Муниципальное автономное образовательное учреждение « Белоярская средняя общеобразовательная школа №2»

Муниципальное автономное образовательное учреждение
« Белоярская средняя общеобразовательная школа №2»
Биоиндикация загрязнения воздуха по комплексу признаков
сосны обыкновенной( мониторинг окружающей среды)
Автор: Пахомова Ольга Анатольевна
11 класс р.п. Белый Яр ,
Верхнекетский район, Томская область
Руководитель: Мокина Надежда Михайловна,
учитель химии
2012г.
7
1
Оглавление :
стр.
Введение
1.Цель и задачи
2.Актуальность
3.Методика исследования
4.Исследования по проекту
4.1.Методы исследования состояние хвои
4.2. Исследование хвои сосны по
4.3.Исследование хвои сосны возле котельной
4.4. Исследование хвои сосны по центральным улицам поселка
5. Исследование продолжительности жизни хвои сосны обыкновенной
6.Определение состояния побегов у деревьев
7. Исследование кроны деревьев
8. Состояние генеративных органов сосны обыкновенной
9. Выводы по работе
10. Литература
11. Приложение
2
-3
- 4-6
-7-8
-9-12
-13
-13 -14
-15
-16
-17
-18
-19
Введение
Цель работы:
выявить влияние атмосферного загрязнения на морфологические признаки и
состояние генеративных органов сосны обыкновенной.
Задачи:
1. Определить участки проведения работы, на основе контрастных признаков по
уровню атмосферного загрязнения.
2. Определить состояние хвои.
3.Сделать вывод о состоянии хвои в разных участках районного центра .
4.Провести визуальную оценку побегов сосны.
5.Сделать заключение о связи загрязнения воздуха и продолжительности жизни
хвои.
6. Сформулировать вывод о зависимости показателей, характеризующих состояние
побегов сосны, от условий произрастания растений.
7. Определить состояние кроны древостоев и сделать вывод о состоянии кроны
древостоев на участках, различающихся по загрязнению воздуха.
Места проведения работы : центральная часть райцентра, окрестности поселения
- ул. Чкалова, ул. Гагарина, возле котельной.
Материалы и оборудование: линейка, лупа, миллиметровая бумага, фотоаппарат.
Методы работы: исследование хвои сосны обыкновенной, экскурсии, мониторинг.
Актуальность темы
Существует два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и
антропогенный.
Естественный источник - это вулканы, лесные пожары, пыльные бури,
выветривание, процессы разложения растений и животных.
Источником антропогенного загрязнения атмосферы различными веществами
являются теплоэнергетика, нефтегазопереработка, промышленность, транспорт.
Различные негативные изменения атмосферы Земли связаны главным образом с
изменением концентрации второстепенных компонентов атмосферного воздуха:
диоксидов углерода, метана, оксида азота, озона и фреонов.
Я решила выяснить, насколько атмосфера нашего райцентра загрязнена различными
веществами. Для этого были проведены исследования хвои сосны обыкновенной с
помощью метода биоиндикация по состоянию хвои сосны.
Ещё в глубокой древности человек заметил и оценил способность растений чутко
реагировать на изменения состояния окружающей среды. По реакции растений
предсказывали погоду и урожай, определяли плодородие почв, а позже находили залежи
полезных ископаемых. Как оказалось, многие растения очень тонко реагируют и на
загрязнения атмосферного воздуха. Наиболее чуткими индикаторами загрязнения
воздуха являются лишайники и мхи. Это связано, прежде всего, с особенностями их
биологии. Лишайники растут большей частью в условиях хорошего освещения на
разнообразных субстратах - на деревьях, выходах горных пород, почве, на листьях
вечнозелёных растений, а также на коже, костях, бумаге, тканях, стекле, железе и др. при
длительной неподвижности субстрата. За немногими исключениями, лишайники очень
чувствительны к загрязнению воздуха, например дымом, сернистым газом.
Я провела исследовательскую работу, в которой выяснила особенности строения и
жизнедеятельности сосны обыкновенной и состояние деревьев в центре и зеленой в
зоне ул. Чкалова, основу которого составляют сосновые деревья. Так же я обратила
внимание на состояние хвоинок сосны.
3
Выводы:
В результате исследования хвоинок сосны я обнаружила небольшое количество хвоинок сосны с повреждениями (некрозами): на одних хвоинках
обнаружила жёлтые пятна с небольшим числом чёрных пятен (2-ой класс
повреждения); на некоторых хвоинках некроз занимает половину хвоинки. Также
я обнаружила часть хвоинок, которые соответствовали 3—4 классам усыхания
хвои. По результатам исследования состояния воздушной среды я выяснила, что
в данных зонах средняя степень загрязнения атмосферного воздуха, хотя мне
попадались хвоинки 3—4 класса усыхания (3 класс повреждения хвоинок сосны),
что указывает на очень загрязненный воздух, но этих повреждений было
незначительном количестве.
Мои предложения при формировании зелёных насаждений в районном центре:
высаживать наиболее устойчивые к загрязнения воздуха растения: акацию,
боярышник;
• устойчивых к токсичным газам: ель колючая, можжевельник обыкновенный,
пихта и сосна обыкновенные, лиственницу обыкновенную;
• С помощью некоторых растений можно уменьшить содержание аэрозольных
частиц в воздухе с помощью хороших пылеуловителей: калина, рябина,
боярышник.Всё это позволит создать здоровую обстановку для человека в населенном
пункте. Как писал в книге «Жизнь растения» К.А. Тимирязев, «...растения - посредник
между небом и землёй. Оно истинный Прометей, похитивший огонь с неба.
Похищенный им луч Солнца приводит в движение и чудовищный маховик гигантской
паровой машины, и кисть художника, и перо поэта». Судьба зелёных растений - это
судьба человечества.
Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) – одна из самых распространённых
хвойных пород севера и средней полосы России. Растения очень неприхотливы и
могут произрастать как на сухих песках, так и на болотах , где избыточная
влажность. У сосны хвоинки вырастают попарно на очень коротком побеге и
сохраняются 2-4 года, позже заменяясь новыми. Хвоя длиной 3-5 см, по2 в пучке.
Игловидная хвоя, благодаря малой площади листовой поверхности, сильно
утолщённой кожице и небольшому количеству устьиц, очень слабо испаряет влагу.
Поэтому сосна может расти, как это ни странно, и на бедных песчаных почвах, и на
увлажнённых, даже на болотах. В лесу сосны имеют высокий (до 35 м)
колоннообразный ствол и небольшую пирамидальную крону при диаметре ствола
до 1 м. Продолжительность жизни сосны обыкновенной в среднем 150-200 лет,
некоторые экземпляры доживают до 400 лет. Являясь зеленым фильтром, сосна
поглощает из воздуха оксиды азота и серы, но при этом страдает хвоя. Хвойные
растения очень чувствительны к соединениям серы, азота они вызывают опадение
хвои и образование некрозов, в зависимости от содержания в воздухе этих
соединений.
Сосна обыкновенная – древесная порода высокой фитонцидной
активности. Насаждения сосны выделяются среди остальных лесов поразительной
чистотой воздуха. Фитонциды благотворно влияют на нервную систему человека, на
деятельность сердца и других органов. Благодаря выделению фитонцидов сосновые
леса оздоравливают воздух, уничтожают болезнетворные микроорганизмы, придают
окружающей среде целебные свойства. Количество вредных микробов в воздухе
уменьшается с увеличением участия сосны в составе насаждения. Фитонциды также
стимулируют размножение микроорганизмов – антагонистов болезнетворных
микробов, содействуют увеличению в растениях витаминов и провитаминов. [7]
4
Методика исследования
1.Определить участки проведения работы.
Они должны находиться в зонах, контрастных по уровню атмосферного загрязнения.
2.Определить состояние хвои.
3 .Выявить степень повреждения хвои.
С ветвей 5-10 деревьев (в молодых- 30-40-летних древостоях) отбирают побеги одинаковой
длины. С них собирают всю хвою и визуально анализируют её состояние, повреждения хвои
определяют по наличию хлоротичных пятен,некротических точек, некрозов и т.д.
3.1. Результаты учётов занести в таблицу.
3.2. Сделать вывод о состоянии хвои в резных участках города и загородной зоны.
4.Определить продолжительность жизни хвои.
4.1.Провести визуальную оценку побегов сосны.
4.2.Результаты определений оформить в виде таблицы.
4.3.Рассчитать индекс продолжительности жизни хвои сосны(Q) по формуле [1]:
Где В1, В2, В3 – количество деревьев с продолжительностью жизни хвои
соответственно 1,2 и 3 года.
3.4.Сделать заключение о связи загрязнения воздуха и продолжительности жизни хвои.
Чем выше индекс Q, тем больше и продолжительность жизни хвои сосны.
5.Определить интенсивность годовых приростов побегов.
5.1.Измерить длину прироста каждого года. Длину прироста следует измерять, начиная
с последнего года, двигаясь по междоузлиям от года к году.
5.2. Измерить толщину побегов. Ветвление побегов определяют путём подсчёта
веточек в местах междоузлий.
5.3. Средние значения по длине прироста, толщине побегов и ветвлении заносят в
таблицу.
5.4. Сформулировать вывод о зависимости показателей, характеризующих состояние
побегов сосны, от условий произрастания растений.
6. Определить состояние кроны древостоев.
6.1. Определить количество деревьев с различным состоянием кроны. Для получения
достоверных результатов должно быть осмотрено не менее 20 деревьев. Визуальную
оценку древостоев проводят по совокупности признаков: состоянию ствола, ветвей,
корней, ажурности крон, приросту по высоте.
6.2. Результаты оценки состояния деревьев представить в виде таблицы.
6.3. Вычислить показатель обесхвоенности кроны. Расчёт производят формуле [1]:
где В1, В2, В3, В4, В5, В6 - количество деревьев с соответствующим состоянием кроны
деревьев.
5.4.Сделать вывод о состоянии кроны древостоев на участках, различающихся по
загрязнению воздуха.
5.5.Определить наиболее типичные силуэты крон.
7. Определить состояние генеративных органов сосны обыкновенной.
5
7.1. Подсчитать число сформировавшихся почек на 3 ветвях каждого из 10 деревьев.
7.2. Измерить длину и ширину почек.
7.3. Средние значения подсчётов и измерений занести в таблицу.
7.4.Сформулировать вывод о взаимосвязи между состоянием почек и условиями
произрастания деревьев.
Исследования по работе
1. Для исследования были выбраны 4 участков.
Первый участок исследования - р.п. Белый Яр, ул. Свердлова , автотрасса, одна из
центральных улиц районного центра .
Второй участок исследования - р.п. Белый Яр, ул. Гагарина, вдоль центральной
автострады.
Третий участок исследования - р.п. Белый Яр ул. Чкалова вдоль дороги, где движение
транспорта не значительное ( район зеленой зоны поселения).
Четвертый участок исследования – р.п. Белый Яр, переулок Комсомольский, около
одной из центральных котельных, работающих на дровах.
При анализе степени повреждения хвои мы стремились узнать, на каком участке
нашего районного центра, самое высокое загрязнение воздуха.
2. Исследование состояния хвои сосны обыкновенной [1]
Для исследования состояния хвои сосны обыкновенной
использовали таблицу
классов повреждения и усыхания хвои, по которой и сделали вывод о степени
загрязнения воздуха на исследуемых участках поселка.
Для выявления степени повреждения хвои, брали с ветвей 5-10 деревьев ( молодых
до 30 летнего возраста древостой) , побеги одинаковой длины, с них собирали всю
хвою и визуально анализировали ее состояние.
6
Степень повреждения определяли по наличию хлоротичных пятен, некротических
точек, некрозов и степени усыхания хвои. Результаты исследования занесли в
таблицы с учетом участков обследования.
Исследования хвои по ул. Свердлова
Улица Сверлова является центральной улицей в районном центре, по ней проходит
автострада соединяющая районный центр Верхнекетья с Колпашевским районном и
областным центром. Выбранный участок засажен в основном молодыми кедровососновыми насаждениями. Здесь наблюдается повышенная концентрация
выхлопных газов. В обеденный перерыв , наблюдения в течении 20 минут дало
подсчеты автотранспорта -37 машин. (Приложение №2)
Итоговая таблица по исследованию хвои сосны обыкновенной
по ул. Свердлова
Количество
хвоинок
465 шт.
Количество
повреждённых
хвоинок
Усыхание
Повреждение
Размер
%
172шт.
37%
4б-19 шт.
3а-17шт.
3б-27шт.
2а-79шт.
3-5 см.
2б-30шт.
Исследования на участке возле местной котельной, пер. Комсомольский
Местная котельная работает на дровах, основном хвойных пород деревьев. Рядом
находиться отвал для золы ( шлака).При сжигании наблюдается большой выброс
соединений серы, особенно оксида серы (IV) и при выбросе в воздух загрязняют
окружающую среду и подвергают гибели хвою сосны обыкновенной. ( Приложение
№3)
Итоговая таблица по исследованию хвои сосны обыкновенной в окрестности
котельной , пер. Комсомольский
количество
хвоинок
7
Количество
повреждённых
хвоинок
%
Усыхание
Повреждение
Размер
75шт.
59шт.
79%
4б-9шт.
3а-10 шт.
3б-10шт.
2а-10шт.
5-6
см.
2б- 20 шт.
Исследования по центральной улице районного центра
ул. Гагарина.
Дороги на центральных улицах посёлка заасфальтированы, поэтому произрастание
сосен обыкновенных на данном участке увидеть практически невозможно. Сосны,
находящиеся на некоторых участках центра, подвергаются воздействию выхлопных
газов, так как вблизи них проходит проезжая часть. Также центральная часть
поселения - это ежедневное скопление людей в большом количестве, поэтому данная
часть посёлка очень сильно загрязнена, а вредные вещества, находящиеся в мусоре, при
сжигании оказывают влияние на состояние хвои сосен. ( Приложение №4)
Итоговая таблица по исследованию хвои сосны обыкновенной по
центральной улице райцентра.
Год
Количество Количество
Усыхание
Повреждение
Размер
жизни
хвоинок
повреждённых
%
хвоинок
1 год
170шт.
43шт.
25 % 4б-8 шт.
2а-23 шт
7-8 см.
3а-20 шт.
2 год
170шт.
54шт.
32 % 4б - 16 шт.
2а-46шт.
4,5-6
3а-8 шт.
см.
3 год
155шт.
64шт.
41%
4б-40 шт.
3а-30 шт
4-6,5
2а-34шт.
см.
Вывод – из данной таблицы можно сделать заключение, что сильно повреждена
хвоя третьего года жизни. Наблюдается резкое, усыхание кончиков хвои на 2- 3
мм. Хотя количество хвои в мутовках самое большое, значит, в этот год были
благоприятные условия для роста растения. Количество полностью засохших
хвоинок больше встречается у хвои третьего года жизни. Сильно повреждена
хвоя у сосен, произрастающей вокруг котельной, это видно из диаграмм.
8
На третьем этапе исследования, мы определили продолжительность жизни хвои по
данной формуле [1]:
Для этого провели обследование побегов и хвои сосны 1-ого , 2-ого, 3-ого года
жизни.
Состояние хвои
Ул. Чкалова
Кол-во
деревьев
Обследовано
деревьев:
Возле котельной
% от общего
числа
деревьев
10
Кол-во
деревьев
% от общего
числа
деревьев
10
С возрастом хвои
4-5 лет и более
3
С возрастом хвои 34 лет
4
30
Центральные
улицы
Кол-во
деревьев
% от
общего
числа
деревьев
20
5
50
40
5
50
5
40
5
40
С возрастом хвои 23 года
3
30
-
-
10
50
Хвоя текущего года
10
100
-
-
-
-
Из данной таблицы можно сделать заключение, что
Индекс продолжительности жизни хвои по ул. Чкалова равен - 2.
Индекс продолжительности жизни хвои в окрестности котельной равен 1,5.
Индекс продолжительности жизни хвои на центральных улицах посёлка- 05-02.
Чем выше индекс продолжительности жизни хвои, тем больше срок жизни хвои.
Вывод: Продолжительность жизни хвои сосны по ул. Чкалова выше, чем на
других участках поселка, значит загазованность данного участка наименьшая.
Оценку состояния побегов с трех выбранных участков сделали в виде таблицы.
Для этого провели визуальный осмотр побегов с хвоей, с учетом количества мутовок.
Количество учтенных деревьев не менее 20. Интенсивность годовых приростов побега
сделали на основе измерения длины прироста каждого года. Длину прироста определяли,
начиная с последнего года, границы, которых определяются по междоузлиям.
(Приложение № 5).А затем делали измерения толщины побега, определяли ветвление
побегов путем подсчета веточек в местах междоузлий. В таблицу занесли средние
показатели измерений.
Характеристика побегов сосны обыкновенной в разных зонах
9
Участок
Ул. Чкалова
Возле котельной
Центральные
улицы
Длина
годового Ширина побега, мм
прироста, мм
70-100
4-5
130
5-5.2
50-55
2-2.5
Кол-во ветвлений
7-8
4-5
3-5
Вывод. Обследование побегов показало, что среднегодовой прирост самый
большой возле котельной пер. Комсомольский, ул Чкалова (зеленая зона
поселения) - 85 мм. Это связано с тем, что растения возле котельной
произрастает на приусадебном участке, а на улице Чкалова, почвы суглинистые произрастают в благоприятных условия и самая меньшая загазованность.
Исследование кроны сосны обыкновенной
Для определения состояния кроны древостоя было осмотрено 20 деревьев, визуальную
оценку проводили по следующим признакам: состояние ствола, ветвей, ажурности
крон.
( Приложение №6)
Вычисления показателя обесхвоенности кроны сделали на основе формулы [1]:
Состояние кроны сосны
Ул. Чкалова
Обследование деревьев, в том числе :
1.С густой зеленой кроной,
10
отмирающие ветви в нижней
части кроны (В1)
2.Со слабой ажурностью,
4
усыхание в нижней трети
кроны ( В2)
3.Ажурная крона, сухие ветви
1
в средней и верхней частях
кроны (В3)
4.Сильно изреженная крона
2
или с отдельными живыми
ветвями (В4)
5.Свежий сухостой, ветки
0
усохли в текущем году (В5)
6. Старый сухостой, деревья
0
усохли в прошлые годы (В6)
Котельная
Улицы
1
4
4
4
3
10
3
2
0
1
0
1
Вывод: Состояние кроны древостоя по ул. Чкалова - 15%
Состояние древостоя возле котельной - 34.5%
Состояние древостоя на центральных улицах – 35.4%
На улице Чкалова наблюдается наименьшая загазованность, крона деревьев
преобладает типа В1.
На участке возле котельной - типа В2.
Сосны по центральным улицам – типа В3-. (Приложение )
Состояние генеративных органов сосны обыкновенной
10
Наиболее чувствительны к загрязнению почки побегов. Для исследования брали
сформированные почки с трех веток каждого из 20 деревьев. Измеряли длину и
толщину почек. Средние показатели внесли в таблицу.
Состояние генеративных органов сосны обыкновенной.
Участок
Количество почек, Длина почек , мм
Толщина почек, мм
обследования
шт.
Ул. Чкалова
10
5-4
3-4
Котельная
5
4
3
Центральные
4
2-3
2-3
улицы
Вывод. Состояние почек зависит от условий произрастания деревьев. Поэтому
и кроны деревьев так не равномерно развиваются и состояние молодых сосен
по ул. Свердлова подвержено усыханию. Из данной таблицы видно, что самое
большое количество почек у деревьев произрастающих по ул. Чкалова, и они
самые длинные, меньше всего почек по ул. Гагарина.
Вывод по работе:
Методом биоиндикации по состоянию сосны мы выяснили, что наименее
загазованным является участок по ул. Чкалова, а наиболее загазованным
является участок по ул. Гагарина. Эти исследования необходимы для обращения
в администрацию Белоярского поселения по поводу посадок растений, которые
будут поглощать газы и меньше погибать от воздействия вредных веществсаженцы липы и ясеня. Что и делают в областном центре, где по центральным
улицам города посадки лип и ясеня. Хорошо поглощает газы и тополь, но от него
много пуха в летний период и аллергическая реакция. Выйти с предложением о
проведении посадок возле Дома Культуры, где расположена одна из котельных и
около МАОУ « Белоярской средней школы №2».
Литература :
1.Биология в школе № 2 , 2007 года, « Школа – Пресс», с.63-64
2.Бех И. А., Э.М. Бисирова и др. Методы обследования припоселковых кедровников.
Учебное пособие для студентов, Томск, 2006.
3. Литвинова Л.С., Жиренко О.Е. Нравственное- экологическое воспитание школьников
М., « 5 за знания», 2007
4. Олонов. Н.А.,Олонова М.В. , Растения Томской области. Деревья, кустарники,
кустарнички , Из-во « Печатная мануфактура», Томск, 2009.
5. Памятники природы Томской области , Из-во « Печатная мануфактура», Томск, 2009.
6. Сивоглазов В.И . Многообразие живой природы. Растения, Москва, Дрофа, 2007
7. Смирнов А. Мир растений, М., Из-во «Молодая гвардия» , 1981г.
11
Приложение №1
Участок около котельной
Исследования по ул. Гагарина
12
Исследование хвои по ул. Гагарина, возле Почта мпа
13
Ул.Гагарина
14
Приложение №2
Визуальное исследование хвои, подсчет хвоинок
15
Приложение №3
16
Улица Свердлова
Улица Гагарина
17
В1
Типы
крон сосны обыкновенной
В2
18
В4
В3
19
В5
В3
Ул. Гагарина
20
Исследования хвои районного центра
Улица
Год
Кол-во
хвоинок
1.ул.Свердлова 17
2. ул.Свердлова 17
1
2
16шт.
30шт.
Кол-во
поврежденных
хвоинок
8шт.
8шт.
%
Усыхание
Повреждение
50
2а-6шт.3а-2шт
2а-2шт.
17шт.
17шт.
3а-8шт.4б1шт.
4б-11шт.
3б-4шт.
3. ул.Свердлова 17
ул.Свердлова
магазин « Овощи
и фрукты»
ул.Свердлова
«Пятиэтажка»
ул.Свердлова
«Пятиэтажка»
4.ул.Свердлова
«Пятиэтажка»
5.ул.Свердлова
«Детская
площадка»
ул.Свердлова
«Детская
площадка»
ул.Свердлова
«Детская
площадка»
ул.Свердлова маг.
«Флагман»
3
1
65шт.
26шт.
1
64шт.
7шт.
3б-3шт.
3а-4шт.
2
54шт.
17шт.
-
3
51шт.
16шт.
2а-5шт.
1
20шт.
2шт.
3б-6шт.
2б-5шт.
-
2
50шт.
-
2б-9шт.
2а-8шт.
3
40шт.
32шт.
2б-4шт.
2а-14шт.
1
24шт.
18шт.
3б-14шт.
2б-4шт.
2а-14шт.
ул.Свердлова маг.
«Флагман»
2
25шт.
-
3б-14шт.
4б-5шт.
2а-6шт.
Ул.Чкалова в лесу
1
2
3
1
50 шт.
20 шт.
28 шт.
36шт.
-
2б-4шт.
2а-1шт.
2а-3шт
3б-6шт.
2
30шт.
3
1
2
3
1
2
3
20шт.
50
48 шт.
50 шт.
35 шт.
35 шт.
40 шт.
5шт.
11 шт.
3 шт.
2а-5шт.
2а-9 шт.
2а-1 шт.
4б-2 шт.
4б-2 шт.
2а-8 шт.
-
Ул.Чкалова ,около
железнодорожной
дороге
Ул.Чкалова107
Ул.Чкалова137.
21
8 шт.
-
-
2а-6шт.
25а-13шт.
2а-2шт.
22
23