Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию сосны обыкновенной в парке Дружба

Министерство образования и науки Республики Калмыкия
МОБУ «Троицкая средняя общеобразовательная школа им. Г.К. Жукова»
Конференция «Юные исследователи окружающей среды»
Номинация: «Сохранение природы и бережное отношение к лесным богатствам»
Тема проекта:
«Биоиндикация загрязнения воздуха
по состоянию сосны обыкновенной в парке «Дружба»
Выполнила: ученица 9 «б» класса
Линченко Александра
Руководитель: Филиппова Е.А.
с. Троицкое 2014 г
Содержание
Введение………………………………………………………………………………………………………...…2
I. Географическое положение республики Калмыкия…………………………………....3
II. Литературный обзор
2.1 Растения- биоиндикаторы состояния окружающей среды………………..4
2.2 Биологическое описание сосны обыкновенной (Pinus sylvestris)……...5
2.3 Сосна- биоиндикатор состояния окружающей среды…………………….….7
III. Материалы и методики исследования
3.1 Описание места проведения исследования…………………………………………….…8
3.2 Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы……………………………………………………………………………...9
3.3 Определение состояния генеративных органов сосны обыкновенной….11
3.4 Определение загрязненности атмосферы по состоянию прироста деревьев последних лет………………………………………………………………………………….12
3.5 Определение загрязненности окружающей атмосферы по продолжительности жизни хвои…………………………………………………………………….13
3.6 Экологический паспорт парка «Дружба»………………………………………………..14
3.7 Экспресс-оценка состояния воздуха ………………………………………………………..14
3.8 Исследование сосны в сосновой роще……………………………………………………..15
Выводы…………………………………………………………………………………………………………….15Заключение……………………………………………………………………………………………………..16
Список литературы………………………………………………………………………………………….17
Приложение……………………………………………………………………………………………………..18
Введение
Сильнейшее антропогенное воздействие на фитоценозы оказывают загрязняющие вещества в окружающем воздухе, такие, как диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и др. Среди них наиболее типичным является диоксид серы, образующийся при сгорании серосодержащего топлива (работа предприятий теплоэнергетики, котельных, отопительных печей населения, а также транспорта, особенно дизельного). Устойчивость растений к диоксиду серы различна. Даже незначительное наличие диоксида серы в воздухе хорошо диагностируется лишайниками. Из высших растений повышенную чувствительность к SO2 имеют хвойные (кедр, ель, сосна). А среди них наиболее чувствительной к загрязнению является сосна. Это обусловливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики».
В незагрязненных экосистемах основная масса хвои сосны здорова, не имеет повреждений, и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зеленые пятна и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. Хвойные леса плохо переносят загазованность, копоть, так как их хвоинки многолетние и в них накапливаются ядовитые вещества, а устьица забиваются копотью, что вызывает пожелтение и отмирание хвои на 1-2 года раньше. В загрязненной атмосфере появляются повреждения и снижается продолжительность жизни хвои сосны.[5]
Актуальность исследования: Парк «Дружба» один из самых старинных парков Юга России. Одно из самых популярных мест отдыха горожан. В парке можно встретить детей собирающих гербарий, пожилых людей, молодежь или приезжих гостей города. А такой ли чистый воздух в самом парке? Не сказывается ли близость трассы на экологическом состоянии? Думаю, что многим хотелось бы получить ответы на эти вопросы.
Цель исследования: Биоиндикация загрязнения воздуха в парке «Дружба» по состоянию сосны обыкновенной
Задачи исследования:
Выяснить, как хвоя сосны обыкновенной реагирует на загрязнение атмосферы, и почему сосну можно использовать в качестве вида – биоиндикатора;
Овладеть методикой биоиндикации загрязнения воздуха по комплексу признаков сосны обыкновенной;
Определить степень загрязнения воздуха в парке «Дружба» по комплексу признаков сосны обыкновенной и сделать выводы
Посетить Сосновую рощу и определить состояние атмосферы по комплексу признаков
Сделать сравнительный анализ состояния атмосферы в парке «Дружба» и в Сосновой роще.
Географическое положение республики Калмыкия.
224790-127000Республика Калмыкия расположена в зонах степей, полупустынь и пустынь и занимает территорию с общей площадью 75,9 тыс. кв. км., что больше территории таких государств в Западной Европе как Бельгия, Дания, Швейцария и Нидерланды вместе взятые. Республика находится на юге - востоке европейской части Российской Федерации. На западе она граничит с Ростовской областью, на севере и северо-западе - с Волгоградской областью, на востоке - с Астраханской областью, на юге - с Республикой Дагестан и на юго-западе - со Ставропольским краем.[1]
Литературный обзор
2.1 Растения-биоиндикаторы состояния окружающей среды.
Биоиндикаторы - организмы, которые реагируют на изменения окружающей среды. При экологическом мониторинге загрязнений использование биоиндикаторов часто дает более ценную информацию, чем прямая оценка загрязнения приборами, так как биоиндикаторы реагируют сразу на весь комплекс загрязнений. Кроме того, обладая «памятью», своими реакциями отражают загрязнения за длительный период. На листьях деревьев при загрязнении атмосферы появляются некрозы (отмирающие участки). По присутствию некоторых устойчивых к загрязнению видов и отсутствию неустойчивых видов (например, лишайников) определяется уровень загрязнения атмосферы городов.
При использовании биоиндикаторов важную роль играет способность некоторых видов накапливать загрязняющие вещества. Последствия аварии на Чернобыльской АЭС были зафиксированы в Швеции при анализе лишайников. Сигнализировать о повышенном содержании бария и стронция в окружающей среде могут береза и осина неестественно зеленым цветом листьев. Аналогично в ареале рассеяния урана вокруг месторождений лепестки иван-чая становятся белыми (в норме - розовые), у голубики темно-синие плоды приобретают белый цвет и т. д. Для выявления разных загрязняющих веществ используются разные виды биоиндикаторов : для общего загрязнения - лишайники и мхи, для загрязнения тяжелыми металлами - слива и фасоль, диоксидом серы - ель и люцерна, аммиаком - подсолнечник, сероводородом - шпинат и горох и др.
Возможности оценки среды по растительности изучаются специальным разделом ботаники - индикационной геоботаникой. Ее основной метод - использование экологических шкал, т. е. специальных таблиц, в которых для каждого вида указаны пределы его распространения по факторам увлажнения, богатства почвы, засоления, выпаса и т. д. В России экологические шкалы были составлены Л. Г. Раменским.[6]
2.2 Биологическое описание сосны обыкновенной (Pinus sylvestris)
-3810-127000Дерево высотой 25-40 м. Ствол прямой. Крона высоко поднятая. Кора в нижней части ствола толстая, чешуйчатая с глубокими трещинами. Ветвление одномутовчатое. Хвоинки расположены по две в пучке. Хвоя жесткая. Однодомное растение. Семена созревают в октябре – ноябре (на следующий год после опыления), пестрые, с крылом, охватывающим семя в виде вилочки. Светолюбивая порода, малотребовательная к плодородию и влажности почв. Чувствительна сосна к уплотнению почвы, загазованности и задымленности воздуха. Насаждения сосны выполняют большую санитарно - гигиеническую роль.
Латинское название сосны – пинус, что означает скала. У сосны действительно твердый «характер». Это дерево способно выдерживать испытания, которые другим не под силу. Сухо? Сосна старается как можно меньше испарять влаги. Голодно? Сосна пошире раскинет корни, найдет пищу и где– нибудь по соседству. Налетел ветер? И тут корни не подведут: они в двенадцать раз длиннее, чем у ели и в двадцать четыре раз длиннее, чем у пихты. Вот почему сосне ничего не страшно. Только одно пугает сосну – темнота. Её надо много тепла и света. Как и у других светолюбивых растений, у сосны ажурная крона, хорошо пропускающая солнечные лучи. Еще в апреле в сосновом лесу слышится какой-то треск. Это трещат сосновые шишки. Их чешуи долгое время были сомкнуты: сначала у зеленой шишки, потом у побуревшей. И вот теперь шишки растрескиваются, освобождая давно созревшие семена. Цветет сосна во второй половине мая. У основания молодых побегов появляется что- то вроде желтоватых шишек. Это мужские соцветия. Отдельный цветок простенький: чешуйка с двумя пыльниками.
-118110-47625000Чешуйки собраны в сережки, а они - в сложный колос. Пыльцы у сосны множество. Отдельная пылинка очень легка: у нее два воздушных пузырька. Летит пыльца сосны далеко: ветер разносит ее на многие километры.
Близ вершин молодых побегов видны красноватые шишечки. Это женские соцветия. Они состоят их крохотных чешуек, в пазухе которых семенные чешуи с двумя семяпочками. Семяпочки лежат открыто: у сосны нет завязи, нет пестика. Поэтому сосну и другие хвойные называют «голосеменными».
Ветер несет облака пыльцы. Она попадает прямо на семяпочки. Опыление произошло. А оплодотворение? До него еще далеко. Края чешуек у опыленных соцветий плотно смыкаются, и под покровом чешуйки пыльца продолжает лежать на семяпочке.
Она лежит долго. Лишь к лету будущего года проросшая пыльцевая трубка пылинки достигает яйцеклетки. Теперь шишка заметно растет, и в ней зреют семена. К ноябрю они созревают, но … снова задержка: выпадают они из шишки лишь в апреле. Почти два года (22-23 месяца) проходит с начала цветения сосны до того дня, когда её семена упадут на землю.
Весной сосна и растет. На верхушке ее побегов есть кучка почек. Они неодинаковые: срединная почка заметно крупнее боковых. Когда сосна тронется в рост. То сразу видно значение этих почек. Из крупной срединной почки развивается главный побег, из боковых- ветви. Это легко увидеть на молодой сосенке. Главный побег растет очень быстро: нередко он всего за месяц вырастает в метр длиной. На верхушке его – скрытые в хвое и покрытые смолой почечки. Из этих почек в будущем году снова разовьются главный побег и боковые ветви.
Боковые ветви у сосны расположены кольцами, мутовками. Каждый год появляется новая мутовка ветвей. Сосчитав мутовки, можно узнать возраст молодой сосны. У высокой сосны таким способом возраст не узнать: нижние мутовки давно отмерли, и никаких следов от них не осталось.[6]
2.3 Сосна – биоиндикатор состояния окружающей среды
В настоящее время установлено, что на атмосферное загрязнение воздуха более остро реагируют хвойные породы, по сравнению с лиственными растениями. Повышенная чувствительность хвойных связана с длительным сроком жизни хвои и поглощением газов. При частых или постоянных воздействиях в тканях хвойных растений постепенно накапливаются токсичные соединения, что приводит к отмиранию хвои. Источников антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а также нарушения экологического равновесия в биосфере,-множество. Однако самым значительным из них является автотранспорт. Это обусловливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики». Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические и анатомические изменения, а также продолжительность жизни хвои. [5]
Табл.1 Чувствительность сосны обыкновенной
к длительному загрязнению воздуха (по Ашихминой Т.Я.)
диоксид серы фтороводородаммиак хлороводороддиоксид азота
+++ ++ ++ +++ ++
Обозначения: ++ чувствительная, +++ очень чувствительная
Материалы и методики исследования
3.1 Описание места проведения исследования
Как следует из архивных данных, первые лесопосадки в балке Элиста были сделаны в 1853 году. Элиста, можно считать, начиналась с лесной плантации (ныне дубовая роща парка «Дружба»). Это один из самых старинных парков Юга России. Он более чем на десять лет старше самого города, официально возникшего как населенный пункт в 1865 году.
В 1977 году в парке площадью 36 га было 6089 деревьев и 2935 кустарников, но к концу прошлого века осталось лишь четвертая часть лесного богатства, а сейчас – и того меньше. Подтопление парка грунтовыми водами и засолением почвы стало причиной его угасания. Это результат строительства здания Дворца детского творчества на месте родникового озера, а также сооружений в округе парка ( к примеру - трехэтажное здание военкомата). Здания вокруг легли тяжелым грузом на родниковые воды, нарушая гидрогеологию почвы парка. Здесь поднялись и зашумели заросли камыша. А новые лесопосадки, как правило, гибнут.
Зато, хорошо приживается здесь сосна, т.к. является неприхотливым растением. Ей не страшны засоление и климатические трудности. Поэтому, на месте парка мы обнаружили значительные посадки сосны. Некоторые были посажены совсем недавно. Но нашим наблюдениям им около 4-7 лет
( каждая мутовка –один год) . Вдоль «вечного огня» мы встретили посадки сосны, которым более 17 лет.[4]
В парке для нашего исследования было взято три ключевых участка, находящихся возле следующих объектов:
Участок - Стадион «Дружба»
Участок- «Золотые ворота»
Участок- Памятник Б.Б. ГородовиковуСосновая роща (западная сторона)
Сосновая роща (восточная сторона)
3.2 Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы.
-156210381000В незагрязненных экосистемах основная масса хвои сосны здорова, не имеет повреждений и лишь малая часть хвоинок имеет светло – зеленые пятна и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. В загрязненной атмосфере появляются повреждения и снижается продолжительность жизни хвои сосны.
33585152413000Методика индикации чистоты атмосферы по хвое сосны состоит в следующем. С нескольких боковых побегов в средней части кроны 5-10 деревьев сосны в 7-15 летнем возрасте отбирают 200 пар хвоинок второго и третьего года жизни.
Анализ хвои проводят в лаборатории. Вся хвоя делится на три части (неповрежденная хвоя, хвоя с пятнами и хвоя с признаками усыхания) и подсчитывается количество хвоинок в каждой группе.
Табл.2 Класс повреждения хвои
Класс повреждения хвои 1 2 3
Степень повреждения Хвоинки без пятен Хвоинки с небольшим числом пятен Хвоинки с большим числом черных и желтых пятен
Табл.3 Класс усыхания хвои.
Класс усыхания
Хвои 1 2 3 4
Степень усыхания Нет сухих участков Усох кончик 2-5мм Усохла треть хвоинки Вся хвоинки желтая или более половины её сухая
Данные заносятся в рабочую тетрадь. Обработанные данные заносятся в таблицу экопаспорта.[5]
Табл.4 Определение состояния хвои сосны обыкновенной
для оценки загрязненности атмосферы
(измеряемые показатели – количество хвоинок).
Повреждение и усыхание хвоинок Номера ключевых участков
Повреждение и усыхание хвоинок 1 2 3 4 5
Общее число обследованных хвоинок 200 200 200 200 200
Количество хвоинок с пятнами 2 7 3 21 15
Процент хвоинок с пятнами 1% 3,5% 1,5% 10,5% 7,5%
Количество хвоинок с усыханием 18 13 14 8 6
Процент хвоинок с усыханием 9% 6,5% 7% 4% 3%
Дата отбора проб 2.10.14 2.10.14 2.10.14 5.10 5.10
2186940163068000
Синий цвет- некротические пятна
Красный цвет- усыхание хвоинок
Зеленый цвет- хвоинки без пятен и усыхания
3.3 Определение состояния генеративных органов сосны обыкновенной (обследование шишек сосны).
Под действием загрязнителей происходит подавление репродуктивной деятельности сосны. Число шишек на дереве снижается, уменьшается число нормально развитых семян в шишках, заметно изменяются размеры женских шишек ( до 15-20 %).
-4133857937500Для проведения исследования в осеннее или зимнее время на ключевом участке отбирают 100-200 шишек ( по 10 шишек с 10-20 деревьев 30-40 летнего возраста) и определяют их линейные размеры штангенциркулем, мерной лентой или линейкой.
Полученные данные заносят в рабочую тетрадь, подсчитывают средние для ключевого участка длину и диаметр шишек и заносят данные в таблицу. [5]
Табл.5 Определение состояния
генеративных органов сосны обыкновенной
(измеряемые показатели – размеры шишек сосны).
Средние значения по 10-20 деревьев
(все показатели средние) Номера ключевых участков
1 2
Средняя длина шишки, мм-количество измерений 63,08
20
75,5
20
Средний диаметр шишки, мм-количество измерений 47,92
20 59
20
3.4 Определение загрязненности атмосферы по состоянию прироста деревьев последних лет.
Биоиндикатором загрязненности атмосферы может служить ежегодный прирост деревьев по высоте, который на загрязненных участках может быть на 20-60 % ниже, чем на контрольных. Для индикации состояния атмосферы этим методом в сентябре следует визуально осмотреть на ключевых участках сосновый древостой возраста 10-15 лет. На каждом дереве измерить длину центрального побега между двумя верхними мутовками (т.е. прирост последнего года) и определить среднюю величину прироста. Полученные данные занести в таблицу экопаспорта.[5]
Табл.6 Величина прироста последних лет
Величина прироста Участок
1 2 3 4 5
30,8 23,6 20,4 22 21
3.5 Определение загрязненности окружающей атмосферы по продолжительности жизни хвои.
3615690-13462000Информативным по техногенному загрязнению является продолжительность жизни хвои сосны
(от 1 до 4-5 лет).
-23241018859500С целью определения продолжительности жизни хвои на каждом участке необходимо осмотреть не менее 100-200 деревьев. Для удобства проведения исследования методом визуального осмотра выбираются деревья (в возрасте 10-15 лет). Результаты осмотра заносятся в таблицу экопаспорта. [5]
Табл.7 Определение продолжительности жизни хвои
как оценки загрязненности атмосферы
( измеряемый показатель- количество деревьев).
Количество осмотренных деревьев с продолжительностью жизни хвои, Т Номера ключевых участков
1 2 3 4 5
Возраст хвои 4 года и более В4- - - 4 6
Возраст хвои 3 года В3 3 2 2 5 2
Возраст хвои 2 года В24 7 6 1 2
Хвоя только текущего года В11 2 4 - -
По данным таблицы рассчитывают индекс продолжительности жизни хвои Q сосны по формуле: Q=3B1+2B2+B3/B1+B2+B3
Где В1,В2,В3 – количество осмотренных деревьев с данной продолжительность жизни хвои. Чем выше индекс Q, тем больше продолжительность жизни хвои сосны, а значит – и чище воздух.
Затем проводят расчет средней продолжительности жизни хвои Q сосны для каждого ключевого участка.
Табл.8 Индекс продолжительности жизни хвои
Величина индекса продолжительности жизни Участок
1 2 3 4 5
2,2 1,75 2 3,3 3,4
Экологический паспорт парка «Дружба»
Табл.9 Биодиагностика чистоты воздуха
по состоянию сосны обыкновенной
Результаты биодиагностикиПоказатели Категории и номера участков
Парк «Дружба»
(с антропогенной нагрузкой) Участок контроля (природный ланшафт)
1 2 3 4 5
Состояние хвои сосны:
-количество обследованных деревьев
-повреждение хвои (%)-усыхание хвои (%)7
1%
9% 7
3,5%
6,5% 7
1,5%
7% 10
10,5%
4% 10
7,5%
3%
Состояние генеративных органов:
-количество обследованных деревьев
-количество измеренных шишек
- средняя длина шишки (мм)
-средний диаметр шишки (мм) 10
20
63,08
47,92
10
20
75,5
59
Прирост сосны:
-количество обследованных деревьев
- средняя длина побега (см) 12
30,8 8
23,6 12
20,4 10
22 10
21
Индекс продолжительности жизни 2,2 1,75 2 3,3 3,4
Экспресс-оценка состояния воздуха
По таблице «Экспресс-оценка загрязнения воздуха» оцениваем степень загрязнения воздуха
Табл.10 «Экспресс–оценка загрязнения воздуха»
Максимальный возраст хвои Класс повреждения хвои на побегах 2-3 года жизни
1 2 3
4 1 1-2 3
3 2 3 3-4
2 2 3 4
2 - 4 4-5
1 - 4 5-6
1 - - 6
Условные обозначения степени загрязнения воздуха: 1-идеально чистый, 2-чистый, 3-относительно чистый (норма), 4-загрязненный («тревога»), 5-грязный («опасно»), 6-очень грязно («вредно»), прочерком обозначены невозможные сочетания.
Исследование сосны в сосновой роще
Сосновый бор находится в 15 км к югу от Элисты. Больше 40 лет этот вечнозеленый островок, разросшийся с площади в два гектара до нескольких десятков, украшает поселок Аршань. Первые сосны были здесь посажены в 1972 году по инициативе Б.Б. Городовикова. Им была заложена идея создания противотуберкулезного санатория на территории «Сосновой рощи». Созданный еще в 70-х годах прошлого века единственный в Калмыкии сосновый бор сегодня занимает площадь свыше 40 гектаров. Ранее он носил статус «памятника природы», но лишился его еще в 1998 году, после того как был выведен из гослесфонда. С тех пор вот уже 15 лет более полутора тысяч хвойных красавиц остаются практически бесхозными. К сожалению, летом сосны страдают от засухи и угрозы пожаров, зимой - в новогодние дни - спасти от браконьеров хвойных красавиц пытается единственный лесник. Что на такой большой территории очень сложно. Из них получаются хорошие лестницы для дома, дачи, коттеджа. В последний раз дополнительная посадка саженцев сосны была осуществлена в 2004 году. А в последние несколько лет финансирование на содержание хвойного уголка и вовсе не осуществляется. Дерево спокойствия и высоты духа – так называют сосну лесоводы, те, кто добровольно и практически на общественных началах ухаживают за деревьями. [3]
Выводы
Выяснила, что сосна обыкновенная очень чувствительна к загрязнению воздуха и может служить биоиндикатором круглогодично. В ответ на действие вредных веществ на ней появляются жёлтые и чёрные пятна – некрозы, хвоинки сохнут и начинают опадать.
Овладела методикой биоиндикации загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной.
Определила степень загрязнения воздуха в парке «Дружба» по состоянию хвои сосны обыкновенной. Степень загрязнение воздуха соответствует 2-3 классу. Состояние атмосферного воздуха в парке «Дружба» в общем можно оценить как относительно чистое («норма»).
Состояние атмосферы в «Сосновой роще» оценивается как абсолютно чистое и чистое.(по таблице «Экспресс-оценка состояния воздуха»)
Сравнив полученные данные можно заключить, что состояние атмосферы в парке «Дружба» соответствует норме, а в «Сосновой роще» - чистый воздух.
Заключение
В результате исследования сосны обыкновенной по комплексу признаков, было установлено, что загрязнение атмосферы в парке «Дружба» находится в пределах нормы. Но экологически более чистым объектом является «Сосновая роща». Размеры генеративных органов, средняя продолжительность жизни хвои в «Сосновой роще» значительно больше, что свидетельствует ,вероятно,о более чистом воздухе. Величина прироста здесь не сильно отличается от парка «Дружба», возможно, из-за того, что в парке насаждения сосны находятся на большем расстоянии друг от друга, что не мешает им получать достаточное количество солнечного тепла, света и питательных веществ. Хвоинки по классу усыхания на двух объектах не сильно отличаются друг от друга, а вот количество хвоинок с некротическими пятнами в «Сосновой роще» значительно больше. Возможно, это является следствием распространения вредителей растений, или сухости климата.
Литература
Бананова В.А., Журкина Л.А., Горбачев Б.Н., Вотинова Т.И., Середин Р.М. «Растительный мир Калмыкии». Элиста, Калмыцкое книжное издательство, 1997г.
Популярная энциклопедия растений. Санкт- Петербург. 1997 г., 343 с (215-219 с)
Советская Калмыкия, ст. «О чем гудит сосновый бор», 16.04.2004
Хальмг унн. 2008 г. статья Парку «Дружба»-155 лет!
Экологический мониторинг: Учебно-методическое пособие, под ред. Т.Я. Ашихминой. М.: Академический проект, 2005 г, 416 с ( 100-107 с,
http://www.ru.all.biz/regions/?fuseaction=adm_oda.showSection&sc_id=5&rgn_id=8http://vesti-kalmykia.ru/society/6255-sosnovyy-bor-bez-hozyaina-prihodit-v-upadok-v-kalmykii.htmlПриложение:
1. Вырезка из газеты «Советская Калмыкия» от 16.06.1992
2. Вырезка из газеты «Советская Калмыкия» от 16.04.2004
3.Презентация
4. Стенд