлена породами естественного происхождения. Преобладающей породой служит сосна обыкновенная; береза и осина отмечены редко; лиственница сибирская и тополь представлены единично. Лишайники на стволах деревьев представлены довольно обильно.

Глава 3.        Оценка загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной

3.1    Результаты исследования

Оценка дефолиации крон показала, что средний возраст хвои деревьев составляет 2-3 года, хвоя 4 года на побегах встречается редко. Хвоя трех- и четырехлетнего возраста в основном удерживается на ветвях верхней и средней частей крон, а в нижней же ее части на побегах отмечается только небольшое число хвоинок.

Было выявлено увеличение дефолиации крон деревьев на территориях с высоким уровнем концентрации промышленного производства (ПП 4, ПП 8, ПП 9) и автотранспорта (ПП 2, ПП 3, ПП 10).

Таблица 1. Визуальный анализ хвои.

№ ПП	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	К
Длина побега, см	6-8	7-9	8-10	8-10	9-12	11-13	12-15	6-7	9-11	10-13	24-27
Длина хвои, мм	65-70	66-89	63-68	57-63	55-59	64-70	50-57	63-68	71-78	59-66	79-87

Исследование длины побегов второго года жизни показало, что на контрольном ПП длина побега намного больше, чем на городских ПП. Самые низкие значения длины побегов отмечены на ПП в центральной части города.

Минимальные значения длины хвои также отмечены на ПП, расположенных в центральной части города (ПП 10), а также вблизи крупных промышленных производств (ПП 4, ПП 5), и на ПП, с высокой транспортной нагрузкой (ПП 7). В лесопарковой зоне (ПП 9, ПП 6) длина хвои меньше отличается от контрольного значения.

На ощупь хвоя более объемная на контрольной ПП, чем на городских. А вблизи магистралей хвоя покрыта серым маслянистым налетом.

При обследовании хвоинок с городских ПП,  отмечено, что площадь повреждения увеличивается с возрастом, хотя встречается даже однолетняя хвоя с пожелтевшими кончиками игл. Некрозы кончиков хвои до 3 мм и более имеют серо-зеленый, серый, коричневый, красно-бурый цвет.

Таблица 2. Повреждение хвои сосны обыкновенной в разных зонах.

№ПП	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	К
% поврежд.	15	20	35	35	30	15	20	30	20	20	5

Мы видим, что по мере приближения к центру города и к территориям с высокой концентрацией промышленности резко увеличивается повреждение хвои. Наибольшие значения этого показателя отмечены на ПП 3, ПП 4, ПП 5, ПП 8.

В результате исследования установлено, что наиболее высокие уровни загрязнения регистрируются по розе ветров в направлении с севера-запада на юго-восток. Наиболее загрязнены: район Ново-Ленино, Иркутска-2, центральной части города и мкр-н Байкальский. Средний уровень загрязнения занимает наибольшую часть города. Слабый уровень загрязнения охватывает в основном окраины городской территории.

Заключение

Результаты, полученные при исследовании свидетельствуют о необходимости разработки рекомендаций по оптимизации состояния городской среды.

Для улучшения сложившейся ситуации необходимо:

ü внедрять безотходные и малоотходные производства;

ü лучше очищать газопылевые выбросы;

ü расширять дороги и увеличивать скорость проезда транспорта;

ü использоваться качественное топливо;

ü внедрять альтернативные виды топлива;

ü беречь зелёные насаждения.

Все эти меры помогут сохранить зеленые легкие нашего города. 

Литература

1.     Алексеев В. А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев. Лесоведение 1989 №4

2.     Гудериан Р. Загрязнение воздушной среды. М., Наука, 1979.

3.     Зорин Т.Г. Школьникам о лесе. – М., Мир 1988.

4.     Петров В.В. Лес и его жизнь: Книга для учащихся. – М.: Просвещение, 1986. – 159с.

5.     Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие/ под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: АГАР, 2000

---

[1] Гудериан Р. Загрязнение воздушной среды. М., Наука, 1979

[2] Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие/ под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: АГАР, 2000

[3] Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие/ под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: АГАР, 2000

[4] Алексеев В. А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев. Лесоведение 1989 №4

[5] Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие/ под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: АГАР, 2000

[6] Гудериан Р. Загрязнение воздушной среды. М., Наука, 1979

[7] Зорин Т.Г. Школьникам о лесе. – М., Мир 1988

[8] Гудериан Р. Загрязнение воздушной среды. М., Наука, 1979

[9] Алексеев В. А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев. Лесоведение 1989 №4