Фитоиндикация в оценке окружающей среды

Размещено на http://allbest.ru

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА»

ИНСТИТУТ ИНФОРМАТИКИ, ИННОВАЦИЙ И БИЗНЕС-СИСТЕМ КАФЕДРА ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

УТВЕРЖДАЮ

И.о. заведующей кафедрой

канд. биол. наук

___________Н.В. Иваненко

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Фитоиндикация в оценке окружающей среды»

Студент Ю.А. Петров

Руководитель

канд. биол. наук Н.В. Иваненко

Владивосток 2014

Содержание

Введение

Глава 1. Биоиндикация общая характеристика метода

1.1 Биоиндикация

1.2 Значения морфологических изменений растений для биоиндикации

1.3 Морфологические изменения растений, используемые для биоиндикации

1.4 Проблема оценки морфологических изменений у растений

Глава 2. Фитоиндикация загрязнения городской среды г. Владивостока

2. Фитоиндикация загрязнения городской среды г. Владивостока

2.1 Физико-географическая и экологическая характеристика г. Владивостока

2.2 Липа - индикатор загрязнения городской среды

2.3 Лихеноиндикация

2.4 Береза - индикатор загрязнения городской среды

2.4.1 Измерение параметра листа

2.4.2 Измерение угла между жилками

2.4.3 Вычисления

2.4.4 Относительное различие между значениями

2.4.5 Значение среднего различия между сторонами

2.4.6 Среднее относительное различие

2.5 Сосна - индикатор загрязнения городской среды

2.5.1 Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности воздуха

2.5.2 Методика определения состояния хвои

2.5.3 Ход работы

2.6 Фитоиндикация загрязнения атмосферного воздуха г. Владивостока

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Антропогенное воздействие на окружающую среду с каждым годом возрастает не только по масштабам, но и по видам воздействий.

В природную среду поступает огромное количество веществ, которые продолжают свою самостоятельную «жизнь», образуя соединения с другими веществами, зачастую усиливая за счет этого воздействие на окружающую среду. Это имеет отношение и к химическим соединениям, физическим полям и возмущениям в информационной сфере.

Наладить аналитический контроль над отдельными видами воздействий дорогостоящее занятие, и тем более сложно наладить такой контроль за жизненным циклом воздействий в окружающей среде [1].

Насаждения являются обязательным составляющим современной, культурной урбосреды, но испытывают на себе повышенное антропогенное воздействие.

В связи с этим необходимо отслеживания состояния насаждений и окружающей среды.

Методы фитоиндикации сочетают мониторинг насаждений и выявление реакции растений на различные загрязнители с отслеживанием экологической обстановки.

Фитомониториг в отличие от точечных инструментальных методов позволяет оценивать влияние загрязнителей на сообщества, и давать представление о длительном воздействии загрязнителей, и прогнозировать их дальнейшее влияние.

Кроме этого, существующие нормативы ПДК основываются на реакциях животных организмов, в то время как пороговые концентрации ряда растений являются более низкими.

Все это позволяет утверждать, что фитомониторинг необходим для объективной оценки экологической ситуации городской среды [1].

Целью работы является оценить методы фитоиндикации и выявить наиболее информативные для использования их в оценке экологического состояния городских территорий.

В работе рассматривали фитоиндикацию с использованием липы, березы, сосны, а также метод лихеноиндикации.

экологический биоиндикация растение липа

1. Биоиндикация общая характеристика метода

1.1 Биоиндикация

Биоиндикация - это оценка качества природной среды по состоянию её биоты.

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.

Обычно результаты биоиндикации хорошо поддаются математической обработке. С помощью линейного и нелинейного дискриминантного анализа для каждого временного интервала можно выявить достаточно надежные биоиндикационные признаки, дискриминантные функции которых, например, одновременно представляют собой математическое описание систем индикации. Тем самым предоставляется возможность применения биоиндикации в системе контроля среды, основанной на ЭВМ [1].

1.2 Значения морфологических изменений растений для биоиндикации

В истории биоиндикации морфологические изменения растений в ответ на антропогенные воздействия привлекли к себе внимание очень рано. В середине XIX в. были отмечены повреждения растений дымом вокруг бельгийских и английских содовых фабрик, а уже в 1850 г. Штекхардт опубликовал свои наблюдения о повреждениях дымом елей. Позднее сообщалось о характерных изменениях окраски растений во время военного применения ядовитых газов. Сегодня во всех промышленно развитых странах известно о видимых поражениях растительности дымом или уличных деревьев солью.

В полевых условиях, гидропонной культуре и камерах для окультуривания было проведено множество исследований, посвященных связи морфологических изменений с антропогенными стрессорами. И сейчас наиболее применяемые методы биоиндикации учитывают морфологические изменения высших растений. Основой для этого являются в первую очередь незначительные затраты труда при наблюдении и оценке наблюдаемых явлений. Измерения чаще всего могут проводиться без специальных лабораторий и обученного персонала. Для некоторых стрессовых факторов уже испытаны и иногда специально подобраны различные морфологические индикаторы, с помощью которых возможна кратко- или долговременная индикация как при низких, так и при высоких дозах воздействия. Современные исследования уделяют главное внимание стандартизации тест-материала и условий его применения.

В ряде стран морфологические индикаторы используются в национальной системе мониторинга. С помощью методов биоиндикации, основанных на морфологии растений, получена большая часть картосхем антропогенного влияния. Морфологические методы индикации находят также применение при селекции устойчивых линий лесных, плодовых и декоративных деревьев[1].

1.3 Морфологические изменения растений, используемые для биоиндикации

Изменение окраски листьев представляет собой в большинстве случаев неспецифическую реакцию на различные стрессоры.

Хлороз (бледная окраска листьев между жилками, например, у растений на отвалах, остающихся после добычи тяжелых металлов, или сосновой хвои при слабом воздействии различных вредных газов, иногда обратимая у молодых листьев); пожелтение краев или определенных участков листьев (например, у лиственных деревьев под влиянием хлоридов); покраснение (накопление антоциана в виде пятен на листьях смородины и гортензии под действием SO); побурение или побронзовение (у лиственных деревьев часто начальная стадия тяжелых некротических повреждений; у елей и сосен служит для дальней разведки зон дымовых повреждений); изменения окраски, при которых листья производят впечатления как бы пропитанных водой (часто - первые стадии некрозов; сходство с морозными повреждениями), а также появление серебристой окраски поверхности листьев.

Некрозы - отмирание ограниченных участков ткани - важные симптомы повреждений при индикации, иногда довольно специфичные. Следует различать:

- точечные и пятнистые некрозы (отмирание тканей листовой пластинки в виде точек и пятен; например, очень характерны серебристые пятна после воздействия озона у табака сорта Bel W3, а также у Urtica urens и Begonia semperflorens);

- межжилковые некрозы (характерные, четко отграниченные формы у лип, поврежденных поваренной солью, применяемой для таяния льда); сочетание межжилковых и краевых некрозов приводит к появлению узора типа «рыбьего скелета»;

- верхушечные некрозы (в особенности у однодольных и хвойных; характерны темно-бурые, резко отграниченные некрозы кончиков хвои у пихты и сосны после воздействия SO или белые, обесцвеченные некрозы верхушек листьев у Gladiolus «Snow Princess» под влиянием HF);

- некрозы околоплодника (например, после воздействия SO на семечковые плоды, особенно вблизи цветков).

При развитии некрозов сначала наблюдаются изменения в окраске (при действии SO чаще всего образуются грязно-зеленые, пероксиацетилнитрата - пропитанные водой, O - металлически блестящие пятна, хлоридов - хлорозы). После гибели клеток пораженные участки оседают, высыхают и могут за счет выделения дубильных вещество окрашиваться в бурый цвет (часто у деревьев) или спустя несколько дней выцветать до беловатой окраски (тюльпаны, лук, гладиолусы, зерновые культуры и другие однодольные).

Некротические пятна часто имеют темные края, особенно у двудольных. Позднее в месте некроза могут появиться разрывы (главным образом на нежных сочных листьях - у салата, корнеплодов), сходные с погрызами или повреждениями градом. Некрозы могут также поражать целую почку (при радиоактивном облучении). Количественная оценка некрозов чаще всего происходит путем определения процентной доли поврежденной листовой поверхности, для чего могут быть использованы вспомогательные таблицы. Возможно также планиметрирование или бонитировка по пятиступенчатой шкале [2].

Преждевременное увядание происходит, например, под действием этилена в теплицах. Цветки гвоздики при этом не раскрываются, а лепестки орхидей увядают; при воздействии SO обратимо вянут листья малины.

Опадение листвы (дефолиация) в большинстве случаев наблюдается после появления некрозов или хлорозов.

Примерами служат уменьшение продолжительности жизни хвои, ее осыпание у ели, сбрасывание двухиглых укороченных побегов у сосны, преждевременное опадение листвы у лип и конских каштанов под влиянием соли, применяемой для таяния льда, или у крыжовника и смородины под действием SO .

Дефолиация приводит к сокращению ассимилирующей площади, а следовательно, к сокращению прироста, а иногда к растормаживанию почек и преждевременному образованию новых побегов. У хвойных пород легко можно определить возраст хвои, так как прирост побегов у них идет строго ритмично. Чаще всего при этом оценивается процент сохранившейся хвои на участке побега, соответствующем данному годичному приросту. Продолжительность жизни листьев у летнезеленых растений нужно определять путем мечения и более частого наблюдения. Изменения размеров органов по большей части неспецифичны. Так, в окрестностях предприятий, производящих удобрения, у сосен хвоя удлиняется под действием нитрата и укорачивается под действием SO; у ягодных кустарников дым вызывает уменьшение размеров листьев.

С другой стороны, ненормально крупные листья пневой поросли на отмирающих деревьях наблюдаются, например, при повреждении HCl.

Изменения формы, количества и положения органов. Аномальная конфигурация листьев отмечена, например, у лиственных деревьев после радиоактивного облучения; в результате локальных некрозов возникает уродливая деформация, перетягивание, вздувание или искривление листовой пластинки, фасциация или искривление побегов, сращение или расщепление отдельных органов, увеличение или уменьшение в числе частей цветка, смена пола и другие аномалии развития под действием гормональных гербицидов или радиоактивного облучения [2].

Изменение направления, формы роста и ветвления. Примерами являются изменение направления роста корней у одуванчика при изменении уровня грунтовых вод, образование стелящихся побегов и ветвление у Dicranum polysetum, кустовидная и подушечная форма роста деревьев, например лип, при устойчивом сильном загрязнении атмосферы HCl или SO, изреживание кроны и изменение бонитета ствола у поврежденных дымом хвойных пород.

Ползучие главные оси побегов, тесно расположенные узкие листья, малая высота растений и хорошая запасающая способность, как правило, наблюдаются у растений на территориях с высокой концентрацией газообразных выбросов.

Изменения прироста по большей части неспецифичны, однако широко применяются для индикации, так как являются более чувствительным параметром, чем некрозы, и позволяют непосредственно определять снижение продуктивности используемых человеком растений. Измеряют главным образом изменение радиального прироста древесных стволов, прироста в длину побегов и листьев, длины корней.

Изменения плодовитости при действии антропогенных стрессоров наблюдаются у многих растений. В качестве примера можно назвать уменьшение продуктивности у черники в загрязненной газообразными выбросами атмосфере. Изменение размеров клетки. Примерами служат увеличение клеток смоляных ходов у сосен, поврежденных SO, уменьшение клеток эпидермиса листьев как реакция на газообразное загрязнение.

Изменения субклеточных структур, например блокирование плазмодесм, расширение цистерн эндоплазматического ретикулума, отложение под действием Zn сферического электроноплотного вещества в различных мембранах фасоли в гидропонной культуре, набухание тилакоидов у различных растений, обработанныхSO, образование кристаллических включений в хлоропластах фасоли при воздействии газообразного хлора, грануляция плазмы и разрушение хлоропластов у деревьев, поврежденных SO и CL.

Плазмолиз. Отслаивание плазмы от клеточной стенки как следствие действия кислоты и SO.

Еловая хвоя в областях, свободных от выхлопных газов, дает выпуклый плазмолиз (исключительно зимой), а хвоя в условиях загрязненного городского воздуха в течение всего года обнаруживает вогнутый плазмолиз. Изменения степени ксероморфизма листьев как следствие газообразных выбросов и форма приспособления к ним выражаются в увеличении числа устьиц, толщины кутикулы, густоты опушения, толщины листа и степени суккулентности (отношения сырой вес: сухой вес) [3].

Изменение структуры древесины: например, снижение качества сосновой древесины в результате незначительного ее образования летом и выпадения годичных колец при воздействии SO . Исчезновение годичных колец у мягкодревесинных пород под влиянием поваренной соли, применяемой для таяния льда, слабое одревеснение корней злаков при обработке гербицидами.

1.4 Проблема оценки морфологических изменений у растений

При определении морфологических изменений желательно иметь некоторый опыт, чтобы не путать симптомы повреждений и уметь правильно оценивать воздействие климата, почвы, стадии развития и времени года. Некоторые естественные факторы могут вызвать симптомы, сходные с антропогенными нарушениями. Поэтому при работе с биоиндикаторами необходимо считаться с возможностью присутствия вредителей, а также учитывать предыдущие погодные условия. Воздействие климатических и эдафических факторов на устойчивость или на картину повреждения до сих пор почти не изучено. Имеются данные, что симптомы повреждения SO у ели и сосны ослабляются в результате применения удобрений. Влажность воздуха и освещенность влияют решающим образом на формирование некрозов при газовом загрязнении. При высокой влажности воздуха и почвы растения становятся особенно восприимчивыми; зимой явное снижение устойчивости вызывается повышением температуры. Пока еще слишком мало известно и о роли постоянно наблюдаемых кратковременных колебаний уровня атмосферного загрязнения. В большинстве случаев его воздействие усиливается пропорционально росту концентрации [4].

При 12-часовом воздействии 3 мг м SO у редиса повреждается только 2% поверхности листьев, а при трехчасовом воздействии 12 мг м SO - 77%. Внутренние факторы тоже затрудняют оценку изменений у растений. Наблюдается различная чувствительность.

- на различных возрастных стадиях. При воздействии SO на стадии семядолей и после образования корнеплода у редиса повреждается свыше 85% листьев, а на стадии двух первых листьев - всего лишь 12%; зерновые, напротив, оказались наиболее восприимчивыми на стадии трех листьев;

- у органов различного возраста. Хвоя сосны особенно сильно поражается SO на первом году жизни, затем устьица закрываются. В случае гладиолусов при воздействии HF наименьшее некротическое поражение наблюдается у наиболее молодых и старых листьев;

- в различное время дня и года (в зависимости от интенсивности обмена веществ, особенно ассимиляции при действии SO и роста при повреждении O ). К выбросам, содержащим SO , листья, как правило, примерно вчетверо более устойчивы ночью, чем днем; хвоя весной и летом значительно восприимчивее, чем осенью и зимой;

- у различных особей генетически неоднородных популяций. Здесь достоверность результатов обеспечивается применением обычных статистических методов (t-тест, u-тест, установление минимального размера выборки). Однако в результате быстрой эволюции может произойти адаптация к стрессору и индикаторы станут давать неверные данные.

- при различной предрасположенности. Еловая хвоя, предварительно подвергшаяся воздействию городского воздуха, значительно чувствительнее к SO , чем находившаяся в чистом воздухе. Возможна и физиологическая приспособленность к стрессору. Случайную предрасположенность нельзя исключить даже при генетически однородном растительном материале и одинаковых условиях культивирования. Поэтому при активном мониторинге для каждой контрольной площади необходимо несколько тест-растений.

Многообразие этих влияний показывает, что получить точные количественные данные о динамике и величине стрессовых воздействий на основе морфологических изменений, как правило, невозможно, зато довольно точно могут быть оценены биологические последствия, например масштабы потерь урожая [5].

2. Фитоиндикация загрязнения городской среды г. Владивостока

2.1 Физико-географическая и экологическая характеристика г. Владивостока

Владивосток -- город порт на Дальнем Востоке России, административный центр Приморского края, конечный пункт Транссибирской магистрали. Расположен на побережье Японского моря на Муравьева-Амурского. Население города --616,9тыс.чел.

Владивостокский городской округ занимает территорию полуострова Муравьёва-Амурского до посёлка Трудовое включительно, полуостров Песчаный, около 50 островов залива Петра Великого (среди которых только 6 имеют площадь свыше одного квадратного километра: Русский, Попова, Рейнеке, Рикорда, Шкота, Елены). Он протянулся на расстояние около 30 км с юга на север и почти 10 км с запада на восток (без полуострова Песчаный), омывается водами Амурского и Уссурийского заливов, входящих в акваторию залива Петра Великого Японского моря. В состав городского округа входит непосредственно город Владивосток, посёлок Трудовое, остров Русский, остров Попова, остров Рейнеке и село Береговое.

Владивосток находится на одной широте с Сочи, однако имеет среднегодовую температуру почти на 10 градусов ниже. Зима во Владивостоке холодная.

Климат Владивостока муссонный. Зима сухая и холодная с ясной погодой. Весна продолжительная, прохладная, с частыми колебаниями температуры. Лето тёплое и влажное, на летние месяцы приходится максимум количества осадков. Осень в городе как правило тёплая, сухая, с ясной погодой.

Атмосферный воздух во Владивостоке больше всего загрязнён бенз(а)пиреном и диоксидом азота. Среднегодовые концентрации бенз(а)пирена превышают допустимую норму в 3 раза, что соответствует высокому уровню загрязнения; концентрации диоксида азота -- в 1.5 раза. В настоящее время в городе ведётся строительство очистных сооружений (ранее практически отсутствовавших), закрыт на рекультивацию полигон бытовых отходов, серьёзно угрожающий бухте Горностай. К 2012 году завершился перевод ТЭЦ-2 на природный газ.

2.2 Липа - индикатор загрязнения городской среды

Некроз листьев липы, тесно связан с загрязнением от соли, применяемой для таяния льда, с действием выхлопных газов автомобилей. Листья собирали в июле-августе вдоль автомагистралей, а затем рассматривали и зарисовывали.

Липа весьма чувствительна к загрязнению почвы солями, попадающими сюда вместе с песком в зимний период. Показателем реакции является краевой хлороз на листьях, поэтому по величине повреждения листовых пластинок липы можно судить о степени засоления газонов.

При выполнении оценки были внимательно осмотрены листья лип, растущих вдоль автомагистралей, зафиксированы все повреждения листовой пластинки по следующей шкале:

На крае листа имеется узкая желтая полоска - первая степень загрязнения почвы (в почве отмечаются следы соли),

Сильный хлороз проявляется в виде широкой краевой полосы - вторая степень загрязнения почвы (в почве наблюдается среднее количество соли),

Обширный краевой некроз с желтой пограничной полоской - третья степень загрязнения,

Большая часть листовой пластинки отмирает - четвертая степень загрязнения (количество соли в почве крайне велико и граничит с пределами выносливости вида).

Кроме того, использовался числовой способ для определения асимметрии вершины простого цельного листа.

Особенность его заключается в том, что в верхней части листа левый край листовой пластинки соединяют с осью листовой пластинки отрезком длиной в 1/3 часть ширины листовой пластинки, располагая отрезок перпендикулярно оси листа.

То же делают с правой стороны листа. Затем определяют расстояние на оси листа между точками соединения указанных отрезков с осью листа, рассчитывают отношение полученной величины к ширине листовой пластинки и используют его в качестве коэффициента асимметрии (Ка) вершины листа.

Ка=b/X,

где: b - расстояние между точками соединения двух отрезков, равных каждый 1/3 ширины листовой пластинки, с осью листа и расположенных в верхней части листовой пластинки слева и справа от оси листа перпендикулярно к си листа и контактирующих своими концами с одной стороны с осью листа, а с другой стороны с левым и правым краями листовой пластинки; X- ширина листа [6].

Для листьев липы взятых вдали от автомагистралей была характерна яркая окраска. Отсутствовали пожелтение, дефолиация, изменение формы, количества и положения органов.

Жизненные формы органов и жизнедеятельность растений в целом находились в пределах нормы.

Еще одним показателем неблагоприятной экологической обстановки является наличие деревьев с двумя стволами (дихотомии), в норме таких деревьев должно быть не более 20%, на центральных улицах города количество таких деревьев достигает 70%.

Исследуя характер повреждения листьев в центре города, и сравнив их с листьями за городом, можно сделать вывод, что, в целом характер повреждений листьев лип, растущих в центре, свидетельствует о третьей степени загрязнения почв [7].

Рисунок 1 - Краевые некрозы листьев

1 - повреждений нет; 2 - хлороз по краю листовой пластинки; 3 - краевой некроз листовой пластинки; 4 - обширный некроз с последующим отмиранием листа

2.3 Лихеноиндикация

Используемые методы контроля состояния приземного воздуха базируются на многолетних наблюдениях и ограниченном количестве точек, что не позволяет получить представительную картину распределения примесей в приземном воздухе.

В связи с этим нами применен экспрессный лихеиоиндикационный метод оценки состояния приземного воздуха. Лихеноиндикация - определение качества приземного воздуха по распространению и степени развития лишайников, которые весьма чувствительны к техногенному загрязнению. Лихеноиндикационные исследования ведутся во Владивостоке с 1985 г. Здесь преобладает смешанный тип загрязнения, в котором особенно выделяется опасное для здоровья человека - нитратное загрязнение.

В пределах городской территории выделено четыре зоны состояния приземного воздуха (в основе выделения зон лежат данные по видовому составу лишайников, их жизненному состоянию, обилию, покрытию). Лихенологическая мертвая зона, или зона максимального загрязнения включает локальные участки вдоль основных автомагистралей центральной части города (перекресток улиц Светланская и Алеутская, Партизанский и Океанский проспекты, улицы Верхнепортовая, Борисенко, на повороте на ул-. 50 лет ВЛКСМ, ул. Семеновская в районе магазина "Изумруд", промежуток между остановкой общественного транспорта "Инструментальный завод" и ул. Гоголя, от ост. "Некрасовская" до ост. "Молодежная" по проспекту Столе-тия Владивостока, Снеговая и др.) на п-ове Эгершельда и в районе городской свалки (бух. Горностай).

Это участки с постоянной интенсивной техногенной нагрузкой. Зона повышенного загрязнения охватывает основную часть территории г. Владивостока. Она так же, как и предыдущая, имеет постоянную высокую техногенную нагрузку. В этой зоне отмечены нитрофильные виды лишайников, развитие которых связано с повышенным содержанием азотистых соединений в воздухе. На территории этой зоны есть участки растительности с сильной техногенной нагрузкой, что может привести в ближайшее время к переходу их в первую зону. Один из таких участков отмечен в районе шлакохранилища ТЭЦ-2. Зона среднего загрязнения включает в основном территорию в северо-восточной части полуострова с естественной растительностью, а также ряд локальных участков в парках, на кладбищах и т. д. На развитие лишайников в этой зоне оказывают влияние источники загрязнения первых двух зон, а также задымление от печного отопления, костров и небольших палов. Зона незначительного загрязнения расположена в северной части г. Владивостока и охватывает почти весь горно-лесной массив. Источники загрязнения здесь отсутствуют, но и на этой территории отмечается влияние городской среды.

Для изучения динамики степени загрязнения воздуха в 1989 г. были проведены повторные исследования, которые показали прогрессирующее загрязнение, проявившееся в увеличении площадей, относимых к первой и второй лихеноиндикационным зонам. В мощное загрязнение оказались вовлеченными новые участки, расположенные в центральной части города. Вторая зона увеличилась за счет перехода из третьей зоны больших участков дубовых лесов в районе падей Снеговая, Сапожная и участка у шлакохранилища ТЭЦ-2. Третья зона уменьшилась за счет перехода территории во вторую зону. Четвертая зона осталась почти без изменений. Увеличение первых двух зон связано с нарастающим загрязнением воздуха в основном за счет автотранспорта и влияния ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2. На исследованной территории отмечено увеличение числа нитрофильных лишайников, что говорит о повышении доли окислов азота в загрязняющих веществах [6].

2.4 Береза - индикатор загрязнения городской среды

2.4.1 Измерение параметра листа

С одного листа снимают показатели по 5-ти параметрам с левой и правой стороны:

1 - ширина половинки листа. Для измерения лист складывают поперек пополам, прикладывая макушку листа к основанию, потом разгибают и по образовавшейся складке производят измерения;

2 - длина второй жилки второго порядка от основания листа;

3 - расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка;

4 - расстояние между концами этих жилок;

5 - угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка.(рис. 2)

Рисунок 2 - Измеряемые параметры листа

2.4.2 Измерение угла между жилками

Измерение угла демонстрирует рисунок 5-2. При этом транспортир (поз. 1 рис.) располагают так, чтобы центр основания окошка транспортира (поз. 2 рис.) находился на месте ответвления второй жилки второго порядка (поз. 4 рис.).

Так как жилки не прямолинейны, а извилисты, то угол измеряют следующим образом: участок центральной жилки (поз. 3 рис.), находящийся в пределах окошка транспортира (поз. 2 рис.) совмещают с центром транспортира, который равен 90о, а участок жилки второго порядка (поз. 4 рис.) продлевают до градусных значений транспортира (поз. 5 рис.), используя линейку.

Данные измерений заносятся в таблицу.



Рисунок 3 - Измерение угла между жилками

2.4.3 Вычисления

Величина ассиметричности оценивается с помощью интегрального показателя - величины среднего относительного различия на признак (средняя арифметическая отношения разности к сумме параметров листа слева и справа, отнесенная к числу признаков). Для его расчета выполняют следующие действия:

2.4.4 Относительное различие между значениями

Находим относительное различие (Y) между значениями признака слева (Хл) и справа (Хп) для каждого признака.

Для этого находят разность значений измерений по одному признаку для одного листа, затем находят сумму этих же значений и разность делят на сумму.

Находим Y по формуле:

Хл - Хп

Y = ---------------------- (1)

Хл + Хп

Найденное значение вписывают в таблицу.

Подобные вычисления производят по каждому признаку, в результате чего получается 5 значений Y1-5 для одного листа. Такие же вычисления делают для каждого листа

2.4.5 Значение среднего различия между сторонами

Во втором действии находят значение среднего относительно различия между сторонами на признак для каждого листа (Z).

Для этого сумму относительных различий надо разделить на число признаков. Находим Z

Y1 + Y2 + Y3 + Y4 + Y5

Z = ------------------------------ (2), где

N

N - число признаков и, в нашем случае, равна 5. Подобные вычисления проводят для каждого листа. Найденные значения заносят в таблицу.

2.4.6 Среднее относительное различие

В третьем действии вычисляется среднее относительное различие на признак для выборки (Х). Для этого все значения Z складывают и делят на число этих значений по формуле:

Z1 + Z2 + ….Zn

Х = ------------------------- (3), где

n

n - число значений Z, т.е. число листьев. Этот показатель характеризует степень ассиметричности организма.

Для данного показателя разработана пятибалльная шкала отклонения от нормы, в которой 1 балл - условная норма, а 5 баллов - критическое состояние.

2.5 Сосна - индикатор загрязнения городской среды

2.5.1 Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности воздуха

В чистых лесах основная масса хвои сосны здорова, не имеет повреждений и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зеленые пятня и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности.

В загрязненной атмосфере проявляются повреждения и снижается продолжительность жизни хвои сосны [1].

2.5.2 Методика определения состояния хвои

1) выбрать конкретные участки, контрастные по уровню атмосферного загрязнения - вблизи автодорог на разном расстоянии.

2) С ветвей 5-10 деревьев отобрать побеги. С них отбирают всю хвою и визуально исследуют ее состояние.

3) Данные занести в таблицу.

2.5.3 Ход работы

1) Выбрали участок вблизи автодороги возле пешеходного тротуара - участок №1, а также участок в центре тропы - №2. Участок 3 наиболее удалён от автодороги.

2) С 7 деревьев собрал хвою -300-400штук. Визуально сделал анализ их состояния.

3) Результаты исследования занесли в таблицу 3.

Определение загрязненности атмосферы по продолжительности жизни хвои.

Чувствительной к техногенному загрязнению воздуха является продолжительность жизни хвои сосны (от 1 до 4-5 и более лет).

С целью определения продолжительности хвои необходимо осмотреть не менее 20 деревьев на каждом участке.

Вычисляем индекс продолжительности жизни хвои сосны по формуле:

Q = 3В1 + 2В2 + В3

В1 + В2 + В3

Где В1, В2,В3 - количество деревьев с данной продолжительностью жизни хвои.

Находим Q:

Q1 = 3*13 + 2*8 + 7 = 2,21

13 + 8 + 7

Q2 = 3*9 + 2*10 + 6 = 2,12

9 + 10 + 6

Qср= 2,17

Результаты биоиндикации заносим в таблицу

Таблица 1 - Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы (измеряемые показатели - количество хвоинок).

Повреждения и усыхания хвоинок	1участок вблизи дороги (12м)	2участок вблизи дороги (25м)	3 участок от дороги (210 м)
Общее число обследованных хвоинок	100	100	100
Количество хвоинок с пятнами	45	25	12
Процент хвоинок с пятнами	45%	25%	12%
Количество хвоинок с усыханием	30	20	15
Процент хвоинок с усыханием	30%	20%	15%
Количество неповрежденных хвоинок	25	55	73
Процент неповрежденных хвоинок	25%	55%	73%

2.6 Фитоиндикация загрязнения атмосферного воздуха г. Владивостока

Эколого-гигиеническая обстановка Владивостока формируется под воздействием различных выбросов от стационарных и передвижных источников, количества и расположения автомагистралей и их интенсивностью.

По данным Н.А. Матвеевой, в атмосферный воздух города выбрасвается свыше 100 наименований различных химических веществ, в том числе и таких высокотоксичных, как свинец, хром, бензапирен и др.

При этом отмечается, что основное население города проживает в условиях умеренного загрязнения атмосферного воздуха (43%), в тоже время, в очагах особого экологического неблагополучия находится 19% населения. Самый высокий уровень загрязнения наблюдается в жилых районах, Баляева, в районе Столетия (6 уровень загрязнения).

Светланская, Семеновская (5 уровень загрязнения), в Снеговая, Сахалинская (4-5 уровень). Известно, что качество городской среды во многом зависит от степени озеленения жилых кварталов и промышленных предприятий.

Растения оказывают кондиционирующее действие на состояние воздушной среды и нейтрализуют влияние неблагоприятных для здоровья человека факторов. Они являются «живым фильтром», снижая уровень загрязнения атмосферы, поглощая пыль, тяжелые металлы, оксиды серы, углерода, азота, уменьшая шумовые загрязнения.

В нашей работе, проведенной методом фитоиндикации, исследовалось влияние воздушных загрязнителей на фотосинтетический аппарат разных видов растений и определялась их роль в оздоровлении городской среды.

По характерным хлорозам, появляющимся на листьях деревьев под воздействием поллютантов, выявлено, что наиболее устойчивы к воздушным загрязнениям липа сердцевидная.

Несколько менее устойчивы береза повислая и, особенно, тополь бальзамический.

Практически ежегодно, уже в июне - начале июля, листья на 40-50% поражены характерным хлорозом, а затем и некрозом. Содержание тяжелых металлов также в 1,5 -2 раза превышало соответствующие показатели у вышеназванных растений.

Из хвойных пород наиболее устойчивыми в городской среде оказались ель колючая и ель обыкновенная.

Несколько менее устойчивыми являются сосна обыкновенная и сосна сибирская. Но более других поражаются аллохтонные виды сосен - сосна Веймутова, сосна горная и другие.

Наиболее известными фитоиндикаторами загрязнения атмосферного воздуха уже давно считаются лишайники, поскольку они не имеют непроницаемой кутикулы и способны фотосинтезировать даже при пониженных температурах.

По наличию и видовому разнообразию лихенофлоры можно быстро установить среднегодовую концентрацию таких поллютантов, как двуокись серы. Полученные данные фиксируются, наносятся на специальные карты.

Таким образом, устанавливается динамика воздушных загрязнений на разных территориях района и всего города.

Высокая встречаемость лишайников рода пармелия наблюдается на территориях Владивостока. Как видно, количество эпифитных лишайников в разных районах в целом соответствует показателям экологического благополучия.

Таким образом, результаты проведенных нами исследований методом фитоиндикации позволяют уточнить зонирование территории Владивостока по уровню загрязненности воздушной среды и рассчитать степень экологического риска для здоровья населения [4].

Заключение

Можно сделать заключение, что биоиндикация - это очень простой, доступный и в тоже время точный метод определения уровня загрязнения субстрата. Таким образом, использование организмов, реагирующих на загрязнение среды обитания изменением визуальных признаков, имеет ряд преимуществ. Оно позволяет существенно сократить или даже исключить применение дорогостоящих и трудоемких физико-химических методов анализа. Биоиндикаторы интегрируют биологически значимые эффекты загрязнения. Они позволяют определять скорость происходящих изменений, пути и места скопления в экосистемах различных токсикантов, делать выводы о степени опасности для человека и полезной биоты конкретных веществ или их сочетаний.

Предлагаю рекомендации по мерам охраны окружающей среды:

1. Всем жителям города соблюдать правила пользования городских насаждений.

2. Регулярно проводить мониторинг состояния насаждений и участков вдоль трассы.

3. Проводить экологическое просвещение населения: каждый водитель должен знать, что причина дымления автомобиля - неисправность двигателя, неотлаженность системы питания или зажигания. Только за счет правильной регулировки автодвигателей выброс вредных веществ в атмосферу можно уменьшить до 5 раз.

4. Необходимо улучшить качество дорожного полотна.

5. Использовать более безвредное топливо.

6.Продолжить работу по озеленению города.

Список использованной литературы

1. Андреева М.В. Изменение морфологического строения листьев у деревьев в районах с различным уровнем загрязнения атмосферы // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Сб. докл. молодых ученых. - Вып. 13. - СПб.: СпбЛТА, 2007. - С. 13-14.

2. Климентова Е.Г., Громов Л.М. Биодиагностика и биоиндикация почв: Учебно-методич. пособие - Ульяновск: УлГУ, 2004. - 64 с.

3. Криволуцкий Д.А. Почвенная фауна в экологическом контроле / Д.А. Криволуцкий - М.: Наука, 1994 - 256 с.

4. Шуберт Р. Биоиндикация загрязнения наземных экосистем - М.: Мир, 1988.- 346 с.

5. Биологические методы оценки природной среды под редакцией доктора биол. наук Н.Н. Смирнова.

6. Статья Оплеухина А.А. «Методы фитоиндикации городских насаждений».

7. И.Г. Семенкова, Э.С. Соколова «Фитопатология»

Размещено на Allbest.ru

...