Биоиндикация загрязнения воздуха по хвое сосны

     Вывод: полученные результаты говорят о  том, что среднесуточный транспортный поток на ул. Шагольской немного  превышает санитарные нормы. Можно  предположить небольшое превышение количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу работающими автомобильными двигателями.  

     2.1. Биоиндикация

     Биоиндикация - оценка качества среды обитания и  ее отдельных характеристик по состоянию  ее биоты в природных условиях.  
Для учета изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов.  
 Биоиндикаторы (От лат. Indicator — указатель)- группа особей одного вида или сообщества, по наличию или по состоянию которых, а также по их поведению судят о естественных и антропогенных изменениях в среде.  

     2.2. Особенности работы  с биоиндикаторами

      Существуют  различные виды биоиндикации. Если одна и та же реакция вызывается различными 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. Лишайники и хвойные деревья могут характеризовать чистоту воздуха и наличие промышленных загрязнений в местах их произрастания

. Видовой состав животных и низших растений, обитающих в почвах, является специфическим для различных почвенных комплексов, поэтому изменения этих группировок и численность видов в них могут свидетельствовать о загрязнении почв химическими веществами.

Методы биоиндикации подразделяются на два вида: регистрирующая и аккумулятивная биоиндикация.

         Регистрирующая  биоиндикация позволяет оценивать воздействие факторов среды по состоянию особей вида или популяции, а биоиндикация по аккумуляции использует свойство живых организмов накапливать некоторые химические вещества. В соответствии с этими методами различают и типы биоиндикаторов.

          Регистрирующие биоиндикаторы реагируют на изменение внешней среды изменением численности, фенооблика, изменением скорости роста, соматическими проявлениями (в том числе уродливостью) и другими хорошо заметными признаками.

        Накапливающие биоиндикаторы концентрируют загрязняющие вещества в своих тканях, определенных органах и частях тела, которые в последующем используются для выяснения степени загрязнения окружающей среды при помощи химического анализа.

          Аккумулятивную биоиндикацию используют при исследовании процессов миграции токсичных веществ.

Использование биоиндикаторов позволяет:

· обнаруживать места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений;

· проследить динамику изменений в окружающей среде;

· определить степень  вредности тех или иных веществ  для живой природы, в частности  для человека;

· составить  прогноз дальнейшего развития экосистемы. 

   2.3. Морфологические изменения растений 

Морфологические изменения растений, используемые в  биоиндикации:

1. Изменения окраски листьев:

 

• Хлороз - бледная  окраска листьев между жилками. Избыток в почве тяжелых металлов и при газодымовом загрязнении  воздуха.
• Пожелтение участков листьев. Характерно для лиственных деревьев при засолении почвы хлоридами.
• Покраснение, связанное с накоплением антоциана. Возникает под действием сернистого газа.
• Побурение или побронзовение. Часто означает начальную стадию некротических повреждений.
• Листья как бы пропитаны водой ( как при морозных повреждениях). Возникает под действием ряда окислителей.
• Серебристая  окраска листьев. Возникает под действием озона на листьях табака.

 

2. Некрозы –  отмирание участков ткани листа, их форма иногда специфична.
• Точечные и пятнистые. Серебристые пятна на листьях табака возникают под действием озона.
• Межжилковые- некроз тканей между боковыми жилками 1 порядка. Часто отмечаются при воздействии сернистого газа.
• Краевые. На листьях липы под влиянием соли (хлорида натрия), которой зимой посыпают городские улицы для таяния льда.
• «Рыбий скелет» -  сочетание межжилковых и краевых некрозов.
• Верхушечные  некрозы. У однонольных покрытосеменных и хвойных растений. Например, хвоинки пихты и сосны после действия сернистого газа становятся на вершине бурыми, верхушки листьев гладиолусов после окуривания флористым водродом становятся белыми.
3. Преждевременное увядание. Под действием этилена в теплицах не раскрываются цветки у гвоздики, увядают лепестки орхидей. Сернистый газ вызывает обратимое увядание листьев малины.
4. Дефолиация – опадание листвы. Обычно наблюдается после некрозов и хлорозов. Например, осыпание хвои у ели и сосны при газодымовом загрязнении воздуха, листьев лип и конских каштанов – от соли для таяния льда, крыжовника и смородины – под действием сернистого газа.
5. Изменения размеров органов  обычно неспецифичны. Например, хвоя сосны вблизи заводов удобрений удлиняется от нитратов и укорачивается от сернистого газа. У ягодных кустарников дым вызывает уменьшение размеров листьев.
6. Изменения формы, количества и положения органов. Аномальную форму листьев отмечали после радиоактивного облучения. В результате локальных некрозов возникает вздувание или искривление листьев, сращение или расщепление отдельных органов, увеличение или уменьшение частей цветка.
7. Изменение жизненной формы  растения. Кустовидная  или подушечная форма роста свойственна деревьям, особенно липе, при сильном устойчивом загрязнении воздуха (HC1, SO₂)
8. Изменение жизненности. Изменения прироста неспецифичны, но широко применяются, так как чувствительнее, чем некрозы. Измеряют радиальный прирост стволов, прирост в длину побегов и листьев, корней диаметр таллома лишайника.
9. Изменение плодовитости. Обнаружено у многих растений, уменьшается образование плодовых тел у грибов, снижается продуктивность у черники и ели. Некоторые виды лишайников не образуют плодовых тел в сильно загрязненном воздухе, но способны размножаться вегетативно.

 
 

   2.4. Антропогенное воздействие на фитоценозы 

      Сильнейшее  антропогенное воздействие на фитоценозы оказывают загрязняющие вещества в окружающем воздухе, такие как диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и др. Среди них наиболее типичным является диоксид серы, образующийся при сгорании серосодержащего топлива (работа предприятий теплоэнергетики, котельных, отопительных печей населения, а также транспорта, особенно дизельного.)

Устойчивость  растений к диоксиду серы различна. Даже незначительное наличие диоксида серы в воздухе хорошо диагностируется  лишайниками – сначала исчезают кустистые, потом листовые и, наконец, накипные формы.

Из высших растений повышенную чувствительность к оксиду серы имеют хвойные (кедр, ель, сосна). Устойчивые к загрязнению: бересклет, бирючина, клен ясенелистный.

Для ряда растений установлены границы их жизнедеятельности и предельно допустимые концентрации диоксида серы в воздухе.

Величины ПДК (мг/куб.м) для:

– тимофеевки луговой, сирени обыкновенной – 0,2;

– барбариса – 0,5;

– овсяницы луговой, смородины золотистой – 1,0;

– клена ясенелистного – 2,0.

Чувствительны к содержанию в воздухе других загрязнителей (например: хлороводорода, фтороводорода) такие растения, как  пшеница, кукуруза, пихта, ель, земляника  садовая, береза бородавчатая. -  биоиндикаторы  состояния воздуха:

а) лишайники, конский каштан, хвойные (ель, сосна) – чувствительные  к загрязнению воздуха;

б) черёмуха, тополь, липа, берёза –  довольно устойчивы  к загрязнению воздуха.  

-  растения - индикаторы состава почвы:

а) ясень, лиственница  – на щелочных почвах;

б) росянка, сабельник – на почвах, бедных минеральными веществами;

в) крапива, бузина, кипрей, пролески  – на почвах богатых азотом;

г) клевер красный, тимофеевка, овсяница луговая и растения широколистных лесов – на нейтральных  почвах;

д) щурка, вереск, брусника, черника, голубика, щавель – на кислых почвах; 

- живые организмы  – индикаторы загрязнённости  воды:

а) сине-зелёные  водоросли –  в воде, загрязненной органическими веществами;

Стойкими к  содержанию фтороводорода в воздухе  являются хлопчатник, одуванчик, картофель, роза, табак, томаты, виноград, а к хлороводороду – крестоцветные, зонтичные, тыквенные, гераневые, гвоздичные, вересковые, сложноцветные. 

     2.5. Хвойные как биоиндикаторы 

    Сосна - общеизвестное вечнозеленое хвойное дерево из семейства сосновых, высотой до 40 метров.

    В сосновых почках имеется эфирное  масло (скипидар). В свежей хвое найдены  эфирное масло, аскорбиновая кислота, витамин К, каротин, витамины В1, В2, Р. В коре и в иголках содержатся антоцианы.

    С давних пор люди оценили многие замечательные  свойства сосны. Одно из них - стойкость и прочность.

    Сосне не страшны ни морозы, ни жара, ни ветры. Одного лишь боится сосна - темноты. Ей нужно много солнца и света. У  сосны очень длинные корни, и  благодаря им дерево добудет все, что ему нужно для жизни, даже из песчаной почвы, где мало влаги и питательных веществ.

    А не замечал ли ты, что в сосновом бору легче дышится? Это еще одно интересное и полезное свойство сосны - способность очищать воздух от вредных бактерий. Ученые установили, что в воздухе соснового леса в 10 раз меньше бактерий, чем, например, в березовом лесу. Поэтому в сосновых борах устраивают лесные школы, пионерские лагеря, санатории.

    Ель на сосну похожа и не похожа. Она меньше, менее вынослива, хвоинки располагаются иначе, шишки другой формы. И все-таки они близкие родственники, хотя общих признаков у них мало. Но главный признак - хвоинки вместо листьев, объединяет их в один класс - хвойные деревья.

    Никто никогда не видел ель или сосну  без хвои (конечно, если дерево не засохло), поэтому называют сосну и ель вечнозелеными растениями.

Хвойные деревья приносят пользу - их смола и прочная древесина широко применяются в разных областях промышленности и хозяйства. А из хвои только одной сосны можно получить столько полезных витаминов, что их хватит человеку на целый год. 

Хвойные (голосеменные) деревья (ель, сосна) чувствительны  к загрязнению атмосферного воздуха  отработанными выхлопами автомобилей, химических комбинатов и пр., особенно сернистому газу – SO₂. Кроме того, хвойные (сосна) чувствительны к радиационному фону.

На загрязненность воздуха эти деревья  реагируют  появлением хлорозов (пятен с измененной окраской) и некрозов (отмирания, усыхания) хвои. При дальнейшем негативном действии хвоинки буреют, засыхают и опадают  – происходит дефолиация (опадание листвы/хвои). Чем старше возраст хвоинок, тем больше в них накапливается токсинов из воздуха и с тем большей вероятностью они повреждаются и опадают.

Появление хлорозов, некрозов и дефолиация служат количественными  и качественными указателями  на загрязнение атмосферы данного места. 
 
 

3.1. Определение состояния  хвои сосны обыкновенной  для оценки загрязненности  атмосферы

Методика индикации  чистоты атмосферы по хвое сосны.

        Нами были собраны побеги с  двух деревьев: первое находится  на участке 2 по улице Молодова, около автомобильной стоянки; второе — ближе к улице Шагольской, огорожено школьным забором.

      С нескольких боковых побегов в  средней части кроны сосны  в 15–20–летнем возрасте мы отобрали 100– 200 пар хвоинок второго и  третьего года жизни.

Всю хвою разделили на три части (неповреждённая хвоя, хвоя с пятнами и хвоя с признаками усыхания), и подсчитали количество хвоинок в каждой группе. Данные занесли в рабочую таблицу (таблица 3).

     По  этим результатам мы можем судить о загрязнении воздуха на территории школы и можем проследить изменения загрязнения атмосферы в дальнейшем. 
 
 
 

                 1 2 3 4 5 6

     1 – хвоинки без  пятен; 2, 3 – хвоинки  с черными и  желтыми пятнами; 4,5,6 – хвоинки с  усыханием.

       Выводы: опытом установлено, что в зоне1 хвоинки с усыханием преобладают над неповрежденными. В зоне  2 с большим содержанием газа и пыли количество хвоинок с пятнами почти в два раза больше, чем в чистой зоне 1. Это свидетельствует о том, что в загрязненном воздухе содержится в два раза больше опасных веществ, которые задерживаются листовой поверхностью сосны, приводя к образованию пятен с последующим усыханием.

Классы  некрозов                         1             1             1           2           3           4

Классы  хлорозов         1             2             3

Хлорозы: 1 - без  пятен, 2 - с небольшим числом мелких пятнышек, 3 – с большим числом желтых и черных пятен, некоторые  во всю ширину хвоинки

     Некрозы: 1 – нет сухих участков, 2 - кончик на 2-5 мм усох, 3 – усохла треть хвоинки, 4- вся хвоинка желтая или более половины ее сухая. 
 

Подсчет бонитентных классов  хвоинок на 1 и 2 участках

      Средний класс бонитета рассчитывается как  среднее арифметическое по всем срезам дерева одного возраста по формуле: