Методическая разработка к уроку:
Оценка экологического состояния атмосферы методом биоиндикации.
Цель: Ознакомить учащихся с методами оценки качества среды на основе

биологичесих объектов.

Задачи:

1.Дать общие представления об организмах индикаторах качества атмосферы.

2.Ознакомить с методами индикации по лишайникам.

3. Овладеть навыками оценки качества атмосферы по экологическому состоянию кроны древостоя.

Оборудование: рамки сеточки 10х10см, лупы, бинокль, линейка, блокнот, карадаш.

Ход урока.

1..Определение чистоты воздуха по лишайникам:

• 
  внешнее строение лишайников (эпигейные, эпилитные,
  

эпифитные, водные);

• 
  влияние загрязнения воздуха на состояние лишайников;
  

2.Технология индикации по лишайникам:

• 
  изучение слоевища и плодовых тел лишайников;
  
• 
  определение проективного покрытия лишайнико балльной шкале Браун-Бланке ;
  
• 
  оценки частоты встречаемости по балльной шкале Браун-Бланке.
  

3. Повреждения голосеменных растений:

• 
  .превышение ПДК двуокиси серы в атмосфере вызывает красно коричневую суховершинность
  
• 
  двуокись азота вызывает явления красно коричневого некроза хвоинок и веток.
  
• 
  пероксиацетилнитрат этилена вызывает низкорослость, сброс хвои.
  

4.Повреждения покрытосемянных растений:

• 
  превышение ПДК двуокиси серы, двуокиси азота вызывает межжилковые некротические пятна.
  
• 
  превышение озона в атмосфере крапинки на верхней поверхности листа
  

высокий уровень пероксиацетилнитрата окрашивает нижнюю поверхность листа в бронзовый цвет

• 
  увеличение концентрации фторидов некроз кончика и краев листьев
  

кислотный дождь (при рН менее трех) некротические пятна

• 
  острое воздействие этилена приводит к явлениям хлороза, некроза, сброса листвы.
  

5.Домашнее задание: Используя дополнительную информацию, проведите оценку качества атмосферы на территории, прилегающей к школе.

1-я группа проводит обследования близ магистрали;

2-я группа – в парковой зоне по повреждениям на деревьях.

Дополнительная литература:

Лишайники широко распространенные организмы с достаточно высокой выносливостью климатическим факторам чувствительностью к загрязнителям окружающей среды.

Внешнее строение лишайников.

Вегетативное тело лишайника таллом, или слоевище. По внешнему виду различают три типа талломов лишайников: накипные, листоватые и кустистые. Слоевище накипного лишайника представляет собой корочку, прочно сросшуюся с субстратом корой дерева, древесиной, поверхностью камней. Его невозможно отделить от субстрата без повреждения.

Листоватые лишайники имеют вид чешуек или пластинок, прикрепленных к субстрату с помощью пучков грибных нитей (гиф) — ризин или отдельных тонких гифризоидов. Лишь у немногих лишайников таллом срастается с субстратом только в одном месте с помощью мощного пучка грибных гиф, называемого гомфом.

У кустистых лишайников таллом состоит из ветвей или более толстых, чаще ветвящихся стволиков. Кустистый лишайник соединяется с субстратом гомфом и растет вертикально или свисает вниз.

Влияние загрязнения воздуха на состояние лишайников.

Лишайники способны долгое время пребывать в сухом, почти обезвоженном состоянии, когда их влажность составляет от 2 до 10% сухой массы. При этом они не погибают, а лишь приостанавливают все жизненные процессы до первого увлажнения. Погрузившись в такой «анабиоз», лишайники могут выдержать сильное солнечное облучение, сильное нагревание и охлаждение.

В связи с тем, что лишайники поглощают воду всей поверхностью тела в основном из атмосферных осадков и отчасти из водяных паров, влажность слоевищ непостоянна и зависит от влажности окружающей среды. Слоевище лишайников часто сравнивают с фильтровальной бумагой.

Состав минеральных элементов в лишайниковом слоевище определяют классическим методом сжигания, образующая зола подвергается химическому анализу на содержание того или иного элемента.

Многочисленные исследования в районах промышленных объектов, на заводских и прилегающих к ним территориях показывают прямую зависимость между загрязнением атмосферы и сокращением численностью определенных видов лишайников. Особая чувствительность лишайников объясняется тем, что они не могут выделять в среду поглощенные токсические вещества, которые вызывают физиологические нарушения и морфологические изменения.

По мере приближения к источнику загрязнения слоевища лишайников становятся толстыми, компактными и почти совсем утрачивают плодовые тела, обильно покрывают соредиями. Дальнейшее загрязнение атмосферы приводит к тому, что лопасти лишайников окрашиваются в беловатый, коричневый или фиолетовый цвет, их талломы сморщиваются и растения погибают. Изучение лишайниковой флоры в населенных пунктах и вблизи крупных промышленных объектов показывает, что состояние окружающей среды оказывает существенное влияние на развитие лишайников. По их видовому составу и встречаемости можно судить о степени загрязнения воздуха.

На частоту встречаемости лишайников влияет кислотность субстрата. На коре, имеющей нейтральную реакцию, лишайники чувствуют себя лучше, чем на кислом субстрате. Этим объясняется различный состав лихенофлоры на разных породах деревьев.

В качестве биоиндикаторов выступают организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых тесно коррелируют с определенными факторами среды и могут применяться для их оценки. Различают чувствительные биоиндикаторы они реагируют на изменение среды значительным отклонением жизненных проявлений от нормы.

Выделяют группы биоиндикаторов и по степени аккумуляции загрязнений без быстро проявляющихся нарушений. К таким биоиндикаторам относятся лишайники. Все виды лишайников (около 25000) можно достаточно четко разделись по их отношению к субстрату, что и послужило основой для выделения экологических групп:

Эпигейные (надпочвенные). Из-за конкуренции с высшими растениями они практически не встречаются на плодородных почвах, предпочитая обедненный песчаный субстрат. К эпигейным относятся лишайники, развивающиеся на пнях и в основании стволов деревьев. Следует отметить, что представители этой группы редко встречаются на загрязненной территории.

Эпифитные они поселяются на стволах и ветках кустарников и деревьев и могут быть представлены тремя типами таллома. Расселение их по стволу зависит от освещенности. Эпифитные лишайники (особенно накипные и реже листоватые) могут быть хорошими биоиндикаторами окружающей среды.

Эпилитные поселяются на камнях, заборах и чаще представлены накипными формами. В основном имеют яркую окраску и также могут выступать как биоиндикаторы.

Водные большую часть времени проводят в воде, их виды немногочисленны и в качестве биоиндикаторов применяются редко.

Работа может проводится по трем направлениям:

I. Расчет процентного соотношения разных видов и экологических групп лишайников на исследуемой и контрольной экосистемах.

II. Расчет величины таллома лишайников, которые встречаются на исследуемой и на контрольной территориях.

III. Cодержание тяжелых металлов в лишайниках (можно определить если есть специальное оборудование (спектрометр ААЗ) или если есть связь с химико аналитическими лабораториями).

Материал собирают в теплое время года, причем сразу на площадках (1 м x 1 м) учитывается численность лишайников отдельно на исследуемой и контрольной территориях. Сборы высушивают при комнатной температуре и хранят в бумажных коробках. Затем лишайники определяют до вида, данные заносят в таблицы с учетом экологических групп и высчитывают их процентное соотношение на исследуемой и контрольное территориях.

На следующем этапе необходимо промерить талломы лишайников, встречающихся в обеих экосистемах, и выяснить, как влияют загрязнители на толщину и размеры таллома лишайников на исследуемой территории. Можно указать и ряд других признаков: мономерность и гетеромерность таллома, содержание хлорофилла и т. д. приготовив поперечные срезы.

Исследование загрязнения атмосферы близ транспортной магистрали

Пробная площадка ограничивается на стволе деревянной рамкой, например, размером 10X10 см.

Какие виды лишайников встретились на площадке.

Какой процент общей площади рамки занимает каждый растущий там вид.

Кроме того, указывают жизнеспособность каждого образца: есть ли у него плодовые тела, здоровое или чахлое слоевище.

На каждом дереве описывают минимум четыре пробные площадки: две у основания ствола и две на высоте 1,4 1,6 м.

Обследование можно провести и по наличию какого-то одного вида лишайников данной территории, или собрать информацию о его обилии в разных точках, или подсчитать количество всех видов лишайников, произрастающих в районе исследования.

Определяют размеры розеток лишайников и степень покрытия в процентах

Оценка встречаемости и покрытия дается по 5 бальной шкале.

Выставляются баллы встречаемости и покрытия для каждого типа лишайников. После проведения исследований на нескольких десятках деревьев делается расчет среди балов встречаемости покрытия для каждого типа роста лишайников накипных (Н), листовых (Л) и кустистых (К). Зная баллы средней встречаемости и покрытия Н, Л, К, легко рассчитать показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) по формуле:
ОЧА=Н+2*Л+3*К30
Чем выше показатель ОЧА (ближе к единице), тем чище воздух местообитания. Имеет прямая связь между ОЧА и средней концентрацией диоксида серы в атмосфере.

Результаты лихеноиндикации вносятся в таблицу.

Оценки частоты встречаемости и степени покрытия оценивается по пятибалльной шкале и проводится по каждому представителю

Таблица 2.

Частота встречаемости (в %)			Степень покрытия		Балл оценки
Очень редко		Менее 5%	Очень низкая	Менее 5%	1
Редко		5 - 20%	Низкая	5 - 20%	2
Редко		20 - 40%	Средняя	20 - 40%	3
Часто		40 - 60%	Высокая	40 - 60%	4
Очень часто		60 - 100%	Очень высокая	60 - 100%	5

Виды лишайников по таблице определителю (раздается учащимся)

Явление некроза.

Само понятие некроз (отмирание) широко используется в биоиндикации, а индикаторы, в качестве которых выступают хвойные и лиственные породы деревьев, а также кустарники и травы, относятся к группе чувствительных.

Не пользуясь сложным оборудованием и реактивами можно легко установить воздействие загрязнителей на природные экосистемы. В данном случае биоиндикация проводится на анатомо-морфологическом уровне. При этом надо установить, как проявляется в исследуемой экосистеме последовательность: хлороз (бледная или светлая окраска хвои или листьев); некроз (потемнение и отмирание частей хвои или листьев); дефолиация (степень разреженности хвои), суховершинность. В качестве стандарта можно использовать любую лесную экосистему, удаленную от города и промышленных объектов.



Повреждения голосеменных растений:

1). превышение ПДК двуокиси серы в атмосфере вызывает красно коричневую суховершинность

2). двуокись азота вызывает явления красно коричневого некроза хвоинок и веток.

3). пероксиацетилнитрат этилена вызывает низкорослость, сброс хвои.

Повреждения покрытосемянных растений:

1). превышение ПДК двуокиси серы вызывает межжилковые некротические пятна. Такой же эффект вызывает высокая концентрация двуокиси азота.

2). превышение озона в атмосфере крапинки на верхней поверхности листа

3). высокий уровень пероксиацетилнитрата окрашивает нижнюю поверхность листа в бронзовый цвет

4). увеличение концентрации фторидов некроз кончика и краев листьев

5). кислотный дождь (при рН менее трех) некротические пятна

6). острое воздействие этилена приводит к явлениям хлороза, некроза, сброса листвы.
Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки состояния атмосферы (измеряемые показатели – количество хвоинок)

Повреждение и усыхание хвоинок	Номера ключевых участков
	1	2	3	…	…
Общее число обследованных хвоинок
Количество хвоинок с пятнами
% хвоинок с пятнами
Количество хвоинок с усыханием
% хвоинок с усыханием
Дата отбора проб

Хвоинки берутся с нескольких боковых побегов средней части кроны (от 5 до 10 деревьев в 15-20 летнем возрасте). Далее отбирают 200-300 пар хвоинок второго и третьего года жизни. Анализ хвои проводится в лаборатории.

Вся хвоя делится на 3 части: неповрежденная, с пятнами, с признаками усыхания. Подсчитывается количество хвоинок в каждой группе, данные заносятся в рабочую таблицу с указанием даты отбора, полученные результаты сравниваются, если количество поврежденных составляет более 25%, то считается, что имеет место некая степень загрязнения атмосферы.

Проанализировав полученные результаты, Вы можете составить общую картину экологического состояния атмосферы на Вашем объекте и приступить к детальному изучению загрязнений атмосферы.

Литература

1. 
   ОАО «Прима-М». Состояние зеленых насаждений в Москве по данным мониторинга 1999 и 2003 годов. Аналитические доклады. Москва, 2000, 2004 гг.
   
2. 
   г.Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие. Под ред. Ашихминой Т.Я. Москва, Академический проект, 2005г.
   
3. 
   Сайт /www. Ecoline.ru
   
4. 
   Р. Шуберг - «Биоиндикация загрязнений наземных экосистем» (Москва 1988г., «Мир»)
   
5. 
   «Экологическая азбука» (Москва 1995г., МНЭПУ) Э
   

6. Методическое пособие по школьному экологическому мониторингу – составитель Речкалова Н.И.( Москва,2005 экоцентр «Заповедники»)