Исследовательская работа на тему: 'Оценка качества воздушной среды методом лихеноиндикации'

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение -

средняя общеобразовательная школа №8

г. Клинцы Брянской области

Исследовательская работа

Тема:

Оценка качества воздушной среды методом лихеноиндикации

Выполнила

Ученица 10 класса

Позднякова Мария Александровна

Руководитель:

Учитель биологии высшей категории

Привалова Наталья Васильевна

Клинцы, 2015

Оглавление

Введение

3

Основная часть

5

1.1.Общая характеристика лишайников.

5

1.2. Влияние загрязнений на лишайники.

6

1.3. Причины высокой чувствительности лишайников к загрязнениям.

6

1.4. Методика работы

7

2. Результаты работы.

9

Заключение

10

Литература

11

Приложения

12

Введение.

В настоящее время существуют различные методы исследования качества атмосферного воздуха, в том числе - метод биоиндикации. В его основе лежит высокая чувствительность определенных видов растений и животных к определенным видам загрязнений атмосферного воздуха.

Одним из основных объектов, используемым в биоиндикации, выбраны лишайники. Их использование в экологических исследованиях получило название лихеноиндикации.

Актуальность выбранной темы объясняется тем, что:

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

2. В связи с тем, что загрязняющие вещества поступают в нижний слой атмосферы и процесс их рассеивания замедлен, вредные вещества практически находятся в зоне дыхания, что приводит к ухудшению состояния экосистем и здоровья человека.

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.

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:

• по литературным источникам и материалам Интернет-ресурсов я познакомилась с методом лихеноиндикации, видами эпифитных лишайников.

• В ходе исследования я определила зависимость видового разнообразия эпифитных лишайников от степени загрязненности атмосферы.

В процессе работы была использована литература:

1. А.С. Боголюбов, М.В. Кравченко «Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации». Москва: Экосистема, 2001

В этом пособии описаны основные правила организации исследований с использованием лихеноиндикации, методики использования лишайников для оценки интеграционного воздействия неблагоприятных факторов на экосистему.

2. М.В. Кравченко, А.С. Боголюбов «Методика описаний лишайниковых сообществ» (изучение флоры и экологии лишайников).

Москва: Экосистема, 1996

В этом методическом пособии изложены темы самостоятельного исследования по изучению лихенофлоры, составлению флоры лишайников, изучению пространственного распределения видов, описание сообществ лишайников по основным группам.

3. Киселев В.Н. Основы экологии: Учебн.пособие.- Мн.: Университетское, 2000

На основе исследований выделяют зоны лишайников, которые позволяют судить о степени загрязненности атмосферного воздуха:

Лишайниковая пустыня - территория с полным отсутствием

лишайниковой растительности, самые

неблагополучные районы города;

Зона соревнования - лишайниковая флора бедна;

Нормальная зона - зона, где встречаются разнообразные виды

лишайников.

Основная часть

1.1 Общая 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 осин).

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.

1.2 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.

К среднечувствительным лишайникам относят некоторые виды пармелий (бороздчатую и скальную) и кладоний (порошистую и бахромчатую).

Высокой чувствительностью отличаются уснеи (хохлатая, пышная), цетрария сизая, кладония неприглаженная, гипогимния вздутая, ксантория настенная (золотянка).

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.

1.3 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 лишайников отсутствует непроницаемая кутикула, и 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.

1.4. Методика работы.

Работа проходила в г.Клинцы. Для исследования видового разнообразия лишайников нами были выбраны четыре участка: Стодольское озеро, район средней школы № 8, парк фабрики им. Ленина, парк на пересечении улицы Октябрьская и проспекта Ленина. Для проведения наблюдений использовали мелкомасштабную карту города, где отметили исследуемые территории.

(Приложение 1)

На первом этапе работы было проведено предварительное обследование данных территорий. В результате получила следующую информацию:

1. Расположение пункта наблюдения.

2. Присутствие или отсутствие лишайниковой растительности на данной

территории.

3. Собрала экземпляры присутствующих на каждом участке лишайников.

На каждом из исследуемых участков я выбрала площадку 5*5м, где провела учет видов лишайниковой флоры и взяла пробы лишайников.

Для измерения численности лишайников на деревьях, в частности - их проективного покрытия, я использовали метод «палетки» [2].

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 определила покрытие лишайников - эпифитов на коре дерева. При работе с палеткой на каждом стволе измерения производила четыре раза - с четырех сторон света. Квадрат - сетку я накладывала на ствол дерева в том месте, где слоевища лишайников расположены наиболее обильно. Покрытие рассчитывала в процентах от площади квадрат - сетки.

Подсчет лишайников на каждом участке ствола я производили следующим образом:

• Подсчитала число квадратов, в которых лишайники занимают на глаз больше половины площади квадрата (а), условно приписывая им покрытие, равное 100%.

• Подсчитала число квадратов, в которых лишайники занимают менее половины площади квадрата (в), условно приписывая им покрытие, равное 50%. Данные записывали в рабочую таблицу

Территория

№ дерева

Диаметр ствола

Кол-во квадратов (а)

Кол-во квадратов (в)

Проективное покрытие (Р)

Обилие

Общее проективное покрытие в процентах ( Р ) вычисляла 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)

• Измеряла диаметр ствола, удаленность квадрат - сетки от почвы, с помощью компаса определяла экспозицию.

• Используя атласы, определила виды лишайников. Для этого тонким ножом снимали 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 определила 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.

2. Результаты работы.

В результате работы были получены следующие результаты:

Парковая зона в районе Стодольского озера

Стодольское озеро расположено в 200 м от пересечения улиц Мира и Калинина в южной части города.

Территория

№ дерева

Диаметр ствола

Кол-во квадратов (а)

Кол-во квадратов (в)

Проективное покрытие (Р)

Обилие

Район Стодольского озера

1клен

73 см

63

28

77%

4

2 клен

64 см

76

21

86%

4

3 липа

81 см

69

18

78%

4

4 липа

54 см

48

12

54%

3

5 клен

62 см

57

14

64%

3

На территории, прилегающей к Стодольскому озеру, отмечается небольшое видовое разнообразие лишайниковой растительности. Обильно лишайники произрастают в средней и верхней части ствола дерева, на высоте от 0,7 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, 6 балла.

Территория МОУ - СОШ № 8

Средняя школа № 8 расположена на пересечении улиц Ворошилова и Калинина в юго-западной части города.

№ территории

№ дерева

Диаметр ствола

Кол-во квадратов (а)

Кол-во квадратов (в)

Проективное покрытие (Р)

Обилие

Район

СОШ №8

1 липа

74 см

31

16

37%

2

2 липа

92 см

26

18

35%

2

3 липа

63 см

17

26

40%

2

4 липа

54 см

24

17

32%

2

5 липа

67 см

38

13

44%

2

Изучаемая территория расположена вблизи от дороги, по которой проезжает значительное количество различных видов автотранспорта. В ходе работы я отметила, что на деревьях, произрастающих вблизи проезжей части (ул. Ворошилова и ул. Калинина), преобладают накипные лишайники (сем. Parmeliaceae), листоватые лишайники практически отсутствуют, встречаются единичные слоевища рода ксантория. Наибольшее число лишайников встречается на высоте от 1,3 м.

Обилие лишайниковой растительности - 2 балла.

Парк фабрики им. Ленина

Мною была исследована парковая зона, расположенная в 100 м от пересечения улицы Ворошилова и проспекта Ленина в юго-восточной части города.

Территория

№ дерева

Диаметр ствола

Кол-во квадратов (а)

Кол-во квадратов (в)

Проективное покрытие (Р)

Обилие

Парк фабрики им. Ленина

1 липа

58 см

28

46

53%

3

2 липа

63 см

42

46

65%

3

3 липа

49 см

46

24

58%

3

4 липа

57 см

52

38

73%

3

На исследуемой территории я отметила значительное видовое разнообразие лишайниковой растительности. Лишайники произрастают по всему стволу дерева, от 15 см от поверхности почвы. Преобладают листоватые лишайники, относящиеся к роду пармелия (пармелия вздутая, пармелия козья) и ксантория. Накипные и кустистые виды лишайниковой флоры отсутствуют.

Обилие лишайниковой флоры - 3 балла.

Парковая зона на пересечении улицы Октябрьской и проспекта им. Ленина, расположенная в центральной части города.

Изучая территорию, я увидела, что деревья, произрастающие в парке, покрыты лишайниками незначительно. Преобладают накипные лишайники (сем. Parmeliaceae), а также небольшие слоевища листоватых лишайников рода Фисция и рода Пармелия. Кустистые лишайники отсутствуют. В нижней части ствола лишайники отсутствуют. Наибольшее их число встречается на высоте от 1,2 м.

Обилие лишайниковой растительности - 2 балла.

Слоевища обнаруженных лишайников небольшие по размерам и утолщенные, что свидетельствует о повышенной концентрации загрязняющих веществ в данной полосе.

Вторая часть работы заключалась в оценке состояния атмосферного воздуха в различных районах города в зависимости от видового разнообразия лишайниковой растительности.

В результате я выделила зоны лишайниковой растительности. (приложение 1)

Парковая территория Стодольского озера и парк фабрики им. Ленина - нормальная зона - здесь встречаются многие виды лишайников, что свидетельствует об относительной чистоте атмосферного воздуха.

Территория СОШ № 8 - зона соревнования -

лишайниковая растительность бедна листоватыми формами, причиной тому может служить близость автодорог и, следовательно, повышенное содержание загрязняющих веществ в воздухе.

Парк в центре города - территория занимает пограничное положение между зоной соревнования и лишайниковой пустыней.

Встречаются накипные лишайники, листоватые практически отсутствуют. Причиной тому может являться положение территории на пересечении трех главных автодорог, ведущих в различные районы города, обилие автотранспорта в данном районе.

Заключение

В данной работе я оценила состояние воздушной среды в разных районах города, используя метод лихеноиндикации.

В результате работы я подтвердила выдвинутую гипотезу и сделала следующие выводы:

1. Видовой состав лишайников в исследованных районах города беден, что говорит о неблагополучной экологической обстановке в целом. (Приложение 2)

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.

Человек в результате хозяйственной деятельности значительно больше загрязняет воздух, которым дышит, чем заботится о его очищении.

«…Или люди сделают так, чтобы в воздухе стало меньше дыма, или дым сделает так, что на Земле станет меньше людей». (Дж.Баттон)

Литература

1. Алексеев С.В. Экология: учебное пособие для учащихся 10-11 классов.

СПб.: СМИО Пресс, 1997.-320с.; ил.

2. А.С. Боголюбов, М.В. Кравченко «Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации». Москва: Экосистема, 2001

3. М.В. Кравченко, А.С. Боголюбов «Методика описаний лишайниковых сообществ» (изучение флоры и экологии лишайников).

Москва: Экосистема, 1996.

4. Киселев В.Н. Основы экологии: Учебн.пособие.- Мн.: Университетское, 2000

5. Биология в школе. Научно-методический журнал. № 3, 1999 г.

6. /Лишайники

Карта города Приложение 1

1 - Стодольское озеро;

2 - МБОУ-СОШ №8;

3 - Парк им.Ленина;

4 - Сквер на пересечении проспекта Ленина и улицы Октябрьской

Приложение 2.

Стодольское озеро

МБОУ-СОШ №8

Сквер на пересечении проспекта Ленина и улицы Октябрьской

Парк им.Ленина