Исследовательская работа «Определение класса чистоты воздуха методом лихеноиндикации»

На первом этапе учащимся 6-го класса была представлена следующая проблема:

«Человеку легко дышать, когда он здоров, когда у него здоровые носоглотка, бронхи и легкие. Но не менее важно – чем дышать. Существуют такие понятия, как «чистый воздух»; «грязный воздух». А как узнать, каким воздухом дышим мы?»

Можно отобрать пробу воздуха и определить его состав на газовом хроматографе, но есть простой и доступный метод определения состояния воздуха не требующий дорогостоящего оборудования – это лихеноиндикация.

Эпифитные лишайники очень чувствительны к токсичным газообразным продуктам, и погибают при высоком содержании в воздухе угарного газа, соединений серы, азота и фтора. Степень чувствительности к веществам, загрязняющим атмосферу, у разных видов лишайников не одинакова, поэтому их можно использовать в качестве живых индикаторов чистоты окружающей среды. По составу лишайников с помощью разработанных шкал и формул можно определить концентрацию в воздухе различных загрязняющих веществ.

В Санкт- Петербурге очень многие школьники страдают от таких заболеваний, как аллергический ринит, коньюктивит и бронхит. Это достаточно распространенные заболевания в нашем городе. Часто, после переезда на дачу в различные районы Ленинградской области симптомы этих заболеваний проходят. На основании этого мы сделали предположение, что воздух за пределами города чище, например, из-за меньшего количества автомобилей. Нам захотелось проверить эту гипотезу, а так как метод лихеноиндикации не требует специального оборудования, доступен и интересен, освоение этого метода нам показалось актуальным.

Во время второго этапа учащиеся класса в зависимости от желания были распределены на следующие группы:

Теоретики (собирают материал для обзора литературы).

Практики (проводят исследования на разных пробных площадках).

Фотокорреспонденты (собирают хронику во время выполнения работы).

Математики (обрабатывают полученные результаты, производят расчеты по формулам).

Оформители (оформляют исследовательскую работу).

Дизайнеры (готовят презентацию для выступления на конференции)

Докладчики (выступают на конференции, защищая работу).

В каждой группе был выбран лидер. С лидерами групп был составлен план и график работы. 

Во время третьего этапа, выполнялось исследование.

1. Цели и задачи исследования.

Цель работы:

определение класса чистоты воздуха различными методами лихеноиндикации.

Задачи:

познакомится с многообразием лишайников Приозерского и Кингисепского районов Ленинградской области и лишайниками Центрального района Санкт – Петербурга;

собрать коллекцию распространенных лишайников и определить их экологические особенности;

выбрать пробные площадки в Ленинградской области и в Центральном районе города, провести обследование 25 деревьев по створам на каждой пробной площадке;

рассчитать частоту встречаемости различных видов лишайников на каждой пробной площадке и сравнить эти показатели;

определить класс чистоты воздуха по индексу полеотолерантности;

по экологическим группам лишайников;

по проективному покрытию и частоте встречаемости отдельных видов лишайников-биоиндикаторов;

сравнить результаты, полученные для Приозерского и Кингисеппского районов Ленинградской области и Центрального района Санкт - Петербурга.

2. Объекты и методы исследования.

Изучение видового состава лишайников проводилось в Приозерском районе около д. Мичуринское в июне 2011 год, в Кингисеппском районе около садоводства «Сережино» в июле 2011 года, в Центральном районе Санкт – Петербурга в сквере возле 167 школы в марте 2012 года.

Объектом исследования в данной работе являются эпифитные лишайники. На исследуемой территории были выбраны пробные площадки. На пробных площадках по створам обследовалось каждое третье дерево. Всего на каждой площадке было обследовано по 25 деревьев. На исследуемых деревьях отмечался видовой состав лишайников на высоте 1.3 м. Результаты исследований заносились в анкеты. На каждой пробной площадке вычислялись средние значения следующих величин:

диаметр ствола сосны на высоте 1.3 м (D 1.3);

высота исследуемого дерева (Н(д));

высота прикрепления кроны (Н(кр));

возраст исследуемого дерева.

Для определения проективного покрытия (в %) использовалась рамочка 10 х 10 см с прочерченной сеточкой. На каждом исследуемом дереве определялось проективное покрытие для каждого вида и общее проективное покрытие. Для учета лишайников рамка прикладывалась к стволу исследуемого дерева по створу в одном направлении.

Весь материал - в документе.

«Определение класса чистоты воздуха методом лихеноиндикации»

Исследовательская работа

Жукова Елизавета Вячеславовна,

учитель математики и информатики

первой категории

ГБОУ СОШ №167
Центрального района Санкт-Петербурга

На первом этапе учащимся 6 -го класса была представлена следующая проблема:

«Человеку легко дышать, когда он здоров, когда у него здоровые носоглотка, бронхи и легкие. Но не менее важно – чем дышать. Существуют такие понятия, как «чистый воздух»; « грязный воздух». А как узнать, каким воздухом дышим мы?»

Можно отобрать пробу воздуха и определить его состав на газовом хроматографе, но есть простой и доступный метод определения состояния воздуха не требующий дорогостоящего оборудования – это лихеноиндикация.

Эпифитные лишайники очень чувствительны к токсичным газообразным продуктам, и погибают при высоком содержании в воздухе угарного газа, соединений серы, азота и фтора. Степень чувствительности к веществам, загрязняющим атмосферу, у разных видов лишайников не одинакова, поэтому их можно использовать в качестве живых индикаторов чистоты окружающей среды. По составу лишайников с помощью разработанных шкал и формул можно определить концентрацию в воздухе различных загрязняющих веществ.

В Санкт- Петербурге очень многие школьники страдают от таких заболеваний, как аллергический ринит, коньюктивит и бронхит. Это достаточно распространенные заболевания в нашем городе. Часто, после переезда на дачу в различные районы Ленинградской области симптомы этих заболеваний проходят. На основании этого мы сделали предположение, что воздух за пределами города чище, например, из-за меньшего количества автомобилей. Нам захотелось проверить эту гипотезу, а так как метод лихеноиндикации не требует специального оборудования, доступен и интересен, освоение этого метода нам показалось актуальным.

Во время второго этапа учащиеся класса в зависимости от желания были распределены на следующие группы:

1. Теоретики (собирают материал для обзора литературы).

2. Практики (проводят исследования на разных пробных площадках).

3. Фотокорреспонденты (собирают хронику во время выполнения работы).

4. Математики (обрабатывают полученные результаты, производят расчеты по формулам).

5. Оформители (оформляют исследовательскую работу).

6. Дизайнеры (готовят презентацию для выступления на конференции)

7. Докладчики (выступают на конференции, защищая работу).

В каждой группе был выбран лидер. С лидерами групп был составлен план и график работы.

Во время третьего этапа, выполнялось исследование.

1.Цели и задачи исследования

Цель работы заключалась в определении класса чистоты воздуха различными методами лихеноиндикации.

Работа включала в себя следующие задачи:

1. познакомится с многообразием лишайников Приозерского и Кингисепского районов Ленинградской области и лишайниками Центрального района Санкт – Петербурга;

2. собрать коллекцию распространенных лишайников и определить их экологические особенности;

3. выбрать пробные площадки в Ленинградской области и в Центральном районе города, провести обследование 25 деревьев по створам на каждой пробной площадке;

4. рассчитать частоту встречаемости различных видов лишайников на каждой пробной площадке и сравнить эти показатели;

5. определить класс чистоты воздуха по индексу полеотолерантности; по экологическим группам лишайников; по проективному покрытию и частоте встречаемости отдельных видов лишайников-биоиндикаторов;

6. сравнить результаты, полученные для Приозерского и Кингисеппского районов Ленинградской области и Центрального района Санкт - Петербурга.

2.Объекты и методы исследования

Изучение видового состава лишайников проводилось в Приозерском районе около д. Мичуринское в июне 2011 год, в Кингисеппском районе около садоводства «Сережино» в июле 2011 года, в Центральном районе Санкт – Петербурга в сквере возле 167 школы в марте 2012 года.

Объектом исследования в данной работе являются эпифитные лишайники. На исследуемой территории были выбраны пробные площадки. На пробных площадках по створам обследовалось каждое третье дерево. Всего на каждой площадке было обследовано по 25 деревьев. На исследуемых деревьях отмечался видовой состав лишайников на высоте 1.3м. Результаты исследований заносились в анкеты. На каждой пробной площадке вычислялись средние значения следующих величин:

диаметр ствола сосны на высоте 1.3м (D 1.3);

высота исследуемого дерева (Н(д));

высота прикрепления кроны (Н(кр));

возраст исследуемого дерева.

Для определения проективного покрытия (в %) использовалась рамочка 10 х 10 см с прочерченной сеточкой. На каждом исследуемом дереве определялось проективное покрытие для каждого вида и общее проективное покрытие. Для учета лишайников рамка прикладывалась к стволу исследуемого дерева по створу в одном направлении.

Частота встречаемости (R) по видам лишайников на каждой пробной площадке рассчитывалась по следующей формуле:

R = N 100% / n,

где N – число деревьев с данным видом лишайника,

n – общее число обследуемых деревьев.

Кроме того, вычислялось среднее проективное покрытие каждого вида лишайника в процентах, значения проективного покрытия лишайников переводились в баллы (табл.1) и по таблице определялся класс полеотолерантности каждого вида лишайника, индекс полеотолерантности рассчитывался по формуле:

IP =   (A_i  C_i) / C_n

где n – количество видов на описанной пробной площадке;

Аi – класс полеотолерантности каждого вида;

Ci – проективное покрытие каждого отдельного вида в баллах;

Cn – сумма значений покрытия всех видов в баллах.

Таблица 1

Оценка проективного покрытия в баллах.

Затем определялось значение годовой концентрации атмосферного загрязнителя (SO2) и «зона благополучия» по величине найденного индекса полеотолерантности и данным таблицы 2.

Таблица 2

Индексы полеотолерантности и годовые концентрации SO2

Для получения дополнительных данных о качестве окружающей среды, была проведена оценка уровня загрязненности простейшим тестом на чистоту воздуха по экологическим группам лишайников (табл.3), а так же качественная оценка уровня загрязненности атмосферного воздуха газообразными и твердыми поллютантами по проективному покрытию и частоте встречаемости отдельных видов лишайников-биоиндикаторов.

Таблица 3

Простейшая шкала для определения степени загрязнения воздуха по экологическим группам лишайников.

3.Результаты и обсуждения

В результате исследования на пробных площадках было обнаружено 8 видов эпифитных лишайников (табл.4).

Таблица 4

Список видов встречающихся эпифитных лишайников на исследуемой территории

В Приозерском районе была заложена пробная площадка №1. Створ пробной площадки расположен в 10м от стадиона детского оздоровительного лагеря «Спартак». Сосняк-черничник в этом месте характеризуется средней степенью вытоптанности – дорожки и тропинки составляют 20 – 30 %. По грунтовой дороге, находящейся перед стадионом, машины проезжают достаточно редко – не более 10 машин в день в летне-осенний период. Данный участок из-за близости озера активно используется как рекреационная зона, большое количество туристов, спортсменов вызывают определенную антропогенную нагрузку.

На стволах всех 25 исследуемых сосен на высоте 1.3м была зафиксирована гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes). Псевдоэверния зернистая (Psevdevernia furfuracea), уснея почти цветущая (Usnea subflordana), бриория буроватая (Bryoria fuscescens) и ксантория настенная (Xanthoria parietina) зафиксированы единично (табл.5). Всего на пробной площадке №1 обнаружено 6 видов эпифитных лишайников, площадь проективного покрытия на высоте 1.3м составила 33% (табл.6). Гипогимния вздутая на высоте 1.3 занимает 31% площади.

Список видов встречающихся эпифитных лишайников на исследуемой территории Приозерского района Ленинградской области:

Таблица5

Частота встречаемости лишайников на пробных площадках

Изучение видового состава лишайников в Кингисеппском районе Ленинградской области проводилось 22-23 июня 2011 года. На исследуемой территории была выбрана пробная площадка №2. В результате исследования было обнаружено 6 видов эпифитных лишайников.

Список видов встречающихся эпифитных лишайников на исследуемой территории Кингисеппского района Ленинградской области:

Створ пробной площадки №2 расположен в 135м на северо-восток от автобусной остановки садоводства «Сережино». Сосняк-разнотравник в этом месте характеризуется средней степенью вытоптанности – дорожки и тропинки составляют 35%. Сухостой составляет 10%. По автомобильной дороге, находящейся перед садоводством, машины проезжают довольно часто, и мы предположили, что это является значительным фактором антропогенной нагрузки на данной территории. Данный участок мало посещается людьми, но у обочины дороги имеются свалки мусора.

На высоте 1.3м чаще всего была зафиксирована гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes) (R=52%) (табл.5). Псевдоэверния зернистая (Psevdevernia furfuracea), уснея почти цветущая (Usnea subflordana), бриория буроватая (Bryoria fuscescens) и ксантория настенная (Xanthoria parietina) зафиксированы единично. Всего на пробной площадке №2 обнаружено 6 видов эпифитных лишайников,общая площадь проективного покрытия на высоте 1.3м составила 24% (табл.6). Гипогимния вздутая на высоте 1.3 занимает 22% площади.

Для определения класса чистоты воздуха в Центральном районе определялись эпифитные лишайники на пробной площади №3, в сквере возле 167 школы. Всего на территории сквера было обнаружено 4 вида эпифитных лишайников.

Таблица 6

Площадь проективного покрытия лишайников на пробных площадках .

В результате исследования было выявлено, что самым часто встречающимся лишайником в сквере Центрального района, так же как и на других площадках, является гипогимния вздутая. Но если в Приозерском и Кингисеппском районах площадь проективного покрытия составляет 31 и 22% , то в Центральном районе СПб 5,2%.

После обработки полученных данных была проведена оценка качества атмосферного воздуха простейшим тестом на чистоту воздуха по экологическим группам лишайников. При повышении степени загрязненности воздуха первыми исчезают кустистые лишайники, за ними – листоватые, и последними – накипные. По данному тесту все три площадки соответствуют зоне слабого загрязнения.

Для получения дополнительных данных о качестве окружающей среды, было проведено определение степени загрязнения воздуха по проективному покрытию и частоте встречаемости отдельных видов лишайников-биоиндикаторов. Значение проективного покрытия для доминирующего лишайника гипогимния вздутая соответствует среднему уровню загрязненности воздуха. Кроме того, небольшое наличие в лихенофлоре псевдоэвернии зернистой, уснеи почти цветущей и бриории буроватой так же соответствует этому уровню загрязнения. На пробной площадке в сквере Центрального района уровень загрязненности воздуха «очень высокий».

Кроме того, для оценки загрязненности воздуха была использована методика определения чистоты воздуха по индексу полеотолерантности лишайников. Значениям индекса полеотолерантности для площадок №1 и №2 соответствует вторая смешанная «зона благополучия», что говорит о том, что воздух загрязнен, однако умеренно. Значению индекса полеотолерантности для площадки №3 соответствует «Зона борьбы» то есть воздух загрязнен больше. Среднегодовые концентрации двуокиси серы на площадках №1 и №2 составляют 0,03 – 0,08 мг/м3 , а на площадке №3 –

0,08 – 0,1 мг/м3 (табл.7).

Таблица 7

Индексы полеотолерантности для исследуемых площадок

Таким образом, для определения чистоты воздуха мы использовали различные методики лихеноиндикации. Метод определения чистоты воздуха по индексу полеотолерантности наиболее точен, и удобен тем, что с его помощью можно оценивать среднегодовые концентрации двуокиси серы в воздухе и сравнивать эти показатели с допустимыми нормами. Однако использовать этот метод можно лишь в том случае, если точно определен видовой состав эпифитных лишайников исследуемой территории.

4.Выводы.

На основании проделанной работы были сделаны следующие выводы:

1) На обследованной территории выявлено 8 видов эпифитных лишайников.

2) На пробных площадках Приозерского иКингисеппского районов обнаружено по 6 видов лишайников;

3) В Центральном районе Санкт – Петербурга обнаружено 4 вида эпифитных лишайника, все они находятся в угнетенном состоянии, у них зачаточные слоевища и незначительная площадь покрытия

4) На трех пробных плщадках самым распространенным лишайником на высоте 1,3м является гипогимния вздутая, однако если в Приозерском и Кингисеппском районах площадь проективного покрытия составляет 31 и 22% соответственно, то в Центральном районе Санкт – Петербурга -5,2%.

5) Качественная оценка уровня загрязненности атмосферного воздуха по проективному покрытию и частоте встречаемости отдельных видов лишайников-биоиндикаторов, дает результат, что на пробных площадках в Приозерском и Кингисеппском районах уровень загрязненности воздуха средний, а на пробной площадке в сквере Центрального района «очень высокий»

6) Оценка чистоты воздуха по индексу полеотолерантности лишайников дает следующие результаты:

а)В Приозерском и в Кингисеппском районах чистота воздуха соответствует второй смешанной «зоне благополучия», воздух загрязнен умеренно; среднегодовые концентрации двуокиси серы в воздухе составляют 0,03 – 0,08 мг/м3.

б) для пробной площадки Центрального района характерна «зона борьбы», среднегодовые концентрации двуокиси серы в воздухе составляют 0,08-0.1 мг/м3.

7) Высокй уровень загрязненности воздуха объясняется большим количеством автомобилей и частыми пробками в центре города.

На заключительном этапе, после оформления работы, соответствующей группой был подготовлен доклад и презентация с которой группа докладчиков успешно выступила на научно - практической конференции и городском семинаре.

5. Список используемой литературы:

1. Водоросли. Лишайники. Под ред. проф. М. М. Голлербаха. М., «Просвещение», 1977.

2. Жизнь растений. В 6-ти т. Гл. ред. чл.-кор. АН СССР, проф. Ал. А. Федоров. Т. 3.

3. Комплексная экологическая практика школьников и студентов. Учебно-методическое пособие. Под редакцией Л.А. Коробейниковой. Изд. 3-е. – СПб: Крисмас+, 2002

4. ТычининВ.А. Определитель лишайников: Уч пособие. Ижевск:изд-во Удм. Ун-та, 1994

5. Шапиро И.А. Загадки растения-сфинкса. – Л.,: Гидрометеоиздат, 1991.

6. Шапиро И.А. Лишайники: Пособие для учителей и старшеклассников. – СПб.:Крисмас+, 2003.

7. Энциклопедия для детей. Т.2. Биология / Сост. С. Т. Исмаилова. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Аванта+, 1996.

8. Методы лихеноиндикации загрязнения окружающей среды: Методическое пособие. А.В. Пчелкин, А.С. Боголюбов. - М.: Экосистема, 1997г.

10