Исследовательская работа по теме "Оценка загрязненности воздуха по признаку сосны обыкновенной"

ГУО «УПК Полошковский детский сад – средняя школа Климовичского района»

Оценка загрязненности воздуха

по комплексу признаков сосны обыкновенной

Автор:

Литовченко

Дарья Александровна,

учащаяся 10 класса.

Научный руководитель:

Шалыгина

Снежана Игоревна,

учитель биологии и химии

2019

Тезисы на научно биолого-экологическую работу

В настоящее время установлено, что на атмосферное загрязнение воздуха более остро реагируют хвойные породы, по сравнению с лиственными. Повышенная чувствительность хвойных связана с длительным сроком жизни хвои и поглощением газов, а также со снижением массы хвои. При частых или постоянных воздействиях в тканях хвойных растений постепенно накапливаются токсичные соединения, что приводит к отмиранию хвои. В нормальных условиях хвоя сосны опадает через 3-4 года, вблизи источников атмосферного загрязнения – значительно раньше (через 1-2 года).

Источников антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а также нарушение экологического равновесия в биосфере, - множество. Однако самым значительным из них является автотранспорт.

Сосновые леса наиболее чувствительны к загрязнению воздуха, особенно к выхлопным газам автомобилей. Поэтому перед нами стояла задача оценить степень загрязнения воздуха на двух участках, различных по степени загруженности автотранспортом.

Цель работы: определить экологическое состояние воздуха в Климовичском районе, используя в качестве биоиндикатора сосну обыкновенную.

Задачи:

1. Определить участки проведения работы в зонах, контрастных по уровню загрязнения атмосферного воздуха.

2. Определить состояние хвои в разных участках.

3. Определить продолжительность жизни хвои. Рассчитать индекс продолжительности жизни сосны по формуле. Сделать заключение о связи загрязнения воздуха и продолжительности жизни хвои.

Объектом исследованияявляются хвоя сосны, побеги сосны и почки сосны, взятые на разном расстоянии вблизи аг. Полошково.

Предмет исследования:сосны, расположенные на разном расстоянии от автотрассы вблизи аг. Полошково

Методы исследования:

1. Теоретический – анализ научной литературы;

2. Практический – наблюдение, мониторинг, экскурсии, статистичекая обработка данных.

3. Экспериментальный – биоиндикация

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

По результатам наших исследований мы выяснили, что деревья с поврежденной хвоей сосны расположены вблизи автомагистрали, а с менее поврежденной – дальше от дороги. Хвоя сосны обыкновенной обладает большой аккумулирующей способностью. При накоплении токсичных веществ наблюдаются морфологические изменения, которые являются показателями загрязненности атмосферы. Там, где воздух сильно загрязнен, на хвое сосны появляются повреждения, и снижается продолжительность жизни дерева. Если количество автотранспорта увеличится, то это приведет к нежелательным последствиям – такое растение как сосна не сможет существовать в условиях загрязнения.

Исходя из полученных результатов, мы пришли к выводу, что сосну обыкновенную можно использовать в качестве биоиндикатора состояния воздуха, потому что она относится к породам наиболее чувствительным к загрязнению воздуха.Наиболее губительно действуют на хвойные следующие загрязняющие компоненты: пыль, дымовые газы, автомобильные газы, содержащие окиси углерода и азота, различные углеводороды, сернистый газ.

Оглавление

Введение___________________________________________________________________4

1. Литературный обзор_______________________________________________________5

1.1 Биологические основы сосны обыкновенной__________________________________5

1.2 Сосна как биоиндикатор окружающей среды_________________________________6

1.3 Автотранспорт как основной источник загрязнения атмосферного воздуха________6

2. Материалы и методы ______________________________________________________7

2.1 Методика работы _______________________________________________________8

3.Результаты________________________________________________________________9

3. 1 Изучение степени повреждения хвои______________________________________10

3. 2 Определение продолжительности жизни хвои______________________________11

3.3 Изучение состояние почек сосны обыкновенной____________________________12

Заключение________________________________________________________________13

Список литературы_________________________________________________________14

Приложения_______________________________________________________________15

Коль суждено дышать нам воздухом одним,

Давайте же мы все на век объединимся,

Давайте наши души сохраним,

Тогда мы на Земле и сами сохранимся.

Н. Старшинов

Введение

Последнее время во всём мире большое внимание уделяется проблемам экологии. Основная проблема – это антропогенное воздействие. Если раньше отрицательные последствия человеческой деятельности рассматривались только к некоторым компонентам природы, то на данный момент эти последствия наносят ущерб человеку и его здоровью. Одна из важнейших проблем – это загрязнение воздуха. Антропогенное воздействие на фитоценозы оказывают загрязняющие вещества, которые находятся в воздухе, такие, как диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и др. Среди них наиболее типичным является диоксид серы который образуется при сгорании серосодержащего топлива (работа котельных, отопительных печей населения, а также дизельного транспорта). Из растений, имеющих повышенную чувствительность к диоксиду серы, являются хвойные (ель, сосна, кедр). Эти представители отдела Голосеменные являются прекрасными индикаторами загрязнения среды. Особенно чувствительна сосна обыкновенная. В её коре, древесине и хвое могут накапливаться загрязняющие вещества, которые оказывают влияние на рост и жизнедеятельность дерева.

Актуальность исследовательской работы

Мы выбрали эту тему, так как проблема загрязнённости атмосферы является общемировой. В настоящее время учёные призывают нас к сохранению и защите окружающей среды. Но мы не знаем, в чем проблема нашего края и поэтому мы выбрали один из специфических методов – биоиндикция. С помощью этой работы мы хотим выяснить степень загрязнённости атмосферы в Климовичском районе, используя этот метод, а также изучить возможность использования биоиндикации в различных природных условиях.

Научная значимость работы: было исследовано экологическое состояние окружающей среды Климовичского района методом биоиндикации путем анализа загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные данные можно использовать в качестве дополнительной информации на уроках биологии, при проведении бесед с учащимися, в качестве материала для агитаций.

Цель исследовательской работы: определить экологическое состояние воздуха в Климовичском районе, используя в качестве биоиндикатора сосну обыкновенную.

Задачи:

1. Определить участки проведения работы в зонах контрастных по уровню загрязнения атмосферного воздуха.

2. Определить состояние хвои в разных участках.

3. Определить продолжительность жизни хвои. Рассчитать индекс продолжительности жизни сосны по формуле. Сделать заключение о связи загрязнения воздуха и продолжительности жизни хвои.

Глава 1

Литературный обзор

1.1 Биологические особенности сосны обыкновенной (Pinus sylvestris)

Сосна обыкновенная относится к древесным голосеменным вечнозелёным растениям. Является крупным деревом до 25-35 м высоты с диаметром ствола до 1м. В молодом возрасте крона пирамидальная, но со временем нижние побеги засыхают, опадают и растение приобретает шаровидную форму. Кора красновато-бурая, верхний слой которой постоянно шелушится в виде тонких пластинок. Хвоя парная тёмно-зелёного цвета с голубоватым оттенком, покрытая восковым налётом. Сосна споровое растение. Мужские шишки жёлтые, расположены у основания, а женские – красноватые, локализуются на верхушках годичных побегов, которые образуются с апреля по май. Пыльцы образуется очень много, которая покрывает поверхность близлежащей земли, листьев деревьев или водоём. Семена сидят на семенных чешуях и созревают после оплодотворения в течении 1,5 года. Семенные шишки сначала плотные зелёного цвета, но в течении созревания набирают коричневую окраску, чешуи их расходятся и семена обладающие крылатками, разлетаются[2].

1.2 Сосна как биоиндикатор окружающей среды.

Биоиндикация – это оценка состояния окружающей среды по реакциям растений и животных. Сущность биоиндикации заключается в том, что определенные факторы среды создают возможность существования того или иного вида. Виды, которые позволяют выявить специфические особенности среды, называют индикаторами. Биоиндикация дает возможность судить об изменениях состояния среды и прогнозировать направление этих изменений. При изучении степени загрязнения окружающей среды важна реакция организмов на загрязнители. Для оценки содержания токсических примесей в воздухе наиболее целесообразно использовать растения. Они осуществляют в десятки раз более интенсивный газообмен по сравнению с животными и человеком, обладают более высокой чувствительностью и стабильностью ответной реакции на действие внешних факторов. Хвойные растения очень 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  хвоя сосны в зонах сильного загрязнения приобретает тёмно-красную окраску, затем отмирает и опадает, просуществовав всего год. Периодическое воздействие оксидов азота и серы вызывает у сосны обыкновенной опадание хвои, которая сохраняется лишь на побегах последнего года.[6].

1.3.Автотранспорт как основной источник загрязнения атмосферного воздуха.

К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы, картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода, углеводороды, окислы азота, бензапирен, альдегиды и сажу. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95% СО, 55% углеводородов и окислов азота, картерные газы по – 5% углеводородов, 2% окислов азота, а топливные испарения – до 40% углеводородов. Основными токсичными веществами – продуктами неполного сгорания являются сажа, окись углерода, углеводороды, альдегиды.

Вредные токсичные выбросы можно разделить на два вида: регламентированные и нерегламентированные. Они действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: окись углерода, углеводороды, альдегиды, сернистый газ, сажа и дым.
Загрязнение воздуха идет по трем каналам: 1)ОГ, выбрасываемые через выхлопную трубу (65%); 2)картерные газы (20%); 3)углеводороды в результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15%).[3].

Длительное вдыхание автомобильных выхлопов ведет к общему снижению иммунитета и нарушению работы сердечно-сосудистой системы, провоцирует развитие болезней дыхательной системы. Исследование, проведенное несколько лет назад учеными, показало, что выхлопные газы также наносят значительный вред головному мозгу, что в дальнейшем может вылиться в развитие болезни Альцгеймера, а у детей даже до года вызывать аутизм.

Глава 2

Материалы и методы

Область исследования: экология

Объекты исследования:хвоя сосны, побеги сосны, почки сосны.

Предмет исследования: сосны, расположенные на разном расстоянии от автотрассы вблизи агр.Полошково

2.1. Методика работы

Методика биоиндикации чистоты воздуха по хвое сосны состоит в следующем. В работе использовался материал, подготовленный заранее. Это срезанные ветви условно одновозрастных деревьев сосны обыкновенной на высоте 2 м со средней части кроны, обращенной близи автомобильной дороги. Контролем служат ветви с условно возрастных деревьев, собранных в чистой зоне леса.

С нескольких боковых побегов 5-10 деревьев сосны отбирают по 100-200 пар хвоинок второго и третьего года жизни.

1 этап. Изучение степени повреждения хвои.

Вся хвоя делится на три части: неповреждённая хвоя, хвоя с пятнами и хвоя с признаками усыхания. Подсчитывается количество хвоинок в каждой группе.

Классы повреждения и усыхания хвои. Повреждения: 1 – хвоинки без пятен; 2 – с небольшим числом мелких пятнышек; 3 – с большим числом чёрных и жёлтых пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину хвоинки. Усыхание: 1,2,3 – нет сухих участков; 4 – усох кончик на 2-5 мм; 5 – усохла треть хвоинки; 6 – вся хвоинка жёлтая или более половины её длины сухая.

2 этап. Определение продолжительности жизни хвои.

Продолжительность жизни хвои устанавливается по мутовкам путём просмотра побегов с хвоей. Количество учётных деревьев – не менее 20.

Рассчитать индекс продолжительности жизни хвои сосны (Q) по формуле:

Q = 3B + 2B + 3B/ В1 + В2 + В3, где В1,В2, В3 – количество деревьев с продолжительностью жизни хвои соответственно 1,2,3 года.

3 этап. Изучение состояния почек.

По состоянию почек можно определить взаимосвязь между состоянием почек и условиями произрастания деревьев.

1. Подсчитывается число сформировавшихся почек на ветвях каждого дерева.

2. Измеряется длина и толщина почек.

Глава 3

Результаты

3.1 Изучение степени повреждения хвои.

Таблица 3.1

Повреждение и усыхание хвои сосны обыкновенной в разных зонах

При анализе полученных данных, мы наблюдаем, что из общего числа исследованных хвоинок на участке 2 м от автомобильной дороги степень повреждения хвоинок составила 45 % - наблюдается краевой некроз.

На участке 15 м от автомобильной дороги - 14 % и на участке 30 м от автомобильной дороги 7 % наблюдается точечный некроз. Большой процент усыхания на №1 участке в сравнении с участком №2 можно объяснить тем, что участок ближе к автодороге, грузопоток значительно выше, следовательно, выше выброс токсичных газов.(Приложение 1)

Некроз – отмирание участков тканей у растений вследствие значительного загрязнения окружающей среды.

Таблица 3.2

Определение степени усыхания хвои сосны обыкновенной

Анализ данных о степени усыхания позволяет нам сделать следующие выводы: показатель нет сухих участков (1 класс усыхания) на участке 30 м от автомобильной дороги составил 80%, что свидетельствует о благоприятной экологической обстановки данной территории. На участках 2 м от автомобильной дороги и 15 м от автомобильной дороги к 1 классу относится меньше половины исследуемых хвоинок.

Большой процент хвоинок относится ко 2 и 4 классу усыхания. Это говорит о менее благоприятной экологической обстановке.

На участке 30 м от автодороги, хвоинки, собранные с ветвей деревьев сосны обыкновенной, мало повреждены, они ярко зеленые, чистые, пятен мало, усохших участков у них практически нет. Сосна очень чувствительна к ядовитым газам, которые выбрасывают автомобили. У сосен на участке 2 м от автодороги, живой, здоровой хвои мало. Выхлопной газ с вредными веществами, проникая внутрь через устьица, вызывает отравление живых тканей. В результате хвоя повреждается и усыхает. Большинство хвои, собранной с ветвей деревьев с участка вдоль дороги, с большим числом черных и желтых пятен.

Также мы обратили внимание на то, что у деревьев растущих вблизи автомобильной дороги нижние ветки почти полностью имели желтую хвою, и она опадала при легком прикосновении (Приложение 1).

3. 2Определение продолжительности жизни хвои.

Таблица 3.3

Определение продолжительности жизни хвои

Расчёты:

Q₁ = (3*2+2*3+5)/5+3+2=17/10=1.7

Q₂ = (3*3+2*3+4)/3+3+4=19/10=1.9

Q₃ = (3*5+2*2+3)/3+2+5=22/10=2.2

В результате, мы наблюдаем, что средняя продолжительность жизни хвои сосны обыкновенной на участке 2 м от автомобильной дороги 1.7 года, на участке 15 м от автомобильной дороги – 1.9 года и на участке 30 м – 2.2 года. Следовательно, чем больше загрязнённость воздуха, тем меньше продолжительность жизни хвои сосны обыкновенной.

3.3 Изучение состояние почек сосны обыкновенной.

Таблица 3.4

Состояние почек сосны обыкновенной в разных зонах

При исследовании почек сосны было выявлено, что длина и толщина почек сосен, находящихся на расстоянии 15 м и 30 м от автодороги больше, что говорит, о минимальной загрязнённости воздуха, а на участке 2 м от автомобильной дороги длина и толщина почек меньше – это говорит о большей загрязнённости атмосферы.(Приложение 1)

Проанализировав полученные данные в результате исследований, можно сделать следующий вывод: состояние воздуха на участках 30 м и 15 м от автомобильной дороги, можно оценить как чистое. Более высокую степень загрязненности воздуха в лесном участке, 2 м вблизи автодороги , можно объяснить влиянием автотранспорта – там его состояние можно оценить как близкое к загрязнённому (состояние «тревоги»).

Заключение

Источников антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а также нарушения экологического равновесия в биосфере, множество. Однако самыми значительными из них являются два: транспорт и промышленность. Источниками загрязнения нашей местности являются выхлопные газы автомобилей и тракторов. 

Сосновые леса наиболее чувствительны к загрязнению воздуха. 

Проделанная нами работа показала ухудшение состояния хвойных деревьев, произрастающих вблизи источников загрязнения. Таковыми являются автодорога, населенный пункт. Из изученных нами признаков сосны в наибольшей степени чувствительной к загрязнению воздуха оказалась хвоя.Это свидетельствует о том, что выхлопные газы автомобилей, дым от работающий котельных, бытовые отходы наносят значительный ущерб зеленым насаждениям. В результате воздействия загрязняющих веществ, находящихся в окружающей среде, в растениях происходит разрушение хлорофилла, что приводит к снижению фотосинтеза. Нарушения в фотосинтезе приводят к некрозу. При этом устанавливается следующая последовательность его проявления в исследуемой экосистеме: хлороз (бледная или светлая окраска хвои); некроз (потемнение и отмирание частей хвои); дефолиация (опадание хвои). Критериями некроза могут быть: относительные потери в массе хвои; степень желтизны; выступание смолы на ветвях и стволах; изменение формы кроны (разветвление без центрального побега при гибели верхушечной почки, нарушение роста).

К сожалению, такие биоиндикаторы как сосна обыкновенная не дают количественной оценки загрязненности воздуха, но могут служить сигналом о наличии неблагоприятных экологических условий.

Предлагаем рекомендации по мерам охраны окружающей среды: 

1. Проводить экологическое просвещение населения: каждый водитель должен знать, что причина дымления автомобиля – неисправность двигателя, неисправность системы питания или зажигания. Только за счет правильной регулировки автодвигателей выброс вредных веществ в атмосферу можно уменьшить до 5 раз. 

2. Использовать более безвредное топливо.

3. Регулярно проводить мониторинг состояния леса и участков вдоль трассы.

4. Продолжить работу по озеленению придорожной зоны. 
   
   
   

Список используемой литературы

1. Ашихмина, Т.Я. Школьный экологический мониторинг/ Т.Я. Ашихмина. - М.: Академический проект, 2005 г - 416 с

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

3. Бондарук, М.М. Дополнительные материалы к урокам и внеклассным мероприятиям по биологии и экологии/ М.М. Бондарук, Н.В. Ковылина. – Волгоград: 2007 г - 170 с

4. Ломаева, С.Н. Биоиндикация загрязнений окружающей среды/ С.Н. Ломаева. – Тюмень: 1998 - 25 с

5. Научно-исследовательская работа школьников по биологии: пособие для учителей общеобразоват. учреждений с рус.(бело-рус.) яз. обучения/ С.С. Маглыш, А.Е. Каревский. – Минск: Сэр-Вит, 2012.- 80 с М 12

6. Приступа, Г.К. Анатомо-морфологические изменения хвои сосны в техногенных условиях/ Г.К. Приступа. – Лесоведение №1, 1997

7. Розанов, Л.Л. Словарь-справочник/ Л.Л. Розанов. - М.: НЦЭНАС, 2002.-88с.

8. Тяглова, Е.В. Исследовательская и проектная деятельность учащихся по биологии/ Е.В. Тяглова. - М.: Глобус, 2008.-255 с.

Приложение 1

1.1 – Определение степени повреждения хвои

1.2 и 1.3 Степень усыхания сосны

1.4 Изучение состояния почек