Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 4 Научно-практическая конференция школьников «Эрудит» Направление естественно-научное «Лишайники как биоиндикаторы загрязнения атмосферного воздуха в районе Семиверстка города Рассказово» Автор: Рязанова Мария Анатольевна, 9А класс Руководитель: Шмакова Екатерина Андреевна, учитель биологии. 2021 год 1 Оглавление Введение……………………………………………………………………. 3 Методика сбора и обработки информации……………………………….. 5 Результаты исследований и обсуждение…………………………………. 8 Выводы и заключение..…………………………………………………… 9 Список литературы………………………………………………………… 10 Приложения………………………………………………………………… 11 2 Введение Лишайник – это симбиотическая ассоциация гриба и водоросли. Лишайники являются биоиндикаторами. Биоиндикаторы – организмы, вид или сообщество, по их наличию, отсутствию или уменьшению численности можно судить о состоянии окружающей среды. Лишайники бывают различной окраски – это определяется характером пигмента в оболочке гиф. По форме слоевища лишайники бывают накипные, листовые и кустистые. Корковые или накипные, имеют слоевище в виде корочки или налета, которое очень плотно прирастает к субстрату. Нижней корки не имеют и срастаются с субстратом гифами сердцевины. Растут на разнообразнейших поверхностях. Представлено наибольшим количеством видов (80 %). Листоватые – имеют вид пластинок, чешуек, которые горизонтально расположены на субстрате. Пластинки, чешуйки преимущественно округлые, имеют 10–20 см в диаметре. Являются более высокоорганизованными по сравнению с корковыми. Прикрепляются к субстрату пучками гифов. Верхняя часть лишайников отличается строением и окраской от нижней. Кустистые лишайники имеют вид прямостоячего или поникшего кустика. К субстрату прикрепляются небольшими участками нижней части. Верхняя часть – ветвистая. Могут свисать с деревьев. Высота – от нескольких миллиметров до 30–50 см. Более высокоорганизованные по сравнению с накипными и листоватыми. Особенность физиологии лишайников в том, что водоросль снабжает гриб органическими продуктами фотосинтеза, а гриб обеспечивает водой и минеральными солями. Лишайники растут очень медленно и чувствительно к загрязнению окружающей среды, поэтому они являются идеальным индикатором загрязнения атмосферы, особенно сернистым газом. Цель исследования: узнать степень загрязненности атмосферы по встречаемости лишайников в городе Рассказово, оценить чистоту воздуха в лесной зоне и в зоне лесополосы у автомобильной дороги. Задачи: 3 1. Изучить биологическую индикацию лишайников в зоне леса и лесополосы. 2.Исследовать с помощью лихенологических наблюдений степень загрязненности воздуха в лесной зоне и зоне защитной лесополосы. Актуальность темы: тема исследования является актуальной, поскольку лихеноиндикация является одним из приемов оценки состояния природной среды, которая поможет выявить качественные изменения в атмосфере за несколько лет и найти возможный источник загрязнения. Место и сроки проведения: лесной массив за городом Рассказово, с 21.09.2020 по 23.09.2020. 4 Методика сбора и обработки информации. В ряде работ показано, что с помощью лишайников можно получать вполне достоверные данные об уровне загрязнения воздуха. При этом можно выделить группу химических соединений и элементов, к действию которых лишайники обладают сверхповышенной чувствительностью: оксиды серы и азота, фторо- и хлороводород, а также тяжелые металлы. Многие лишайники погибают при малейшем загрязнении атмосферы этими веществами. Процедура определения качества воздуха с помощью лишайников носит название лихеноиндикации, в котором выделяют несколько методов. Принцип первого метода основан на использовании соотношения проективного покрытия стола дерева лишайниками, суммарного количества видов лишайников и лишайников доминантного вида. Принцип второго метода основан на использовании рабочей шкалы, в которой приведена наиболее часто встречаемая Последовательность исчезновения индикаторных лишайников по мере увеличения загрязнения. Для проведения исследования в полевых условиях потребуются увеличительные стекла (или лупы), каталоги-определители лишайников, карандаш, блокнот, компас, коробка с пакетами для сбора лишайников. Для оценки степени покрытия деревьев лишайниками необходимо изготовить специальное приспособление – палетку из толстого полиэтилена или целлофана в виде квадрата размером 20 х 20 см, разделив каждую сторону на 10 частей. В результате получается прозрачная сетка, которой покрывают ствол дерева, и оценивают степень покрытия его поверхности лишайником. Для определения площади проективного покрытия лишайниками ствола дерева была использована следующая методика: 1. Выбрать место обследования (в нашем случае – лесной массив около города Рассказово). Очертить эту область на карте (приложение 1). 5 2. Выбрать площадку для исследования, включающую 10 деревьев одного вида на расстоянии 5-10 м друг от друга. Деревья должны быть примерно одного возраста и размера, не иметь повреждений. 3. Приложить прозрачную сетку плотно к стволу дерева на высоте 0,31,3 м. Подсчитать количество квадратов с лишайниками. 4. Подсчитать количество всех видов лишайников под прозрачной сеткой и подсчитать количество лишайников доминирующего вида. 5. Пользуясь каталогами-определителями лишайников, дать точное родовое и видовое название каждого лишайника. Пользуясь таблицами, дать характеристику качества атмосферного воздуха. Степень покрытия лишайниками стволов деревьев выражается в процентах. Переместиться на следующую площадку (100 х 100 м) и по аналогичной схеме исследовать еще 10 деревьев на наличие лишайников и степень покрытия ствола. Для исследования были использованы таблицы «Шкала качества воздуха по проективному покрытию лишайниками стволов деревьев» и «Журнал оценки качества воздуха по проективному покрытию ствола дерева». Исследуя лишайники в лесных массивах нашего города Рассказово нами была выдвинута гипотеза: В лесной зоне атмосферный воздух наиболее чистый, а в зоне лесополосы у дороги – более загрязненный. В лихеноиндикационных исследованиях в качестве субстрата используются различные деревья. Для оценки загрязнения атмосферы выбирается вид дерева, который наиболее распространен на исследуемой территории. Область исследования делят на квадраты, в каждом из которых подсчитывается общее число исследуемых деревьев и деревьев, покрытых лишайниками. Отмечают, какие виды лишайников встретились на площадке, какой процент общей площади занимает каждый растущий там вид. Кроме того, указывают жизнеспособность каждого образца: есть ли у него плодовые тела, здоровое или чахлое слоевище. На каждом дереве описывают минимум четыре пробные площадки: две у осно6 вания ствола и две на высоте 1,4-1,6 м. Кроме выявления видового состава, определяют размеры розеток лишайников и степень покрытия в процентах. Оценка встречаемости и покрытия дается по 5-балльной шкале. Таким образом, для каждой площадки описания и для каждого типа роста лишайников кустистых, листоватых и накипных выставляются баллы встречаемости и покрытия. После проведения исследований на нескольких десятках деревьев делается расчет средних баллов встречаемости и покрытия для каждого типа лишайников – накипных (Н), листоватых (Л) и кустистых (К). Зная баллы средней встречаемости и покрытия Н, Л, К, рассчитываем относительную чистоту атмосферы (ОЧА) по формуле: ОЧА = (Н + 2 х Л +3 х К)/ 30. Чем выше показатель ОЧА (ближе к единице), тем чище воздух местообитания. Имеется прямая связь между ОЧА и средней концентрацией диоксида серы в атмосфере. Определение класса загрязнения определяется по лишайникам, растущим на стволах взрослых деревьев (30 – 35 летнего возраста). Молодые деревья для этого не подходят, так как на них кора ежегодно слущивается и лишайники не успевают их заселять. 7 Результаты исследований и обсуждение. Вдоль трассы произрастает вид сосна обыкновенная на расстоянии 2-5 метров друг от друга. Возраст деревьев в среднем 30-40 лет. Выбрав группу из 10 деревьев, близко стоящих друг с другом, мы исследовали их с помощью палетки. На данных деревьях доминирующими видами были графис (Graphis scripta) и леканора (Lecanora sp.) (покрытие накипными лишайниками 20-40%). Редко встречались гипогимнии (Hypogymnia physodes) (покрытие листовыми лишайниками 5-10%), кустистые лишайники не были встречены. Жизнеспособность каждого образца хорошая, слоевище здорово. Рассчитаем относительную чистоту атмосферы (ОЧА): ОЧА(1) = (5 + (2х3)+(3х0))/ 30 = 36% При исследовании деревьев, произрастающих в дальних рядах от трассы (около 150 метров), мы обнаружили на их стволах пармелии (Parmelia sp.) и ксантории (Xanthoria parietina) (покрытие листовыми лишайниками 20-50%), как доминирующие виды. Расположены они по всему стволу дерева: снизу доверху. Редко встречались эвернии (Evernia prunastri) (покрытие кустистыми лишайниками менее 20%), повсеместно встречались графис (Graphis scripta), леканора (Lecanora sp.) и рамалина (Ramalina pollinaria) (покрытие накипными лишайниками 20-40%). Зная баллы средней встречаемости и покрытия Н, Л, К, рассчитаем показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) по формуле: ОЧА(2) = (4 + (2х6) + (3х2))/ 30 = 73% 8 Выводы и заключение. Исследовав лишайники, обитающие на этих деревьях, можно сделать следующие выводы: Зона загрязнения воздуха на территории вблизи трассы – 4. Воздух относительно чистый. Основным загрязнителем воздуха является автомобильная трасса. Кустистые лишайники не встречаются, что связано с загрязненным воздухом. Листоватые лишайники встречаются редко, поэтому степень покрытия – низкая, частота встречаемости 20%. Накипные лишайники встречаются часто, степень покрытия и встречаемости 90%. В основном встречаются графис (Graphis scripta) и леканора (Lecanora sp.), редко встречались гипогимнии (Hypogymnia physodes), кустистые лишайники не были встречены. Зона загрязнения воздуха на территории леса в г. Рассказово – 5. Воздух практически чистый. Основным загрязнителем воздуха является сельскохозяйственная техника, которая работает на полях, расположенных вдоль леса. Кустистые лишайники встречаются редко. Листоватые лишайники встречаются часто, степень покрытия – средняя. Накипные лишайники встречаются часто, степень покрытия и встречаемости 20-40%. Мы посчитали количество покрытых лишайниками деревьев. В основном встречаются пармелии (Parmelia sp.) и ксантории (Xanthoria parietina), редко встречались эвернии (Evernia prunastri, повсеместно встречались графис (Graphis scripta), леканора (Lecanora sp.) и рамалина (Ramalina pollinaria). Заключение: 1.Оценка чистоты воздуха показала, что зона леса г. Рассказово относится к «5-й зоне, практически чистый воздух». 2.Зона лесополосы у дороги относится к «4-й зоне, относительно чистый воздух» (флора бедна – фисции, леканоры, ксантории). 3.Чем ближе расположены деревья к проезжей части, тем меньше на них встречается лишайников, если они и есть, то слоевище их больное. 9 Список литературы 1. Мелехова, О.П. Биологический контроль окружающей среды. Биоиндикация и биотестирование / О. П. Мелехова, Е. И. Сарапульцева, Т. И. Евсеева и др. – Образовательно-издательский центр Академия Москва, 2008. – 288 с. 2. Боголюбов А.С. Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации: метод.пособие / А.С. Боголюбов, М.В. Кравченко. –М.: Экосистема, 2001. –15 с. 3. Ляшенко О.А. Биоиндикация и биотестирование в охране окружающей среды: учебное пособие. – СПб: СПб ГТУРП, 2012. – 67с. 4. Цуриков А. Г. Листоватые и кустистые городские лишайники: атлас-определитель: учебное пособие для студентов биологических специальностей вузов [и др.] / А. Г. Цуриков, О. М. Храмченкова; М-во образования РБ, Гомельский гос. ун-т. им. Ф. Скорины – Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины, 2009. – 123 с. 10 Приложение 1 Картографический материал, 52.666252, 41.844125 Масштаб 200м/см 11 Приложение 2 Шкала качества воздуха по проективному покрытию лишайниками стволов деревьев. Степень покрытия Число видов Число лишайников Степень загрязнения доминантного вида Более 50% Более 5 Более 5 6-я зона Чистый воздух 3-5 Более 5 5-я зона Практически чистый воздух 20-50% 2-5 Менее 5 4-я зона Более 5 Более 5 Относительно чи- стый воздух Более 2 Менее 5 3-я зона Сильное загрязне- ние Менее 20% 3-5 Менее 5 2-я зона Сильное загрязне- ние 0-2 Менее 5 1-я зона Очень сильное загрязнение 12 Приложение 3 Журнал оценки качества воздуха по проективному покрытию ствола дерева Порядковый номер 1 2 3 4 5 дерева на схеме Степень покрытия лишайниками, % Количество видов лишайников Количество ли- шайников доминирующего вида 13 6 7 8 9 10 Приложение 4 Журнал оценки качества воздуха по проективному покрытию ствола первого участка (вдоль трассы) Порядковый номер 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 37,5 39 37,5 30 34 41 35 35 28 43 2 1 1 1 2 2 1 1 2 1 1 1 1 – 1 1 1 1 1 1 дерева на схеме Степень покрытия лишайниками, % Количество видов лишайников Количество лишайников доминирующего вида 14 Приложение 5 Журнал оценки качества воздуха по проективному покрытию ствола второго участка (в глуби лесного массива) Порядковый номер 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 72,5 74,5 61 71,5 88 62 72,5 71,5 76,5 79 2 3 1 3 3 2 2 2 3 3 1 1 1 2 2 1 2 1 2 2 дерева на схеме Степень покрытия лишайниками, % Количество видов лишайников Количество лишайников доминирующего вида 15