Конкурс научно-исследовательских работ школьников «Эврика -2013»

1.Введение……………………………………………………………..3 стр.

1.1.Актуальность исследования………………………………………3 стр.

1.2.Литературный обзор………………………………………………4-5 стр.

• 
  Сосна как биоиндикатор чистоты воздуха.
  
• 
  Воздействие загрязнителей воздуха на растения.
  
• 
  Физико-географическая характеристика района исследования.
  

3. Результаты исследования…………………………………………..8-10 стр.

4.Выводы……………………………………………………………….11 стр.

5. Заключение…………………………………………………………..11 стр.

6. Литература…………………………………………………………..12 стр.

7. Приложения………………………………………………………….13 стр.

8. Тезисы……………………………………………………………… 14 стр.

Введение

2013 год официально объявлен в России Годом охраны окружающей среды.

Главными источниками загрязнения атмосферы являются выбросы промышленных предприятий, процессы испарения и сжигания топлива (теплоэлектростанции, двигатели внутреннего сгорания и т.д.). Загрязняющие воздух вещества в результате метеорологических процессов распространяются в атмосфере на значительные расстояния, что в конечном итоге приводит к глобальному загрязнению воздуха.

Эти загрязняющие вещества попадают из атмосферы в леса чаще всего с кислотными дождями. В непосредственной близости от промышленных предприятий, загрязняющих атмосферу, возможны ожоги листьев и хвои деревьев ядовитыми газами и пылью. Устойчивость разных деревьев к атмосферным загрязнителям различна. Для биодиагностики загрязненности атмосферы можно использовать сосну обыкновенную.

_{Тема. Оценка загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной.}

Цель: провести оценку состояния атмосферного воздуха в п. Верхозим и его окрестностях по хвое сосны обыкновенной.

Задачи:

• 
  изучить литературу по теме исследования
  
• 
  изучить состояние хвои сосны обыкновенной на разных участках
  
• 
  сравнить полученные результаты с результатами исследования 2006-2008 г.
  
• 
  проанализировать и обобщить результаты исследования
  
• 
  предложить практические рекомендации по мерам предупреждения загрязнения атмосферы
  

Сосна обыкновенная, лесная (Pinus silvestris).

По современным данным существует около 120 видов сосны, которые в естественном произрастании рассеяны по всему Северному полушарию от экватора до заполярья. В умеренном и субарктическом климате они образуют леса на равнинах, а в субтропиках, тропиках и вблизи экватора произрастают в горах.

Сосны - вечнозелёные, богатые смолой деревья, обыкновенно очень крупные, реже мелкие, иногда почти кустарники. Хвоинки сосны - видоизмененные листья, они покрыты толстостенной кожицей, устьиц у них немного, и они находятся в углублениях. Хвоя сосны сохраняется 2-4 года. В силу особенностей строения, сосны в любое время года экономно испаряют влагу. Шишки - видоизмененные побеги. Красноватые шишки – женские, зеленовато - желтые - мужские. Сосны чрезвычайно распространены по всему северу России и большей части Сибири и образуют как чистые леса, так и леса в смеси с елью и другими породами. В лесу сосны имеют (до 35 метров) колоннообразный ствол. Продолжительность жизни 150-200 лет.

Возраст сосны можно примерно определить по количеству мутовок плюс 5-6 лет. К почве сосна не требовательна, растет и на песках, и в заболоченных местах, не переносит только засоленности. А вот в загазованном воздухе она сильно страдает: начинает отмирать крупные ветви, а потом и верхушка, и дерево медленно умирает, это обуславливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния.

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 сосны.

Основной реакцией дерева на неблагоприятные факторы является снижение прироста хвои, побегов у деревьев, подвергшихся воздействию выбросов промышленных предприятий и выбросов автомобильного транспорта.

Какие же вещества наиболее опасны для растений? Это сернистый газ, фтор, хлор, аммиак, фенол, окислы азота, сероводород, уксусная кислота, пары ртути, хлористый водород, окись углерода. Но все же врагом №1 надо считать для леса сернистый газ. Это вещество в особенно больших количествах попадает в атмосферу и при этом очень ядовито для растений.

Сернистый газ особенно вреден для деревьев, он приводит к хлорозу (пожелтению или обесцвечиванию листьев) и карликовости. У человека этот газ раздражает верхние дыхательные пути, так как легко растворяется в слизи гортани и трахеи. Постоянное воздействие сернистого газа может вызвать заболевание дыхательной системы, напоминающее бронхит. Сам по себе этот газ не наносит существенного ущерба здоровью населения, но в атмосфере реагирует с водяным паром с образованием вторичного загрязнителя – серной кислоты (Н₂SО₄). Капли кислоты переносятся на значительные расстояния и, попадая в легкие, сильно их разрушают. Наиболее опасная форма загрязнения воздуха наблюдается при реакции сернистого ангидрида с взвешенными частицами, сопровождающейся образованием солей серной кислоты, которые при дыхании проникают в легкие и там оседают.

Автотранспорт оказывает губительное воздействие и на зеленые насаждения. У хвойных деревьев, растущих вблизи дорог, появляются характерные темные верхушечные некрозы хвои, ветви истончаются и выглядят сухими.

Особенно чувствительна к загрязнению воздуха сосна. Появление на хвое сосны хлорозов (светлых пятен) и некрозов (темных пятен), а также усыхание хвои является результатом суммарного воздействия различных загрязнителей на растительные клетки.

Физико-географическая характеристика района исследования.

Рабочий поселок Верхозим Кузнецкого района Пензенской области расположен в юго-западной части Кузнецкого района Пензенской области. Территория рабочего поселка Верхозим Кузнецкого района Пензенской области состоит из единого массива, вытянутого с севера на юг на 17,5 км, а с востока на запад - 12 км.

Рельеф

Рельеф территории характеризуется пологоволнистой равниной. Все имеющиеся на территории овраги и балки своими основаниями подходят к р. Верхозимка. Все овраги и балки в основном залесены, закустарены, задернованы.

Почвенный покров представлен в основном двумя типами серыми лесными и черноземами. По механическому составу от легкосуглинистых до песчаных.

Наиболее плодородные почвы на территории рабочего поселка Верхозим Кузнецкого района Пензенской области – черноземы, выщелоченные и типичные, среднегумусные, глинистого и тяжелосуглинистого механического состава, площадь которых составляет 6146 га – 58 %. Серые лесные почвы от светло-серых до темно-серых 2681 га – 26 %, аллювиальные и луговые почвы составляют 781 га – 7 % они имеют повышенное содержание гумуса, азота, калия и фосфора. Смытые и намытые почвы оврагов и балок 520 га – 5 %. На территории рабочего поселка Верхозим Кузнецкого района Пензенской области имеются солонцево-черноземные почвы на площади 471 га – 4 %.

Растительные ресурсы

Рабочий поселок Верхозим расположен в лесостепной зоне. Древесно-кустарниковая растительность представлена лесами и кустарниками, преобладают смешанные леса с сосной, осиной, березой. В подлеске встречаются лещина, рябина. Естественная травянистая растительность сохранилась небольшими участками на склонах и днищах балок, а также в поймах рек Кадада и Верхозимка.

Территория рабочего поселка Верхозим обладает значительными запасами лесных ресурсов, которые занимают 80% территории. Лесной фонд ФГУ «Кузнецкий Лесхоз» относится к лесам I группы, назначение которых выполнение защитных водоохранных и рекреационных функций, а также удовлетворение потребности в древесине. Преобладающий породный состав – хвойный (сосна, ель, лиственница), лиственный (дуб, ясень, клен, береза, осина, ольха, липа, тополь, ива, тальник).

При выполнении данной работы я руководствовалась методикой, взятой из сборника Алексеева С.Б. и Беккера А.М. “Изучаем экологию – экспериментально”. По карте населённого пункта наметила точки обследования. Работу спланировала так, чтобы все обследования намеченной территории были проведены в течение 2-4 дней. В намеченных точках обследования нашла молодые сосны, произрастающие на открытом месте (поляне, опушке леса, вырубке). Выбрала 3-5 молодых деревьев высотой 1-2 метра, отстоящих друг от друга на расстояние 10-15 метров. Если дерево было высоким, то обследовала один из боковых побегов в четвёртой сверху мутовке.

При обследовании состояния хвои определяла степень её повреждения и усыхания. При этом объектом обследования является верхушечная часть ствола. Внимательно осматривала хвоинки участка центрального побега предыдущего года (второй сверху) и определяла по шкале класс повреждения и усыхания хвои (следует иметь в виду, что шипик на конце хвоинки всегда более светлый, поэтому его окраска не включается в оценку).

Класс повреждения хвои:

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

Класс усыхания хвои:

Класс усыхания хвои	1	2	3	4
Степень усыхания	Нет сухих участков	Усох кончик 2-5 мм	Усохла треть хвоинки	Вся хвоинка жёлтая или более половины её длины - сухая

Продолжительность жизни хвои оценивают, обследуя верхушечную часть ствола за последние годы: каждая мутовка, считая сверху – это год жизни. Определив класс повреждения и продолжительность жизни хвои, можно оценить класс загрязнения воздуха по следующей таблице:

II – чистый,

III – относительно чистый (“норма”),

IV – загрязнённый (“тревога”),

V – грязный (“опасно”),

VI – очень грязный (“вредно”).

а — хвоя без пятен (КП1), нет сухих участков (КУ1);

Для исследования я выбрала три участка, на которых произрастает сосна обыкновенная: 1 участок - вдоль автотрассы, 2 – территория школы

(удаленность от трассы 700 метров) и 3 участок внутри лесного массива (удаленность 2000 метров от дороги). Данные участки уже были обследованы в октябре 2006-2008 г. и мне было любопытно сравнить ситуацию спустя 3 года. На каждом участке отобрала по 5-6 молодых сосен до 2-х метров и собрала с них по 250 хвоинок.

Результаты анализа повреждения хвои:
1 участок – территория вдоль автотрассы

Качество воздуха	Виды повреждений	КП-класс повреждения	КУ-класс усыхания	Кол-во хвоинок с повреждениями /%- 2006 год	Кол-во хвоинок с повреждениями /%- 2007 год	Кол-во хвоинок с повреждениями /%- 2008 год	Кол-во хвоинок с повреждениями /%- 2012 год	Кол-во хвоинок с повреждениями /%- 2013 год
I	А	КП-1	КУ-1	80 / 32	78 / 31,2	62 /24,8	45 / 18	50 / 20
II	Б	КП-2	КУ-2	84 / 33,6	30 / 12	5 / 2	58 / 23,2	70 / 28
III	В	КП-3	КУ-3	75 / 30	134 / 53,6	163 / 65,2	108 / 43,2	81 / 32,4
IV	Г		КУ-4	3 / 1,2	0	3 / 1,2	13 / 5,2	20 / 8
V	Д		КУ-5	0	2 / 0,8	7 / 2,8	5 / 2	14 / 5,6
VI	Е		КУ-6	8 / 3,2	6 / 2,4	10 / 4	21 / 8,4	15 / 6

В результате анализа мы видим, что количество здоровой хвои снизилось на 12%. В 2 раза увеличилось количество сухой хвои.

На территории школы содержание здоровой и поврежденной хвои на протяжении 8 лет осталось примерно на том же уровне.

Третий участок вызывает наибольшую тревогу. Количество здоровой хвои снизилось по сравнению с 2008 годом на 20%. Значительно прибавилось хвои с большим числом черных и желтых пятен (в 5 раз), а так же сухой хвои (в 6 раз). Наметилась серьезная тенденция к ухудшению состояния атмосферного воздуха в лесном массиве. Причину этого надо искать в увеличении автопотока через лесной массив, в связи с установкой новых нефтедобывающих скважин.

Наилучшее состояние имеют сосны на 2 и 3 участках. (60%). Сосны, расположенные вдоль автодороги имеют более 60 % поврежденной и 19% сухой хвои.

Относительно благоприятные условия на 2 участке – территория школы. 60% здоровая хвоя, сухая практически отсутствует.

Т.О. можно сделать вывод, что наиболее чистый воздух находится в районе школы, которая удалена от крупных проездных дорог.

1.Наблюдение за сосной обыкновенной с помощью метода биоиндикации в течение 5 лет выявило существенное ухудшение качества атмосферного воздуха в лесном массиве.

2.Отличия состояния атмосферного воздуха в исследуемых зонах обусловлено различным расстоянием от трассы. Наиболее благоприятные условия в районе школы.

3.Полученные данные свидетельствуют о более загрязненной атмосфере вдоль автомобильных дорог.

1. Всем жителям нашего поселка соблюдать Правила пользования лесными богатствами.

2. Регулярно проводить мониторинг состояния леса и участков вдоль трассы.

3. Проводить экологическое просвещение населения: каждый водитель должен знать, что причина дымления автомобиля – неисправность двигателя, неотлаженность системы питания или зажигания. Только за счет правильной регулировки автодвигателей выброс вредных веществ в атмосферу можно уменьшить до 5 раз.

4. Необходимо улучшить качество дорожного полотна.

5. Использовать более безвредное топливо.

6. Продолжить работу по озеленению придорожной зоны.

Заключение
В своей работе я рассмотрела метод биоиндикации воздуха по хвое сосны обыкновенной.

Проведенные мною исследования показали, что растения можно использовать как тест-объект для мониторинга воздушной среды. По их характеристикам оценивают состояние окружающей среды и отслеживают изменения в течение ряда лет. Выявляя изменения характеристик у растительных объектов, можно говорить о загрязнении воздуха и прогнозировать степень экологической опасности для человека.

1. 
   Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг. Учебно-метод. пособие, М.: АГАР, 2000.
   
2. 
   Алексеев С. В. и другие. Практикум по экологии. – М: АО МДС, 1996.
   
3. 
   Биология в школе. Научно-методический журнал. №1, 2 2007.
   
4. 
   Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Под ред. Р. Шуберт. М.: Мир, 1988.
   
5. 
   Куров Б.М. Как уменьшить загрязнение окружающей среды автотранспортом? Россия в окружающем мире. - Аналитический ежегодник. 2000 г.
   
6. 
   Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая Среда и человек. – М.: 1986
   
7. 
   Радзевич Н.Н., Пашканг К.В. Охрана и преобразование природы. – М.: Просвещение, 1986
   

Приложение.

Тезисы:

Тема «Оценка загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной».

Автор: Уразаева Гульнара, учащаяся 7 класса филиала МБОУ СОШ с.Махалино СОШ р.п. Верхозим. Руководитель: учитель биологии Трунина Ирина Владимировна

Цель: провести оценку состояния атмосферного воздуха в п. Верхозим и его окрестностях по хвое сосны обыкновенной.

Задачи:

• 
  изучить литературу по теме исследования
  
• 
  изучить состояние хвои сосны обыкновенной на разных участках
  
• 
  сравнить полученные результаты с результатами исследования 2006-2008 г.
  
• 
  проанализировать и обобщить результаты исследования
  

При выполнении данной работы я руководствовалась методикой, взятой из сборника Алексеева С.Б. и Беккера А.М. “Изучаем экологию – экспериментально”.

Для исследования я выбрала три участка, на которых произрастает сосна обыкновенная: 1 участок - вдоль автотрассы, 2 – территория школы (удаленность от трассы 700 метров) и 3 участок внутри лесного массива (удаленность 2000 метров от дороги). Данные участки уже были обследованы в октябре 2006-2008 г. и мне было любопытно сравнить ситуацию спустя 3 года. На каждом участке отобрала по 5-6 молодых сосен до 2-х метров и собрала с них по 250 хвоинок. В результате анализа мы видим, что количество здоровой хвои снизилось на 12%. В 2 раза увеличилось количество сухой хвои. На территории школы содержание здоровой и поврежденной хвои на протяжении 8 лет осталось примерно на том же уровне. Третий участок вызывает наибольшую тревогу. Количество здоровой хвои снизилось по сравнению с 2008 годом на 20%. Значительно прибавилось хвои с большим числом черных и желтых пятен (в 5 раз), а так же сухой хвои (в 6 раз). Наметилась серьезная тенденция к ухудшению состояния атмосферного воздуха в лесном массиве. Причину этого надо искать в увеличении автопотока через лесной массив, в связи с установкой новых нефтедобывающих скважин. Наилучшее состояние имеют сосны на 2 и 3 участках. (60%). Сосны, расположенные вдоль автодороги имеют более 60 % поврежденной и 19% сухой хвои.

Относительно благоприятные условия на 2 участке – территория школы. 60% здоровая хвоя, сухая практически отсутствует.

Т.О. можно сделать вывод, что наиболее чистый воздух находится в районе школы, которая удалена от крупных проездных дорог.

1.Наблюдение за сосной обыкновенной с помощью метода биоиндикации в течение 5 лет выявило существенное ухудшение качества атмосферного воздуха в лесном массиве.

2.Отличия состояния атмосферного воздуха в исследуемых зонах обусловлено различным расстоянием от трассы. Наиболее благоприятные условия в районе школы.

3.Полученные данные свидетельствуют о более загрязненной атмосфере вдоль автомобильных дорог.