Оценка экологического состояния района проживания методами биоиндикации


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте файл и откройте на своем компьютере.
Муниципальное автономное образовательное учреждение дополнительного образования «Центр дополнительного образования» г орода Искитима Новосибирской области Авторы: Карикова Наталья , Борисова Анастасия Оценка экологического состояния района проживания методами биоиндикации Научн ые руководител и : Степаненко Наталья Александровна, Кожанова Лариса Васильевна г. Искитим , 2014 2 Оглавление 1. Введение 3 2. Основная часть 4 2.1. источники загрязнения атмосферы 4 2.2. Исследовани е воздушного загрязнения методами би оиндикации ; 5 2.2.1 Исследование видового состава лишайников ; 2.2.2. Исследование морфологических изменений растений . 5 6 2.3. Практические исследования 8 3. Заключение 10 4 . Список использованных источников и литературы 11 5 . Приложения 1 2 3 1. Введение Так ли безопасна среда, в которой мы обитаем? Для жителей Южного микрорайона очень важно его общее экологическое состояние . Основные источники загрязнения атмосферы — промышленные предприятия, выбросы транспорта и бытовые выбросы. Учитывая, что на данной территории находятся промышленные предприятия, железнодорожная линия (южная ветка Западно - Сибирской ж. д.) и ведущая улица города (проспект Юбилейный) с выездом на трассу федерального значения (Новосибирск — Ташанта), по которой, к тому же, разрешен проезд тяжелому грузовому транспорту, можно уже сделать выводы о довольно сильном загрязнении окружающей среды. Таким образом, нас заинтерес овала проблема загрязнения воздушной среды в Южном микрорайоне. Мы решили проверить, насколько велико загрязнение и как влияет загрязнение атмосферы на состояние растительности в районе проживания. Изучив литературные источники, мы нашли методы определения степени загрязнения воздушной среды. Оказывается, есть растения , которые могут служит ь биоиндикаторами чистоты воздуха. В качестве растений - индикаторов мы взяли лишайники , которые являются одним из перспективных объектов биоиндикации. О ни распространены по всему земному шару и могут служить объек том мониторинга на всех уровнях: локальном(в конкретной местности), региональном (в обширном регионе) и глобальном ( на всем земном шаре).Также мы провели исследование морфологических свойств раст ений, используемых в биоиндикации, чтобы определить, влияет ли загрязнение атмосферы на живые р астения. Актуальность данной работы состоит в том, что с помощью простых методов можно самостоятельно определить, насколько велико загрязнение атмосферы района проживания. Гипотеза – степень загрязнения воздушной среды можно определить с помощью методов биоиндикации. Цель : Исследовать степень загрязнения атмосферы и его влияние на растительность методами биоиндикации. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить ряд задач:  Изучить научную литературу и статистические данные о загрязнении атмосферы в городе Искитиме;  Изучить научную литературу о методах биоиндикации;  Провести качественную оценку загрязнения воздушной среды с помощью лишайников;  Провести исследование морфологически х изменени й растительности ;  Сделать выводы о степени загрязнения воздушной среды и его влияния на растительность в районе проживания. При выполнении данной исследовательской работы применялись такие методы исследования, как:  Изучение научной литературы и статистических данных;  Наблюдение;  Измерение;  Сравнение и анализ. Для оценки степени загрязнения воздушной среды Южного микрорайона были про ведены наблюдения за состоянием лишайников в период с сентября по октябрь 2013 года. Для оценки степени влияния загрязнения атмосферы на состояни е растений были проведены наблюдения за морфологическими изменениями растений в начале осеннего периода (сентяб рь 2013 года), когда растения максимально накапливают вр едные вещества и это отражается на их внешнем виде. 4 2. Основная часть 2.1. Источники загрязнения атмосферы Загрязнение атмосферы может быть естественным и искусственным (антропогенным). Естественное загрязнение происходит при извержении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, выносе в атмосферу кристал л иков солей. В норме природные источники не вызывают существенных загрязнений. Источниками искусственного загрязнения служат промышленные, транспортные и бытовые выбро сы. Основные поставщики загрязнений - промышленные предприятия. Они выделяют в атмосферу несгоревшие частицы, пыль, сажу, золу. В индустриальных районах выпадает свыше 1т. п ылевых частиц на 1 км . 2 в сутки. Мощными поставщиками тончайшей пыли в атмосферу сл ужат цементные заводы. Главный химический загрязнитель атмосферы - сернистый газ, выделяющийся при сжигании каменного угля, сланцев, нефти и т.д. Сернистый газ служит причиной выпадения кислотных дождей. В больших городах и густонаселенных районах перве нство в загрязнении атмосферы переходит от промышленности к автомобильному транспорту. С выхлопными газами в атмосферу поступают угарный газ, оксиды азота, углеводороды. В некоторые сорта бензина в качестве антидетонатора добавляют тетраэтилсвинец, при это м в атмосферу с выхлопными газами поступают мелкие частичкисвинцовой пыли. Наибольшее количество загрязнений поступает от автомобилей с плохо отлаженными двигателями и работающими на холостом ходу. [ 2 ] Сейчас объемы и скорость выбросов превосходят возмож ности природы к их разбавлению и нейтрализации. Поэтому необходимы специальные меры по устранению опасного загрязнения атмосферы: 1. На предприятиях устанавливают пылеулавливаю щее и газоочистное оборудование; 2. Создаются и внедряются безотходные техноло гии; 3. Для снижения выхлопных газов автомобилей в двигателях устанавливают фильтры и дожигающие устройства, исключая содержащие свинец добавки ; 4. Кардинальное решение проблемы загрязнения атмосферы автотранспортом - замена двигателей внутреннего сгоран ия иными менее опасными для здоровья человека; 5. Важное значение в борьбе с загрязнениями атмосферы имеет озеленение городов и промышленных центров. На деревьях и кустах оседает до 72% частиц пыли и до 60% диоксида серы. [1] Загрязнение воздуха выбросами отработанных газов является одной из важнейших экологических проблем Искитимского района. Высокое загрязнение атмосферы связано с выбросами загрязняющих веществ промышленных предприятий, энергетических котельных и автотранспорта. Анализ уровня за грязнения атмосферного воздуха является важным инструментом для определения степени нанесения ущерба окружающей среде на территории Искитимского района. Д ля проведения анализа уровней загрязнение окружающей среды были использованы данные расчетов проектов томов ПДВ и отчетов 2тп - воздух промышленных и сельхозпредприятий района. В качестве инструментария использовалась программа «ЭРА». Результаты анализа данных представлены в табличном и графическом виде. Передвижные источники (автотранспорт) являются одни м из основных источников загрязнения атмосферного воздуха района. От сжигания различных видов топлива автотранспортом в атмосферный воздух выделяются следующие загрязняющие вещества: от сжигания бензина – окислы азота 1,33%, от сжигания дизельного топлива – окислы азота 21,79%, углерод (сажа) 2,59%,сера диоксид 3,4%, углерод оксид 63,25%, керосин 8,79%. В связи ростом экономики в различных еѐ отраслях произошѐл рост количества грузоперевозок, а как следствие, количественный рост автотранспорта, как у промы шленных предприятий, так и у частных лиц. По территории Искитимского района проходит федеральная трасса «Новосибирск – Ташанта», с нагрузкой около 4 тысяч 5 автотранспортных средств в час, как местного, так и транзитного направления. В связи с этим происходи т и рост валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. За последние пять лет уровень выбросов возрос на 50%. В связи с тем, что трасса не имеет альтернативы при перевозках в южном направлении с востока и запада, а с южного во все направления, выбросы сконцентрированы на небольшой территории, что приводит к загрязнению территорий, примыкающих к трассе.  4 ,8  (Приложение 1, Т аблица 1,2) 2.2. Исследование воздушного загрязнения методами биоиндикации: Биондикация – оценка качества среды обитания и еѐ отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях. Для учѐта изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов – биоиндикаторов. Биоиндикаторы – виды, группы видов или сообщества, по наличию, степени развития, изменению морфологических, структурно - функциональных, генетических характеристик которых судят о качестве воды и состоянии экосистем. В качестве биоиндикаторов часто выступают лишайники, в во дных объектах – сообщества бактерио - , фито - , зоопланктона, зообентоса. Преимущества биоиндикации – это небольшие затраты труда и относительная дешевизна, поскольку не требуется специальные лаборатории и высокая квалификация персонала.  8  2.2.1. Исследование состава лишайников Лишайники - организмы, образованные в результате сожительства двух разных организмов: гриба и водорослей. [ 3] В отличие от мхов , лишайники не имеют типичной зеленой окраски и их вегетативно тело не дифференцировано на листья, стебель и корень. Вегетативное тело лишайника – его слоевищ е – имеет разнообразную форму. По внешнему виду слоевища лишайники делят на 3 группы: накипные, лис товатые, кустистые. (Приложение 4,рис.1 - 4) Накипные лишайники со слоевищем в виде тонкой гладкой или зернистой бугорчатой порошковатой корочки настолько плотно срастаются с субстратом (почвы камнем или корой дерева) п осредством своей внутренней ткани, что отделить их от него без повреждения нельзя. Листоватые лишайники имеют вид мелких чешуек или чаще розетковидных, иногда сильно изрезанных пластинок разнообразной величины. Обычно они прикрепляются к субстрату многочисленными пучками грибных гиф. Называемы хризинами. И довольно легко отделяются от субстрата без значительного повреждения слоевища. Кустистые лишайники имеют вид тонких нитей или более толстых ветвящихся цилиндрических стволиков, образующих кустик; иногда они выражены в виде разветвленных, до вольно мягких, плоских или желобковидно свернутых лент. Слоевище этих лишайников срастается с субстратом только в одном месте своим основанием при помощи особой ножки - так называемого гомфа, образованного грибными гифами и растет вертикально вверх от субс трата, вбок от него или свисает вниз). Распределение лишайников на территории зависит от многих причин, в том числе и от степени загрязнения воздуха. Они могут служить индикатором его чистоты. Особенно заметна разница в количестве и видовом составе ли п ри сравнении их ф лоры в естественных и культурных фитоценозах (например, в городских зеленых насаждениях). Имеются виды лишайников, устойчивых (леотолерантных) к городской среде и неустойчивых. Выявлена корреляция между загрязнением воздуха отходами пром ышленных производств (серным диоксидом, окислами азота окислами азота, соединениями фтора) и видовым разнообразием лишайников: чем выше загрязнение атмосферы, тем менее богата их флора. При повышении загрязнения воздуха отмечается последовательное исчезно вения лишайников: сначала вымирают кустистые, потом листоватые, затем накипные. 6 Получив информацию о разновидностях лишайников и о том, как влияет загрязнение воздуха на их популяцию, мы решили провести исследование в Южном микрорайоне. Для этого мы ознако мились с методикой к ачествен ной оценки загрязнения воздуха с помощью лишайников (лихеноиндикация) . [3] Методика проведения лихеноиндикации Оборудование: лупа, рамка для определения степени покрытия лишайниками стволов деревьев; Выполнение работы: 1. Выбираем район, в котором будут проводиться наблюдения. 2. Составляем карту района. 3. Отмечаем на карте близлежащие ТЭЦ, заводы, другие предприятия, дороги с интенсивным транспортным движением. 4. Разбить выбранную территорию на квадраты, размер которых з ависит от площади изучаемой территории (например, 10 X 10м). 5. В каждом квадрате выбрать 10 отдельно стоящих старых, но здоровых, растущих вертикально деревьев. 6. На каждом дереве подсчитать количество видов лишайников. Не обязательно знать, как точно на зываются виды, надо лишь различить их по цвету и форме 7. Все обнаруженные виды разделить на 3 группы: кустистые, листоватые, накипные. 8. Провести оценку степени покрытия древесного ствола. Для этого на высоте 30 - 150 см на наиболее заросшую лишайниками ча сть коры наложить рамку. Подсчитать, какой процент общей площади рамки занимают лишайники. 8. Определить степень загрязнения воздуха по Т аблице 1. Таблица 1 Определение степени загрязнения воздуха Зона Степень загрязнения Наличие (+) или отсутствие ( - ) лишайников Кустистые Листовые Накипные 1 Загрязнения нет + + + 2 Слабое загрязнение - + + 3 Среднее загрязнение - - + 4 Сильное загрязнение («лишайниковая пустыня») - - - 2 .2.2 . Исследование морфологических изменений растений . Изменение окраски листьев (неспецифическая, реже специфическая, реакция на различные поллютанты): • Хлороз - бледная окраска листьев между жилками. Отмечали при избытке в почве тяжелых металлов и при газодымовом загрязнении воздуха. 7 • Пожелтение участков листьев. Характерно для лиственных деревьев при засолении почвы хлоридами. • Покраснение, связанное с накоплением антоциана. Возникает под действием сернистого газа. • Побурение или побронзовение. Часто озна чает начальную стадию некротических повреждений. • Листья как бы пропитаны водой (как при морозных повреждениях). Возникает под действием ряда окислителей, например пероксиацетилнитрата. • Серебристая окраска листьев. Возникает под действием озона на листьях табака. 2. Некрозы - отмирание участков ткани листа, их форма иногда специфична. • Точечные и пятнистые. Серебристые пятна на листьях табака сорта BelW 3 возникают под действием озона. • Межжилковые - некроз тканей между боковыми жилками 1 порядка. Часто отмечаются при воздействии сернистого газа. • Краевые. На листьях липы под влиянием соли (хлорида натрия), который зимой посыпают улицы для таяния льда. • «Рыбий скелет» - сочетание межжилковых краевых некрозов. • Верхушечные некрозы. У однодольных покрытосемянн ых и хвойных растений. Например, хвоинки пихты и сосны после действия сернистого газа становятся на вершине бурыми, верхушки листьев гладиолусов после окуривания фтористым водородом становятся белыми. 3. Преждевременное увядание. Под действием этилена в тепли цах не раскрываются цветки у гвоздики, увядают лепестки орхидей. Сернистый газ вызывает обратимое увядание листьев малины. 4. Дефолиация – опадание листвы. Обычно наблюдается после некрозов и хлорозов. Например, осыпание хвои у ели и сосны при газодымовом заг рязнении воздуха, листьев лип и конских каштанов – от соли для таяния льда, крыжовника и смородины - под действием сернистого газа. 5. Изменение размеров органов обычно неспецифичны. Например, хвоя сосны вблизи заводов удобрений удлиняется от нитратов и укорач ивается от сернистого газа. У ягодных кустарников дым вызывает уменьшение размеров листьев. 6. Изменение формы, количества и положения органов. Аномальную форму листьев отмечали после радиоактивно облучения. В результате локальных некрозов возникает вздувание или искривление листьев, сращение или расщепление отдельных органов, увеличение или уменьшение частей цветка. 7. Изменение жизненной формы растения. Кустовидная или подушечная форма роста свойственна деревьям, особенно липе, при сильном устойчивом загрязне нии воздуха (HCl, Н F , S 0 2 ). 8. И зменение жизненности. Обычно это сопровождается изреживанием кроны и уменьшением прироста. Изменения прироста неспецифичны, но широко применяются, так как чувствительнее, чем некрозы. Измеряются радиальный прирост в длину побегов и листьев, корней, диаметр таллома лишайника. 9 . Изменение плодовитости. Обнаружено у многих растений. Например, при действии поллютантов уменьшается образование плодовых тел у грибов, снижается продуктивность у черники и ели. Некоторые виды лишайников не образуют плодовых тел в сильно загрязненном возд ухе, но способны размножаться вегетативно.  4  Мы изучили морфологические изменения растений, используемые в биоиндикации и выделили наиболее типичные признаки реакции растений на определенные загрязнители , которые будем использовать в свих исследованиях: 8 - межжилковые некротические пятна – двуокись серы, сероводород, двуокись азота, аммиак; - крапинки на верхней поверхности листа – озон; - некроз кончиков и краев листьев – фториды; - некротические пятна – кислотные дожди; - хлороз, крапчатость верхней пов ерхности листьев – хлор; - хлороз, некроз, сброс листьев – этилен, двуокись азота,тяжелые металлы. 2.3 . П рактические исследования И сследование степени загрязнения воздушной среды с помощью лишайников были проведены в точке 3 ( на расстоянии 50 – 60 м ) и точке 2 ( на расстоянии 10 - 2 0м ) от трассы Новосибирск Ташанта. Результа ты исследований представлены в Таблице 2 и Т аблице 3. Таблица2 Точка3 Тополь 1 Тополь 2 Черѐмуха 3 Береза 4 Рябина 5 Берѐза 6 Тополь 7 Тополь 8 Тополь 9 Тополь 10 Листоватые: Жѐлто - лимонные Светло - серые 1% 6% - 15% 0,5% 3% 4% 30% 1% 9% 20% - - 20% - 10% - 20% 10% 1% Накипные: Коричневые с рыжим оттенком 25% 40% - 2% - 2% - 80% 50% 40% Кустистые: - - - - - - - - - - Таблица3 Деревья Т очка 2 Топол ь Топол ь Черѐмух а Топол ь Топол ь Яблон я Яблон я Яблон я Топол ь Топол ь 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Кустистые : -- -- --- -- -- -- -- -- -- -- Листоваты е: А) Жѐлто - лимонные; 2% 1% -- 1% 1% -- -- -- -- -- Светло - серые; 15% 3% -- -- -- -- -- -- -- Накипные: коричневы е 35 - 40% 40 - 50% -- 80% 5% -- -- -- 2% 3% По результатам исследования степени загрязнения атмосферы методом лихеноиндикации, можно сделать следующие выводы:  Приложение 4,рис.1 - 5   Типовой состав лишайников в точке 3 представлен двумя видами: листовыми и накипными, причем в количественном составе преобладают накипные 9 лишайники. Кустистые лишайники отсутствуют. Это говорит о слабом загрязнении воздушной среды.  Видовой с остав лишайников в точ ке 2 представлен в основном накипными лишайниками, хотя их количественный состав сильно уменьшается при приближении к трассе. Это говорит о среднем и достаточно сильном загрязнении воздуха при приближении к трассе Новосибирск – Ташанта. Исследования мор фологических свойств растений были проведены в трех точках :  точка 1 (травянистый покров, обочина федеральной трасс ы);  точка 2 ( 10 метров от трассы, травянистый покров);  точка 3 ( 50 - 60 метров от трассы, древесная растительность). Результаты исследования представлены в таблице 4 . Таблица4 Места наблюдений Морфологический критерий Описание морфологических изменений растений Вероятные причины морфологических изменений Точка 1 (травянистый покров, обочина федеральной трассы) Изменение жизненности Угнетенность растений, обедненность видового состава Влияние выбросов вредных веществ автотранспорта Точка 2 ( 10 метров от трассы, травянистый покров) Изменение жизненности Обеднѐнность видового состава Влияние выбросов вредных веществ автотранспорта Точка 3 (50 - 60 метров от трассы, древесная растительность) Точечный некроз Некротические пятна Некроз кончиков и краев листьев - Сирень: коричневые пятна по всей поверхности листовой пластины ( Приложение 3 рис.2) - Тополь: на листьях следы ожогов сероватого цвета. ( Приложение 3 рис.3) - Рябина: листья по краю скручены и имеют темно - коричневый цвет с белым налетом пятен. ( Приложение 3 рис.4) Выбросы предприятий и автотранспорта Кислотный до ждь Выбросы предприятий и автотранспорта По результатам исследований морфологических изменений растений, можно сделать следующие выводы:  Травянистый покров в точках 1 и 2 имеет изменение жизненности, выраженной в угнетенности растений и уменьшении видового состава;  Древесная растительность в точке3 имеет изменения листьев в виде некр озов разной степени воздействия  Приложение3, рис. 1,2,3  10  Вероятная причина изменений морфологических свойств растений – загрязнение воздуха выбросами предприятий и а вто транспорта, кислотные дожди. 3 .Заключение Изучив научную литературу и статистические данные о загрязнении атмосферы в г. Искитиме, мы решили исследовать, насколько велико загрязнение воздушной среды в районе проживания. Для выполнения данной цели мы использовали методы биоиндикации, которые достаточно просты и доступны каждому обучающемуся. Для исследования степени загрязнения воздуха мы применили методику оценки загрязнения воздуха с помощью лишайников (лихеноиндикация). При исследовании лишайников мы выявили изменения как в видовом, так и количественном составе при приближении к трассе, что говорит о разной степени загрязненности воздуха Мы изучили морфологические изменения растений, используемые в биоиндикации и выделили наиболее типичные признаки реакции растений на определенные загрязнители . При исследовании морфологических свойств растений мы выявили изменения травянистого покрова, выраженного в виде угнетенности растений и уменьшении видового состава, а так же древес ной растительности в виде некрозов листовых пластинок. Высокая концентрация загрязняющих веществ в воздухе может стать причиной их попадания в почву и грунтовые воды, став причиной угнетенности растений на данной территории, бедности видового разнообрази я почвенных организмов. На основании проделанной работы мы пришли к выводу, что гипотеза верна , и степень загрязнения воздушной среды можно определить с помощью методов биоиндикации. 11 4. С писок использованных источников и литературы 1. Абросимова И.В. Сборник методических рекомендаций по оценке эколо гического состояния малых рек.: Новосибирск, 2008 . 2. Чернова Н.М., Г алушинВ.М., Константинов В.М.. Основы экологии: - Дрофа, Москва , 2006 . 302с.: Ил. 3. Алексеев С. В. , Груздева Н.В., Муравьев А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии: учебное пособие. – М.: АО МДС, 1996. 192с. 4. Официальный сайт администрации г. Искитима URL : http://www.admiskitim.ru/ - 5. Экологический центр «Экосистема» URL : http://www.ecosystema.ru/07referats/zagr.htm 6. - «Живая наука» URL : http://livescience.ru/article_49/ 7. Образовательный – геопортал URL : http://www.spacestudy.ru/?a=page&item=sneg 8. Дубль - ГИС Новосибирск URL : http://nsk.2gis.ru/ 9. Википедия» - свободная энциклопедия URL : http://ru.wikipedia.org/wiki/ 12 Приложение 1 Места отбора проб Рис. 1 ( Схема составлена с использованием nsk. 2gis .ru ) 1 2 3 13 Приложение 2 Таблица 1 Количество загрязняющих веществ от автотранспорта (тонн) Год 200 7 200 8 200 9 2010 20 11 201 2 Валовые выбросы от автотранспорта 2,6 2,8 2,9 3,1 3,9 4,29 Таблица 2 Загрязнение атмосферы Наименование вещества Выброс вещества, т / год Наименование вещества Выброс вещества, т / год Диоксид азота 119,0575 Бенз(а)пирен 0,0002466 Оксид азота 19,3036 Формальдегид 2,676 Сажа 2,69 Бензин 136,7185 Сернистый ангидрид 15,5446 Керосин 56,1939 14 Приложение 3 Рисунок 1 . Некроз кончиков и краев листьев Рисунок 2 . Точечный некроз Рисунок 3 . Некротические пятна 15 Приложение 4 Рисунок 1. Накипные лишайники Рисунок 2. Листов ые лишайники Рисунок3 .Накипные и листовые лишайники Рисунок4 . Листоватые лишайники

Приложенные файлы

  • pdf Liwainiki
    Исследовательская работа "Оценка экологического состояния района проживания методами биоиндикации"
    Размер файла: 604 kB Загрузок: 6