Биоиндикация как метод экологического мониторинга

 

 

Департамент образования Сахалинской области

Муниципальное образование «Анивский городской округ»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа с. Огоньки»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исследовательская работа по экологии          

«Биоиндикация как метод экологического мониторинга»

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                              Работа Ивановой Марии

                                                                    ученицы 10 класса

Руководитель Иванова Т. Ф.

                                                                          учитель экологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с. Огоньки

2009

 

                                               Содержание

 

        Введение……………………………………………………………………..3

1. Биоиндикация как один из методов экологического мониторинга….6
1. Классификация биоиндикационных показателей…………………...9
2. Дендроиндикация как один из методов  биоиндикации…………..10
2. Исследование……………………………………………………...…….14

     2.1. Метод В.Т. Ярмишко «Определение градации древостоя по его жизненному состоянию»…………………………………………………….14

     2.2. Морфологические изменения, используемые для биоиндикации на примере ели обыкновенной………………………………………………….17

    2.3. Определение состояния генеративных органов ели обыкновенной (измеряемые показатели – размеры шишек)……………………………….23

      3. Заключение………………………………………………………………..26

      4. Литература………………………………………………………………...27

      Приложение…….………….………… ……………………………………..28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

    Настоящие исследования посвящены одному из актуальных направлений экологии – биоиндикации. Актуальность данной темы состоит в том, что в настоящее время активная деятельность человека наносит Земле непоправимый вред. В связи с интенсивным воздействием человека на природу резко повысился интерес общества к состоянию окружающей среды, её воздушного бассейна, почвы, водоёмов, а также продуктов питания. Контроль состояния окружающей среды, оценка её качества – это важнейшая составная часть деятельности человека, которая направлена на освоение и использование природных ресурсов для обеспечения своей жизнедеятельности.

   Сохранение качества окружающей  среды и здоровья населения  находится в числе самых острых  проблем современности. Правительства  многих стран мира уделяют  пристальное внимание вопросам  экологии. Сегодня всем известно современное экологическое состояние планеты. Если раньше загрязнение было характерно лишь для отдельных её частей, то сейчас таким примером может послужить любое место, где проживает человек. Связано это с тем, что в последнее время сильно увеличилось количество автотранспорта, загрязнение почвы, выбросов в атмосферу ядовитых веществ, отравление водоёмов. Автомобиль загрязняет атмосферный воздух не только токсичными компонентами отработанных газов, парами топлива, но и продуктами износа шин, тормозных накладок. Наибольшее количество вредных веществ выбрасывается в воздух при запуске двигателя, а также на режимах холостого хода, набора скорости и торможения. Все эти негативы можно наблюдать на примере растительности вдоль автотрасс. Эти растения в первую очередь подвержены влиянию негативных факторов. Зная растения – индикаторы можно определить насколько загрязнена окружающая среда. Роль зелёных насаждений очень велика. Они выполняют газозащитную и ветрозащитную функции, снижают запыленность и загазованность воздуха, обладают фитонцидным действием, влияют на тепловой режим и влажность воздуха, борются с шумом. Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха группа голосеменных растений, в частности это сосна обыкновенная, ель обыкновенная, кедр, пихта – эти растения очень быстро реагируют на вредные примеси в воздушной среде. На такие как: диоксид серы, хлороводорода, фтороводорода и других.

    Преграждая путь потокам  воздуха, зелёные насаждения задерживают в них пыль и газ. Тем самым, выполняют роль естественных фильтров, которые очищают воздух от вредных примесей.

Цель – выявление методом  биоиндикации состояния природной среды в окрестностях с. Огоньки, на примере ели обыкновенной.

 Задачи:

  - дать общую характеристику  биоиндикации, как  одного из методов мониторинга в экологии,

  - определить территории окрестности  с. Огоньки для исследования ели  обыкновенной,

  - выявить методом биоиндикации загрязнённость природной среды елового массива с. Огоньки (район школы и лесной район в 2 километрах от с. Огоньки),

  - проанализировать полученные  результаты и сделать выводы.

Объект исследования: ель обыкновенная.

Предмет исследования: дендроиндикация.

Гипотеза: мы предполагаем, что выявление ели обыкновенной – как индикатора будет способствовать быстрому и точному определению состояния окружающей среды на исследуемой территории.

Методы исследования:

- морфологические изменения, используемые  в биоиндикации;

- определение состояния генеративных  органов ели обыкновенной (измеряемые показатели – размеры шишек ели)

-  метод В.Т. Ярмишко «Способы  градации древостоя по его  жизненному состоянию»

   Практическая значимость исследований заключается в том, чтобы определить состояние загрязнённости природной среды определяемой территории и жизненного состояния ели обыкновенной. Выявить причины сокращения и гибели особей. Произвести посадку новых деревьев вместо погибших.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

 

 

 

 

 

1.Биоиндикация – как один из методов экологического мониторинга.

 

   Учеными отмечено, что экологическая ситуация в любом   районе, может кардинально изменится не только за продолжительное время, но и за считанные часы, так как  интенсивность выбросов предприятиями отходов в атмосферу, или в водоем иногда катастрофически увеличивается. Поэтому необходимо вести регулярное наблюдение за состоянием экосистем и их элементов. Такие постоянные наблюдения называются экологическим мониторингом (от латинского слова «монитор» - тот, кто напоминают, предупреждает). (Миркин, Наумова 1996 год).

 Понятие «экологический мониторинг»  определяется ведущими специалистами- экологами следующим образом: 
- система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, вызванных факторами антропогенного происхождения (Федоров, 1974; Израэль, 1978; Соколов, Смирнов, 1980); 
- слежение за биологическими объектами и мониторинг с помощью биоиндикаторов (Н.Ф.Реймерс 1990); 
- определение состояния живых систем на всех уровнях организации и отклика их на загрязнение среды (В.С.Николаевский 1981). 
Под "здоровьем среды" (Захаров В.М., 1999), в самом общем смысле, понимается ее состояние (качество), необходимое для обеспечения здоровья человека и других видов живых существ.

Методы оценки абиотических и биотических факторов местообитания при помощи биологических систем часто называют биоиндикацией (лат. - indicare - указывать). В соответствии с этим, организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых так тесно коррелируют с определенными факторами среды, что могут применяться для их оценки, называют биоиндикаторами. При биоиндикации изменения биологической системы всегда зависят как от антропогенных, так и от природных факторов среды. Эта система реагирует на воздействие среды в целом в соответствии со своей предрасположенностью, то есть такими внутренними факторами, как условия питания, возраст, генетически контролируемая устойчивость и уже присутствующими нарушениями. Существуют различные формы биоиндикации. Если две одинаковые реакции вызываются различными антропогенными факторами, то говорят о неспецифической биоиндикации. Если же те или иные происходящие изменения можно связать только с одним фактором, то речь идет о специфической биоиндикации. Если биоиндикатор реагирует значительным отклонением жизненных проявлений от нормы, то он является чувствительным биоиндикатором. Аккумулятивные биоиндикаторы, напротив, накапливают антропогенное воздействие большей частью без быстро проявляющихся нарушений. Для биоиндикации пригодны в основном два метода - пассивный и активный мониторинг. В первом случае у свободно живущих организмов исследуются видимые или незаметные повреждения или отклонения от нормы, являющиеся признаками стрессового воздействия. При активном мониторинге пытаются обнаружить те же самые воздействия на тест - организмах, находящихся в стандартизированных условиях на исследуемой территории. (Н. Ф. Реймерс 1990).

Используемые для целей экомониторинга виды-биоиндикаторы отвечают следующим требованиям: 
- являются доказательно исследованными; 
- методически хорошо отработаны; 
- имеют адекватный отклик измеряемых параметров на изменение экологической ситуации; 
- обладают достаточной чувствительностью; 
- зарекомендовали себя как виды-биоиндикаторы в аналогичных исследованиях;  
- широко распространены по всей обследуемой территории, являются массовыми видами; 
- удобны для сбора (коллекционирования); 
- удобны для обработки и хранения; 
- имеют четкие (заметные) и удобно читаемые изменяющиеся признаки, удобные для замеров в практической работе. (В. С. Николаевский 1981).

Заслуживает внимание индикаторная роль растений. Наблюдая за растениями, человек еще в глубокой древности усваивал ориентиры в пространстве и времени – растения, верно, служили ему вместо компаса. Некоторые растения довольно точно показывали человеку время суток. Другие растения выполняли функцию барометра и гигрометра, являлись индикаторами пресных и соленых вод. В настоящее время растения – индикаторы используют в своих исследованиях и практической деятельности геологии, гидрологии, землеустроители, почвоведы, климатические экологи, лесоводы, археологи и др. Например, с помощью растений удается обнаружить кимберлитовые трубки, скрывающие алмазы. Растения могут служить индикаторами плодородия почв. Ю.М. Колумелла был глубоким знатоком агрономической науки древнерусского государства. Он писал: «Рачительному хозяину подобает по листве деревьев, по травам, или уже поспевшим плодам здраво судить о свойствах почвы и знать, что может расти на ней хорошо». Подобной точки зрения придерживался и его современник Плиний «Бузина, ежевика  полевой лук клевер, дикая яблоня и груша является признаком хлебной почвы. Растения резко реагируют на изменение внешних условий. В зависимости от характера почвенного покрова наибольшее распространение получают те или иные виды растений. Отрицательные воздействия выхлопных газов автомобилей на некоторых растениях настолько отчетливо, что их с успехом можно использовать для обнаружения опасной для людей концентрации этих газов. Особенно это важно в местах скопления выхлопных газов, например в туннелях, автострадах с интенсивным движением. Засыхание концов листьев, изменение окраски, появление белых пятен на листовых пластинах, замедление роста растений свидетельствует на присутствие в окружающей среде опаснейших загрязнителей.

   

1.1. Классификация биоиндикационных показателей

     Существуют различные классификации биоиндикационных показателей (Л. Г. Раменский, Г. Элленберг, Р. Шуберт, Т. А. Работнов, В. Нобель и др.). На основании обобщения принята следующая иерархическая система. К числу наиболее распространённых методов оценки состояния окружающей среды по различным параметрам индикаторных видов, а также по структуре и строению растительных сообществ относятся:

    - анализ химического состава растений как неотъемлемая часть биогеохимического метода для оценки взаимосвязи химического состава живой и неживой природы, трансформации химических элементов по звеньям пищевой цепи и др.;

    - морфологический метод – изучение внешнего облика растений и его изменение под действием внешних факторов;

    - флористический метод – исследование особенностей видового состава, индикаторных видов, характера распространения и динамики ареала, популяционный анализ и др.;

    - спектрофотометрический – исследование спектрального отклика растений и растительности на загрязнение окружающей среды;

    - фитоценотический – состоящий из ряда методик изучения состава, вертикальной и горизонтальной структуры и строения растительных сообществ: анализ видового разнообразия, экобиоморфного состава, обилия и проективного покрытия показательных групп видов, анализ продуктивности, анализ жизненного состояния ярусов и др.;

    - лихеноиндикация – изучение и анализ лишайникового покрова растительных сообществ;

    - бриоиндикация – изучение и анализ мохового покрова;

    - дендроиндикация – изучение и анализ древесной растительности.

                              

 

 

                    1.2. Дендроиндикация - как метод исследования

         

        Дендроиндикация – это метод биоиндикации, позволяющий на основе анализа характеристик древесного яруса и полога подроста (радиальный и линейный прирост, продолжительность жизни хвои, наличие некроза и хлороза, жизненное состояние древостоя и т. д.) судить о состоянии природной среды. Древесные растения наиболее часто выбираются для биоиндикационных исследований в силу их высокой индикаторной значимости.

Ведущая роль в биоиндикации состояния окружающей среды принадлежит древесным растениям. Они способны поглощать и нейтрализовать часть атмосферных поллютантов, задерживать пылевые частицы, а также индицировать особенности загрязнения посредством разнообразия ответных реакций. Реакция древесных пород на загрязнение окружающей среды существенно различается. Результаты многочисленных исследований показывают, что наиболее устойчивыми древесными породами к антропогенному загрязнению окружающей среды являются лиственные породы. Голосеменные  более чувствительны к воздействию поллютантов и повреждаются в первую очередь, хотя и среди них имеются довольно устойчивые виды, которые широко используются в озеленении городов.

В качестве объекта исследования чаще всего используется сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), отвечающая всем требованиям, предъявляемым к биоиндикаторам. Другим индикатором в различных местностях используется  ель обыкновенная или европейская (Picea abies). В зависимости от степени повреждения экосистем показатели их состояния сильно различаются. В качестве дендроиндикационных показателей в сосновых древостоях рассматриваются следующие: средняя высота деревьев, средний диаметр стволов, радиальный прирост древесины ствола, надземная биомасса среднего дерева, возрастной состав хвои, прирост побегов текущего года, процентное содержание некрозной и хлорозной хвои, вес хвои, состояние генеративных органов и ростовых почек на побегах, степень деградации деревьев, наличие эпифитных растений, накопление фитотоксикантов в биомассе.