Биоиндикация с использованием хвойных пород

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Химико-биологический факультет

 

 

Кафедра общей биологии

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

Основы биоиндикации

 

Биоиндикация с использованием хвойных пород

 

ОГУ 020400.62. 8 0 13. 085. Р.

 

 

 

 

 

Руководитель работы канд.биолог. наук, доцент

__________Г.П.Алехина «___»___________20__г. Исполнитель

студент группы_______ _____А.К.Колисниченко «___»___________20__г.

 

 

 

 

 

 

 

Оренбург 2016 г.

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………….3

1  Теоретическое  обоснование метода биоиндикации……………………...5

1.1 История развития биоиндикации и обоснование метода биоиндикации………………………………….................................................5

1.2 Биоиндикация хвойных пород и характеристика сосны обыкновенной, как объект исследования……………………………………. …….…..…......8

1.3  Физико-географическая характеристика природных условий района исследований ………………………………………………………………...13

2 Методы исследования………………………………………………….….17

2.1 Материалы и методы исследования ……………………………………

2.2 Обзор использованной литературы .……………….…………………...17

3 Результаты практической деятельности ………………………………....19

3.1 Характеристика и изучение сосновых посадок….…………..………....19

Заключение…………………………………………………………………....22

Список используемых источников…………………………………….....…23

Приложение А Посадки сосны обыкновенной на участке №1

Кугарчинского района (республика Башкортостан)……………………….24

Приложение Б Посадки сосны обыкновенной на участке №2 Кугарчинского района (республика Башкортостан)…………………….…25

Приложение  В Виды повреждения и усыхания хвои …………………….26

Приложение С карта Кугарчинского района (республика Башкортостан). ……………………………………………………………………………...….27

 

 

 

 

                                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Природа нашей планеты нуждается в защите. Человечество всерьёз задумывается о будущем нашей планеты, о мерах охраны природы, о разумном использовании её ресурсов. Создаются и созданы различные организации, ведущие контроль за правильным использованием и обращением с окружающей средой, поэтому вопросы охраны природы и ее ресурсов стали главными не только для ученых, но и для широких слоев населения.

Темой данной работы является – «Биоиндикация с использованием хвойных пород», в частности сосны обыкновенной. Роль зеленых насаждений очень велика. Они снижают запыленность и загазованность воздуха, выполняют ветрозащитную функцию, обладают фитонцидным действием, борются с шумом, влияют на тепловой режим и влажность воздуха. Атмосферный воздух занимает особое положение среди других компонентов биосферы. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить. Человек может находиться без пищи пять недель, без воды – пять дней, а без воздуха всего лишь пять минут. При этом воздух должен иметь определённую чистоту и любое отклонение от нормы опасно для здоровья. Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем различными способами – от прямой и немедленной угрозы до медленного и постоянного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Вот почему охрана атмосферного воздуха – ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды. 

Оценку состояния воздушной среды можно проводить  с использованием биоиндикационных, физических и химических методов исследования,  чистоту воздуха можно определить по химическому анализу снегового покрова, кислотности дождевых осадков, запыленности воздуха и автотранспортной нагрузке. Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обусловливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики». В целом, по официальным данным уровень загрязнения атмосферного воздуха в нашей стране остаётся высоким (В.И. Коробкин, 2000 г.), поэтому контролю над его состоянием уделяют очень большое внимание государственные службы, а так же общественные экологические организации. При этом одним из наиболее доступных способов оценки состояния воздуха в своей местности является биоиндикация. Для выполнения своей работы в качестве биоиндикатора мы выбрали сосну обыкновенную (Pinussylvestris), поскольку она – одна из самых чувствительных древесных пород к длительному загрязнению воздуха и самая распространенная в нашей местности. Сосновые насаждения – очистители воздуха от пыли, что зависит от хвои, её количества и поверхности. У хорошо развитого взрослого дерева сосны общая длина

хвоинок превышает 200 км. Этим определяется высокая фильтрующая способность дерева.

Целью работы является определение качественного состава атмосферного воздуха при помощи способов биоиндикации с использованием хвойных пород на территории Кугарчинского района Республики Башкортостан. 

В соответствии с целью исследований были поставлены следующие задачи:

  - определение состояния хвои сосны обыкновенной в летний и осенний периоды для оценки загрязненности атмосферы. 
            -  уточнить данные относительно экологического состояния леса. 
            -  предложить практические рекомендации по мерам охраны на исследуемой территории.

Для реализации намеченных задач в полевой период  2015 года, а также весенний период 2016 года было проведено детальное обследование сосны обыкновенной ( Pínus sylvéstris L.), которая растёт в непосредственной близости к автотрассе Уфа — Мраково Кугарчинского района республика Башкортостан. Мы выбрала два разных участка, находящиеся на разном расстоянии от автотрассы :

-участок 1 сосна находится от автотрассы на расстоянии 12  м.

-участок 2 сосна находится на расстоянии 25  м.

Работа по выполнению данного задания включает несколько этапов:

- выбор объекта и территории исследования;

- формулировка цели, задач и  гипотезы;

- изучение и анализ литературы 

- выбор методов исследования;

- оценка и интерпретация данных, представление результатов исследования.

Методы применимые нами были следующие:

- теоретический;

- морфометрический;

- биоиндикации;

- сравнение; 

- описание;

- математический.

При оценке экологического состояния леса использовались общепринятые в лесозащитной практике методики В. А. Алексеева, Ю. А. Буйволова, М. В. Кравченко, А. С. Боголюбова.

 

 

 

 

         1  Теоретическое обоснование метода биоиндикации

 

1.1. История развития биоиндикации  и обоснование метода биоиндикации

 

Использование живых организмов в качестве чувствительных к загрязнению окружающей среды уходит своими корнями в древние века. Первые наблюдения сделали еще античные ученые: именно они обратили внимание на связь облика растений с условиями их произрастания. Живший в 327 - 287 гг. до н. э. Теофраст написал широко известную работу «Природа растений», в которой содержится немало советов о том, как по характеру растительности судить о свойствах земель. Аналогичные сведения можно встретить в трудах римлян Катона и Плиния Старшего.

Идею биоиндикации с помощью растений сформулировал еще в I в. до н. э. Колумелла: «Рачительному хозяину подобает по листве деревьев, по травам или по уже поспевшим плодам иметь возможность здраво судить о свойствах почвы и знать, что может хорошо на ней расти». Это направление, ныне получившее название ландшафтной биоиндикации, успешно используется в практических целях.

В России в XV и XVI вв., уже упоминались такие понятия, как «лес пашенный» и «лес непашенный», т.е. участки леса пригодные для сведения под пашню и непригодные.[1].

В нашей стране основоположником биоиндикационного использования растений, оценки свойств почв и подстилающих горных пород по особенностям развития растений и составу растительного покрова бесспорно считают А. П. Карпинского. А.П. Карпинский писал о возможности растительной биоиндикации, и использовал характер распространения растений для составления геологических карт. Например. Почвенные микроорганизмы и индикаторные растения служат при поисках различных полезных ископаемых. Также в трудах М.В.Ломоносова и А.Н.Радищева есть упоминания о растениях указателях особенностей почв, горных пород, подземных вод.[2].

По словам Кашина, Иванова (1980), «растения являются высокоинформативным индикатором уровня доступных форм химических элементов в окружающей среде и основным источником их для человека и животных. В связи с этим они представляют большой интерес в качестве эффективных объектов при экологическом мониторинге загрязнения окружающей среды …»

Использование растений как индикаторов загрязнений окружающей среды было показано Константином и Овенсом. У.Д. Мэнинг и У.А. Федер (1985) определяют растение-индикатор как «растение, у которого признаки повреждения появляются при воздействии на него фитотоксичной концентрации одного загрязняющего вещества или смеси таких веществ. Индикаторными могут быть так же те растения, которые аккумулируют в тканях загрязняющие вещества или продукты метаболизма, получаемые в результате взаимодействия растения и загрязняющего вещества. Роль растений как объектов генетических исследований не может не дооцениваться, поскольку лишь благодаря им были установлены основные принципы и положения генетики и цитогенетики.

Но а самый большой вклад в развитие биоиндикации внес русский ученый-почвовед В.В.Докучаев. По комплексам почвенных животных можно определить типы почв и их изменение под влиянием хозяйственной деятельности человека.

Самое быстрое освоение биоиндикации началось в XIX в., когда быстрыми темпами стали осваивать окраины нашей страны. Сейчас целесообразно говорить не только наличии или отсутствии фактора, но и о степени его влияния на природный комплекс. Разная степень влияния на окружающую среду. Это позволяет ввести шкалу воздействий (например, нет воздействия - слабое - сильное). Это шкала экологического фактора позволяет более верно оценивать исследуемую территорию. В этом случае следует говорить - методе количественной оценки степени воздействия экологического фактора на окружающую природную среду. При помощи биоиндикации устанавливают содержание в субстрате витаминов, антибиотиков, гормонов и др, биологически активных веществ, а также определяет интенсивность различных химических (pH, содержание солей и др.) и физических факторов (радиоактивность) и другие среды. И так, по составу флоры и фауны вод, численному составу их отдельных представителей судят о степени и характере загрязнений, пригодности вод для питья и хозяйственных целей, а так же об эффективности работы очистных сооружений .

На современном этапе наиболее важные задачи биоиндикации и биомониторинга состоят в разработке теоретических основ и методологии анализа реакции биологических систем на многофакторные воздействия с учетом дифференциальных отличий патогенных агентов, факторов риска, патотропных ситуаций и патологических явлений в зависимости от экологических условий и состояния организмов, популяций, ценозов и отдельных экосистем .

Впервые в России в 2001 г. в г. Сыктывкар на базе Института биологии Коми НЦ УРО РАН. Международный союз биологических наук, Междисциплинарная комиссия по биоиндикаторам и Российская академия наук провели XI международный симпозиум по биоиндикаторам «Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга». В нем участвовало 500 представителей 102 организаций из 25 стран мира. К началу симпозиума было опубликовано более 300 присланных научных сообщений. Он стал важным этапом в развитии концептуальных подходов к решению проблемы взаимоотношения человека и природы. Практически с этого момента можно говорить о рождении в нашей стране научно обоснованной концепции биомониторинга. Десять предыдущих симпозиумов в основном были посвящены разработке критериев и методов оценки качества окружающей среды. В этот же раз обсуждались помимо традиционных вопросов биоиндикации новые методы, включая дистанционное зондирование, и новые подходы, охватывающие комплексные методы индикации - от традиционных биогеохимических до создания геоинформационных систем[1].

Биоиндикация – это оценка состояния окружающей среды по реакции живых организмов (растения, животные).

Типы биоиндикаторов:

1. Чувствительный. Быстро реагирует значительным отклонением показателей от нормы.

2. Аккумулятивный. Накапливает воздействия без проявляющихся нарушений.

Сущность биоиндикации  заключается в том, что определенные факторы среды создают возможность существования того или иного вида. Виды, которые  позволяют выявить специфические особенности среды, называют индикаторами. Биоиндикация дает возможность судить об изменениях состояния среды и прогнозировать направление этих изменений. При изучении степени загрязнения окружающей среды важна реакция организмов на загрязнители. Систему наблюдений за этой реакцией называют биологическим мониторингом. Хвойные растения очень чувствительны к загрязнению среды. Они особенно сильно страдают от сернистого газа. Продолжительность жизни хвои у сосны составляет 3-4 года. За это время она накапливает такое количество сернистого газа, которое может существенно превысить пороговые значения[3].

Под влиянием сернистого газа у сосны происходят следующие изменения: