Учеба  ->  Учебные материалы  | Автор: | Добавлено: 2015-05-28

Лихеноиндикация атмосферного воздуха

Воздушная среда

Вследствие уcкоренного развития экономики, материального производства в конце ХХ века наметились существенные изменения в биосфере. В масштабах невиданных ранее загрязняется окружающая среда. Загрязнение – это появление в природной среде новых, чуждых ей химических соединений, биологических систем, а также физических воздействий. В результате загрязнения нарушаются естественные процессы в биосфере. С уровнем загрязнения связана экологическая безопасность человека и общества в целом. С целью оценки и прогноза изменений состояния среды или ее отдельных компонентов применяют комплексную систему долгосрочных наблюдений – мониторинг.

Оценку состояния воздушной среды можно проводить с использованием биоиндикационных методов.

Живые организмы по-разному реагируют на изменения окружающей среды, есть очень чувствительные, которые реагируют даже на малые дозы экологического фактора.

Одним из сильных по воздействию на окружающую среду является диоксид серы, образующийся при сгорании серосодержащего топлива. Даже незначительное наличие диоксида серы в воздухе сказывается на таких организмах, как лишайники. Эти организмы широко распространены, обладают достаточно высокой выносливостью к климатическим факторам, чувствительностью к загрязнителям окружающей среды. Малейшее загрязнение атмосферы, не влияющее на большинство растений, вызывает массовую гибель лишайников.

В 2005 году выпускница Пролетарской школы, Троицкого района Лосева Д. провела исследование чистоты воздуха на территории своего поселка. Мы тоже решили провести мониторинг атмосферы нашего села с помощью лихеноиндикации и сравнить полученные данные. Отсутствие на территории села каких – либо производств, загрязняющих атмосферу не дало возможности изучить в природе влияние выбросов газов на лишайники.

Что произойдет с лишайниками, если на территории села откроют химические производства?

Как повлияют на эти организмы сернистый газ, хлор, аммиак, вещества входящие в состав выбросов?

Цель работы: оценить состояние окружающей среды территории села по разнообразию и обилию лишайников; изучить влияние химических загрязнителей на лишайники.

В конце ХVΙII - начале ХΙХ возникла наука о лишайниках – лихенология. Ее основоположником считается шведский ученый А. Э. Ахариус. Двойная природа лишайников была установлена 1867 году русскими учеными А. С. Фаминициным и С. А. Баранецким. Немецкий ботаник С. Шведенер в своих работах так же описал биологию «двойных организмов», а русский ученый А. Н. Бекетов предложил термин «лишайник » для обозначения этих организмов.

Лишайниками называют ассоциации между грибами и водорослями. С грибами сожительствуют как зеленые водоросли, так и циана – бактерии.

Лишайники представляют настолько устойчивое сочетание, что это позволяет их рассматривать и систематизировать как единый организм. Форму лишайника определяет гриб. Грибы, которые участвуют в лишайниковом симбиозе, относятся к классу сумчатых или базидиальных, а водоросли – из типа зеленых (хлорелла, кладофора, препрококус и др. )

Водоросли и циана - бактерии встречаются и в свободном состоянии. Лишайниковые грибы, как правило, сосуществуют только в симбиозе с автотрофами.

При разделении фотосинтезирующего и грибного компонентов гриб образует колонии, совершенно не похожие на симбиотический организм. А водоросли или циана - бактерии быстрее растут в свободном состоянии. Гриб обеспечивает водоросль водой и растворенными в ней минеральными веществами, а также ферментами. Водоросль вырабатывает в процессе фотосинтеза углеводы. На самом деле это партнерство представляет собой контролируемый паразитизм гриба на автотрофе (поурочные разработки). Гриб имеет гаустории, специализированные паразитические гифы. Апрессории плотно прилегая к поверхности клеток водорослей, внедряют в них свои выступы. Гриб первым берет под контроль фотосинтезирующего партнера. Бесцветная плотная ткань тела лишайника сплетена из нитей мицелия гриба, а среди них расположились водоросли. Тело лишайников представляет собой слоевище, не дифференцированное на органы Различают гомеомерный тип строения слоевища, когда клетки водорослей расположены без какого-либо порядка и гетеромерный, когда слоевище состоит из нескольких слоеви водоросли расположены в одном слое. Пигменты, которые есть в теле лишайников, расцвечивают их в разные цвета: коричневый, красный, желтый, серый. Форма лишайников разнообразна, она похожа на корзиночки, листочки, кустики и т. д. «Среди жизненных форм лишайников различают, накипные – слоевище имеет вид тонкой или толстой корочки, листовые – слоевище имеет вид пластинок, кустистые – слоевище имеет вид кустиков или свисающих «бород», нитчатые,у которых тело имеет вид нитей . Размножаются эти организмы, подобно грибам спорами, которые образуются в плодовых телах- перитециях и апотециях. Апотеции дисковидной формы расположены на поверхности таллома,а перитеции- кувшинообразной формы погружены в таллом. Вегетативное размножение осуществляется соридеями и изидиями. Соридии и изидии- это в сущности лишайники в миниатюре, а споры- это лишь орган воспроизведения его грибной части. Лишайники живут по всему миру. Не страшась пятидесятиградусных морозов, они дальше всех растений проникают на север, выдерживают иссушающую жару в пустынях Африки и Азии, прекрасно чувствуют во влажных тропических лесах и на голых скалах.

Лишайники не только самые неприхотливые, но и самые медленно растущие на Земле. Порой они вырастают в год на два – три миллиметра. Зато живут долго. Этому способствует способность лишайников очень быстро высыхать. Фотосинтез прекращается и наступает покой, который позволяет выдерживать сильные солнечные процессы до первого увлажнения.

Свойства среды

Большую часть минерального питания лишайники улавливают из воздуха и дождевой воды. Поглощение идет очень быстро и сопровождается концентрированием веществ. Поступление воды в тело происходит по физическим законам, по- этому лишайники часто сравниваются с фильтром. Техногенную эру лишайники встретили болезненно. Очень быстро эвакуируются из городов: газ, пыль, дым. Сохраняются только километров за 10-15, смотря по степени загазованности воздуха. При повышении концентрации соединений металлов в воздухе идет возрастание их содержания в слоевищах лишайников. Лишайники используют для наблюдения за распространением в атмосфере более 30 элементов: лития, калия цинка, свинца, ртути и др. При приближении к источнику загрязнения слоевище лишайников становится толстым, утрачиваются плодовые тела. Дальнейшее загрязнение атмосферы приводит к тому, что лопасти лишайников окрашиваются в беловатый цвет, коричневый или фиолетовый цвет, их талломы сморщиваются и растение погибают.

Они чувствительны к загрязнению среды, в силу следующих причин, у лишайников отсутствует непроницаемая кутикула, благодаря чему обмен газов происходит свободно через всю поверхность, большинство токсических газов концентрируется в дождевой воде, а лишайники впитывают воду всем слоевищем, лишайники обладают способностью к росту и при температуре ниже 0 С. (практикум по экологии). Наиболее чувствительна в талломе лишайников водоросль. Наиболее резко лишайники реагируют на сернистые газ SO. Он самый распространенный загрязнитель воздуха, выделяется при сжигании органического топлива, предприятиями металлургической и химической промышленности. Концентрация этого газа 0,5 мг/м губительна для всех видов лишайников На частоту встречаемости этих организмов влияет кислотность субстрата. На коре, имеющей нейтральную реакцию, лишайники чувствуют себя лучше, чем на кислом субстрате. Высокая чувствительность лишайников к химическим примесям в воздухе послужила основой их использования в качестве биологических индикаторов загрязнения среды. Были выявлены следующие закономерности: чем сильнее загрязнен воздух, тем меньше встречается видов лишайников; чем сильнее загрязнен воздух, тем меньшую площадь покрывают они на стволах деревьев; при повышении загрязненности воздуха первыми исчезают кустистые, за ними- листоватые, последними- накипные лишайники. Наиболее чувствительны к загрязнению воздушной среды кустистые и листовые лишайники (исчезают полностью), наименее – накипные.

Лишайники – это эволюционно молодой организм. На сегодняшний день у этих организмов процесс эволюции к необратимой форме не завершен. Сохранилась возможность независимого существования обоих партнерови сохранилась форма возникновения организмов заново.

Метод исследования

Методику исследования взяли из учебно-методических пособий «Школьный экологический мониторинг» автор Т. Я. Ашихмина и др. , « Практикум по экологии и охране окружающей среды» авторы А. И. Федорова и А. Н. Никольская. В начале обследовали территорию села с целью выявления лишайников. С помощью глазомерной съемки построили карту – схему села, на которую нанесли места произрастания лишайников.

Оценку чистоты воздуха определили в центральной части села, исследуя состояния лишайников на березе бородавчатой, как наиболее распространенное дерево центральной части села.

Математическим методом определили общее число исследуемых деревьев и деревьев, покрытых лишайниками. Описали лишайники, которые встретили на пробных площадках каждой 10 березы. Пробная площадка ограничивается на стволе деревянной рамкой, размером 10х10 см, которая разделена внутри тонкими проволочками на квадратики по 1 см². Отмечали, какие виды лишайников встретились на площадке, какой процент общей площади рамки занимает каждый растущий там вид.

Указывали жизнеспособность каждого образца: есть ли у него плодовые тела, здоровое или чахлое слоевище. На каждом дереве описывали четыре пробные площадки: две у основания ствола (с разных его сторон) и две на высоте 1,5 м. Собрали информацию об обилии лишайников в разных точках, подсчитали количество выявленных видов, произрастающих в районе исследования. Определили размеры розеток лишайников с помощью линейки. Оценка встречаемости и покрытия дается по 5 – балльной шкале.

Рассчитали средние баллы встречаемости и покрытия для каждого типа роста лишайников – накипных (Н), листоватых (Л) и кустистых (К). Показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) нашли по формуле

Н + 2 Л + 3К

ОЧА= ————————

Полученный показатель сравнили с показателем ОЧА поселка Пролетарий, который взяли у автора работы (Лосева Д).

При определении лишайников установили субстрат, на котором они собраны, тип таллома. Пользуясь ключом, определи род и вид. Для определения вида использовали микроскопические и химические методы. Лезвием безопасной бритвы сделали срез таллома, поместили его на предметное стекло и рассмотрели его под электронным микроскопом. Видимое сравнили с рисунками. Для более точного определения использовали химические реактивы: 10% раствора КОН и 10% спиртовой раствор йода, которыми действовали на корковый слой, сердцевину таллома и на срезы. Для более точного определения видов лишайников обратились на кафедру АлтГУ.

Фото 3 Определение рода Фото 4 Таинственный внутренний мир лишайников лишайников

Как повлияют на эти организмы сернистый газ, хлор, аммиак, вещества входящие в состав выбросов химических производств? Это выяснили с помощью эксперимента (трехкратная повторность).

Для получения сернистого газа использовали сульфит натрия и серную кислоту, хлора - перманганат калия и соляную кислоту, 5% раствор аммиака. В сосуды насыпали равные количества сульфата, перманганата. На пробирки надели сосуды донышком вверх так, чтобы пробирка касалась дна. Колбу перевернули и вынули пробирку. Рядом с веществом осторожно установили тигелёк ( в первой колбе с серной кислотой, во второй с соляной кислотой).

Фото 5 – 7 Этапы определения влияния газов на лишайники

Взяли представителей трех типов лишайников– накипные, листоватые, кустистые, обвязали их ниткой, опустили в колбы таким образом, чтобы лишайники висели, не соприкасаясь с реактивами. Колбы закрыли пробками так, чтобы нитки оказались между пробкой и горлышком колбы. Пробку изолировали пластилином. Резким движением колбы опрокидываем тигелек, отмечаем время начала химической реакции. Через сутки вынули лишайники и сравнили с контролем. Устойчивость к аммиаку определяли с помощью увлажненной 5%- ным аммиаком гигроскопической ваты.

Результаты обследования территории села

В Алтайском крае Троицком районе на берегу трех рек Большой речки, Осиновки, Белой расположено село Загайново. Лежит оно на 520 52 с. ш. 840 31/ в. д. на высоте 148 метров над уровнем моря. На территории, где расположено село, преобладает умеренно континентальный климат. Условно территорию села разделили на две части: центральная часть (территория, где расположены здания поселкового совета, школы, магазинов, др. ) и периферическая часть. Территории были обследованы на наличие лишайников.

Эти организмы были обнаружены на стволах березы бородавчатой, тополя серебристого, яблони сибирской, клена американского, иве остролистной, боярышнике кроваво – красном, черемухе обыкновенной, осине дрожащая, а также заборах и на шифере, которым покрыты здания.

Облюбовали лишайники старые заброшенные постройки. В центральной части села оказалось наибольшее разнообразие и многообразие лишайников, так как здесь произрастают деревья, возраст которых более 60 лет (опрос жителей).

Наибольшее количество лишайников растет на березах-7 видов, 5 видов- на тополях , на яблоне- 4, кленах и ивах по 2. Всего обнаружили в центральной части села 12 видов. Выявлены виды лишайников по типу роста относятся к накипным 4 (33,3%); листоватым 5 (41,7%); кустистым 3 (25%).

Таблица 1

Место произрастания лишайников

Вид растения Количество растений % Количество видов лишайников

на которых всего встретились лишайники береза бородавчатая 121 121 100 7

тополь серебристый 40 37 92,5 5

яблоня сибирская 14 6 42,8 4

клен американский 30 21 70 2

ива остролистная 37 29 78,4 2

Таблица 2

Группы лишайников

Группы лишайников Кол – во видов всего %

накипные 4 33,3

листоватые 5 41,7

кустистые 3 25

Определение видов лишайников

Сравнивая характерные признаки выявленных лишайников с данными приведенными в определительных таблицах определили следующие виды лишайников из родов- Уснея (Уснея жесткая), Цетрария (Цетрария заборная) , Фисция (Фисция серо-голубая), Пармелия(Пармелия козлиная), Ксантория (Ксантория постенная) . 7 видов лишайников определены на кафедре АлтГУ.

8 а б

Встречаемость и обилие видов лишайников

Из результатов видно, что наибольший процент встречаемости и степень покрытия имеют листоватые лишайники, их балл равен 5, кустистые встречаются редко и степень покрытия низкая – 3 балла. По средним баллам встречаемости и покрытия вычислили показатель относительной чистоты атмосферы. Он равен 0,76; оценивая данный показатель со стандартной величиной пришли к выводу, что ОЧА близок к 1, воздух на территории села чистый.

Таблица 3.

Оценка частоты встречаемости и степени покрытия.

Тип лишайника Встречаемость Степень покрытия Балл

(%) (%)

накипные 40 - 60 52,82 4

листоватые 60-90 8 3,3 5

кустистые 20 - 40 13,38 3

Сравнение ОЧА территории разных сел Троицкого района

В 2005 году подобные исследования проводились в Пролетарской школе Троицкого района.

Их результат ОЧА равен 0,5. Результат полученный нами на 0,26 выше. По территории их поселка проходит железная дорога, оказывающая влияние на встречаемость и обилие лишайников (пр. 4, фото 15). В селе Загайнове отсутствуют производства, влияющие на жизнедеятельность изучаемых организмов.

Экспериментальное определение устойчивости лишайников к сернистому газу, хлору, аммиаку

А. Определение устойчивости к сернистому газу

Для получения сернистого газа провели химическую реакцию между сульфитом натрия и серной кислотой.

Na2SO3 + H2SO4 = SO2 + Na2SO4 + H2O

Получили следующие результаты. Произошло небольшое изменение цвета таллома у кустистых и листоватых лишайников, но их слоевище при прикосновении рассыпалось, а у накипного слоевище стало черного цвета.

Фото 12 Влияние сернистого газа

Б. Определение устойчивости к хлору

Хлор выделяется рядом промышленных предприятий по производству моющих средств. В качестве источника хлора использовали соляную кислоту. Действовали ею на перманганат калия.

2KMnO4 + 16HCl = 5Cl2 + 2 KCl + 2MnCl2 + 8H2O

Результат следующий: у кустистых и листоватых лишайников цвет таллома изменился, они стали белыми, у накипных изменений не обнаружили, Ксантория из ярко – оранжевой превратилась в светло – коричневую.

В. Определение устойчивости к аммиаку

Аммиак в небольших количествах присутствует в выбросах многих предприятий. В природной обстановки – это продукт распада органических веществ: он выделяется из почвы. Особенно большое количество аммиака образуется при распаде мочи животных в больших животноводческих комплексах.

Сравнивая результаты эксперимента с контролем обнаружили изменения у всех типах лишайников. Их таллом стал коричневым, а у накипного появились коричневые вкрапления.

На территории села выявлено 12 видов лишайников всех типов - накипные, листоватые, кустистые, для которых субстратом являются – различные виды деревьев, кустарников, а также на крыши и стены зданий, заборы. Наибольшая их встречаемость в центральной части села.

Наиболее часто встречаются лишайники из родов Цетрария (Цетрария заборная) , Фисция (Фисция серо-голубая), Пармелия (Пармелия козлиная),Ксантория (Ксантория постенная).

Выявленные виды лишайников имеют высокий балл встречаемости и обилия: накипные 4, листоватые 5, кустистые 3.

Показатель ОЧА = 0,76, воздух на территории села чистый. Атмосферный воздух территории, где расположена Загайновская школа, чище, чем территории школы поселка Пролетарий Троицкого района.

Эксперимент показал, что все типы лишайников будут подвержены изменению так, как: а) сернистый газ вызвал полный некроз у кустистых и листовых лишайников, более устойчив накипной; б) к наличию хлора чувствительны листовые и кустистые лишайники; в) в аммиачной среде у всех типов лишайников наблюдаются некрозные пятна.

Используя результаты исследовательских работ учащихся Загайновской школы, разработать проект по созданию на территории села базы отдыха для городского населения, что обеспечит места занятости жителям села Загайново. (Наличие условий: чистый атмосферный воздух, лес, реки, растительное разнообразие, рыбалка, тишина и др. ).

Сданным проектом выйти на администрацию села и района.

Работу по данной теме продолжить и проводить систематический мониторинг за состоянием лихенофлоры исследуемой территории.

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)