Исследовательская работа Биоиндикация воздуха по состоянию сосны обыкновенной

Отдел по управлению образованием
администрации Свободненского района
Амурской области
Муниципальное Общеобразовательное Учреждение
«Новгородская СОШ им. В.Н. Лесина»




Биоиндикация
загрязнения
воздуха
по состоянию
сосны обыкновенной



Выполнил ученик 8 класса
Гуцулюк Руслан Альбертович

Руководитель Мащенок
Татьяна Ивановна
учитель географии и биологии
1 категории


Новгородка 2015 г

Оглавление
1.13 TOC \o "1-3" \h \z \u 1413 LINK \l "_Toc276019214" 14Введение. 13 PAGEREF _Toc276019214 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc276019215" 141.1 Актуальность темы 13 PAGEREF _Toc276019215 \h 1431515
1.2 Цель

13 LINK \l "_Toc276019217" 141.3. Задачи 13 PAGEREF _Toc276019217 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc276019218" 141.4. Расположение школы в микрорайоне 13 PAGEREF _Toc276019218 \h 1441515
1.5.13 LINK \l "_Toc276019219" 14Обзор источников информации 13 PAGEREF _Toc276019219 \h 1451515
2. Основная часть
13 LINK \l "_Toc276019220" 142.1. Источники загрязнения и состав воздуха 13 PAGEREF _Toc276019220 \h 1461515
13 LINK \l "_Toc276019221" 142.2.Отношение видов и родов растений к загрязнению воздуха 13 PAGEREF _Toc276019221 \h 1461515
2.3. Биологические особенности сосны обыкновенной
3. Методы и методика
13 LINK \l "_Toc276019224" 143.1. Методы 13 PAGEREF _Toc276019224 \h 1491515
13 LINK \l "_Toc276019225" 143.2. Объект исследования 13 PAGEREF _Toc276019225 \h 1491515
13 LINK \l "_Toc276019226" 143.3. Предмет исследования 13 PAGEREF _Toc276019226 \h 1491515
13 LINK \l "_Toc276019227" 143.5. Описание методики исследования. 13 PAGEREF _Toc276019227 \h 14101515
13 LINK \l "_Toc276019228" 144. Результаты 13 PAGEREF _Toc276019228 \h 14111515
13 LINK \l "_Toc276019229" 144.1. Определение состояния хвои 13 PAGEREF _Toc276019229 \h 14111515
13 LINK \l "_Toc276019230" 144.2. Определение состояния генеративных органов (шишек). 13 PAGEREF _Toc276019230 \h 14121515
13 LINK \l "_Toc276019231" 144.3.Определение загрязнённости воздуха по состоянию прироста 13 PAGEREF _Toc276019231 \h 14141515
13 LINK \l "_Toc276019232" 14деревьев последних лет. 13 PAGEREF _Toc276019232 \h 14141515
13 LINK \l "_Toc276019233" 145. Выводы 13 PAGEREF _Toc276019233 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc276019234" 146. Рекомендации 13 PAGEREF _Toc276019234 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc276019235" 147. Список литературы 13 PAGEREF _Toc276019235 \h 14161515
15


1..Введение.
Актуальность темы

Зелёные зоны городов и населённых пунктов относятся к охраняемым территориям. Наше село расположено в пойме реки Зея, на открытой местности, лесные массивы из сосны обыкновенной, берёзы карельской и берёзы плосколистной находятся западнее села, в направлении заимки.
Поэтому насаждения школьного двора, которым уже исполнилось 20 лет, рассматриваются, прежде всего, с точки зрения улучшения среды жизни человека в гигиеническом и эстетическом отношениях, поскольку растения обогащают воздух кислородом, увлажняют и очищают его, способствуют снижению шума, влияют на микроклимат территории.
Учащиеся кружка «Приамурье моё», членом которого являюсь и я, проделали большую работу по изучению школьного двора, его экологии. Определена степень рекреационной нагрузки на пойму реки Зея в районе села Новгородка. Были заслушаны выступления на научно-практических конференциях школьного и районного уровня. В ходе работы была затронута тема о растениях-индикаторах, которая показалась очень интересной.
Известно, что основные экологические факторы в населённых пунктах, существенно отличаются от тех, которые влияют на растения в естественной обстановке. Загрязнение воздуха, воды, почвы оказывает влияние на физиологические функции растений, их внешний облик, состояние, продолжительность жизни, генеративную сферу.
Так вещества-токсиканты, которые накапливаются в клетках растений, нарушают обмен веществ, в результате которого резко снижается фотосинтез, усиливается дыхание. Обычно признаки поражения растений токсикантами выражаются в повреждении и отмирании края листа, побурении листьев и хвои, появлении уродств, отмирании. Пыль, оседающая на листья, действует как экран, снижая доступ света и усиливающий поглощение тепловой радиации.
Среди растений есть виды особенно чувствительные к загрязнению среды. Таким является сосна обыкновенная, произрастающая на территории школьного двора, в лесных массивах заимки, села М. Сазанка, используется данный вид в озеленении г. Свободного.

Поэтому решили остановиться на теме:

«Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию сосны
обыкновенной»
1.2.Поставили перед собой цель: определить степень загрязнённости
воздуха по состоянию сосны обыкновенной

1.3. Задачи:
1.Познакомиться с растениями-биоиндикаторами.
2. Определить состояние хвои и годичный прирост деревьев сосны
обыкновенной.
3. Измерить размеры шишек.
4. Определить степень загрязнённости воздуха по комплексу признаков у
сосны обыкновенной, установить источники загрязнения.

1.4. Расположение школы в микрорайоне

На состояние здоровья человека оказывает влияние микросреда, в которой он живёт. Это город, село, дом, в том числе и школа.
Новгородская школа была построена в 1988 году, в центре села Новгородка, в микрорайоне многоэтажных домов. У центрального входа проходит главная дорога, с тыльной стороны примыкает зерновой двор хозяйства. Рядом расположено дошкольное учреждение, интернат, клуб.
По отношению к господствующим ветрам здание школы построено правильно, так как зимой преобладают северо-западные ветры, большинство классных комнат выходит на юго-восток.
Не совсем удачно школа расположена по отношению к частным хозяйственным постройкам-сараям. Видимо площадь под застройку была ограничена, сараи уже существовали, как часть строительства многоквартирных домов Позднее построены гаражи. Администрация школы распорядилась о насаждении сосны со стороны частных построек. Таким образом, проблема была частично решена. Село расположено на открытом пространстве, окружённом полями с одной стороны, рекой с другой стороны. Лесные массивы не характерный признак нашей местности. Сосна обыкновенная преобладает в посадке.

1.5. Обзор источников информации

Очень важным фактором в проведении любой исследовательской работы, является наличие методик исследования. Поэтому мы обратились к изданию

Ашихминой Т.Я. «Школьный экологический мониторинг» изд. «Агар» 2000г., где на стр. 91 указаны биологические методы мониторинга воздушной среды, стр.92 дана методика биоиндикации загрязнения воздуха по состоянию сосны, стр.95 определение загрязнённости воздуха по состоянию прироста деревьев.

Алексеев В.А. «300 вопросов и ответов по экологии» изд. «Академия развития» Ярославль 1998 г. стр. 191 «по следам деятельности взрослых», основные источники загрязнения атмосферы.

Боднарук М.М. »Биология», дополнительные материалы к урокам и внеклассным мероприятиям по биологии и экологии 10-11 класс изд. «Учитель» Волгоград 2008 г.стр.134 «Мониторинг зелёных насаждений населённого пункта», где даны рекомендации для проведения исследовательских работ, методика исследования загрязнения воздуха по состоянию сосны, определение загрязнённости атмосферы по состоянию прироста деревьев последних лет стр.143.

Зорина Т.Г. «Школьникам о лесе» изд. «Лесная промышленность» Москва 1987г.стр. 43 «План описания хвойных пород по хвое»

Петров В.В. «Растительный мир нашей Родины» Москва «Просвещение» 1991г. стр. 32 описание сосны обыкновенной.









2.1. Источники загрязнения и состав воздуха.

Сильнейшее антропогенное воздействие на растительность оказывают загрязняющие вещества в окружающем воздухе, такие как диоксид серы, оксид азота, углеводороды. Среди них наиболее типичным является диоксид серы, образующийся при сгорании серосодержащего топлива (работа котельной, отопительных печей населения, а так же транспорта, особенно дизельного).
Помимо выбросов химических веществ, серьёзными загрязнителями атмосферы являются выбросы водяного пара, шум, электромагнитное излучение, тепловое загрязнение (Ашихмина Т.Я. стр.90-91)
Основные составные части воздуха подразделяют на три группы: постоянные, переменные и случайные. К первой группе относится кислород-21%, азот-78% и благородные газы-1%. Ко второй группе относится диоксид углерода-0,02-0,04% и водяной пар. К третьей группе относятся случайные компоненты, определённые местными условиями. Так, вблизи металлургических заводов воздух часто содержит диоксид серы, примеси тяжёлых металлов. В местах, где происходит распад органических остатков-аммиак и другие газообразные вещества. (Ашихмина Т.Я. стр.89.)


2.2.Отношение видов и родов растений к загрязнению воздуха

Наиболее газоустойчивы: туя западная, клён ясенелистный, бузина, тополь серебристый, сирень амурская, боярышник.
Достаточно газоустойчивы: барбарис, жимолость, спирея, смородина, яблоня, калина, берёза плосколистная.
Негазоустойчивы: ель, пихта, кедр, можжевельник, берёза, черёмуха обыкновенная. (Боднарук М.М. стр.135)
Устойчивость растений к диоксиду серы различна. Даже незначительное наличие диоксида серы в воздухе хорошо диагностируется лишайниками-сначала исчезают кустистые, потом листоватые и накипные.
Из высших растений повышенную чувствительность к диоксиду серы имеют хвойные (кедр, сосна, ель). Устойчивы к загрязнению бересклет, клён. (Ашихмина Т.Я. стр.91)
Чувствительность различных деревьев и кустарников к диоксиду серы (по Курберу и Дитману)
Очень чувствительные - ель, сосна.
Чувствительные - липа, малина.
Средняя устойчивость – сирень
Менее устойчивые – бузина, тис
Очень устойчивые – бересклет, тополь.



Для ряда растений установлены границы их жизнедеятельности и предельно допустимые концентрации диоксида серы в воздухе. Величины ПДК (мг/куб. м): для тимофеевки луговой, сирени обыкновенной-0,2; барбариса-0,5; смородины-1,0; клёна-2,0.
Чувствительны к содержанию в воздухе других загрязнителей (хлороводорода, фтороводорода) такие растения, как пшеница, кукуруза, пихта, ель, земляника, берёза.
Стойкими к содержанию фтороводорода в воздухе является хлопчатник, одуванчик, картофель, табак, томаты. А к хлороводороду - крестоцветные, тыквенные, гераниевые. (Ашихмина Т.Я. стр.92).
Считается, что для условий средней 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. Информацию по загрязнению несут внешние и анатомические изменения, а так же продолжительность жизни хвои. При постоянном загрязнении лесов диоксидом серы наблюдаются повреждения и опадение хвои сосны. В зоне техногенного загрязнения отмечается снижение массы хвои на 30-60% в сравнении с контрольными участками.










2.3.Биологические особенности сосны обыкновенной.

(Pinus silvestris). Сосна одно из самых распространенных деревьев в нашей стране. Оно растёт от Белого до Чёрного моря, от западных границ до восточных. Неприхотлива к почве. Сосну можно встретить на сухих песках и на моховых болотах, на голых меловых склонах и на гранитных скалах. Но зато в отношении света сосна очень требовательна. Она совершенно не выносит затенения.
Длинные узкие хвоинки располагаются на ветвях парами спирально; форма полуцилиндрическая или полукруглая, на конце острая, по краям мелкопильчатая, жёсткая, сильно скрученная; цвет_тёмно-зелёный с верхней выпуклой стороны, а с нижней желобчатой более светлая; с нижней стороны расположены сближенные устьица. (Зорина Т.Г. стр.43)
После отмирания хвоинки так же остаются соединёнными и опадают вместе. Живут они не более 2-3 лет.
Каждую весну у сосны распускаются почки и появляются молодые побеги. У основания побегов можно заметить плотные светло-жёлтые гроздья мужских шишечек. Эти шишечки невелики-каждая меньше косточки вишни. В них созревает пыльца, которая высыпается в виде жёлтого порошка и разносится ветром. Отдельная пылинка очень мала и чрезвычайно легка. Это маленький шарик с мешковидными выростами по бокам, заполненный воздухом. Сосна производит огромное количество пыльцы, но лишь ничтожный её процент попадает на женские шишечки и производит опыление. Вся остальная масса пыльцы погибает, разносимая ветром.
Женские шишечки можно найти весной на концах молодых побегов. Они имеют вид крохотных зёрнышек размером с булавочную головку. После опыления шишечка крупинка проходит долгий путь развития, прежде чем станет зрелой деревянистой шишкой. На это уходит почти два года. К осени первого года шишечка вырастает до размера горошины. Основной её рост происходит на втором году. Она становится крупной, зелёной, а под конец коричневой. К зиме в ней полностью созревают семена.
Рассеивание семян происходит весной. Выпав из шишки и оказавшись в воздухе, семя, снабжённое небольшим плёнчатым крылышком, начинает очень быстро вращаться. Это имеет определённый биологический смысл. Крутящееся семя опускается очень медленно, и ветер может отнести его достаточно далеко.
(Петров В.В. стр32-34)
3.Методы и методика


В незагрязнённых лесных массивах основная часть хвои сосны здорова, не имеет повреждений, и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зелёные пятна и некротические точки небольших размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. В загрязнённой атмосфере появляются повреждения, снижается продолжительность жизни хвои, угнетается генеративная функция, снижается годичный прирост древостоя.

3.1. Методы:
-наблюдение (контрольные точки)
-измерение
-сравнение
-анализ

3.2. Объект исследования:
Сосна обыкновенная
3.3. Предмет:
Состав воздуха
3.4. Оборудование: световой микроскоп, препаровальные иглы,
предметные стёкла, циркуль, линейка.












3.5. Описание методов исследования.

Определение состояния хвои

С нескольких боковых побегов в средней части кроны 5-10 деревьев сосны одного возраста отбирают 200-300 пар хвоинок второго и третьего года жизни.
В лаборатории вся хвоя делится на три части
-неповреждённая хвоя
-хвоя с пятнами
-хвоя с признаками усыхания.
Подсчитывается количество хвоинок в каждой группе. Данные заносятся в рабочую таблицу с указанием даты отбора проб на каждом ключевом участке. Обработанные данные вносятся в таблицу.


Определение состояния генеративных органов (Обследование шишек)

Под действием загрязнителей происходит подавление репродуктивной функции сосны. Число шишек на дереве снижается, уменьшается число нормально развитых семян, заметно уменьшаются размеры женских шишек.
Для проведения исследования в осеннее или зимнее время на ключевом участке отбирают шишки и определяют их линейные размеры. Подсчитывают средний размер шишек для ключевого участка. Учитывается длина и диаметр.

Определение загрязнения атмосферы по состоянию прироста деревьев последних лет

Биоиндикатором может служить ежегодный прирост деревьев по высоте, который на загрязнённых участках может быть % на 50 ниже. В сентябре визуально осматривается древостой. На дереве измеряется длина центрального побега между двумя верхними мутовками (т.е. прирост последнего года) и определяется средняя величина прироста



4. Результаты

4.1. Определение состояния хвои

Для определения загрязнённости воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной были взяты пробные площадки искусственного насаждения школьного двора, парковой зоны г. Свободного, а так же сосна в естественных условиях с. М.Сазанка:
Новгородка. Школьный дендрарий. Тыльная сторона к зерновому двору.
Новгородка. Школьный дендрарий. Частные постройки-сараи.
Малая Сазанка. Въезд в село. Грунтовая дорога.
Малая Сазанка. Сопка.
г. Свободный. Ул. Ленина.
Размеры пробных площадок-10 квадратных метров
В нашей школе обучаются ребята из села М. Сазанка, в г. Свободном учатся наши выпускники. Нам было интересно сравнить результаты.

№ площадки
Всего хвоинок
Населенный
пункт
Зелёные хвоинки (колво,%)
Больные с точками (кол-во, %)
Сухие хвоинки (кол-во, %)

№1.

Всего хвоинок-589 шт.
Новгородка.
Зерновой
Двор.
450 шт.
76%
-
139 шт.
24%

№2.
Всего хвоинок-646 шт.


Всего хвоинок-674 шт.

Новгородка.
Сараи.
Проба1.Сентябрь


Проба2.Октябрь



304 шт.
47%

286 шт.
42%


22 шт.
3,4%

32 шт.
4,6%


320 шт.
49,5%

356 шт.
52,4%

№3
Всего хвоинок-663 шт.

М. Сазанка.
Дорога.
578 шт.
87,3%
31 шт.
4,6%
54 шт.
8,14%

№4
Всего хвоинок-506 шт.

М. Сазанка. Сопка.
476 шт.
94%
24 шт.
4,74%
6 шт.
1,18%

№5
Всего хвоинок-583 шт.
Г. Свободный. Ул. Ленина
299 шт.
52%
29 шт.
4,97%
255 шт.
43%





Анализируя таблицу, мы получили интересные данные:
Самым чистым районом оказались М. Сазанские сопки. Это не вызывает сомнения, т.к. 94% здоровой зелёной хвои содержалось в пробе. Рядом нет никаких промышленных предприятий, крупных котельных.
На втором месте контрольная точка также в селе М Сазанка-87,3% здоровой хвои.
На третьем месте школьный двор, пробная площадка №1. 76% здоровой хвои.
На четвёртое место поднялись данные г. Свободного-52% здоровой хвои. Показатель низкий. Пробы были взяты в центре города, рядом с автострадой и котельной.
Неожиданным был результат нашего школьного двора на пробной площадке №2 со стороны сараев. Всего 47% здоровой хвои. Показатель ниже городского.
Мы решили повторить пробы в октябре и получили результат ещё ниже-42 %. Думаем этот факт объяснить близким соседством гаражей., домов с печным отоплением.

По данным таблицы построили диаграмму (см. презентацию)

Решили на этом исследования не прекращать.



4.2. Определение состояния генеративных органов (шишек).

Исследуя шишки, мы определили среднюю длину. По данным построили таблицу ( см. презентацию), из которой видно, что самые маленькие размеры шишек на пробных площадках г. Свободного и с. Новгородка со стороны частных построек
Исследовав состав семян в контрольных точках (по 10 шт. шишек), выяснили, что количество полноценных семян выше указанных площадкахзначительно меньше. (См. презентацию)



Статистическая обработка размеров шишек

М.Сазанка.
Сопка
М. Сазанка
Дорога
Новгородка
Зерновой двор
Новгородка
Сараи
Г.Свободный

4,2
4,8
4,5
4,9
4,0
4,1
3,9
4,2
4,6
4,8
4,9
5,0
4,6
4,6
4,2
4,8
4,6
4,9
4,1
4,2
4,5
5,0
4,6
4,8
4,7
4,1
3,8
3,9
4,0
4,2

5,0
4,8
4,7
5,1
4,9
4,0
4,3
4,1
4,3
4,5
4,8
4,9
4,4
4,1
4,3
4,0
4,6
4,6
4,2
4,5
4,1
4,2
4,7
3,9
4,0
3,8
4,1
3,9
3,7
4,1

4,0
5,0
3,4
3,8
4,0
3,3
3,4
4,1
4,5
3,8
4,2
3,2
3,8
3,9
2,3
4,5
3,0
2,4
3,5
3,2
2,9
3,4
3,5
3,6
5,0
4,0
4,6
4,4
4,2
4,2
4,5
4,0
2,8
3,6
3,3
5,0
3,2
3,5
3,0
3,5
3,2
3,6
3,7
3,6
3,5
3,1
3,7
3,9
3,0
2,9
2,8
2,7
2,5
2,8
3,2
2,5
4,0
3,9
2,6
2,5

3,9
3,2
3,6
4,1
3,9
3,1
3,8
2,9
4,0
2,8
2,5
3,1
3,6
3,2
3,5
4,0
4,1
4,0
3,9
2,6
3,6
3,8
3,5
3,2
2,8
3,1
3,7
3,2
3,0
4,0

Средняя
длина
4,43


4,35


3,76


3,33


3,45


4.3.Определение загрязнённости воздуха по состоянию годичного прироста деревьев последних лет.

При визуальном осмотре древостоя, заметно, что годовой прирост деревьев в варианте 2 меньше. Расстояние между мутовками последнего прироста значительно короче. (См. презентацию)

Таким образом, изучив литературу о растениях-биоиндикаторах, биологические особенности сосны обыкновенной, используя методику Т.Я. Ашихминой «Определение состояния хвои, генеративных органов, годичного прироста мутовок сосны обыкновенной», мы пришли к выводу, что самый грязный воздух в г. Свободном. Это объяснимо, т.к. имеется мощная котельная 59 квартала, продукты сжигания топлива оседают на прилегающей территории. Ситуация усугубляется автомобильным транспортом. Интересно, что результаты пробной площадки №2 школьного двора получились хуже результатов пробной площадки г. Свободного. Пробы хвои брались дважды (в сентябре и октябре). Усыхание хвои более 50%. Всё это свидетельствует о высокой степени загрязнённости воздуха. Статистическая обработка шишек показала, что размеры женских шишек на пробной площадке №2 с. Новгородка меньше.
Считаем, что основные источники загрязнения - местная котельная, дома с печным отоплением, близкое соседство с гаражами, а это работа транспорта (особенно дизельного).







5.Выводы:


Из всех растений, произрастающих на территории школьного двора, повышенную чувствительность на загрязнение воздуха имеет сосна обыкновенная.
Угнетённые растения сосны обыкновенной произрастают в промышленной зоне г. Свободного, на территории школьного двора с. Новгородка со стороны частных построек. Наблюдается снижение зелёной массы хвои на 50%, уменьшение годичного прироста деревьев.
Имеются нарушения в развитии генеративных органов сосны обыкновенной на пробных площадках г. Свободного и с. Новгородка (пробная площадка №2).
Высокая степень загрязнённости воздуха в г. Свободном, с. Новгородка
(пробная площадка №2). Основные источники загрязнения: котельная,
дома с печным отоплением, автотранспорт.


6. Рекомендации:

В нашем случае конкретные меры - это дополнительное озеленение породами устойчивыми к загрязнению воздуха. Можно использовать тополь серебристый, сирень амурскую, берёзу плосколистную.

Осенью членами кружка «Приамурье моё» были заготовлены саженцы тополя серебристого, образованные от корневой поросли деревьев, растущих в школьном дендрарии. Была произведена дополнительная посадка саженцев со стороны частных построек.
Учитывая расположение села не в лесной зоне, кружковцы высадили саженцы на берегу залива, именно сюда в сторону залива преобладающие северо-западные ветры зимой уносят дым и копоть от действующей в селе котельной. (См. презентацию)





7. Список литературы

Ашихмина Т.Я. «Школьный экологический мониторинг» изд. «Агар» Москва 2000г.

Алексеев В.А. «300 вопросов и ответов по экологии» изд. «Академия развития» Ярославль 1998 г.

Бондарук М.М. «Мониторинг зелёных насаждений населённого пункта» изд. «Учитель» Волгоград 2008 г.

Зорина Т.Т. «Школьникам о лесе» изд. «Лесная промышленность»
Москва 1987 г.

Петров В.В. «Растительный мир нашей Родины» изд. «Просвещение» Москва 1991г.













13PAGE 15


13PAGE 14215




Version 6.83Заголовок 115