Визначення забруднення довкілля з використанням біоіндикаторів

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

ЛЮБОТИНСЬКИЙ МІСЬКИЙ ВІДДІЛ ОСВІТИ

Люботинської міської ради


ВИЗНАЧЕННЯ ЗАБРУДНЕННЯ ДОВКІЛЛЯ З ВИКОРИСТАННЯМ БІОІНДИКАТОРІВ


Люботин - 2013

Тези


Визначення рівня забруднення довкілля з використанням біоіндикаторів

Забруднення навколишнього середовища внаслідок діяльності людини несе небезпеку не лише для довкілля, а й, насамперед, для здоровя людини, як фізичного, так і психічного. Особливо гостро ця проблема постала на початку XXI століття. Адже з розвитком науки і промисловості збільшилася кількість шкідливих відходів, і, в наслідок цього, утворилася нова проблема - переробки цих відходів, яка набула глобального масштабу. Погіршення екологічного стану навколишнього середовища істотно вплинуло на психологічний стан людей.

На сьогодні зростає актуальність проблеми охорони і збереження природи як однієї із найбільш актуальних проблем сучасності. Сама природа сьогодні не встигає самовідновлюватись, а заходи, що здійснюються у світі для стримування екологічної кризи, є недостатніми. Суспільству потрібно усвідомити необхідність орієнтування не на боротьбу з наслідками, які забруднюють довкілля, а на усунення самих причин руйнування природи. У свідомості людей все більше утверджується думка, що припинити наростання екологічної кризи можна лише за умов перебудови моральних основ свого життя, поширення етичних норм ставлення людини до природи. Тому пропаганда знань про стан оточуючого середовища, залучення всіх учнів до активної діяльності на захист довкілля, формування нового природоохоронного менталітету нації є одним з основних шляхів мотивації до формування екологічної свідомості.

У роботі вивчено основні чинники забруднення навколишнього середовища за допомогою рослин-біоіндикаторів.

У практичній частині роботи виконано наступне:

. Проведено анкетування серед учнів та їх батьків з метою визначення рівня екологічної обізнаності, яке виявило, нераціональне ставлення до навколишнього середовища, учнів та їх батьків. Також встановлено зацікавленість у розвязанні проблем, повязаних з екологією, та достатню обізнаність в екологічних проблемах свого регіону, водночас вони мають недостатньо сформоване уявлення про екологічну культуру людини.

. З аналізу літературних джерел виявлено методи моніторингу довкілля на основі спостережень за біологічними обєктами.

. Здійснено відбір методів для проведення біомоніторингу довкілля.

.Проведена оцінка ступеню забруднення атмосфери міста (методом ліхеноіндикації) .

Практичне значення роботи :

1)пізнавальне - розширення знань про наукову картину природи, формування умінь і навичок оберігати її;

2)виховне - формування наукового світогляду, екологічної культури, почуттів патріотизму, любові до природи, бережливості, працьовитості, колективізму, позитивної соціальної орієнтації;

)розвиваюче - розвиток творчих здібностей, навичок дослідництва, експериментування, винахідництва;

)отриманні результати можна використовувати у якості наочного матеріалу на уроках екології та під час проведення виховних заходів у навчальних закладах і для просвітницької роботи серед населення.


ЗМІСТ


ВСТУП

РОЗДІЛ І. МОНІТОРИНГ ДОВКІЛЛЯ НА ОСНОВІ СПОСТЕРЕЖЕНЬ ЗА БІОЛОГІЧНИМИ ОБЄКТАМИ

.1 Біомоніторинг забруднення атмосфери за допомогою рослин

1.1.1 Забруднюючі речовини і їх суміші, які впливають на рослинний покрив

1.2 Рослини-індикатори і рослини-монітори

1.3 Відбір і підготовка біологічних матеріалів для біомоніторингу

1.4 Дослідження середовища методами біоіндикації та біотестування

1.5 Оцінка санітарного стану повітря

РОЗДІЛ ІІ. ОБ ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

.1 Обстежені групи та постановка експерименту

2.2 Ліхеноіндикаційні дослідження екологічного забруднення навколишнього середовища

РОЗДІЛ ІІІ. АНАЛІЗ ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ

.1 Аналіз опитування обстежених груп

.2 Оцінка забруднення повітря за допомогою лишайників-індикаторів

.2.1 Ліхеноіндикація району ЗОШ №3 м. Люботин

.2.2 Ліхеноіндикація 2-го району - житлового масиву

.2.3 Ліхеноіндикація 3-го району(контрольного) - зеленого масиву

.3 Оцінка відносної чистоти атмосферного повітря

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ

ДОДАТКИ


ВСТУП

біомоніторинг забруднення біоіндикація екологічний

Кінець ХХ початок ХХІ століття - це час усвідомлення кризи цивілізації, негативних її наслідків при підкоренні природи. Технічний прогрес породжує серйозні екологічні проблеми. Ця загроза існувала багато століть тому, і актуальна в наш час.

Природа Землі під натиском людської діяльності сьогодні опинилася на межі екологічної катастрофи.

Понад сім мільярдів людей на Землі користуються природними ресурсами, часто зловживаючи ними. Це призводить до вимирання видів, забруднення води та повітря токсичними речовинами, а це означає - погіршення здоровя людей, невідтворні генетичні зміни. Екологія набула особливого значення як наукова основа раціонального природокористування й охорони живого світу нашої планети.

Актуальність роботи. Проблема охорони довкілля - одна із найбільш актуальних проблем сучасності. Природа сьогодні не встигає самовідновлюватись, а заходи, що здійснюються у світі для стримування екологічної кризи - недостатні. Суспільству потрібно усвідомити необхідність орієнтації не на боротьбу з наслідками забруднення, а на усунення самих причин руйнування природи. Припинити наростання екологічної кризи можна лише за умов перебудови моральних основ життя, поширення етичних норм ставлення людини до природи. Пропаганда знань про стан довкілля, залучення учнів до активної діяльності на його захист, формування екологічного менталітету нації є одним з основних шляхів створення екологічної свідомості.

Обєкт дослідження - лишайники, що розповсюджені на території м. Люботина та його околицях.

Предмет дослідження - взаємовідносини людини і природи; вплив екологічного стану на розвиток тест-організмів.

Мета даної роботи - визначення стану відносної чистоти атмосфери та основних чинників забруднення середовища за допомогою біомоніторингу.

Гіпотеза дослідження - припущення, що одним із чинників забруднення довкілля є ставлення до природи людей, які проживають на даній території.

Новизна роботи: вперше проводився візуальний моніторинг оточуючого середовища та орієнтовне визначення відносної чистоти атмосфери м. Люботина методом ліхеноіндикації.

Задачі дослідження:

1.Опрацювання літературних джерел.

2.Проведення анкетування серед учнів школи та їх батьків.

.Моніторинг лишайників для оцінки ступеня забруднення атмосфери м. Люботина за допомогою моніторингу лишайників.

.Визначення індексу відносної чистоти атмосфери.

.Аналіз ступеню забруднення довкілля м. Люботина.

Методи дослідження:

1.Аналіз літературних джерел;

2.Анкетування дітей та їх батьків;

.Метод ліхеноіндикації ;

Проведено анкетування дітей молодшого (23 учня), середнього (29 учнів), старшого шкільного віку (43 учня) та батьків - 35 чоловік (ЗОШ № 3) і біомоніторинг трьох районів (контрольного і двох досліджуваних) міста Люботина.


РОЗДІЛ І. МОНІТОРИНГ ДОВКІЛЛЯ НА ОСНОВІ СПОСТЕРЕЖЕНЬ ЗА БІОЛОГІЧНИМИ ОБЄКТАМИ


Системи біомоніторингу, побудовані на основі дослідження поведінки рослин і тварин, дають змогу оцінити біологічні ефекти від впливу забруднення повітря, їх просторовий розподіл, можливе нагромадження на значних територіях.

У деяких видів рослин і тварин змінюються особливості розвитку (швидкість росту, процес цвітіння, утворення плодів, інтенсивність забарвлення та ін.) у відповідь на різні подразнюючі фактори. Ці властивості людство помітило уже давно і використовувало для практичних потреб. У звязку з загальною екологізацією різних наукових напрямів, людського мислення загалом, методи біоіндикації усе частіше використовують науковці, зокрема і для моніторингу навколишнього середовища.

Моніторинг біологічних ефектів під впливом різних забруднювачів довкілля використовують у локальному, регіональному та національному масштабах. Біоіндикація (грец. bios - життя і лат. indico - вказую)- оперативний моніторинг навколишнього середовища на основі спостережень за станом і поведінкою біологічних обєктів (рослин, тварин та ін.).

Цей метод дедалі поширюється, оскільки має такі переваги:

·вимірювання сумарного ефекту зовнішнього впливу;

·вивчення впливу забруднення на рослини і тварин;

·визначення впливу у просторі і часі;

·можливість застосовувати профілактичні засоби.

Користуючись інструментальними методами дослідження, можна визначити характеристики повітря, води і ґрунту, але лише на момент відбору проб. Однак лишайники, наприклад, здатні накопичувати радіоактивні елементи, мікроелементи, вміст радіонуклідів у них може бути у 10 разів вищий, ніж у травянистих рослинах. Лишайники нагромаджують газоподібні й тверді речовини з атмосфери практично постійно і необмежено. Тому, відстежуючи процеси їх накопичення або відсутність, можна оцінити рівень забруднення середовища.

Під впливом забруднень довкілля змінюються еколого-фізіологічні ознаки: пігментація, забарвлення рослин. Їх спричиняє надлишок токсичних солей у ґрунті або нестача поживних речовин. Наприклад, галофіти при помірному підвищенні засолення мають насичений зелений колір; за значної кількості солей у ґрунті - сіро-синюватий; при засоленні за умов недостатнього зволоження - оранжево-червоний.

Рослинність може бути використана не лише як індикатор окремих факторів середовища, а також як показник сумарних умов: типів ґрунту чи клімату, гірських порід, сільськогосподарських угідь. Біоіндикаторами можуть бути лише ті рослини, які помітно реагують на аномалії. Зовнішні подразники впливають на кислотність середовища, щільність коріння.

Біоіндикація має певні переваги як метод отримання безпосередньої інформації про зміни стану біоти в конкретних умовах забруднення, але він повинен поєднуватись з хімічними й геофізичними дослідженнями для отримання не лише якісних, а й кількісних показників.


.1 Біомоніторинг рівня забруднення атмосфери за допомогою рослин


Рослинний покрив як важлива складова біосфери відображає її загальний стан і перебіг майже усіх процесів, що відбуваються на планеті. Життя на Землі було б неможливе без неперервного процесу фотосинтезу, що відбувається в зелених частинах рослин, які є основним стабілізатором вуглекисло-кисневого балансу повітряного басейну. Рослини як важливий компонент біогеоценозу помітно впливають на інші його елементи, сприяють формуванню ґрунтового покриву, впливають на хімізм ґрунту і його родючість, а також на життя усіх тварин і живих організмів, одночасно реагуючи на всі зовнішні фактори.

1.1.1 Забруднюючі речовини і їх суміші, які впливають на рослинний покрив

Рослини чутливо реагують на зовнішні умови. За достатньо високих концентрацій забруднювачів у багатьох з них ушкоджується листя, а зі зростанням кількості забруднюючого фактора протягом короткого проміжку часу можливе значне ураження рослини.

Основні забруднюючі речовини, на які реагують рослини. До них належать озон (О3), оксиди азоту, діоксид сірки, фториди.

Озон (О3) - газоподібна забруднююча речовина, яка утворюється внаслідок складної реакції між окислами азоту за участю сонячного світла. Озон потрапляє в рослину через листя внаслідок звичайного газообміну між рослиною і навколишнім середовищем. Найбільш чутливе до дії озону листя, яке формується, але найпомітніше він уражає старі листки рослини. Загальною ознакою ураження рослин озоном є плямистість, яка вказує на його гостру дію. Ознаки ушкоджень рослин озоном різні й залежать від виду та сорту рослини, концентрації озону, часу експозиції (дії світла), а також від багатьох інших факторів. Специфічна ознака гострої дії озону на рослину - поява цяточок, які з часом зливаються й утворюють плями на поверхні листка.

Оксиди азоту (NOx) - газоподібні забруднюючі токсичні сполуки NO, NO2, N2O. У забрудненому повітрі вміст оксидів азоту зумовлює утворення озону. Однак у багатьох випадках концентрація оксидів азоту надто мала, щоб помітно ушкодити рослину. Низькі концентрації NO2 стимулюють ріст рослин, листя набуває темного кольору. Проте у деяких випадках виникає неспецифічний хлороз із наступним ушкодженням та опаданням листя.

Діоксид сірки (SO2) - забруднююча речовина, яку викидають у повітря теплові електростанції (особливо ті, що працюють на вугіллі) і деякі промислові підприємства. Її концентрація в повітрі висока поблизу джерел викидів і поступово знижується із збільшенням відстані від нього. За природних умов можливе поєднання гострої та хронічної дії SO2.

Фториди перебувають у атмосфері у вигляді газу, твердої домішки або газоподібного фториду, адсорбованого іншою твердою речовиною. Фтористий водень (HF) у вигляді газу токсичний, ніж у твердому стані. Він присутній у викидах стаціонарних джерел забруднення - плавильних заводів і заводів, які використовують алюміній. Рослинність поблизу джерел викидів страждає найбільше.

Другорядними забруднюючими речовинами, які діють на рослини є аміак, бор, хлор, етилен, пропилен, хлористий водень, соляна кислота.

Аміак (NH3) надходить в атмосферу в результаті аварій на виробництві. Він особливо вражає рослини поблизу місця аварії. Як і у разі дії NOx рослини ушкоджуються тільки за високої концентрації амоніаку. Найчутливіше до дії NH3 листя середнього віку, яке може змінити колір із тьмяно-зеленого до бурого або чорного.

Бор (В) - речовина сірувато-чорного кольору. Її дія на рослини, які ростуть поблизу джерел викидів, зумовлює некроз на краях листя та між жилками, а також плямистість. Листя набуває чашоподібної форми, деформується, особливо старе. Гострі ушкодження можливі на відстані до 200 м від джерела. Найбільш чутливими до дії бору є горіх сірий, клен, шовковиця, дикий виноград, а стійкі - вяз, бузок, груша і більшість травянистої рослинності.

Хлор (Cl) застосовують як окислювач. У зоні розливу хлору, внаслідок аварій при транспортуванні, рослини особливо ушкоджуються. На краях листка зявляються плями від темно-зеленого до чорного кольору, які потім знебарвлюються до білого або стають бурими. Ознаки ушкодження листя між жилками подібні до ознак спричинених дією SO2. Можлива також поява цяточок, що нагадує результат впливу озону. У хвойних, як і при дії озону, може виникати некроз кінчиків голок і плямистість. Чутливі до дії хлору гірчиця і соняшник.

Етилен (C2H4) - природний рослинний гормон, який утворюється при ушкодженні рослин різними забруднювачами повітря. Він позначається на процесах цвітіння, дозрівання плодів, старіння та опадання. Етилен також присутній у вихлопних газах автотранспорту і є забруднюючою речовиною.

До ознак ушкоджень рослин етиленом належать погіршення їх росту, передчасне старіння та опадання листя, погіршення цвітіння, передчасне розкриття бруньок, повільне розпускання листків, їх скручування.

Пропилен (C3H6) -ненасичений ациклічний вуглеводень, безбарвний газ. Вплив пропилену на рослину подібний до дії етилену, але його спричиняють вищі концентрації. Пропилен пригнічує цвітіння у хризантем, уповільнює вертикальний ріст, але стимулює появу листя. Рослини, уражені пропиленом, мають менше за розміром, але товстіше листя.

Хлористий водень (HCl, безколірний димучий в повітрі газ з різким запахом) та соляна кислота (розчин хлористого водню у воді, безбарвна "паруюча" в повітрі рідина) надходять в атмосферу з локальних джерел.

Типовою реакцією на дію хлористого водню є міжжилковий та краєвий хлороз, після чого настає некроз, який проявляється в зміні кольору від жовтого, бурого, червоного до чорного. Межі некротичних ділянок можуть бути від білого до кремового кольору.

Ознаками ушкодження рослин аерозолем соляної кислоти вважають появу цяточок від червоно-коричневого до чорного кольору, а соляною кислотою - листкову плямистість, причому плями облямовуються смугою білого або кремового кольору.

Тверді частинки (пил) та важкі метали. Вони проникають крізь листя або пошкоджені клітини епідермісу. Дрібні частинки можуть осідати на листках, знижуючи світлопоглинання і відповідно фотосинтез, негативно впливати на запилення квітки, розміри і стан листя.

Важкі метали з атмосфери, осідаючи на рослину або земну поверхню, мають тенденцію накопичуватися, особливо у верхніх шарах ґрунту, звідки можуть потрапити у рослину. Концентрація важких металів у ґрунті залежить від вмісту в ньому глини та органічної речовини.

Найпоширенішим металом, що може потрапляти у рослину і грунт, є свинець. Він накопичується в ґрунті, але чітких доказів відносно того, що він уражає рослину немає. Вміст його в рослинах незначний, приблизно 0,001-0,002% від ваги золи. Цинк, кадмій, мідь, у середині літа спричиняють міжжилковий хлороз із наступним почервонінням листя дерев, які ростуть поблизу джерела.

Ртуть - єдиний важкий метал, який перебуває в рідкому стані за нормальної температури. Вона вражає майже всі рослини. Особливо чутливою до ртуті є троянда, на листі якої зявляються бурі плями, воно жовкне, а потім опадає.

Отже, забруднення довкілля хімічними сполуками призводить до часткової деградації рослинного покриву, знижуючи його біомасу та природоохоронні функції.


.2 Рослини-індикатори і рослини -монітори


За особливостями реакції на вплив забруднювачів рослини поділяють на рослини-індикатори й рослини-монітори.

Рослина-індикатор - рослина, у якої ознаки ушкодження виявляються при впливі фітотоксичної концентрації забруднюючих речовин або їх суміші.

Рослина-індикатор є хімічним сенсором, який може виявити в повітрі присутність забруднюючої речовини, але спостереження за нею не дають змоги отримати дані про її кількість.

Лишайники і мохи відомі як накопичувачі забруднюючих речовин, переважно важких металів, які ці рослини можуть акумулювати й кількостях, що значно перевищують їх концентрацію в навколишньому середовищі.

Отже, поява у рослин типової ознаки ушкодження вказує на наявність у повітрі забруднюючої речовини або її суміші.

Зважаючи на важливість кількісної оцінки, особливо інформативними є організми, які у певний спосіб реагують саме на кількість забруднювача у довкіллі, тобто рослини-монітори.

Рослина-монітор - рослина, за ознаками ушкодження на якій можна отримати інформацію про кількість забруднюючих речовин або їх суміші у довкіллі.

Лишайники можна використовувати для контролю вмісту SO2 в навколишньому середовищі. Здатність до акумуляції SO2 залежить від виду цих рослин. Поєднання методів інструментального моніторингу із спостереженнями за лишайниками дасть змогу встановити залежність між їх ростом і концентрацією SO2 в довкіллі. Швидкість росту і колір лишайника вказують на присутність або відсутність SO2 і його приблизну концентрацію в повітряних масах. Цей метод використовують при моніторингу SO2 в Англії, Ірландії, Канаді, Франції, Швеції та США.


.3 Відбір і підготовка біологічних матеріалів для біомоніторингу


Отримання достовірних, повних і точних даних за допомого біоіндикації можливе лише у разі точного дотримання низки вимог. Так, при виборі рослини для використання її в ролі біомонітора необхідно дотримуватися таких умов:

·наявність у рослини вираженої реакції на вплив забруднюючої речовини, тобто помітних ознак ушкодження, змін швидкості росту, морфологічних змін, порушень цвітіння, змін продуктивності або врожайності;

·відбір рослин, невибагливих до умов вирощування і догляду;

·відбір рослин, які мало піддаються впливу шкідників та хвороб.

Отримання усереднених зразків матеріалів рослинного походження (сформованих з 5 - 6 разових проб) є складним завданням, що потребує правильного обрання місця, способу і часу. Рослинні зразки слід збирати на достатньо великій відстані від будівель, доріг і джерел забруднюючих речовин. Досліджувану ділянку умовно розділяють на кілька квадратів, з кожного рівномірно відбирають рослинний матеріал (листя, стебла, кору) в необхідній кількості.

Паралельно з відбором проб проводять біологічний облік відібраних рослин (висота рослин, кількість пагонів на одній рослині, фази розвитку).


.4 Дослідження середовища методами біоіндикації та біотестування


Фіксація морфологічних відхилень рослин від норми під дією забруднюючих речовин лежить в основі біоіндикації.

Метод біоіндикації базується на адекватному відбитті живим організмом умов середовища, в яких він розвивається і на зміну яких він відповідним чином реагує. Біоіндикацію широко використовують у лісовій типології, фітоценології, а також для визначення забруднення атмосферного повітря за допомогою лишайників (ліхеноіндикація), мохів (бріоіндикація) та грибів (мікоіндикація). Для біоіндикації середовища застосовують і вищі рослини, а також тварин та мікроорганізми.

Біотестування - це оцінка (випробування) дії факторів (фізичні, хімічні, фізико-хімічні) або групи факторів на живі організми шляхом реєстрації змін того чи іншого біологічного показника (фізіологічного, біохімічного, цито-генетичного та ін.) піддослідного тест-обєкту (індикатору) порівняно до контролю в чітко заданих (тобто стандартних, лабораторних) умовах.

Таким чином, біотестування - це експериментальне визначення токсичності (шкідливості) середовища за допомогою біологічних обєктів або процесів. В цьому відмінність метода біотестування від біоіндикації і біомоніторигу середовища, які здійснюються в натурних умовах (в природі). Фактично, біотест - не тест-реакція організму на певний вид забруднення.


1.5 Оцінка санітарного стану повітря


Одним з специфічних методів моніторингу є біоіндикація, визначення ступеня забруднення геофізичних середовищ за допомогою живих організмів, біоіндикаторів. При визначенні біоіндикаторів, до них висувають певні вимоги.

Рослини-індикатори повинні бути чутливими і не досить стійкими до забруднення. Необхідно, щоб у них був достатньо довгий життєвий цикл. Важливо, щоб такі рослини були широко розповсюджені по земній кулі, причому кожен вид повинен бути пристосований до певного місцезростання. Цим вимогам повністю відповідають лишайники.

На думку багатьох дослідників лишайники - ідеальний обєкт для контролю забруднення навколишнього середовища і цю властивість необхідно широко використовувати при плануванні екологічного моніторингу. Відомо, що вимірювання фізичних і хімічних параметрів забруднення природного середовища більш трудомістке в порівнянні з методами біоіндикації.

Лишайники - це своєрідна група нижчих спорових рослин, слань яких має дуалістичну (двоїсту) природу. До складу вегетативного тіла (слані) лишайників входять автотрофний водоростевий (фікобіонт = ліхенізовані водорості) і гетеротрофний грибний (мікобіонт = ліхенізовані гриби) компоненти. Самостійність лишайників підтверджується ознаками, не притаманними ані для грибів, ані для водоростей у вільноіснуючому стані: особливі морфологічні форми, внутрішня будова слані, особливий тип метаболізму, специфіка біохімічного складу, способи розмноження, особливості екології та інші.

Слань лишайників може бути забарвлена у сірий, білий, рожевий, жовтогарячий, червоний, оливковий, коричневий, чорний кольори. Під дією SO2 слань лишайників змінює колір. Крім того, спостерігається деструкція, і організм врешті-решт відмирає. За зовнішньою (морфологічною) будовою слані лишайники поділяють на три основні групи: накипні лишайники, листуваті, кущисті.

Слань накипних лишайників має вигляд тонкої, гладкої або зернистої, горбуватої, порошистої корочки, яка щільно зростається з субстратом (ґрунтом, камінням, корою дерев). Відокремити таку слань без пошкодження неможливо. Зразки таких лишайників збирають разом зі шматочками субстрату. Досить часто присутність такої слані проявляється лише плямистим забарвленням субстрату.

Слань листуватих лишайників має вигляд дрібних лусочок або частіше розеткоподібних пластинок, горизонтально розпростертих на субстраті; краї пластинок часто розсічені на лопасті різного розміру і форми. Звичайно така слань прикріплюється до субстрату численними пучками грибних гіф (ризиками) і досить легко відокремлюється від субстрату без значного пошкодження.

Слань кущистих лишайників має вигляд тонких ниток або більш товстих розгалужених циліндричних стебелець, що формують кущик; іноді слань може мати вигляд розгалужених, досить мяких, сплощених або жолобчасто згорнутих стрічок. Слань таких лишайників прикріплюється до субстрату лише в одному місці своєю основою за допомогою особливої ніжки (гомфа) і росте вертикально до гори від субстрату, вбік від нього або звисає донизу.

Лишайники широко розповсюджені в природі і приймають активну участь у процесах хімічного вивітрювання гірських порід, у формуванні фітомаси (особливо в тундрових та лісових біогеоценозах) і утворенні ґрунтового гумусу. Дернинки лишайників є місцем життя багатьох безхребетних тварин (кліщів, ногохвоток, сіноїдів, листоїдів, павуків, клопів, цикад та ін.). При рясному розвитку на корі дерев лишайники слугують своєрідним захистом, такі дерева менш схильні до ураження грибами-руйнівниками деревини.

В екологічному відношенні лишайники можуть заселяти різноманітні субстрати, в тому числі і штучного походження: скло, шкіру, гуму, тканини, шифер, цеглу, залізо. При цьому основною умовою заселення є тривала нерухомість субстрату, що обумовлено дуже повільним ростом лишайників від 1мм (накипні) до 3 см (кущисті) на рік. В природних умовах лишайники характеризуються вибірково по відношенню до субстрату і утворюють наступні основні екологічні групи: епіліти - на поверхні гірських порід, епігеї - на ґрунті, епіфіти - на корі дерев і чагарників; крім того, виділяють групи епіксилів - на гниючій деревині, епіфілів - на хвої і листах вічнозелених рослин, епібріофілів - на дернинках мохів.

У практичній діяльності людини лишайники використовуються для визначення віку субстратів, що заселяють (метод ліхенометрії) та як індикатори стану атмосферного повітря (метод ліхеноіндикації). Метод ліхенометрії заснований на тому, що в межах певної кліматичної області річний приріст слані лишайників є постійним; за розміром слані можна визначити як вік самої слані, так і субстрату, на якому вона розвивається. Метод ліхеноіндикації заснований на особливостях водного живлення лишайників: процес поглинання вологи сланню лишайника з повітря є пасивним; при цьому волога доступна у будь-якому вигляді - снігу, дощу, роси, туману і поглинається сланню починаючи від 50% вологості повітря. Зрозуміло, що при пасивному поглинанні вологи до слані потрапляють усі забруднюючі речовини, які містяться в атмосферному повітрі.

Властивість лишайників реагувати на ступінь забрудненості повітря було покладено в основу розробки особливого напрямку індикаційної екології - ліхеноіндикації.

Відомо, що лишайники накопичують у слані різні хімічні елементи: літій, натрій, калій, магній, кальцій, стронцій, алюміній, титан, ванадій, хром, марганець, залізо, нікель, мідь, цинк, галлій, кадмій, плюбум, ртуть, іттрій, уран, флуор, йод, сульфур, арсеній, селен та ін. Листуваті та накипні види лишайників накопичують полютанти на різній відстані від джерела забруднення (електростанції, хімічні заводи та ін.). Зразки лишайників збирають, очищують та аналізують з використанням методів атомно-абсорбційної, рентгенівської та флуоресцентної спектрометрії. Як правило, безпосередньо поблизу джерела забруднення вміст елементів у слані лишайників дуже високий, потім він швидко падає, а по мірі подальшого віддалення від джерела забруднення знижується все повільніше. Відомо, що рівновага між вмістом елементів у лишайниках і у довкіллі встановлюється приблизно через 15 місяців.

По відношенню до забруднення повітря лишайники поділяють на три категорії:

·найбільш чутливі, які зникають при перших симптомах забруднення;

·середньочутливі, які приходять на зміну загиблим чутливим видам, з якими вони не могла конкурувати на умовах чистого повітря:

·найбільш витривалі, толерантні до забруднення.


РОЗДІЛ II. ОБЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ


2.1 Обстежені групи та постановка експерименту


Було проведено анкетування за тестом К. Байєра на визначення відношення до навколишнього середовища. В анкетуванні взяли участь діти молодшого шкільного віку (23 учня), середнього віку (29 учнів), старшого - (43 учня) та батьки - 35 чоловік ЗОШ № 3 міста Люботина (додаток 1) [9].

Для проведення дослідження рівня забруднення довкілля за допомогою біоіндикаторів було обрано три райони міста, які знаходяться на ділянці радіусом 750 м один від одного: 1 район - територія школи №3, яка знаходиться поблизу залізниці та автомагістралі; 2 район - житловий масив (вул. Проектна № 1-№ 19); 3 район - контрольний (зелений масив). Усі вони розташовані поблизу залізниці, Караванського спиртзаводу та ТОВ "Караванський завод кормових дріжджів" (рис. 2.1)


Рис. 2.1: Картосхема обраної ділянки м. Люботина.


2.2 Ліхеноіндикаційні дослідження екологічного забруднення навколишнього середовища


Метод ліхеноіндикації заснований на особливостях водного живлення лишайників: процес поглинання вологи сланню лишайника з повітря є пасивним; при цьому волога доступна у будь-якому вигляді - снігу, дощу, роси, туману і поглинається сланню починаючи від 50% вологості повітря. Зрозуміло, що при пасивному поглинанні вологи до слані потрапляють усі забруднюючі речовини, які містяться в атмосферному повітрі.

Ліхеноіндикаційні дослідження дуже широко використовуються при біодіагностиці ступеню забруднення повітря населених пунктів і виявленні джерел викиду в атмосферу. Найбільш різко лишайники реагують на сірчистий газ (діоксид сірки), що виділяється при згорянні палива. Відомо, що більшість лишайників-епіфітів не зберігається, якщо середня концентрація оксиду сірки (SO2) перевищує 0,1мг/м³, а концентрація 0,5 мг/м³ згубна для всіх видів лишайників. Дуже малі концентрації оксиду сірки заважають проростанню спор лишайників, а при більших його концентраціях лишайники передчасно старіють. При посиленні забруднення слані лишайників стають товстими, компактними й майже зовсім втрачають плодові тіла, зменшується їхня біомаса. Подальше забруднення повітря призводить до того, що лопасті лишайників забарвлюються в білуватий, коричневий або фіолетовий колір, вони зморщуються й гинуть.

Дослідження, проведені в м. Люботині і прилеглих до нього територій упевнено показують пряму залежність між забрудненням атмосфери й скороченням кількості певних видів лишайників. Дана закономірність відзначена не тільки для сірчистих, але й для інших газів, що викидають у повітря. Для оцінки рівня забруднення атмосфери вибрали вид дерева, що найпоширеніший на досліджуваній території. Спостереження велися по квадратній сітці. Пробна площадка обмежувалася на стовбурі дерев'яною рамкою, розміром 10х10см, що розділена усередині тонкими дротами на квадрати по 1 см. На кожнім дереві описували не менше 4 пробних площадок: дві в основі (з різних сторін) на висоті 30 см і дві - на висоті 1,5 м. У межах пробних площадок визначали видовий склад лишайників, чисельність окремих видів і загальну чисельність, розміри розеток лишайників і ступінь покриття лишайниками поверхні стовбура у відсотках. Обстеження проводилися за наявності якогось одного виду лишайників або всіх видів лишайників, що зустрічаються на досліджуваній території. Територія ділилася на квадрати, усередині яких підраховувалося загальне число досліджуваних дерев і число дерев, покритих лишайниками.

У кожному квадраті досліджуваної ділянки на основі обстеження пятдесяти дорослих прямих дерев обчислювали середні бали зустрічальності й покриття для кожного типу лишайників - накипних, листуватих і кущистих у відповідності зі шкалою (таблиця 2.1).


Таблиця 2.1- Оцінка зустрічальності й ступеню покриття для кожного типу лишайників

Частота зустрічальності (%)Бал оцінкиСтупінь покриття (%)Бал оцінкиНадзвичайно рідко (менш 5)1Дуже низька (менш 5)1Дуже рідко (5 - 20)2Низька (5 - 20)2Рідко (20 - 40)3Середня (20 - 40)3Часто (40 - 60)4Висока (40 - 60)4Дуже часто (60 - 100)5Дуже висока (60 - 100)5

За балами оцінки середньої зустрічальності А, В, К визначають індекс відносної чистоти атмосфери (ВЧА) по формулі:



Відомо, що чим ближче показник відносної чистоти атмосфери (ВЧА), розрахований за даною формулою, до одиниці, тим чистіше повітря.

РОЗДІЛ ІІІ. АНАЛІЗ ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ


.1 Аналіз опитування обстежених груп


Проведений нами аналіз опитування за тестом Байєра (К. Байєр та ін., 1997р.) учнів і батьків показав досить неоднозначне ставлення до природи і навколишнього середовища (таблиця 3.1)


Таблиця 3.1 Результати визначення відношення до навколишнього середовища

Відношення до природиГрупиК-кістьПравильне, %Неправильне, %Споживче, % Учні95 13870Батьки3520800Всього 130331670

Аналізуючи отримані результати відзначимо, що у більшості опитаних, як учнів (87 %), так і їх батьків (80%), спостерігається неправильне відношення до оточуючого середовища. Найчастіше погоджувалися з твердженнями, що кожен може взяти стільки від природи, за скільки зможе заплатити та з тим, що всі мають гарантоване право на всі блага, які є на Землі, навіть за рахунок інших.

Можливо це повязано з невисоким рівнем екологічної освіти і виховання серед населення. Скоріш за все такий рівень формування екологічного кругозору населення пояснюється складними соціально-економічними умовами, які склалися на сьогодні в Україні.

Єдиний вихід із ситуації, що склалася, - сформувати у кожного з нас ставлення до природи, як до живого організму, який потребує нашої щоденної турботи і захисту від нас же самих.


3.2 Оцінка забруднення повітря за допомогою лишайників-індикаторів


Результати проведеного опитування показали, що проблеми забруднення оточуючого середовища мало цікавлять населення нашого міста, тому ми вирішили візуально рівень оцінити забруднення повітря за допомогою лишайників-індикаторів.

З цією метою в усіх вибраних нами районах ми провели моніторинг стану лишайників та їх розповсюдженості. За отриманими даними ми оцінювали забруднення повітря згідно таблиці 3.2.


Таблиця 3.2 - Оцінка забруднення повітря за допомогою лишайників-індикаторів.

Ступінь забрудненняКущисті лишайникиЛистові лишайникиНакипні лишайникиЗабруднень немаєЗустрічаютьсяЗустрічаютьсяЗустрічаютьсяСлабке забрудненняВідсутніЗустрічаютьсяЗустрічаютьсяСереднє забрудненняВідсутніВідсутніЗустрічаютьсяСильне забрудненняВідсутніВідсутніВідсутні

.2.1 Ліхеноіндикація району ЗОШ №3 м. Люботин

В якості першого району ми взяли територію довкола школи в радіусі 500 м. Нами був проведений біомоніторинг 50 дерев липи дрібнолистої, які найпоширеніші на даній ділянці за методом ліхеноіндикації. Результати дослідження наведено у таблиці 3.3.


Таблиця 3.3 - Оцінка стану лишайників-індикаторів в районі ЗОШ №3

Частота зустрічальності (%)Бал оцінкиСтупінь покриття (%)Бал оцінкиНакипні АЛистуваті ВКущисті СНакипні АЛистуваті ВКущисті СНадзвичайно рідко (менше 5)1Відсутні Дуже низька (менше 5)1Дуже рідко (5-20)Низька (5-20) Рідко (20-40)3Середня (20-40)3Часто (40-60)Висока (40-60)Дуже часто (60-100)Дуже висока (60-100)

Аналізуючи отримані результати можна відзначити повну відсутність на даній кущистих лишайників. Накипні лишайники зустрічаються рідко і мають середню ступінь покриття дерев. Зазначимо, що більшість лишайників мають змінене забарвлення і середню біомасу. Листуваті лишайники у даному досліджуваному районі зустрічаються надзвичайно рідко і мають дуже низьку ступінь покриття. Можливо, це свідчить про наявність високого рівня забруднення атмосфери, оскільки даний район знаходиться поблизу Південної залізниці з високою інтенсивністю руху поїздів (вантажоперезення та пасажирські перевезення). Також поблизу школи проходить автомобільна дорога (проїжджа частина) з невисокою інтенсивністю руху автотранспорту.


.2.2 Ліхеноіндикація 2-го району - житловий масив (вул. Проектна № 1-№ 19). В якості другого району обстеження було обрано житловий комплекс. Біомоніторинг за допомогою лишайників-індикаторів дерев грецького горіху показали наступні результати (таблиця 3.4).


Таблиця 3.4 - Оцінка стану лишайників-індикаторів в житловому масиві

Частота зустрічальності (%)Бал оцінкиСтупінь покриття (%)Бал оцінкиНакипні АЛистуваті ВКущисті СНакипні АЛистуваті ВКущисті СНадзвичайно рідко (менше 5)Дуже низька (менше 5)Дуже рідко (5-20)2Низька (5-20) Рідко (20-40)Середня (20-40)3Часто (40-60)Висока (40-60)Дуже часто (60-100)5Дуже висока (60-100)5Провівши аналіз отриманих результатів, можна відзначити повну відсутність кущистих лишайників. Накипні лишайники зустрічаються дуже часто, мають дуже високу ступінь покриття дерев, насичений сіро-зелений колір і середню біомасу слані

Листуваті лишайники зустрічаються дуже рідко, мають середню ступінь покриття дерев, насичений сіро-зелений колір, середню біомасу

Такі показники можна пояснити тим, що даний район віддалений від залізниці, але наявна проїжджа дорога (автомагістраль) місцевого значення з низькою інтенсивністю руху (до 200 машин).


.2.3 Ліхеноіндикація 3 району (контрольного) зеленого масиву

У якості контрольного району було обрано зелений масив місцевості. Він знаходиться на відстані 2 км від населеного пункту і являє собою ділянку лісу площа якої 100 га. Результати візуальної оцінки лишайників наведені в таблиці 3.5.


Таблиця 3.5. - Оцінка стану лишайників-індикаторів в зеленому масиві

Частота зустрічальності (%)Бал оцінкиСтупінь покриття (%)Бал оцінкиНакипні АЛистуваті ВКущисті С Накипні АЛистуваті ВКущисті С Надзвичайно рідко (менше 5)Дуже низька (менше 5)Дуже рідко (5-20)Низька (5-20) 1Рідко (20-40)3Середня (20-40)Часто (40-60)Висока (40-60)Дуже часто (60-100)5Дуже висока (60-100)5

У ході досліджень ми встановили, що взятий нами в якості контрольного зелений лісний масив не відповідає поставленим вимогам. На даній території як і на двох інших, відсутні кущисті лишайники, рідко зустрічаються листуваті лишайники, більшість мають засушені слані та невиразний колір

Накипні лишайники зустрічаються часто і мають високу ступінь покриття дерев, оскільки порівняно з іншими видами лишайників

Вони найбільш стійкі до забруднення навколишнього середовища. Такий стан лісного масиву, можливо, пов'язаний з тим, що він слугує "зеленим барєром" між житловим масивом та промисловою зоною, в яку входять Караванським спиртзавод та ТОВ "Караванський завод кормових дріжджів".

Таким чином, проведене нами орієнтоване дослідження стану лишайників виявило відсутність кущистих лишайників, як найбільш чутливих, що зникають при перших ознаках забруднення довкілля. Мала ступінь розповсюдження листуватих (середньочутливих) лишайників і висока частота з якою зустрічаються накипні лишайники, толерантні до забруднення свідчить про вплив антропогенних джерел забруднення на оточуюче середовище.


.3 Оцінка відносної чистоти атмосферного повітря


У практичній діяльності людини лишайники використовується в тому числі як індикатори стану атмосферного повітря, заснований на особливостях водного живлення лишайників. Починаючи з 50% вологості повітря вони пасивно поглинають воду, разом з якою до слані потрапляють забруднюючі речовини, що містяться в атмосфері.

Орієнтована оцінка стану атмосферного повітря показала високу ступінь забруднення району школи, що в першу чергу повязано з безпосередньою близькістю Південної залізниці та наявністю Юліївського родовища. Проведені раніше дослідження води і ґрунту з території школи, в яких виявили високі концентрації важких металів (Pb, Cd, Zn та ін.) підтверджують наші результати. З віддаленням від залізниці ступінь, ступінь відносної чистоти повітря зростає, але становить не більше 37% від оптимальної норми.

Використовуючи отримані результати обстеження районів міста, ми розраховували відносну чистоту атмосферного повітря (ВЧА), в кожному із районів.

Для обчислення ВЧА ми використовували наступну формулу:


, де


А - накипні лишайники

В - листуваті лишайники

С - кущисті лишайники.

Чим ближче до одиниці показник відносної чистоти атмосфери, розрахований за даною формулою, тим чистіше повітря.

Аналіз отриманих результатів встановив невисокий ступінь відносної чистоти атмосфери обстеженої території (таблиця 3.6.)


Таблиця 3.6. Показники відносної чистоти атмосфери обстежених районів м. Люботина

РайонШколаЖитловий масивЗелений масивНормаВЧА0,170,30,371,0

Основними джерелами забруднення атмосферного повітря міста є промислові та опалювальні котельні підприємств і організацій, пічне опалення домоволодінь приватного сектора; залізничний та автомобільний транспорт. Відомо, що в безпосередній близькості від багатьох промислових підприємств, залізниці і доріг з високою інтенсивністю руху автотранспорту, утворюються зони з підвищеним вмістом свинцю, мишяку, ртуті, нікелю та інших токсичних мікроелементів, що являють собою загрозу для здоров'я й навіть життя людини.

Аналіз ґрунту й води, проведений в лабораторії, також свідчить про високу ступінь антропогенного забруднення, оскільки в ньому виявлені важкі метали: свинець, кадмій, цинк, манган, які перевищують гранично допустимі концентрації. Ці метали, як антропогенні забруднювачі навколишнього середовища, можуть серйозно порушувати стан здоров'я людини, тому в наш час все більшого значення набуває екологічна безпека довкілля.


ВИСНОВКИ


1.Проведене анкетування учнів школи та їх батьків виявило неправильне відношення до оточуючого середовища (87% і 80% відповідно).

2.В районі ЗОШ №3 можна відзначити повну відсутність кущистих лишайників, а кількість накипних рівна 20 %, листуватих - менше 5%.

.В районі житлового масиву виявили 70% накипних лишайників, 10% - листуватих та повну відсутність кущистих видів лишайників.

.В районі зеленого масиву нами виявлено 70% накипних, 20% - листуватих та відсутність кущистих лишайників.

.Ступінь відносної чистоти атмосфери в обстежених районах не перевищив показник норми.


СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ


1.Беспамятнов Г. П., Кротов Ю. А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник. - Л.: "Химия", 2002.

2.Бойчук Ю. Д. Екологія і охорона навколишнього середовища. / Ю. Д. Бойчук, Е. М. Солошенко, О. В. Бугай. - С.: Університетська книга, 2005. - 302 с.

.Василенко Л. Б. Екологія: Методичний посібник для вчителів у 2-х частинах. Частина І // Серія: Позакласна робота. - Харків: Скорпіон, 2009. - 80 с.

.Гора Е. П. Экология человека. Практикум: учеб. пособие / Е. П. Гора. - М.: Дрофа, 2008. - 127, [1] с.: ил.

.Запольський А. К. Основи екології. / А. К. Запольський, А. І. Салюк. - К.: Вища школа, 2004. - 382 с.

.Зверев А. Т.. Экология. Практикум. Учебное пособие для 10-11 кл. - М.: ООО "Издательский дом; Оникс 21 век", 2004. - 176 с.

.Злобін Ю. А. Загальна екологія. / Ю. А. Злобін, Н. В. Кочубей. - С.: Університетська книга, 2003. - 416 с.

8.Капинос П. И. Охрана природы. / П. И. Капинос, Н. А. Панасенко. - К.: Вища школа, 1989, - 255 с.

9.Клименко М. О., А. М. Прищепа, Н. М. Вознюк. "Моніторинг довкілля": Підручник - К.: Вид. центр "Академія" , 2006. - 360 с.

.Назарова Р. І., О. М. Коновалов, Т. В. Догадіна, О. С. Горбулін, Л. П. Снагощенко, Р. А. Яковлєва. Фізико-хімічні та біологічні методи вивчення довкілля: Навчальний посібник. - Х.: "Міськдрук", 2010. - 418 с.

.Основи екології: підручник / Г. О. Білявський, Р. С. Фурдуй, І. Ю. Костіков. - К.: Либідь, 2004. - 408 с.

.Скальный А. В. Биоэлементы в медецине / Скальный А. В., Рудаков И. А. - М.: ОНИКС 21 век: Мир, 2004. -- 272 с.

.Сухарев С. М. Основи екології та охорони довкілля: навч. посібник для студентів вищих навч. закладів. - К.: Центр навчальної літератури, 2006. - 394 с.

.Хотунцев Ю. Л. Экология и экологическая безопасность. / Ю. Л. Хотунцев. - М.: Академия, 2002, - 480 с.

.Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать?: Учебное пособие / Под ред. Проф. В. И. Данилова - М.: изд-во МНЭПУ, 2001. - 332 с.

16.Экологический кризис и социальный прогресс. Госкомиздат, 1977г.

17.Экологический мониторинг: Уч. - метод особие: // Под ред. Т. Л. Ашихминой. М.: Академический проспект, 2006. - 416 с.


ДОДАТОК А


ОПИТУВАЛЬНИК 1

Тест на визначення відношення до навколишнього середовища

(К. Байєр та ін., 1997 )

Прочитайте запитання і висловіть свою думку відносно наведених нижче тверджень: 1 бал - не згодний; 2 бали - важко відповісти; 3 бали - згодний. Підрахуйте загальну кількість балів.


№ п/пТвердженняОцінка кількості балів1231Людство має право на комфортне життя, навіть якщо його діяльність, спрямована на досягнення цієї мети, веде до забруднення довкілля.2Кожна людина може мати стільки товарів і послуг, за скільки вона в змозі заплатити.3Прибуток корпорацій важливіший за контроль над відходами виробництва цих організацій.4Для виробничих підприємств допустимо скидання відходів у річки, якщо встановлення очисного устаткування коштує досить дорого.5Право приватної власності стоїть понад проблемами суспільства та навколишнього середовища.6Успіх визначається виробництвом і вживанням матеріальних благ.7Як громадянин я маю гарантоване право на всі блага, які побажаю, навіть за рахунок інших людей на Землі зараз чи в майбутньому.8Як житель країни я маю право рахувати зручності необхідністю.

Інтерпретація результатів:

·8 - 12 - раціональне (адекватне) відношення до навколишнього середовища;

·13 - 20 - нераціональне (неадекватне) відношення до навколишнього середовища;

·21 - 24 - споживче відношення до навколишнього середовища.


ДОДАТОК Б


Підприємства - забруднювачі атмосферного повітря м. Люботин

. Караванський спиртзавод;

. ТОВ "Караванський завод кормових дріжджів";

. ВАТ Люботинський завод "Продтовари";

. ВАТ "Люботинський хлібозавод";

. Ковбасні цехи;

. Міні-пекарні;

. Приватна швацька майстерня "Адоніс";

. Потужний залізничний вузол;

. Сміттєперероблюючий завод.


Теги: Визначення забруднення довкілля з використанням біоіндикаторів  Курсовая работа (теория)  Экология
Просмотров: 16428
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Визначення забруднення довкілля з використанням біоіндикаторів
Назад