Учебный проект Краеведческий материал на уроках и во внеурочной деятельности/Исследование Биоиндикационная оценка

Учебный проект Краеведческий материал на уроках и во внеурочной деятельности

Тема исследования

?

Гипотеза:

• Для оценки содержания в воздухе токсических примесей наиболее целесообразно использовать растения, так они обладают более высокой чувствительностью на воздействие внешних факторов.

Цель:

• Апробировать информационную программу процесса обработки ассиметричности листовой пластинки у древесных пород, и сделать заключения на основе проведенных исследований, выработать шкалу ассиметричности древесных пластинок клена, березы, сирени.

Задачи:

1. изучить существующие методики биоиндикации атмосферы
2. использовать информационную программу для проведения исследования состояния атмосферы в разных районах Витебской области
3. выработать практические умения по измерению листовой пластинки березы, клена, сирени в качестве биоиндикаторов загрязнения окружающей среды
4. сравнить степень асимметричности листовых пластинок
5. сделать выводы и заключения на основе проведенного исследования

Введение

Биологическая индикация- это оценка состояния окружающей среды по реакции растений и животных, это один из методов обнаружения и оценки воздействия абиотических и биотических факторов на живые организмы при помощи биологических объектов.
За основу исследования мы взяли определение степени асимметрии листьев растений загрязненной (г. Витебск, г. Новополоцк) зоны и чистой (лес п. Боровухи) зоны. Метод основан на реакции некоторых древесных пород реагировать на состояние загрязненности окружающей среды. Деревья обладают высокой экологичной пластичностью, то есть, способны выживать даже на сильно загрязненных участках и широкой нормой реакции, но при этом площадь и асимметрия листовых пластинок должна сильно варьировать. Данная работа основана на:

1. апробации информационной программы, предоставленной бывшим учеником Боровухской средней школы, студентом 2 курса факультета Мониторинг окружающей среды УО « Международный государственный экологический университет им. А.Д. Сахарова» г. Минска Смирновым Павлом Андреевичем.
2. на сборе, обработке и систематизации экспериментальных данных по изучению ассиметрии листовых пластинок древесных растений клена,березы, сирени.
3. изучение теоретического материала симметрии и асимметрии растений, методов биологической индикации живых организмов.

Автоматизация процесса обработки данных

Целью создания данной программы является автоматизация процесса вычисления степени асимметрии у листьев по заданным параметрам. Программа позволяет измерить выборки, включающие до 300 экземпляров листьев одного вида, и вычислить асимметричность по шести параметрам для каждого листа:

• Ширина половинки листа
• Длина жилки второго порядка от основания листа
• Расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка
• Расстояние между концами первой и второй жилок второго порядка
• Угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка
• Площадь правой и левой частей листа

Для вычисления первых четырех параметров необходимо указать две точки, по координатам которых и вычисляется длина в следующих единицах измерения: см., мм.. Для вычисления пятого параметра необходимо указать 3 точки: 2 точки, принадлежащие сторонам угла, и 1 точка- вершина. Угол рассчитывается в градусах исходя из координат точек. Для просчета площадей указывается средняя линия, условно делящая лист на 2 практически равные части. Далее указывается прямоугольная область, в которой производится просчет площади ( в случае наличия нескольких листов в одном файле). Площади автоматически высчитывает после придания расположения листа в плоскости (его основание относительно центра). Программа проверяет каждый пиксель на его принадлежность к отсканированному листу, и по их суммарному количеству высчитывает площадь половинок листа в следующих единицах на выбор: см.кв. или мм.кв. Все измеренные данные сохраняются в таблицу, из которой затем высчитываете степень асимметрии и площадь листовой пластинки. Данная программа позволяет упростить измерение расстояний и углов, с максимальной точностью рассчитать площадь листа, избавиться от многочисленных математических вычислений.

История развития биологической индикации.

О возможности использования живых организмов в качестве показателей определенных природных условий писали еще ученые Древнего Рима и Греции. В России в рукописях XV и XVI вв. уже упоминались такие понятия, как «лес пашенный» и «лес непашенный», т. е. участки леса, пригодные для его сведения под пашню и непригодные. В трудах М. В. Ломоносова и А. Н. Радищева есть упоминания о растениях указателях особенностей почв, горных пород, подземных вод. В XIX в. с развитием экологии растений была показана связь растений с факторами окружающей среды. О возможности растительной биоиндикации писал геолог А. М. Карпинский. Другой геолог - П. А. Ососков - использовал характер распределения растительных сообществ для составления геологических карт, а почвовед С. К. Чаянов - почвенных карт. Большой вклад в развитии биоиндика¬ции внес русский ученый-почвовед В. В. Докучаев. В начале XX в., в период, когда началось освоение окраин страны, биоиндикационные исследования стали развиваться особенно интенсивно. Под биоиндикацией в эти годы в основном понимали регистрацию наличия или отсутствия того или иного явления (природного или антропогенного фактора среды), отмечая в терминах «есть» - «нет». К концу XX века биоиндикационные закономерности претерпели качественный скачок. В настоящее время для целого класса индикаторных видов растений и животных целесообразно говорить не только о наличии или отсутствии фактора, но и о степени его влияния на природный комплекс. Разные степени влияния на окружающую природную среду, регистрируемые с помощью этих видов, позволяют ввести шкалу воздействий (например, нет воздействия -слабое -среднее - сильное). Наличие шкалы экологического фактора позволяет намного более верно оценивать исследуемую территорию.

Уровни и методы биоиндикации атмосферы.

Возможны следующие уровни:

• Биохимические - это накопление определенных токсикантов в органах
• физиологические реакции - это изменение различных процессов в органах.
• Анатомические, морфологические - это изменение внутренних и внешних характеристик организма
• биоритмические и поведенческие - это изменение форм поведения
• Флористические - это изменения касающиеся растительного мира
• Фаунистические - это изменения касающиеся животного мира

Существуют два основных метода биоиндикации:

• пассивный
• активный.

Пассивный метод- это исследования видимых и незаметных повреждений и отклонений от нормы реакции.
Пассивный метод включает следующие исследования:

• Определение площади листьев
• Определение асимметрии листьев
• Уменьшение содержания хлорофилла в листьях растений
• Определение влажности листьев и их тургорного состояния
• Накопление серы в листьях и коре древесных растений
• Изменение цвета пигментов различных цветковых растений

Активный метод - это изучение ответной реакции наиболее чувствительного фактора организма (биотестирование).
В настоящее время широко используется метод лихеноиндикация- это оценка состояния среды по наличию, обилию и разнообразию видов лишайника.
Методы биоиндикации должны отвечать следующим требованиям:

• Относительная быстрота проведения индикации
• Получения достаточных точных и воспроизводимых результатов
• Наличие пригодных для индикации объектов в большом количестве

Географическая характеристика места взятия образца

1. г. Витебск, улица Кирова. Основные источники загрязнения атмосферы воздуха являются предприятия теплоэнергетики, стройматериалов, станко¬строения и автотранспорт. Индекс загрязнения атмосферы воздуха высокий (ИЗА-10.2). Основные примеси, содержащие в атмосферном воздухе - это диоксид азота, формальдегид, фенол, аммиак.
2. г. Новополоцк, улица Молодежная. Основные источники загрязнения воздуха являются предприятия нефтеперерабатывающей, химической отраслей промышленности, теплоэнергетики и автотранспорт. Индекс

загрязнения воздуха составляет 4.4 и равен среднему уровню.

1. Лес, около п. Боровуха-1, район деревни Боровцы. Нет источников загрязнения атмосферы, не считая природных.

Время сбора листовых пластинок древесных деревьев березы, клена, сирени - август месяц 2007 года.

Результаты измерения асимметрии листовых пластинок.

С симметрией мы встречаемся везде: в природе, технике, искусстве, науке. Существует множество видов симметрии, как в растительном, так и в животном мире, но при всем многообразии живых организмов, принцип симметрии действует всегда, и этот факт подчеркивает гармоничность нашего мира.
Но специфика строения растений определяется особенностями среды обитания, к которой они приспосабливаются. У любого дерева есть основание и вершина «верх» и «низ», для листьев характерна зеркальная симметрия. Симметрия биологического объекта является результатом определенного компромисса между:
а)его собственной симметрии (определяющейся начиная еще с периода зародышевого развития под действием силы тяжести и биологических факторов)
б)элементами симметрии среды, влияющими на дальнейшее формирование организма
Принцип симметрии биологических объектов на основе известного в физике принципа П.Кюри можно сформулировать следующим образом: Любой эволюционирующий биологический объект содержит элементы собственной симметрии и симметрии формирующей его среды, которая, в свою очередь, может быть природной или же искаженной в результате техногенных воздействий Конкретное проявление этого принципа мы взяли и рассмотрели на примере 10-и листовых пластинок древесных пород:Сирени, клена, березы.
Вот пример измерения показателей по 6-ти параметрам с левой и правой стороны листа:

Таким образом было исследовано 90 листов растений разных видов, сделано 360 измерений для левой части листа и 360 измерений для правой части листа.
Проанализировав все данные можно обозначить степень асимметричности всех листовых пластинок, собранных с разных мест Витебской области.

Степень асимметричности

	Витебск	Новополоцк	лес
Клен	0.221	0,114	0,064
Сирень	0,101	0,079	0,058
Береза	0,069	0.063	0,044

Учеными Захаровым В.М. Крысановым в 1996 году разработана пятибалльная шкала отклонения степени асимметричности организмов от нормы, в которой 1 балл -условная норма, а 5 баллов -критическое состояние.
Взяв за основу шкалу отклонения от нормы, распределим нами измерения по степени асимметричности по баллам

	Витебск	Новополоцк	лес
Клен	56	56	36
Сирень	56	56	26
Береза	46	36	16

Критического уровня асимметрия листовых пластинок достигает в г. Витебске( 4-5 б), в г. Новопояоцке колеблется от 3 до 5 баллов, а в лесу от 1до 3 баллов.

Выводы:

1. Листовая пластинка древесных растений реагирует на различные токсические примеси, которые присутствуют в окружающей среде и могут использоваться как растения-индикаторы оценки суммарной техногенной нагрузки атмосферного воздуха.
2. Древесные растения выполняют важную функцию - индикационную, которая позволяет оценить уровни загрязнения атмосферного воздуха
3. Количество вредных примесей содержащих в воздухе влияет на строение листа, а именно на его симметрию.
4. Листья сложной конфигурации, с большим периметром (в нашем исследо-вание- клен) более эффективно реагируют на загрязнение окружающей среды, так как балл по шкале отклонений составляет 3-5.
5. По шкале отклонений можно сделать вывод, что техногенная нагрузка атмосферного воздуха достигает максимума в г. Витебске, минимальная в лесном массиве п.Боровуха.
6. Программа, предложенная нам в качестве исследования листовых пластинок позволила упростить измерение расстояний и углов, с максимальной точностью рассчитать площадь листа, избавила от многочисленных математических вычислений.

Список литературы:

1. Захаров В.М. Асимметрия животных. Наука, 1987.
2. Захаров В.М. Кларк Д.М. Биотест: Интегральная оценка здоровья экосистемы отдельных видов.
3. Константинов Е.Л. Анализ уровня стабильности развития березы бородавчатой, как метод биоиндикации качества среды. Сб. тр. Молодых ученых Саратов, 1997
4. Захаров Е.Ю. Крысанова М.И. Последствия Чернобыльской катастрофы, 1996г.
5. Минец. М.Л., Шепелевич Н.В. Из опыта организации научно-исследовательской работы учащихся в рамках курса «Экологическое краеведение» в условиях сельской школы,2008. 6. Гильде В. Зеркальный мир. М. МИР, 1982.