Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию вегетативных и генеративных органов сосны обыкновенной

Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию
вегетативных и генеративных органов сосны обыкновенной
(исследовательская работа)









Выполнила:
Харитонова Дарья Андреевна

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №24 р. п. Юрты
6 класс

Адрес: 665076 Иркутская область
Тайшетский район
р. п. Юрты
у

Руководитель: Астахова Лариса Николаевна
учитель биологии МКОУ СОШ №24 р. п. Юрты














р. п. Юрты, 2014


Содержание.
1. Введение 3
2. Обоснование выбора темы...3
3. Проведение исследования
3.1. Состояние вегетативных органов сосны обыкновенной на выбранных участках5
Интенсивность годовых приростов побегов...7
Состояние генеративных органов сосны обыкновенной на выбранных участках....7
Выводы по работе9
Рекомендации..9
Список литературы10








































Введение.
Глобальное загрязнение атмосферы, воздуха сказывается на состоянии
природных экосистем, собственно на зелёном покрове нашей планеты. Одним из самых наглядных показателей состояния биосферы служат леса, их самочувствие.
Деревья, произрастающие вдоль автотрасс подвержены вредным влияниям автотранспорта. Большой вред наносит пыль (распыляемый в воздухе асфальт и бетон дорог, резина покрышек автомобилей) и сажа сильно ослабляют газообмен, процессы дыхания и ассимиляции, вызывает угнетение растений и ослабления их роста.
Около дороги выкидывают мусор из проезжающих машин, проникающий постепенно в землю долго разлагающейся твердый мусор препятствует росту корневой системы. Счищаемый с дороги снег вместе с солью, которой посыпают дороги, попадает прямо под корни деревьев, нанося тем самым огромный вред их корням и около земной части ствола.
Тяжёлые – грузовые да, пожалуй, и легковые машины вызывают тряску почвы, а, следовательно, и её уплотнение. Уплотнение же почвы сопровождается ухудшением её структуры, уменьшением влажности на 30-60%. В таких почвах резко уменьшается количество полезных микроорганизмов. В результате замедляются процессы перевода питательных веществ в питательное для растений состояние. На уплотнённых почвах ослабляется также интенсивность дыхания корней. Уплотнение почвы уменьшает её
водопроницаемость, воздухопроницаемость и воздухообмен; коэффициент водопроницаемости почвы на уплотненных участках более чем в семь раз ниже,
чем в неуплотнённых. На уплотненных почвах увеличивается глубина промерзания.
Хвойные деревья менее устойчивы к уплотнению почвы. Ухудшение водно- воздушного режима почв (уменьшение количества влаги и кислорода ) и нарушение минерального питания деревьев, вызывающие резкое ослабление их роста, возникают при уплотнении верхнего почвенного слоя, причём в первую очередь от уплотнения почв страдает ель, затем сосна и берёза.
Но все эти факторы, какими злыми они бы не казались, мало сопоставимы с
влиянием продуктов работы двигателя. Автомобилями выбрасывается в атмосферу более 280 веществ и соединений, отработавшие газы которых поступают в приземный слой атмосферы и содержат оксид углерода (наиболее характерный для бензиновых двигателей), оксиды азота, различные углеводороды (включая бензапирен), альдегиды, диоксид серы и сажу. Автомобиль загрязняет атмосферный воздух не только токсичными компонентами отработанных газов, парами топлива, но и продуктами износа шин, тормозных накладок. Загрязняющие вещества оседают как в непосредственной близости от дороги, так и на значительном расстоянии от нее и загрязняют придорожную почву, поверхностные воды и растительность. В водоемы и почву попадают топливо и масло, моющие средства и грязная вода после мойки. В атмосферный воздух постоянно поступают пары топлива из баков, которые более заметны в летний период в местах массовых стоянок автомобилей.
Наибольшее количество вредных (загрязняющих) веществ выбрасывается в воздух при запуске и прогреве двигателя, а также на режимах холостого хода, набора скорости и торможения.
Обоснование выбора темы.
Тема моей работы – «Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию вегетативных и генеративных органов сосны обыкновенной».
Я считаю эту тему актуальной на сегодняшний день, так как уже стало очевидным то, что активная деятельность человека наносит природным экосистемам непоправимый вред.
Растения очень четко реагируют на состояние природной среды. Листья являются самыми чувствительными к действию атмосферных загрязнителей, как в прочем и многих других факторов. Такая чувствительность объясняется тем, что большинство важных физиологических процессов осуществляется в листе, который служит как бы центром пластичности организма.
Несмотря на возрастающую озабоченность, состоянием воздушной среды и усилением мер контроля, выброс газообразных загрязнителей не уменьшается, что приводит к повреждению растений и их гибели.
Одна из причин - увеличение количества автотранспорта. Автомобиль загрязняет атмосферный воздух не только токсичными компонентами отработанных газов, парами топлива, но и продуктами износа шин, тормозных накладок. Наибольшее количество вредных веществ выбрасывается в воздух при запуске и прогреве двигателя, а также на режимах холостого хода, набора скорости и торможения.
Воздушное загрязнение наносит большой вред лесному хозяйству и вызывает устойчивые сдвиги в природных экосистемах. Исследование влияния загрязнения воздуха на растительность может послужить важной основой для разработки профилактических мероприятий на основе контроля загрязнения воздуха.
Оценка качества почвы, воды и воздуха приобретает в настоящее время очень большое значение. Для того чтобы определить существующую и возможную в будущем степень нарушения окружающей среды используют два принципиально разных подхода: физико-химический и биологический. Биологический подход - биоиндикация.
Биоиндикация – это оценка состояния среды с помощью живых объектов. С их помощью может проводиться оценка абиотических и биотических факторов.
С точки зрения охраны природы, важнее получить ответ на вопрос, к каким последствиям приведет та или иная концентрация загрязнителя в среде. Эту задачу и решает биоиндикация, позволяя оценить биологические последствия антропогенного изменения среды.
Актуальность биоиндикации обусловлена также скоростью, простотой и дешевизной определения качества среды.
Биоиндикаторы – это биологические объекты, используемые для оценки состояния среды.
Фитоиндикация – использование растений для оценки качества среды. Поскольку наибольший эффект дает использование растительных сообществ, то это направление получило специальное название – индикационная геоботаника.
В качестве биоиндикатора я выбрала сосну обыкновенную, так как хвойные растения: ель, сосна, лиственница, пихта наиболее чувствительны к загрязнению воздуха. Так же они удобны тем, что могут служить биоиндикаторами круглогодично.



Целью моей работы: выявить степень антропогенного загрязнения по состоянию генеративных и вегетативных органов сосны обыкновенной.

Для решения цели, задачи следующие:
Определить участок для исследования.
Произвести визуальный анализ хвои, определить ее длину, выявить степень повреждения хвои.
Определить размер и диаметр шишек сосны, подсчитать число семян в шишках на исследуемых территориях.
Сравнить полученные результаты.

Предмет исследования: хвойный лес.
Объект исследования: сосна обыкновенная.
Методы исследования:
Эмпирические: изучение и анализ литературы.
Теоретические: метод сравнения, анализа, обобщения, систематизации
Исследовательские: проведение эксперимента.

Проведение исследования.
Состояние вегетативных органов сосны обыкновенной на выбранных участках.

На территории близ автострады М-53 на участке Ново-Николаевка - Юрты – Конторка, я выбрала три площадки, на каждой из которых выделила 4 участка: участок вблизи автострады, на расстоянии от автострады 10 м, 20м, 30 м. Затем на каждом участке, с 5 опытных деревьев собрала побеги и шишки. С побегов собрала хвою 2-3 года жизни, сделала визуальный анализ, анализ проводила в тот же день в домашних условиях. Для исследования собирала по 100 парных хвоинок.
Классы повреждения и усыхания хвои определяла по схеме:
Поврежденная:

1а – хвоинки без пятен;
2а – с небольшим числом мелких пятнышек;
3а – с большим числом черных (некротичных) и желтых (хлоротичных) пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину хвоинки.
Усыхание:

1б – нет сухих участков;
2б – усыхание кончика на 2-5 мм;
3б – усыхание третьей части хвоинки;
4б – вся хвоинка желтая или более половины ее длины сухая.

Полученные результаты внесла в таблицу: Повреждение и усыхание хвои сосны обыкновенной в разных участках

Состояние хвои
Участок 1
(вблизи автострады)
Участок 2
(на расстоянии 10м)
Участок 3
(на расстоянии 20м)
Участок 4
(на расстоянии 30м)


Количество хвоинок
% от общего количества
Количество хвоинок
% от общего количества
Количество хвоинок
% от общего количества
Количество хвоинок
% от общего количества

Обследовано хвоинок
100
100%
100
100
100
100
100
100

Повреждения хвои









Класс 1 (хвоинки без пятен)
33
33%
40
40%
56
56%
70
70%

Класс 2 (с небольшим числом мелких пятнышек)
47
47%
45
45%
35
35%
26
26%

Класс 3 (с большим числом черных и желтых пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину хвоинки)
20
20%
15
15%
9
9%
4
4%

Усыхания хвои









Класс 1 (нет сухих участков)
12
12%
18
18%
36
36%
55
55%

Класс 2 (усыхание кончика на 2-5 мм)
74
74%
72
72%
58
58%
42
42%

Класс 3 (усыхание третьей части хвоинки)
11
11%
8
8%
5
5%
3
3%

Класс 4 (вся хвоинка желтая или более половины ее длины сухая)
3
3%
2
2%
1
1%
0
0%


Морфологические характеристики хвои:


Характеристики
Участок 1
(вблизи автострады)
Участок 2
(на расстоянии 10м)
Участок 3
(на расстоянии 20м)
Участок 4
(на расстоянии 30м)

Цвет
желто-зеленый
желто-зеленый
светло-желтый
темно-зеленый

Длина
3,5 – 4,5
3,7 – 5,2
4,2 – 5,8
4,5 – 6,5

Расстояние между мутовками листьев
7мм - 8 мм
7мм - 8 мм
6мм – 7 мм
5мм – 6 мм


Вывод:
1) наиболее повреждения имеет хвоя вблизи автострады, по мере удаления вглубь леса повреждения хвои становятся менее заметными;
2) вблизи автострады хвоя светло – зеленого цвета, короткая, расположена редко, по мере удаления изменяется цвет длина, густота хвои.
Пожелтение хвои является признаком «голодания», химические вещества, которые осаждаются на деревьях, проникают в почву, наносят вред деревьям как непосредственно, так и косвенно, выщелачивая из почвы и хвои необходимые для их роста биогены: магний, калий, кальций. Когда деревья ослаблены загрязнением, они становятся чувствительны к естественным стрессам типа насекомых-вредителей, болезней,
колебаний климата (засух, заморозков, и т.п.), которым способны были противостоять до этого.
Интенсивность годовых приростов побегов
Для того чтобы определить интенсивность годовых приростов побегов, на каждом из 5 деревьев выбранных участков я измеряла длину прироста каждого года на пяти побегах с хвоей, начиная с последнего года, двигаясь по междоузлиям от года к году. При этом измеряла не только длину, но и толщину побегов, а так же определяла ветвление побегов путём подсчёта веточек в местах междоузлий. Средние значения по длине прироста, толщине побегов и ветвлении занесла в таблицу.

Показатели
(среднее значение)

Участок 1
(вблизи автострады)
Участок 2
(на расстоянии 10м)
Участок 3
(на расстоянии 20м)
Участок 4
(на расстоянии 30м)

Длина годового
прироста, мм
6,5
7
8,3
9,1

Толщина побега, мм
4,7
5
5,2
5,8

Ветвление
2
2
3
3


Выводы:
Исходя из полученных данных о длине и толщине видно, что показатели, характеризующие состояние ели, зависят от условий произрастания растений. На участке вблизи автострады годовые приросты побегов короче и толщина побегов меньше чем в глубине леса. Чем дальше от источника загрязнения, тем чище воздух, тем длиннее и толще побеги, более развитые мутовки. Это говорит о том, что наиболее загрязненным участком является участок непосредственно вблизи дороги.

Состояние генеративных органов сосны обыкновенной на выбранных участках.
С трех площадок собрала шишки. С каждого из участков - по 20 шишек с 5 деревьев 30 –40 летнего возраста. Общее количество шишек с участка – 100. Линейные размеры шишек определяли сантиметровой линейкой (длину и диаметр шишки). Далее подсчитали среднюю величину. После промеров шишки вскрывали, осматривали семена (их состояние), подсчитывали их количество.
Измерив мерной лентой шишки сосны растущей вблизи дороги мы получили следующие результаты: размеры колеблются от 3,5 см до 5 см, а диаметр от 2 см до 3,5 см . Результаты по измерению шишек растущих на отдаленной территории от дороги следующее: длина колеблется от 4,6 см до 5,7 см, а диаметр от 4,2 см до 4,8 см.

Сравнение обследуемых шишек по размеру и диаметру. В таблице приведены средние значения признаков.

Показатели
Участок 1
(вблизи автострады)
Участок 2
(на расстоянии 10м)
Участок 3
(на расстоянии 20м)
Участок 4
(на расстоянии 30м)

Средняя длина шишки
5,3 см
5,34 см
5,5 см
5,6 см

Средний диаметр шишки
3,2 см
3,25 см
4,2 см
4,6 см


Вывод: исходя из таблицы, можно проследить следующее, что длина и диаметр шишки сосны обыкновенной, которая произрастает на территории отдаленной от трассы, больше, чем шишки сосны, которая произрастает вблизи трассы.
Визуальный осмотр вскрытых шишек собранных с территории вблизи автодороги показал, что многие шишки испорченные или в них мало семян, и семена с многочисленными дефектами: недоразвитые, сморщенные, малых размеров, отсутствие крылатки. А в шишках сосен растущих в глубине соснового насаждения больше целых и развитых семян.
Результаты исследования по количеству семян представлены в таблице: Сравнение обследуемых шишек по количеству семян.

Показатели
(Количество семян)
Участок 1
(вблизи автострады)
Участок 2
(на расстоянии 10м)
Участок 3
(на расстоянии 20м)
Участок 4
(на расстоянии 30м)


Количество шишек (шт)
Количество шишек (шт)
Количество шишек (шт)
Количество шишек (шт)

1
13
12
10
9

2
10
8
7
7

3
10
7
4
0

4
9
8
6
5

5
7
6
6
7

6
5
6
9
12

7
4
5
6
6

8
0
2
5
7

9
3
4
6
7

10
3
5
9
11

11
0
1
2
4

12
2
2
4
5

13

1
2
4

14

2
2
2

15

1
2
2

16

1
1
1

Пустые
34 шт.
29
19
11


Вывод:
Анализируя полученные данные можно проследить следующую закономерность: у деревьев, растущих вблизи дороги, число шишек, не имеющих семян, значительно выше, чем у растений, растущих в глубине леса. Химические вещества, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей, делают пыльцу голосеменных растений стерильной, это приводит к тому, что семена в шишках не образуются. Возможно, что и в глубине соснового насаждения воздух недостаточно чист из-за чрезмерного количества автомобилей, проезжающих по трассе.

Выводы по работе.
Анализируя результаты работы, становится очевидным, наиболее загрязнен участок вблизи автострады, так как состояние деревьев-индикаторов на нем намного хуже, чем на участках в глубине леса.
Так же можно сделать вывод о том, что сосну обыкновенную можно использовать в качестве биоиндикатора состояния воздуха, потому что она относится к породам наиболее чувствительным к загрязнению воздуха.
Наиболее губительно действуют на хвойные следующие загрязняющие компоненты: пыль, дымовые газы, автомобильные газы, содержащие окиси углерода и азота, различные углеводороды, сернистый газ.
Атмосферные загрязнения оказывают опасное угнетающее действие на вегетативные и, особенно, генеративные органы сосны.
К загрязнению воздуха наиболее чувствительны хвоя сосны и пыльца, которая под воздействием угнетающих факторов становится стерильной и образование семян не происходит. Шишки – видоизмененные побеги, в которых происходит образование и развитие семян, имеют небольшие размеры и диаметр. Семена в таких шишках мелкие, количество их – малое, некоторые недоразвитые, некоторые не имеют крыловидных выростов.

Рекомендации
В современных условиях увеличение количества автотранспорта – необратимый процесс. В последние годы во всех промышленно развитых странах реализуются государственные программы разработки нового поколения двигателей внутреннего сгорания, с более жесткими экологическими требованиями, в том числе и в России.
Но в условиях быстрого роста автомобильного парка, большая часть которого – подержанные автомобили, это приводит к возрастанию негативного воздействия на окружающую среду продуктов работы двигателя автомобиля.
Для уменьшения загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами необходим постоянный технический контроль состояния автомобилей. Низкий уровень технического обслуживания, отсутствие контроля приводят к расстройству узлов и систем автомобиля, а выбросы вредных веществ в атмосферный воздух возрастают. В результате усилия автомобильной промышленности по совершенствованию двигателей для обеспечения требований экологических стандартов зачастую сводятся практически на нет. Поэтому я считаю, что необходимо не только совершенствовать конструкцию автомобиля с точки зрения ограничения токсичности, но и повышать уровень технического обслуживания и совершенствовать контроль за техническим состоянием автомобилей.


























Список литературы
Алексеев С. В. И другие. Практикум по экологии. – М: АО МДС, 1996.
Гелетон А. Жизнь зеленого растения. – М., 1985
Дорохина Л. Н. и другие. Руководство к лабораторным занятиям по ботанике с основами экологии. - М.: Просвещение, 1986.
Кудряшов Л. В. И другие. Ботаника с основами экологии. – М., 1979.
Культиасов И. М. Экология растений. – МГУ, 1982.
Родионова А. С., Барчикова М. В. Ботаника. – Л.: ВО Агропромиздат, 1990.
Серебряков И. Г. Экологическая морфология растений. – М., 1979.
Лесная энциклопедия: В 2-х т./Гл. ред. Воробьев Г.И.; Ред. кол.: Анучин Н.А., Атрохин В.Г., Виноградов В.Н. и др. - М.: Сов. энциклопедия, 1985.-563 с., ил.









13PAGE \* MERGEFORMAT141015




Picture 415