girniy.ru 1

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

АДМИНИСТРАЦИИ ЕРШОВСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА

муниципальная ученическая научно-практическая конференция

«Потенциал России»


СЕКЦИЯ экологии и биологии


Биоиндикация

территории железной дороги

по флуктуирующей асимметрии

тополя и акации


выполнена ученицей 9 класса

Кожариной Дарьей Валерьевной

МОУ «СОШ №5 города Ершова

Саратовской области

Руководитель: Тихонова Е.А. – учитель химии и биологии

Ефремова О.А. – учитель экологии и биологии


Ершов, 2011


Оглавление





Аннотация 2

Введение 4

1.Характеристика места исследования 6

2. Экологические основы биоиндикации 8

3. Материалы и методы исследования 10

Вывод 13

Литература 14

Приложение 15

15



Аннотация



Цель исследования.

  1. Изучение антропогенного влияния железной дороги на прилегающей территории, используя метод биоиндикации по флуктуирующей асимметрии в юго-восточной части города Ершова Саратовской области.


Задачи исследования.

Для реализации этой цели необходимо было решить следующие задачи:

  • Изучение литературы по соответствующей теме;

  • Сбор материала на месте, анализ собранного материала;

  • Сравнение полученных результатов с данными, имеющимися в литературных источниках;
  • Установить зависимость между нарушением стабильности развития древесных культур и физико-химическими характеристиками объектов окружающей среды.


  • Убедится в возможности использования биоиндикации в оценке действие экологических факторов.






Введение



Рост городов, развитие промышленности и транспорта в них являются объективной реальностью современного мира. Среда крупного города отличается своеобразием основных экологических факторов, а также специфическими техногенными воздействиями. Это дает основание рассматривать город как особый тип экосистем.

В настоящее время вопрос оптимизации городской среды как среды обитания человека крайне актуален. Санитарно-гигиеническая комфортность городской среды представляет собой главный критерий ее оценки. В пределах города критерии комфортности условий жизни, нормального протекания жизненных функций человека считаются основными, критерии же производства и экономики по приоритетности уступают им.

Роль зеленых насаждений в снижении негативного воздействия окружающей среды заключается в их способности нивелировать неблагоприятные для человека факторы природного и техногенного происхождения. Однако высокая степень воздействия негативных антропогенных факторов, присущая урбанизированным территориям, закономерно приводит к ослаблению растительности, преждевременному старению, снижению продуктивности, поражению болезнями, вредителями и гибели насаждений.

Эволюция развития человечества и создание индустриальных методов хозяйствования привели к образованию глобальной техносферы, одним из элементов которой является железнодорожный транспорт. Железнодорожный транспорт постоянно оказывает воздействие на природную среду. Уровень воздействия может лежать в допустимых равновесных и кризисных границах.

Характер воздействия транспорта на окружающую среду определяется составом техногенных факторов, интенсивностью их воздействия, экологической весомостью воздействия на элементы природы. Техногенное воздействие может быть локальным от единичного фактора или комплексным от группы различных факторов, характеризующихся коэффициентами экологической весомости, которые зависят от вида воздействия, их характера, объекта воздействия.


Любое воздействие объектов транспорта на природу вызывает ответную реакцию, которая проявляется в следующих формах:


  • адапционной с локальным или статическим смещением равновесия; восстанавливающейся или самовосстанавливающейся, характеризующейся полным возвратом экосистемы в исходное состояние; частично восстанавливающейся, когда экосистема восстанавливает только часть своих свойств и характеристик;

  • невосстанавливаемой, когда в экосистеме образуются необратимые сдвиги от исходного ее состояния.[2, 45]

Многие из изучаемых биологических и экологических характеристик растений отражают реальное состояние зеленых насаждений в городе и закономерности изменений, происходящих во времени, а также являются достоверными индикаторами качества городской среды и могут использоваться в системе мониторинга загрязнения воздуха и почв.


1.Характеристика места исследования



Ершовский район расположен в центральной части Левобережья. Граничит с 7 районами Саратовской области: Балаковским, Краснопартизанским на севере, Марксовским, Федоровским, Питерским на западе, Новоузенским на юге и Дергачевским на востоке.

Климат континентальный. Зона степей. Средняя годовая температура воздуха составляет +4,8 градусов по Цельсии. Средняя продолжительность безморозного периода 145-150 дней, число дней в году со снежным покровом 125-135. Среднегодовое количество осадков повышается от 400 мм на юго-востоке до 475 мм на северо-западе.

Город не является промышленным центром. Градообразующие предприятие – железнодорожная станция с прилегающими службами. Когда-то это было Ершовское отделение железной дороги. Железная дорога разделяет город на южную и северную части. Летом 2010 году учащимися школы № 5 г.Ершова, совместно с сотрудниками Саратовского государственного аграрного университета имени Николая Ивановича Вавилова., были проведены исследования территории лесозащитной полосы, прилегающей к железной дороги. Длина маршрута составила 260-300 м.


Лесные насаждения, расположенные вдоль линий железных дорог, представляют собой основное средство защиты пути от многих неблагоприятных природных явлений. Придорожные защитные насаждения выполняют функции инженерных сооружений, применяемых в системе мероприятий по обеспечению безопасного и бесперебойного движения поездов; повышению пропускной способности дорог. А также частично закрывает город от вредных воздействий железной дороги. Защитная эффективность и жизнеспособность насаждений в процессе их возрастных изменений, а также под воздействием различных факторов внешней среды со временем снижаются, а значит и снижается эффективность защиты.

Видовой состав нашей лесополосы обычен это:


  • Вяз мелколиственный;

  • Ясень пушистый;

  • Лох узколистный;

  • Жимолость татарская;

  • Клен татарский;

  • Акация желтая;

  • Тополь советский.



Ввиду того, что сотрудники СГАУ им. Н. И. Вавилова комплексно занимаются вопросом оценки стабильности развития древесных культур, как маркеров состояния окружающей среды они предложили воспользоваться разработанной ими методикой и в качестве маркеров взять три деревьев: акация желтая, вяз мелколиственный, тополь советский, но в ходе исследования число видов сократилось до двух: акация желтая, тополь советский.

Для продолжения предметного разговора немного теоретической составляющей.


2. Экологические основы биоиндикации


Все организмы экосистемы в ходе своего развития приспособились к комплексу факторов местообитания. Каждый организм обладает в отношении любого действующего на него фактора универсальным физиологическим диапазоном толерантности, в пределах которого этот фактор является для него переносимым. За пределами некоторых максимальных и минимальных значений фактора дальнейшая жизнь организма невозможна. [1. 23]


По амплитуде толерантности выделяют организмы эврибионтные (широкая амплитуда толерантности) и стенобионтные (узкая амплитуда толерантности).

Метод оценки абиотических и биотических факторов местообитания при помощи биологических систем называют биоиндикацией (лат.indicare - указывать).

Организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых находятся в тесной взаимосвязи с определенными факторами среды могут, быть использованы в качестве биоиндикаторов.

Различают формы биоиндикаторов:


  • неспецифический биоиндикатор, если две одинаковые реакции вызываются различными антропогенными факторами;

  • специфический биоиндикатор, если происходящие изменения можно связать с одним фактором;

  • чувствительный биоиндикатор, если он реагирует значительным отклонением жизненных проявлений от нормы при изменении фактора среды;

  • аккумулятивные биоиндикаторы, накапливают антропогенные воздействия без быстрого проявления нарушений.

В природе все виды биоиндикации включены в цепочку последовательно происходящих реакций или процессов.

Если антропогенный фактор действует непосредственно на биологический элемент, то имеет место прямая индикация. Если биоиндикация становится возможной только после изменения состояния под влиянием других непосредственно затронутых элементов, то такая индикация называется коственной.

Для биоиндикации используют морфологические изменения видимые, т.е. макроскопические изменения. Среди них можно отметить:

  • изменение окраски (хлороз, покраснение, побурение, некрозы);

  • опадение листвы(дефолиация);

  • изменение размеров органов;

  • асимметрия;

  • стабильность развития;

  • изменение направления роста и т.д.


Показателем стабильности развития наиболее простым и доступным для широкого использования является определение величины флуктуирующей асимметрии морфологических признаков.

Флуктуирующая асимметрия представляет собой небольшие ненаправленные отклонения живых организмов от строгой билатеральной симметрии. Причем, эти различия не являются генетически детерминированными и, следовательно, зависят в основном от внешних условий. Разные виды растений не одинаково реагируют на изменения факторов внешней среды. Сравнительная шкала для некоторых видов составлена в результате многолетних наблюдений сотрудниками СГАУ (приложение 1). [3, 18] На территории железной дороги произрастают растения, имеющие низкий порог чувствительности на воздействие антропогенных факторов. Но это и понятно, антропогенное влияние железной дороги изначально предполагалось при высадке лесозащитной полосы.


3. Материалы и методы исследования



Все исследования осуществлены в июне 2010 г. на территории железной дороги основной метод - учет флуктуирующей ассиметрии тополя и акации на территории прилегающей железной дороги.

Все метамерные органы растений реагируют на загрязнение среды и абиотические факторы. Ростовые процессы у растений включают в себя множество подпроцессов и фактически являются суммирующими. Растения подвержены очень большой изменчивости (особенно размеры листьев) и диапазон их нормы реакции очень широк. Так, размеры листьев могут сильно увеличиваться после обрезки деревьев, та как приток пластических веществ и фитогормонов из корневых систем распределяется на оставшиеся после обрезки листья, а так же стимулирует пробуждение спящих почек. В то же время размер листьев сильно уменьшается в результате длительной весенней засухи. В связи с этим при биоиндикации требуется исключение указанных вариантов и при взятии листьев нужно применять большую выборку (50 – 60 образцов).


За период исследования были собраны листовые пластинки (по 20 штук) с 19 акций, 16 тополей и 11 вязов. Листья собирались с укороченных побегов из нижней части кроны с разных сторон растения. Листья с одного растения хранились отдельно для того, чтобы при дальнейшем можно было проанализировать полученные результаты индивидуально для каждой особи.

Собранные листья сопровождались этикеткой, отдельной для каждого растения, где указывались место и дата сбора.

Никакой специальной обработки и подготовки материала не проводилась. Материал обрабатывался сразу после сбора.

Для изменения морфологических признаков использовались линейки, измерительные циркули и транспортиры.

Параметры расчета ФА индивидуальны для каждого вида древесной культуры, например, для тополя с левой и правой стороны листовой пластинки изменились:


  1. Ширина половинки листа посередине листовой пластинки.

  2. Длина второй от основания листа жилки второго порядка.

  3. Расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка.

  4. Расстояние между первой и второй жилкам второго порядка по краю листовой пластинки.

  5. Угол между центральной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.

Для оценки степени нарушения стабильности развития удобно использовать пятибалльную оценку (приложение 2). Один ее балл соответствует условной норме. Значение интегрального показателя асимметрии (величина среднего относительного различия на признак), соответствующее одному баллу, наблюдается обычно в выборках растений в благоприятных условиях произрастания, например, из природных заповедниках. Пять баллов – критическое значение, такие значения показателя асимметрии наблюдаются в крайне неблагоприятных условиях, когда растения находятся в сильно угнетенном состоянии.

Значения показателя асимметрии, соответствующие трем и четырем баллам, обычно наблюдаются в загрязненных районах.


Полученные нами значения, были подвергнуты компьютерной обработке в лаборатории СГАУ , результаты представлены в таблице (приложение3).


Вывод



На территории железной дороги г. Ершова Саратовской области изучена стабильность развития древесных культур в условиях антропогенных нагрузок на основе расчета флуктуирующей асимметрии листьев тополя и акации. Используемый подход позволил нам оценить состояние окружающей среды. Из сравнения двух таблиц (приложение 2, 3) делаем вывод, что растения, находящиеся вблизи железнодорожного полотна имеют показатель ФА 3-4 балла, это соответствует состоянию предкритическому. При этом нужно иметь в виду, что растения, высаживаемые в лесозащитные полосы, изначально имеют высокую устойчивость к факторам окружающей среды.

Отсюда следует вывод.

  1. Железная дорога оказывает негативное антропогенное влияние на окружающую среду.

  2. Необходимо обновлять лесополосу, высаживая новые растения взамен погибших.

  3. Ни в коем случае не допускать вырубку деревьев на территории лесополосы, прилегающей к железной дороге, т.к. она является буфером между дорогой и жилыми кварталами.



Литература





  1. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. – М.: Мир, 1988. – 348 с.

  2. Болбас М. М. Основы промышленной экологии 1993 год.

  3. Дружинина Т.А., Лебедь Л.В., Гусакова Н.Н. «СКРИНИНГОВАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ ПО ДРЕВЕСНЫМ КУЛЬТУРАМ» Саратов 2008 год.

  4. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология России 1996 год.

  5. Степановских А.С. Общая Экология 2001 год.



Приложение


Приложение 1



Биоиндикационный ряд чувствительности древесных культур



Приложение 2

Пятибалльная шкала оценки отклонений состояния организма

от условий нормы по величине интегрального показателя

стабильности развития

Величина интеграционного показателя

стабильности развития тест-объекта

Баллы

До 0,040

1 – условная норма

0,040 – 0,044

2 – норма

0,045 – 0,049

3 – норма

0,050 – 0,054

4 – предкритическое состояние

Выше 0,054

5 - критическое состояние


Приложение 3

Значения флуктуирующей асимметрии листьев некоторых древесных культур в полосах отвода железной дороги в г. Ершове


Древесная культура

Расстояние от железнодорожного полотна, м


5-7

25

50

75

тополь

0,049±0,005

0,039±0,004

0,036±0,004

0,027±0,003

акация

---

0,041±0,004

0,034±0,003

0,028±0,003



Приложение 4

План обследуемой местности