1. Введение
Роль атмосферы в природных процессах огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредных космического и ультрафиоле¬тового излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них - на режим рек, почвенно-растительный покров и на процессы рельефообразования. Чистый воздух необходим для жизни человека, растений и животных. Атмосферные загрязнения оказывают отрицательное влияние на живые организмы, что приводит к сокра¬щению численности, видового разнообразия животных и растений, заболеваемости человека.
Основные составные части атмосферного воздуха подразделяют на три группы: постоянные, переменные и случайные.
К первой группе относятся кислород (21 % по объему), азот (около 78%) и благородные газы (около 1 %). Ко второй группе относятся диоксид углерода (0,02¬ - 0,04%) и водяной пар. К третьей группе относятся слу¬чайные компоненты, определенные местными услови¬ями. Так, вблизи металлургических заводов воздух часто содержит диоксид серы, техногенные примеси тяжелых металлов; в местах, где происходит распад органических остатков, - аммиак и другие, газообраз¬ные и жидкие вещества.
Источников антропогенного характера, вызываю¬щих загрязнение атмосферы, а также серьезные нарушения экологического равновесия в биосфере ¬множество. Однако самыми значительными из них являются два: транспорт и индустрия.
При работе двигателей на этилированном бензине в выхлопных газах содержатся оксиды азота, соедине¬ния свинца (количество свинца в воздухе находится в прямой зависимости от интенсивности движения и может достигать 4-12 мг/мЗ). При работе на серосо¬держащем топливе в выхлопах появляется диоксид серы. Тысяча автомобилей с карбюраторным двигателем в день выбрасывает около 3 т угарного газа, 100 кг оксидов азота, 500 кг продуктов неполного сгорания бензина.
При сжигании горючих ископаемых (угля, нефти, газа) большая часть содержащейся в них серы превра¬щается в диоксид серы. От индустрии в атмосферу попадают различные загрязнители, прежде всего это диоксид серы, оксиды углерода, аммиак, сероводород, фенол, хлор, углеводороды, сероуглерод, фтор содержа¬щие соединения, серная кислота, аэрозольная пыль, тяжелые металлы, радиоактивные соединения и мно¬гие другие вредные вещества. Кислоты вместе с дож¬дем могут выпадать на поверхность земли, воздействуя на почву, растительность и живые организмы. Известно, что в нейтральной среде значение рН=7, а дождевая вода в относительно чистом воздухе имеет рН = 5,6 вследствие воздействия углекислоты воздуха. Сильнейшее антропогенное воздействие на фито¬ценозы оказывают загрязняющие вещества в окружа¬ющем воздухе, такие, как диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и др. Среди них наиболее типичным является диоксид серы, образующийся при сгорании серо содержащего топлива (работа предприятий тепло¬энергетики, 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 листоватые и, наконец, накипные формы.
Актуальность темы: «Определение степени загрязнения воздуха г. Губкина с помощью лихеноиндикации»
Важнейшей задачей современной системы мониторинга окружающей среды является разработка методов, позволяющих оценить соответствие качества среды условиям, необходимым для нормальной жизнедеятельности живых организмов. Перспективным направлением для решения данной задачи является применение биологических методов, основанных на использовании показателей чувствительных к состоянию окружающей среды организмов – биоиндикаторов. Наибольшее признание в оценке качества воздушного бассейна с помощью биоиндикаторов нашли методы лихеноиндикации: благодаря своим физиологическим особенностям лишайники способны адекватно реагировать на изменение качества окружающей среды. Использованию показателей биоразнообразия лишайников (количество видов, обилие, встречаемость) для оценки качества атмосферного воздуха посвящены многие исследования. Тем не менее, в применении данных показателей для оценки качества воздушного бассейна урбанизированных территорий остаются малоизученные вопросы. Они связаны, как правило, с наличием дополнительных экологических факторов, влияющих на возможность произрастания лишайников, и неоднородности данных факторов в условиях города, что затрудняет использование видового состава лишайников для определения точных зональных распределений загрязнения на территории города.
Цели работы:
Целью работы является определение чистоты воздуха по лишайникам
Предмет исследования:
Чистота воздуха на территории г. Губкина
Задачи:
- изучить общее состояние лихенобиоты г. Губкина, выявить и проанализировать процессы и показатели, которые отображают изменения, происходящие в лишайниковых сообществах на этой территории;
- выявить границы применимости метода, основанного на оценке видового
состава лишайников, при оценке качества воздуха территории;
- разработать методические подходы оценки качества воздуха по показате-
лям, основанным на морфологическом состоянии талломов лишайников;
- исследовать возможность использования показателя состояния талломов
лишайников для диагностики состояния лишайниковых сообществ в условиях урбанизированной территории.
2. Материалы и методика
2.1. Территория г. Губкина (Старый Парк (возле пруда), М-н. «Журавлики» (возле школы №16), М-н. «Лебеди», дорога от автовокзала).Работа проводилась в течение 2-х недель.
2.2. Лишайники – широко распространенные организмы с достаточно высокой выносливостью к климатическим факторам и чувствительностью к загрязнителям окружающей среды. По их видовому составу и частоте встречаемости можно судить о степени загрязнения воздуха.
Определение чистоты воздуха по лишайникам.
Внешнее строение лишайников
Слоевище лишайников очень разнообразно по окраске, размерам, форме и строению. Лишайники окрашены в самые различные цвета: белый, розовый, ярко-желтый, оранжевый, оранжево-красный, серый, голубовато-серый, серовато-зеленый, желтовато-зеленый, оливково-коричневый, коричневый, черный и некоторые другие. Окраска слоевища лишайников зависит от наличия пигментов, которые откладываются в оболочках гиф, реже в протоплазме. Наиболее богаты пигментами гифы корового слоя лишайников и различные части их плодовых тел. У лишайников различают пять групп пигментов: зеленые, синие, фиолетовые, красные, коричневые. Механизм образования их до сих пор не выяснен, но совершенно очевидно, что важнейшим фактором, влияющим на этот процесс, является свет. Иногда цвет слоевища зависит от окраски лишайниковых кислот, которые откладываются в виде кристаллов или зернышек на поверхности гиф. Большинство лишайниковых кислот бесцветны, но некоторые из них окрашены, и иногда очень ярко - в желтый, оранжевый, красный и другие цвета. Окраска кристаллов этих веществ определяет и окраску всего слоевища. И здесь важнейшим фактором, способствующим образованию лишайниковых веществ, является свет. Чем ярче освещение в месте произрастания лишайника, тем ярче он окрашен. Как правило, очень ярко окрашены лишайники высокогорий и полярных районов Арктики и Антарктики. Это тоже связано с условиями освещения. Для высокогорных и полярных районов земного шара характерны большая прозрачность атмосферы и высокая интенсивность прямой солнечной радиации, обеспечивающие здесь значительную яркость освещения. В таких условиях в наружных слоях слоевищ концентрируется большое количество пигментов и лишайниковых кислот, обусловливая яркую окраску лишайников. Предполагают, что окрашенные наружные слои защищают нижележащие клетки водорослей от чрезмерной интенсивности освещения. Из-за низкой температуры осадки выпадают в Антарктике только в виде снега. В такой форме они не могут быть использованы растениями. Вот здесь-то темная окраска лишайников и приходит им на помощь. Темноокрашенные слоевища антарктических лишайников за счет высокой солнечной радиации быстро нагреваются до положительной температуры даже при отрицательной температуре воздуха. Снег, падающий на эти нагретые слоевища, тает, превращаясь в воду, которую лишайник сразу же впитывает. Таким образом он обеспечивает себя водой, необходимой для осуществления процессов дыхания и фотосинтеза. Насколько разнообразны слоевища лишайников по окраске, настолько же разнообразны они и по форме. Слоевище может иметь вид корочки, листовидной пластинки или кустика. В зависимости от внешнего облика различают три основных морфологических типа: накипные, листоватые и кустистые лишайники.
Влияние загрязнения воздуха на состояние лишайников
Лишайники способны долгое время пребывать в сухом, почти обезвоженном состоянии, когда их влажность составляет от 2 до 10% сухой массы. При этом они не погибают, а лишь приостанавливают все жизненные процессы до первого увлажнения. Погрузившись в такой «анабиоз», лишайники могут выдерживать сильное солнечное облучение, сильное нагревание и охлаждение.
В связи с тем, что лишайники, что лишайники поглощают воду всей поверхностью тела в основном из атмосферных осадков и отчасти из водяных паров, влажность слоевищ непостоянна и зависит от влажности ОС. Таким образом, поступление воды в лишайники происходит, в отличие от высших растений, по физическим, а не по физиологическим законам.
Минеральные вещества в виде водных растворов поступают в слоевище лишайника из почвы, горных пород, коры деревьев. Однако гораздо большее количество элементов лишайники получают из атмосферы с осадками и пылью. Поглощение элементов из дождевой воды идет очень быстро и сопровождается их концентрированием. При повышении концентрации металлов в воздухе резко возрастает их содержание в слоевище лишайника, причем в накоплении металлов они далеко опережают сосудистые растения. В лесу, где осадки проходят сквозь кроны деревьев и стекают со стволов, лишайники гораздо богаче минеральными и органическими веществами, чем на открытых местах. Особенно много минеральных и органических веществ попадает в тело эпифитных лишайников, растущих на стволах деревьев. Эти растения используются для наблюдения за распространением в атмосфере более 30 элементов: лития, натрия, калия, магния, кальция, стронция, алюминия, титана, ванадия, цинка, галлия, кадмия, свинца, ртути, иттрия, урана, фтора, йода, серы, мышьяка, селена.
Многочисленные исследования в районах промышленных объектов показывают прямую зависимость между загрязнением атмосферы и сокращением численности определенных видов лишайников. Особая чувствительность лишайников объясняется тем, что они не могут выделять в среду поглощенные токсические вещества, которые вызывают физиологические нарушения и морфологические изменения.
По мере приближения к источнику загрязнения слоевища лишайников становятся толстыми, компактными и почти полностью утрачивают плодовые тела, обильно покрываются соредиями. Дальнейшее загрязнение атмосферы приводит к тому, что лопасти лишайников окрашиваются в беловатый, коричневый или фиолетовый цвет, их талломы сморщиваются и лишайники погибают. По их видовому составу и встречаемости можно судить о степени загрязнения воздуха.
Наиболее резко лишайники реагируют на диоксид серы. Концентрация диоксида серы 0,5 мг/ м3 губительна для всех видов лишайников. На территориях, где средняя концентрация диоксида серы превышает 0,3 мг/м3, лишайники практически отсутствуют. В районах со средними концентрациями диоксида серы от 0,3 до 0,05 мг/м3 по мере удаления от источника загрязнения сначала появляются накипные лишайники, затем листоватые (фисция, леканора, ксантория). При концентрации менее 0,05 мг/м3 появляются кустистые лишайники (уснея, алектория, анаптихия) и некоторые листоватые (лобария, пармелия).
На частоту встречаемости лишайников влияет кислотность субстрата: на коре, имеющей нейтральную реакцию, лишайники чувствуют себя лучше, чем на кислом субстрате. Этим объясняется различный состав лихенофлоры на разных породах деревьев. На городской территории выделяют уровни – так называемые «зоны лишайников».
Методика определения степени загрязнения воздуха по лишайникам
• 1. Для лихеноиндикации выбираю вид дерева, который наиболее распространен на исследуемой территории (тополь);
• 2. На стволе дерева, покрытом лишайниками выбираю пробную площадку, которую ограничивают деревянной рамкой (размер 10х10 см, разделенную тонкими проволочками на квадраты по 1 кв. см.);
• 3. Отмечаю, какие виды лишайников встретились на площадке, какой процент от общей площади рамки занимает каждый растущий там вид.
• 4. На каждом дереве описываю минимум четыре пробные площадки: две у основания ствола и две на высоте 1,4-1,6 м.;
• 5. Оценка встречаемости и покрытия дается по 5-балльной шкале.
После проведения исследований на нескольких десятках деревьев делается расчет средних баллов частоты встречаемости и степени покрытия для каждого типа лишайников – накипных (Н), листоватых (Л) и кустистых (К). Зная баллы средней частоты встречаемости и степени покрытия, легко рассчитать показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) по формуле:
ОЧА =( Н + 2хЛ + 3х К) / 30
Чем выше показатель ОЧА (ближе к единице), тем чище воздух местообитания. Имеется прямая связь между ОЧА и средней концентрацией диоксида серы в атмосфере.
3. Результаты (способ определения результатов)
Таблица 1
Частота встречаемости лишайников
в зависимости от концентрации диоксида серы
Зоны лишайников Район города Концентрация диоксида серы
«Лишайниковая пустыня» (лишайники практически отсутствуют) Центр города и промыш¬ленные районы с сильно загрязненным воздухом свыше 0,3 мг/м3
«Зона угнетения» (флора бедна - фикции, леканоры, ксантории) Районы города со средней загрязненностью 0,05 - 0,3 мг/м3
«Зона нормальной жизнедеятельности» (максимальное видовое разнообразие) Периферийные районы и пригороды
менее 0,05 мг/м3
Таблица 2
Оценка частоты встречаемости
и степени покрытия лишайниками
Частота встречаемости (в %) Степень покрытия Балл оценки
Очень редко (менее 5%) Очень низкая (менее 5%) 1
Редко (5 - 20%) Низкая (5 - 20%) 2
Средне (20 - 40%) Средняя (20 - 40%) 3
Часто (40 - 60%) Высокая (40 – 60%) 4
Очень часто (60 – 100%) Очень высокая (60 - 100%) 5
4. Практические рекомендации
Я считаю, чтобы наш воздух оставался чистым необходимо:
чтобы автомобильный транспорт был оснащен устройством каталитической очистки выхлопных газов;
предприятия должны быть оснащены регенеративными технологиями, которые приведут к снижению выбросов;
применение безотходных технологий производительных процессов, все меры экологического контроля способные уменьшить загрязнение атмосферного воздуха, оздоровить окружающую среду.
5. Заключение
В ходе научно-исследовательской работы я определила чистоту воздуха по лишайникам в разных районах города Губкина.
Около школы №16 (м - н. «Журавлики») выяснилось, что чистота встречаемости лишайников невысокая и степень покрытия – низкая (около 9%), балл оценки равен 2, поэтому чистота воздуха здесь низкая.
На микрорайоне Лебеди оценка частоты встречаемости лишайников – редкая и степень покрытия средняя (26 %), балл оценки равен 3, значит чистота воздуха средняя.
Дорога от автовокзала: частота встречаемости лишайников очень редкая и степень покрытия очень низкая, балл оценки равен 1, это говорит о том, что воздух здесь очень загрязнён.
На территории Старого парка, частота встречаемости частая и степень покрытия высокая, балл оценки равен 4, поэтому я выяснила, что чистота воздуха нормальная.
6. Литература
1. Организация научной работы по экологии в школе: [Текст]: методические рекомендации. – Кемерово: Кемеровский обл. ИУУ, 1994.
2. Растения и животные: [Текст]: руководство для натуралиста / пер. с нем. К. Нидон. – М.: Мир, 1991.
3. Школьный экологический мониторинг: [Текст]: учебно-методическое пособие / под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.:Агар,2000.
4.Миннуллина Г.Р. Лихеноиндикация как показатель устойчивости состояния окружающей среды // Проблемы устойчивого развития глазами
молодёжи: Тезисы докладов Международного научно-практического форума
молодых учёных “ ”. М.: “Ноосфера”, 2001.
5.Красногорская Н.Н., Легушс Э.Ф., Цвиленева Н.Ю., Байбаков И.Э.,
Миннуллина Г.Р. Лихеноиндикационные методы исследования качества
атмосферного воздуха // Безопасность жизнедеятельности, 2003. - № 11.
6.Красногорская Н.Н., Легушс Э.Ф., Цвиленева Н.Ю., Миннуллина Г.Р.
Изучение информативности лихеноиндикационных показателей при оценке
степени загрязнённости атмосферы // Актуальные проблемы экологии: Сборник научных работ. Т. 3, № 3 / Сибирский гос. мед. ун-т. Томск, 2004.
7. Приложения
Виды лишайников:
КУСТИСТЫЕ ЛИШАЙНИКИ НАКИПНЫЕ ЛИШАЙНИКИ
Уснея жесткая
Центрария сосновая
Эверния сливовая
ЛИСТОВАТЫЕ ЛИШАЙНИКИ
Гипогимния вздутая
Ксантория настенная
Территория Старого парка (возле пруда)
Спереди. Сзади
№ дерева вверху внизу вверху внизу Среднее значение Общая
сумма Балл
оценки
1 30 % 2 % 3 % 0 % 8,75 % 265 % 26,5 %
2 83 % 22 % 36 % 23 % 41 %
3 43 % 44 % 54 % 14 % 38,75 %
4 21 % 2 % 2 % 0 % 6,25 %
5 36 % 19 % 68 % 11 % 33,5 %
6 20 % 3 % 25 % 3 % 12,75 %
7 70 % 4 % 32 % 8 % 36 %
8 33 % 23 % 53 % 1 % 27,5 %
9 67 % 13 % 4 % 0 % 21 %
10 56 % 2 % 82 % 18 % 39,5 %
Территория около автовокзала ( в процентах)
№ дерева Спереди Сзади Среднее значение Общая
сумма Балл
оценки
вверху внизу вверху внизу
1 0 0 0 0 0 18,75 1,9
2 0 0 0 0 0
3 1 0 0 0 0,25
4 0 0 0 0 0
5 1 0 0 0 0,25
6 1 0 0 0 0,25
7 0 0 14 0 3,5
8 30 3 8 0 10,25
9 9 1 0 0 2,5
10 7 0 0 0 1,75
Микрорайон «Журавлики» (возле школы №16)( в процентах)
№ дерева Спереди Сзади Среднее значение Общая
сумма Балл
оценки
вверху внизу вверху внизу
1 3 13 0 3 7,2 89,95 9
2 50 5 2 1 14,5
3 10 4 2 2 4,5
4 5 80 1 0 21,5
5 8 50 0 1 14,75
6 0 7 0 1 2
7 4 17 3 0 6
8 11 8 0 1 5
9 6 2 2 0 2,5
10 42 4 0 2 12
Территория микрорайона Лебеди (в процентах)
№ дерева Спереди Сзади Среднее значение(деление на 4) Общая
сумма Балл
оценки
вверху внизу вверху внизу
1 80 85 0 0 41,25 268,25 26,8
2 10 2 80 10 25,5 3 16 14 1 2 5
4 12 3 40 80 33,75
5 80 72 2 2 39
6 24 3 14 6 6,25
7 21 5 2 2 7,5
8 95 15 50 80 60
9 20 3 0 2 6,25
10 40 60 0 5 25
