Фитоиндикация в оценке окружающей среды техногенных территорий на примере г. Владивостока – проект комплекса мероприятий по оценке экологического состояния урбанизированных территорий

Фитоиндикация в оценке окружающей среды техногенных территорий на примере г. Владивостока – проект комплекса мероприятий по оценке экологического состояния урбанизированных территорий

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА»

ИНСТИТУТ ИНФОРМАТИКИ, ИННОВАЦИЙ И БИЗНЕС-СИСТЕМ КАФЕДРА ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

УТВЕРЖДАЮ

И.о. заведующей кафедрой

канд. биол. наук

___________Н.В.Иваненко

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Фитоиндикация в оценке окружающей среды техногенных территорий на примере г. Владивостока - проект комплекса мероприятий по оценке экологического состояния урбанизированных территорий»

Студент _______________________ Ю.А. Петров

Руководитель

канд. биол. наук _______________________ Н.В.Иваненко

Владивосток 2014

Содержание

Введение

Глава 1 - Биоиндикация общая характеристика метода

.1 Биоиндикация

.2 Значения морфологических изменений растений для биоиндикации

.3 Морфологические изменения растений, используемые для биоиндикации

.4 Проблема оценки морфологических изменений у растений

Глава 2 - Фитоиндикация загрязнения городской среды г. Владивостока

.1 Физико-географическая и экологическая характеристика г. Владивостока

.2 Липа - индикатор загрязнения городской среды

.3 Лихеноиндикация

.4 Береза - индикатор загрязнения городской среды

2.5 Сосна - индикатор загрязнения городской среды

2.6 Фитоиндикация загрязнения атмосферного воздуха г. Владивостока

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Антропогенное воздействие на окружающую среду с каждым годом возрастает не только по масштабам, но и по видам воздействий. В природную среду поступает огромное количество веществ, которые продолжают свою самостоятельную «жизнь», образуя соединения с другими веществами, зачастую усиливая за счет этого воздействие на окружающую среду. Это имеет отношение и к химическим соединениям, физическим полям и возмущениям в информационной сфере. Наладить аналитический контроль над отдельными видами воздействий дорогостоящее занятие, и тем более сложно наладить такой контроль за жизненным циклом воздействий в окружающей среде [1].

Насаждения являются обязательным составляющим современной, культурной урбосреды, но испытывают на себе повышенное антропогенное воздействие. В связи с этим необходимо отслеживания состояния насаждений и окружающей среды. Методы фитоиндикации сочетают мониторинг насаждений и выявление реакции растений на различные загрязнители с отслеживанием экологической обстановки. Фитомониториг в отличие от точечных инструментальных методов позволяет оценивать влияние загрязнителей на сообщества, и давать представление о длительном воздействии загрязнителей, и прогнозировать их дальнейшее влияние. Кроме этого, существующие нормативы ПДК основываются на реакциях животных организмов, в то время как пороговые концентрации ряда растений являются более низкими. Все это позволяет утверждать, что фитомониторинг необходим для объективной оценки экологической ситуации городской среды [1].

Целью работы является оценить методы фитоиндикации и выявить наиболее информативные для использования их в оценке экологического состояния городских территорий.

В работе рассматривали фитоиндикацию с использованием липы, березы, сосны, а также метод лихеноиндикации.

1. Биоиндикация общая характеристика метода

.1 Биоиндикация

Биоиндикация - это оценка качества природной среды по состоянию её биоты <#"881816.files/image001.gif">

4

Рисунок 1 - Краевые некрозы листьев

- повреждений нет; 2 - хлороз по краю листовой пластинки; 3 - краевой некроз листовой пластинки; 4 - обширный некроз с последующим отмиранием листа

2.4 Лихеноиндикация

Используемые методы контроля состояния приземного воздуха базируются на многолетних наблюдениях и ограниченном количестве точек, что не позволяет получить представительную картину распределения примесей в приземном воздухе. В связи с этим нами применен экспрессный лихеиоиндикационный метод оценки состояния приземного воздуха. Лихеноиндикация - определение качества приземного воздуха по распространению и степени развития лишайников, которые весьма чувствительны к техногенному загрязнению. Лихеноиндикационные исследования ведутся во Владивостоке с 1985 г. Здесь преобладает смешанный тип загрязнения, в котором особенно выделяется опасное для здоровья человека - нитратное загрязнение. В пределах городской территории выделено четыре зоны состояния приземного воздуха (в основе выделения зон лежат данные по видовому составу лишайников, их жизненному состоянию, обилию, покрытию). Лихенологическая мертвая зона, или зона максимального загрязнения включает локальные участки вдоль основных автомагистралей центральной части города (перекресток улиц Светланская и Алеутская, Партизанский и Океанский проспекты, улицы Верхнепортовая, Борисенко, на повороте на ул-. 50 лет ВЛКСМ, ул. Семеновская в районе магазина "Изумруд", промежуток между остановкой общественного транспорта "Инструментальный завод" и ул. Гоголя, от ост. "Некрасовская" до ост. "Молодежная" по проспекту Столе-тия Владивостока, Снеговая и др.) на п-ове Эгершельда и в районе городской свалки (бух. Горностай). Это участки с постоянной интенсивной техногенной нагрузкой. Зона повышенного загрязнения охватывает основную часть территории г. Владивостока. Она так же, как и предыдущая, имеет постоянную высокую техногенную нагрузку. В этой зоне отмечены нитрофильные виды лишайников, развитие которых связано с повышенным содержанием азотистых соединений в воздухе. На территории этой зоны есть участки растительности с сильной техногенной нагрузкой, что может привести в ближайшее время к переходу их в первую зону. Один из таких участков отмечен в районе шлакохранилища ТЭЦ-2. Зона среднего загрязнения включает в основном территорию в северо-восточной части полуострова с естественной растительностью, а также ряд локальных участков в парках, на кладбищах и т. д. На развитие лишайников в этой зоне оказывают влияние источники загрязнения первых двух зон, а также задымление от печного отопления, костров и небольших палов. Зона незначительного загрязнения расположена в северной части г. Владивостока и охватывает почти весь горно-лесной массив. Источники загрязнения здесь отсутствуют, но и на этой территории отмечается влияние городской среды.

Для изучения динамики степени загрязнения воздуха в 1989 г. были проведены повторные исследования, которые показали прогрессирующее загрязнение, проявившееся в увеличении площадей, относимых к первой и второй лихеноиндикационным зонам. В мощное загрязнение оказались вовлеченными новые участки, расположенные в центральной части города. Вторая зона увеличилась за счет перехода из третьей зоны больших участков дубовых лесов в районе падей Снеговая, Сапожная и участка у шлакохранилища ТЭЦ-2. Третья зона уменьшилась за счет перехода территории во вторую зону. Четвертая зона осталась почти без изменений. Увеличение первых двух зон связано с нарастающим загрязнением воздуха в основном за счет автотранспорта и влияния ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2. На исследованной территории отмечено увеличение числа нитрофильных лишайников, что говорит о повышении доли окислов азота в загрязняющих веществах [6].

.3 Береза - индикатор загрязнения городской среды

Измерение параметра листа

С одного листа снимают показатели по 5-ти параметрам с левой и правой стороны:

- ширина половинки листа. Для измерения лист складывают поперек пополам, прикладывая макушку листа к основанию, потом разгибают и по образовавшейся складке производят измерения;

- длина второй жилки второго порядка от основания листа;

- расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка;

- расстояние между концами этих жилок;

- угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка.(рис. 2)

Рисунок 2 - Измеряемые параметры листа

Измерение угла между жилками.

Измерение угла демонстрирует рисунок 5-2. При этом транспортир (поз. 1 рис.) располагают так, чтобы центр основания окошка транспортира (поз. 2 рис.) находился на месте ответвления второй жилки второго порядка (поз. 4 рис.). Так как жилки не прямолинейны, а извилисты, то угол измеряют следующим образом: участок центральной жилки (поз. 3 рис.), находящийся в пределах окошка транспортира (поз. 2 рис.) совмещают с центром транспортира, который равен 90о, а участок жилки второго порядка (поз. 4 рис.) продлевают до градусных значений транспортира (поз. 5 рис.), используя линейку. Данные измерений заносятся в таблицу.

Рисунок 3 - Измерение угла между жилками

Вычисления

Величина ассиметричности оценивается с помощью интегрального показателя - величины среднего относительного различия на признак (средняя арифметическая отношения разности к сумме параметров листа слева и справа, отнесенная к числу признаков). Для его расчета выполняют следующие действия:

Относительное различие между значениями.

Находим относительное различие (Y) между значениями признака слева (Хл) и справа (Хп) для каждого признака. Для этого находят разность значений измерений по одному признаку для одного листа, затем находят сумму этих же значений и разность делят на сумму.

Находим Y по формуле:

        Хл - Хп= ---------------------- (1)

          Хл + Хп

Найденное значение вписывают в таблицу.

Подобные вычисления производят по каждому признаку, в результате чего получается 5 значений Y1-5 для одного листа. Такие же вычисления делают для каждого листа

Во втором действии находят значение среднего относительно различия между сторонами на признак для каждого листа (Z). Для этого сумму относительных различий надо разделить на число признаков. Находим Z

      Y1 + Y2 + Y3 + Y4 + Y5= ------------------------------ (2), где

                    N

- число признаков и, в нашем случае, равна 5. Подобные вычисления проводят для каждого листа. Найденные значения заносят в таблицу.

Среднее относительное различие.

В третьем действии вычисляется среднее относительное различие на признак для выборки (Х). Для этого все значения Z складывают и делят на число этих значений по формуле:

          Z1 + Z2 + ….Zn

Х = ------------------------- (3), где

                 n

- число значений Z, т.е. число листьев. Этот показатель характеризует степень ассиметричности организма.

Для данного показателя разработана пятибалльная шкала отклонения от нормы, в которой 1 балл - условная норма, а 5 баллов - критическое состояние.

2.5 Сосна - индикатор загрязнения городской среды

Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности воздуха.

В чистых лесах основная масса хвои сосны здорова, не имеет повреждений и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зеленые пятня и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. В загрязненной атмосфере проявляются повреждения и снижается продолжительность жизни хвои сосны [1].

Методика определения состояния хвои:

) выбрать конкретные участки, контрастные по уровню атмосферного загрязнения - вблизи автодорог на разном расстоянии.

) С ветвей 5-10 деревьев отобрать побеги. С них отбирают всю хвою и визуально исследуют ее состояние.

) Данные занести в таблицу.

Ход работы:

) Выбрали участок вблизи автодороги возле пешеходного тротуара - участок №1, а также участок в центре тропы - №2. Участок 3 наиболее удалён от автодороги.

) С 7 деревьев собрал хвою -300-400штук. Визуально сделал анализ их состояния.

) Результаты исследования занесли в таблицу 3.

Определение загрязненности атмосферы по продолжительности жизни хвои.

Чувствительной к техногенному загрязнению воздуха является продолжительность жизни хвои сосны (от 1 до 4-5 и более лет).

С целью определения продолжительности хвои необходимо осмотреть не менее 20 деревьев на каждом участке. (См. Приложение 2)

Вычисляем индекс продолжительности жизни хвои сосны по формуле:

Q = 3В1 + 2В2 + В3

В1 + В2 + В3

Где В1, В2,В3 - количество деревьев с данной продолжительностью жизни хвои.

Находим Q:= 3*13 + 2*8 + 7 = 2,21

+ 8 + 7= 3*9 + 2*10 + 6 = 2,12

+ 10 + 6ср= 2,17

Результаты биоиндикации:

Таблица 1 - Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы (измеряемые показатели - количество хвоинок).

2.6 Фитоиндикация загрязнения атмосферного воздуха г. Владивостока

Эколого-гигиеническая обстановка Владивостока формируется под воздействием различных выбросов от стационарных и передвижных источников, количества и расположения автомагистралей и их интенсивностью.

По данным Н.А. Матвеевой, в атмосферный воздух города выбрасвается свыше 100 наименований различных химических веществ, в том числе и таких высокотоксичных, как свинец, хром, бензапирен и др.

При этом отмечается, что основное население города проживает в условиях умеренного загрязнения атмосферного воздуха (43%), в тоже время, в очагах особого экологического неблагополучия находится 19% населения. Самый высокий уровень загрязнения наблюдается в жилых районах, Баляева, в районе Столетия (6 уровень загрязнения). Светланская, Семеновская (5 уровень загрязнения), в Снеговая, Сахалинская (4-5 уровень). Известно, что качество городской среды во многом зависит от степени озеленения жилых кварталов и промышленных предприятий. Растения оказывают кондиционирующее действие на состояние воздушной среды и нейтрализуют влияние неблагоприятных для здоровья человека факторов. Они являются «живым фильтром», снижая уровень загрязнения атмосферы, поглощая пыль, тяжелые металлы, оксиды серы, углерода, азота, уменьшая шумовые загрязнения.

По характерным хлорозам, появляющимся на листьях деревьев под воздействием поллютантов, выявлено, что наиболее устойчивы к воздушным загрязнениям липа сердцевидная. Несколько менее устойчивы береза повислая и, особенно, тополь бальзамический. Практически ежегодно, уже в июне - начале июля, листья на 40-50% поражены характерным хлорозом, а затем и некрозом. Содержание тяжелых металлов также в 1,5 -2 раза превышало соответствующие показатели у вышеназванных растений.

Из хвойных пород наиболее устойчивыми в городской среде оказались ель колючая и ель обыкновенная. Несколько менее устойчивыми являются сосна обыкновенная и сосна сибирская. Но более других поражаются аллохтонные виды сосен - сосна Веймутова, сосна горная и другие.

Наиболее известными фитоиндикаторами загрязнения атмосферного воздуха уже давно считаются лишайники, поскольку они не имеют непроницаемой кутикулы и способны фотосинтезировать даже при пониженных температурах. По наличию и видовому разнообразию лихенофлоры можно быстро установить среднегодовую концентрацию таких поллютантов, как двуокись серы. Полученные данные фиксируются, наносятся на специальные карты. Таким образом, устанавливается динамика воздушных загрязнений на разных территориях района и всего города.

Высокая встречаемость лишайников рода пармелия наблюдается на территориях Владивостока. Как видно, количество эпифитных лишайников в разных районах в целом соответствует показателям экологического благополучия.

Таким образом, результаты проведенных нами исследований методом фитоиндикации позволяют уточнить зонирование территории Владивостока по уровню загрязненности воздушной среды и рассчитать степень экологического риска для здоровья населения [4].

Предлагаю рекомендации по мерам охраны окружающей среды:

. Всем жителям города соблюдать правила пользования городских насаждений.

. Регулярно проводить мониторинг состояния насаждений и участков вдоль трассы.

. 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.

. Необходимо улучшить качество дорожного полотна.

. Использовать более безвредное топливо.

.Продолжить работу по озеленению города.

Заключение

Можно сделать заключение, что биоиндикация - это очень простой, доступный и в тоже время точный метод определения уровня загрязнения субстрата. Таким образом, использование организмов, реагирующих на загрязнение среды обитания изменением визуальных признаков, имеет ряд преимуществ. Оно позволяет существенно сократить или даже исключить применение дорогостоящих и трудоемких физико-химических методов анализа. Биоиндикаторы интегрируют биологически значимые эффекты загрязнения. Они позволяют определять скорость происходящих изменений, пути и места скопления в экосистемах различных токсикантов, делать выводы о степени опасности для человека и полезной биоты конкретных веществ или их сочетаний.

Список использованной литературы

1 Андреева М.В. Изменение морфологического строения листьев у деревьев в районах с различным уровнем загрязнения атмосферы // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Сб. докл. молодых ученых. - Вып. 13. - СПб.: СпбЛТА, 2007. - С. 13-14.

Климентова Е.Г., Громов Л.М. Биодиагностика и биоиндикация почв: Учебно-методич. пособие - Ульяновск: УлГУ, 2004. - 64 с.

Криволуцкий Д.А. Почвенная фауна в экологическом контроле / Д.А. Криволуцкий - М.: Наука, 1994 - 256 с.

Шуберт Р. Биоиндикация загрязнения наземных экосистем - М.: Мир, 1988.- 346 с.

Биологические методы оценки природной среды под редакцией доктора биол. наук Н.Н. Смирнова.

Статья Оплеухина А.А. «Методы фитоиндикации городских насаждений».

И.Г. Семенкова, Э.С. Соколова «Фитопатология»