Полевая исследовательская работа по теме: 'Определение влияния загрязнения снежного покрова на жизнедеятельность растений хвойных пород'.

Занятие для школьного лесничества.

Полевая исследовательская работа.

Мамонова Татьяна Петровна- руководитель ШЛ «Радуга»

пгт. Пойковский Нефтеюганского района ХМАО-Югры

Цель занятия: ознакомление с простейшими методиками исследования лесных экосистем в зимнее время, приобретение учащимся функционального навыка экологической деятельности в школьном лесничестве как универсального способа освоения действительности

1. Образовательная задача - в активизации мыслительной деятельности учащихся для получения углубленных знаний по экологии и лесоведению, получение межпредметных знаний в ходе проведения исследований в окружающей среде, овладении формами и методами исследовательской работы в природе, формами и методами научной аргументации, правилам ведения доклада, работе с научной литературой, архивными документами, Интернет - ресурсами.

2. Воспитательная задача - в формировании самостоятельности и ответственности, чувства значимости работы по сохранению лесных богатств родного края, приобщении учащихся к ценностям и традициям к профессии лесничего.

3. Развивающая задача- в развитии творческого потенциала учащихся, их познавательных и личностных возможностей и способностей через участие в коллективной исследовательской деятельности; практическую работу в лесу; развитие умений в использовании трудовых действий лесничего.

4. Задача по сохранению здоровья - в организации учебной работы учащихся так, чтобы каждый работал в удобном для него индивидуальном темпе, выполнял посильную для себя работу, имел возможность на каждом занятии испытать учебный успех, в обеспечении техники безопасности при проведении исследований и практических занятий в лесу; в предоставлении возможности укрепить здоровье и научиться заботиться своей среде обитания.

Тема: Определение влияния загрязнения снежного покрова на жизнедеятельность растений хвойных пород.

Проблема. Снежный покров является одним из источников загрязнения поверхностных вод, фильтруется через лесную подстилку и задерживается в лесных почвах, а также долгое время находится на поверхности деревьев, особенно толстым слоем скапливаясь на кронах хвойных пород. Химические загрязнители наносят, тем самым, урон лесному хозяйству и лесной экосистеме в целом.

Загрязнение снежного покрова происходит в два этапа. Во-первых, это загрязнение снежинок во время их образования в облаке и выпадении на местность - влажное выпадение загрязняющих веществ вместе со снегом. Во-вторых, это загрязнение уже выпавшего снега в результате сухого выпадении загрязняющих веществ из атмосферы, а также их поступление из горных пород. Измерение загрязняющих веществ в снежном покрове позволяет оценить загрязнение атмосферного воздуха, воды и почв.

Содержание микроэлементов в снеге и их выпадения колеблются в очень широком диапазоне, главным образом, от антропогенного влияния.

На загрязнение атмосферного воздуха и снежного покрова негативное влияние оказывает автомобильный транспорт. В глобальном балансе загрязнения атмосферы доля автотранспорта составляет 13,3 %, в поселениях возрастает до 80%.

При образовании и выпадении снега в результате процессов сухого и влажного вымывания концентрация загрязняющих веществ в нем оказывается обычно на 2-3 порядка величины выше, чем в атмосферном воздухе, поэтому измерение содержания этих веществ могут производиться достаточно простыми методами и с высокой степенью надежности. Послойный отбор проб снежного покрова позволяет получить динамику представительные данные о загрязнении в период от образования устойчивого снежного покрова до отбора одной пробы.

Гипотеза: Если произвести отбор проб снега с пробных площадок, расположенных в лесной экосистеме с разной степенью антропогенного влияния на нее, определить жизнедеятельность зрелого древостоя и подроста, то можно найти взаимосвязь между химическим загрязнением исследуемой территории и уровнем жизнедеятельности сосны обыкновенной и сосны кедровой (сибирской) на исследуемом участке лесной экосистемы.

Объект: уровень жизнедеятельности сосны обыкновенной и сосны кедровой (сибирской) на исследуемом участке лесной экосистемы.

Предмет: Влияние химических загрязнителей на уровень жизнедеятельности сосны обыкновенной и сосны кедровой (сибирской) на исследуемом участке лесной экосистемы.

Методы: анализ литературных источников по проблеме исследования, определение в пробах снега химических загрязнителей с помощью «цветных» реакций; биомониторинг, наблюдение, сопоставление, измерение, анализ результатов, методы экологической статистики.

Цель: определить наличие в пробах снега химических соединений загрязняющего характера и найти взаимосвязь между загрязнением среды обитания и уровнем жизнедеятельности сосны обыкновенной и сосны кедровой (сибирской) на исследуемом участке лесной экосистемы.

Задачи:

1. Проанализировать литературу о проблеме исследования (учащимся сообщается проблема заранее, предоставляется доступ в библиотечные фонды и систему Интернет.

2. Полевые исследования - время работы 1 час.

1.Заложить три пробные площадки:

• Площадка №1-вблизи автотрассы

• Площадка №2- в рекреационной зоне

• Площадка №3- в относительно отдаленном «чистом» участке лесной экосистемы

(Учащихся целесообразно разделить на три группы, каждая группа будет работать на одной площадке, результаты оцениваются при совместном анализе проделанной работы).

2. Взять пять проб снежного покрова на каждой исследуемой пробной площадке в пластиковые бутылки, на этикетке написать только название или номер площадки (пробы желательно сразу передать лаборанту для таяния снега и подготовке лабораторных исследований).

3. Подсчитать количество зрелых деревьев сосны обыкновенной и сосны кедровой (сибирской) на исследуемой пробной площадке. Измерить их высоту, определить диаметр ствола. ( Смотри в папке методики «Измерение высоты деревьев» и «Определение диаметра ствола дерева»). Найти на поверхности ствола морозобоины и следы деятельности насекомых-вредителей. Сфотографировать или зарисовать в полевой дневник. (Правила ведения полевого дневника смотри в папке).

4. В зимнее время сложно определить возобновление леса, так как необходимо подсчитывать всходы самосева, однолетки, трехлетки. Оставим эту работу на весну. А сегодня подсчитаем общее количество подроста исследуемых пород, определим норму реакции высоты подроста (Методику смотри в папке), отметим угнетенность, если таковая имеется (растение очень низкорослое для данного возраста, искривление веток или неправильное ветвление, раздвоенность ствола и т.д.).

5. И у взрослых растений, и у подроста отметим степень некроза хвои (суховершинность) - методику смотри в папке.

6. При внимательном осмотре можно дополнительно отметить элементы наблюдения за растениями (например, наличие лишайников - индикаторов чистоты воздуха). «Лишайниковая пустыня», то есть отсутствие лишайников, указывает на сильное загрязнение сернистым газом. Чем чище воздух, тем большее разнообразие лишайников.

7. Покидая пробную площадку не забудьте осмотреть, не оставили ли Вы после себя мусор, пусть это будет даже маленький фантик от конфеты, а обнаруженный «чужой» мусор соберите в пакеты и унесите в мусорные контейнеры.

3. Лабораторные исследования- время работы 1 час.

Целесообразно разделить каждую из трех групп учащихся на «лаборантов»- они будут проводить химические исследования загрязнителей, «статистиков»- они будут производить статистические расчеты. «аналитиков»- они будут сопоставлять результаты химических исследований с показателями жизнедеятельности растений, формулировать заключение работы и вывод. Необходимо сразу предложить одному-трем учащимся подготовиться к докладу (то есть сформулировать тезисы и защитить работу публично: время для доклада - 8-10 минут). Еще одна группа ребят готовит компьютерную презентацию к тезисам. (Используются фотографии, сканированные рисунки из полевого дневника, план-карта местности с нанесенными на нее пробными площадками. Подсказка: план-карту легко сделать с помощью GPS-карты из Интернет, увеличить территорию до нужных размеров, распечатать на принтере, нанести вручную дополнительные данные).

4. Данную работу можно продолжить в виде мониторингового исследования, учащиеся будут пополнять свои знания с помощью анализа дополнительной литературы, изучать новые методики мониторинга за участком лесной экосистемы, методы экологической статистики.

ПРИЛОЖЕНИЯ.

Методика определения химических загрязнителей

в пробах снежного покрова.

Оборудование: пробы снежного фильтрата в пластиковых бутылках, химическая посуда, спиртовки, карандаш по стеклу, стальная булавка, реактивы ( хлорид бария, ацетат свинца, марганцовокислый калий, нитрат серебра, карбонит аммония, концентрированная серная кислота, сульфидная соль (Na₂S или К₂S, красная кровяная соль).

Ход работы.

1. Взять 10 проб снегового фильтрата в пробирках по100 мл с каждого исследуемого участка.

2. Провести качественные реакции на выполнение загрязнителя.

Отчетное задание.

1.Заполнить таблицу

2. Определить участок с наибольшим загрязнителем, выявить причины.

3. Сравнить результаты химического анализа с биоиндикацией.

Пошаговое описание методики.

1. SO₄ ^2- К 10 мл пробы прибавить 1 мл хлорида бария. При содержании SO₄ ^2- возникает помутнение.

2. SO₃ ^2- К 10 мл пробы прибавить слабый раствор марганцовокислого калия. При содержании SO₃ ^2- розовый цвет исчезает.

3. S ^2- К 10 мл пробы добавить нитрат серебра. Если содержится S ^2- , то появится слабое помутнение.

4. Cl^- К 10 мл пробы добавить ацетат свинца. При наличии Cl^- выпадает осадок черного цвета.

5. NH⁴⁺ К 10 мл пробы добавить раствор щелочи сильной концентрации и подогреть. При наличии NH⁴⁺ появится запах аммиака, а если подержать у пробирки смоченную в воде индикаторную бумагу, то розовый лакмус станет синим, а бесцветный фенолфталеин- розовым.

6. Nа ⁺ Каплю раствора на стеклянной палочке или на металлической булавке опустить в пламя спиртовки. Если присутствует Nа ⁺ , то наблюдается ярко-желтое окрашивание пламени.

7. Fe³⁺ К 10 мл пробы добавить несколько капель концентрированного раствора роданида калия. При наличии Fe³⁺ появится бледно-бурый цвет.

8. Ca²⁺10 мл снеговой пробы прилить карбонат аммония. При наличии Ca²⁺ появится помутнение, а если еще добавить концентрированную кислоту, то начнет бурно выделяться газ.

9. Cu²⁺ К 20 мл пробы добавить сульфидную соль. Зелёно-бурый осадок говорит о присутствии Cu²⁺

10. Фенол. В 5 мл пробы капнуть 2-3 капли раствора хлорида железа. Если есть фенол, проба окрашивается в фиолетовый цвет.

Результаты заносим в таблицу (при наличии ионов в таблице ставим плюс, при отсутствии - минус):

SO₄ ^2-

SO₃ ^2-

S ^2-

Cl^-

NH⁴⁺

Nа

Fe³⁺

Ca²⁺

Cu²⁺

Фенол

^{пробная площадка №1 (у трассы)}

^{пробная площадка №2 (зона рекреации)}

^{пробная площадка №3 («чистый лес»)}

Определение нормы реакции.

Знание нормы реакции имеет большое значение для практики лесного хозяйства.

- норма реакции организма определяется генотипом,

- различные признаки отличаются пределами изменчивости под влиянием внешних условий;

- модификационная изменчивость в естественных условиях носит приспособительный характер.

Модификационная изменчивость многих признаков растений, животных и человека подчиняется общим закономерностям. Эти закономерности выявляются на основании анализа проявления признака у группы особей.

Каждое конкретное значение изучаемого признака называют вариантой и обозначают буквой v.

Частота встречаемости отдельных вариант обозначается буквой р.

При изучении изменчивости признака в выборочной совокупности составляется вариационный ряд, в котором особи располагаются по возрастанию показателя изучаемого признака.

На основании вариационного ряда строится вариационная кривая - графическое отображение частоты ветречаемости каждой варианты ,

Например, если взять 100 растений (п) и измерить высоту каждого, то это количестве будет, например, от 14 до 20 - это численное значение вариант (v)

Вариационный ряд:

v = 14 15 16 17 18 19 20

Частота встречаемости каждой варианты:

р = 2 7 22 32 24 8 5

Легко посчитать и среднее значение данного признака . Для этого используют формулу :

М= ∑ (v p)

N

М - средняя величина признака, в числителе сумма произведений вариант на их частоту встречаемости, в знаменателе N - количество вариант. Для данного признака среднее значение равно 17,13. Знание закономерностей кодификационной изменчивости имеет большое практическое значение, поскольку позволяет предвидеть и заранее планировать степень выраженности многих признаков организмов в зависимости от условий внешней среды.

На основании вариационного ряда строится вариационная кривая - графическое отображение частоты встречаемости каждой варианты , обозначьте на оси координат V и Р, постройте график для каждой пробной площадки, это поможет нагляднее отобразить разницу в жизнедеятельности растений и ярче представить доклад.

Фотоприложение к этапам занятия.