Какие растения севера особенно чувствительны к чистоте воздуха. Научно-исследовательская работа по экологии: "Определение состояния атмосферы"

Детский сад № 4 "Золотая рыбка"

город Карпинск Свердловской области

 

Какие растения являются лучшими индикаторами состояния воздуха и почему? Какие растения севера особенно чувствительны к чистоте воздуха


Какие растения называют индикаторами чистого воздуха

Последствия загрязнения окружающей среды отражаются на внешнем виде растений. У растений под влиянием вредных веществ происходит увеличение числа устьиц, толщины кутикулы, густоты опушения, развивается хлороз и некроз листьев, раннее опадание листвы. Некоторые растения наиболее чутко реагируют на характер и степень загрязнения атмосферы. Это означает, что они могут служить живыми индикаторами состояния среды. В настоящее время разработана концепция комплексного экологического мониторинга природной среды, составной частью которого является биологический мониторинг. Индикаторные растения могут использоваться как для выявления отдельных загрязнителей воздуха, так и для оценки качественного состояния природной среды. Обнаружив по состоянию растений присутствие в воздухе специфических загрязнителей, приступают к измерению количества этих веществ различными методами, например, испытанием растений в лабораторных условиях. На уровне вида и сообщества о состоянии природной среды можно судить по показателям продуктивности растений. Индикаторами присутствия сернистого газа являются лишайники и хвойные породы, наиболее сильно страдающие от загрязнений. Во многих промышленных городах вокруг заводов возникают зоны, где лишайники вообще отсутствуют – «лишайниковые пустыни» . Хвоя сосны образует на своей поверхности тем более толстый слой воска, чем выше концентрация или продолжительнее действие на нее сернистого газа. На этом основании был разработан метод индикации в атмосфере сернистого газа – «тест помутнения по Гертелю» . Другой признак действия двуокиси серы на растения – снижение рН содержимого клеток.

Весь комплекс экологических факторов (температура воздуха и почвы, влагообеспеченность, рН среды, загрязнение почв и воздуха металлами) сказывается на биосинтезе пигментов, изменяя окраску различных частей растения. Этот биоиндикатор может оказаться наиболее информативным.

otvet.mail.ru

Какие земные растения очищают воздух?

Растения не только кормят, одевают и согревают человека. Будучи очень чувствительными к разного рода атмосферным загрязнениям, они сигнализируют об опасных изменениях в окружающей среде. Так, японский сорт бегонии Зимняя королевская используется как индикатор фотохимического смога, возникающего в результате разложения выхлопных газов автомобилей под действием лучей солнца. При первых признаках смога листья этого сорта бегонии покрываются белыми пятнами, которые, увеличиваясь, превращаются в пузыри, а затем — в сквозные отверстия.

Хорошим индикатором чистоты воздуха являются лишайники. Основные питательные вещества они черпают из атмосферы, поэтому, когда в ней много отравленной пыли, вредных солей и примесей, лишайники гибнут.

lishaynikiХорошим индикатором чистоты воздуха являются лишайники

Для определения загрязнения воздуха и воды могут служить и светящиеся бактерии. Некоторые из них теряют способность к свечению в присутствии газообразных промышленных загрязнений, например сернистого газа.

Живущие рядом с нами и вокруг нас растения очищают воздух, поглощая вредные примеси и вырабатывая кислород.

К примеру, листья тополя и белой акации активно поглощают испарения фенола, соединений серы и других вредных промышленных отходов. Бук — хороший производитель кислорода. По подсчётам специалистов, дерево бука высотой 25 м выделяет 1,5 кг кислорода в час. Годовая норма потребности в нём человека — 300 кг; в период интенсивного фотосинтеза одно такое дерево вырабатывает кислород, необходимый для четырёх человек в течение года. Кроме того, взрослые деревья бука — прекрасные пыле-улавливатели. За год один экземпляр освобождает атмосферу от 60—70 кг пыли.

Еще интересней:

Хорошим «пылесосом» зарекомендовал себя карагач. Это могучее засухоустойчивое дерево с множеством мелких листьев втрое эффективнее очищает воздушные потоки, чем клён, липа или тополь.

karagachХорошим «пылесосом» зарекомендовал себя карагач

Высокой устойчивостью против соединений серы, хлора и фтора обладают различные виды тополя, тамариска, шиповника, разные сорта роз и винограда, а также дерновые (райграс высокий) и рыхлокустовые злаки. Наиболее газостойкими среди однолетних цветочных считаются бессмертник, василёк синий, пиретрум, бархатцы, клещевина обыкновенная, незабудка альпийская, левкой и др.; из двулетних и многолетних — тысячелистник, гвоздика бородатая, лилия белая, фиалка трёхцветная.

Растения, приспособленные к жизни на щелочных почвах, как правило, могут быть рекомендованы для выращивания в условиях высокого и среднего загрязнения атмосферного воздуха. Виды и сорта цветочных растений, которые произошли из районов с засушливым климатом и карбонатными почвами юга Украины, Средиземноморья, Северной Америки, обнаруживают высокую стойкость к выбросам предприятий, а виды, произрастающие на влажных и кислых почвах, — низкую.

Экспериментально доказано, что с увеличением резерва свободных катионов (положительно заряженных ионов) в растении, а также доступного корням запаса их в почве повышается газостойкость растений, т.е. возрастает способность обезвреживать большое количество кислых газов, поступающих в лист. Вот почему растения, произрастающие на карбонатных или щелочных почвах, имеют потенциально высокую газостойкость. В них обмен веществ происходит при большей насыщенности клеток и тканей катионами и анионами; это характерно и для растений, индивидуальное развитие которых связано с плодородными почвами, богатыми катионами.

В условиях страны рекомендуется высаживать такие засухоустойчивые породы деревьев, как софора японская, черешня лесная, шелковица, гледичия обыкновенная; из быстрорастущих лиственных пород — вяз мелколистный, тополь канадский; из хвойных — можжевельник виргинский и канадский, сосна крымская; из кустарников — все виды тамариска, форзиция, бирючина, сирень, спирея и др.

o-kak.ru

Какие растения являются лучшими индикаторами состояния воздуха и почему?

Особую известность лишайники приобрели в последнее время, когда их стали использовать в качестве хороших биоиндикаторов загрязнения. То, что лишайники реагируют на загрязнение воздуха, было замечено еще в XIX веке. Видовой состав лишайников в индустриальных и окраинных районах различается настолько сильно, что ученые стали выделять лишайниковые зоны. Впервые такие зоны были выделены в Стокгольме: зона "лишайниковой пустыни", где лишайники почти отсутствуют, "зона соревнования", где видовой состав лишайников беден, а сами они обладают пониженной жизнеспособностью и "нормальная зона".

В Великобритании для изучения распространения лишайников было привлечено 15000 школьников. Для юных исследователей был разработан специальный бланк, который они заполняли. Естественно, что составленная при участии такого большого числа помощников карта оказалась весьма подробной.

Из всех экологических групп лишайников наибольшей чувствительностью обладают лишайники-эпифиты. Чувствительность лишайников к загрязнению воздуха определяется: — симбиотической природой (напомним, что лишайник — симбиоз гриба и водоросли с сложным метаболическим равновесием между этими двумя организмами) ; — большой абсорбционной поверхностью (все вещества, включая газообразные и растворенные в воде поллютанты, поглощаются всей поверхностью таллома) ; — высокой гидрофильностью; — средой обитания (осадки, стекающие по стволу, содержат значительно более высокие концентрации поллютантов, чем осадки на открытых местах) ; — длительностью жизни.

Поэтому в качестве биоиндикаторов наиболее часто используют эпифитные лишайники. В настоящее время для создания карт загрязнения используют различные синтетическе индексы, один из наиболее распространенных и достаточно удобных в работе — индекс чистоты атмосферы.

Применяемый комбинированный показатель покрытия и встречаемости 5-балльный: 1 — вид встречается очень редко и с очень низким покрытием, 2 — редко или с низким покрытием, 3 — редко или со средним покрытием на некоторых стволах, 4 — часто или с высоким покрытием на некоторых стволах, 5 — очень часто и с очень высоким покрытием на большинстве стволов. Во время исследования следует избегать загущенных лесопосадок, очень тенистых парков, где для лишайников недостаточно света.

Используя индекс чистоты атмосферы легко составить карту зон загрязнения. Для этого участки с одинаковыми значениями индекса соединяют изолиниями.

Для исследований необходимо увеличительное стекло, так как многие виды лишайников, особенно накипные, довольно трудно разглядеть. В связи с тем, что лишайники поглощают воду всей поверхностью тела в основном из атмосферных осадков и отчасти из водяных паров, влажность слоевищ непостоянна и зависит от влажности окружающей среды. Таким образом, поступление воды в лишайники происходит, в отличие от высших растений, по физическим, а не по физиологическим законам. Недаром слоевище лишайников часто сравнивают с фильтровальной бумагой. http://lesopark.su/content/view/95/34/

otvet.mail.ru

Состав воздуха - Интернет-журнал «Живой лес»

Утверждение о том, что мы дышим не задумываясь, не совсем верно. Вы замечали, как за городом хочется вдыхать полной грудью и появляется легкость в теле? Покинув вагон обратной электрички, мы невольно задерживаем дыхание – организм сопротивляется вдыхать городской смог. Растения также «неравнодушны» к составу окружающей атмосферы, а воздушный режим относится к прямодействующим экологическим факторам.

Основные газы

В атмосфере процентное содержание таких основных газов, как азот (N2 – 78,1 %), кислород (O2 – 21 %), углекислый газ (CO2 – 0,03 %), аргон (Ag2 – 0,9 %), относительно постоянно, а значение их для жизни растений неравнозначно. Газообразный азот инертен и в этом виде не является жизненно важным как для животных, так и для растений.

Необходимый кислород

В атмосфере Земли кислород имеет биогенное происхождение и образовался благодаря деятельности древних автотрофных организмов. Как и нам, он необходим растениям для дыхания, однако в атмосфере в нем нет недостатка, но недостаток его в почве может быть ограничивающим фактором распространения флоры. Воздухообмен между атмосферой и почвой происходит через поры, образованные почвенными организмами, а также корнями деревьев и кустарников.

В переувлажненной почве кислорода всегда меньше, чем необходимо растениям. Плохая аэрация верхнего почвенного слоя может быть следствием избытка осадков на фоне плохого испарения, высокого уровня грунтовых и почвенных вод. Комплекс перечисленных условий характерен для тундр, болот и бореальных хвойных лесов. В этих сообществах обитают психрофиты, оксилофиты и гигрофиты, адаптированные к недостатку O2, который наблюдается в бесструктурных глинистых почвах, насыщенных водой лесной подстилке и торфе.

Плохая аэрация наблюдается в травяном покрове с плотной дерниной или с ярусом зеленого мха, именно поэтому в садоводстве принято периодически скарифицировать газон, создавая воздухоносные ходы в дернине. Ледяная корка зимой тоже способствует аэробным условиям, однако в состоянии покоя растения их лучше переносят.

От недостатка кислорода в почве страдают в первую очередь корни, причем чем выше температура среды, тем больше потребность в кислороде. Так что растения тропических лесов чаще встречаются с проблемой плохой аэрации почв, решением которой можно рассматривать изменение морфологии корней: досковидные выросты на их верхней части, ходульные и воздушные придаточные корни. Дыхательные корни (пневматофоры) у болотных кипарисов (Taxodium distichum) – классический пример адаптации к болотистым местообитаниям. Не менее зависим от кислорода процесс прорастания семян, из-за его недостатка прорастание порой задерживается на десятилетия, а затем происходит при удачном стечении обстоятельств.

Водная среда может испытывать как недостаток кислорода, так и его избыток. В текущей прозрачной воде водные растения чувствуют себя очень комфортно и в результате фотосинтеза обогащают воду кислородом настолько, что он даже выделяется в воздушную среду. Оттого нам так убаюкивающе хорошо погожим деньком у речки. В стоячей воде кислорода не хватает, поэтому гидрофиты имеют морфологические адаптации в виде воздушные полостей в стеблях, листьях и корнях (рогоз, камыш, тростник), а также разветвленные и тонкостенные побеги (элодея, рдест), напоминающие талломы водорослей.

Зафиксированное трехкратное повышение содержания метана в атмосфере связывают с грядущим потеплением климата и считают одной из причин.

Даже временное затопление может вызвать повреждения Пнематофоры болотного кипариса Насыщенный водяными порами воздух стимулирует разрастание эпифтных мхов

Углекислый газ для фотосинтеза

Важнейший процесс жизнедеятельности растений – фотосинтез напрямую зависит от содержания в воздухе, окружающем растения, углекислого газа, который выделяется в процессе дыхания почвенных организмов. Свою лепту в пополнение атмосферы этим газом вносят извержения вулканов и разложение карбонатных пород. Растения также выделяют углекислый газ при дыхании.

Круговорот углекислого газа в атмосфере в природных сообществах начинается с фотосинтеза, в процессе которого CO2 связывается с образованием углеводов, а O2 выделяется. Часть углеводов (до 30 %) расходуется самими растениями на дыхание, остальное идет на питание гетеротрофных организмов, которые тоже дышат, а после конца своей жизни разлагаются с выделением CO2. В разных растительных сообществах отличается динамика концентрации углекислоты. Больше всего скапливается ее в нижнем ярусе лесов, что в некоторой степени компенсирует зеленым растениям недостаток там света. Содержание углекислоты увеличивается в темное время суток, когда фотосинтез не идет, а дыхание организмов продолжается. В густых лесах различие содержания CO2 у основания стволов и внутри крон ночью может достигать 25 %, но благодаря конвекции воздуха внутри древостоя градиент постепенно выравнивается. Сезонная ритмика развития сообществ также влияет на содержание CO2, и это напрямую связано с периодичностью и интенсивностью фотосинтеза. В частности, весной в северных широтах потребление углекислого газа растительным покровом превышает выделение его почвой.

Анаэробные процессы происходят без кислорода, а в аэробных кислород участвует как окислитель.

Типичные местаобитания гигрофитного лизихитона американского Растеня высокогорий используют повышенное содержание углекислого газа для интенсивного фотосинтеза Переувлажненные почвы вблиза горячих источников бедны кислородом

И все остальные…

Кроме вышеуказанных газов в воздухе могут присутствовать двуокись серы (SO2), угарный газ (CO), метан (Nh4), окись азота (NO2 ), а также частицы пыли и копоти, водные пары и даже ароматические и фитонцидные выделения растений. Их содержание отличается большим разнообразием и непостоянством, зависит от климата, особенностей местообитания, сезона и времени суток.

Водяные пары важны для транспирации и дыхания растений, недостаток влаги в окружающем их воздухе может вызывать закрытие устьиц и препятствовать поглощению кислорода и углекислого газа, а следовательно, тормозить процесс фотосинтеза. Особенно чувствительные к этому фактору гигрофиты вянут при незначительном иссушении воздуха, как, впрочем, и высокогорные и тундровые растения, которые трудно поддаются культивированию на продуваемых иссушающими ветрами равнинах.

Влажный воздух сильнее рассеивает свет, что также вносит коррективы в процесс фотосинтеза, особенно в многоярусных лесных сообществах. Избыточная аэрация, напротив, приводит к излишнему иссушению верхнего почвенного горизонта, что часто наблюдается на бесструктурных пылеватых почвах.

Пары двуокиси серы и сероводорода (h3S) присутствуют вблизи природных источников и в районах сейсмической активности Земли. В болотистых местообитаниях во время анаэробного разложения бактериями органических остатков выделяется метан, который относится к парниковым газам. Интерес к нему в последнее время пережил настоящий бум. Зафиксированное трехкратное повышение содержания его в атмосфере связывают с грядущим потеплением климата и считают одной из причин.

Влияние эфирных выделений растений – мало изученная тема, хотя доказано их влияние на микроорганизмы, насекомых, патогенные грибы и воздействие на психоэмоциональное состояние человека и животных. Фитонциды убивают болезнетворные микроорганизмы и благотворно влияют на состояние здоровья человека. Есть мнение о взаимовлиянии растений через летучие соединения, а наблюдаемые закономерности используют, в частности, в органическом садоводстве и огородничестве.

Поскольку загрязнение воздуха является сравнительно молодым экологическим фактором, растения не имеют специальных адаптаций к нему.

Повреждения листьев клена ясенелистного Травянистые растения меньше реагируют на загрязнения Лишайники -индикаторы чистого воздуха

Промышленные газы и задымление

Наряду с природными механизмами поглощения и выделения биологически необходимых веществ в эпоху индустриализации у растений возникают реакции на повышение концентрации в воздухе промышленных газов:  двуокиси серы ( SO2), окиси азота (NO2 ) , фтора и фтороводорода (F, HF), хлоридов. В районах промышленных выбросов деформируется климатическая и погодная обстановка, понижается уровень освещения и влажности воздуха. У растений появляются ожоги листьев, нарушаются физиологические и биохимические процессы. Как следствие, они отстают в росте, происходят индивидуальные нарушения развития (уродства), снижается продуктивность сообществ. Внешне это выражается в уменьшении размеров растений и их отдельных органов, появлении хлороза и некротических пятен на листьях, усыхании верхушек крон.

Прошлое лето никого не оставило равнодушным и подогрело интерес к влиянию пожаров на собственное здоровье и на состояние природы. Во время массовых пожаров повышается содержание в воздухе углекислого и угарного газа, окислов азота, метана, паров воды, озона. В процессе задымления появляются фенолы, взвешенные твердые частички копоти и гари.

Поскольку фактор загрязнения воздуха является достаточно молодым в сравнении с другими экологическими факторами, растения не имеют специальных адаптаций к нему. Устойчивость к загрязнению воздуха у них вырабатывается на основе давно существующих приспособлений к экстремальным значениям других факторов. В частности, наибольшей выносливостью в городе и возле промышленных предприятий обладают засухо- и жароустойчивые ксероморфные виды.

В связи с загрязнением воздушной среды в городах и промышленных районах отмечают два свойства растений: газочувствительность и газоустойчивость, которые могут совпадать либо отличаться у конкретного биологического вида. Первое характеризует скорость и степень проявления патологических реакций, а второе – способность сохранять жизнеспособность без снижения роста и размножения. Классическим примером одновременно чувствительной и устойчивой породы является лиственница, имеющая нежную, слабо защищенную кутикулой и подверженную токсичным газам хвою, которая имеет природное свойство ежегодно опадать, не накапливая полученные повреждения. Из хвойных лиственницы лучше всех выдерживают городские условия, среди лиственных пород – тополя, клен ясенелистный. Травянистые растения повреждаются меньше древесных пород. Повышенная чувствительность лишайников к загрязнению позволяет использовать их в качестве индикаторов чистоты воздушной среды.

 

Психрофиты – растения влажных и холодных почв.

Оксилофиты – растения сфагновых болот.

 

givoyles.ru

почему лишайники называют индикаторами чистоты?

Особую известность лишайники приобрели в последнее время, когда их стали использовать в качестве хороших биоиндикаторов загрязнения. То, что лишайники реагируют на загрязнение воздуха, было замечено еще в XIX веке. Видовой состав лишайников в индустриальных и окраинных районах различается настолько сильно, что ученые стали выделять лишайниковые зоны. Впервые такие зоны были выделены в Стокгольме: зона "лишайниковой пустыни", где лишайники почти отсутствуют, "зона соревнования", где видовой состав лишайников беден, а сами они обладают пониженной жизнеспособностью и "нормальная зона". В Великобритании для изучения распространения лишайников было привлечено 15000 школьников. Для юных исследователей был разработан специальный бланк, который они заполняли. Естественно, что составленная при участии такого большого числа помощников карта оказалась весьма подробной. Из всех экологических групп лишайников наибольшей чувствительностью обладают лишайники-эпифиты. Чувствительность лишайников к загрязнению воздуха определяется: — симбиотической природой (напомним, что лишайник — симбиоз гриба и водоросли с сложным метаболическим равновесием между этими двумя организмами) ; — большой абсорбционной поверхностью (все вещества, включая газообразные и растворенные в воде поллютанты, поглощаются всей поверхностью таллома) ; — высокой гидрофильностью; — средой обитания (осадки, стекающие по стволу, содержат значительно более высокие концентрации поллютантов, чем осадки на открытых местах) ; — длительностью жизни. Поэтому в качестве биоиндикаторов наиболее часто используют эпифитные лишайники. В настоящее время для создания карт загрязнения используют различные синтетическе индексы, один из наиболее распространенных и достаточно удобных в работе — индекс чистоты атмосферы. Применяемый комбинированный показатель покрытия и встречаемости 5-балльный: 1 — вид встречается очень редко и с очень низким покрытием, 2 — редко или с низким покрытием, 3 — редко или со средним покрытием на некоторых стволах, 4 — часто или с высоким покрытием на некоторых стволах, 5 — очень часто и с очень высоким покрытием на большинстве стволов. Во время исследования следует избегать загущенных лесопосадок, очень тенистых парков, где для лишайников недостаточно света. Используя индекс чистоты атмосферы легко составить карту зон загрязнения. Для этого участки с одинаковыми значениями индекса соединяют изолиниями. Для исследований необходимо увеличительное стекло, так как многие виды лишайников, особенно накипные, довольно трудно разглядеть. <a rel="nofollow" href="http://www.ecosystema.ru/" target="_blank">http://www.ecosystema.ru/</a>

они очень чувствительны к загрязненности воздуха.

Потому что они растут в экологически чистых местах.

В современном мире люди стремятся к созданию новейшего оборудования для того, чтобы определить степень загрязнения окружающей среды. Но в погоне за усовершенствованием забывают о том, что природа «самостоятельна» . Часто, проходя по улицам, мы не обращаем внимания на то, что нас окружают растения, способные определить состояние окружающей среды. Одними из них являются лишайники. Лишайники - своеобразная группа симбиотических организмов, морфологическую основу тела которых образует гриб. Эти примитивные растения представляют собой вид сожительства грибов и водорослей. Водоросль или цианобактерия является автотрофным компонентом тела (фикобионтом) , гриб - гетеротрофным (микобионтом) . Вместе они образуют единый симбиотический организм. Наука, изучающая лишайники, называется лихенологией. Количество видов лишайников оценивается по числу видов встречающихся в них грибов. Оно составляет приблизительно 18000. Среди лишайников различают следующие экологические группы: растущие на почве, деревьях, скалах и т. п. Внутри них есть еще более мелкие группы: растущие на известковых или на кремнистых породах, на коре деревьев, обнаженной древесине, на листьях (у вечнозеленых растений) и т. п. На обрабатываемых землях лишайники не встречаются вследствие их очень медленного роста (1-8 мм в год) . Лишайники живут долго - до 80 лет, а некоторые даже до 600 лет. Они очень требовательны к чистоте воздуха, не выносят дыма, копоти и особенно сернистых газов. Лишайники в городе указывают на появление в воздухе серы и её соединений: чем больше серы, тем меньше становится лишайников. Лишайники встречаются во всех ботанико-географических зонах. Наибольшего развития они достигли в умеренных и холодных областях, а также в горах. Такое распространение обусловлено многими факторами, из которых основные - их способность противостоять неблагоприятному воздействию среды, легкость бесполого размножения, дальность и скорость переноса отдельных частей слоевища. Значение лишайников в современных биоценозах незначительно. Однако, в зарождающихся биоценозах, они могут играть значительную роль. Как автогетеротрофные компоненты, они одновременно аккумулируют солнечную энергию, образуя определенную фитомассу, и, в то же время, разлагают органические и минеральные вещества. Лишайники играют роль настоящих пионеров-первопроходцев: именно с них начинается многотысячелетний процесс образования почв. В результате их жизнедеятельности создаются условия для поселения сосудистых растений. Наибольшей биомассы лишайники достигают в тундре. Они используются как индикаторы чистоты воздуха, т. к. их распределение на территориях зависит и от степени загрязнения воздуха. Также лишайники служат прибежищем для множества животных: гусениц, клещей, тараканов, цикад, жужелиц и т. д.

touch.otvet.mail.ru

«Зелёные контролёры» загрязнения воздуха | Статья в журнале «Молодой ученый»

Нередко можно наблюдать, как люди, прогуливаясь по лесу и замечая необычные, порой неприглядные растения, густо покрывающие стволы и ветви деревьев, называют их мхами. И наоборот, мхи путают с лишайниками. Мхи и лишайники — две абсолютно не связанные между собой группы криптогамов (иными словами, тайнобрачных растений, т. е. не имеющих цветения). Однако эти группы имеют немало общего. И те и другие не имеют корневой системы, а значит, их питание зависит от атмосферных осадков. И лишайники, и мхи растут очень медленно и живут весьма продолжительное время. Так, лишайники могут жить десятки и даже сотни лет. Обе группы растут практически во всех уголках земного шара, способны выдерживать экстремальные природные условия: ещё со школьной скамьи многие помнят, что лишайники называют «пионерами растительности». Видов мхов и лишайников существует довольно много. Эпифитные лишайники (произрастающие на деревьях) и сфагновые мхи (растущие на болотах) наиболее часто вызывают интерес у исследователей. Обе группы заслуживают особого внимания, остановимся более подробно на каждой из них.

Сфагновые мхи растут на верховых болотах, которые наиболее распространены в северном полушарии нашей планеты. Например, в центральной части Западно-Сибирской равнины, где осадков выпадает в среднем более 500 мм в год, формируется зона с избыточным увлажнением. Незначительная степень испарения и затрудненный сток создают крайне благоприятные условия для развития болотообразовательных процессов [3]. Формирующееся болото представляет собой природное образование, занимающее часть земной поверхности и представляющее собой отложения торфа, насыщенные водой и покрытые специфической растительностью [5]. Торф образующаяся в результате отмирания и неполного распада болотных растений в условиях повышенного увлажнения при недостатке кислорода [6].

Болота и заболоченные почвы образуются за счет заболачивания суши или зарастания водоемов. Верховые болота развиваются на более приподнятых элементах рельефа (на водоразделах, террасах рек). Здесь заболачивание суши происходит вследствие почвообразовательных процессов, застаивания поверхностных вод, их высокого стояния или выклинивания [4]. При начавшемся процессе болотообразования растительные ассоциации, менее приспособленные к условиям недостатка минерального питания и избытку влаги, сменяются более приспособленными, например, сфагновыми мхами. Накопление органического вещества отмерших растений в полуразложившемся и неразложившемся виде увеличивает влагоемкость, замедляет поверхностный сток, уменьшает водопроницаемость, что способствует застаиванию воды, ухудшению аэрации, развитию последующего заболачивания. Далее развитие болота происходит по схеме: травяное болото — зеленомоховое болото — сфагновое болото [4].

К мхам относятся низкие (высотой до 10–20 см) растения, состоящие из одного или нескольких стебельков со спирально расположенными на них листьями. Корней мхи не имеют: у некоторых из них корни заменяются волосковидными многоклеточными образованиями, так называемыми ризоидами. На болотах встречаются мхи двух порядков: зеленые (бурые) и сфагновые (белые торфяные) мхи. В порядок зеленых мхов входит несколько семейств, название одного из них часто относят ко всему семейству зеленых мхов, называя их гипновыми мхами. Все сфагновые мхи принадлежат к одному семейству, объединяющему один только род Sphagnum (Рис. 1).

Рис. 1. Общий вид мха Sphagnum

 

Моховые подушки (кочки) на болотах состоят из сфагнового мха, который постоянно нарастает вверх, а в нижних частях отмирает, накапливая слой торфа. В отличие от многих других мхов, у сфагнума нет корней, поэтому растет он очень плотно и одно растение поддерживает другое. Отмершая часть мха не перегнивает, во-первых, из-за недостатка кислорода, а во-вторых, сам мох выделяет вещества, препятствующие гниению и обладающие бактерицидными свойствами.

Там, где поселяются сфагновые мхи, создается особый водный режим постоянного высокого увлажнения. Вода, удерживаемая сфагнами, почти неподвижна, в ней мало кислорода. В сухом состоянии сфагновые мхи могут впитать воды примерно в 20 раз больше собственной массы. Благодаря этому мох и получил свое название — «сфагнос», что в переводе с греческого означает «губка». Возможность впитывать такое количество влаги обусловлено клеточным строением сфагнового мха. Если рассмотреть сфагнум под микроскопом, то помимо обычных зеленых клеток, которые содержат хлорофилл, можно увидеть специальные воздухоносные клетки (Рис. 2). Эти клетки мертвые, и их оболочки довольно плотные, и именно они способны удерживать огромное количество влаги.

Рис. 2. Структура сфагнового мха под микроскопом

 

Особенностью этих клеток является также то, что они могут удерживать химические элементы, поступающие в верховое болото из атмосферы. Так как верховые болота лишены минерального питания от грунтовых вод, то химический состав мхов, торфа и болотных вод определяется преимущественно атмосферными осадками. Соответственно, сфагновые мхи абсорбируют выпавшие из атмосферы аэрозоли и частицы пыли, и за весь период роста накапливают их в себе. Например, верховое болото, расположенное в окрестностях города с разнообразными видами промышленности, может «много рассказать» о качестве воздуха, которым дышат его жители. В этом отношении, сфагновые мхи выступают в качестве «контролера» чистоты атмосферного воздуха.

На территории России наибольшей заболоченностью отличается Томская область, где расположен самый большой в мире болотный массив — Большое Васюганское болото. Сфагновые мхи верхового болота в окрестностях городов Томска и Северска в Томской области накапливают в себе бόльшие, по сравнению с болотами фоновых районов (где отсутствуют источники загрязнения), концентрации редкоземельных и радиоактивных элементов (Ba, Sr, Rb, Co, лантаноиды, U, Th). А источниками повышенных концентраций этих химических элементов являются в основном крупные предприятия, такие как Сибирский Химический Комбинат и тепловые электростанции, использующие для сжигания уголь.

Верховое болото, ежегодно накапливающее в себе выпавшие из атмосферы загрязняющие вещества, хорошо отражает временные интервалы загрязнения окружающей среды химическими элементами, что хорошо заметно, при сравнении его с фоновыми не загрязненными районами [13]. К тому же, ученые из Томского политехнического университета с кафедры геоэкологии и геохимии, долгое время изучающие химический состав компонентов природной среды (почвы, снег, донные отложения озер, лишайники) в Томской области, также отмечают загрязнение окружающей среды г. Томска и его окрестностей схожим спектром химических элементов [9].    

Особенно много верховых болот в районах добычи углеводородного сырья в Томской области. Так как при добыче нефти и газа окружающая среда загрязняется в основном углеводородами, то содержания большинства химических элементов во мхах здесь ниже, чем в окрестностях г. Томска (Рис. 3). Но такие химические элементы, как натрий, бром и сурьма в болоте, расположенном в районе влияния нефтедобывающего комплекса Томской области, наоборот выше, что в целом характерно для нефтедобывающего и нефтеперерабатывающего производств [10,12].

Рис. 3. Содержание химических элементов в сфагновых мхах болот, расположенных вблизи г. Томска (1) и в районе добычи нефти Томской области (2)

 

Отмершие сфагновые мхи, образуя торфяные залежи, сохраняют в себе химические элементы, поступившие в них «при жизни». Особая среда торфяных болот препятствует миграции химических элементов и, таким образом, верховое болото сохраняет в себе информацию о поступлении химических элементов из атмосферы. На территории Западной Сибири известно верховое болото с глубиной торфяной залежи 11 м возрастом около 10 000 лет! Таким образом, верховое болото на протяжении веков и тысячелетий может хронологически «записывать» информацию о химическом составе атмосферного воздуха.

Лишайники представляют собой организмы, тело (таллом) которых состоит из двух компонентов — водоросли и гриба, находящихся в симбиозе. В настоящее время насчитывается свыше 25 000 видов лишайников и практически ежегодно учёные-лихенологи (от английского «lichen» — лишайник) открывают новый вид. Основными формами роста являются кустистые, листоватые (Рис. 4) и накипные лишайники.

 

Рис. 4. Листоватые и кустистые формы лишайников (фото Ю. Носкова)

 

Лишайники произрастают на высших растениях (эпифиты), почве (эпигеиды) горных породах (эпилиты). Лишайники служат важным звеном пищевой цепи, что особенно актуально для районов Крайнего Севера. Эти растения являются кормом не только для домашних северных оленей, но и для диких животных — лося, марала, косули, кабарги. Алтайские охотники называют эпифитный лишайник вида Usnea «маральим сеном» [7].

Лишайники являются медленнорастущими организмами. Замедленный рост лишайников, особенно накипных форм, обуславливает продолжительность их жизни. К примеру, возраст отдельных слоевищ лишайника Risocarpongeographicum достигает 4000 лет, а в среднем возраст большинства кустистых и листоватых форм не превышает 50–100 лет [7]. Благодаря высокой продолжительности жизни и постоянного прироста, учёные успешно применяют лишайники для определения возраста субстратов, на которых они произрастают. Этот метод, называемый лихенометрией, используют для установления возраста ледниковых морен, археологических находок.

Распространение и обилие лишайниковой флоры с середины 19 в. используются для индикации загрязнения атмосферного воздуха (лихеноиндикация). В настоящее время установлено, что индекс, основанный на количестве видов лишайников и их встречаемости, на площадке-сетке, весьма надёжен и для многих городов были созданы детальные карты качества воздуха [1]. Для наблюдения за состоянием воздуха предпочтительней использовать эпифитные лишайники, т. е. произрастающие на стволах и ветвях деревьев, поскольку они являются наиболее чувствительными к изменению содержания в воздухе химических веществ.

Загрязнители проникают в слоевища лишайников из атмосферы вместе с осадками и пылью, более того, осадки насыщаются загрязняющими веществами, проходя через кроны деревьев и стекая по стволам и ветвям. Установлено также, что лишайники накапливают тяжелые металлы, содержащиеся в атмосферных осадках, в 2–5 раз больше, чем высшие растения, причем лишайники-эпифиты интенсивнее, чем напочвенные лишайники [8]. Эпифитные лишайники можно использовать как биоиндикаторы, и как аккумулятивные биомониторы стойких атмосферных поллютантов (накопители). Для получения достоверных результатов и составления надёжных прогнозов рекомендуется сочетать индикационные, аккумулятивные исследования с помощью лишайников в сочетании с традиционным инструментальным мониторингом. Таким образом, лишайники также являются мониторами, или «контролерами» загрязнения атмосферы.

В Томской области выбор эпифитных лишайников для исследований состояния атмосферного воздуха был продиктован тем обстоятельством, что 91 % территории региона занимает площадь лесного фонда [11], что, соответственно, характеризуется широким распространением лихенофлоры.

По результатам исследования химического состава лишайников, произрастающих в окрестностях городов Томска и Северска, было выявлено, что эпифиты накапливают в себе бόльшие, по сравнению с таковыми из фоновых территорий и районов добычи нефти и газа Томской области, концентрации кальция, стронция, сурьмы, редкоземельных и радиоактивных элементов. Происходит это за счёт влияния выбросов от источников загрязнения воздуха Сибирского Химического комбината, нефтехимического производства, тепловых электростанций, работающих на угле.

В районах нефтедобывающего комплекса, в процессе основных и подготовительных работ при нефтедобыче происходит загрязнение приземного слоя атмосферы углеводородами, оксидами азота и углерода, сажей, бензапиреном, тяжёлыми металлами. Небольшой перечень загрязнителей регулярно контролируется измерительными приборами, однако значительно более широкий спектр загрязняющих веществ, возможно определить, анализируя слоевища лишайников. Так, удалось установить, что по сравнению с лишайниками окрестностей Томска, лишайники из районов нефтедобычи накапливают повышенные концентрации хрома, цинка, мышьяка, брома, рубидия, бария и золота, что согласуется с данными, полученными при исследованиях иных компонентов биосферы данного региона [10, 12] (Рис. 5).

Рис. 5. Содержание химических элементов в эпифитных лишайниках (мг/кг), произрастающих в районе добычи нефти Томской области (1) и вблизи г. Томска (2)

 

Трудно умалить роль обоих рассмотренных групп: мхов и лишайников, в оценке качества атмосферного воздуха. При исследовании загрязнения воздуха одинаково хорошо использовать и те и другие. Уровни накопления химических элементов в лишайниках и мхах находятся примерно в одном диапазоне. Однако, по содержаниям загрязняющих веществ лишайники отличаются от мхов повышенным концентрированием скандия, брома, церия, самария, европия, тербия, лантана, иттербия, лютеция, тория и урана не более, чем в 2,3 раза. Мхи же лучше концентрируют рубидий, серебро, золото, барий и цезий (Рис. 6).

В заключение хочется сказать, что практически все растения чутко реагируют на изменение химического состава воздуха, а некоторые из них, например определённые роды лишайников, первыми исчезают из привычного местообитания (наверняка многим известно понятие «лишайниковые пустыни», наблюдающиеся в индустриальных зонах).

Считается, что в настоящее время на Земле еженедельно исчезает один вид растений. Можем ли мы, люди, изменить ситуацию, остановить гибель растений, которые являются частью экосистемы и играют свою роль не только в пределах экосистемы, но и служат контролерами воздуха, которым мы дышим?

Рис. 6. Содержание химических элементов во мхах и лишайниках, мг/кг

 

Литература:

 

1.         Баргальи Р. Биогеохимия наземных растений. Пер. с англ. — И. Н. Михайловой (Институт экологии растений и животных, г. Екатеринбург). — М.: ГЕОС, 2005. — 457 с.

2.         Березина Н. А. Прогулки на верховое болото // Вестник ТГПУ. — 2008. — Вып. 4 (78). — С. 87–89.

3.         Болота Западной Сибири, их роль в биосфере / Под ред. А. А. Земцова. — 2-е изд. — Томск: ТГУ, СибНИИТ, 2000. — 72 с.

4.         Владыченский С. А. Сельскохозяйственная мелиорация почв. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1964. — 416 с.

5.         ГОСТ 19179–73. Гидрология суши. Термины и определения.

6.         ГОСТ 21123–85. Торф. Термины и определения.

7.         Жизнь растений (Водоросли. Лишайники) / Под ред. М. М. Голлербаха. — М.: Просвещение, 1977. -Т. 3.- 545 с.

8.         Инсарова И. Д., Инсаров Г. Э. Сравнительные оценки чувствительности эпифитных лишайников различных видов к загрязнению воздуха // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Л.: Гидрометеоиздат. — 1989-. Т. 12. C. 113–175.

9.         Рихванов Л. П., Язиков Е. Г., Сухих Ю. И., Барановская Н. В., Волков В. Т., Волкова Н. Н., Архангельский В. В., Архангельская Т. А., Денисова О. А., Шатилов А. Ю., Янкович Е. П. Эколого-геохимические особенности природных сред Томского района и заболеваемость населения. — Томск, 2006. — 216 с.

10.     Шатилов А. Ю. Вещественный состав и геохимическая характеристика атмосферных выпадений на территории Обского бассейна: диссер. … канд. геол.-мин. наук. — Томск, 2001. — 205 с.

11.     Экологический мониторинг: Доклад о состоянии окружающей среды Томской области в 2011 году / гл. ред. А. М. Адам, редкол.: В. А. Коняшкин, А. В. Дмитриев, Ю. В. Лунева. — Томск: Графика DTP, 2012. — 166 с.

12.     Язиков Е. Г. Экогеохимия урбанизированных территорий юга Западной Сибири: автореферат диссер. … доктора геол.-мин. наук. — Томск, 2006. — 45 с.

13.     Mezhibor A., Arbuzov S., Rikhvanov L., Gauthier-Lafaye F. History of the Pollution in Tomsk Region (Siberia, Russia) According to the Study of High-Moor Peat Formations // International Journal of Geosciences. — 2011. — V. 2. — № 4. — Р. 493–501.

moluch.ru

Научно-исследовательская работа по экологии: "Определение состояния атмосферы"

Разделы: Экология

Справочный материал. Воздух-смесь газов

Основные составные части воздуха можно подразделить на три группы: постоянные, переменные и случайные.

Содержание постоянных веществ практически не меняется в любой порции сухого воздуха. Вторую группу составляют углекислый газ и водяной пар. Колебания содержания водяного пара в объяснениях не нуждаются. Непостоянное содержание углекислого газа обусловлено неравномерностью его поглощения из воздуха растительностью в зависимости от интенсивности этой растительности, времени года, суток и т.д., а также деятельностью человека, ежегодно сжигающего миллиарды тонн углесодержащих веществ.

Содержание случайных частей воздуха целиком обусловлено местными причинами. Это и природные явления, например, деятельность вулканов и грозы, и деятельность человека, которая стала главным источником случайных примесей в настоящее время.

Составные части воздуха % содержание от объема
постоянные:  
азот 78%
кислород 21%
инертные газы 1%
переменные:  
углекислый газ до 0,04%
водяной пар до 3%
случайные:  
оксиды серы непостоянно
оксиды азота непостоянно
монооксид углерода непостоянно
твердые частицы непостоянно

(Диаграмма №1.)

Откуда в биосфере – углекислый газ

Наряду с кислородом углекислый газ играет очень важную роль в процессах, происходящих в биосфере. Углекислый газ (диоксид углерода) – это вещество, существующее обычно в газообразном состоянии. В воздухе всегда содержится небольшое количество углекислого газа – около 0,4 литра в 1000 литрах воздуха. Большая часть углекислого газа поступает в воздух в результате жизнедеятельности различных организмов, населяющих нашу планету.

Некоторая часть углекислоты поступает в атмосферу в результате таких естественных процессов, происходящих на планете, как вулканическая деятельность. Значительная часть углекислоты в настоящее время появляется в воздухе вследствие сжигания органического топлива, содержащего углерода ( древесина, каменный уголь, нефтепродукты, природный газ ).

Для нормальной деятельности человеку необходимо незначительное количество углекислого газа. Он имеет важное значение в регуляции таких важнейших процессов, как дыхание и кровообращение, и некоторые другие функции организма. Но превышение концентрации углекислого газа в воздухе, а затем и в крови человека может причинить вред и даже стать причиной смерти.

Мы получаем кислород из воздуха, которым дышим. Кислород поступает в кровь. Там он соединяется с питательными веществами и в результате химических реакций превращается в углекислый газ, который возвращается в легкие и выдыхается. Точно так же процесс образования углекислоты происходит в организме животных.

Растения также испытывают жизненную необходимость в углекислом газе. Они поглощают углекислый газ из воздуха через поры в листьях. В клетках растений он соединяется с водой, а затем с помощью энергии солнечного света эти вещества превращаются в углеводы и другие вещества, необходимые растениям для нормальной жизнедеятельности. Растение при этом выделяет кислород.

Растения выделяют кислород и поглощают углекислый газ. Люди и животные, наоборот, вдыхают кислород, а выдыхают углекислый газ. Таким образом, поддерживается относительно постоянное количество кислорода и углекислого газа в воздухе.

В последнее время вследствие сжигания большого количества топлива в промышленности и на транспорте происходит нарушение теплового баланса на планете, так как углекислый газ относится к парниковым газам.

Загрязнение воздушной среды

Роль атмосферы в природных процессах огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредных космического и ультрафиолетового 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 сокращению численности, видового разнообразия животных и растений, заболеваемости человека.

Источников антропогенного характера, вызывающих 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, соединения свинца (количество свинца в воздухе находится в прямой зависимости от интенсивности движения и может достигать 4-12 мг/м3). При работе на серосодержащем топливе в выхлопах появляется диоксид серы. Тысяча автомобилей с карбюраторным двигателем в день выбрасывает около 3т газа , 100 кг оксидов азота, 500 кг продуктов неполного сгорания бензина.

При сжигании горючих ископаемых (угля, нефти, газа) большая часть содержащейся в них серы превращается в диоксид серы. От индустрии в атмосферу попадают различные загрязнители, прежде всего, это диоксид серы, оксиды углерода, аммиак, сероводород, фенол, хлор, углеводороды, сероуглерод, фторсодержащие соединения, серная кислота, аэрозольная пыль, тяжелые металлы, радиоактивные соединения и многие другие вредные вещества. Кислотные оксиды вместе с дождем могут выпадать на поверхность земли, воздействия на почву, растительность и живые организмы.

Помимо выбросов химических веществ, серьезными загрязнениями атмосферы являются выбросы большого количества водяного пара, шум, электромагнитное излучение, тепловое загрязнение, в том числе выбросы большого количества нагретого газа.

На занятиях творческого объединения “Антропоген” мы решили исследовать чистоту воздуха нашего поселка.

Оценку состояния воздушной среды проводили в условиях школы с использованием биоиндикационных, физических и химических методов исследования. Из бионикационных методов мы использовали определение степени чистоты воздуха по хвое сосны обыкновенной и лишайникам. Кроме того, чистоту воздуха можно определить по химическому анализу снегового покрова, кислотности дождевых осадков и запыленности воздуха.

Биоиндикационные методы

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.

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

Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны

Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обусловливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого настоящее время за “эталон биодиагностики”. Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические анатомические изменения, а также продолжительность жизни хвои. При хроническом загрязнении лесов диоксидом серы наблюдаются повреждения и преждевременное опадение хвои сосны. В зоне техногенного загрязнения отмечается снижение массы хвои 30-60% в сравнении с контрольными участками. Для мониторинга загрязнения атмосферы мы выбрали участки соснового леса разноудалённые от обогатительной фабрики, как основного загрязнителя воздуха. На каждом участке взяли пробы хвои и проанализировали.

Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы

В лесных незагрязненных экосистемах основная масса хвои сосны здорова, не имеет повреждений, и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зелёные пятна и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. В загрязнённой атмосфере появляются повреждения, и снижается продолжительность жизни хвои сосны.

Методика индикации чистоты атмосферы по хвое сосны стоит в следующем. С нескольких боковых побегов в средней части кроны 5-10 деревьев сосны в 15–20–летнем возрасте мы отобрали 200– 300 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. Все пробы брались в течение одного месяца. Обработанные данные вносятся в таблицу экопаспорта.

По этим результатам мы можем судить о загрязнении воздуха на территории посёлка 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.

Таблица

Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы поселка Мундыбаш

Повреждение и усыхание хвоинок

Номера участков

1

%

2

%

3

%

4

%

Общее число обследованных хвоинок

300

100

300

100

300

100

300

100

Количество не поврежденных хвоинок

257

85,7

182

60,7

97

32,3

86

28,66667

Количество хвоинок с пятнами

22

7,33

45

15

96

32

108

36

Количество хвоинок с усыханием

21

7

73

24,3

107

35,7

106

35,33333

Диаграмма №2.

1 участок – контрольный ( природный ландшафт) – район б/п Красный луч.

2 участок – сосновые посадки к югу от поселка.

3 участок – сосновые посадки в конце улицы Буденного.

4 участок – сосенки на территории поселка.

Из диаграммы и таблицы можно пронаблюдать зависимость качества хвои от чистоты воздуха по мере удаленности от поселка.

Почему грязный воздух губит деревья?

Во всем мире загрязнение воздуха, вызванное сжигаемого топлива, наносит невосполнимый ущерб хвойным лесам. Сильно пострадали, так как менее устойчивы по сравнению с лиственными, хвойные массивы в России и Скандинавии, Германии и Соединенных Штатах. Гибнут ранее высокопродуктивные леса, и в этом не виноваты ни болезни, ни вредители. Главная причина гибели деревьев – загрязнение воздуха и связанные с ним кислотные дожди и накопление озона в приземных слоях атмосферы. Ученые установили, что кислотные дожди и озон оказывают неблагоприятное влияние на деревья двояким способом. Во – первых, они непосредственно разрушают хлорофилл в клетках хвои и, нарушая фотосинтез, ослабляют деревья. Во– вторых, эти загрязнители способствуют вымыванию из почвы важных для растений питательных составляющих – магния, калия и кальция. Это еще больше ухудшает положение ослабленного дерева. Признаки ухудшения питания можно обнаружить, если внимательно присмотреться к городским соснам. Пожелтение хвои и усыхание вершин – верный признак тяжелого недуга, вызванного загрязнением.

Ослабленные деревья не могут сопротивляться другим неблагоприятным факторам, с которыми успешно справлялись до этого. Нашествие вредителей, распространение паразитических грибов, засуха или сильные морозы приводят к гибели деревьев. Смерть доминирующих видов отражается на всех остальных элементах экосистемы. Страдают и гибнут многие связанные с хвойными деревьями животные и растения. Экосистема леса в целом теряет устойчивость и погибает.

Как и все живые организмы, растения леса дышат, поглощая кислород и выделяя углекислый газ. Но днем, на свету, в процессе фотосинтеза происходит и противоположное явление – растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород.

В солнечный день 1га леса поглощает из воздуха в среднем 120 – 280 кг углекислого газа и выделяет 180 – 280 кг кислорода.

За один час лесная растительность на площади в 1 га поглощает 8 кг углекислого газа – количество, которое выдыхают за это же время 200 человек.

Количество поглощаемого углекислого газа и выделяемого кислорода у различных видов деревьев различно.

Наибольший % углекислого газа поглощают дуб и тополь, наименьший – ель. (Этот вывод мы сделали, глядя на схему.)

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 поглощают воду всей поверхностью тела в основном из атмосферных осадков и отчасти из водяных паров, влажность слоевищ непостоянна и зависит от влажности окружающей среды. Таким образом, поступление воды в лишайники происходит, в отличие от высших растений, по физическим, а не по физиологическим законам. Недаром слоевище лишайников часто сравнивают с фильтровальной бумагой.

Минеральные вещества в виде водных растворов поступают в слоевище лишайника из почвы горных пород, коры деревьев. Однако гораздо большее количество химических элементов лишайники получают из атмосферы с осадками и пылью. Поглощение элементов из дождевой воды идет очень быстро и сопровождается их кон центрированием. При повышении концентрации соединений металлов в воздухе резко возрастает их содержание в слоевищах лишайников, 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, хрома, марганца, железа, никеля, меди, цинка, галлия, кадмия, свинца, ртути, иттрия, урана, фтора, йода, серы, мышьяка, селена и д.р.

Многочисленные исследования в районах промышленных объектов, на заводских и прилегающих к ним территориях 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 совсем утрачивают плодовые тела. Дальнейшее загрязнение атмосферы приводит к тому, что лопасти лишайников окрашиваются в беловатый, коричневый или фиолетовый, цвет, их талломы сморщиваются и они погибают. Изучение лишайниковой флоры в населенных пунктах показывает, что состояние окружающей среды оказывает существенное влияние на развитие лишайников. 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 SO2 превышает 0,3 мг/м3, лишайники практически отсутствуют. В районах со средними концентрациями SO от 0,3 до 0,05 мг/м3 оп мере удаления от источника загрязнения сначала появляются накипные лишайники, затем листовые (фасция, леканора, ксантория) при концентрации менее 0,05 мг/м3 появляются кустистые лишайники (уснея, алектория, анаптихия,) и некоторые листовые (лобария, пармелия).

На частоту встречаемости лишайников влияет кислотность субстрата. На коре, имеющей нейтральную реакцию, лишайника 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”.

Встречаемость лишайников в различных частях поселка в зависимости от среднего количества диоксида серы в воздухе

Зоны лишайников

Район поселка

Концентрация диоксида серы

“Лишайниковая пустыня”, лишайники практически отсутствуют

Район обогатительной фабрики с сильно загрязненным воздухом

Свыше 0,3 мг/м3
“Зона угнетения”, флора бедна

Район поселка со средней загрязнен-ностью, ул. Суворова и Буденного

0,05 –0,3 мг/м3
“Зона нормальной жизнедеятельности”, видовое разнообразие

Периферийные районы поселка: б/п Красный луч, сосновые посадки, де-ревня Тельбес, дачный поселок 461 км

Менее 0,05 мг/м3

Таким образом, методы оценки загрязненности атмосферы по встречаемости лишайников основаны на следующих закономерностях.

  1. Чем сильнее загрязнен воздух города или поселка, тем меньше встречается в нем видов лишайников (вместо десятков может быть один – два вида).
  2. Чем сильнее загрязнен воздух, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев.
  3. При повышении загрязненности воздуха, исчезают первыми кустистые лишайники; за ними – листовые; последними – накипные.

Литература

  1. Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг.Москва: АГАР, 2000.
  2. Дядюн Т.В. Практикум “Мир воздуха”. Ж. “Биология в школе”, № 1, 2001.
  3. Самкова В.А. Мы изучаем лес. Ж. “ Биология в школе”, № 7, 2003.
  4. Чернова Н.М., Былова А.М. Экология. Учебное пособие для педагогических институтов. Москва. Просвещение, 1988.
  5. Чижевский А.Е. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Экология. Москва. Издательство АСТ, 1999.

23.03.2007

xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai


Sad4-Karpinsk | Все права защищены © 2018 | Карта сайта