Исследовательская работа по экологии

Заиграевское Районное Управление Образованием

Муниципальное Бюджетное Общеобразовательное Учреждение Онохойская средняя общеобразовательная школа №2

Исследовательская работа по экологии:

«Сосна обыкновенная - биоиндикатор загрязнения воздуха».

Конкурсное направление: «Лучшая исследовательская работа»

Ф И исполнителя:

Шакирова Юлия - учащаяся 11 класса

Ф И О научного руководителя:

Кунгурова И А - учитель биологии и химии

высшей квалификационной категории

2015 г

1.Введение

Среди разнообразных актуальных вопросов по изучению состояния окружающей среды особое место занимает ее оценка методом биоиндикации. Именно живые организмы несут наибольшее количество информации об окружающей их среде обитания. Среди всех биоиндикаторов растения наиболее удобны, т.к. они - основные продуценты, находятся на границе двух сред - почвы и воздуха, ведут прикрепленный образ жизни, доступны и удобны в сборе материала. Для биоиндикационной характеристики больших территорий лучше использовать древесные растения, так как травянистые растения в большей степени отражают микробиотопические условия. Сосна как нельзя лучше подходит в качестве модельного вида-биоиндикатора. Во-первых, это дерево очень чутко реагирует на малейшие изменения условий произрастания, в том числе и загрязнение среды. Во-вторых, сосна широко распространена на большей части лесной зоны, Следовательно, проблема поиска участков для исследования сведена к минимуму. Этим и обуславливается выбор темы нашей работы.

Гипотеза: сосну обыкновенную можно использовать в качестве биоиндикатора для оценки загрязнённости атмосферы

Цель исследования : выявить влияние антропогенного воздействия на окружающую среду п. Онохой.

Вопрос на сегодняшний день считаю актуальным в связи с ухудшением природной среды в районах, приближенных к городу и автотрассам федерального значения.

Новизна работы: определение загрязненности воздуха на выбранных участках по состоянию сосны обыкновенной.

Задачи:

1. провести обзор литературы по данной теме

2. выбрать методику проведения исследовательской работы

3. на основе анализа данных, полученных в процессе исследований, сделать вывод о степени газодымового загрязнения воздуха окрестностей п. Онохой

4. убедиться в справедливости биоиндикационных методов определения чистоты атмосферы по состоянию сосны обыкновенной, путём сравнения показателей на ключевых участках;

5. заложить основу для проведения многолетнего экологического мониторинга в районе п. Онохой

Методы исследования:

1. Теоретические методы (абстрагирование, анализ и синтез, от абстрактного к конкретному);

2. Эмпирические методы (наблюдение, сравнение, эксперимент).

3. Математические методы (статистические, диаграммы, таблицы).

4. Исследовательские методы (проведение эксперимента).

Объект нашего исследования - сосна обыкновенная, лесная (Pinus silvestris).

Предмет - простейшие методы биоиндикации, позволяющие установить изменения загрязнения воздушной среды

Теоретическая значимость работы определяется тем, что в ней на основе биологического анализа обосновывается преимущество использования данного метода в мониторинге загрязнения воздушной среды.

Практическая значимость работы обусловлена возможностью использования полученных результатов на уроках биологии и экологии.

Используемые методики:

1. Биоиндикация состояния воздуха по хвое сосны (Алексеев С.Б. и Беккер А.М)

2. Тест по Гертелю.

Этапы исследования:

1. Разработка плана.

2. Разработка инструментария.

3. Выбор трех ключевых участков.

4. Отбор материала для исследования.

5. Обработка и анализ данных эксперимента.

6. Формулировка вывода.

7. Написание работы.

2. Основная часть.

2.1 Биоиндикация и биоиндикаторы.

Сильнейшим антропогенным воздействием на фитоценозы оказывают загрязняющие вещества в окружающем воздухе, такие как диоксид серы, углеводороды. Среди них наиболее типичным является диоксид серы, образующийся при сгорании серосодержащего топлива в отопительных печах населения, а также транспорта, особенно дизельного. Устойчивость к диоксиду серы различна. Из высших растений повышенную чувствительность к SO2 имеют хвойные деревья (кедр, ель, сосна).

Итак, считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обуславливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики».

В нормальных условиях хвоя сосны опадает через 3 - 4 года, а поблизости от промышленного предприятия - значительно раньше. Это растение может с успехом служить индикатором загрязненности атмосферы.

Под влиянием токсиканта у сосны происходят следующие изменения:

• уменьшение продолжительности жизни хвои

• отмирание побегов

• появление некрозов (омертвление тканей)

• изреживание кроны

• уменьшение ширины годичных колец

Появление некрозов (омертвление тканей) чаще проявляется на хвоинках сосны под влиянием загрязняющих веществ.

Различают следующие виды некрозов:

• краевой некроз (по краям хвоинки);

• срединный некроз;

• точечный - отмирание тканей листа в виде пятен, рассыпанных по всей поверхности хвоинки

3. Методика исследований

3.1. Методика биоиндикации состояния воздушной среды по комплексу признаков сосны обыкновенной

При выполнении данной работы мы руководствовались методикой, взятой из сборника Алексеева С.Б. и Беккера А.М. "Изучаем экологию - экспериментально". Были заложены три ключевых участка: первый с антропогенной нагрузкой, изучались вдоль автодороги республиканского значения, второй в центре поселка, третий не испытывающий такой нагрузки (в лесном массиве).

Определение состояния генеративных органов сосны обыкновенной (обследование шишек)

Под действием загрязнителей происходит подавление репродуктивной деятельности сосны. Число шишек на дереве снижается, уменьшается число нормально развитых семян в шишках, заметно изменяются размеры женских шишек (до 15- 20 % ).

Для проведения исследования на ключевом участке отбирают 30 - 50 шишек с разных деревьев и определяют их линейные размеры штангенциркулем.Вывод: длина и диаметр шишки сосны обыкновенной, которая произрастает в глубине леса больше, чем шишки сосны, которые произрастает вблизи трассы и центре поселка. Данный результат свидетельствует о загрязненности воздуха автотранспортом и выбросами котельной.

Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферыВывод: на контрольном участке показатели выше, что свидетельствует о том, что уровень загрязненности воздуха здесь самый низкий из-за отдаленности от промышленных предприятий, котельных и автодорог.

Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы

Исследовались по 100 хвоинок с каждого участка. Был установлен класс и степень повреждения, и класс усыхания и степень усыхания хвои, а также класс пожелтенияКласс повреждения хвои: 1 2 3

Степень повреждения:

• хвоинки без пятен,

• хвоинки с небольшим числом пятен,

• хвоинки с большим числом чёрных и жёлтых пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину хвоинки

Класс усыхания хвои: 1 2 3 4

Степень усыхания:

• нет сухих участков,

• усох кончик 2-5 мм,

• усохла треть хвоинки,

• вся хвоинка жёлтая или более половины её длины - сухая

1 2 3 4 5 6

1 - хвоинки без пятен; 2, 3 - хвоинки с черными и желтыми пятнами; 4,5,6 - хвоинки с усыхании

При обследовании состояния хвои определяется степень её повреждения и усыхания. При этом объектом обследования является верхушечная часть ствола. Внимательно осматривают хвоинки участка центрального побега предыдущего года (второй сверху) и определяют по шкале класс повреждения и усыхания хвои (следует иметь в виду, что шипик на конце хвоинки всегда более светлый, поэтому его окраска не включается в оценку).

Всю хвою разделили на части (неповреждённая хвоя, хвоя с пятнами и хвоя с признаками усыхания), и подсчитали количество хвоинок в каждой группе. Данные занесли в рабочую таблицу. Все пробы брались в течение одной недели.</ Вывод: Значительное повреждение хвои наблюдается у автотрассы и в центре поселка , где процент поврежденных хвоинок составляет 43% и 41% соответственно, так как влияние антропогенных факторов на сосны достаточно велико. Тот же самый эффект наблюдается и при подсчете количества усохших хвоинок- 32% и 41% соответственно.

Определив класс повреждения и усыхания хвои, можно оценить класс загрязнения воздуха:

I- идеально чистый II- чистый III- относительно чистый (норма)

IV- загрязненный (тревога) V- грязный (опасно) VI- очень грязный (вредно)У автотрассы

2

2

IV(загрязненный)

В центре п. Онохой

2

2

IV(загрязненный)

В глубине леса (контроль)

1

2

III( относительно чистый)

Таким образом, проведенный анализ подтвердил ухудшение состояния деревьев сосны обыкновенной с ростом уровня атмосферного загрязнения.

Изучение степени потери природной окраски.

Степень потери природной окраски, или «пожелтения» хвои оценивается визуально также по четырем классам. Исследователь пытается примерно сравнить наблюдаемый цвет хвои с нормальным в его представлении и в других описаниях цветом. Потеря природной окраски оценивается в процентах по следующей шкале:

0 - нет пожелтения (потеря общей окраски кроны 0-10%);

1 - слабое (потеря 10-25% окраски);

2 - среднее (25-60 %);

3 - сильное (более 60 %).

Эти явления, по мере ухудшения жизненного состояния дерева прогрессируют, вплоть до полного отмирания дерева.Определив класс повреждения и усыхания хвои, можно оценить класс загрязнения воздуха: Вывод:Таким образом, проведенный анализ подтвердил ухудшение состояния деревьев сосны обыкновенной с ростом уровня атмосферного загрязнения.

3.2.Тест по Гертелю.

По наблюдениям Гертеля, толщина воскового слоя на хвое сосны тем больше, чем выше концентрация или продолжительнее воздействие на нее сернистого газа. Суть метода заключается в том, что определенное количество хвои кипятится в воде. Принимается, что степень помутнения экстракта прямо пропорциональна количеству воска, покрывающего хвою. Чем выше мутность, устанавливаемая с помощью приборов, тем больше концентрация сернистого газа в воздухе. Такой метод получил название "тест помутнения по Гертелю".

По внешнему виду раствора в пробирках была определена степень помутнения . Чем чище воздух, тем меньше воска на хвоинках, тем ниже степень помутнения раствора. В пробирках с первого и второго участка (вдоль автодороги и центра поселка) прослеживается очень сильное помутнение. В пробирке с участка лесного массива помутнение менее интенсивное. Результаты работы по тесту Гертеля еще раз подтвердили адекватность оценки состояния атмосферного воздуха по классам усыхания и повреждения хвои.

3.3.Результаты исследований

1.Среднее количество хвои на 10см побега на исследуемых площадках составило в среднем- 83 хвоинок, на контрольной площадке - 88 хвоинок.

2.Средняя длина хвои на исследуемых площадках - 3,5 см, на контрольной - 4.9 см.

3.Сухой вес 100 хвоинок на исследуемых площадках около 900 мг, на контрольной- 1г170мг

4. Проведенные исследования показали, что, сосны, расположенные вблизи от автодороги и в центре поселка, находятся в ослабленном состоянии. У деревьев наблюдается появление некрозов. Лесные культуры в лесном массиве обладают наилучшими показателями внешнего вида хвои.

Таким образом: можно сделать выводы, что выбросы автомобильного транспорта и от котельной в цент ре поселка значительны, так как они действуют на сосны.

Хвои на побеге становится меньше, средняя длина хвои уменьшается, следовательно, такая хвойная порода, как сосна плохо противостоит вредному воздействию, намного хуже, чем лиственные породы, у которых листва опадает ежегодно, у сосны же хвоинки живут несколько лет. Следовательно, сосна очень чувствительна к вредным выбросам автомобильного транспорта, ПКС и является неустойчивой к антропогенному воздействию (негазоустойчива).

Сравнив полученные данные на участках вдоль автодороги и в лесном массиве, мы убедились в справедливости того, что сосна является важнейшим биоиндикатором антропогенного влияния на окружающую среду.

Материалы данного исследования будут использованы на уроках биологии и химии при изучении тем: «Последствия хозяйственной деятельности человека для окружающей среды», «Роль голосеменных растений для человека», «Соединения углерода и серы».

Предлагаю рекомендации по мерам охраны окружающей среды:

1. Всем жителям нашего поселка соблюдать правила пользования лесными богатствами.

2. Регулярно проводить мониторинг состояния леса и участков вдоль трассы и в центре поселка.

3. Проводить экологическое просвещение населения.

4. Заключение.

Роль сосны обыкновенной для среды неоценима, так как она обладает фитонцидными свойствами и оздоравливает воздух, подавляя развитие болезнетворных микроорганизмов. В воздухе соснового бора содержится в 2 раза меньше болезнетворных бактерий, чем в лиственном лесу. 1 га насаждений хвойных пород за сутки способен выделить фитонцидов: можжевельник -30 кг, сосна, ель - 20 кг, а лиственные породы - 2-3 кг. Фитонциды сосны - задерживают рост туберкулезной палочки. Также сосна обыкновенная повышает в воздухе на прилегающей территории число легких, отрицательно заряженных ионов - материальных носителей электрических зарядов, характеризующих состояние чистоты воздуха. У хвойных пород на единицу веса хвои оседает в 1,5 раза больше пыли, чем на единицу веса листьев у лиственных видов. Пылезащитные свойства у хвойных деревьев сохраняются круглый год.

Значительное снижение вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду можно ожидать за счет улучшения качества автомобильного топлива,т производимого на нефтеперерабатывающих заводах, « омоложение» автомобильного парка с использованием стандартов А3,А4,А5, а также, за счет выведения транзитных потоков автотранспорта за пределы населенных пунктов.

Сравнив полученные данные на участках вдоль автодороги, в центре поселка и в лесном массиве, мы убедились в справедливости того, что сосна является важнейшим биоиндикатором антропогенного влияния на окружающую среду. Нами были заложены участки для проведения экологического мониторинга в районе п. Онохой. Материалы данного исследования будут использованы на уроках биологии и химии.

Список литературы:

1. Алексеев С.В., Беккер А.М. Изучаем экологию - экспериментально. Санкт-Петербург, 1993.

2. Артамонов В.И. Зелёные оракулы. М.: Мысль, 1989.

3. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Под редакцией Р.Шуберта. Пер.с нем. / М.: Мир, 1988.

4. Биология в школе. Научно-методический журнал. №1, 2 2007

5. Животные, растения: Мифы и легенды. - М.: Аванта+, 2007. - 256 с.: ил.

6.Загрязнение воздуха и жизнь растений. Л.: Гидрометеоиздат, 1998

7..Захаров В.М. и др. Здоровье среды: методика оценки (Оценка состояния природных популяций по стабильности развития: методическое руководство для заповедников). - М.: 2000.

8.Реймерс Н.Ф. Основные биологические понятия и термины: Кн. Для учителя.- М.: Просвещение, 1988.-319с.:ил.

9. Интернет ресурсы.

ПРИЛОЖЕНИЕ №1

Особенности морфологического строения побегов сосны обыкновенной, произрастающей в районах с различным уровнем атмосферного загрязнения

Таблица 1: участок у автотрассы

Таблица 2: участок в центре поселка Онохой

Участок 3: участок в глубине леса (контроль)