Биоиндикация воздушного загрязнения в городе Сосенский по состоянию хвои сосны

МКОУ «Средняя общеобразовательная

школа №1» г. Сосенский

Биоиндикация воздушного загрязнения

в городе Сосенский

по состоянию хвои

сосны

Проект подготовлен ученицей

9 класса Сосенской СОШ №1

Козловой Ириной

Руководитель Мысова С.Н. учитель биологии МКОУ

«СОШ№1» г. Сосенский

Давайте, люди, любить планету,
Во всей Вселенной похожей нету.
Во всей Вселенной на всех одна,
Что будет делать без нас она…

1. 1. Введение.

Человек – часть природы. Вне природы, не пользуясь ее ресурсами, он не может существовать. Природа всегда будет основой и источником жизни человека.

По отношению к человеку она выполняет ряд функций, связанных с удовлетворением его потребностей: экологическую, экономическую, эстетическую, рекреационную, научную, культурную.

Если человечество действительно разумно, как это следует из названия биологического вида, к которому все мы принадлежим, то в историю войдут вехи, которые отметят начало сознательного поворота нашей цивилизации на новый путь развития, - развития, при котором человек поумерит свою гордыню и потребительский эгоизм и постарается жить в ладу с Природой. (июнь 1992 года и Конференция в Рио-де-Жанейро)

На конференции ООН (1992 г.) по окружающей среде и развитию 21 век был назван веком экологии, а принятые документы ориентированы на весь мир. Они служат ориентирами в выборе общезначимых направлений практической работы и на местном уровне.

1.2. Понятие об окружающей среде.

Окружающая среда - весь окружающий человека мир, включая и природную, и антропогенную среду.

Законодательное определение понятия «благоприятная окружающая среда» дано в статье 1 Федерального закона № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» от 10 января 2002 года:

Благоприятная окружающая среда – окружающая среда, качество которой обеспечивает устойчивое функционирование естественных экологических систем, природных и природно-антропогенных объектов.

Загрязнение окружающей среды проблема века. Необходим четкий контроль за ее состоянием, чтобы предотвратить опасность и вовремя сообщить о сдвиге экологического равновесия. Помочь оценить экологическое состояние среды, проследить его динамику признан мониторинг.

1.3. Мониторинг и его виды.

Мониторинг – это система наблюдений за состоянием окружающей среды (атмосферы, гидросферы, почвенно-растительного покрова, а также техногенных систем) с целью ее контроля, прогноза и охраны. Различают глобальный, региональный и локальный уровни мониторинга. Проводится с помощью телевизионных изображений, фотографий, многоспектральных снимков, путем сбора данных с наземных и морских станций и т.д. (Сайт в Интернете «Коллекция словарей на Все Слова.ру»).

Служба мониторинга создана во многих странах. В1988г организован Всемирный центр мониторинга охраны природы (ВЦМОП).

1.4. Биоиндикация окружающей среды как один из методов мониторинга.

Биоиндикация – это оценка состояния окружающей среды по реакции живых организмов.

В зависимости от свойств используемого биоиндикатора различают специфическую и неспецифическую биоиндикацию. О неспецифической биоиндикации говорят в том случае, когда различные антропогенные факторы вызывают одни и те же ответные реакции. Если те или иные происходящие изменения можно связать только с одним фактором, то речь идет о специфической биоиндикации.

В качестве биоиндикаторов используют животных, растения, бактерии, вирусы.

1.5 Значение и преимущества биоиндикации.

Применение организмов, реагирующих на загрязнение среды обитания изменением визуальных признаков, имеет ряд преимуществ. Оно позволяет существенно сократить или даже исключить применение дорогостоящих и трудоемких физико-химических методов анализа. Биоиндикаторы интегрируют биологически значимые эффекты загрязнения. Они позволяют определять скорость происходящих изменений, пути и места скопления в экосистемах различных токсикантов, делать выводы о степени опасности для человека и полезной биоты конкретных веществ или их сочетаний (В.А.Вронский, 1996; В.Е.Соколов и др., 1990; М.С.Соколов и др., 1994; Энциклопед.словарь.,1993). Этом метод наиболее приемлем для школьников.

Многолетний опыт ученых разных стран по контролю состояния окружающей среды показал преимущества, которыми обладают живые индикаторы:

- в условиях хронических антропогенных нагрузок могут реагировать даже на относительно слабые воздействия вследствие кумулятивного эффекта; реакции проявляются при накоплении некоторых критических значений суммарных дозовых нагрузок;

- суммируют влияние всех без исключения биологически важных воздействий и отражают состояние окружающей среды в целом, включая ее загрязнение и другие антропогенные изменения;

- исключают необходимость регистрации химических и физических параметров, характеризующих состояние окружающей среды;

- фиксируют скорость происходящих изменений;

- вскрывают тенденции развития природной среды;

- указывают пути и места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений и ядов, возможные пути их попадания в пищу человека;

- позволяют судить о степени вредности любых синтезируемых человеком веществ для живой природы и для него самого, при чем дают возможность контролировать их действие.

В зависимости от скорости проявления биоиндикаторных реакций выделяют несколько различных типов чувствительности тест-организмов:

• I тип - биоиндикатор проявляет внезапную и сильную реакцию, продолжающуюся некоторое время, после чего перестает реагировать на загрязнитель.

• II тип - биоиндикатор в течении длительного времени линейно реагирует на воздействие возрастающей концентрации загрязнителя.

• III тип - после немедленной, сильной реакции у биоиндикатора наблюдается ее затухание, сначала резкое, затем постепенное.

• IV тип - под влиянием загрязнителя реакция биоиндикатора постепенно становится все более интенсивной, однако достигнув максимума постепенно затухает.

• V тип - реакция и типы неоднократно повторяются, возникает осцилляция биоиндикаторных параметров (Биоиндикация наземных экосистем, 1988).

Для экотоксикологического картирования можно использовать биоиндикаторы, аккумулирующие загрязнители по безбарьерному типу, т.е. прямо-пропорционально их концентрации во внешней среде. Например, покровные ткани растений (кора) и животных (шерсть) представляются малоактивными индикаторами для этого метода. Листья, цветки и другие органы растений накапливают поллютанты по фонобарьерному типу (Научные основы мониторинга...,1992). Подобные органы и ткани приемлемы для биотестирования загрязнения почв, вод и атмосферы. (Гераськин С.А., 1993; Использование методов биоиндикации, 1990; Соколов М.С. и др., 1999)

2.1. Определение темы, цели, задач и метода исследования проекта.

В последнее время весьма актуальными являются наблюдения за изменениями состояния окружающей среды, вызванными антропогенными причинами. Система этих наблюдений и прогнозов составляет суть экологического мониторинга. В этих целях все чаще применяется и используется достаточно эффективный и недорогой способ мониторинга среды – биоиндикация. Изучив подробно принципы и методы биоиндикации мы решили использовать этот метод для оценки экологического состояния природной среды в г. Сосенский.

Цели проекта: Изучить экологическое состояние среды в г. Сосенский методом биоиндикации по хвои сосны (Pinus sylvestris).

Задачи проекта:

- определить места исследования в городе и его пригороде

- создать базу данных и произвести расчеты и сделать выводы.

- сопоставить полученные данные с приведенной таблицей: Классы повреждения и усыхания хвои. (С.В. Алексеев Практикум по экологии 1996г.) (Приложение 2.)

- оценить по результатам экологическое состояние среды в городе.

- обобщить сведения, сделать выводы. Познакомить жителей города с результатами исследования через газету «Наш город».

- заинтересовать школьников данными исследованиями и продолжить работу, сопоставив данные по годам и использовать другие методики биоиндикации.

2.2. Выбор вида – индикатора.

В качестве биоиндикатора выбрали сосну (Pinus sylvestris).

Аргументы за этот выбор:

- Сосенский находится в зоне смешанного леса, одно из древообразующих пород которого является сосна.

- Сосна – это часто встречаемое растение в городе и лесном массиве города.

- Сосна – это символ нашего города. Она красуется на гербе и флаге нашего города. (Приложение 1.)

Хвойные растения чувствительны к загрязнению среды. Они особенно сильно страдают от сернистого газа. Продолжительность жизни хвои у сосны составляет 3-4 года. За это время она накапливает такое количество сернистого газа, которое может существенно превысить пороговые значения.

Под влиянием токсиканта у сосны происходят следующие изменения:

• уменьшение продолжительности жизни хвои;

• отмирание побегов;

• появление некрозов (омертвление тканей);

• изреживание кроны.

Хвоепад (листопад) у сосны происходит осенью. Зеленые хвоинки располагаются на прошлогодних побегах этого года, а желтые на более старых, которым уже более 3 лет. Также у сосны происходит изреживание кроны, появляется много сухих веток, покрытых редкой короткой хвоей. Сернистый газ поглощается растением через устьица, растворяется в жидкой фазе клеток (цитоплазме) и вызывает отравление живых тканей. Скорость поступления фитотоксиканта сильно зависит от влажности воздуха и насыщенности листьев водой. Увлажненные хвоинки поглощают сернистый газ в несколько раз больше, чем сухие. Растение интенсивно накапливает в тканях серу. Молодые хвоинки (молодые деревья) активнее поглощают сернистый газ, чем старые. Поэтому возраст сосновой хвои указывает на степень загрязнения. При концентрации сернистого газа 1:1000000 хвоя сосны опадает. Фотосинтез полностью прекращается. (А.В. Алексеев «Практикум по экологии)

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 (Приложение 2.)

Изреживание кроны происходит в результате обесхвоенности (дефолиации), когда воздействие загрязняющих веществ (в том числе и сернистый газ) приводит к разрушению верхней части дерева.

3.1. Практические исследования

1. Для определения некрозов хвои выбрали участки, в которых будет проводиться обследование растений сосны (Pinus sylvestris).

2. На карте наметили точки обследования. Выбрали места, где растут молодые сосенки.

3. Оценили степень вытоптанности участка:

1 – вытаптывания нет, 2 – вытоптаны тропы, 3 – ни травы, ни кустарников нет, 4 – осталось немного травы вокруг деревьев. При высокой вытоптанности территории (3 – 4) экспресс – оценка воздушного загрязнения невозможна.

4. Выбрали молодые сосенки растущие на открытом месте

5. У каждого деревца осмотрели хвоинки участка центрального побега предыдущего года (второго сверху). Или если деревья слишком большие, то обследование проводилина боковом побеге в четвертой сверху мутовке.

Пользуясь схемой, определили класс повреждений и усыханий хвои. Имели в виду, что шипик на кончике хвоинки всегда более светлый, поэтому его окраску не включали в оценку. (Методика С.В.Алексеева) Приложение 2.

6. Определили классы повреждений хвои: 1 – хвоинки без пятен, 2 – хвоинки с небольшим числом мелких пятен; 3 – хвоинки с большим числом черных и желтых пятен, некоторые из них крупные во всю ширину хвоинки.

7. Определили классы усыхания хвои: 1 – нет сухих участков, 2 – усох кончик 2 – 5 мм; 3- усохла трель хвоинки; 4 – вся хвоинка жесткая или более половины ее длины – сухая.

8. Определили продолжительность жизни сосны по схеме. Приложение 3. Для этого обследовали верхучечную часть ствола за последние годы: каждая мутовка сверху – это год жизни.

Определили сколько лет сохраняется хвоя (ее максимальный возраст). Если на самом нижнем из освоенных участков часть хвоинок опала, то оценивают примерную долю сохранившихся.

9. Используя все перечисленные параметры (пользуясь предложенной таблицей в учебнике «Практикум по экологии», автор С.В. Алексеев, Москва АО МДС. 1996 год) составили сводную таблицу исследуемых участков в городе и пригороде Сосенского и дали экспресс - оценку загрязнения воздуха.(Приложение 4., Приложение 5).

4. Выводы по изучения хвойных деревьев (сосна - Pinus sylvestris).

1. Проанализировав научные данные о сосне обыкновенной, мы изучили её индикационные способности. По появлению некрозов на хвоинках сосны можно судить о наличии в воздухе сернистого газа, хвоя не повреждена, что говорит об отсутствии загрязнения воздуха выхлопными газами автомобилей. У деревьев сосны хвоинки участка центрального побега предыдущего года (второй ряд сверху) расположены густо. Изредка, до 5%, встречаются усыхания. Значит продолжительность жизни хвои не менее трех лет (2,5-3 года), что говорит о низкой степени загрязнения воздуха (воздух чист). По изучению состояния хвойных пород деревьев в данной местности можно сделать вывод, что воздух экосистемы посёлка Сосенский Козельского района чист, никаких антропогенных воздействий на экосистему нет. Небольшое загрязнение мы отмечаем в районе городских гаражей.

2. Если проанализировать пригород Сосенского, то можно утверждать что воздух здесь идеально чистый. Приложение 5.

3. Продолжить наблюдение и экологический мониторинг территории г. Сосенский..

Приложение 1.

12 ноября 2002 года городская Дума Сосенского постановлением №146 утвердила Положение "О гербе муниципального образования "город Сосенский" Калужской области".

Приложение 2.

Класс повреждения и усыхания хвои.

Приложение 3.

Схема определения продолжительности жизни хвои сосны.

Приложение 4.

Приложение 5.

Список используемой литературы.

1. Алексеев А.С., Н.В. Груздева - Практикум по экологии. Москва, АО МДС 1996г.

2. Гераськин С.А., 1993; Использование методов биоиндикации, 1990; Соколов М.С. и др., 1999

3. В.А.Вронский, 1996; В.Е.Соколов и др., 1990; М.С.Соколов и др., 1994; Энциклопед. словарь.,1993

13