Команда Адонис Русскополянской школы №3 Омской области/Исследование/Проект В главной роли - Природа

Проект В главной роли - Природа

Тема исследования

Биоиндикация и мониторинг озера и его береговой линии

Название команды

Адонис

Проблемный вопрос

Как определить чистоту водоёма и прибрежной территории

Цель исследования

Комплексное описание озера Абалыколь методом биоиндекации и мониторинга

Задачи исследования

1.Изучить методы лихеноиндикационных загрязнений окружающей среды.

2.Оценить жизненное состояние лесонасаждения по лишайникам и сосне.

Ход исследования

1. Методы лихеноиндикационных загрязнений окружающей среды.

2. Лишайники как индикаторы состояния окружающей среды.

3. Методы лихеноиндикационных исследовани

4. Измерения относительной численности лишайников 5. Оценка жизненного состояния леса по сосне.

Результаты исследования

Мы провели лехоиндекацию и биомониторинг озера и береговой линии и убедились что зона исследования не сильно загрязнена.

Материал исследования

1. Методы лихеноиндикационных загрязнений окружающей среды.

 При изучении степени загрязнения окружающей среды промышленными объектами важна реакция биологических объектов на поллютанты (загрязняющие вещества).
 Система наблюдений за реакцией биологических объектов на воздействие поллютантов называется биологическим мониторингом.
 Биологический мониторинг включает  в себя наблюдение, оценку и прогноз изменений состояния экосистем и их элементов, вызываемых антропогенным воздействием.
 Идеальная система мониторинга даёт возможность количественно оценить состояние среды и её изменения.
Биологическая индикация позволяет оценивать степень загрязнения окружающей среды по существующим биологическим показаниям.
 Поскольку вариабельность органической жизни чрезвычайно велика, особенно важно для мониторинга выбирать такие организмы,
которые являются наилучшими индикаторами изменений среды.  

2. Лишайники как индикаторы состояния окружающей среды.

Одним из основных объектов глобального биологического мониторинга выбраны лишайники. 

Научное направление биомониторинга за состоянием воздушной среды при помощи лишайников называется лихеноиндикацией.

 Лишайники являются единственной группой симбиотических организмов низших растений. 

Они обладают весьма специфическими свойствами: реагируют на изменение состава атмосферы,

обладают отличной от других организмов биохимией, широко распространены по разным типам субстратов, начиная со скал и кончая корой и листьями деревьев.
 Для разного рода исследований лишайников важно полно описать их флору в конкретном местообитании.
 Как известно, лихенологии разделяют все виды лишайников на 4 основные экологические группы –
в зависимости от предпочитаемого ими субстрата:
  -эпифитные – растущие на коре деревьев и кустарников;
 -эпиксильные - растущие на обнажённой древесине (стволах без коры, деревянных строениях и т.д.);
 -эпигейные – растущие на почве;
-эпилитные – растущие на камнях.
 Лишайники представляют собой весьма своеобразную группу споровых растений, состоящих из двух компонентов
– гриба и одноклеточной, реже нитчатой, водоросли, которые живут совместно как целостный организм. 

При этом функция основного размножения и питания за счёт субстрата принадлежит грибу, а функция фотосинтеза- водоросли.

Лишайники чутко реагируют на характер и состав субстрата, на котором они растут, на микроклиматические условия и состав воздуха. В силу чрезвычайного «долголетия» лишайников их можно использовать для датировки возраста

различных предметов на основе измерения их слоевищ - в диапазоне от нескольких десятилетий до нескольких тысячелетий. 

Объектом глобального мониторинга лишайники избраны потому,

что они распространены по всему Земному шару и поскольку их реакция на внешнее воздействие очень сильна, 

а собственная изменчивость незначительна и чрезвычайно замедленна по сравнению с другими организмами.

 Из всех экологических групп лишайников наибольшей чувствительностью обладают эпифитные лишайники
(или эпифиты), т.е. лишайники, растущие на коре деревьев.
  Установлено, что при повышении степени загрязнения воздуха первыми исчезают кустистые, 

затем листоватые и последними - накипные (корковые) формы лишайников. Состав флоры лишайников в различных частях городов оказался настолько различным, что исследователи в

пределах городов выделяют так называемые зоны лишайников.
 В последние десятилетия показано, что из компонентов загрязнённого воздуха на лишайники
самое отрицательное влияние оказывает двуокись серы. Экспериментально установлено, что это вещество в концентрации 0,08-0,1 мг/м2
 начинает действовать на многие виды лишайников. 

В хлоропластах клеток водорослей появляются бурые пятна, начинается деградация хлорофилла.

Концентрация двуокиси серы в 0,5 мг/м2 губительна для всех видов лишайников,
произрастающих в естественных ландшафтах.
Однако имеется группа полеотолерантных (выносливых по отношению к загрязнениям) видов,
которые могут существовать в довольно загрязнённом воздухе. 

Помимо двуокиси серы на лишайники губительно действуют и другие загрязнители- окислы азота,

окись углерода, соединения фтора и другие. 
 Лишайники очень нетребовательны к факторам внешней среды, они поселяются на голых скалах,
бледной почве, стволах деревьев, мёртвой древесине   
   В отличии от цветковых растений лишайники способны избавляться от поражённых токсическими 

веществами частей своего таллома каждый год.

Особенно удобны лишайники в качестве индикаторов небольшого загрязнения окружающей среды. 

Наиболее чувствительным симбионтом в талломе лишайников является водоросль. В мире насчитывается около 26 тысяч лишайников.

Они различаются по зонам произрастания (тундра, лесная зона и т.д.), видам субстрата (камни, скалы и т.д.). 

У лишайников, растущих на деревьях, видовой состав различается в зависимости от рН коры.

 Среди жизненных форм лишайников различают:
1)накипные (слоевище имеет вид корочек) - например, бацидиум фисция;
2)листоватые (слоевище имеет вид пластинок)- например, пармелия, гипогимния;
3)кустистые (слоевище имеет вид кустарников или свисающих «бород»)- например, уснея, бриория.
 Практикуется и более дробное деление жизненных форм лишайников:
1) накипные - порошкообразные, слабо структурированные;
2) корковые - коркообразные, плотно прилегают к субстрату;
3) чешуйчатые – коркообразные, края таллома приподняты;
4) пластинчатые – коркообразные, края бороздчатые и образуют лопасти;
5) листоватые – таллом листообразный с чёткой нижней коркой;
6) кустистые – прямые, волосовидные или кустарниковой формы.
 Лишайники ( особенно бриория, пармелия, уснея) являются пищей ряда животных ( косуль, оленей),
а кладония – основная пища северного оленя. 

Разрушение и исчезновение лишайникового покрова в связи с загрязнением территории нарушает основные пищевые цепи и приводит к исчезновению ряда животных, которые являются источником пищи и одежды для ряда северных народов. 3. Методы лихеноиндикационных исследований

 Грубо, методы лихеноиндикации подразделяются на две большие группы – активную лихеноиндикацию и пассивную лихеноиндикацию.
 Под активной лихеноиндикацией понимают так называемые трансплантационные методы. 
 Трансплантационные методы заключаются в том, что лишайники из незагрязнённых районов трансплантируются
в изучаемый район или же диски коры деревьев.
Их реакция исследуется путём периодического фотографирования.

4. Измерения относительной численности лишайников

 Для измерения собственно численности лишайников на деревьях используется, в основном, две методики – методика оценки «проективного покрытия», и методика «линейных пересечений».
 Все измерения численности лишайников производят на постоянных высотах – 100 или 150 см от комля дерева
(везде одинаково), либо на четырёх высотах: 60, 90, 120, 150 см. 

4.1. Измерения проективного покрытия

 Одним из наиболее распространённых способов оценки относительной численности 

лишайников на стволах деревьев является определение показателей проективного покрытия, т. е. процентного соотношения площадей, покрытых лишайниками, и площадей, свободных от лишайников.

 Основных технических способов подсчёта проективного покрытия лишайников два: 1) с помощью «сеточек- квадратов» (стандартная методика), и 2) с помощью прозрачной  плёнки (палетки). Форма и размеры «сеточек» и «палеток» бывают разными, но большого принципиального значения это не имеет.
 Сеточка представляет собой жёсткий контур прямоугольной или квадратной формы с соотношением сторон 1: 1 или 1: 2,
разделённый на квадраты размером 1х 1 см. 

Этот метод является разновидностью метода, широко применяемого в геоботанике,

и обладает такими преимуществами, как наглядность результатов и простота.
Он общепринят в лихенологии.
 В простейшем виде «сеточка» представляет собой металлическую или деревянную рамку размером 10х 10 см, 

внутри которой через каждый сантиметр натянуты продольные и поперечные тонкие проволочки или леска.

 Рамку накладывают на ствол дерева и фиксируют кнопками или булавками.
Подсчёт лишайников производят следующим образом                

Сначала считают число квадратов сеточки. Затем подсчитывают число квадратов. Данные записывают в рабочую таблицу.

Таблица 1. Учётная форма лихенометрической съёмки

                                        (проективного покрытия) в полевых условиях
       Число 
 квадратов с        покрытием более 50% (а)                  	        Число
 квадратов с
покрытием
менее 50% (b) 	       Число 
     пустых
   квадратов	 Общее число
квадратов (С)
    (a+b+0)

 Общее проективное покрытие в процентах (Я) вычисляют по формуле:
                                               Я= (100 а + 50 b)/ С,

где С – общее число квадратов сеточки (например, при использовании сеточки 10 х10 см с ячейками 1 х1 см, С= 100).

 При использовании методики сеточек- квадратов измерения на одном стволе производят с четырёх сторон света:
рамку прикладывают и производят подсчёт  четыре раза – с севера, востока, юга и запада.
 Разновидностью методики сеточек- квадратов, лишённой этих недостатков,
является измерение проективного покрытия с помощью прозрачной плёнки.
В простейшем виде для этих целей используют прозрачную целлофановую плёнку, расчерченную на квадраты 1 х1 см. 

Плёнку накладывают на ствол и закрепляют кнопками. Подсчёт производят таким же образом, как и при использовании жёстких рамок.

 Размер может быть любым – 10х 10, 10х 20, 20х 20, 10х 40 см и т.д. 

С одной стороны, чем больше - тем лучше, с другой – измерение лишайников с помощью больших сеточек более трудоёмко (но более точно).

Наряду с относительной простотой и наглядностью методик оценки относительной численности лишайников,
недостатком использования сеточек и палеток (учётные палетки из пластиковой бутылки) является 

сложность оценки численности каждого из видов лишайников в отдельности. 4.2. Глазомерная оценка проективного покрытия Покрытие каждого вида на стволе дерева может быть представлено в качестве визуальной оценки. Для определения проективного покрытия используется балльная шкала Браун - Бланке, объединяющая покрытие и обилие:

     + - встречается редко, степень покрытия ничтожна;
     1 – индивидуумов много, степень покрытия мала или особи разрежены, но площадь покрытия большая;
     2 – индивидуумов много, степень проективного покрытия не < 10%, но не > 25%;
    3 – любое количество индивидуумов, степень покрытия 25- 50%;
    4 – любое количество индивидуумов, степень покрытия 50- 75%;
    5 – степень покрытия более 75%, число особей любое.
 Метод визуальной оценки используется при широкомасштабных биоиндикационных исследованиях,
когда имеется необходимость быстро обследовать большие площади с десятками пробных площадей и сотнями учётных площадок. 

4.3. Влияние загрязнения среды на встречаемость лишайников.

Зона загрязнения	 Оценка встречаемости лишайников	 Загрязнение воздуха СО мг/м3 	 Оценка загрязнения
 1 Лишайники на деревьях и камнях отсутствуют	Больше 0,3- 0,5	Сильное загрязнение
 2 Лишайники также отсутствуют на стволах деревьев и камнях. На северной стороне деревьев и в 

затемнённых местах встречается зеленоватый налёт водоросли плеврококкус Около 0,3 Довольно сильнее

 3 Появление на стволах и у основания деревьев серо-зеленоватых твёрдых накипных лишайников леканоры, фисции	От 0,05 до 0,2	Среднее
 4 Развитие накипных лишайников – леканоры, водоросли плеврококкуса, появление листоватых лишайников (пармелия) 

Не превышает 0,05

 5 Появление кустистых лишайников (эвернии, уснеи)	Малое содержание	Воздух очень чистый

4.4. Использование данных лихенометрии в биоиндикации.

 Биоиндикация опирается на закон экологической индивидуальности видов. 

Разные виды реагируют на определённые факторы внешней среды (в том числе и антропогенные) по- разному -

каждый вид имеет индивидуальные экологические амплитуды, оптимальные, пессимальные и летальные условия среды.
 Основываясь на этом заключении, в 60-х годах были составлены общие представления о типологии (классификации) лишайников
по их выносливости (полеотолерантности, чувствительности, сенсибильности – все эти термины 

являются синонимами и встречаются в литературе) по отношению к загрязнениям среды.

 При оценке уровня загрязнений той или иной территории методами лихеноиндикации используется два подхода:
качественный и количественный.
 В первом случае «степень загрязнённости» территории определяется на основе тщательного изучения видового состава лишайников.
Используя данные о наличии или отсутствии тех или иных видов на изучаемой территории
и специальные таблицы классов полеотолерантности, составленные лихенологами, 

можно определить, к какой условной категории относится та или иная изученная территория.

 Во втором случае для оценки степени загрязнённости территории используются специальные лихеноиндикационные индексы,
учитывающие как отношение встречных видов лишайников к тому, или иному классу полеотолерантности, 

так и данные количественных измерений их численности.

  № дерева	    1	    2	    3	    4	    5	    6	    7	    8	    9	    10
  а	  68	  70	  35	  82	  63	  79	  73	  70  	  18	  37 
  в	  32	  25	  60	  15	  34	  21	  18	  14  	  70	  56
  с	  100	  100	  100	  100	  100	  100	  100	  100	  100	  100
  0	  -	  5	  5	  3	  3	  -	  9	  -	  12	  7
     1.  Я = 84;                     6.  Я = 89,5;

2. Я = 82,5; 7. Я = 82; 3. Я = 55; 8. Я = 77; 4. Я = 89,5; 9. Я = 53; 5. Я = 80; 10. Я = 65.

  Я (общее) – 757,5
  Я (среднее) – 75,75%.

Вывод: исследуемые мною деревья покрыты на 75% площади исследования лишайниками,

поэтому делаем соответствующие выводы – что степень загрязнения леса ниже среднего.
Причиной этому является то, что лес находится далеко от промышленных предприятий,
из антропогенных факторов можно отметить только влияние выпаса скота на данной территории.

Этот фактор может вызвать только вытаптывание почвенного слоя территории, 

обеднение видового разнообразия травянистой растительности, частичное загрязнение воды.

В связи с тем, что поголовье пасущегося скота не настолько велико  и прибрежная зона озера,
и прилегающая  лесополоса  к озеру не сильно загрязнены. 

5. Оценка жизненного состояния леса по сосне.

  В последние два десятилетия на территории многих стран Европы и в России наблюдается массовое повреждения и деградация лесов.
Причины этого кроют в загрязнении воздушного бассейна над Европой. Кислотные дожди ,
высокие концентрации в воздухе окислов серы и азота ,а также озон непосредственно повреждают растения, ухудшая состояния лесов.
 В исследованиях, проведённых во многих странах, включая Россию, указывая на фактор закисания
почв и измерения ряда важных свойств лесных почв, приводящее к деградации лесов , 

снижению их жизнеспособности и, в конечном счёте , сокращению площади лесов.

Проблема загрязнения воздушного бассейна связана не только с промышленным  развитием отдельно взятых стран
 

Этим вызвана необходимость кооперирования между странами в решении проблемы сохранения лесов.

 На третьей сессии исполнительного комитета Конвенции по дальнему трансграничному переносу
загрязнителей воздуха под эгидой ЮНЕП (июль 1985) была утверждена и запущена в исполнение программа
международной кооперации по изучению и мониторингу 

воздействия загрязнителей воздуха на леса.

Данная программа является частью глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС). 

Программа основана на сборе сравнимых данных о состоянии лесов на национальном уровне и последующем обмене данными для наилучшего понимания проблемы.

 На рабочей встрече Конвенции по методологии изучения и мониторинга воздействия загрязнения воздуха
на леса были разработаны базовые рекомендации для проведения работ.                     

5.1. Сущность метода биоиндикации

 Представляемая методика изучения, мониторинга и оценки жизненного состояния леса базируется на методе биоиндикации.
Суть подхода заключается в том, что по различным признакам исследуемого вида живого организма (в данном случае – сосны),
мы судим о состоянии окружающей среды.
 Другими словами, индикаторный вид своим состоянием информирует нас о неблагополучии вешних условий. 

Сосна как нельзя лучше подходит в качестве модельного вида- биоиндикатора. Во-первых, сосна очень чутко реагирует на малейшие изменения условий произрастания, в том числе и загрязнения среды. Во- вторых, сосна широко распространена на большей части лесной зоны территории России. Сосновые леса весьма ценны как для целей реакции, так и для лесной промышленности.

 Индикаторы загрязнения воздуха и воды.
   При увеличении степени загрязнения воздуха в первую очередь усыхают хвойные, затем некоторые лиственные.
Лишайники даже при небольшой степени загрязнённости исчезают.

5.2. Морфологические изменения растений, используемые

                                    для биоиндикации 
Хлороз- исчезновение зелёной окраски листовой пластинки, пожелтение краёв или определённых участков листьев;

Некрозы - отмирание отдельных участков ткани. Следует различать: точечные, межжилковые, краевые некрозы; Опадение листвы. Как следствие некрозов и хлорозов. Уменьшается продолжительность жизни хвои, сбрасывание двуиглых укороченных побегов

у сосны. 

Изменение направления формы роста и ветвления. Образование стелящихся побегов, кустовидной, подушечной формы. Изменение прироста. В основном прирост в длину побегов и листьев, корней, диаметр таллома лишайника. Итоги наблюдений за состоянием хвоинок и оценка жизненного состояния исследуемого леса у озера Абалыколь. 1) На части ветви хвойного дерева мной были выявлены хлорозы, имеющие 50% повреждения и характер (точки и крапчатость),

а так же некрозы – 30% повреждения, характер – пятнистость. Цвет повреждений от жёлто- коричневого до красно – бурого.

2) Длина хвои на побеге прошлого года 15, 5 см, ширина ( в середине хвоинки) – 2,3 мм. 3) Продолжительность жизни хвои 4 года. 4) Сближенность хвоинок. Если в местах, где растут хвойные, грязный воздух, то хвоинки сближены на 10 – 12 см.

Вывод

Мы провели комплексное исследование озера Абалыколь, находящееся близ села Хлебодаровка.
Комплексное исследование включает в себя исследования в следующих направлениях: биоиндикация и мониторинг.

Проводя исследование познакомились с такими понятиями как биоиндикация и мониторинг. Благодаря нашим исследованиям мы знаем экологическое состояние водоема,

а, проведя в дальнейшем химический анализ, планируем изучить пригодность воды в озере Абалыколь для питья,
ведь долгие годы это озеро было пригодным для питья.