Биоиндикация загрязнения воздуха по комплексу признаков сосны обыкновенной

      Особенно  губительно действует на человека  загрязнение атмосферы в тех случаях, когда метеорологические условия способствуют застою воздуха над городом.

      Существуют  различные классификации вредных  веществ, в основу которых положено их действие на человеческий организм. В соответствии с наиболее распространенной классификацией вредные вещества делятся на шесть групп: общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные, влияющие на репродуктивную (детородную) функцию человеческого организма.

      Общетоксические вещества вызывают  отравление всего организма. Это оксид углерода, свинец, ртуть, мышьяк и его соединения, бензол и др.      Раздражающие вещества вызывают раздражение дыхательного тракта и слизистых оболочек человеческого организма. К этим веществам относятся: хлор, аммиак, пары ацетона, оксиды азота, озон и ряд других веществ.

      Сенсибилизирующие вещества действуют  как аллергены, т.е. приводят  к возникновению аллергии у человека. Этим свойством обладают формальдегид, различные нитросоединения, никотинамид, гексахлоран и др.

      Воздействие канцерогенных веществ  на организм человека приводит  к возникновению и развитию злокачественных опухолей (раковых заболеваний). Канцерогенными являются оксиды хрома, 3,4-бензпирен, бериллий и его соединения, асбест и др.

      Мутагенные вещества при воздействии  на организм вызывают изменение наследственной информации. Это радиоактивные вещества, марганец, свинец и т.д.

      Среди веществ, влияющих на  репродуктивную функцию человеческого  организма, следует в первую очередь назвать ртуть, свинец, стирол, марганец, ряд радиоактивных веществ и др.

      Пыль, попадая в организм человека, оказывает фиброгенное воздействие,  заключающееся в раздражении слизистых оболочек дыхательных путей. Оседая в легких, пыль задерживается в них. При длительном вдыхании пыли возникают профессиональные заболевания легких.

      Содержащиеся в атмосфере вредные  вещества воздействуют на человеческий  организм при контакте с поверхностью кожи или слизистой оболочкой. Наряду с органами дыхания загрязнители поражают органы зрения и обоняния, а, воздействуя на слизистую оболочку гортани, могут вызвать спазмы голосовых связок.

 

1.3. Биоиндикация  как метод экологического мониторинга.

 

      Учеными отмечено, что экологическая ситуация в любом городе, может кардинально изменится не только за продолжительное время, но и за считанные часы, так как  интенсивность выбросов предприятиями отходов в атмосферу, или в водоем иногда катастрофически увеличивается. Поэтому необходимо вести регулярное наблюдение за состоянием экосистем и их элементов. Такие постоянные наблюдения называются экологическим мониторингом (от латинского слова «монитор» - тот, кто напоминает, предупреждает).

       Понятие «экологический мониторинг»  определяется ведущими специалистами – экологами следующим образом:

- система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений  в биоте, вызванных факторами  антропогенного происхождения;

- слежение за  биологическими объектами и мониторинг  с помощью биоиндикаторов;

- определение состояния живых систем на всех уровнях организации и отклика их на загрязнение среды.

      Под "здоровьем среды», в самом  общем смысле, понимается ее состояние  (качество), необходимое для обеспечения  здоровья человека и других  видов живых существ.

      Методы оценки абиотических и  биотических факторов местообитания  при помощи биологических систем  часто называют биоиндикацией  (лат. - indicare - указывать). В соответствии  с этим, организмы или сообщества  организмов, жизненные функции которых  так тесно коррелируют с определенными факторами среды, что могут применяться для их оценки, называют биоиндикаторами. При биоиндикации изменения биологической системы всегда зависят как от антропогенных, так и от природных факторов среды. Эта система реагирует на воздействие среды в целом в соответствии со своей предрасположенностью, то есть такими внутренними факторами, как условия питания, возраст, генетически контролируемая устойчивость и уже присутствующими нарушениями. Существуют различные формы биоиндикации. Если две одинаковые реакции вызываются различными антропогенными факторами, то говорят о неспецифической биоиндикации. Если же те или иные происходящие изменения можно связать только с одним фактором, то речь идет о специфической биоиндикации. Если биоиндикатор реагирует значительным отклонением жизненных проявлений от нормы, то он является чувствительным биоиндикатором. Аккумулятивные биоиндикаторы, напротив, накапливают антропогенное воздействие большей частью без быстро проявляющихся нарушений.

     Для биоиндикации пригодны в основном два метода - пассивный и активный мониторинг. В первом случае у свободно живущих организмов исследуются видимые или незаметные повреждения или отклонения от нормы, являющиеся признаками стрессового воздействия. При активном мониторинге пытаются обнаружить те же самые воздействия на тест - организмах, находящихся в стандартизированных условиях на исследуемой территории.

Используемые  для целей экомониторинга виды-биоиндикаторы  отвечают следующим требованиям:

- являются доказательно исследованными;

- методически  хорошо отработаны;

- имеют адекватный  отклик измеряемых параметров  на изменение экологической ситуации;

- обладают достаточной  чувствительностью;

- зарекомендовали  себя как виды-биоиндикаторы в  аналогичных исследованиях;  
- широко распространены по всей обследуемой территории, являются массовыми видами;

- удобны для  сбора (коллекционирования);

- удобны для  обработки и хранения;

- имеют четкие (заметные) и удобно читаемые изменяющиеся  признаки, удобные для замеров  в практической работе.

     

      Заслуживает внимание индикаторная  роль растений. В настоящее время  растения – индикаторы используют  в своих исследованиях и практической  деятельности геологии, гидрологии, землеустроители, почвоведы, климатические  экологи, лесоводы, археологи и др.

Бузина, ежевика  полевой лук клевер, дикая яблоня и груша является признаком хлебной  почвы. Растения резко реагируют  на изменение внешних условий. В  зависимости от характера почвенного покрова наибольшее распространение  получают те или иные виды растений. Отрицательные воздействия выхлопных газов автомобилей на некоторых растениях настолько отчетливо, что их с успехом можно использовать для обнаружения опасной для людей концентрации этих газов. Особенно это важно в местах скопления выхлопных газов, например в туннелях, автострадах с интенсивным движением. Засыхание концов листьев, изменение окраски, появление белых пятен на листовых пластинах, замедление роста растений свидетельствует на присутствие в окружающей среде опаснейших загрязнителей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Биоиндикация загрязнения воздуха 

по  комплексу признаков сосны обыкновенной

 

Считается, что  для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обусловливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики». Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические и 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 на 30-60% в сравнении с контрольными участками.

 

2.1. Методика оценки загрязнения атмосферы

по  комплексу признаков сосны обыкновенной.

 

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

На рисунке  показаны различные варианты состояния  хвои сосны.

      1          2          3           4           5            6

Рис 1. Классы повреждения и усыхания хвои сосны: 
I - хвоинки без пятен, нет сухих участков; 2, 3 - с черными и желтыми пятнами;

4-6-хвоинки с  усыханием

1. Методика состоит в следующем. С нескольких боковых побегов в средней части кроны 5-10 деревьев сосны в 15-20-летнем возрасте собирают всю хвою и визуально анализируют ее состояние. Степень повреждения определяют по наличию хлоротичных пятен, некротических точек, некрозов и т.д. Данные заносятся в рабочую таблицу.

При обследовании состояния хвои определяются степень ее повреждения и усыхания, а так же продолжительность жизни.

При этом объектом исследования является верхушечная  часть ствола. Внимательно осматривают  хвоинки участка центрального побега предыдущего года (второй сверху) и  определяют по шкале класс повреждения и усыхания хвои.

 

Класс повреждения хвои	1	2	3
Степень повреждения	Хвоинки без  пятен	Хвоинки с небольшим числом пятен	Хвоинки с большим  числом черных и желтых пятен, некоторые  из них крупные, во всю ширину хвоинки

 

 

Информативной по техногенному загрязнению является продолжительность жизни хвои сосны (от 1 до 4-5 лет).

На каждом участке  осматриваются невысокие деревья (в возрасте 10-15 лет). Результаты заносятся  в таблицу. По данным таблицы рассчитывают индекс продолжительности жизни хвои Q сосны по формуле:

,

где В₁, В₂, В₃ – количество осмотренных деревьев с данной продолжительностью жизни хвои. Чем выше индекс Q, тем больше продолжительность жизни хвои сосны, а значит – и чище воздух.

 

2. При определении интенсивности годовых приростов побегов сосны измеряется длина прироста каждого года, толщина побегов, ветвление побегов определяют подсчетом веточек в местах междоузлий.

На основании  данного показателя формулируется  вывод о зависимости состояния  побегов сосны от условий произрастания.

 

3. Для определения состояния кроны древостоя подсчитывают количество деревьев с различным состоянием кроны.

Визуальную  оценку древостоев проводят по совокупности признаков: состоянию ствола, ветвей, корней, по ажурности крон, приросту по высоте. Затем вычисляют показатель обесхвоенности кроны по формуле:

 

,

 

где В₁, В₂, В₃, В₄, В₅, В₆ – количество деревьев с соответствующим состоянием кроны.

Далее делается вывод о состоянии кроны древостоев на участках, различающихся по загрязнению воздуха.

 

4. Условия произрастания деревьев влияют на состояние генеративных органов сосны обыкновенной.

На 3-х ветвях каждого исследуемого дерева подсчитывают число сформировавшихся почек, измеряют их длину и толщину. Затем формулируется  вывод о взаимосвязи между состоянием почек и условиями произрастания деревьев.

 

2.2. Результаты  исследования

 

Учитывая все  вышеуказанные факты и материалы, в практической части был выбран предмет исследования – сосна  обыкновенная.

 Согласно  выбранной методике были обследованы экземпляры сосны обыкновенной на двух участках:

• 1 участок – в окрестностях микрорайона Зеленый;
• 2 участок – микрорайон Привокзальный.

 

Данные занесли  в таблицы. По полученным данным построили диаграммы.

Сравнив полученные результаты, сделали соответствующие выводы и составили рекомендации.

Выполнение  работы по всем этапам было зафиксировано  в виде фотографий.

 

1. Определение состояния хвои сосны обыкновенной

Таблица 1

Состояние хвои	Участок 1 (пригород)		Участок 2 (город)
	Кол-во хвоинок	% хвоинок от общего кол-ва	Кол-во хвоинок	% хвоинок  от общего кол-ва
Обследовано	200	100	200	100
Повреждение и усыхание хвои:
1-ого  класса	124	62,0	104	52,0
2-ого  класса	65	32,5	89	44,5
3-его  класса	11	5,5	7	3,5