1 Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 39 муниципального образования Красноармейский район х. Трудобеликовский ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ БИОИНДИКАЦИИ В ПОВСЕДНЕВНОЙ ЖИЗНИ ученицы 8 класса "Б" МБОУ СОШ № 39 Шашновой Марии руководитель: учитель биологии Чигиринцева Е.Л. 2017 год 2 Содержание Введение 1. Обзор литературных источников: 2. Изучение частоты встречаемости лишайников на территории х. Трудобеликавского. 3. Заключение. 4. Литература 3 Введение Настоящие исследования посвящены одному из актуальных направлений экологии - биоиндикации. Актуальность данной темы состоит в том, что в настоящее время активная деятельность человека наносит Земле непоправимый вред. В связи с интенсивным воздействием человека на природу резко повысился интерес общества к состоянию окружающей среды, её воздушного бассейна, почвы, водоёмов, а также продуктов питания. Контроль состояния окружающей среды, оценка её качества - это важнейшая составная часть деятельности человека, которая направлена на освоение и использование природных ресурсов для обеспечения своей жизнедеятельности. Сохранение качества окружающей среды и здоровья населения находится в числе самых острых проблем современности. В последнее время сильно увеличилось количество автотранспорта, загрязнение почвы, выбросов в атмосферу ядовитых веществ, отравление водоёмов. Автомобиль загрязняет атмосферный воздух не только токсичными компонентами отработанных газов, парами топлива, но и продуктами износа шин, тормозных накладок. Все эти негативы можно наблюдать на примере растительности вдоль автотрасс. Эти растения в первую очередь подвержены влиянию негативных факторов. Зная растения - индикаторы можно определить насколько загрязнена окружающая среда. Преграждая путь потокам воздуха, зелёные насаждения задерживают в них пыль и газ. Тем самым, выполняют роль естественных фильтров, которые очищают воздух от вредных примесей. Практическая значимость исследований заключается в том, чтобы определить состояние загрязнённости природной среды определяемой территории Цель - оценить состояние окружающей среды и уровень антропогенного воздействия с помощью фенотипических биоиндикаторов. Задачи: дать общую характеристику биоиндикации, как одного из методов мониторинга в экологии, определить территории окрестности х. Трудобеликовского для исследования методом лихиноиндикации, выявить методом биоиндикации загрязнённость природной среды (район школы около автотрассы, пойменные леса в 3 километрах от населенного пункта), проанализировать полученные результаты и сделать выводы. Объект исследования: лишайники. Гипотеза: главным ограничивающим фактором для нормального развития 4 растений и лишайников является атмосферное загрязнение. Методы исследования: Выбор пробных площадок и модельных деревьев. Пробной площадкой называется участок территории, на котором проводятся лихенологические исследования и в пределах которого производится выбор модельных деревьев. Пробные площадки и модельные деревья выбираются произвольно и не маркируются (это так называемые "переменные площадки"). Следует придерживаться двух в правил: 1) структура и состав фитоценозов на удаленных друг от друга пробных площадках должны быть по возможности, схожими (например, сравниваются пробные площадки только в одновозрастных сосновых посадках, или только в старых ельниках, или только в березняках и т.п.) и 2) модельные деревья, измеряемые на нескольких удаленных друг от друга площадках, должны быть обязательно одной породы и по возможности одного возраста. Методика измерения относительной численности лишайников: для измерения численности лишайников на деревьях, в частности – их проективного покрытия, пользуются способом «линейных пересечений», все измерения производят на постоянной высоте – примерно 150 см от земли. Способ заключается в наложении на окружность ствола мерной ленты с фиксированием всех пересечений ее со слоевищами лишайников. В качестве ленты можно использовать простой «портняжный метр» (с миллиметровыми делениями). Измерение лишайников этим способом производится следующим образом. После выбора модельного дерева определяет на стволе точку, находящуюся на высоте 150 см от комля с северной стороны (использовать компас). Затем на ствол накладывается мерная лента с делениями таким образом, чтобы ноль шкалы ленты совпадал с выбранной точкой, а возрастание чисел на шкале соответствовало движению по часовой стрелке (с севера на восток). После полного оборота вокруг ствола лента закрепляется на стволе булавкой в - 9 - нулевой точке. Совмещая последнее деление и ноль ленты определяют длину окружности ствола. Ее при дальнейших расчетах принимают за 100 %. После этого начинают измерения, двигаясь взглядом по ленте и фиксируя начало и конец каждого пересечения ленты с талломами лишайников. Измерения проводятся с точностью до 1 мм. По данным полевых измерений в домашних условиях производят расчет проективного покрытия лишайников, т.е. определяют отношение покрытой лишайниками части ствола к его общей поверхности. Вначале подсчитывается общая (суммарная) длина (протяженность) талломов лишайников. Затем, зная общую длину окружности ствола и принимая ее за 100%, рассчитывается проективное покрытие лишайников (в %). 5 Таблица 1. Оценка частоты встречаемости (ОЧА) и степени покрытия по пятибалльной шкале Частота встречаемости (в %) Степень покрытия (в %) Балл оценки Очень редко менее 5% Очень низкая менее 5% 1 Редко 5-20% Низкая 5-20% 2 Редко 20-40% Средняя 20-40% 3 Часто 40-60% Высокая 40-60% 4 Очень часто 60-100% Очень высокая 60-100% 5 Чем выше показатель ОЧА (ближе к единице), тем чище воздух местообитания. Имеется прямая связь между ОЧА и средней концентрацией диоксида серы в атмосфере. 1. Обзор литературных источников: Определение чистоты воздуха по лишайникам Лишайники — широко распространенные выносливостью к климатическим факторам организмы с достаточно и чувствительностью высокой к загрязнителям окружающей среды. 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, называемого 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]. Значение биоиндикации. Неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства 6 окружающей среды и условия существования живых организмов. Все биологические системы-организмы, популяции, биоценозы в ходе своего развития приспособились к комплексу факторов окружающей среды, завладев в биосфере определенной биологической нишей. По отношению к любому фактору организм обладает определенным диапазоном устойчивости или толерантности. При значениях фактора ,близких к пределам толерантности, организм может существовать лишь некоторое время-это зона угнетения(пессимизма).Условия, благоприятные для жизни оптимальные условия. Организм обладают разным диапазоном устойчивости. В связи с этим организмы, чьи жизненные функции тесно связаны с определенными факторами среды, называют биоиндикаторами [3]. В настоящее время очень большое значение ученые уделяют проблеме загрязнения почвы и воды тяжелыми металлами. Эти вещества, накапливаясь, год от года, оказывают вредное влияние на растения, животных и человека. Естественный химический состав почвы оказывает определенное влияние, прежде всего на растения, которые впитывают вещества из почвы. Особое значение в загрязнении почвы принадлежит тяжелым металлам. Это связано с высокой чувствительностью растений к повышенному содержанию этих элементов. К опасным элементам, с экологической точки зрения относят уран, мышьяк, свинец, ртуть, хром. У растений реакция на загрязнение проявляется в виде: хлороза (побеления) листьев между жилками, некроза, преждевременного увядания и опадания листьев, гибели проростков, изменения размера, формы, количества органов, изменения направления роста и ветвления [2]. Краткая история биоиндикационных методов. О возможности использования живых организмов в качестве показателей определенных природных условий писали еще ученые Древнего Рима и Греции. В России рукописях XV и XVI вв. уже упоминались такие понятия как «лес пашенный» и «лес непашенный», т. е. участки леса, пригодные для его введения под пашню и непригодные. В трудах М.В. Ломоносова и А.Н. Радищева есть упоминания о растениях — указателях особенностей почв, горных пород, подземных вод. В XIX в. с развитием экологии растений была показана связь растений с факторами окружающей среды. О возможности растительной биоиндикации писал геолог А.М. Карпинский. Другой геолог — П.А. Ососков — использовал характер распределения растительных сообществ для составления геологических карт, а почвовед С.К. Чаянов — почвенных карт. Большой вклад в развитие биоиндикации внес русский ученый почвовед В.В. Докучаев. Вначале XX в., в период, когда началось освоение окраин нашей страны, биоиндикационные 7 исследования стали развиваться особенно интенсивно. Под биоиндикацией в эти годы в основном понимали регистрацию наличия или отсутствия того или иного явления (природного или антропогенного фактора среды), отмечая в терминах «есть» — «нет». К концу XX в. биоиндикационные закономерности претерпели качественный скачок. В настоящее время для целого класса индикаторных видов растений и животных целесообразно говорить не только о наличии или отсутствии фактора, но и о степени его влияния на природный комплекс. Разные степени влияния на окружающую природную среду, регистрируемые с помощью этих видов, позволяют ввести шкалу воздействий (например, нет воздействия — слабое —среднее — сильное). Наличие шкалы экологического фактора позволяет намного более верно оценивать исследуемую территорию. В таком случае следует говорить не о биоиндикации, а о биодиагностике территорий— методе количественной оценки степени воздействия экологического фактора на окружающую среду [1]. Виды и методы биоиндикации. По современным представлениям биоиндикаторы— организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Биоиндикация — метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов — биоиндикаторов. Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации. Ими могут быть как определенные типы природных объектов (почва, вода, воздух), так и различные свойства этих объектов (механический, химический состав и др.) и определенные процессы, протекающие в окружающей среде (эрозия, дефляция, заболачивание и т. п.), в том числе происходящие под влиянием человека [2]. Биологический подход развивается в рамках направления, которое получило название биоиндикация. Метод биоиндикации основан на избирательном биологическом накоплении веществ из окружающей среды организмами растений и животных. 1. Вода: Хорошим биоиндикатором служит водоросль Носток сливовидный. Наличие этого вида говорит о чистоте воды, то есть изменение и нарушение правильной округлой формы изумрудных «шаров» этой водоросли. 2. Почва: Один из лучших биоиндикаторов почвы является кресс-салат. 3. Плохо и вяло растет при сильном загрязнении почвы. 3. Воздух: Загрязненный воздух определяется с помощью Особенности лишайников как биоиндикаторов лишайников. 8 Специфический признак лишайников - симбиотическое сожительство двух разных организмов - гетеротрофного гриба (микобионт) и автотрофной водоросли (фикобионт). Тело лишайника, называемое слоевищем, или талломом, на органы не расчленено. Поэтому они чутко реагируют на нарушение тонкого баланса между обеими сторонами организма. Они не имеют сосудистых тканей и корней, а все питательные вещества поступают в них из водных растворов непосредственно в слоевище. Таким же образом эти организмы могут усваивать вещества из воздуха, а значит накапливать и загрязнения. Газообмен у лишайников происходит свободно через всю поверхность. Большинство токсичных веществ концентрируется из атмосферного воздуха в дождевой воде, которую и впитывают лишайники. Характеризующиеся сравнительно простым строением и обладающие малой способностью к авторегуляции, лишайники являются хорошими индикаторами действия загрязнителей [3]. По чувствительности к атмосферным загрязнителям лишайники делят на средне- и высокочувствительные. К среднечувствительным относят - виды пармелий (бороздчатая, скальная) и кладоний (порошистая и бахромчатая), к высокочувствительным - уснеи (хохлатая, пышная), цетрария сизая, ксантория настенная Из всех экологических групп лишайников наиболее чувствительны эпифитные, растущие на коре деревьев. Изучение эпифитных лишайников в крупнейших городах мира выявило ряд общих закономерностей :чем больше индустриализован город , чем более загрязнен воздух, тем меньше на его территории встречаемость и видовое разнообразие лишайников, ниже их жизненность. Все вышеперечисленные особенности лишайников определяют актуальность и практическую значимость нашего исследования. Лишайники высокочувствительны к загрязнению среды обитания. На них избирательно действуют, прежде всего, вещества, увеличивающие кислотность среды. Лишайники делятся на три типа: -Накипные. -Листоватые. -Кустистые. 2. Изучение частоты встречаемости лишайников на территории х. Трудобеликавского. При проведении исследования были определены территории окрестности х. Трудобеликовского для установления факта загрязнения атмосферного воздуха методом лихиноиндикации. Были выбраны 2 опытных участка (территория, удаленная от автотрассы на 3 км; территория около автотрассы). На обеих площадках рассматривались 9 деревья (тополь) в количестве 10 штук. Выявлена методом биоиндикации загрязнённость природной среды (район школы около автотрассы, пойменные леса в 3 километрах от населенного пункта), В ходе проведенного исследования были получены следующие данные (таб.1): 1 площадка (территория автотрассы) Частота встречаемости: редко (10 % деревьев покрыты лишайниками), степень покрытия низкая (7 %). 2 площадка (удаленная) Частота встречаемости: часто (50 %), степень покрытия средняя (23,5 – 50 %). Таблица 2. Частота встречаемости и степень покрытия лишайниками деревьев на 2х опытных участках. Деревья тополя 1 площадка 2 площадка 1 - - 2 - 23,5 3 - 31 4 - - 5 7 % покрытия 24 6 - - 7 - 49 8 - 50 9 - - 10 - - Таким образом, установлено, что загрязнение воздуха около трассы выхлопными газами автомобилей выше, чем на участке, находящемся за пределами населенного пункта. Предложения для очищения загрязнений в природе: 1. Необходима специальная служба, которая проводила бы мониторинг воздушной среды новейшими методами; 2. Необходим переход на более экологичные виды автомобильного топлива; 3. Необходимо дальнейшее озеленение городов породами, устойчивыми к загрязнению воздуха, такими как желтая акация, липы, клён американский, сирень, вяз; 4. Необходимо регулировать, дорожное движение таким образом, чтобы реже создавались автомобильные пробки; 10 5. Необходимо искать новые методы очистки автомобильного выхлопа, например создание новых более качественных фильтров, или создание нового менее вредного топлива, нежели бензин. Заключение. Проведенные нами исследования показали, что растения можно использовать как тестобъект для мониторинга воздушной среды. По их характеристикам оценивают состояние окружающей среды и отслеживают изменения в течение ряда лет. Выявляя изменения характеристик у растительных объектов, можно говорить о загрязнении воздуха и прогнозировать степень экологической опасности для человека. Литература 1.Экологический мониторинг. Учебное пособие под редакцией Т.Я.Ашихминой. М.: Академический Проспект, 2005, — 416 с. 2.Косинова И.И. Теоретические основы крупномасштабных эколого-геологических исследований. — Воронеж, 1998. — 255с. 3. Кравченко М.В., Боголюбов А.С. Методика описаний лишайниковых сообществ: Методическое пособие для педагогов дополнительного образования и учителей. М.: Экосистема, 1996. — 24 с
