Лихеноиндикационная оценка чистоты атмосферного воздуха в микрорайоне «Зарека»

Министерство образования по делам молодежи РК

Администрация г. Петрозаводска

Комитет по вопросам культуры, делам молодежи, молодой семьи, физкультуры и спорта

МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 8» им. Н.Г. Варламова

Городская конференция учебно-исследовательских работ

«Карелия и Мир»

К 100-летию образования Республики Карелия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Исследовательская работа

 

Лихеноиндикационная оценка чистоты атмосферного воздуха

в микрорайоне «Зарека»

(биология)

 

 

 

 

 

                                                               Выполнила: Даимова Фарида,

                                                           обучающаяся 11 «А» класса

                                                           Руководитель: Белова Н.А.,

                                                          учитель биологии и химии

 

 

 

 

 

 

 

 

Петрозаводск

2019

 

Оглавление

 

 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………3

 

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ……...4

 

 

    Часть 1.1 Экология лишайников……………………………………..4

 

    Часть 1.2  Критерии выбора биоиндикаторов…………………...…6

 

    Часть 1.2 Характеристика территории исследования…………….7

 

 

ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ……….....8

 

 

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЯ………...10

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………..…11

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………..…..12

 

ПРИЛОЖЕНИЕ……….............................................................................13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

        Проблема загрязнения природной среды - одна из глобальных проблем современного мира. В связи с интенсивным развитием промышленности и транспорта, в атмосферу, гидросферу, литосферу поступает все большее количество вредных выбросов. На земном шаре практически невозможно найти место, где бы не присутствовали в той или иной концентрации поллютанты (загрязняющие вещества).

        Среди веществ, загрязняющих воздух, наибольшее значение имеет сернистый газ, галогены и их соединения, окись углерода, сероводород, аммиак, этилен, а также копоть, пепел, твердые частицы пыли (цемента, извести, кремния, каменного угля, металлов и их соединений).

Еще одним серьезным загрязнителем воздуха является автотранспорт. На его долю приходится около 5,5 тысяч тонн выбрасываемых в атмосферу вредных веществ.

Основным поставщиком загрязняющих веществ на территории микрорайона Зарека  в данное время является автотранспорт. Такие улицы как пр. А.Невского, ул. Правды, ул. Ригачина – важнейшие   магистрали нашего микрорайона и всего города.

Наилучшими индикаторами состояния окружающей среды являются лишайники, так как они распространены по всему земному шару и их реакция на внешние воздействия очень сильна, а собственная изменчивость незначительна по сравнению с другими организмами.

            Цель работы: используя метод лихеноиндикации, оценить чистоту атмосферного воздуха в микрорайоне «Зарека».

Цель реализуется через решение следующих задач:

- изучение литературы по данной теме;

- описание эпифитного лишайникового покрова деревьев на контрольных участках микрорайона «Зарека»;

- определить основные характеристики эпифитного лишайникового покрова (общее линейное покрытие лишайников, видовое разнообразие);

- оценить уровень атмосферного загрязнения микрорайона «Зарека».

Методы, используемые в работе: работа с литературными источниками,  наблюдение, качественный анализ, количественный анализ, информационные технологии.

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Часть 1.1 Экология лишайников

         Лихенология (от лат. lichen – лишайник) – это наука о лишайниках. Лихенология изучает вопросы происхождения, филогении, строения, систематики, биохимии, физиологии, распространения и экологии лишайников.

Эта древняя группа живого, возникшая, вероятно, в начале палеозоя, в результате адаптации к различным условиям среды в процессе эволюции приобрела большое разнообразие жизненных форм; расселилась по всему земному шару, с центрами видового разнообразия в умеренных и холодных районах. Благодаря особым физиолого-биохимическим свойствам лишайники могут существовать в условиях сурового климата. Обычно они заселяют малопригодные для других организмов места обитания, живут на самых разнообразных субстратах, участвуют в образовании первичной почвы на скалах. В некоторых типах растительности (тундрах, лесотундрах, сосновых лесах) лишайники образуют большую биомассу, входят в состав мохово-лишайникового яруса, играют существенную роль в фитоценозах.   

Лишайники (Lihens) представляют собой весьма своеобразную группу споровых растений, состоящих из 2-х компонентов - гриба и одноклеточной, реже нитчатой водоросли, которые живут совместно, как целостный организм [3].

             Лишь во второй половине XIX века Де Бари предложил считать лишайники комплексными организмами и ввел в биологию понятие «симбиоза». Лишайник ведет себя как автотрофный организм и зависит от влаги, света и минеральных веществ, а гриб получает органические вещества от водоросли [2].

        Бесцветная плотная ткань тела лишайника сплетена из нитей мицелия гриба, а среди них расположились зеленые, иногда сине-зеленые водоросли. Они придают лишайникам зеленоватый оттенок, а пигменты, которые откладываются в теле лишайника, окрашивают их в разные цвета.

        Лишайники вездесущи, не страшась морозов, они проникают на север,

выдерживают иссушающую жару в пустынях, прекрасно себя чувствуют во влажных тропических лесах и на голых скалах [8].

        Одним из уникальных свойств лишайников является их способность впитывать воду в очень больших количествах. Источником влаги может быть дождевая вода, утренняя роса или туман. Уникальная особенность лишайников - способность абсорбировать водяной пар даже из очень сухого воздуха [3].

        В отличие от остальных растений, тело или слоевище лишайников не различаются на стебель и листья, хотя и имеют различные формы. Различают три морфологических типа лишайников: кустистые, листоватые, накипные [2].

Кустистые лишайники имеют вид прямостоячего или свисающего кустика, а также форму кубка, удлиненноцилиндрическую или палочковидную.

        Слоевище листоватых лишайников может иметь вид цельной листовидной пластинки или чешуйки, рассеченной на широкие или узкие лопасти.

        Слоевища накипных или корневых лишайников бывают погружены в субстрат (камень или дерево) или располагаются на его поверхности.

        Между всеми этими формами существуют переходы.

        К субстрату лишайники прикрепляются с помощью грибных гиф, посредством специального слоевищного выроста-гомфа, или сердцевинными гифами.

        Размножение лишайников осуществляется различными путями. Самый простой способ - перенос обломков слоевища ветром, водой или животными на другие места. Особыми приспособлениями для размножения лишайников являются соредии и изидии. Другой способ размножения с помощью спор. Споры образуются в плодовых телах (это грибные компоненты). А лишайник развивается только в том случае, если спора на месте прорастания встречает нужную водоросль [7].

        По отношению к субстрату среди лишайников различают экологические группы: эпилитные лишайники - живущие на поверхности горных пород, эпифитные - растущие на коре деревьев и кустарников, эпиксильные - обитающие на гниющей древесине, эпигейные - растущие на поверхности почвы [2].

        Лишайники по-разному реагируют на загрязненность воздуха. Установлено, что при повышении степени загрязнения воздуха первыми исчезают кустистые, затем листовые и последними накипные (корковые) формы лишайников.

        Из всех экологических групп лишайников наибольшей чувствительностью обладают эпифитные лишайники, растущие на коре деревьев и кустарников [5].

 В связи с уникальными свойствами лишайников их стали использовать для общей оценки степени загрязненности атмосферного воздуха. На этой основе стало развиваться особое направление индикационной экологии - лихеноиндикация [2].

 

 

 

 

Часть 1.2 Критерии выбора биоиндикаторов

Биомониторинг - система наблюдений и оценки изменений состояния экосистемы в условиях антропогенного пресса с использованием живых организмов - биоиндикаторов.

В основе биоиндикации лежит свойство живых организмов реагировать на изменения параметров окружающей среды.

Биоиндикатор - (от лат. indico - указываю, определяю) - организмы, присутствие, количество или особенности развития и поведения которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений.

Существуют следующие критерии выбора биоиндикаторов:

- организмы-биоиндикаторы не должны быть слишком чувствительными и слишком устойчивыми к загрязнению;

- необходимо, чтобы у них был достаточно продолжительный жизненный цикл;

- важно, чтобы эти организмы были широко распространены по всему земному шару или в данном регионе (согласно масштабам мониторинга);

- площадь произрастания вида должна быть статистически значима.

- биоиндикаторы должны быть обильными в районах исследования;

- каждый вид должен быть приурочен к определенному местообитанию;

- биоиндикаторы должны бать генетически однородны;

- функция биоиндикатора в экосистеме, важность его в пищевых цепях должна быть известна.

Лихеноиндикация - определение свойств среды по особенностям ряда показателей лишайников.

            Лишайники применяются в качестве биондикаторов в следующих областях:

- при выявлении почвенно-геологических и физико-географических параметров территорий;

- при изучении динамики ледников;

- при определении возраста наскальных изображений (петроглифов) и построек (статуи с острова Пасхи) древних людей;

- при определении степени пастбищной и рекреационной нагрузок;

-при изучении влияния удобрений;

-при выявлении малонарушенных (девственных) лесных сообществ;

-при экологической разведке в вооруженных силах, основанной на показателях свойств лишайников интересующих областей.

Лишайники идеально подходят для биомониторинга и соответствуют всем критериям биоиндикаторов.

В качестве причин, обуславливающих высокую чувствительность лишайников к загрязнению, приводят следующие:

- лишайники представляют собой симбиоз гриба и водорослей и любое, даже не значительное, влияние может изменять баланс взаимодействия между симбионтами, что сказывается на их жизнеспособности;

- высокая чувствительность водоросли требуксия (фитокомпонента 80% видов лишайников), пигменты которой под действием загрязнения очень легко разрушаются;

- отсутствие защитных покровов у лишайников и обусловленное этим отсутствие контроля над поглощением газов и жидкостей слоевищами лишайников;

- строгие требования лишайников к кислотности субстрата, изменение которой приводит их к гибели.

Было установлено, что наиболее удобными для изучения являются эпифитные лишайники. Для этого выделяют ряд причин:

- стволы деревьев подвергаются более сильной циркуляции воздуха, чем напочвенная растительность;

- все необходимые вещества эпифиты получают только из атмосферы, а субстрат, согласно современным исследованиям, служит им только местом для прикрепления;

 - эпифиты существуют в более-менее однородных условиях местообитания, тогда как напочвенные и эпилитные лишайники могут обитать на целой мозаике из различных микроусловий и их распространение может в большей степени зависеть от случайных факторов, а не от загрязнения.

 

Часть 1.3 Характеристика территории исследования

Петрозаводск – столица Республики Карелия, промышленный, транспортный и туристический центр северо-запада России. В настоящее время население Петрозаводска составляет 280 тыс. человек. В городе располагаются более 50 предприятий различного профиля. Ведущими отраслями являются машиностроение, металлообработка, лесная, деревообрабатывающая и строительная промышленности. Через Петрозаводск проходят автомобильная дорога федерального значения и железнодорожная магистраль Санкт-Петербург – Мурманск. В городе находится крупный порт. Петрозаводск занимает 2 место в Республики Карелия по объему выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, что составляет около 10,4 тыс. тонн в год.

Исследуемая территория  расположена в центральном планировочном районе г. Петрозаводска на правобережной части р. Лососинки.

Исследуемая территория расположена на береговом склоне Онежского озера. Рельеф ровный, однородный. Ландшафт сильно изменен, модифицирован, включает в себя площадь застройки городского типа.

Были исследованы улицы с наиболее интенсивным движением автотранспорта: ул. Правды, пр. Александра Невского, ул. Ригачина (Приложение).

В ходе исследования было выяснено, что все перечисленные улицы имеют двухстороннее  однополосное движение. По всем улицам, кроме улицы Правды,  могут передвигаться все виды транспорта. В районе ул. Правды запрещен проезд транспорта свыше пяти тонн.

Таким образом, территория исследования находится в зоне сильного антропогенного воздействия и неблагоприятных экологических условий и проведение лихеноиндикационных исследований являются актуальными.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В основу методики оценки относительной численности эпифитных лишайников был положен метод линейных пересечений (А.В. Пчелкин, А.С. Боголюбов «Методы лихеноиндикации загрязнений окружающей среды». - М.: Экосистема, 1997).

В основу методики оценки относительной численности эпифитных лишайников положен метод линейных пересечений. Он заключается в наложении гибкой ленты с миллиметровыми делениями на поверхности ствола дерева с фиксированием всех пересечений ее со слоевищами лишайников. В качестве ленты используется «портняжный метр» с миллиметровыми делениями.

Необходимое оборудование: портняжный метр, булавки, бланки описаний, карандаши, ластики, линейки.

Выбор породы деревьев для обследования.

В начале исследования требуется определить видовой состав, количество и характеристики деревьев, растущих на участке. Эта необходимость обусловлена тем, что многие виды лишайников предпочитают определенные породы деревьев. Также необходимо помнить, что хвойные породы, (особенно ель), в качестве объекта для лихеномониторинга не подходят, т.к. обладают сильно кислой коркой, которая уже при незначительном загрязнении сернистым газом подкисляется настолько, что лишайники на такой коре не развиваются. Хорошими объектами для исследований в условиях северо-запада России являются сосна, береза, тополь, липа и др.

            Выбор возраста деревьев для обследования.

Для исследования рекомендуется использовать достаточно старые прямостоящие деревья, возрастом более 50 лет, высотой более 10 метров, диаметром ствола не менее 15 см и окружностью ствола более 50 см.

            Последовательность выбора деревьев для обследования.

Выбор деревьев должен производиться в какой-либо определенной последовательности, т.е. регулярно (например, через одно, или описывается каждое третье  и т.д. дерево). Если деревьев на участке мало, то можно брать все подряд подходящие деревья. Необходимо помнить, что для достаточной выборки требуется как минимум 5-8 деревьев одной породы.

После выбора модельного дерева определяли на стволе точку, находящуюся на высоте 1,5м с северной стороны. Затем на ствол накладывалась мерная лента с делениями таким образом, чтобы ноль шкалы ленты совпадал с выбранной точкой, а возрастание чисел на шкале соответствовало движению почасовой стрелки (с севера на восток). После полного оборота ствола лента закреплялась на стволе булавкой в нулевой точке. Совмещая последнее деление и ноль ленты, определяли длину окружности ствола. Ее при дальнейших  измерениях принимали за 100%.

        После каждого измерения, фиксировали начало и конец каждого пересечения ленты с талломами лишайников. Измерения проводились с точностью до 1 см.

        По завершении измерений, проводился расчет проективного покрытия лишайников на основе линейных пересечений, который определил отношение «заросшей» лишайниками части ствола к общей поверхности. Зная общую длину окружности ствола и принимая ее за 100%, рассчитывали проективное покрытие лишайников. Например, длина окружности ствола на 3 площадке 85 см (850мм). Пересечения ленты с талломами наблюдались на отметках: 3,1-3,2 см; 74,1-75см. Общая сумма «протяженности» лишайников составляет 1,0 см (0,1+0,9). По пропорции 85см - 100%; 1,0см - Х%, находим величину проективного покрытия  (1,2%).

      Проективное покрытие определялось для всех видов лишайников в сумме (Таблица №1).  

Видовая принадлежность лишайников определялась по определителю [6]. Лишайники с деревьев не собирались. Описания велись таким образом, чтобы максимально сохранить лишайниковый покров.

Было определено пять площадок исследования: 2 площадки – на ул. Правды, 1 площадка – на пр. А. Невского, 2 площадки – на ул. Ригачина.

 

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЯ

Были исследованы улицы с наиболее интенсивным движением автотранспорта: ул. Правды, пр. Александра Невского, ул. Ригачина (Приложение).

 Наибольшее автотранспортное загрязнение наблюдается на проспекте Александра Невского и ул. Правды.

Среди транспортных средств преобладают легковые автомобили.

Наибольшее количество транспортных средств на улицах микрорайона движется по ул. Правды и пр. А. Невского, следовательно, и наибольшее количество продуктов сгорания топлива попадает в воздух и оседает на почву именно в этой части города. Наименьшее количество автотранспорта проходит по улице Ригачина (Приложение). 

В районе улицы Правды объема воздуха, необходимого для разбавления, недостаточно. Это плохо влияет на  состояние окружающей среды.

Наиболее благополучная обстановка в районе улице Ригачина, что можно объяснить меньшим потоком машин (Приложение).

На ул. Правды (площадка №1 и площадка №2) наблюдаются «лишайниковые пустыни» - полное отсутствие лишайников.

На пр. А. Невского (площадка №3) процент проективного покрытия возрастает до 6,7% (род Пармелия Parmelia).

Резко увеличивается процент покрытия стволов деревьев на ул. Ригачина (площадка №4 и площадка №5). Процент покрытия составляет 64,7%. В этом районе возросло видовое разнообразие листоватых лишайников. Кроме рода Пармелия (Parmelia) появились лишайники рода Цетрария (Cetraria).

Всего было обследовано 50 деревьев. Встречаемость описаний с лишайниками на разных видах деревьев  в среднем насчитывает 17%, на березе – 8% (Табл. №2).

Так как кустистые лишайники обладают высокой чувствительностью к загрязнению атмосферного воздуха, они отсутствуют на исследуемых площадках.

 

 

 

 

 

Заключение

Основными источниками загрязнения территории микрорайона Зарека являются: автотранспорт и бытовые отходы. Наибольшее автотранспортное загрязнение наблюдается на проспекте Александра Невского и ул. Правды. Поэтому здесь необходимо уделять большее внимание озеленению территории, регулированию транспортных потоков.

Метод лихеноиндикации наглядно отражает загрязнение атмосферного воздуха в указанных точках микрорайона Зарека.

Выхлопные газы автотранспорта приводят к деградации лишайниковых группировок, вплоть до полного их исчезновения.

По мере удаления от основных транспортных магистралей микрорайона Зарека, увеличивается видовое разнообразие и процент покрытия стволов деревьев листоватыми лишайниками возрастает.

В условиях города Петрозаводска береза не является подходящим объектом для проведения лихеноиндикационных работ, т.к. в условиях загрязнения резко снижается видовое разнообразие лишайников.

Максимальные значения процента покрытия стволов деревьев лишайниками наблюдаются в зеленых зонах микрорайона Зарека. Это свидетельствует о том, что микроклимат зеленых зон способствует большему сохранению лишайниковых группировок, чем территории застройки с отдельно стоящими деревьями, а зеленые зоны играют существенную роль в создании благоприятной среды в городе.

Практическое применение данной работы в том, чтобы обратить внимание чиновников, занимающихся проблемами экологии, на состояние окружающей среды в исследованном микрорайоне и принять меры к улучшению экологической обстановки.

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Артамонов В.И. Зеленые оракулы. М.: Мысль, 1989.

2. Большая Советская энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1996.

3. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Челябинской области, Челябинск, 1999.

4.  Тарасова, В.Н. Лишайники: физиология, экология, лихеноиндикация: учебное пособие /

В.Н. Тарасова, А.В. Сонина, В.И. Андросова. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2012.

5.  Горбунов Ю.Н., Демидов А.С. . Особо охраняемые природные территории РФ.

 Ботанические сады и дендрологические парки. Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Главный ботанический сад им. Н.В. Цицина Российской академии наук

(ГБС РАН). - М.: Товарищество научных изданий КМК. 2012. 358 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

Таблица №1.

Покрытие стволов деревьев эпифитными лишайниками

Деревья	Площадка 1 ул. Правды	Площадка 2 ул. Правды	Площадка 3 пр. Невского	Площадка 4 ул. Ригачина	Площадка 5 ул. Ригачина
1	0%	0%	1,2%	3,4%	4,5%
2	0%	0%	2,3%	0%	0%
3	0%	0%	0%	2,8%	8,75%
4	0%	0%	0,6%	0%	6,1%
5	0%	0%	0%	2,9%	3,1%
6	0%	0%	0%	1,1%	5,6%
7	0%	0%	2,6%	1,5%	3,4%
8	0%	0%	1,5%	0%	12,6%
9	0%	0%	1,1%	4,1%	11,1%
10	0%	0%	0%	4,5%	9,6%
Общий % покрытия	0%	0%	6,7%	20,3%	64,3%

 

 

 

 

Таблица №2.

 

Средняя встречаемость описаний с лишайниками (в %)

 

Другие виды деревьев	Береза
17	8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица №3.

 

Отношение объема воздуха, необходимого для разбавления к условному объему воздуха для различных газов  в точках наблюдения

 

	Угарный газ V1/Vусл	Углеводороды V2/Vусл	Диоксид азота V3/Vусл
ул. Правды	1,52	1,89	39,81
ул. Невского	1,37	0,94	3,68
ул. Ригачина	0,39	0,51	1,1

 

 

Диаграмма №1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диаграмма №2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диаграмма №3.