Биоиндикация как метод экологического мониторинга

Влияние факторов среды на физиологические процессы растения

Процесс определения природы и особенностей появления болезненного состояния живого организма называется диагностикой. Описание симптомов – особенно важный элемент и средства диагностики. Появление симптомов – результат действия физических или биологических агентов, вызывающих стресс.

Поражение листьев начинается с проникновением загрязняющего вещества в лист и последующего его воздействия на различные клеточные процессы, в том числе и ростовые.

Результаты влияния антропогенных факторов среды на состояние растений отражены в таблице (Приложение 1, таб. 1).

Я думаю, что загазованность является одним из наиболее значимых факторов влияния. Как известно, автомобильный транспорт – самый массовый быстро развивающийся вид транспорта в городах. Исследования подтверждают, что автомобильный транспорт является одним из главных источников загрязнения воздуха, составляя 60-80 % всех выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. В выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания содержится: углекислый газ, углерод, углеводород, оксид углерода, оксид азота, сажа, тяжёлые металлы (свинец, кадмий) и др.

Торговая зона микрорайона находится в центре автомобильного движения, поэтому она была выбрана мной для сравнения с парковой частью города.

Биоиндикация как метод экологического мониторинга

Биоиндикация- обнаружение и определение экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. В настоящее время можно считать общепринятым, что основным индикатором устойчивого развития в конечном итоге является качество среды обитания.

Биоиндикаторы – организмы, присутствие, количество или особенности, развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Любой фактор, если он выходит за пределы «зоны комфорта» для данного организма, является стрессовым. В этом случае организм реагирует ответной реакцией различной интенсивности и длительности. Именно ответную реакцию определяют методы биоиндикации. Многолетний опыт учёных разных стран по контролю состояния окружающей среды показал преимущества, которыми обладают живые индикаторы: исключают необходимость регистрации химических и физических параметров, характеризующих состояние окружающей среды; фиксируют скорость происходящих изменений; вскрывают тенденции развития природной среды; указывают пути и места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений и ядов.

Лихеноиндикация - один из методов биоиндикации. Впервые лихеноиндикационный метод анализа чистоты воздуха был применён в Люксембурге и Стокгольме (1926г.). Последующие многочисленные исследования показали очень высокую надёжность лихеноиндикации в выявлении зон с повышенным содержанием в воздухе вредных газообразных веществ антропогенного и естественного происхождения. В основе этого метода лежит изучение состава лишайников на исследуемом объекте. Специфический признак лишайников – симбиоз двух разных организмов – гетеротрофного гриба (микобионт) и автотрофной водоросли (фикобионт). По внешнему строению лишайники делятся на три основные группы: накипные, листоватые, кустистые (Приложение 2, фото 1,2,3). Кроме того, лихенологи разделяют все виды лишайников на четыре группы в зависимости от типа предпочитаемого ими субстрата: эпифитные (на коре деревьев и кустарников), эпиксильные (на обнажённой древесине без коры), эпигейные (на почве), эпилитные (на камнях). Из всех групп лишайников наиболее чувствительны эпифитные, растущие на коре деревьев.

В качестве биоиндикаторов я выбрала как объекты исследования – лишайники эпифитные, растущие на коре деревьев, а так же древесные растения: береза повислая, тополь черный. Эти растения более чувствительны, они ассимилируют вещества и подвержены прямому воздействию одновременно из двух сред: почвы и воздуха. В связи с тем, что они ведут прикреплённый образ жизни, состояние их организма отражает состояние конкретного локального места обитания.

1.3. Оценка загрязнения воздуха при помощи лишайников-индикаторов

Цель: Определить степень загрязнения воздуха с помощью лишайников-индикаторов на исследуемой территории.

Методика:
1. Возьмите кусочки слоевищ разных лишайников вместе с кусочками коры, измерьте их длину, определите вид.
2. Оцените количество разных видов лишайников в пределах взятой вами территории, используя шкалу:
а) много в) очень мало
б) мало г) совсем отсутствуют

3.Оценка загрязнения воздуха с помощью лишайников-индикаторов (Приложение 2, таблица 1)

4.Сделайте вывод.

Ход работы:

1. Аккуратно взяла небольшие размером от 3 до 7 см. кусочки слоевищ лишайников для изучения и определения с помощью атласа-определителя.

Определила - это ксантория настенная и пармелия бороздчатая (Приложение 3, фото 1, 2, 3).

2. Количество лишайников связано с состоянием деревьев. У сильно растущих деревьев кора обновляется быстро и лишайники не успевают закрепиться. Деревья на исследуемой территории старые, растут плохо, поэтому создаются предпосылки для роста лишайников, если условия среды не препятствуют. Степень покрытия лишайниками в парке некоторых деревьях достигает визуально 50-75% (Приложение 3, фото 4).

3.Частота встречаемости лишайников на территории городского парка:

4. Частота встречаемости лишайников на территории торговой зоны.

Вывод: лишайники являются индикаторами в определении степени загрязнения воздуха. Наличие большого числа только листоватых и накипных лишайников в парке свидетельствует о том, что степень загрязнения слабая, а в торговой зоне количество лишайников незначительное - степень загрязнения воздуха определяется как более сильная по сравнению с парковой, значит большой транспортный поток, выбрасывающий определенную порцию выхлопных газов в воздух оказывает свое влияние на загрязнение воздуха.

1.4. Биоиндикация загрязнения городской экосистемы по листьям древесных растений

1.4.1 Методика определения площади листовой пластины древесных растений в загрязненной и чистой зонах города

Существует несколько способов измерения площади листьев. По методике М.С.Миллера – это весовой метод, при помощи светочувствительной бумаги, подсчета квадратиков на миллиметровой бумаге, планиметрический. Модификацией данного метода является разработка Л.В.Дорогань, где предварительно для древесной породы определяется переводной коэффициент, а затем, путем измерения длины и ширины производят массовые вычисления площади листьев. Это значительно ускоряет работу.

Ход работы:

Оборудование, материалы: писчая бумага, ножницы, линейка, весы аптекарские, с разновесами, листья древесных растений с простой и небольшой листовой пластинкой, в данном случае березы и тополя.

Во время исследований (их разумнее проводить в сентябре, после завершения интенсивного роста листьев, т. к в это время в листьях скапливается наибольшее количество вредных веществ) срезают нужное количество листьев с деревьев, растущих в разных условиях, затем складывают в пакеты и используют для исследования

Установление переводного коэффициента основано на сравнении массы квадрата бумаги с массой листа, имеющего такую же длину и ширину. Для этого берут бумагу (лучше в клеточку), очерчивают квадрат, равный длине и ширине, а затем аккуратно обрисовывают его контур. Вычисляют площадь квадрата бумаги, вырезают и взвешивают его, затем вырезают контур листа и так же взвешивают. Рис. 1 Определение массы квадрата и листа

Из полученных данных вычисляют переводной коэффициент по формулам 1 и 2.

Где:

K – Переводной коэффициент

S – Площадь листа (л), или квадрата бумаги (кв).

P – Масса квадрата бумаги, или листа

Вычисление коэффициента производится на основании средних факторов (6- 7 листьев). Рис. 2 Измерение длины и ширины листа.

Затем измеряют длину (А) и ширину (В) и умножают на переводной коэффициент (К) (формула 3):

Получаем ряд значений изменчивости площади листьев для каждого дерева в разных экологических условиях. Для каждого дерева вычисляют среднеарифметические величины, сравнивают между собой. При сборе материала для биоиндикационных исследований следует учитывать следующие правила: в качестве модельного объекта выбирается обычные, широко распространенные виды, в данном случае Береза бородавчатая, или повислая (Betula pendula Roth.)и Тополь черный (Populus nigra L.). Для анализа используют только средневозрастные растения. Листья берутся из нижней части кроны, на уровне поднятой руки, с максимального количества доступных веток (стараясь задействовать ветки разных направлений, условно - на север, юг, запад, восток). Листья берутся примерно одного, среднего для данного вида размера.

1.4.2Описание выполнения исследования.

20 сентября 2013 года согласно выбранной методике я собрала:

20 образцов листьев Березы Бородавчатой и 20 образцов листьев Тополя черного в торговой зоне центрального района, с деревьев, находящихся на обочине дороги, а также по 20 образцов листьев Березы бородавчатой и Тополя черного в парковой зоне города (Приложение 4, фото 1,2).

Для определения массы тетрадного листа и листьев использовали методику Дорогань, визуально представленную на рисунках 1 и 2.

Измерение переводного коэффициента произвела по формулам 1, 2. Вычисление коэффициента произвела на основании средних факторов (6- 7 листьев). Таким же расчетом он устанавливается отдельно для каждого вида растений (Приложение 5, таблица 1 фото1, 2. Приложение 6 таблица 1).

Площадь листовой пластинки определила, используя формулу 3. Данные занесла в таблицу (Приложение 7, таблицы 1,2, фото 1).

По полученным данным построила вариационные ряды (Приложение 8, фото 1, 2) и вариационные кривые изменчивости площади листовой пластинки, изучаемых объектов (Приложение 8, график 1).

Сравнив полученные результаты, сделала соответствующие выводы и составила рекомендации по улучшению условий обитания растений в городской среде.

Результаты.

В ходе выполнения исследования, используя вышеназванную методику, определила значение переводного коэффициента для измерения площади листовой пластинки: для березы он равен 0,54, для тополя – 0,94.

Анализируя графики видно, что в парковой зоне средняя величина листьев у:

Тополя – 36,55

Березы – 34,54

А соответствующие параметры листьев этих растений в торговой зоне у:

Тополя – 28,77

Березы – 25,85

Рост площади листьев в загрязненных районах отстает от роста площади листьев в более чистых зонах. В среднем отставание в росте колеблется около 6 сантиметров для листьев тополя, и 8 сантиметров для березовых листьях.

Перспективы исследования: я решила продолжить свои исследования, используя методы биоиндикации. Далее планирую определить зависимость степени покрытия лишайниками стволов деревьев от чистоты окружающей среды.

II. Заключение

Проделанная работа помогла осмыслить состояние экологии на территории парка «40 лет ВЛКСМ» и торговой части микрорайона как антропогенной среды в городской зоне.

В ходе проведенного экологического исследования я: определила, что торговая зона микрорайона являются более загрязненной, чем парковая часть города – это результат большого транспортного движения; убедилась, что с помощью растений – индикаторов можно безболезненно для окружающей среды узнать состояние своей местности. По мере удаления от торгового центра состояние атмосферы улучшается, что подтверждено методами биоиндикации, т. е. моя гипотеза подтвердилась.

Практическая значимость моей работы заключается в том, что полученные данные можно использовать в качестве дополнительной информации на уроках биологии и экологии, в качестве материала для агитаций.

Рекомендации:

Я предлагаю свои рекомендации, как сохранить чистый воздух в торговой зоне. Эта проблема актуальна ещё и потому, что рядом находятся две большие общеобразовательные школы и детские сады:

Ø необходимо сделать дополнительную парковку для автомобилей в более удаленном месте; объявить данную зону пешеходной улицей;

Ø при озеленении городов, промышленных центров, необходимо подбирать газоустойчивые породы древесных растений, такие как тополь, береза и др.;

Ø ввести в практику регулярный полив и опрыскивание зеленых насаждений, что приведет к снижению накоплению вредных веществ в растительном организме, впоследствии чего они беспрепятственно будут выполнять свои биосферные функции.

Литература

1. А. М. Владимиров. Охрана окружающей среды. Беларусь, 2010. – 168с.

2. Б.М. Миркин. Экология России: учебник из Федерального комплекта для 9 – 11- х классов общеобразовательной школы/ Б. М. Миркин, Л. Г. Наумова. – 2-е изд., перераб. и доп – М.: АО МДС, 1996. – 272 с.: ил.

3. В.Г. Новиков, И.А. Губанов. Определитель высших растений средней полосы европейской части СССР. М.,: Просвещение, 1981.

4. В.В. Петров. Лес и его жизнь. М.: Просвещение, 1986.

5. Н.М.Чернова, В.М.Галушин, В.М.Константинов. Учебник по экологии 10-11 класс Дрофа, 2007.

Интернет-сайты.

1.net.eurekanet.ru/yellow/info/728.html

2.http://portfolio.1september.ru/work.

Приложение 1

Таблица 1

Влияние антропогенных факторов на жизнедеятельность растений

Приложение 2

Фото1. Листоватый лишайник

Фото2. Кустистый ишайник

Фото3. Накипной лишайник

Оценка загрязнения воздуха с помощью лишайников-индикаторов

Таблица 1

Приложение 3

Фото 1.Исследование лишайников Фото2.Определение вида

в парковой зоне

Фото 3. Пармелия бороздчатая

Фото 4. Степень покрытия стебля лишайниками

Приложение 4

Фото1. Сбор листьев в торговой зоне

Фото 2. Сбор листьев в парке «40 лет ВЛКСМ».

Приложение 5

Вычисление переводного коэффициента для

Березы бородавчатой (Betula pendula)

Таблица 1

Фото 1. Вычисление массы листа Фото 2. Вычисление площади

Приложение 6

Вычисление переводного коэффициента

для Тополя черного(Populus nigra L.).

Таблица 1

Приложение 7

Площадь листовых пластинок березы и тополя

Таблица 1

Площадь листовых пластинок березы и тополя

Таблица 2

Фото 1. Измерение ширины листа.

Приложение 8

Расчет для построения вариационной кривой

Таблица 6

Приложение 9

Фото 13 Построение вариационных рядов

Фото 14. Вариационные ряды

Вариационные кривые изменчивости листьев

График 1