Антропогенное загрязнение среды и растения

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №8» с.Грушевского Алекасандровского района Ставропольского края Антропогенное загрязнение среды и растения Автор работы: Веревкина Евгения ученица 11 класса Руководитель: Горгосова Любовь Николаевна Учитель биологии 1 Содержание: 1.Введение. 2.Теоретическая часть. «Антропогенные загрязнения среды». 3.Практическая часть: 3 4­6 1.Опыт «Выявление различий между  экобиоформами растений  разных зон произрастания». 7­8 2.Эксперимент №1 « Биоиндикация  загрязнения воздуха по комплексу признаков сосны обыкновенной».     8­10 3.Эксперимент №2 «Определение степени деградации лесного   фитоценоза по состоянию древесных растений».     11­12 4.Наблюдение «Макроскопические изменения у растений». 12­13 5.Выявление основных растений­индикаторов с. Грушевского. 14 4.Заключение 5.Рекомендации 6.Список литературы 15 15 15­16 2 Введение  В последнее время человек начал активно вторгаться в живой мир  Земли. В результате этого возникли острые проблемы: загрязнение и  отравление среды промышленными и бытовыми отходами, ядохимикатами,  разрушение естественных экосистем.  Источники загрязнения – отходы промышленности и транспорта. Как уберечься от их влияния? Как достичь гармонии природы и человека? Ответы  на поставленные вопросы  являются основным смыслом предложенной  работы. Гипотеза: Растения ­ естественные индикаторы уровня загрязнения  окружающей среды.  Цель работы: изучить способы антропогенного загрязнения атмосферы,  определить значение зелёных растений в создании здоровой обстановки для  жителей села Грушёвского. Задачи: 1) выявить влияние атмосферного загрязнения на морфологические  признаки и состояние растений­индикаторов; 2) выявить различия между экобиоформами растений разных зон  произрастания Методы исследований: анализ теоретического материала, наблюдение  (контрольные точки),статистическая обработка. Методика исследования: Ашихмина Т.Я. Объект исследований: фитоценозы окрестностей и сообщества растений  села Грушёвского, приусадебные участки жителей села. Актуальность: актуальность темы заключается в том, как путём  продуманного озеленения можно улучшить экологическую и оздоровительную обстановку своего села. Научить жителей села заниматься экологическим  самообразованием во имя гармонии природы и человека. 3 Теоретическая часть    Существуют два главных источника загрязнения атмосферы:  естественный и антропогенный. Естественный источник ­ это вулканы, лесные  пожары, пыльные бури, процессы разложения растений и животных.  Источники антропогенного загрязнения атмосферы: теплоэнергетика,  нефтегазопереработка, промышленность, транспорт. Предприятия  металлургической, химической и других отраслей промышленности  выбрасывают в атмосферу пыль, сернистые и другие вредные газы,  выделяющиеся при различных технологических производственных процессах.  Черная металлургия. Процессы выплавки чугуна и переработки его  на сталь сопровождаются выбросом в атмосферу различных газов.  Загрязнение воздуха пылью при коксовании углей сопряжено с подготовкой  шахты и загрузкой в коксовые печи, с выгрузкой кокса в тушильные вагоны с  мокрым тушением кокса. Мокрое тушение сопровождается так же выбросом в атмосферу веществ, входящих в состав используемой воды.   Цветная металлургия. При получении металлического алюминия  путем электролиза с отходящими газами от электролизных ванн в  атмосферный воздух выделяется значительное количество газообразных  пылевидных фтористых соединений.  Воздушные выбросы предприятий нефтедобывающей и  нефтехимической промышленности содержат большое количество  углеводородов и сероводородов. Выброс в атмосферу вредных веществ на  нефтеперерабатывающих заводах происходит главным образом из­за  недостаточной герметизации стабильности оборудования. Например, выброс  углеводородов и сероводородов отмечается возле резервуаров сырьевых  парков для нестабильной нефти.  К химической промышленности относится большая группа  предприятий. Состав их выбросов весьма разнообразен. Основными  4 выбросами от предприятий химической промышленности являются окись  углерода, окиси азота, сероуглерод, фтористые соединения и др.  Источниками загрязнения в сельской местности являются  животноводческие и птицеводческие фермы, промысленные комплексы по  переработке мяса, энергетические и теплосиловые предприятия, пестициды,  применяемые в сельском хозяйстве. В местах расположения помещений для  содержания скота и птицы в атмосферный воздух могут поступать аммиак и  другие газы.  Тяжелые металлы – это группа химических элементов с   Механизмы устойчивости растений к избытку тяжелых металлов могут      относительной атомной массой более 40. Появление в литературе термина  «тяжелые металлы» было связано с проявлением токсичности некоторых  металлов и опасности их для живых организмов. Тяжелые металлы(Cu, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg) относятся к микроэлементам. То есть химическим  элементам, присутствующим в организмах в низких концентрациях (обычно  тысячные доли процента и ниже).     проявляться по разным направлениям: одни виды способны накапливать  высокие концентрации тяжелых металлов, но проявлять к ним устойчивость;  другие стремятся снизить их поступление путем максимального  использования своих барьерных функций. Для большинства растений первым  барьерным уровнем являются корни, где задерживается наибольшее  количество тяжелых металлов, следующий – стебли и листья, и, наконец,  последний – органы и части растений, отвечающие за воспроизводительные  функции (чаще всего семена и плоды, а также корне­ и клубнеплоды и др.).  Растения являются индикаторами чистоты окружающей среды, выполняя роль биологических фильтров окружающей среды. Они тесно связанны с  определёнными экологическими условиями, которые могут качественно или  количественно оцениваться по присутствию этих растений. Объектами индикации (индикатами) могут быть почвы, некоторые  горные породы, подземные воды, воздух и т.д. Одни растения — прямые  индикаторы — имеют непосредственную связь с объектом индикации (они  обычно сохраняют индикационное значение в пределах всего ареала), другие  — косвенные индикаторы — обнаруживают связь с какими­либо факторами,  находящимися в корреляционной зависимости от объектов индикации (чаще  являются региональными или узколокальными). Наиболее газоустойчивы: туя западная, клён ясенелистный, бузина, тополь  серебристый, сирень амурская, боярышник.  Достаточно газоустойчивы: барбарис, жимолость, спирея, смородина,  яблоня, калина, берёза плосколистная. 5 Негазоустойчивы: ель, пихта, кедр, можжевельник, берёза, черёмуха  обыкновенная.  Одним из распространенных компонентов загрязнения атмосферы  является диоксид серы. Устойчивость растений к диоксиду серы различна.  Даже незначительное наличие диоксида серы в воздухе хорошо  диагностируется лишайниками ­ сначала исчезают кустистые, потом  листоватые и накипные. Из высших растений повышенную чувствительность к  диоксиду серы  имеют хвойные (кедр, сосна, ель). Устойчивы к загрязнению бересклет, клён.  (Ашихмина Т.Я. стр.91)  Чувствительность различных деревьев и кустарников к диоксиду серы  Очень чувствительные: ель, сосна. Чувствительные: липа, малина. Средняя устойчивость: сирень Менее устойчивые: бузина, тис Очень устойчивые: бересклет, тополь. Чувствительны к содержанию в воздухе других загрязнителей  (хлороводорода, фтороводорода): пшеница, кукуруза, пихта, ель, земляника, берёза. Стойкими к содержанию фтороводорода в воздухе: хлопчатник,  одуванчик, картофель, табак, томаты, а к хлороводороду ­ крестоцветные,  тыквенные, гераниевые. (Ашихмина Т.Я. стр.92). Преимущества растений ­ индикаторов:  1. Позволяют точнее установить влияние конкретных загрязнителей на  живой организм.  2. Определяют комплексное воздействие на живой организм  3. Не требуют дополнительных материальных затрат по сравнению с  химическими и физическими методами определения загрязненности  окружающей среды. В результате активного вмешательства человека в природу глобальное  загрязнение среды все сильнее сказывается на состоянии природных  экосистем, особенно на зеленом покрове нашей планеты. Именно растения­ индикаторы служат одним из самых наглядных показателей состояния  биосферы.  6 Практическая часть Теоретические   знания,  полученные   в результате  изучения   литературных  источников  по теме работы, я закрепила  в практической  деятельности,  знакомясь объектами изучения в  ходе  проведения мною  опыта.  1. Опыт «Выявления  различий  между  экобиоформами   растений   разных зон  произрастания». Цель работы: изучить полиморфизм особей растений одного вида в пределах  разных зон произрастаний и выявить его связь  с условиями мест обитаний. Место проведения:  участок близ  автотрассы, приусадебный участок.  Материалы и оборудования:  лупа, рулетка, калькулятор, гербарные папки. Ход работы : 1. Сравнить строение кустов различных форм растений одного вида в  разных зонах произрастания на площадке размеров 1кв.м.В качестве  объекта исследования взято растение тимофеевка луговая. Выявлены в пределах исследуемого участка следующие  экобиоформы: 7 Участок №1 (близ автотрассы)   Участок №2 (приусадебный участок) а) прямостоячая рыхлая  б) развалистая  Характеристика жизненных форм тимофеевки луговой в пределах  разных участков. Форма куста И, кол­во  листов на кусте Средняя длина  листа (см) Ширина листа  (см) Участок№1( вблизи автотрассы) прямостоячая 87 2,1 Участок №2 (приусадебный участок ) развалистая 126 1,9 0,7 1,1 Вывод: в пределах участка № 1 выявлена одна форма тимофеевки луговой­  прямостоячая. В пределах участка № 2 выявлена одна жизненная форма  тимофеевки луговой­ развалистая. Это связано с относительно одинаковыми  8 абиотическими факторами света и воды на участках №1 и №2, но различным  составом атмосферного воздуха.  Эксперимент №1 «Биоиндикация загрязнения воздуха по  2. комплексу признаков сосны обыкновенной» Цель работы: выявить влияние атмосферного загрязнения на  морфологические признаки и состояние генеративных органов сосны  обыкновенной. Место проведения: участок около автотрассы и участок в центре села. Материалы и оборудование: линейка и лупа. Предварительные пояснения. Биологические особенности сосны обыкновенной. На территории Ставропольского края природных сосновых лесов нет;  сосна обыкновенная встречается в виде декоративных насаждений.  Считается, что наиболее чувствительна к загрязнению воздуха сосна. Это  обуславливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного  влияния, принимаемого в настоящее время за эталон биодиагностики.  Информацию по загрязнению несут внешние и анатомические изменения, а так же продолжительность жизни хвои. При постоянном загрязнении лесов  диоксидом серы наблюдаются повреждения и опадение хвои сосны. Длинные узкие хвоинки располагаются на ветвях парами спирально;  форма полуцилиндрическая или полукруглая, на конце острая, по краям  мелкопильчатая, жёсткая, сильно скрученная; цвет тёмно­зелёный с верхней  выпуклой стороны, а с нижней желобчатой более светлая; с нижней стороны  расположены сближенные устьица. (Зорина Т.Г. стр.43)   После отмирания хвоинки так же остаются соединёнными и опадают  вместе. Живут они не более 2­3 лет. Ход работы: 1.Определить состояние хвои сосны: а) вблизи автодороги; б)в центре села; 2. Выявить степень повреждения хвои с ветвей трех деревьев по наличию  хлоротичных пятен, некротичных точек, некрозов. Описание методики исследования. 9 Определение состояния хвои С нескольких боковых побегов в средней части кроны четырех деревьев  сосны в возрасте сорока лет отобрала 100 пар хвоинок второго и третьего  года жизни. В лаборатории всю хвою разделила на три части: ­неповреждённая хвоя ­хвоя с пятнами ­хвоя с признаками усыхания. Подсчитала количество хвоинок в каждой группе. Данные занесла в  таблицу с указанием даты отбора проб на каждом ключевом участке.  Место  произрастания Общее  количество  хвоинок, шт Неповрежденная хвоя  Хвоя с  пятнами  Хвоя с  признаками  усыхания  Центр села Вдоль дороги 400 400 шт 350 шт 220 % 87, 5  55 шт 31  89 % 7, 75 22,25 шт 19  91 % 4, 75 22,75 Вывод: анализируя таблицу, я получила следующие данные: самым чистым  районом оказался центр села. Это не вызывает сомнения, т.к. 87,5% здоровой  зелёной хвои содержалось в пробе. В районе же автодороги процент здоровой  хвои составил всего 55%. Определение состояния почек сосны в разных местах произрастания. Предварительные пояснения.  Каждую весну у сосны распускаются  почки и появляются молодые побеги. У основания побегов можно заметить  плотные светло­жёлтые гроздья мужских шишечек. Эти шишечки невелики ­  каждая меньше косточки вишни. В них созревает пыльца, которая высыпается  в виде жёлтого порошка и разносится ветром. Отдельная пылинка очень мала  и чрезвычайно легка. Это маленький шарик с мешковидными выростами по  бокам, заполненный воздухом. Сосна производит огромное количество  пыльцы, но лишь ничтожный её процент попадает на женские шишечки и  производит опыление. Вся остальная масса пыльцы погибает, разносимая  ветром .Женские шишечки можно найти весной на концах молодых побегов.  Они имеют вид крохотных зёрнышек размером с булавочную головку. После  10 опыления шишечка крупинка проходит долгий путь развития, прежде чем  станет зрелой деревянистой шишкой. На это уходит почти два года. К осени  первого года шишечка вырастает до размера горошины. Основной её рост  происходит на втором году. Она становится крупной, зелёной, а под конец  коричневой. К зиме в ней полностью созревают семена. Для данного исследования я работала с почками, расположенными на  трех ветвях каждого дерева. Результаты занесла в таблицу:                                  Состояние почек сосны обыкновенной в разных местах произрастания. Место  произрастания Количество  почек, шт 21 9 Центр села Вблизи   автотрассы   Длина почек  (мм) Толщина почек  6 4 (мм) 3 2 Вывод: в зоне, расположенной вблизи автотрассы, количество почек в три  раза меньше, а длинна и толщина почек в полтора раза меньше по сравнению  с зоной, расположенной в центре села. Предположительно, это связано с  большей концентрацией вредных веществ в атмосфере.  3. Эксперимент №2 «Определение степени деградации лесного  фитоценоза по состоянию древесных растений». Цель работы: оценить степень нарушенности древостоя лесного фитоценоза  под влиянием антропогенных факторов. Место проведения: лесонасаждения близ автотрассы. Материалы и оборудование: рулетка, лупа, определитель растений. Ход работы: 1.Выбрала площадку в пределах леса близ автотрассы. 11 2.Определила виды деревьев, растущих на пробной площадке. 3.Определиласостояние отдельных деревьев каждого вида по внешним  признакам по 5­ти бальной шкале(см. табл.) Шкала оценки состояния деревьев по внешним признакам Балл  Характеристика состояния деревьев  1 2 3 4 5 Деревья без внешних признаков повреждения (здоровые деревья). Отдельные ветки усохли, листья с желтыми оттенком  (ослабленные деревья). Кора изрежена,  вершина сухая,  много усохших ветвей (сильно  ослабленные). Усыхание ветвей по всей кроне, листья мелкие с жёлтым  оттенком (усыхающие деревья). Крона сухая, листвы нет, кора на стволах отслаивается или  полностью опала (сухие деревья) Коэффициент состояния древесных пород для каждого вида дерева  определила по формуле  , n 1 K   b 1 N  1 ­коэффициент состояния конкретного вида дерева; Где  1K b1 ­баллы состояния отдельных деревьев одного вида; n1 ­ число деревьев каждого балла состояния; N­ общее число учтенных деревьев каждого вида. Далее определила коэффициент состояния лесного древостоя в целом  (К) как среднее арифметическое коэффициентов состояния отдельных видов  деревьев на пробной площадке:  , 1  K K + K 2  + … + Kr N Где  K1 ,  K2 , …  Kr  ­ коэффициент состояния видов деревьев. 12 4,3 10 =0,43 K =  Данный коэффициент оценивает древостой леса как ослабленный.  Согласно полученным данным оценила состояние древостоя леса с занесением результатов в таблицу. Оценка состояния древостоя леса Виды деревьев дуб боярышник  шиповник Количество  деревьев 2 5 3 Состояние  деревьев (баллы) 2, 2 2, 1, 2, 1, 2 1, 1, 1 Коэффициент  состояния 2 1,3 1 Вывод: лесная площадка, расположенная вблизи автотрассы, подверглась  влиянию вредных веществ выхлопных газов, что стало основной причиной  ослабленного состояния деревьев. Особенно сильно страдают  зелёные  растения в промышленных зонах,  близ сельскохозяйственных  угодий ,в атмосфере которых находится  огромное количество загрязняемых веществ. Наблюдение «Макроскопические изменения у растений» В результате наблюдений я выявила макроскопические изменения у  растений в разных местах произрастания с.Грушевского. Токсическое  вещество Хлориды Тяжелые  металлы Сернистый газ Вид  изменения Изменение  окраски  листьев Изменение  окраски  листьев Изменение  окраски  листьев Проявленные  признаки Пожелтение  листьев Бледная  окраска  листьев Покраснение  листьев Виды  растений Тополь  обыкновенн ый Клен  остролистны й, ясень  американски й Смородина  черная Место  произрастания Лесонасаждения, Сельхозугодия  Лесонасаждения Дачный участок  близ автотрассы 13 Озон (при  использовании  ядохимикатов) Фтористый  водород (при  использовании  ядохимикатов) Соли,  используемые  при посыпании  при оледенении  Двуокись серы и двуокись азота Некрозы Некрозы Пятна серого  цвета Отмирают  верхушки и  края листьев Картофель  Приусадебный  участок Петрушка,  абрикос Пришкольный  участок Опадение  листвы Преждевременн ое опадение  листвы Конский  каштан Лесонасаждения  вдоль автотрассы Изменение  формы,  роста и  ветвления Низкорослость, изрежение  кроны Сосна  обыкновенна я Лесонасаждения  вдоль автотрассы Я также обнаружила, что загрязнение  атмосферы влияет на плотность  растений ,изменяет ареалы видов .На загрязненных территориях происходит  отбор видов растений ,наиболее устойчивых к конкретным веществам. Кроме  того пришла к выводу что сокращение лесных площадей и появление  безлесных или слабо облесенных ландшафтов приводят к заселению их  однолетними и многолетними рудеральными видами (лебедой, полынью,  сложноцветными). Ученые, изучив чувствительность растений к загрязнениям, составили  усредненную оценку их способности нормально произрастать при  определенных условиях концентрации вредных газов в воздухе.  По этому  признаку древесные и травянистые растения можно разделит на 5 групп: I –  очень устойчивые, II – устойчивые, III­ относительно устойчивые, IV –  малоустойчивые, V – неустойчивые. Примечательно, что в большинстве  случаев растения устойчивые к одним загрязнителям оказываются в такой же  мере устойчивыми и к другим.  Неустойчивые растения наиболее чутко реагируют на характер и  степень загрязнения атмосферы. А это означает, что они могут служить  живыми индикаторами состояния воздушного бассейна.  Используя указанные выше описания, я выявила среди растений те,  которые являются зелеными фильтрами, поглощающими из воздуха  загрязнители.  14 Выявление основных растений­индикаторов с. Грушевского. Основные растения­индикаторы с.Грушевского Компоненты  загрязнения Фенол и  соединения  серы Оксиды азота  Тяжелые  металлы Марганец  Аммиак  Хлористый  водород  Фтористый  водород  Вывод: Растения­индикаторы Древесные породы Белая акация, тополь  пирамидальный Сельскохозяйственные и  декоративные  Ячмень, люцерна, гречиха, клевер Сосна, ясень, клен  американский Конский каштан, клен  остролистный Белая акация  Липа сердцевидная  Лещина обыкновенная, ель  европейская Орех грецкий, сосна  обыкновенная Овес, горох, пшеница Фасоль обыкновенная Клубника, тюльпан Сельдерей Редис, шпинат, томаты Абрикос, виноград,  петрушка, гладиолус,  ландыш 1. Наиболее газоустойчивые растения: белая акация, тополь канадский,  шелковица, боярышник.   2. Повышенную чувствительность на загрязнение воздуха имеет сосна  обыкновенная. 3. Наиболее угнетены растения сосны обыкновенной вблизи автотрассы  с.Грушевского. Отмечается снижение зелёной массы хвои, нарушения в  развитии генеративных органов, снижение годичного прироста древостоя. 4. Высокая степень загрязнения воздуха вблизи центральной автотрассы.  Загрязняющие вещества ­ выхлопные газы автомобилей. 5. Основные источники загрязнения: котельная, автотранспорт. Заключение  15 Если наиболее чувствительные к загрязнению атмосферы растения  могут служить ингибиторами, то самые устойчивые должны широко  использоваться для озеленения с.Грушевского, особенно в зонах  расположения сельскохозяйственных угодий и автодорог. Именно здесь  особую роль – экологическую и оздоровительную ­ играют лесные  насаждения. Деревья могут поглощать разнообразные атмосферные  загрязнения, а органическое вещество лесной подстилки – адсорбировать  весьма вредные компоненты (тяжелые металлы). Рекомендации:  1. При формировании зеленых насаждений села Грушёвского целесообразно  использовать наиболее устойчивые растения. А именно: белую акацию, тополь канадский, шелковицу, боярышник. 2. В местах с относительно небольшим загрязнением атмосферы использовать  сосну обыкновенную. 3. Для уменьшения содержания аэрозольных частиц лучше использовать  калину, рябину. Все это позволит создать здоровую обстановку для жителей нашего села . Список литературы:  1. 2. 3. Ашихмина Т.Я. «Школьный экологический мониторинг» изд.  «Агар» Москва 2000г. Петров В.В. «Растительный мир нашей Родины» изд.  «Просвещение» Москва 1991г Соколов В.В. «Международная программа по биоиндикации  антропогенного загрязнения природной среды. Экология».  2000г. Пономарева И,Н. «Экология с основами биогеоценологии»  2005г. 16