Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию сосны обыкновенной.

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение средняя общеобразовательная школа №4 городского округа город Нефтекамск Республика Башкортостан
Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию сосны обыкновенной.
Выполнил : ученик 10а класса
Игнаев Станислав.
Руководитель:
учитель биологии
Насрытдинова Л. Б.


Нефтекамск, 2015
Содержание.
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
Обзор литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
Материал и методика исследований. . . . . . . . . . . . .4
Биоиндикация и биомониторинг. . . . . . . . . . .4
Особенности современного состояния биоиндикации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.3 Биоиндекация атмосферного воздуха по сосне обыкновенной. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.Результаты собственных исследований…….....…...8
4.Выводы……………………………..………….....9
Приложения ………………………………….…10-15
Литература …………………………………………16

Введение.
Особенности экологической обстановки города Нефтекамска связаны с экологическими проблемами, обусловленные природными условиями и характером воздействия на них транспорта, коммунального и сельского хозяйства. Основную рекреационную нагрузку несут зеленые зоны вокруг населенных пунктов. Часть экологического мониторинга – слежения за состоянием окружающей среды по физическим, химическим и биологическим показателям. В результате мониторинга была проведена оценка качества окружающей среды с помощью живых объектов (биоиндикация). Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обуславливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики». Для изучения неблагоприятных условий внешней среды были использованы визуальные наблюдения и сравнения по схеме имеющей некоторую точку отсчета нормального состояния, и таких приемов просмотра объекта, как некроз, суховершинность, хлороз, разрушение крон деревьев.
Цель исследования: выявить влияние антропогенного воздействия на окружающую среду города Нефтекамска.
При изучении данного вопроса ставились следующие задачи:
1.Изучить соответствующую литературу.
2.Изучить экологическую структуру и окружающую природную среду г. Нефтекамска.
3.Выявить источники загрязнения, используя биоиндикацию, как метод экологического мониторинга.
Актуальность: данными полученными этой методикой можно пользоваться в других исследованиях , связанных с изучением состояния загрязнения воздуха.
1.Обзор литературы.
Сосна обыкновенная(Pinus Sylvestris)
Дерево высотой 25—40 м и диаметром ствола 0,5—1,2 м. Самые высокие деревья (до 45—50 м) растут на южном побережье Балтийского моря[1]. Ствол прямой. Крона высоко поднятая, конусовидная, а затем округлая, широкая, с горизонтально расположенными в мутовках ветвями. Изгиб ствола может возникнуть при повреждении побега бабочкой  HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D0%B3%D0%BE%D0%B2%D1%8C%D1%8E%D0%BD_%D0%B7%D0%B8%D0%BC%D1%83%D1%8E%D1%89%D0%B8%D0%B9" \o "Побеговьюн зимующий" побеговьюна зимующего[2] из семейства листовёрток (Tortricidae) .
Кора в нижней части ствола толстая, чешуйчатая, серо-коричневая, с глубокими трещинами. Чешуйки коры образуют пластины неправильной формы. В верхней части ствола и на ветвях кора тонкая, в виде хлопьев (шелушится), оранжево-красная.
Ветвление  HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%83%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%BA%D0%B0" \o "Мутовка" одномутовчатое. Побеги вначале зелёные, затем к концу первого лета становятся серо-светло-коричневыми.
Почки яйцевидно-конусообразные, оранжево-коричневые, покрыты белой смолой чаще тонким, реже более толстым слоем.
Хвоинки расположены по две в пучке, (2,5-) 4—6 (-9) см длиной, 1,5—2 мм толщиной, серо- либо сизовато-зелёные, как правило, слегка изогнутые, края мелкозубчатые, живут 2—6 (-9) лет (в Средней России 2—3 года[3]). Верхняя сторона хвоинок выпуклая, нижняя желобчатая, плотная, с хорошо заметными голубовато-белыми устьичными линиями. У молодых деревьев хвоинки длиннее (5—9 см), у старых короче (2,5—5). Влагалище листа плёнчатое, серое, 5—8 мм, с возрастом медленно разъедается до 3—4 мм.
Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обуславливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики». Информативными по загрязнению являются морфологические и анатомические изменения, а также продолжительность жизни хвои.
Поскольку хвоинки живут в норме 4 года, то четырехлетние побеги должны быть покрыты хвоинками. При загрязнении продолжительность жизни хвои сокращается вплоть до одного года, соответственно большая часть ветвей оголена, а хвоинки остаются лишь на концах ветвей. Некрозы и продолжительность жизни хвои позволяет оценить степень загрязнения среды.
Проявляется в нарушениях структуры функций всей системы и ее отдельных компонентов. Эти нарушения можно заметить по ряду признаков, которые видны при внимательном взгляде на природный объект. Самыми общими признаками нарушения состояния лесной экосистемы являются: проявление сухостоя и ослабленных деревьев; уменьшение (заметное) размеров хвои и листвы последнего года жизни по сравнению с прошлыми годами; замедление прироста деревьев по высоте и диаметру; появление хлорозов и некрозов хвои и листвы, сокращение срока жизни хвои.
Очень часто при неблагоприятных условиях внешней среды у растений возникает некроз.
НЕКРОЗ-омертвление участка тканей растений, чаще всего это отмирание листьев под влиянием загрязняющих веществ. Положение на растении и цвет некроза иногда позволяют сделать заключение о степени и виде воздействия.Принято различать:а) краевой некроз-отмирание ткани по краям листа;б) средний некроз – отмирание листовой ткани между жилками;в)точечный некроз – омертвление ткани листа в виде точек и небольших пятен, рассыпанных по всей поверхности листа.
СУХОВЕРШИННОСТЬ- характерное повреждение хвойных высокими концентрациями газов и в первую очередь –двуокиси серы (сернистого газа).
ДИСТАЛЬНЫЙ НЕКРОЗ-прекращение роста хвои и веток под воздействием двуокиси азота, аммиака, этилена и озона.
ХЛОРОЗ – раннее старение хвои под воздействием фторидов, тяжелых металлов и кислотных осадков.
ДЕФОЛИАЦИЯ – РАЗРУШЕНИЕ КРОН ДЕРЕВЬЕВ.
Длительное загрязнение атмосферного воздуха на обширных пространствах сопровождается повреждение лесных крупных массивов, которое принято называть «гибелью лесов» в результате их осветления или «дефолиации»- изреживания кроны вследствие частичной или полной потери хвои, как правило, в зеленом состоянии. Признаки повреждения у каждого вида деревьев проявляется по-своему.
2.Материал и методика исследований.
Для своих исследований я использовал методику из методических пособии « Оценка жизненного состояния леса по сосне» А.С.Боголюбов, Ю.А.Буйволов, М.В.Кравченко «Экосистема», 1999, «Нравственно- экологическое воспитание школьников» Л.С.Литвинова, О.Е.Жиренко.
Представляемая методика изучения, мониторинга и оценки жизненного состояния леса базируется на методе биоиндикации. Суть подхода заключается в том, что по различным признакам исследуемого вида живого организма (в данном случае - сосны) мы судим о состоянии окружающей среды (общем жизненном состоянии леса).
Работа по выполнению данного задания включает три этапа:
1) Выбор площадок и отбор деревьев для проведения измерений.
2) Оценка состояния хвои.
3) Оценка и интерпретация данных, представление результатов исследования.
2.1. Выбор площадок и отбор деревьев для проведения измерений.
- Исследования велись в сосновом лесу г. Нефтекамска в районе «Тропы здоровья».
Географическое положение:
Площадка для изучения жизненного состояния деревьев должна находится в достаточно обширном массиве леса, площадью не менее 1 га (участок 100 на 100 м). Площадка должна располагаться в глубине лесного массива и не граничить с опушками, лесными дорогами или тропинками. Желательно, чтобы площадка была удалена от этих объектов не менее, чем на 25 метров.
- Второй участок в сосновом лесу, возле ул.Юбилейной.
- Третий участок в лесопарковой зоне ул.Парковая.
- И четвёртый у магистральной дороги Нефтекамск-Уфа.
2.2. Биоиндикация и биомониторинг.
Поскольку оценка качества почвы, воды и воздуха приобретает в настоящее время жизненно важное значение, необходимо определять как реально существующую, так и возможную в будущем степень нарушения окружающей среды. Для этой цели используют два принципиально разных подхода: физико-химический и биологический. Биологический подход развивается в рамках направления, которое получило название биоиндикации и биомониторинга.
Особенности современного состояния биоиндикации.
В настоящее время состояние биоиндикации характеризуется следующими важнейшими особенностями:
признание важности использования биоиндикаторов на всех уровнях организации живого;
предпочтение интегрированных показателей состояния биологических систем;
рост шкал исследования из-за понимания, что локальная угроза может стать региональной и биосферной;
понимание необходимости распознавать ранние симптомы нарушения, пока расходы на восстановление не стали слишком велики.
Биомониторинг является составной частью экологического мониторинга- слежения за состоянием окружающей среды по физическим, химическим и биологическим показателям. В задачи биомониторинга входит регулярно проводимая оценка качества окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых объектов.
Биоиндикация – это оценка состояния среды с помощью живых объектов. Живые объекты (или системы) это клетки, организмы, популяции, сообщества. С их помощью может проводиться оценка как абиотических факторов (температура, влажность, кислотность, соленость и т.д.), так и биотических (благополучие организмов, их популяций и сообществ).
Биоиндикаторы – это биологические объекты (от клеток и биологических макромолекул до экосистем и биосферы), используемые для оценки состояния среды. Когда хотят подчеркнуть то, что биоиндикаторы могут принадлежать к разным уровням организации живого, употребляют термин «биоиндикаторные системы».
Среди отслеживаемых показателей видное место заняли биологические индикаторы: эпифитные лишайники, напочвенная растительность, кустарниковая и древесная растительность, биомасса деревьев, химический состав хвойных игл, микроэлементы в хвое и т. д.
Критерии выбора биоиндекатора:
быстрый ответ;
надежность (ошибка менее 20%);
простота;
мониторинговые возможности (постоянно присутствующий в природе объект).
Во всех случаях, когда речь идет о контроле, без которого биоиндикация в принципе невозможна, встает вопрос, что считать нормой для того или иного биоиндикатора? В одних случаях ответ будет простой. Например, появление на листьях растений некротических пятен любой формы и размера – всегда индикатор загрязнения среды, поскольку в норме их быть не должно.
2.3. Биоиндикация атмосферного загрязнения по сосне.
В настоящее время «эталоном биодиагностики» антропогенного загрязнения атмосферы является сосна.
Оценка состояния хвои сосны обыкновенной.
Данная исследовательская работа начата 22 октября 2015года
окончена 3 декабря 2015года
Оборудование: пакеты для хвоинок,линейка,метр,лупа.
Работа проводилась на территории города Нефтекамска.
При изучении природных ресурсов использовалась информация, полученная от преподавателя биологии и географии, а также собственные исследования.
Состояние атмосферы определялось с помощью биоиндикатора – сосна обыкновенная.
Наблюдения проводились над хвоей сосен 30-40 летнего возраста. Возраст определял по следующей методике: измерил окружность сосны в сантиметрах на высоте примерно полутора метров от земли. Умножил получившуюся цифру на коэффициент 0,7. (Приложение №5).
Также возраст сосны можно определить при помощи специального бура. Им просверливают ствол до самой его сердцевины, а затем бур вынимают. Внутри него остаётся древесный столбик с полным набором годовых колец.(Приложение №8).
Полученный показатель и будет количеством лет, в течение которых росла сосна.
Роль атмосферы в природных процессах очень важна. Чистый воздух необходим для жизни человека, других животных и для растений. Последнее время очень многие говорят о загрязнении воздуха, ведь это отражается, прежде всего, на нашем здоровье. Но как исследовать состояние воздуха?
Загрязнение окружающей среды является острой экологической проблемой. Воздействие токсинов приводит к значительному ухудшению состояния, и даже гибели лесов на обширных территориях. Поэтому актуальной задачей является поиск объективных и достаточно простых в исполнении методов ранней диагностики техногенного загрязнения природной среды.
Выбор представителей семейства сосновых в качестве объекта исследований обусловлен их широкой распространенностью, хозяйственной значимостью и возможностью круглогодичного использования.
Представленная работа основана на биоиндикационных исследованиях загрязнения атмосферы с помощью хвойных деревьев.
Предварительные пояснения:
Основными морфологическими признаками ослабления деревьев, вызванного воздействием токсических газов, считается уменьшение прироста по диаметру;
сокращение линейного прироста центрального побега; отмирание, как главного, так и боковых побегов; снижение массы хвои, их преждевременное пожелтение и опадание.
Допускается наличие 10% хвои с некротическими точками микроскопических размеров и светло- зелеными пятнами, равномерно рассеянными по всей поверхности хвоинок.
Допускается наличие хлорозов и некрозов, если площадь их не превышает 5% поверхности хвоинок.
Поврежденность хвои более старшего возраста (6 лет и более) может быть выше, но общая площадь повреждения не должна превышать 5%.
В зоне повреждения атмосферными загрязнениями обнаруживается до 35% повреждения хвои двухлетнего возраста. По мере приближения к источнику загрязнения резко ухудшается состояния хвои и снижается продолжительность ее жизни. При высокой степени загрязненности воздуха наблюдается до 10% повреждения хвои в кроне деревьев, а площадь повреждения хвоинок достигает 50%. Кроме хлоротических пятен и некротических точек микроскопического размера на молодой хвое появляются сравнительно большие некрозы (2-5мм). Часто обнаруживаются некрозы кончиков хвои (8-10мм), которые приобретают ярко окрашенные тона от серо-зеленого и серого до коричневого и красно-бурого.
В зоне высокого загрязнения атмосферы сначала отмирает верхняя часть кроны, а общее снижение массы хвои в сравнении с контрольной площадкой может достигать 50-60%.
Подсчет результатов.
Провел визуальный анализ хвои (наличие хлорозов и некрозов , оценил длину и площадь повреждения в % от целой хвоинки. Все показатели сравнивал с аналогичными на контрольном дереве, данные занес в таблицы.
В ненарушенных загрязнением воздуха участках основная масса хвоя выглядит здоровой без следов повреждения.
Оценка состояния растительности
Для оценки состояния растительности на определенной территории я выбрал пробные участки с растущими на них соснами, а также контрольный участок. Такое количество пробных площадок необходимо для того, чтобы уменьшить ошибку, усреднить показатели общего состояния хвои на деревьях.
Ход работы:
Исследования проводились мной на территории нашего города Нефтекамска.
В исследовательской части моей творческой работы, предусматривалось методом биоиндикации определить степень загрязненности воздуха в изучаемой зеленой зоне.
1.Подготовил пакеты для сбора хвои, далее пронумеровал их.
2.Выбрал 4 участка проведения работы:
I участок – ул. Юбилейная ,Лесопосадка(Приложение №4);
II участок – Сосновый бор,тропа здоровья(Приложение №7);
III участок – Лесопарковая зона , ул. Парковая;
IV участок – Сосновая посадка при въезде в город Нефтекамск, вдоль магистральной дороги Нефтекамск-Уфа(Приложение №9,10).
3.Длина окружности деревьев должна составлять 67-89см.
4.Определение состояния хвои сосны(Приложение №2,3);
Согласно методике проанализировал хвою и определил состояние и степень повреждения, по наличию хлоротических пятен, некротических точек, некрозов(Приложение №2);
5.Провёл визуальную оценку хвои.
6.Занёс результаты исследования в таблицу(Приложение № 1);
3.Результаты собственных исследований.
На основе полученных результатов исследования можно сделать следующее заключение:
1.Участок №4 оказался с более повреждённой хвоей.
2. Участок №2 оказался с самой здоровой хвоей.
3. На участке №4 оказались хвоя 4б класса (приложение №1).
4. В целом состояние насаждений сосны нормальное.
5. Наиболее отличное состояние хвои сосны на участке №3 (приложение №1).
Вывод:
1. Изучив соответствующую литературу я узнал, что самыми общими признаками нарушения состояния лесной экосистемы являются: проявление сухостоя и ослабленных деревьев; уменьшение (заметное) размеров хвои последнего года жизни по сравнению с прошлыми годами; замедление прироста деревьев по высоте и диаметру; появление хлорозов и некрозов хвои и листвы, сокращение срока жизни хвои.
2. Состояние зеленой зоны населенного пункта в целом –хорошее.
3. В городе воздух относительно чистый. Но за пределами, вдоль автотрассы ниже среднего.
4. Я выявил прямую зависимость состояния хвои от расстояния и напряжённости городского трафика.
Приложение №1
Состояние хвои Участок №1 (2-5м от дороги) Участок №2(100-150м от дороги)
Кол-во хвоинок % от общего кол-ва Кол-во хвоинок % от общего кол-ва
Повреждения 12
150
38
― 6
75
19
0 102
64
34
― 51
32
7
0
1 класс
2 класс
3 класс
4 класс Усыхание 162
25
13
― 81
13
6
0 162
28
10
― 83
14
3
0
1 класс
2 класс
3 класс
4 класс № участка Участок №3 (лесопарковая зона) Участок №4 (50м от магистрали)
Кол-во хвоинок % от общего кол-ва Кол-во хвоинок % от общего кол-ва
Повреждения 148
24
―
― 74
26
0
0 10
141
49
―
5
70
25
0
1 класс
2 класс
3 класс
4 класс Усыхание 185
15
―
― 93
7
0
0 152
32
7
9 76
16
3
5
1 класс
2 класс
3 класс
4 класс Приложение №2

Приложение№3

Приложение №4

Приложение №5

Приложение № 6

Приложение № 7

Приложение № 8

Приложение № 9

Приложение № 9

Литература.
1.А.С.Боголюбов, Ю.А.Буйволов, М.В.Кравченко « Оценка жизненного состояния леса по сосне» «Экосистема», 1999.
2. Блинова К. Ф. и др. Ботанико-фармакогностический словарь : Справ. пособие / Под ред. К. Ф. Блиновой, Г. П. Яковлева. — М.: Высш. шк., 1990. 
3. Губанов, И. А. и др. 45. Pinus sylvestris L. — Сосна обыкновенная // Иллюстрированный определитель растений Средней России. В 3 т. — М.: Т-во науч. изд. КМК, Ин-т технолог. иссл., 2002. — Т. 1. Папоротники, хвощи, плауны, голосеменные, покрытосеменные (однодольные). — С. 120. — ISBN 8-87317-091-6.
4. Губанов И. А. и др. Дикорастущие полезные растения СССР / Отв. ред. Т. А. Работнов. — М.: Мысль, 1976. — С. 43. — (Справочники-определители географа и путешественника).
5. Лантратова А. С. Деревья и кустарники Карелии: Определитель. — Петрозаводск: Карелия. 1991. — С. 74. 
6.Л.С.Литвинова, О.Е.Жиренко «Нравственно- экологическое воспитание школьников»- М.:5 за знания, 2005.
7. Т. Г. Чиковани, Н. В. Вронский, Г. Н. Гигаури, Г. К. Ичуаидзе.  HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%90%D1%85%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%BA&action=edit&redlink=1" \o "Ахметский заповедник (страница отсутствует)" Ахметский заповедник // Заповедники Кавказа / Под общ. ред. В. Е. Соколова, Е. Е. Сыроечковского. — М.: Мысль, 1990. — С. 204.