исследовательская работа Изучение экологического состояния почв д. Максим Горький по частотам встречаемости фенов белого кле

МОБУ ДОД ДДТ с. АрхангельскоеКонкурс " Молодежь Башкортостана исследует окружающую среду"
Исследовательская работа.
Номинация: Охрана окружающей среды.
Тема: Изучение экологического состояния почв д. Максим Горький по частотам встречаемости фенов белого клевера.
Выполнила: ученица 8 класса
МОБУ СОШ д. М. Горький
Хайсарова Арина
Руководитель: учитель биологии и химии МОБУ СОШ д. М. Горький Архангельского района Республики Башкортостан.
Стрельцова Ольга Алексеевна.с. Архангельское
2013 г.

Введение
1.1Биоиндикация.
1.2. Цель и задачи исследования
1.3 Краткий литературный обзор.
1.4..Ботаническая характеристика клевера ползучего (Trifolium repens)
II. Методика исследования.
III. Результаты исследования.
IV. Вывод.
V. Литература.
VI. Приложение.

I.Введение .1.1. Биоиндикация.
В настоящее время антропогенные нагрузки на окружающую среду возрастают с каждым годом и вопросы , связанные с оценкой состояния окружающей среды становятся актуальными не только для промышленно развитых районов, но и для сельской местности. Возросшее количество автотранспорта, близость несанкционированных свалок, бесконтрольный выпас скота ухудшают экологическое состояние некогда чистых территорий. Поэтому неслучаен интерес населения к вопросам мониторинга окружающей среды. Оценку качества среды можно провести физико-химическими методами. К сожалению, не всегда есть возможность проводить комплексные научные исследования, требующие больших материальных затрат и специального оборудования. В таких случаях можно использовать методы биоиндикации, биомониторинга, получившие в последнее время широкое признание и распространённость. По современным представлениям биоиндикаторы — организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания.[3[
Заслуживает внимание индикаторная роль растений. Наблюдая за растениями, человек еще в глубокой древности усваивал ориентиры в пространстве и времени – растения, верно, служили ему вместо компаса. Некоторые растения довольно точно показывали человеку время суток. Другие растения выполняли функцию барометра и гигрометра, являлись индикаторами пресных и соленых вод. В настоящее время растения – индикаторы используют в своих исследованиях и практической деятельности геологии, гидрологии, землеустроители, почвоведы, климатические экологи, лесоводы, археологи и др. Растения могут служить индикаторами плодородия почв. Растения резко реагируют на изменение внешних условий. В зависимости от характера почвенного покрова наибольшее распространение получают те или иные виды растений. Отрицательные воздействия выхлопных газов автомобилей на некоторых растениях настолько отчетливо, что их с успехом можно использовать для обнаружения опасной для людей концентрации этих газов. Засыхание концов листьев, изменение окраски, появление белых пятен на листовых пластинах, замедление роста растений свидетельствует на присутствие в окружающей среде опаснейших загрязнителей[6]
Наша деревня Максим Горький расположена в одном из живописных уголков Архангельского района, считающимся экологически чистым. Для нашей местности очень актуальной является проблема стихийных свалок, низкий уровень экологической культуры населения приводит к тому, красивейшие уголки деревни и близлежащих территорий загрязнены бытовым мусором, кроме того и строительные работы не лучшим образом влияют на состояние почвы.
1.2. Цель исследования: Определить состояние почв д. М. Горький по частотам встречаемости фенов белого клевера.
Задачи исследования:
Освоить метод биоиндикации. по методике Ашихминой Т. Я.
Определить наиболее загрязненные места деревни и провести исследование.
Провести сравнительный анализ степени загрязненности изучаемых территорий по величине ИСФ.
Актуальность данного исследования заключается в том, что впервые исследуется экологическое состояние почв в нашем населенном пункте, а значимость своей работы я вижу в доступности быстрой оценки состояния почв на исследуемой территории и возможности корректирования степени хозяйственного воздействия.
1.3. Обзор литературы.
Биоиндикаторы позволяют быстро определять скорость происходящих изменений и делать выводы о степени опасности для человека. О возможности использования живых организмов в качестве показателей определенных природных условий писали еще ученые Древнего Рима и Греции. В трудах М.В. Ломоносова и А.Н. Радищева есть упоминания о растениях-указателях особенностей почв, горных пород, подземных вод.[3]
Биологическим индикатором воздействия антропогенных факторов выступает частота встречаемости фенов – четко различимых вариантов какого-либо признака или свойства биологического вида. Под воздействием антропогенных факторов частота встречаемости специфических фенотипов в популяции у разных видов растений увеличивается, и уменьшается при ослаблении действия этих факторов .Достоинством биоиндикаторов является то, что они характеризуются следующими особенностям:
-реакция на относительно слабые нагрузки вследствие эффекта кумуляции дозы;
-суммирование действия различных антропогенных факторов;
-не требуется регистрация химически и физических параметров, характеризующих состояние окружающей среды;
-возможность оценки и контроля степени воздействия загрязняющих веществ
на живые организмы и человека.[3]
В качестве фенотипического биоиндикатора при исследовании состояния окружающей среды использовали форму седого рисунка на пластинках листьев белого клевера и других его видов. Отмечается , что на экологически напряженной территории под воздействием антропогенных факторов, мутационный процесс и естественный отбор ,приводят к расширению набора фенов, увеличению частоты их встречаемости. Таким образом, частота встречаемости растений с различным рисунком на листьях является биологическим индикатором загрязнения.[7]
В качестве индикатора выбрали именно клевер ползучий по той причине, что данное растение является типичным во флоре местообитаний, связанных с человеком, обитает на одной территории многие годы и имеет высокую численность. Тот факт, что клевер ползучий можно встретить на территориях, подвергшихся значительному хозяйственному воздействию человека, свидетельствует о его высокой пластичности и устойчивости к неблагоприятным факторам среды, по сравнению с луговыми и лесными растениями. Под воздействием антропогенных факторов в популяциях увеличиваются частота встречаемости специфических фенотипов у различных видов растений и животных. Таким образом, частота встречаемости некоторых фенов является биологическим индикатором воздействия антропогенных факторов, в том числе загрязнения.[1]
Одним из рекомендуемых разными авторами объектов для биоиндикационных исследований состояния почв является клевер белый (Шварцман, 1986; Ашихмина, 1999; Пахоменко,2010), но мнению Кончиной Т.А. и Марининой А.В., в качестве тест - объектов могут быть использованы и другие виды рода Клевер, например, клевер гибридный розовый, клевер красный луговой. [5]
Популяции клевера фенотипически отличаются наличием разной формы и размера «седого» пятна на листьях (Приложение2). [7]
Гистологических исследования показали, что «седые пятна» связаны с собой группой палисадных клеток, в которых хлоропласты отсутствуют или содержатся в меньшей концентрации. При этом палисадные клетки в районе пятна уменьшены в размерах, менее вытянуты, пространство между ними оказывается большим, чем в зелёной зоне листа. Сходные пятна встречаются и в других видов клевера, например красного. Это связано с тем, что их возникновение обусловлено различной скоростью роста эпидермальных и палисадных клеток. Последнее подвергаются более сильному действию света, ведущего к разрушению хлорофилла, что приводит к появлению пятен [5]
Частота встречаемости – процентная доля фенов с рисунками – индицирует техногенную нагрузку и говорит о вероятности загрязнения среды на территории обследования. [4]
1.4.Ботаническая характеристика.
Клевер белый характеризуется низким стелящимся кустом, укореняющимися в узлах стеблями, отходящими вверх от них листьями на длинных черешках (от 4 до 60 см) и белыми округлыми головками на длинных цветоножках. Главный стебель у клевера белого укороченный, едва заметный. Листья тройчатые. Листочки по форме и размерам разнообразные. Рисунок на листочках не всегда отчетливый, иногда отсутствует, часто на безрисунчатом листочке имеются коричневые черточки.
Соцветие — округлая многоцветковая головка. Цветонос длинный, обычно превышающий по длине черешок листа и более толстый. Цветки на коротких цветоножках (0,8—1,5 мм). Венчик чаще белый, с розовыми полосками на парусе. Число цветков в головках от 30 до 120. При отцветании цветки буреют и загибаются книзу. Плод — боб, обычно с 2—4 семенами, реже больше. Семена мелкие, округлые, слегка сплюснутые. Вызревшие и нормально убранные семена желтые, при хранении в неблагоприятных условиях — коричневые. Масса 1000 семян 0,6—0,7 г.
Корень стержневой, менее глубокий, чем у клевера красного, сильно ветвящийся. На узлах лежащего стебля образуются дополнительные корни, которые, развиваясь, образуют самостоятельную корневую систему, обеспечивающую существование растений и после отмирания главного корня. В почву корни проникают до 1 м, но основная масса их залегает в верхнем слое (40— 50 см), поэтому клевер белый может расти на почвах с низким стоянием грунтовых вод (40—90 см).
Клевер ползучий образует густой куст. Листья трехлисточковые. Край листа пильчатый. Окраска цветков белая, зеленоватая и розоватая. Клевер белый ползучий цветет с июля по сентябрь[8]
.Методы исследования: метод маршрутирования и методика Ашихминой Т.Я. «Индикация состояния окружающей среды по частотам встречаемости фенов белого клевера»., статистический анализ полученных данных.
Объект исследования: белый клевер Trifoliym repens (клевер ползучий).
Предмет исследования: Изменение рисунка клевера ползучего в зависимости от уровня загрязнения почвы.
Гипотеза исследования: Можно предположить, что самыми загрязненными будут территории , на которых до недавнего времени велось строительство и так называемые рекреационные зоны и обочины дорог. В качестве эталона я выбрала улицу Мичурина.(площадка №4)и площадку №3(спортивная площадка на школьном дворе)
Сроки исследования: Исследование проводилось в сентябре-октябре 2013 года
Методика и материалы исследования
Методика исследования.
Выбрала пять площадок исследования в центре деревни., характеризующиеся различными типами антропогенного воздействия. Выбранные площадки характеризуются различной степенью хозяйственного воздействия.
Площадка №1 представляет одно из красивейших мест в деревни, расположена между двумя ручьями, впадающими в водоемы. Излюбленное место отдыха молодежи.(Приложение5, фото№1 и №2) Антропогенная нагрузка на данную территорию заключается в вытаптывании (в том числе и животными, нередко пасущимися на поляне), в воздействии автомобильного транспорта(молодежь как правило приезжает сюда на автомобиле и мотор остается не выключенным в течение всего времени пребывания),а так же мусор как следствие отдыха, костровища.(Приложение5, фото№3, №4)
Площадка №2-газон около школы.( Приложение5, фото№5) Улица Ленина, на которой расположена школа , является центральной улицей деревни. Мимо школы проезжает весь автотранспорт. следующий. к административным зданиям деревни. За прошедшие несколько лет этот небольшой участок испытал большую антропогенную нагрузку: строительство дороги, реконструкция школы, неоднократная прокладка коммунальных коммуникаций деревни и расположенная вблизи стоянка автотранспорта
Площадка №3-спортивная площадка на школьном дворе. Основная нагрузка заключается в вытаптывании. .(Приложение5, фото№7)
Площадка №4 улица Мичурина. Это улица, на которой я живу. Улица тихая и спокойная. .Автотранспортная нагрузка небольшая, антропогенная нагрузка только в виде пешеходов, проложивших тропинку по широкой , поросшей травой обочине дороги.
Площадка №5. Отрезок улицы Макаренко, по которой я иду в школу. Часть улицы на несколько лет была превращена в строительную площадку: шло строительство одного из корпусов дома инвалидов и ветеранов " Милосердие", строили гараж, прокладывали водопровод, подводили газ.
На каждой площадке производился отбор фенов не чаще, чем через два – три шага, по ходу движения в заданном направлении. На каждой площадке отбирала не менее 100 экземпляров. Если в какой – либо точке площадки обнаруживается два разных фена, то данный результат не учитывается ввиду переплетения куртинок. Определение фенотипа по форме седого рисунка на пластинах листа рис. 1, полученные данные заносятся в таблицу 1 (Приложение №1).
При обнаружении на пробной площадке фенов не указанных на рис. 1, результаты вносятся в графе «новые формы». Отдельно отмечается наличие растений, с какими – либо уникальными фенами(Приложение№1)
3. Статистическая обработка. Произвела расчет частоты встречаемости отдельных фенов Рi, суммарную частоту встречаемости всех форм с рисунком (индекс соотношении фенов ИСФ) в процентах, результаты расчетов вносятся в табл.по форме (Приложение № 2).
4 Результаты фитоиндикации занесла в таблицу табл. 3 (Приложение №3)
5 Сравнительный анализ исследуемых территорий по величине ИСФ (Приложение №4)

III.Результаты исследования.Результаты, полученные в ходе маршрутирования, занесены в таблицу
Табл.№1
№ пробной
площадки Ф 1 Ф 2 Ф 3 Ф 4 Ф 5 Ф 6 Ф 7 Ф 8 Ф 9 Ф 10 Ф 11 Ф 12 Ф 13 Ф 14 Ф 15 Ф 16
1 43 32 3 -1 - 13 - - - - 1- - - -
2 30 24 8 - - 28 - - - - - - - - -
3 64 28 2 - - 20 - - - - - -
4 48 28 5 - - 19- - - - - - -
5 40 30 6 24 .
Табл.№2
Количество растений на всех исследуемых площадках Фен1 (без рисунка )Фен2Фен 3 Фен 4 Фен 6 Фен 11
225 142 24 1 104 1
Всего было обследовано 515 куртинок белого клевера. На дол ю фена 1 (без седого рисунка ) приходится 43.7%, встречаемость фена 2 -27.6%,фена 3-4.7, фена 6-17.7% фены4 и 11 встретились в единичном экземпляре. На всех исследуемых территориях определили нахождение фена без седого рисунка(225 из 515 обследованных куртинок)..Наименьшая встречаемость фена без седого рисунка на исследуемой площадке №2 (зона отдыха). Данная территория подвержена не только процессу вытаптывания, но и велико воздействие мусора..который зачастую сжигается прямо на месте. На данной площадке преобладает фен2,( Приложение 5, фото№6) на всех другим площадках, характеризующихся высокой степенью загрязнения увеличивается частота встречаемости фена6. Просматривается такая закономерность: территории, имеющие нарушенный верхний слой почвы можно индицировать по встречаемости фенотипа6,а зоны отдыха по встречаемости фена 2
На каждой пробной площадке рассчитывала частоту встречаемости отдельных фенов в % и суммарную частоту (индекс соотношения фенов - ИСФ) в процентах. Полученные результаты представлены в таблице 3.
Табл.3
Процент встречаемости Фен 1 Фен2Фен3 Фен4Фен6Фен11 ИСФ
Площадка №1 42.5 31.7 3 1 20.8 1 57.4
загрязненная
Площадка №2 15 24 8 17.5 60
загрязненная
Площадка №3 56 24.6 7 20 43.9
чистая
Площадка №4 48 28 5 19 52
загрязненная
Площадка №5 25 30 6 24 60 загрязненная
Среднее значение ИСФ по всем пробным площадкам равно54.7, что соответствует загрязненным территориям. К чистым территориям относится только спортивная площадка на школьном дворе. Все остальные исследуемые участки характеризуются тем , что они в прошлом были строительными площадками, за исключением площадки №1 и №4.Выдвинутая гипотеза подтвердилась не полностью, т.к. площадка №4 так же оказалась загрязненной, хотя транспортная нагрузка на данной площадке невелика.
IV. Выводы:
1.Метод биоиндикации по методике Ашихминой Т. Я. Является простым и доступным и позволяет быстро оценить экологическое состояние исследуемой территории.
2.Исследования подтвердили все выбранные загрязненные территории деревни .Наиболее загрязненные участки населенного пункта- это исследуемые площадки №1,2,4,5.Площадки №2и 5 антропогенно-нарушенные территории ( в недалеком прошлом бывшие строительные площадки).Повышенный уровень загрязнения площадки №4 ,вероятно , можно объяснить способностью почвы накапливать загрязняющие компоненты.
3.По величине ИСФ (60%) наиболее загрязненными территориями являются исследуемые площадки №2и 5(рекреационная зона деревни и отрезок улицы Макаренко) К разряду чистых территорий относится спортивная площадка школьного двора. Величина ИСФ составляет43.9 %.Средний показатель ИСФ по всем исследуемым территория равен 54.7, что соответствует загрязненным территориям. Экологическое состояние почвы было исследовано только в центральной части деревни, в предполагаемо грязных зонах, в дальнейшем с помощью данной методике предполагается исследовать другие участки деревни и прилегающих к ней территорий.
V. Список литературы
1.Алексеев С.В. и др. Практикум по экологии. - М.: АО МДС, 1996
2.Астаева А.Д., Чукаева Н.В. Фенотипическая диагностика сельской местности // Успехи современного естествознания. – 2011. – № 8 – С. 18-19.
3. Биоиндикации загрязнения наземных экосистем / Под. Ред Р. Шуберта.- М.: Мир, 1988.
4.Кузнецов М.А. Полевой практикум по экологии. – М., 1994.
5.Соколова Г.Г., Камалдинова Г. Т. Мофогенетический полиморфизм листьев клевера ползучего
6. Степановский А. С. Экология. М.: ЮНИТИ-ДАНА
7..Школьный экологический мониторинг: учебно-методическое пособие / под ред. Т.Я. Ашихминой. - М.:АГАР, 2000.
8/http://greendeer.ru/products/green-deer-agro/item/klever-polzuchij-belyj-trifolium-repens-l.html

VI.Приложение.Результаты фенотипической диагностики пробных площадок
Приложение1Таблица 1 Рабочая таблица учета фенов белого клевераФен 1
(без рисунка) Фен 1 Фен 2 Фен … «новые»
формы
-343287107586Рис. 1Фенотипы белого клевера Приложение 2


Приложение 3
Расчет частоты встречаемости отдельных фенов Рiи суммарной частоты встречаемости всех формс рисунком (ИСФ)Pi = 100 Чni /N ИСФ = 100 Ч(n2 + n3 + …)/N
где Pi – частота i - го фена,
ni – количество учтенных растений с i- м рисунком на листовой пластинке (n1 – число растений без «седого рисунка»),
N - общее число учтенных растений
Приложение 4 Характеристика состояния окружающей среды по индексу соотношения фенов (ИСФ)Показатель ИСФ
Классификация загрязнения среды
(%)
Очень чистые
0 - 30
Чистые
30 – 45
Загрязненные
45 - 70
Очень грязные 70 - 100
Приложение 5

Фото №1 Площадка №1Зона отдыха Фото №1 Площадка №1.Зона отдыха

Фото№3. Площадка №1.Мусор можно встретить на каждом шагу. Фото№4.Площадка №1 характеризуется
вытаптыванием и обилием мусора

Фото№5Площадка №2

Фото№6 Куртинка клевера с площадки №1 схорошо выраженным феном 2

Фото№7.Исследуемая площадка №3.ИСФ равен 43.9.