Практико-значимая работа на тему: «Определение степени загрязненности атмосферного воздуха исследуемой территории школы №5 г. Шатуры»

Автор: Пугина Наталья Михайловна

Дата публикации: 11.04.2016

Номер материала: 1965

Прочие методические материалы
Биология
8 Класс

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Основная общеобразовательная школа

поселка Осаново-Дубовое»

Шатурского муниципального района Московской области

Практико-значимая работа

на тему: «Определение степени загрязненности атмосферного воздуха исследуемой территории

школы №5 г. Шатуры»

                                                                                      Выполнила:

Пугина Наталья Михайловна

                                                                                                   

                                                                                                    \

п. Осаново-Дубовое, 2016

Оглавление

Введение.

  1. Основная часть. Теоретическое обоснование.
  2. Практические исследования.

2.1 Методы исследований.

2.2 Место исследований.

2.3 Материал исследований.

2.4 Результаты исследований.

  1. Заключение.
  2. Приложение.
  3. Список литературы

Введение

    Проблема охраны окружающей среды является наиболее острой глобальной проблемой 21 века.  Как глобальная проблема, проблема охраны окружающей среды актуальна для всего мира в целом и для каждого человека. Окружающая среда в России продолжает с каждым годом ухудшаться. В результате загрязнения, в воздухе повышается содержимое углекислого газа и вредных газов.

Загрязнение воздуха может проходить следующими способами:

  • Автомобильный транспорт является одним из основных источников загрязнения в городах. Отработанный газ выходит через выхлопные трубы, тем самым загрязняя воздух.
  • Воздух загрязняется от заводов, фабрик,  от мусора, от дыма, использования различных аэрозолей (дезодоранты, лаки для волос, освежители воздуха)

Снизить загрязнение можно благодаря использованию машин нового поколения, другого вида транспорта, использование фильтров, предотвращающих загрязнения, сохранности и посадки деревьев, снижению использования аэрозолей.

 А  выявить степень загрязнения атмосферы позволяет метод биоиндикации. Биоиндикация – это оценка состояния окружающей среды по реакции живых организмов. В исследовании используем виды – индикаторы, которыми являются лишайники.

Актуальностью данной темы является то, что экологические последствия   увеличения антропогенной нагрузки на леса очевидны: чем больше автомобильного транспорта, тем больше выбросов вредных веществ и в том числе тяжелых металлов в окружающую среду. Нарушается газообмен экологических систем, что крайне неблагоприятно для растительного и животного мира. Наши леса перестанут исчезать в результате не только пожаров и вырубок, но и загрязнения воздуха, если в большем объеме будет проводиться работа по борьбе с выбросами вредных веществ в атмосферу.

         Рядом со школой в г. Шатура муниципального района расположено много древесных насаждений.

        Занимаясь благоустройством и исследованием пришкольного участка, обратили внимание на большое разнообразие лишайников, произрастающих на деревьях. Здесь можно было увидеть лишайники различной формы, окраски и размеров.

Лишайники – удивительные организмы. Они чрезвычайно широко распространены на земном шаре, они встречаются почти во всех  наземных и даже водных экосистемах. Лишайники находятся практически везде: растут на земле и коре деревьев, на камушках, камнях, валунах, на соломенных крышах, черепице, стенах домов, бетонных столбах и столбиках. Решительно, легче было бы перечислить, где они не растут.  А также лишайники играют значительную роль в природе  и жизни человека. И хотя на свете лишайников насчитывается около 20 тысяч, и они всегда присутствуют в нашем окружении, мало кто обращает на них внимание.

Объект исследования: загрязнение воздушной среды экосистемы территории школы № 5 г. Шатура.

Предмет исследования:  простейшие методы биоиндикации, позволяющие установить изменения загрязнения воздушной среды экосистемы.

Цель работы: определение степени  загрязненности воздуха исследуемой территории.  

В соответствии с целью была сформулирована рабочая гипотеза:  пришкольная территория имеет среднюю степень загрязнения.

Задачи:

  • Дать оценку степени загрязненности воздуха школьного пространства и пришкольной территории.
  • Определить условие, выявляющие на степень загрязнения.
  • Определить влияние загрязнения воздуха на живые организмы.
  • Проанализировать научные данные об индикационных способностях лишайников.
  • Провести исследования растений – индикаторов в двух точках г. Шатуры с целью выявления разницы в степенях загрязнения.
  • Подвести итоги исследований и сделать выводы об уровне загрязнения пришкольной территории.

Оборудование: блокнот, лист-опросник,  рулетка, палетка, фотоаппарат.

 I. Основная часть.

1.1. Растения – сфинксы

    Лишайники представляют своеобразную группу комплексных организмов, тело которых всегда состоит из двух компонентов – гриба и водоросли. В основе биологии лишайников лежит явление симбиоза – сожительства двух различных организмов. Более ста лет назад лишайники были для ученых великой загадкой, и открытие немецким ученым Симоном Швенденером в 1867 году их сущности оценивалось как одно из наиболее удивительных открытий того времени.

    Двойственность природы лишайников позволяет расти им в самых разнообразных условиях среды, легко переносить длительные периоды засухи, резкие колебания температуры, а также большие дозы ультрафиолетовой радиации. За лишайниками давно закрепилось название «пионеры растительности». Связано это с тем, что они первые поселяются там, где не выживает никакое другое растение. Растут лишайники на скалах, горных породах, застывшей вулканической лаве, коре деревьев и даже на таких малопригодных для жизни предметах, как кирпичи, бронзовые памятники, железо, стекло.

    Всего на Земном шаре насчитывается более 20 000 видов лишайников, и ежегодно лихенологи (ученые, изучающие эти организмы) вновь открывают неизвестные ранее виды.

     Вегетативное тело лишайника - его слоевище (таллом) – очень разнообразно по форме, размерам, окраске и строению. Лишайники окрашены в самые различные цвета: белый, оранжевый, ярко-желтый, желтый, зеленовато-желтый, серый, зеленовато-серый, коричневый, черный. Окраска лишайников зависит от пигментов и от лишайниковых кислот, которые откладываются в оболочках гиф, реже в протоплазме. Важнейшим фактором, влияющим на процесс образования пигментов и лишайниковых кислот, является свет. Чем ярче освещение в местах произрастания  лишайников, тем ярче они окрашены.

     По внешнему строению лишайники делятся на три основные группы: накипные, листовые и кустистые.  Если слоевище плотно прилегает к субстрату в виде зернистого или пылистого налета либо в виде чешуек и корочек разной формы, то такие лишайники называются накипными. Если слоевища лишайников  имеют вид более или менее расчлененных пластинок (лопастей), они называются листоватыми.

     Лишайники, которые имеют кустистое слоевище, состоящее из прямостоячихв разноц степени разветвленных столбиков (подециев) или повисающих кустиков, называются кустистыми.

      Размер накипных слоевищ, как правило, небольшой – несколько   сантиметров или миллиметров, но бывает, что они достигают 20-30 см, а    наибольших размеров – 7-8 м – повисающие, или так называемые «бородатые», лишайники.

       Лишайники чрезвычайно широко распространены на земном шаре, они встречаются почти во всех  наземных и даже водных экосистемах. Особенно велика их роль в тундровых, лесотундровых и лесных биоценозах, где они составляют заметную часть растительного покрова.

1.2. Внешнее строение лишайников.

      Вегетативное тело лишайника - таллом, или слоевище. По внешнему виду различают три типа талломов лишайников: накипные, листоватые и кустистые. Слоевище накипного лишайника представляет собой корочку, прочно сросшуюся с субстратом - корой дерева, древесиной, поверхностью камней. Его невозможно отделить от субстрата без повреждения.

     Листоватые лишайники имеют вид чешуек или пластинок, прикрепленных к субстрату с помощью пучков грибных нитей (гиф) - ризин или отдельных тонких гиф - ризоидов. Лишь у немногих лишайников, таллом срастается с субстратом только в одном месте с помощью мощного пучка грибных гиф, такой пучок называется гомфом.

     У кустистых лишайников таллом состоит из ветвей или более толстых, чаще  ветвящихся стволиков.

Кустистый лишайник соединяется с субстратом гомфом и растет вертикально или свисает вниз.

1.3.Влияние загрязнения воздуха на состояние лишайников

      Лишайники способны долгое время пребывать в сухом, почти обезвоженном состоянии, когда их влажность составляет от 2 до 10% сухой массы. При этом они не погибают, а лишь приостанавливают все жизненные процессы до первого увлажнения. Погрузившись в такой «анабиоз», лишайники могут выдерживать сильное солнечное облучение, сильное нагревание и охлаждение. Минеральные вещества в виде водных растворов поступают в слоевище лишайника из почвы, горных пород, коры деревьев (хотя роль последней не доказана). Однако гораздо большее количество химически элементов лишайники получают из атмосферы с осадками и пылью. Особенно много минеральных и органических веществ попадает в тело эпифитных лишайников, растущих на стволах деревьев. Эти растения используются для наблюдения за распространением в атмосфере более 30 элементов: лития, натрия, калия, магния, кальция, стронция, алюминия, титана, ванадия, хрома, марганца, железа, никеля, меди, цинка, галлия, кадмия, свинца, ртути, иттрия, урана, фтора, йода, серы, мышьяка, селена и других. По мере приближения к источнику загрязнения слоевища лишайников становятся толстыми и компактными.        Таким образом, методы оценки загрязненности атмосферы по встречаемости лишайников основаны на следующих закономерностях.

1. Чем сильнее загрязнен воздух города, тем меньше встречается в нем видов лишайников (вместо десятков может быть один-два вида).

  1. Чем сильнее загрязнен воздух, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев.
  2. При повышении загрязненности воздуха исчезают первыми кустистые лишайники (растения в виде кустиков с широким плоским основанием); за ними - листоватые (растут в виде чешуек, отделяющихся от коры); последними - накипные (имеют слоевище в виде корочки, сросшейся с корой).

2. Практические исследования.

2.1  Методы исследования.

В работе использовались методы:

  • Наблюдения в естественных условиях (сбор показаний, фото лишайников)
  • Определение разных видов лишайников с помощью определителя.
  • Сравнение видов лишайников на территории школы и территории автовокзала г.  Шатуры.
  • Обобщение данных и степени загрязнения исследуемых территорий.

2.2 Место исследования. Изучение зеленой защитной полосы пришкольного участка.

Анализирую полученные результаты  видно, что зеленая защитная полоса пришкольного участка находится в соответствии с санитарно-гигиеническими нормами.

А расстояние между узколистными деревьями либо слишком короткое,  либо слишком длинное, что не соответствует санитарно-гигиеническим нормам.

Изучение зеленой защитной полосы территории автовокзала.

  1. Ширина защитной полосы из деревьев и кустарников: на границе территории со стороны автомагистрали составляет 6 – 7 метров.
  2. Расстояние между деревьями 1,5 – 3 метра (таб. 1)

2.3 Измерения относительной численности лишайников

Определили обилие каждого вида лишайника на пришкольной территории (1)  и территории автовокзала (2).  

1.На двух пробных  участках выбираем по 10 деревьев 30-40 летнего возраста, растущих вертикально.

2. На каждом дереве регистрируем наличие лишайников.

3.Определяем видовой состав лишайников на обследуемом дереве.

4. Определяем на высоте  1.4- 1.6м над землей, и с какой стороны по отношению к источнику воздушного загрязнения расположены лишайники.

5. При помощи рамки из прозрачного материала (палетка) с внутренним размером 10 х 10 см  разделенную на 100 квадратов 1 х 1 см. (один квадрат составляет 1% площади пленки) определяем проективное покрытие лишайниками стволов деревьев.  При работе с палеткой на каждом стволе измерения производили четыре раза - с четырех сторон света. Подсчет лишайников на каждом участке ствола производили следующим образом. Сначала считают число квадратов, в которых лишайники занимают на глаз больше половины площади квадрата (а), условно приписывая им покрытие, равное 100 %. Затем подсчитывают число квадратов, в которых лишайники занимают менее половины площади квадрата (b), условно приписывая им покрытие, равное 50 %.

Данные записывают в рабочую таблицу.

Общее проективное покрытие в процентах (R) вычисляют по формуле: R= (100 a + 50 b) / С, где С - общее число квадратов палетки (например, при использовании палетки 10 х 10 см с ячейками 1 х 1 см, С = 100)  (таб. 2).

6. Проводим оценку эпифитного лишайникового  покрова  по следующей шкале:

  А. Зона не поврежденной лишайниковой растительности.

Лишайники обильны. Встречаются на высоте более 1м, от земли. Проективное покрытие лишайников на стволах на высоте 1,3м с северной стороны деревьев более  30%.

  Б. Зона разрушения лишайникового покрова.

Лишайники на – высоте более 1,3 м. практически отсутствуют. У основания

дерева встречаемость лишайников менее 50%, среднее суммарное покрытие лишайников в интервале от 3 до 10%.

  В. Зона полного разрушения лишайникового покрова.

Встречаемость деревьев без лишайников у основания более 70%; среднее проективное покрытие лишайников менее 0,1 %.

Показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА)

После проведения исследований на нескольких десятках деревьев делается расчет средних баллов встречаемости и покрытия для каждого типа роста лишайников — накипных (Н)листоватых (Л) и кустистых (К).
Зная баллы средней встречаемости и покрытия Н, Л, К, легко рассчитать показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) по формуле:
ОЧА = (Н + 2 х Л +3 х К)/ 30
Чем выше показатель ОЧА (ближе к единице), тем чище воздух местообитания (таб.)

Участок № 2 находился в непосредственной близости автостанции.  Основную часть встречаемых лишайников составляли, накипные лишайники, степень покрытия  менее ничтожна.

На участке № 1, который находится на больном отдалении от источников загрязнения, обнаружили наибольшее  скопление лишайников. Все контрольные деревья имеют довольно большое лишайниковое покрытие древесного ствола. В результате математического подсчёта  выявила, что покрытия не менее 10%, но  и не более 25 %.  

         Первый исследуемый участок находится на расстоянии  от автодороги и такому  воздействию не подвергается.  Второй  исследуемый участок  близко расположен к дороге  и поэтому  наиболее часто подвергается воздействию вредных выхлопных газов, автотранспорта, вследствие чего проектное покрытие деревьев лишайниками значительно меньше и зона разрушения лишайникового покрова больше.

Определение степени загрязнения воздуха по наличию  определенных групп лишайников.

 Для определения частоты встречаемости вида  лишайника осматривают все

дерево от основания ствола до нижних ветвей.  При этом важен сам факт наличия лишайника на дереве, но можно также отмечать и степень его обилия (очень редко, редко, достаточно часто, часто, очень часто).

Полученные результаты заносятся в полевые дневники в виде таблиц (проективное покрытие - в %, встречаемость, при наличии вида - условным значком, например +).

Таким образом, были обнаружены 9 различных видов лишайников (участок № 1), что говорит о низкой степени загрязненности воздушной среды на исследуемой территории. Это объясняется тем, что район экологической тропы значительно удален от промышленных центров и крупных автомагистралей.  На территории автовокзала (участок №2) встречается небольшой видовой состав лишайников. Покрытие лишайников небольшое.

Частоту встречаемости рассчитывают по формуле:

R = А : В * 100%, где

R –  коэффициент встречаемости (в %);

A — число деревьев, на которых отмечен вид лишайника;

B -  обще число обследованных деревьев  (таб. 3)

Участок №1 (пришкольная территория)

R (накипные) =9 :10* 100% = 90%

R (листовые) = 8: 10 * 100% = 80%

Участок №2 (автовокзал)

R (накипные) =6 :10* 100% = 60%

R (листовые) = 4: 10 * 100% = 40%

Заключение

  Лишайники по-разному реагируют на загрязненность воздуха: некоторые не выносят  ни малейшего загрязнения и погибают, другие – хорошо приспособились к соответствующим антропогенным условиям. Изучив это свойство лишайников, можно использовать их для общей оценки  степени загрязненности окружающей среды, особенно атмосферного воздуха. На этой основе стало развиваться особое направление индикационной экологии – лихеноиндикация.

       В ходе изучения литературных источников по проблеме лихеноиндикации  удалось систематизировать признаки, которыми обладают биоиндикаторы.

       В первой главе работы, посвященной морфофизиологическим особенностям  лишайников, рассматривается общая характеристика, строение, размножение и значение их в природе и жизни человека.

      Во второй главе изучается влияние загрязненности атмосферного воздуха на развитие лишайников.  Выявлено, что чувствительность лишайников связана с содержанием в воздухе SО2, который,  поступая в  его тело,  нарушает процессы обмена  веществ и превращения энергии тормозит его рост.

        Установлено, что на территории  МБОУ «ООШ г. Шатуры» встречаются только эпифитные формы лишайников, которые позволяют нам сделать вывод о том, что воздух в районе школы относительно чистый.

      В ходе проведенных исследований мы выявили следующие закономерности:

   1) Чем сильнее загрязнен воздух, тем меньше на  деревьях встречается видов лишайников и тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев;

   2) Первыми при повышении загрязнения исчезают кустистые лишайники, затем листоватые и накипные;

Выводы

  1. Полное отсутствие кустистых и наличие листоватых и накипных лишайников на стволах  деревьев исследуемых участков указывает на  слабое загрязнение атмосферного воздуха в этом районе.

  1. Количество видов лишайников и площадь их проективного покрытия прямо пропорциональны расстоянию от предполагаемого загрязнителя (автодороги), т.е. чем сильнее загрязнен  воздух на данной территории, тем меньше встречается в нем видов лишайников, тем меньшую площадь покрывают они на стволах деревьев и других субстратов, и тем ниже их жизнеспособность.

  1. Данная методика проста в использовании, не требует больших материальных затрат, дает объективные показания. Недостаток – результаты приблизительные.
  2. По итогам работы можно сказать, что степень загрязнения воздуха на пришкольной территории очень низкая. Это доказывает наличие накипных и кустистых лишайников, их обилие и разнообразие. Степень загрязнения воздуха автовокзала – средняя (таб. 4).

Рекомендации.

Исходя  из наших исследований загрязнения атмосферного воздуха необходимо:

  1. усилить контроль технического осмотра автотранспорта, как основного источника загрязнения воздуха;
  2. следить за качеством бензина, или использовать газовое топливо.

Приложение

Таблица 1.

Измерения

Полученные результаты

Санитарно-гигиенические (не менее)

Ширина защитной полосы из деревьев и кустарников: на границе территории автомагистрали

230-240 см

(2,3м – 2,4м)

150см – 600см

(1,5м – 6м)

Площадь деревьев и кустарников по периметру крон, приходящаяся на одного учащегося, м2

68, 8 м²

 от 50 м²

Расстояние от школы до деревьев

900см – 1000см

(9м -10м)

10м

Расстояние от школы до кустарников

4м – 4,6м

Расстояние между деревьями (узколистными)

1,4м – 27 м

5-6м

Таблица 2.

Оценка частоты встречаемости и степени покрытия по пятибалльной шкале

Частота встречаемости (%)

Степень покрытия

Балл оценки

Очень редко

Редко

Редко

Часто

Очень часто

Менее 5%

5-20%

20-40%

40-60%

60-100%

Очень низкая

Низкая

Средняя

Высокая

Очень высокая

Менее 5%

5-20%

20-40%

40-60%

60-100%

1

2

3

4

5

Результаты лихеноиндикации на участке № 1

Признаки

Деревья

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Общее количество видов лишайников

3

1

2

3

2

3

1

3

2

3

В том числе – накипных

2

-

1

2

2

2

1

2

1

2

- листоватых

1

1

1

1

-

1

-

1

1

1

- кустистых

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Степень покрытия древесного ствола лишайниками в %

25

10

12

17

20

25

12

16

13

23

Результаты лихеноиндикации на участке № 2

Признаки

Деревья

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Общее количество видов лишайников

1

1

1

1

1

1

2

-

2

2

В том числе – накипных

1

1

1

-

1

-

1

-

1

1

- листоватых

-

-

-

1

-

1

1

-

1

-

- кустистых

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Степень покрытия древесного ствола лишайниками в %

10

10

8

6

9

8

10

-

8

10

Таблица 2. Определение степени загрязнения воздуха по наличию  определенных групп лишайников

Степень

загрязнения

Наличие (+) или отсутствие (-) лишайников

Кустистых

Листоватых

Накипных

Загрязнения нет

+

+

+

Слабое загрязнение

-

+

+

Среднее загрязнение

-

-

+

Сильное загрязнение «лишайниковая пустыня»

-

-

-

Число

Цвет и характер роста

Класс загрязнения воздуха

Видов

серый

желтый

накипной

листовой

кустистый

накипной

листовой

9

+++

++

+ ++

+

I

Таблица.  Показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА)

Исследуемая территория

ОЧА = (Н + 2 х Л +3 х К)/ 30

Балл оценка

Пришкольная территория

ОЧА = (Н+ 15 Х Л + 8 Х К) /30

4,1

Автовокзал

ОЧА = (Н + 8 Х Л +4 Х К) /30

1,06

Таблица 4. Сравнение двух исследуемых участков.

Показатели

Категории и нормы участков

Пришкольный участок

Автовокзал

Накипные

- встречаемость, %                          

90 %

60%

Листовые

- встречаемость, %                          

80%

40%

Кустистые

- встречаемость, %

-

-

Степень покрытия лишайников, %

10 % - 25 %

6 % - 10%

относительной чистоты атмосферы (ОЧА)

4,1

1,06

Литература

1. Голубкова Н.С., Малышева Н.В. Влияние роста города на лишайники и лихеноиндикация атмосферных за-грязнений г. Казани // Ботан. журн., 2012.  

2. Горшков В.В. Эпифитные лихеносинузии сосновых лесов Кольского полуострова (формирование, экология, влияние антропогенных факторов).  Л., 2008.

3. Горшков В.В. Распределение проективного покрытия эпифитных лишайников в сосновых лесах при разном уровне атмосферного загрязнения // Лесное хозяйство, 2012. № 10.  

4. Инсарова И.Д., Инсаров Г.Э. Сравнительные оценки чувствительности эпифитных лишайников различных видов к загрязнению воздуха // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. Т. 12.

5. Лиив С.Э. Лихеноиндикация загрязнения воздуха в городах Южной Эстонии:  канд. биол. наук. Свердловск, 2008.  

6. Малышева Н.В. Биоразнообразие лишайников и оценка экологического состояния парковых ландшафтов с помощью лишайников (на примере парков окрестностей Санкт-Петербурга) // Новости систематики низших растений. СПб.: Наука, 2006. Т. 31.

8. Методические  материалы к практическим работам. «Биоиндикация уровня загрязненности атмосферного воздуха». А. Ф. Колчанов, г. Белгород 2012г.

9. Михайлова И.Н. Возможности использования характеристик эпифитных лишайниковых группировок для индикации аэротехногенного загрязнения // Споровые растения Крайнего севера России. Сыктывкар, 2010.

10. Михайлова И.Н., Воробейник Е.Л. Эпифитные лихеносинузии в условиях химического загрязнения: зависимости доза-эффект // Экология, 2005. № 6.