статья Биоиндикация воздухаx

Исследовательская работа «Биоиндикация загрязненного воздуха по состоянию хвои сосны
обыкновенной в окрестностях с.Новый Каинлык»
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Школа-интернат среднего (полного)
общего образования им.Героя Советского Союза Ш.Сулейманова с.Новый Каинлык» МР Краснокамский
район Республики Башкортостан
Выполнила: Глимьянова Айсылу, ученица 10 класса
Научный руководитель: Гильмуллина Л.С, учитель биологии
Леса Башкортостана - это самое большое достояние природы. Велико их значение в экономике
республики, но лес - это не только древесина. Лес - самый мощный продуцент кислорода. Чем больше
крона деревьев, тем больше общая фотосинтезирующая поверхность, тем больше дерево выделяет
кислорода и фитонцидов, тем больше поглощает промышленных и углекислого газов, задерживает пыли и
нейтрализует шумы.
Башкортостан богат лесами: общая площадь лесов составляет 6,2 млн. га, но покрытую лесом
площадь приходиться 5,5 млн.га.
В Башкортостане распространены сосновые, еловые, лиственничные, березовые, дубовые, липовые и
др. леса. На долю сосновых лесов приходится 9,8%, светлохвойные сосновый и лиственничные леса
распространены в Башкортостане значительно шире темнохвойных. Из светлохвойных лесов преобладает
сосна.
Сосна обыкновенная распространена в Башкортостане значительно шире других хвойных пород. Это
объясняется тем, что она малотребовательна к теплу, богатству и влажности почвы.
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, т.е. использование
живых организмов для оценки состояния окружающей среды.
Используя метод биоиндикации, можно определить уровень загрязнения атмосферы. 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.
Все эти уникальные свойства сосны и метод биоиндикации меня очень заинтересовали, и я решила
исследовать качество воздуха в окрестностях моего села.
Цель исследования: изучить экологическое состояние атмосферного воздуха в окрестностях села
Новый Каинлык Краснокамского района, используя в качестве биоиндикатора сосну обыкновенную.
Задачи исследования:
 изучить литературу по теме исследования;
 определить состояние хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности воздуха;
 создать программу практических мероприятий по сохранению и оздоровлению
атмосферного воздуха в с.Новый Каинлык.
Объект исследования: сосна обыкновенная.
Места проведения исследования: сосновый бор «Аулия», автомобильная трасса, окрестности
санатория «Хазино».
Методы исследования: теоретические, эмпирические, биоиндикация.
Актуальность проблемы.
Село Новый Каинлык является излюбленным местом отдыха жителей села и туристов, рядом с селом
протекают реки Танып, Белая, возвышается природный памятник - реликтовый сосновый бор «Аулия»
…Кладбище святых — так называют в народе этот холм, расположенный в окрестностях деревни Новый
Каинлык. Поросший соснами примерно 200 — летнего возраста, он очень приметен на фоне прилегающей
равнины.
В целях сохранения свежего воздуха, важно знать его экологическое состояние. К тому же недалеко
от села располагается санаторий "Хазино", хорошо известный в нашей республике и далеко за ее
пределами. В санатории давно практикуется лечение атмосферным лесным воздухом, где отдыхающие
принимают целебный сон, оздоровительную физкультуру. Местное население также активно пользуется
дарами природы: собирают растения, грибы, ягоды в экологически чистой зоне. Все это, в целом,
значительно усиливает рекреационную нагрузку на исследуемый объект. Защита, сохранение,
оздоровление атмосферного воздуха села, а вместе с тем и восполнение природы, очень востребовано и
актуально в наше время.
Биоиндикация как метод экологического мониторинга
Последствия загрязнения окружающей среды отражаются на внешнем виде растений. У растений
под влиянием вредных веществ происходит увеличение числа устьиц, толщины кутикулы, густоты
опушения, развивается хлороз и некроз листьев, раннее опадание листвы. Некоторые растения наиболее
чутко реагируют на характер и степень загрязнения атмосферы. Это означает, что они могут служить
живыми индикаторами состояния среды. В настоящее время разработана концепция комплексного
экологического мониторинга природной среды, составной частью которого является биологический
мониторинг. Индикаторные растения могут использоваться как для выявления отдельных загрязнителей
воздуха, так и для оценки качественного состояния природной среды. Обнаружив по состоянию растений
присутствие в воздухе специфических загрязнителей, приступают к измерению количества этих веществ
различными методами, например, испытанием растений в лабораторных условиях. Весь комплекс
экологических факторов (температура воздуха и почвы, влагообеспеченность, рН среды, загрязнение почв
и воздуха металлами) сказывается на биосинтезе пигментов, изменяя окраску различных частей растения.
Этот биоиндикатор может оказаться наиболее информативным.
Биоиндикация – это метод оценки действия экологических факторов при помощи биологических
систем. В качестве биоиндикатора выбран чувствительный к выхлопным газам автомобилей вид сосны
обыкновенной.
Биоиндикаторы – это биологические объекты, используемые для оценки состояния среды.
Одной из задач мониторинга является строгий контроль над составом атмосферы и управление
состоянием среды. Именно действие совокупности факторов за сравнительно длительный период времени
можно наблюдать, если взять долгоживущие растительные объекты, позволяющие сделать вывод о
целостности реакции на загрязнение и составить прогноз.
Актуальность биоиндикации обусловлена также скоростью, простотой и дешевизной определения
качества среды.
Сосна обыкновенная как биоиндикатор
Для оценки состояния атмосферного воздуха мною используется биоиндикатор сосна обыкновенная
(Pinus sylvestris L.) Общеизвестно, что она является видом, реагирующим на загрязнение среды обитания
продуктами техногенеза. Этот фитоиндикатор в естественных условиях растет в наших лесах.
Практическая часть
В практической части своей работы я исследовала комплекс признаков сосны обыкновенной на
разных участках для оценки загрязненности атмосферы.
Для того чтобы исследовать признаки сосны обыкновенной, я определила участки:
Участок № 1 – я выбрала в 30 метрах от трассы. Участок № 2 - зона отдыха санатория «Хазино».
Участок №3 – сосновый бор «Аулия». После определения участков работы, я определила объекты
исследования, которыми являются сосны.
Выявление степени повреждения и усыхания хвои
С ветвей 5 деревьев я отобрала ветки одинаковой длины. Собрала с них хвою и визуально
проанализировала ее. Степень повреждения хвои я определила по наличию хлоротичных пятен,
некротических точек, некрозов.
Оценка повреждения (желтые или черные пятна): 1 - хвоинка без пятен, 2 - есть несколько мелких
пятен, 3 - много пятен, некоторые из них крупные во всю ширину хвоинки.
Оценка усыхания: 1 - нет сухих участков, 2 - кончик на 2мм усох и пожелтел, 3- усохло до 1/3 длины.
Надо иметь в виду, что шишек на конце хвоинки всегда более светлый, поэтому его окраска не включается
в оценку.
Сосна очень чувствительна к ядовитым газам, которые выбрасывают автомобили. У сосен на участке
№1, растущих вблизи автодорог и нефтяного предприятии, живой, здоровой хвои совсем мало. Выхлопной
газ с вредными веществами, проникая внутрь через устьица, вызывает отравление живых тканей. В
результате хвоя повреждается и усыхает. Из собранных хвои с ветвей 5 деревьев, большинства из них с
большим числом черных и желтых пятен.
На участке №2, обнаружила хвоинки сосны обыкновенной с небольшими повреждениями - мелкими
пятнышками и усохшими на кончике участками.
На участке №3 хвоинки, собранные с ветвей 5 деревьев сосны обыкновенной, в большинстве не
повреждены, они ярко сизо-зеленые, чистые, пятен мало, нет у них усохших участков.
Определение продолжительности жизни хвои.
Продолжительность жизни хвои зависит от уровня загрязненности воздуха. Чем выше индекс Q, тем
больше продолжительность жизни хвои сосны. Длинные узкие хвоинки сосны располагаются на ветвях
парами. После отмирания они также остаются соединенными и опадают вместе. Массовое опадение сухой
сосновой хвои происходит осенью. А незадолго до этого в кронах сосен бывает хорошо заметна
своеобразная пестрота: часть хвои зеленая, а часть – желтая. Если присмотреться, нетрудно заметить, что
зеленые хвоинки располагаются на побегах данного года и прошлогодних, а желтые – на более старых
побегах, которым уже три года. «В средней полосе страны хвоинки сосны живут обычно не более двухтрех лет. На Крайнем Севере и в других районах с суровым климатом «век» хвоинок гораздо дольше».
Продолжительность жизни хвои устанавливают путем просмотра побегов с хвоей по
мутовкам. Количество учетных деревьев – 20 на каждом участке.
Таблица1
Состояние хвои
Участок №1
Участок №2
Участок №3
Количес-тво % хвоинок отКоличес-тво % хвоинок отКоличес-тво % хвоинок от
хвоинок
общего количес-тва
хвоинок
общего количес-тва
хвоинок
общего количес-тва
Обследовано
2600
100
2850
100
3300
100
хвоинок
Повреждения
450
17,3
648
22,74
1338
40,55
Класса а2
610
23,46
592
20,77
824
24,97
Класса а3
830
31,92
849
29,8
529
16
Усыхание хвои:
Класса а1
1890
72,69
2089
73,3
2691
81,55
Класса а2
440
16,92
454
15,93
353
10,7
Класса а3
270
10,4
307
10.77
256
7,76
хвои:
Класса а1
Повреждение и усыхание хвои сосны обыкновенной в разных зонах
Результаты определений оформила в виде таблицы.
Рассчитала индекс продолжительности жизни хвои сосны (Q) по формуле:
3В1 + 2В2 +В3
Q= ––––––––––––– ,
В1+ В2 +В3
где В1, В2, В3 – количество деревьев с продолжительностью жизни хвои соответственно 1, 2, 3 года.
Таблица 2
Состояние хвои
Участок №1
Участок №2
Участок №3
Кол- %
отКол-во
% от общего Кол-во
% от общего
водеревьев
общего
деревьев
числа
деревьев
числа
числа
деревьев
деревьев
деревьев
Обследовано деревьев, в том
числе:
20
100
20
100
20
100
с возрастом хвои 4 – 5 лет и
более
0
0
0
с возрастом хвои 3 – 4 года
4
20
7
35
9
45
9
45
8
40
11
55
с возрастом хвои 2 – 3 года
хвоя только текущего года
7
35
5
25
0
Индекс продолжительности
1,85
2,1
2,45
жизни хвои сосны (Q)
Продолжительность жизни хвои сосны обыкновенной в разных зонах
Определение состояния генеративных органов сосны обыкновенной и состояния кроны
Для определения состояния генеративных органов сосны и сосотояния кроны, я подсчитала число
сформировавшихся почек на 3 ветвях каждого из 20 деревьев на каждом участке. Измерила длину и
толщину почек.
Средние значения подсчетов и измерений занесла в таблицу.
Таблица 3
№ участков
Количество почек, шт. Длина почек, мм
Толщина почек, мм
Участок №1
19
4-5
2-3
Участок №2
24
5-6
4-5
Участок №3
40
7-8
5-6
Состояние почек сосны обыкновенно в разных зонах
Проанализировала состояние кроны и вычислила показатель её обесхвоенности.
Расчет производила по формуле:
В2 +2В3 + 3В4 +4В5+ 5В6
F = –––––––––––––––––––––––– 100%,
5 х (В1 +В2 + В3 +В4+ В5+ В6)
где В1 ,В2 ,В3 ,В4, В5, В6 – количество деревьев с соответствующим состоянием кроны.
Результаты оформила в виде таблицы 4.
Таблица 4
Состояние кроны
Количество
Количество
Количество
деревьев
деревьев
деревьев
Участок №1
Участок №2
Участок №3
20
20
20
Обследовано деревьев, в том числе:
с густой зеленой кроной, отмирающие ветви
в нижней части кроны (В1)
5
7
11
со слабо ажурной кроной; усыхание ветвей в
нижней трети кроны (В2)
4
4
3
ажурной кроной; сухие ветви в средней и
верхней частях кроны (В3)
3
3
3
сильно
изреженной
кроной
отдельными живыми ветвями (В4)
с
4
3
2
свежий сухостой; ветви усохли в текущем
году (В5)
1
2
-
старый сухостой; деревья усохли в прошлые
годы (В6)
3
1
1
32
20
или
показатель обесхвоенности кроны (%)
41
Состояние кроны деревьев в разных зонах
На участке №1 вблизи автотрассы у деревьев много сухих отмерших веточек, а те, что остались в
живых, покрыты короткой, редкой хвоей. На участке №2, большинство деревьев со слабоажурной или
ажурной кроной.На участке №3 сосны с густой зеленой кроной.
Результаты работы
Анализ полученных в ходе исследований результатов показал:
1) Состояние атмосферного воздуха в сосновом боре «Аулия» можно оценить как чистое.
2) Выше степень загрязнения воздуха в лесном участке санатория «Хазино», так как он находится
близко к трассе.
3) Более высокую степень загрязненности воздуха в лесном участке вблизи автодороги и от
нефтеперерабатывающего предприятия, вероятно, можно объяснить влиянием автотранспорта и
нефтеперерабатывающего предприятия - там его состояние можно оценить как близкое к загрязнённому.
Исходя из полученных данных, я создала программу практических мероприятий по сохранению и
оздоровлению воздуха:
1.Систематически проводить мониторинг сосновой посадки для определения экологического
состояния атмосферного воздуха.
2.Активно агитировать среди населения бережное отношение к природе.
3.Регулярно проводить экологические субботники с привлечением учащихся школы, жителей села.
4.Обсудить экологический проект на школьном заседании экологического сектора и вынести
решение для практических действий в целях оздоровления окружающей среды нашего села.
5. Регулярно проводить мониторинг состояния леса.
6. Посетителям соснового бора и отдыхающим соблюдать «Правила пользования лесными
богатствами».
7. Проводить экологическое просвещение населения: каждый водитель должен знать, что причина
дымления автомобиля - неисправность двигателя, не отлаженность системы питания или зажигания.
Только за счет правильной регулировки автодвигателей выброс вредных веществ в атмосферу можно
уменьшить до 5 раз.
Заключение
Большое природное богатство Башкирии - ее леса, занимающее огромную территорию.
В данной работе я изучила метод биоиндикации и исследовала состояние хвои сосны обыкновенной
для оценки атмосферного воздуха в окрестностях моего села.
Вывод: 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 нашего леса являются дым
отопительных печей, выхлопные газы автомобилей и тракторов. Сосновые леса наиболее чувствительны к
загрязнению воздуха. Поэтому в перспективе мною будет продолжен мониторинг леса не только по
состоянию хвои, но и по шишкам сосны. Сосна считается важнейшим индикатором антропогенного
влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики».
По окончании исследования я увидела, что добилась своей цели, выполнила все поставленные перед
собой задачи и открыла для себя много нового и интересного.
Земля у нас одна. Мы должны заботиться о хорошем будущем, о прекрасной Земле, о дружбе
человека и природы. Ни лес, ни озеро, ни горы, ни животный и растительный мир не могут сами
позаботиться о себе. Вот это желание светлого, доброго, прекрасного будущего должно объединять
каждого из нас.
Литература
1. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьев А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии: Учебное пособие
под ред. С.В. Алексеева. – М.: АО МДС,1996, 192с.
2. Ломаева, С. Н. Биоиндикация загрязнений окружающей среды . – Тюмень, 1998.
3. Петров В.В. Растительный мир нашей Родины, 2-е изд., Москва «Просвещение», 1991, 32с.
4. Тимофеев А.Н. Биоэкологические исследования школьников (Биология в школе, 2007, №2, с.63-66)
5. Виноградов Б.В. растительные индикаторы и их использование при изучении природных ресурсов. –
М: Высшая школа, 1964
6. «Экология России» (учебник), Б.М. Миркин, Л.Г. Наумова Москва, 1995
7. http://promeco.h1.ru/lek/monitoring.shtml
8. http://bioind.narod.ru
9. http://www.ievbras.ru
10. http://ekolog.org/books
11. http://www.priroda-rb.info