«Экологическое состояние воздушных масс окрестностей села Нарышкино Тульской области (оценка методом лихеноиндикации)».

Муниципальное общеобразовательное учреждение  «Нарышкинская средняя общеобразовательная школа» Тёпло-Огарёвского района, Тульской области

Региональный этап Всероссийского конкурса

юных исследователей окружающей среды.

Номинация:

" Экология воздушного бассейна"

Учебно-исследовательская работа

Тема:

«Экологическое состояние воздушных масс   окрестностей села Нарышкино Тульской области   (оценка методом лихеноиндикации)».

Содержание

1. Введение………………………………………………………………3
2. Литературный обзор……………………………………….............4
3. Классификация лишайников …………………………………...4
4. Лишайники как индикаторы состояния окружающей среды..6
5. Практическая часть выполнения работы……………………7
6.  Обработка результатов……………..…………………………9
7.   Выводы…………………………………………………………10
8. Литература……………………………………..…………………12
9. Приложения: фотографии и карта……………………...............13-15

1.Введение.

Биоиндикация — это оценка состояния окружающей среды по реакции живых организмов.

В зависимости от свойств используемого биоиндикатора различают специфическую и неспецифическую биоиндикацию. О неспецифической биоиндикации говорят в том случае, когда различные антропогенные факторы вызывают одни и те же ответные реакции. Если те или иные происходящие изменения можно связать только с одним фактором, то речь идет о специфической биоиндикации.

В качестве биоиндикаторов используют животных, растения, бактерии, вирусы.

Одним из перспективных объектов биоиндикации являются лишайники. Они распространены по всему земному шару и могут служить объектом мониторинга на всех уровнях: локальном (в конкретной местности), региональном (в обширном регионе) и глобальном (на всем земном шаре).

Тело лишайника, слоевище, состоит из гриба и одноклеточных водорослей, находящихся в симбиозе. По строению слоевища лишайники делятся на 3 группы:

накипные (коркоподобные), похожи на плоские корки, плотно срастающиеся с корой, камнями, почвой; они трудно отделяются, на ощупь бархатистые, влажноватые;  

листовые (листовидные) имеют форму мелких пластинок, чешуек: прикрепляются к поверхности тонкими нитями гриба и довольно легко отделяются от нее;  

кустистые, которые либо растут вверх как маленькие кустики, либо свисают с дерева вниз, подобно бороде.  

Для выявления загрязнений воздушной среды и почвы видом-индикатором может также служить сосна. В ее коре, древесине и хвое могут накапливаться загрязняющие вещества, оказывая влияние на рост и жизнедеятельность дерева.

 Лишайники высокочувствительны к загрязнению среды обитания. На них избирательно действуют прежде всего вещества, увеличивающие кислотность среды (S02, HF, HCI, NOx, 03). Для лишайников сравнительно безвредны тяжелые металлы, накапливающиеся в слоевище, а также радиоактивные изотопы.

Мне очень захотелось с помощью лихеоиндикации  исследовать территорию прилежащую к школе.

Цель работы.  Изучить с помощью лишайников загрязнения воздуха в окрестностях школы МОУ "Нарышкинская СОШ".

Задачи.

• Изучить литературу по данному вопросу.
• Изучить многообразие лишайников , произрастающих на исследуемой территории.
• Сделать фотографии лишайников на исследуемой территории.
• С помощью рамки  изучить степень покрытия лишайниками стволов деревьев.
• На основании полученных данных  сделать выводы.

2. Литературный обзор.

Перед тем как приступить к выполнению работы я изучила следующую литературу.

1. Загадки растения-сфинкса. И А. Шапиро - это книга   раскрывает некоторые тайны лишайникового симбиоза, биологию и физиологию лишайников, как биоиндикаторов загрязнения окружающей среды. Здесь я нашла много фотографий, которые помогли распознать лишайники.
2. Растения рассказывают. В.И. Турманина. - В этой книге рассказано о фитоиндикации и о лихенометрическом методе исследования природы.
3. Грибы, растения и люди. В.В.Мазин, Л.С.Шашкова. - книга рассказывает о грибах и о лишайниках.
4. Практикум по экологии. Под редакцией С.В.Алексеева. В этой книге я нашла метод биоиндикации с помощью которого можно определить загрязнения наземных экосистем.
5. Экологический практикум. Д.Л. Теплов. - В книге я нашла описание некоторых лишайников.

3.Классификация лишайников

 Лишайники – очень интересная и своеобразная группа низших растений. В лишайнике сочетаются два организма с противоположными свойствами: водоросль, чаще зеленая, которая в процессе фотосинтеза создает органическое вещество, и гриб, потребляющий это вещество. Следовательно, в этом сожительстве наряду с паразитизмом имеются и черты симбиоза.

По жизненным формам лишайники делят на три крупных морфологических типа такие, как накипные, листоватые и кустистые.

Слоевище накипных лишайников имеет вид корочки, плотно сросшейся с субстратом. Накипные слоевища небольших размеров и, как правило, срастаются с субстратом сердцевинными гифами, но у некоторых лишайников прикрепление к субстрату происходит с помощью подслоевища, которое никогда не содержит водорослей. Слоевище листоватых лишайников имеет вид листовидной пластинки, горизонтально распростертой на субстрате. Наиболее характерна для него округлая форма, которая обусловлена горизонтально-радиальным ростом гиф. Более сложным по строению является листоватое слоевище, рассеченное на множество мелких лопастей. Листоватые лишайники, по сравнению с накипными, являются значительно более высокоорганизованными формами.

Слоевище кустистых лишайников имеет вид прямостоячего или повисающего кустика, реже - неразветвленных прямостоячих выростов. По организационному уровню кустистые лишайники представляют высший этап развития слоевища. У кустистых лишайников наблюдается вертикально направленный рост гиф и верхушечный рост слоевищ. Это позволяет кустистым; лишайникам путем изгибов веточек в разные стороны занимать наилучшее положение, при котором водоросли могут максимально использовать свет для осуществления фотосинтеза. Эти лишайники обычно прикрепляются к субстрату только небольшим участком нижней части слоевища.

По приуроченности к субстрату лишайники подразделяют на эпигейные, эпилитные и эпифитные.

Напочвенные, или эпигейные лишайники достигают наибольшего развития в местах мало пригодных для высших растений, например, на песчаных почвах, в тундрах, полупустынях, на торфяниках. Могут расти как на открытых местах, так и в лесах. К этому типу лишайников относятся виды Peltigera canina, Cetraria islandica, различные виды рода Cladonia, Parmelia vagans.

 Эпилитные лишайники поселяются на камнях и скалах и представлены в основном накипными видами рода Verrucaria, Collema multifidum, рода Leconora и Rhizocarpon geographicum.

Эпифитные лишайники предпочитают в качестве субстрата кору деревьев. Например, ксантория постенная (Xanthoria parietina) образует желто-оранжевые розетки на стволах осин и тополей. Во влажных лесах с деревьев свешиваются длинные сероватые или черно-бурые  космы бородатых лишайников родов Usnea, Alektoria.

Помимо свойств субстрата, на расселение лишайников большое влияние оказывают также климатические факторы: свет, влажность, температура.

Свет для лишайников необходим как для всех фотосинтезирующих организмов. Свет оказывает решающее влияние на жизнеспособность большинства лишайников. Так некоторые из них образуют плодовые тела только в ярко освещенных местах (например, широко распространенный лишайник Hypogymnia physodes). У лишайников нет специфических органов для поглощения влаги, они поглощают ее всей поверхностью тела. Поэтому влажность является вторым очень важным фактором распределения лишайников по местообитаниям. Лишайники черпают воду из разных источников: из дождевой воды, утренней и вечерней росы, талого снега, туманов, влажного воздуха. Потребность в воде колеблется у лишайников в широких пределах, благодаря чему фактор влажности является одним из основных определяющих распределение лишайников по различным местообитаниям.

Размножаются лишайники в основном вегетативным путем: частями слоевища или с помощью специальных образований – соредий, изидий и лобул.

Соредии имеют вид небольших комочков на поверхности  таллома, но формируются внутри слоевища. Они состоят из одной или нескольких клеток водоросли, оплетенных гифами гриба. Этот порошковый налет сдувается ветром, смывается дождем, и, попадая на подходящие места, дает начало новым особям.                                                                      Изидии – бугорчатые или ветвистые выросты на верхней поверхности слоевища. Они легко отрываются от материнского организма. Внутреннее строение изидия повторяет строение таллома, в нем можно различить корковый и гонидиальный слои.                      Лобулы, в отличие от изидий, имеют вид маленьких чешуек. Иногда изидии начинают расти непосредственно на материнском организме, образуя новые ветви.                               Половым путем размножаются грибы, входящие в состав лишайников, а именно аскомицеты. В этом случае на поверхности таллома развиваются апотеции или перитеции.

 4. Лишайники как индикаторы состояния окружающей среды.

    В средних широтах самые благоприятные для лишайников сезоны — осень и весна с их переменной влажностью и невысокими температурами.

На интенсивность фотосинтеза у лишайников в значительной степени влияет загрязнение атмосферы, в частности повышенное содержание в ней двуокиси серы, или сернистого газа. По данным канадского лихенолога Е. Ниебора и его коллег, непродолжительное воздействие малых доз сернистого газа у многих видов лишайников приводит к «всплеску» фотосинтеза, но дальнейшее накопление поллютанта угнетает этот процесс и сводит его к нулю. Продолжительное (многочасовое) воздействие сернистого газа приводит к полному подавлению фотосинтеза: даже через год после окончания опыта процесс этот в лишайнике не восстанавливается. В то же время при непродолжительном (например, 15-минутном) воздействии невысоких доз газа интенсивность фотосинтеза уже через несколько часов возвращается к своему первоначальному уровню. Сильно страдает от сернистого газа главный «инструмент» фотосинтеза — хлорофилл: он  бесцвечивается, а частично совсем разрушается. Разные виды лишайников относятся к двуокиси серы по-разному. Логично считать, что чем больше площадь поглощающей поверхности у лишайникового слоевища, тем больше оно накапливает сернистого газа и тем больше страдает лишайник. Однако из этого правила есть много исключений, и самые чувствительные виды лишайников, так же как и самые устойчивые, выявляются опытным путем.

Лишайники по-разному реагируют на загрязненность воздуха: некоторые не выносят даже малейшего загрязнения и погибают; другие живут только в городах и прочих населенных пунктах. Вблизи больших городов они растут плохо и постепенно вымирают. В настоящее время разработаны методы лизеноиндикации, с помощью которых  можно определить степень загрязненности воздуха на основе наличия или отсутствия определенных лишайниковых группировок.

Большинство лишайников очень медленно растёт, что резко снижает их способность конкурировать с другими организмами за пространство и за другие условия существования. Поэтому они часто бывают пионерами заселения свободных субстратов (поверхность скал, камней, древесины и др,). Установлено, что лишайники выделяют специфические вещества (лихеиновые кислоты), которые разрушающе действуют на твёрдые минеральные субстраты, являясь тем самым зачинателями почвообразовательного процесса.

   Концентрация диоксида серы 0,5 мг/м2  губительна для всех видов лишайников. На территории, где средняя концентрация SO2  превышает 0,3 мг/м3, лишайники практически отсутствуют. В районах со средними  концентрациями диоксида серы от 0,3  до 0.05 мг/м3 по мере удаления от источника загрязнения сначала появляются накипные лишайники, а затем листовые. При концентрации менее 0,05 мг/м3 появляются кустистые лишайники.

5.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1.  Выбрала район, в котором буду проводиться наблюдения.

2. Составила карту района.

3.  Выбрала несколько точек, где буду производить измерения.

5. На каждом дереве подсчитала количество видов лишайников. В связи с тем, что определение лишайников вызвало определённые трудности, вначале  различала их по цвету и форме слоевища. Для более точного подсчета   использовала лупу.

7. Все обнаруженные виды разделила на 3 группы: кустистые, листоватые, накипные.

8.  Провела оценку степени покрытия древесного ствола. Для этого на высоте 30—150 см на наиболее заросшую лишайниками часть коры наложила рамку. Подсчитала, какой процент общей площади рамки занимают лишайники.

 9. Полученные результаты занесла в таблицу:

Местность в которой я живу - сельская и основными загрязнителями воздуха являются лишь автомобили, которых также немного, т.е по главной дороге потока автомобилей нет. Зимой по этой дороге в среднем проезжают  в рабочие часы 10 - 15 автомобилей в час, в вечерние часы 1-3 автомобиля в час, в   летне- осеннее время (во время уборки урожая) поток автомобилей может достигать 40 автомобилей в час время.

   Исследовала 4 точки. №1 - у школы; №2 - в тополино-берёзовой лесопосадке; №3 - у дома, рядом с гаражом; №4 -  в лощине у реки. Полученные данные занесла в таблицы.

 Таблица   №1

6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДЫ

 Степень загрязнения воздуха определила по таблице.

Таблица №2: Оценка загрязнения воздуха по лишайникам

Диаграмма №1

Диаграмма №2 Распределение лишайников по цвету и форме в исследуемых точках.

ВЫВОДЫ.

1. При повышении загрязненности  воздуха исчезают первыми кустистые лишайники, за ними – листовые и последними – накипные.
2. Наша местность мало загрязнена: во всех исследуемых точках количество лишайников велико: у школы накипные лишайники на деревьях с северной стороны покрывают стволы деревьев  сплошной полосой(100%)начиная с 60 см от земли и на высоту до 5м, листовые лишайники - от 20 до 50%.
3. Стволы деревьев покрыты различными накипными и  листовыми лишайниками, кустистых лишайников на исследуемой территории не было  замечено.
4. Основные трудности при выполнение данной работы: определение видов лишайников.
5. Диаметры  листовых лишайников достигают 10см.
6. Замечено, что ксантория настенная большей частью растёт с южной и юго-западной стороны ствола дерева, а пармелия бороздчатая и козлиная с северной стороны стволов.
7. В точке №1, у школы стволы деревьев: липы, клёна (возраст – 35 лет) лишайники произрастают  от почвы на расстоянии от1 см до 5-9 м.
8. Накипные лишайники сплошь (90- 100%) покрывают ствол этих деревьев, из листовых лишайников больше всего пармелии бороздчатой, меньше ксантории настенной.
9. На берёзах у школы площадь покрытия лишайниками меньше, чем на клёне и липе, на  берёзах растут одиночные листовые лишайники больше на них ксантории настенной.
10.   Точка№2, в  лесополосе,  серых лишайников (пармелии, гипогимнии) значительно меньше, чем у школы, а количество ксантории настенной и цетрарии сосновой больше, диаметром до 10см.

Самое большое разнообразие лишайников в точке№1 и №3 у дома. В заключение работы хочется сказать, что есть желание продолжить данную работу,  сравнить загрязнённость воздуха в других населённых пунктах, где загрязнение воздуха выше, чем в нашем посёлке, чтобы получить более наглядную картину. Возможно, сравнить  наличие лишайников на деревьях у автовокзала или автомастерских, где машины часто работают и предположительно в воздухе больше различных загрязнителей.

Литература

1. Жизнь растений в  шести томах. Том 3. Водоросли. Лишайники/под редакцией проф. М.М. Голлербаха. – М.: Просвещение, 1977.
2. Мазин, В.В. Грибы, растения и люди/ В.В.Мазин, Л.С.Шашкова. -  М.: Агропромиздат, 1986.
3. Теплов, Д.Л. Экологический практикум: Для учащихся 5(6) классов/ Д.Л.Теплов -  М.: Устойчивый мир, 1999.
4. Турманина,В.И. Растения рассказывают/ В.И. Турманина. -  М.: изд-во "Мысль", 1997.
5. Практикум по экологии: Учебное пособие/Под редакцией С.В.Алексеева.  - М.:АО МДС, 1996
6. Шапиро, И А. Загадки растения-сфинкса.  Лишайники и экологический мониторинг/ И.А. Шапиро, -Л., Гидрометеоиздат, 1991.