Определение степени загрязнения воздуха на территории МБОУ лицея №1 г. Усмани с использованием лихеноиндикации

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ЛИЦЕЙ №1 Г. УСМАНИ ИМ.ГЕРОЯ СОВЕТСКОГО СОЮЗА Б.А.КОТОВА

                                                                Автор: Абдулаева Полина

                                                                Ученица  6-б класса МБОУ лицей №1

                                                                Научный  руководитель:

                                                                Денисова Анна Александровна

                                                                учитель биологии  и экологии, к.б.н.                                                                          

                                                                МБОУ лицей №1 г.Усмань

2020 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………….3

• ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………..6

• ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………………………………10

• МЕТОДЫ  ВЫПОЛНЕНИЯ  ПРОЕКТА……………………10

• РЕЗУЛЬТАТЫ  ПРОЕКТА  И  ИХ  ОБСУЖДЕНИЕ………12

• РАЗМЕЩЕНИЕ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ИЗУЧАЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ……………………………12
  •     ОЦЕНКА ЧИСТОТЫ АТМОСФЕРЫ ПО БАЛЛАМ  ВСТРЕЧАЕМОСТИ И СТЕПЕНИ ПОКРЫТИЯ КОРЫ ДЕРЕВЬЕВ ЛИШАЙНИКАМИ НА ТЕРРИТОРИИ

ЛИЦЕЯ……………………………………………………..13

 3.2.3.   ОЦЕНКА ЧИСТОТЫ АТМОСФЕРЫ ПО БАЛЛАМ   ВСТРЕЧАЕМОСТИ И СТЕПЕНИ ПОКРЫТИЯ КОРЫ ДЕРЕВЬЕВ В ЗАГОРОДНОЙ ЗОНЕ…………………………………………15

• ВЫВОДЫ……………………………………………………………..18

• ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………19

1. ВВЕДЕНИЕ

     Роль атмосферы в природных процессах огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает от вредных космического и ультрафиолетовых излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них на режим рек, почвенно-растительный покров и на процессы рельефообразования. Чистый воздух необходим для жизни человека, растений и животных. Атмосферные загрязнения оказывают отрицательное влияние на живые организмы, что приводит к сокращению численности, видового разнообразия животных и растений, заболеваемости человека [1].

     Источников антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а также серьезные нарушения экологического равновесия в биосфере, — множество. Однако самыми значительными из них являются два: транспорт и индустрия.

          Оценку состояния воздушной среды можно сделать, используя как климатический мониторинг, так и мониторинг загрязнения. К основным параметром метеорологических исследований относят температуру воздуха (максимальная, минимальная, суточная, среднесуточная); характеристика ветра (скорость и направление); влажность воздуха; атмосферные явления (виды облаков, осадки жидкие и твердые); состояние подстилающей поверхности в радиусе до ста метров от места наблюдения (трава зеленая или пожелтевшая); почва сухая пылящая, сухая не пылящая, влажная мокрая; снег и т.д.

     Оценку чистоты воздуха также можно проводить с использованием биоиндикационных методов. Биоиндикация — использование подходящих индикаторных организмов, позволяющих осуществить качественную и количественную оценку эффекта антропогенного и естественного влияния на окружающую среду [5].    Биологические методы позволяют получать сведения о непосредственной реакции организмов, сообществ или экосистем на естественные или антропогенные изменения, поскольку биота реагирует даже на незначительные изменения внешних условий [12]. Применение биологических методов для оценки среды подразумевает выделение видов животных или растений, чутко реагирующих на тот или иной тип воздействия.

      Организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых так тесно коррелируют с определенными факторами среды, что могут применяться для их оценки, называются биоиндикаторами. С помощью биоиндикаторов можно обнаруживать места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений; по ним можно проследить скорость происходящих в окружающей среде изменений; только по биоиндикаторам можно судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы. Живые биоиндикаторы имеют ряд преимуществ перед химическими методами оценки состояния окружающей среды, широко применяемыми в настоящее время:

• они суммируют все без исключения биологически важные данные об окружающей среде и отражают ее состояние в целом,
• в условиях хронической антропогенной нагрузки биоиндикаторы могут реагировать на очень слабые воздействия в силу аккумуляции дозы,
• исключают необходимость регистрации физических и химических параметров среды,
• делают необязательным применение дорогостоящих и трудоемких физических и химических методов для измерения биологических параметров ; живые организмы постоянно присутствуют в окружающей человека среде и реагируют на кратковременные и залповые выбросы токсикантов, которые можно не зарегистрировать при помощи автоматической системы контроля с периодичным отбором проб на анализы,
• фиксируют скорость происходящих в окружающей среде изменений,
• указывают пути и места скоплений различного рода загрязнений в экологических системах и возможные пути попадания этих веществ в пищу человека,
• помогают нормировать допустимую нагрузку на экосистемы, различающиеся по своей устойчивости к антропогенному воздействию, так как одинаковый состав и объем загрязнений может привести к различным реакциям природных систем в разных географических зонах [14].

     Наконец, биоиндикаторы вскрывают тенденции развития окружающей среды.

    Проживая в центре города,  невольно задумываешься о качестве  среды и ее отдельных компонентов. Вдобавок лицей, в котором  учащиеся проводят значительную часть дня, расположен в непосредственной близи от  Усманского завода литейного оборудования, а с трех сторон  окружен дорогами с оживленным движением. В отсутствии в лицее специального лабораторного оборудования для оценки уровня загрязнения воздуха, была сделана попытка оценить уровень загрязнения воздуха с использованием  метода  биоиндикации,  а  в  качестве организмов   биоиндикаторов были выбраны лишайники.

Гипотеза:  Если на обследуемой территории лишайники характеризуются бедным видовым составом и низкой плотностью  популяции, то это свидетельствует о значительном загрязнении воздуха.

Цель:  Оценка уровня загрязнения воздуха с помощью лишайников.

Задачи: 1. Ознакомиться с особенностями строения, жизнедеятельности лишайников и методом лихеноиндикации.

• Оценить чистоту атмосферы по баллам  встречаемости и степени покрытия коры деревьев лишайниками.
• Повторить исследование в эталонном сообществе, не подверженном воздействию факторов, загрязняющих атмосферу.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Лишайники – широко распространенные организмы с достаточно высокой выносливостью к климатическим факторам и чувствительностью к загрязнителям окружающей среды.

     Лишайники способны длительное время пребывать в сухом, почти обезвоженном состоянии, когда их влажность составляет от 2 до 10% сухой массы. При этом они не погибают, а только останавливают все жизненные функции до первого увлажнения. Погрузившись в такой «анабиоз», лишайники могут выдержать сильное солнечное облучение, сильное нагревание и охлаждение.

     В связи с тем, что лишайники поглощают воду всей поверхностью тела в основном из атмосферных осадков и отчасти из водяных паров, влажность слоевищ непостоянна и зависит от влажности окружающей среды. Таким образом, поступление воды в лишайники происходит, в отличие от высших растений, по физическим, а не по физиологическим законам. Недаром слоевище лишайников часто сравнивают с фильтровальной бумагой [4].

     Минеральные вещества в виде водных растворов поступают в слоевище лишайника из почвы, горных пород, коры деревьев (хотя роль последней не доказана). Однако гораздо большее количество химических элементов лишайники получают из атмосферы с осадками и пылью. Поглощение воды из дождевой воды идет очень быстро и сопровождается их концентрированием. При повышении концентрации соединений металлов в воздухе резко возрастает их содержание в слоевище лишайников, причем в накоплении металлов они далеко опережают сосудистые растения. В лесу, где осадки проходят сквозь крону деревьев и стекают со стволов, лишайники гораздо богаче минеральными и органическими веществами, чем на открытых местах. Особенно много минеральных и органических веществ попадает в тело эпифитных лишайников, растущих на стволах деревьев. Такие лишайники используются для наблюдения за распространением в атмосфере более 30 элементов: лития, натрия, калия, магния, кальция, стронция, алюминия, титана, ванадия, хрома, марганца, железа, никеля, меди, цинка, галлия, кадмия, свинца, ртути, иттрия, урана, фтора, йода, серы, мышьяка, селена и др[6].

       Многочисленные исследования в районах промышленных объектов, на заводских и прилегающих к ним территориях показывают прямую зависимость между загрязнением атмосферы и сокращением численности определенных видов лишайников. Особая чувствительность лишайников  объясняется тем, что они не могут выделять в среду поглощенные токсические вещества, которые вызывают физиологические нарушения и морфологические изменения [2].

     По мере приближения к источнику загрязнения слоевище лишайников становятся толстыми, компактными и почти совсем утрачивают плодовые тела, обильно покрываются соредиями. Дальнейшее загрязнение приводит к тому, что лопасти лишайников окрашиваются в беловатый, коричневый или фиолетовый цвет, их талломы сморщиваются и лишайники погибают. Изучение лишайниковой флоры в населенных пунктах и вблизи крупных промышленных предприятий показывает, что состояние окружающей среды оказывает существенное влияние на развитие лишайников. По их видовому составу и встречаемости можно судить о степени загрязнения воздуха.

     Наиболее резко лишайники реагируют на диоксид серы. Концентрация диоксида серы 0,5 мг\м³ губительна для всех видов лишайников. На территориях, где средняя концентрация SO₂ превышает 0,3 мг\м³, лишайники практически отсутствуют. В районах со  средники концентрациями SO₂ от 0,3 до 0,05 мг\м³ появляются кустистые лишайники (уснея, алектория, анаптихия) и некоторые листоватые (лобария, пармелия).

      На частоту встречаемости лишайников влияет кислотность субстрата. На коре, имеющей нейтральную реакцию, лишайники чувствуют себя лучше, чем на кислом субстрате. Этим объясняется различный состав лихенофлоры на разных породах деревьев.

     На городской территории выделяют уровни (чаще всего три) – так называемые «зоны лишайников» (табл. 1) [7].

                                                                                               Таблица 1.

     Встречаемость лишайников в разных частях города в зависимости от среднего количества диоксида серы в воздухе.

Зоны лишайников	Район города	Концентрация SO2
«Лишайниковая пустыня» (лишайники практически отсутствуют)	Центр города и промышленные районы с сильно загрязненным воздухом	Свыше  0,3 мг\м3
«зоны угнетения» (флора бедна – фисции, леканоры, ксантории)	Районы города со средней загрязненностью	0,05-0,3 мг\м3
«Зоны нормальной жизнедеятельности» (максимальное видовое разнообразие; встречаются в том числе и кустистые виды – уснеи, анаптихии, алектории)	Периферийные районы и пригороды	Менее 0,05 мг\м3

 Таким образом, методы оценки загрязненности атмосферы по встречаемости лишайников основаны на следующих закономерностях.

1. Чем сильнее загрязнен воздух города, тем меньше встречается в нем видов лишайников (вместо десятков может быть один-два).
2. Чем сильнее загрязнен воздух, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев.
3. При повышении загрязненности воздуха первыми исчезают кустистые лишайники, за ними – листоватые, последними – накипные.

3.ПРАКТИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ

• МЕТОДЫ  ВЫПОЛНЕНИЯ  ПРОЕКТА

     На основании выше указанных закономерностей,  нами была предпринята попытка оценить степень загрязнения воздуха на территории лицея №1 г.Усмани при помощи изучения эпифитной лихенофлоры.

        В нашей работе в качестве субстрата лишайников были использованы деревья, произрастающие на пришкольной территории. Деревья, на которых обследовались лишайники довольно старые (от 15 до 30 лет), поэтому вполне могли служить местом обитания эпифитных лишайников, учитывая чрезвычайно медленный рост последних. Специально были выбраны деревья,  растущие на разных участках школьной территории.

     Также в качестве эталонных объектов, с целью последующего сравнения результатов, были обследованы деревья  за пределами  города в лесополосе, посаженной в тот же год, когда была введено в эксплуатацию здание лицея и посажены деревья на пришкольной территории.

       На каждом дереве были выделены пробные площадки, границы которых  ограничивались специальной рамкой, размером 10х10 см, которая разделены внутри тонкой проволокой на квадратики по 1 см²(рис. 1).

Рис. 1. Рамка для определения степени покрытия лишайниками ствола дерева

     Далее отмечалось какие разновидности лишайников встретились на площадке, какой процент общей площади рамки занимает каждый растущий там вид. На каждом дереве было описано по четыре пробные площадки: две у основания ствола (с разных его сторон), две на высоте 1,5 м. Кроме выявления типа лишайника, определялись размеры розеток лишайника и степень покрытия в процентах. Далее оценка встречаемости и покрытия оценивалась по 5-балльной шкале ( табл. 2).

                                                                                                            Таблица 2.

     Оценка частоты встречаемости лишайников и степени покрытия

Частота встречаемости (в %)	Степень покрытия	Балл оценки
Очень редко	Менее 5%	Очень низкая	Менее %	1
Редко	5-20%	Низкая	5-20%	2
Редко	20-40%	Средняя	20-40%	3
Часто	40-60%	Высокая	40-60%	4
Очень часто	60-100%	Очень высокая	60-100%	5

 Таким образом для каждой площадки описания и для каждого типа роста лишайников – кустистых, листоватых и накипных – были выставлены баллы встречаемости и покрытия. Затем сделан расчет средних баллов встречаемости и покрытия для каждого типа роста лишайников – накипных (Н), листоватых (Л), кустистых (К). Зная баллы средней встречаемости и покрытия Н, Л, К был рассчитан показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) по формуле

                                                           Н+2Л+3К

                                      ОЧА      =  —————- , причем, чем ближе ОЧА к единице, тем чище воздух.                    30

• РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
  • РАЗМЕЩЕНИЕ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ИЗУЧАЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ

        На пришкольной территории произрастает достаточно много разновозрастных видов деревьев. Для обследования были выбраны наиболее старые из них, потому что именно на таких деревьях должно встречаться максимальное количество лишайников, которые могут выступить в качестве индикаторов качества воздушной среды.

       Так как МОУ СОШ №1 расположены в довольно густо населенной части города и с трех сторон окружена автомобильными дорогами, на которых постоянно отмечается довольно интенсивное движение автотранспорта. Причем самой загруженной является ул. Чернышевского, на которую выходит фасад школы и окна трети школьных кабинетов. На,  расположенной с восточной стороны от школы,  ул. Исполатова  движение машин менее интенсивно, но самой спокойной, из трех,  является ул. Комсомольская, расположенная с западной стороны. С юга школа вплотную граничит с частными жилыми домами и зданием детской консультации.

     Чтобы полученная информация была достаточно полной и объективной, были выбраны деревья, расположенные как почти в центре школьной территории, так и на ее границах. При этом одно дерево расположено на относительно благополучном участке позади школы, другое выходит непосредственно на ул. Исполатова, еще два – на ул. Чернышевского (см. приложение).

•     ОЦЕНКА ЧИСТОТЫ АТМОСФЕРЫ ПО БАЛЛАМ  ВСТРЕЧАЕМОСТИ И СТЕПЕНИ ПОКРЫТИЯ КОРЫ ДЕРЕВЬЕВ ЛИШАЙНИКАМИ НА ТЕРРИТОРИИ ЛИЦЕЯ

     После размещения  рамок на стволах деревьев были тщательно изучено какие разновидности лишайников находятся в пробных рамках (рис.2) и сколько процентов пробной площади покрывает каждый из них. Полученные результаты были сведены в таблицу 3.

• 

• 

• 

• 

Рис.2. Эпифитные лишайники на деревья с территории лицея

                                                                                                           Таблица 3

                Результаты изучения пробных площадок на стволах деревьев в городской черте

Номер дерева	Номер участка	Балл оценки встречаемости и покрытия
Накипные	Листоватые	Кустистые
1	1	5	2	0
2	2	1	0
3	4	2	0
4	4	2	0
2	1	2	0	0
2	3	1	0
3	3	1	0
4	4	0	0
3	1	5	5	0
2	2	2	0
3	2	0	0
4	4	1	0
4	1	2	0	0
2	1	0	0
3	2	1	0
4	0	0	0
5	1	1	0	0
2	1	1	0
3	0	0	0
4	0	0	0
6	1	5	3	0
2	5	2	0
3	3	3	0
4	4	1	0
Средний балл		2,5	1,2	0

     Таким образом были получены средние баллы встречаемости и степени покрытия лишайников, что позволило рассчитать показатель относительной чистоты атмосферы               2,5+2х1,2+3х0

                                    ОЧА=———————-  =   0,243

                                                         30

     Результат расчета дал значение очень далекое от единицы, что позволяет сделать вывод и не  вполне благополучном состоянии воздуха в районе лицея. Еще одним подтверждением этого является тот факт, что ни на одном дереве не были обнаружены кустистые лишайники, которые являются наиболее чуткими биоиндикаторами загрязнения воздуха. Даже более устойчивые листоватые и накипные лишайники были отмечены не на всех пробных площадках. Однако полученные баллы позволяют выявить в пределах школьной территории наиболее загрязненные участки, какими оказались территории, прилегающие к ул. Чернышевского и ул. Исполатова, а также установить относительно благополучный участок на южной территории.

• ОЦЕНКА ЧИСТОТЫ АТМОСФЕРЫ ПО БАЛЛАМ  ВСТРЕЧАЕМОСТИ И СТЕПЕНИ ПОКРЫТИЯ КОРЫ ДЕРЕВЬЕВв загородной зоне

     Аналогичные исследования в лесополосе, расположенной в экологически более благополучных условиях (отдаление от промышленных объектов, жилых домов, оживленных дорог) выявило более богатую лихенофлору

 ( рис.3).

• 

• 

• 

• 

Рис.3. Лишайники в загородной зоне.

    Степень покрытия коры деревьев лишайниками составила (табл. 4)

Таблица 4.

                Результаты изучения пробных площадок на стволах деревьев в загородной черте

Номер дерева	Номер участка	Балл оценки встречаемости и покрытия
Накипные	Листоватые	Кустистые
1	1	7	3	0
2	4	1	0
3	2	3	1
4	5	2	0
2	1	1	4	3
2	6	1	1
3	6	1	0
4	4	1	1
3	1	7	3	0
2	4	2	2
3	4	1	0
4	5	4	3
4	1	3	2	3
2	1	0	0
3	2	1	1
4	5	2	0
5	1	3	2	1
2	4	5	2
3	2	1	0
4	5	2	0
6	1	5	3	1
	2	6	3	0
	3	5	3	1
	4	4	3	2
Средний балл		4,2	2,4	1

                                                4,2+2х2,4+3х1

                                    ОЧА=———————-  =   0,4

                                                         30

     Показатель оказался  почти в половину выше, чем  при изучении лихенофлоры на территории лицея. (рис. 4).

• ВЫВОДЫ
• Видовой состав лишайников в городской черте, а именно на территории лицея №1,  отличается от загородного меньшим количеством видов.
• В городской черте полностью отсутствуют кустистые лишайники (наиболее чувствительные к загрязнению воздуха).
• Расчет показателя ОЧА (относительная чистота атмосферы) указал на то, что загрязнение воздуха в городе  является главной причиной снижения видового разнообразия лишайников и уменьшения их количества.
• Лишайники можно применять в качестве видов-индикаторов для определения чистоты атмосферы.

• ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев С. В. Практикум по экологии.-М.: АО МДС, 1996.- 192 с.
2. Ашихмина Т.Я., Сюткин В.М. Комплексный экологических мониторинг региона.-Киров: Изд-во ВГПУ, 1997.- 228 с.
3. Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг. – М.: АГАР, 2000.

     4. Боголюбов А.С. Методы лихнеоиндикации загрязнения окружающей среды. Метод. Пособие по полевой экологии. –М.: Экосистема, 1998.

5.Биоиндикация загрязнения наземных экосистем. Под ред. Р. Шуберта. – М.:Мир, 1998. – 350.

• Горшков В.В. Методика изучения эпифитных лишайникового  покрова стволов сосен. — М.: Ботанический институт АН СССР. 1990.
• Использование эпифитных лишайников для индикации атмосферного загрязнения. Методические рекомендации. Апатиты: Институт проблем промышленной экологии Севера АН СССР, 1991.
• Кузнецов М.А., Ибрагимов А.К. Полевой практикум по экологии.- М.: Просвещение. 1994.
• Методическое пособие к программам экологического образования для школ, гимназий, лицеев и вузов. Часть 2. Липецк, Липецкое изд-во. 1997.
• Стрельникова Т.Д., Пешкова Н.В. Экология г.Липецка. – Липецк, Липецкое изд-во, 2003.
• http://www.issep.rssi.ru/pdf/9911_029.pdf.
• http://www.bioassay.narod.ru/biot.htm.
• http://www. Issep.rssi.ru/pdf/0011_017.pdf.
• http:/kspu/kaluga.ru/biomon/direction/vidbio.htm/