АННОТАЦИЯ Роль атмосферы в природных процессах очень

АННОТАЦИЯ
Роль атмосферы в природных процессах очень важна. Чистый воздух
необходим для жизни человека, животных и для растений. Последнее время очень
много говорят о загрязнении воздуха, ведь это отражается, прежде всего, на нашем
здоровье. Но как исследовать состояние воздуха? Это очень трудоемкий и
требующий сложной техники процесс.
Актуальность исследовательской работы обусловлена тем, что проблема
загрязненности атмосферы является общемировой. В настоящее время ученые бьют
тревогу, призывая нас к сохранению и защите окружающей среды, а так же ко
всяческой помощи ей. Но не каждый знает, в чем состоит проблема его края,
поэтому, как альтернативный вариант, мы предлагаем биоиндикацию. Оказалось,
что самые обычные лишайники очень чувствительны к воздушному загрязнению,
они - настоящие индикаторы загрязнения воздуха и окружающей среды. При
мониторинге загрязнения среды широко используется метод лихеноиндикации,
который мы решили изучить подробнее.
2. Цель работы:
проанализировать состояние атмосферного воздуха исследуемого микрорайона по
наличию, обилию и разнообразию видов лишайников.
Гипотеза:
Если концентрация вредных веществ, источником которых являются
выхлопные газы, в атмосферном воздухе увеличится, то уменьшится количество
видов лишайников, площадь, которую они будут покрывать на стволах деревьев и
других субстратах, ниже будет их жизнеспособность.
Данная работа ведет к совершенствованию коммуникативной компетенции у
обучающихся,
содержит иллюстративный материал. Материал исследования
изложен доступным научным языком.
Работа будет интересна учителям, ученикам.
Количество страниц-14
Количество иллюстраций-6
Количество литературных источниковКоличество приложений-5
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №3 имени О. А. Морозова»
Всероссийский конкурс научноисследовательских работ школьников
«Озарение-2014»
(Секция экология)
Исследовательская работа
Анализ состояния атмосферного воздуха в микрорайоне
школы методом лихеноиндикации
Выполнила:
учащаяся 10 А класса
Крюкова Анна Александровна
Руководитель:
Крюкова Надежда Николаевна,
учитель биологии
г. Ефремов, 2014
2
Содержание.
1. Введение
стр. 3 - 4
2. Цель исследования
стр. 4
3. Объект исследования
стр. 4 - 5
4. Методика исследования
стр. 5 - 7
4.1. Последовательность проведения исследования
4.2. Учет количественных измерений численности лишайников с помощью
лихеноиндикационного индекса чистоты атмосферы
4.3. Метод наблюдения за изменениями относительной численности лишайников
(пассивная лихеноиндикация)
5. Выводы
стр. 7
6. Приложения
стр. 8 - 13
7. Литература
стр. 14
3
1. Введение.
Роль атмосферы в природных процессах очень важна. Чистый воздух
необходим для жизни человека, животных и для растений. Последнее время очень
много говорят о загрязнении воздуха, ведь это отражается, прежде всего, на нашем
здоровье. Но как исследовать состояние воздуха? Это очень трудоемкий и
требующий сложной техники процесс.
Выбросы промышленных загрязнений, энергетических систем, автотранспорта
в атмосферу оказывает прямое воздействие на все живое. Губится природа,
погибают растения и животные, происходит повышенная заболеваемость населения.
Воздействие сернистого газа и его производных на человека и животных
проявляется, прежде всего, в поражении верхних дыхательных путей. Сернистый газ
может нарушить углеводный и белковый обмен, снизить сопротивляемость
организма к возбудителям инфекций. Под влиянием сернистого газа и серной
кислоты происходит разрушение хлорофилла в листьях растений, в связи с этим
ухудшается фотосинтез и дыхание, повышается уровень содержания углекислого
газа, замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и урожайность
сельскохозяйственных культур, а при более высоких дозах воздействия
растительность погибает. Опасность выбросов сернистых соединений заключается,
прежде всего в их массивности, токсичности, и сравнительно большом сроке жизни.
Так называемые кислые дожди вызывают повышение кислотности почв, что
снижает эффективность применения минеральных удобрений на пахотных землях.
Наличие в воздухе соединений серы ускоряет процесс коррозии металлов,
разрушение зданий, сооружений, памятников истории, культуры, искусства,
ухудшает качество промышленных изделий и материалов. Неблагоприятно влияет
на здоровье людей и животных выбрасываемые автотранспортом соединения
свинца, приводящие к нервным расстройствам, малокровию, потере памяти, слепоте
и бесплодию. К сожалению, число таких непредвиденных негативных явлений,
создаваемых антропогенными действиями, постоянно и неуклонно увеличивается.
Эти обстоятельства заставили человечество искать научные пути и решения,
которые бы дали возможность предвидеть результаты своих действий, уметь
оценить состояние биосферы и заранее знать, где находится тот предел и та
запретная зона, которая определяет возможность дальнейшего развития
цивилизации от ее более или менее быстрого угасания. Загрязнение атмосферного
воздуха промышленными объектами и автотранспортом – одна из актуальных
проблем и нашего поселка. Актуальность исследовательской работы обусловлена
тем, что проблема загрязненности атмосферы является общемировой. В настоящее
время ученые бьют тревогу, призывая нас к сохранению и защите окружающей
4
среды, а так же ко всяческой помощи ей. Но не каждый знает, в чем состоит
проблема его края, поэтому, как альтернативный вариант, мы предлагаем
биоиндикацию. Оказалось, что самые обычные лишайники очень чувствительны к
воздушному загрязнению, они - настоящие индикаторы загрязнения воздуха и
окружающей среды. При мониторинге загрязнения среды широко используется
метод лихеноиндикации, который мы решили изучить подробнее.
2. Цель работы:
проанализировать состояние атмосферного воздуха исследуемого микрорайона по
наличию, обилию и разнообразию видов лишайников.
В соответствии с целью мы поставили следующие задачи:
1) на основе анализа специализированной литературы дать биологическую
характеристику лишайникам и выявить особенности их строения и
жизнедеятельности для использования в биоиндикации;
2) выявить виды лишайников, наиболее устойчивые к загрязнению среды;
3) выявить зависимость обилия лишайников от степени загрязнения воздуха.
4) сделать выводы о степени загрязнения атмосферного воздуха на исследуемой
территории.
Гипотеза:
Если концентрация вредных веществ, источником которых являются
выхлопные газы, в атмосферном воздухе увеличится, то уменьшится количество
видов лишайников, площадь, которую они будут покрывать на стволах деревьев и
других субстратах, ниже будет их жизнеспособность.
3. Объект нашего исследования - лишайники, произрастающие в микрорайоне.
Установлено, что они являются индикаторами степени загрязненности воздуха,
обладают разной чувствительностью к веществам, загрязняющим воздух.
Лишайники представляют своеобразную группу комплексных организмов, тело
которых всегда состоит из двух компонентов — гриба и водоросли. В основе
биологии лишайников лежит явление симбиоза — сожительства двух различных
организмов. Но еще немногим более ста лет назад лишайники были для ученых
великой загадкой, и открытие Симоном Швенденером в 1867 г. их сущность
оценивалось как одно из наиболее удивительных открытий того времени.
Однако как организмы лишайники были известны ученым и в народе задолго
до открытия их сущности. Еще великий Теофраст (371—286 до н. э.), дал описание
двух лишайников — уснеи (Usnea) и рочеллы (Roccella). Последнюю уже тогда
использовали для получения красящих веществ. Постепенно количество известных
видов лишайников возрастало. Правда, в те времена их называли нередко то мхами,
то водорослями, то даже «хаосом природы» и «убогой нищетой растительности».
5
Сейчас известно более 20 000 лишайников. И каждый год ученые
обнаруживают и описывают десятки новых неизвестных науке видов. Лишайники
по-разному реагируют на загрязненность воздуха: некоторые из них не выносят
даже малейшего загрязнения и погибают, другие, наоборот, чаще живут в городах и
прочих населенных пунктах, хорошо приспособившись к соответствующим
антропогенным условиям. Изучив свойства лишайников, можно использовать их для
общей оценки степени загрязненности окружающей среды, особенно атмосферного
воздуха. На этой основе стало развиваться особое направление индикационной
экологии — лихеноиндикация. При изучении лишайников в городах было
определено:
- чем больше индустриализирован город, чем сильнее загрязнен воздух, тем меньше
встречается в нем видов лишайников и ниже их жизнеспособность;
- при повышении степени загрязненности воздуха первыми исчезают кустистые
лишайники, за ними - листоватые и последними - накипные.
В связи с реакцией лишайников на степень загрязненности воздуха принято
выделять:
"лишайниковую
пустыню"
лишайники
практически
отсутствуют;
"зону соревнования" - флора лишайников бедна, отмечаемые виды имеют
пониженную
жизнеспособность;
"нормальную зону" - встречается много видов лишайников.
В течение последних десятилетий было обнаружено, что из газов самое
отрицательное влияние на лишайники оказывает диоксид серы. Экспериментально
установлено, что в воздухе уже при содержании этого соединения 0,08 - 0,10 мг/м3 в
хлоропластах водорослей клеток многих лишайников появляются бурые пятна,
начинается деградация хлорофилла, плодовые тела лишайников хиреют.
Концентрация 0,5 мг/м3 губительна для всех видов лишайников. Кроме диоксида
серы, на лишайники оказывают влияние оксиды азота, окись углерода, соединения
фтора, хлора и др.
Исчезновение лишайников должно быть тревожным симптомом для людей,
ведь если лишайники в некоторых районах исчезают совсем, следует ожидать
повышенного уровня заболеваний, обусловленных загрязнением окружающей
среды.
6
4. Методика.
4.1. Последовательность проведения исследования.
1. Выбор района исследования.
2. Оборудование: прозрачные палетки для учета лишайников, лупа и компас.
3. Разбили выбранную территорию на квадраты площадью 10×10
У нас
получилось четыре пробные площадки, находящиеся на одной линии по мере
удаления от потенциального источника загрязнения - автомагистрали на
расстоянии 30 м друг от друга.
4. На каждом дереве мы посчитали количество видов лишайников. Для наиболее
лучшего подсчета мы использовали лупу. Лишайники подсчитывали на стволах и
ветвях деревьев на доступной (до 1,5 м) высоте с каждой стороны горизонта,
используя компас. Все обнаруженные виды классифицировали на три группы:
кустистые, листовые, накипные.
5. Потом мы провели оценку степени проективного покрытия древесного ствола
для каждого вида.
6. Полученные результаты мы занесли в таблицу (см. Приложения, таблицы 1,2,3,4)
7. Рассчитали индекс чистоты атмосферы IAQ для каждого модельного дерева в
отдельности, затем вычислили среднее значение для всей площадки в целом.
8. После этого полученный средний для площадки показатель мы сравнили с
аналогичными показателями, полученными для других площадок.
9. Оформили полученные результаты в виде графика (см. Приложение 5).
10.Сделали вывод по работе.
4.2. Учет количественных измерений численности лишайников с помощью
лихеноиндикационного индекса чистоты атмосферы.
Для измерения численности лишайников на деревьях, в частности – их
проективного покрытия, пользуются, в основном, двумя техническими приемами способом «линейных пересечений» и способом «палетки». Мы использовали
способ «палетки», т. е. оценивали степень покрытия ствола лишайниками по
методике измерения проективного покрытия.
Для этого на высоте 30 – 150 см на наиболее заросшую лишайниками часть
коры накладывается прозрачная палетка размером 10x10 см (палетку расчерчивают
на квадраты размером 1x1 см).
Подсчёт лишайников проводится следующим образом:
1. Считается число квадратов сеточки, в которых лишайники визуально занимают
больше половины площади квадрата (А), условно приписывая им покрытие, равное
100%;
7
2. Считается число квадратов, в которых лишайники занимают менее половины
площади квадрата (В), условно приписывая им покрытие, равное 50%;
3. Вычисляется общее проективное покрытие в процентах (R) – по формуле:
R=(100А+50В):С,
где С – общее число квадратов сеточки (в данном случае при использовании сеточки
10x10 см с ячейками 1x1 см, С=100).
4.3. Метод наблюдения за изменениями относительной численности лишайников
(пассивная лихеноиндикация).
При оценке уровня загрязнения исследуемой территории методами
лихеноиндикации мы использовали количественный подход. Для этого
использовали специальные лихеноиндикационные индексы, учитывающие данные
количественных измерений численности лишайников. Более точно и, главное,
количественно, определить уровень нарушенности местообитания помогут так
называемые лихеноиндикационные индексы, учитывающие, в основном, видовое
разнообразие, т.е. видовое богатство (число видов) и численность разных видов
лишайников. На
сегодняшний
день
существует
несколько
десятков
лихеноиндикационных индексов, как тех, которые учитывают видовой состав
лишайников, так и тех, при расчете которых нужно знать только видовое богатство
(число видов). Мы использовали индекс чистоты атмосферы - IAQ (Index of
Atmosphere Quality), не требующий знаний о видовом составе лишайников.
где Qi - экологический индекс определенного i-того вида (или индекс
ассоциированности), Сi – показатель обилия i-того вида, а n - количество видов.
5. Выводы:
1. Чем сильнее загрязнен воздух на определенной территории, тем меньше на ней
встречаются различные виды лишайников, тем меньшую площадь покрывают они
на стволах деревьев и других субстратах и тем ниже их жизнеспособность.
2. На территории микрорайона совсем не встречаются кустистые лишайники.
3. По полученным данным индекса чистоты атмосферы видно, что при
приближении к автотрассе повышается концентрация SO2 в воздухе, к которому
чувствительны лишайники.
Таким образом, разные стадии загрязненности атмосферного воздуха могут быть
оценены по видовому составу лишайников, изменению проективного покрытия
видов, по морфологическому состоянию лишайников
8
6. Приложения.
Таблица № 1
Количество лишайников, обнаруженных на исследуемой территории
Признаки
1 пробная 2 пробная 3 пробная 4 пробная
площадка
площадка
площадка
площадка
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1 1
0 1 2 3 4 5 6
Общее
количество 4 3 3 2 3 3 3 2 2 2 3 2 2 1 2 1
видов лишайников
Кустистых
-
Листовых
3 2 3 2 2 2 2 1 2 1 1 1 1 -
Накипных
1 1 -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1 1 1 1 -
-
-
-
-
-
-
-
1 -
1 2 1 1 1 1 1
Таблица № 2
Оценка проектного покрытия
Балл
1
Покрытие, 1-3
%
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3-5
5-10
10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-80 80100
9
Таблица № 3
Корреляция индекса чистоты атмосферы IAQ с концентрацией
Трассу, 1985):
IAQ
Концентрация SO2, мг/м3
0-9
более 0,086
10 - 24
0,086 - 0,057
25 - 39
0,057 - 0,028
40 - 54
0,028 - 0,014
более 55
менее 0,014
в воздухе (по
Таблица № 4
Результаты исследования
№
пробной
площадки
1
№
дерева
1 вид
2 вид
Виды лишайников
3 вид
4 вид
Результат
5 вид
а
b
R
а
b
R
а
b
R
а
b
R
а
b
R
R ср.
(%)
IAQ
1
63
54
46
42
42
-
-
37
32
18
42
34
-
-
-
-
-
54
58
71,3
13,5
3
56
44
54
46
-
-
-
46
44
-
-
74,3
13,5
4
55
42
-
-
47
44
69
(9)
-
-
68
(9)
-
53
(8)
83
10
-
71,3
46
75
(9)
-
-
49
67
(9)
59
(8)
77
(9)
-
54
2
90
10
72
(9)
78
(9)
76
(9)
-
-
-
72,5
9
72,4
13,5
62,7
12
69
13
62,3
13
84
9,5
69,5
11,9
Среднее значение
2
5
-
-
-
57
44
6
45
54
-
-
7
-
-
72
(9)
-
36
30
8
65
58
-
-
94
10
79
(9)
-
-
-
-
35
28
44
32
35
44
-
49
(7)
78
(9)
-
-
-
-
56
44
51
(8)
-
44
36
-
-
-
62
(9)
-
46
56
-
-
-
53
42
60
(8)
57
(8)
74
(9)
74
(9)
Среднее значение
3
9
34
22
10
45
48
11
-
-
12
53
52
45
(7)
69
(9)
-
45
34
-
-
44
38
79
(9)
-
-
62
(9)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
53,5
8
-
-
-
-
-
-
52
50
73
9
63
(9)
-
-
-
-
32
28
36
40
55
12
-
-
-
-
-
46
(7)
-
42
50
77
(9)
56
(8)
67
(9)
73
9
63,6
9,5
Среднее значение
10
4
13
33
22
-
-
-
-
-
-
-
-
-
42
36
-
44
(7)
-
14
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
34
28
15
-
-
-
42
44
-
-
-
-
-
-
40
32
-
-
-
-
-
64
(9)
-
16
-
-
-
-
-
-
39
42
Среднее значение
60
(8)
48
(7)
56
(8)
60
(8)
52
7,5
48
3,5
60
8,5
60
4
56
5,9
1- пармелия козлиная - листоватый
2- гипогимния вздутая - листоватый
3- фисция сизая - листоватый
4- ксантория постенная - листоватый
5- лецидея скученная - накипной
Приложение 5
Зависимость чистоты воздуха от удаления от автотрассы
Индекс чистоты атмосферы (IAQ)
Удаление от автотрассы, м
11
Измерение степени проективного покрытия с помощью палетки
Определение видового состава лишайников с помощью лупы
12
Фото лишайников на исследуемой территории
13
Литература
1. Боголюбов А.С..Кравченко М.В. - Оценка загрязнения воздуха методом
лихеноиндикации - «Экосистема», 2001
2. Мансурова С. Е., Кокуева Г. Н. – Следим за окружающей средой нашего города –
М.: Владос, 2001
3. Попова Т. А. – Экология в школе. Мониторинг природной среды – М.:
Творческий центр,2005
4. Федорова А. И., Никольская А. Н. – Практикум по экологии и охране
окружающей среды – Воронеж, 1997
14