Проектная работа по биологии учеников 7 класса «Лихеноиндикационные исследования на территории поселка Новохоперский»

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

«Новохоперская основная общеобразовательная школа»

Секция: Экологическая оценка состояния окружающей среды

Подсекция «Экология растений и животных»

Лихеноиндикационные исследования на территории поселка Новохоперский

Выполнили: обучающиеся 7 класса

Строков Максим, Хорова Ксения

Руководитель: учитель биологии

Сираева И.С.

п. Новохоперский 2013

Содержание

Введение ………………………………………………………………….………...…3

Глава I. Теоретические основы исследования

1.1 Физико-географическая характеристика п. Новохоперского…………..…5

1.2. История изучения лишайников …………………………………..….….....5

1.3 Классификация лишайников……………………………………………..…7

1.4 Влияние загрязнения воздуха на состояние лишайников………………...7

Глава II. Исследовательская часть

2.1 Определение видового разнообразия и проективного покрытия лишайников ……………………………………………………………………….….10

2.2 Результаты исследования………………………………………. ……...11

2.3. Лихеноиндикация и определение лишайниковых зон поселка………..11

Заключение…………………………………………………………………….……..16

Литература……………………………………………………………………..……..17

Приложение ………………………………………………………………………….18

Введение

Лишайники - очень интересная группа живых организмов. Это не грибы и не водоросли, а самостоятельная группа растений, к которой принадлежат более 26 тысяч видов. Во время долгих странствий древнееврейского народа по пустыне люди вначале бедствовали от нехватки пищи. Но после месяца невзгод, проснувшись как-то утром, они обнаружили на земле непонятный налет, похожий на крупу или иней. Он оказался съедобным, его мололи и пекли лепешки. Люди назвали его «небесный хлеб» или «манна небесная», а на самом деле это были лишайники. Они поселяются там, где не выживет ни одно растение, это первопроходцы. Лишайники были найдены в Антарктиде и на раскаленных камнях пустынь. Они живут на застывшей вулканической лаве, кирпичах, бронзовых памятниках, на фарфоре и стекле. Лишайники способны противостоять биотическим факторам, конкурируя с растениями.

В лишайнике сочетаются два организма с противоположными свойствами: водоросль (чаще зеленая), которая в процессе фотосинтеза создает органическое вещество, и гриб, потребляющий это вещество. Взаимоотношения их строятся следующим образом. Гриб получает от водоросли органические вещества - углеводы, но в то же время как бы предоставляет водоросли, находящейся внутри тела лишайника, среду обитания, защиту от пересыхания и перегревания. Гриб снабжает водоросль достаточным количеством воды и растворенных в ней минеральных солей, которые он сам поглощает из окружающей среды (субстрата, атмосферного воздуха). Таким образом, хотя гриб в некоторой степени паразитирует на водоросли, но и она извлекает из совместной жизни с ним определенную пользу. Следовательно, в этом сожительстве наряду с паразитизмом имеются и черты симбиоза.

В результате этих сложных взаимоотношений в процессе эволюции возник новый самостоятельный комплексный организм, имеющий новые, только ему присущие особенности строения и образа жизни и свои закономерности развития. При этом водоросль, выделенная из лишайника, в благоприятных условиях чаще всего может и вне его расти и развиваться самостоятельно, гриб же в этом случае обычно быстро погибает, так как в процессе приспособления к совместному существованию почти полностью потерял способность к самостоятельному развитию. В то же время они плохо приспособлены к антропогенному воздействию.

Тема нашей работы актуальна, так как в настоящее время проблема загрязнения воздуха стоит особенно остро, а лишайники можно использовать как биоиндикаторы загрязнения окружающей среды.

Цель работы: изучить лихенофлору и провести лихеноиндикационные исследования на территории Новохоперского поселения.

Для достижения цели мы поставили перед собой ряд задач:

1. По литературным источникам изучить особенности биологии лишайников.

2. Определить распространение лишайников на территории поселка, их видовое разнообразие.

3. Собрать образцы лишайников и составить список.

4. Провести оценку степени покрытия лишайниками стволов деревьев, произрастающих на разных участках.

5. Сравнить и сделать выводы об экологическом состоянии исследуемых участков.

Методы исследования: изучение литературы и информационных источников, экскурсия в природу, фотографирование видов лишайников, гербаризация собранного материала, определение форм и видов лишайников.

Новизна работы в том, что предпринята попытка определения видового разнообразия лихенофлоры окрестностей поселка.

Прикладное значение работы в том, что собранная коллекция лишайников будет использоваться на уроках биологии в нашей школе.

Гипотеза исследования: возможно, по формам и видам лишайников, определить загрязнение воздуха на территории поселка?

Глава I. Теоретические основы исследования

2. Физико-географическая характеристика п. Новохоперского

Поселок Новохоперский расположен на северо-востоке Воронежской области. Географическая широта: 51 °04', географическая долгота: 41° 34'. Поселок находится на юго-восточной окраине Окско-Донской равнины, в 200км от г. Воронежа.

Через поселок протекает река Савала. Практически со всех сторон он соседствует с агроценозами.

Климат поселка умеренно- континентальный - с холодной зимой и жарким летом, засушливый с недостаточным количеством осадков. Климат определяется географической широтой, рельефом местности и удаленностью от Атлантического океана.

Территория расположения района поселка по характеру рельефа представляет собой плоскую равнину. Большая часть поселка лежит в пределах подзоны обыкновенного чернозема. По своим признакам черноземы являются наиболее богатыми почвами, имеют темно-серый и черный цвет, сложение плотное или слегка рыхлое, структура слабо зернистая.

1.2 История изучения лишайников

Слово «лишайник» пришло из Древней Греции. Термин впервые был введен Теофрастом, бывшем современником Платона и Аристотеля и жившем в 371-284 г.г. до нашей эры. Книги Теофраста были иллюстрированными и поэтому сегодня мы знаем, какие именно растения он называл лишайниками. Плиний Старший упоминает лишайники как источник получения дешевой краски для ткани.

Эпоха Возрождения характеризуется большим интересом к растениям и поэтому одними из первых книг, напечатанных вслед за Библией, были травники, содержащие сведения об использовании растений.

Самая ранняя напечатанная иллюстрация лишайников относится к 1480 году и изображает виды родов Уснея и Лобария. Изображения Лобарии легочной и Алектории мы видим в травнике Л'Обеля 1576 г., бельгийца, перебравшегося в Англию и назначенного на должность ботаника короля Джеймса 1.

Марчелло Мальпиги, известнейший итальянский биолог, в 1686 году в своей Opera Omnia первым описал соредии у лишайников. Шотландец Роберт Морисон в своей книге Plantarum Historiae Universalis Oxoniensis первым отнес лишайники к грибам и назвал их мохо-грибами. Его великолепные иллюстрации 1699 г. содержат изображения Лобарии легочной, Уснеи, различные виды родов Кладонии, Пельтигеры, Пармелии. Француз Жозеф де Тур нефорт в 1694 г. предложил группу мохо-грибов Роберта Морисона называть лишайниками. Он предложил называть лишайниками «группу растений, лишенных цветов, но имеющих маленькие плодовые чашечки с мельчайшими пылинками или семенами, которые видны только под микроскопом».

Карл Линней, знаменитый шведский биолог и создатель бинарной системы, включил все известные к тому времени лишайники в один род, разделенный на семь секций в зависимости от жизненной формы. Позднее Ахариус, также живший в Швеции, в своей Lichenographia Universalis в 1810 году разделил линнеевский род лишайников на 41 род, сгруппированных в классы в соответствии с характером и типом плодоношения. 6ихенологии тех времен были настоящими энтузиастами своего дела.

Осознание двойственной структуры лишайников пришло позднее, когда на основании опытов А. С. Фаминцина и О. И. Баранецкого гипотезу о дуализме лишайников в 1867 году высказал Швенденер. До него обнаруженные в лишайниках клетки водорослей не воспринимались как отдельный организм. Уоллрот в 1825 году считал их репродуктивными структурами лишайников и назвал гонидиями, термином, применяемым до настоящего времени. Многие 6ихенологии прошлого века воспринимали теорию Шведенера как ересь и как покушение на лихенологию и на них самих. Например, Вильям Ньюландер, возможно самый знаменитый лихенолог своего времени, полностью отвергал дуалистическую теорию и воспринимал любого, кто на ней настаивал, как своего персонального врага. В настоящее время двойственная природа лишайников ни у кого не вызывает сомнений.

1.3 Классификация лишайников

Лишайники занимают в природе несколько экологических ниш.

По этому принципу растения разделяют на эпифитные, эпилитные, эпигейные (напочвенные), эпиксильные, водные. Эпифиты обживают ветви и стволы деревьев и кустарники. К эпифитам принадлежат накипные лишайники графис, леканора, псора; листоватые - коллема, лептогиум, пармелия, фисция; кустистые - кладония и уснея.

Эпигейные лишайники растут на поверхности почвы (гейя - земля). Виды этой группы выдерживают сильную конкуренцию со стороны быстрорастущих высших растений, особенно травянистых. Потому они редко встречаются на плодородных почвах и достигают большего развития в местах, малопригодных для высших растений из-за незначительной питательности.

Эпилитные - поселяются на камнях и скалах (лито - камень). В основном представлены накипными видами лишайников. Расселение их по субстрату различно. Один вид может сплошь покрывать скалу или крупный камень на большой площади, придавая им заметную издали окраску, характерную для определённого вида: жёлтую, коричневую, оранжевую, зеленоватую, чёрную или какую - либо другую окраску.

Растут лишайники очень медленно. Например, олений мох за год вырастает всего на 1-3мм. Живут лишайники до 50 лет, а некоторые до 100 лет. Медленнее всех растут накипные. Средний возраст большинства кустистых и листовых лишайников составляет 30-80 лет, хотя некоторые из них доживают до 600 лет. Накипные лишайники живут гораздо больше.

1.4 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. Таким образом, поступление воды в лишайники происходит, в отличие от высших растений, по физическим, а не по физиологическим законам. Недаром слоевище лишайников сравнивают с фильтрованной бумагой.
Минеральные вещества в виде водных растворов поступают в слоевище лишайника из почвы, горных пород, коры деревьев. Однако гораздо большее количество химических элементов лишайники получают из атмосферы с осадками и пылью. Поглощение элементов из дождевой воды идёт очень быстро и сопровождается их концентрированием. При повышении концентрации соединений металлов в воздухе резко возрастает их содержание в слоевищах лишайников, причём в накопление металлов они далеко опережают сосудистые растения. В лесу, где осадки сквозь кроны деревьев и стекают со стволов, лишайники гораздо богаче минеральными и органическими веществами, чем в открытых местах. Особенно много органических и минеральных веществ попадает в тело эпифитных лишайников, растущих на стволах деревьев. Эти растения используются для наблюдений за распространением в атмосфере более 30 элементов: лития, натрия, калия, магния, кальция, стронция, алюминия, титана, ванадия, хрома, марганца, железа, никеля, меди, цинка, галлия, кадмия, свинца, ртути, иттрия, урана, фтора, йода, серы, мышьяка, селена и др.
Состав минеральных элементов в лишайниковом слоевище определяют классическим методом сжигания, образующаяся зола подвергается химическому анализу 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 численности определённых видов лишайников. Особая чувствительность лишайников объясняется тем, что они не могут выделять в среду поглощенные токсические вещества, которые вызывают физиологические и морфологические изменения.
По мере приближения к источнику загрязнению становится толстым, компактным почти совсем утрачивают плодовые тела, обильно покрываются соредиями. Дальнейшее загрязнение атмосферы приводит к тому, что лопасти лишайников окрашиваются в беловатый, коричневатый или фиолетовый цвет, их талломы сморщиваются и растения погибает. Изучение лишайниковой флорой в населённых 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 загрязнении воздуха.
Наиболее сильно лишайники реагируют на диоксид серы. Концентрация диоксида серы 0,5 мг/м³ губительная для всех лишайников. На территориях, где средняя концентрация SO₂ превышает 0,3 мг/м³ , лишайники практически отсутствуют. В районах со средними диоксида серы от 0,3 до 0,05 мг/м³ по мере удаления от источника загрязнения сначала появляются накипные лишайники, затем листовые. При концентрации менее 0,05 мг/м³ появляются кустистые лишайники и некоторые листоватые. На городской территории выделяют три уровня зоны лишайников.
Таким образом, методы оценки загрязнённости атмосферы по встречаемости лишайников основаны на следующих закономерностях.
1. Чем сильнее загрязнён воздух, тем меньше встречается в нём видов лишайника.
2. Чем сильнее загрязнён воздух, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев.
3. При повышении загрязненности воздуха исчезают первыми кустистые лишайники, за ними - листоватые, последние исчезает накипные.
Метод использования лишайников в качестве биоиндикаторов получил название лихеноиндикации.

На основании этих закономерностей можно количественно оценить чистоту воздуха, в конкретном месте микрорайона школы.

Глава II. Исследовательская часть

2.1 Определение видового разнообразия и проективного покрытия лишайников

Во время экскурсий по поселку мы обратили внимание на то, что стволы деревьев и кустарников во многих местах густо покрыты эпифитными лишайниками. На уроках биологии мы узнали, что по лишайникам можно определить экологическое состояние атмосферного воздуха, так как они очень чутко реагируют на химическое загрязнение воздуха. Этот метод называется лихеноиндикация.

Нами было выбрано 3 пробные площадки размером 5х5м с различным типов растительности: одна - в окрестностях школы, вторая - в лесополосе и третья - в близи автомобильной и железной дороги.

На каждой пробной площадке описывали те виды лишайников, которые встречаются на каждом третьем дереве в пределах площадки.

Для исследований мы использовали деревья лиственных пород тополь пирамидальный, тополь белый, ясень обыкновенный, акация, дуб черешчатый, из плодовых деревьев - грушу, терн, яблоню, сливу, вишню, черешню.

В основу методики оценки относительной численности лишайников был положен метод линейных пересечений, который заключается в наложении гибкой ленты с миллиметровыми делениями на поверхность ствола дерева с фиксированием всех пересечений её со слоевищами лишайников. В качестве ленты использовался «портняжный метр» с миллиметровыми делениями.
После выбора дерева определили на стволе точку, находящуюся на высоте 1,5 метра от основания ствола с северной стороны. Затем на ствол наложили мерную ленту с делениями таким образом, чтобы ноль шкалы ленты совпадал с выбранной точкой, а возрастание чисел на шкале соответствовало движению по часовой стрелке (с севера на восток). После полного оборота ствола лента закрепляли на стволе булавкой в нулевой точке. Совмещая последнее деление и ноль ленты, определили длину окружности ствола.
При измерении отмечали начало и конец каждого пересечения ленты с талломами лишайников.

По завершении измерений провели расчёт проективного покрытия лишайников на основе линейных пересечений, который определяет отношение «заросшей» лишайниками части ствола к общей поверхности. Зная общую длину окружности ствола и принимая её за 100%, рассчитали проективное покрытие лишайников.
Проективное покрытие определяется для всех видов лишайников в сумме.

2.2 Результаты исследования

В ходе нашего исследования мы пришли к следующим результатам.

Участок №1 (Школьный парк)

1. Дерево-тополь, окружность ствола -120см, высота измерений - от комля 1,5м

Определяем расстояния, занятые лишайниками: 35-32=3см, 62-60=2см, 70-66=4 см, 83-77=6 см, 86-84=2 см, 92-87=5 см, 101-97=4 см, 109-106=3 см.

Суммируем все отрезки: 3+2+4+6+2+5+4+ 3=29см

120см (окружность ствола) =100%

29см =Х %

Х=29×100:120=24%

Общее проективное покрытие составило 24% ОПП=24%

2. Дерево - береза, окружность ствола - 122см, высота измерений - от комля 1,5м.

ОПП = 32%

3. Дерево - акация, окружность ствола - 93см, высота измерений - от комля 1,2м.

ОПП = 42%

ОПП для участка № 1 =33%

Участок № 2 (Лесополоса)

1. Дерево - береза, окружность ствола - 68см, высота измерений - от комля 1,5м.

ОПП =21%

2. Дерево - акация, окружность ствола - 24см, высота измерений - от комля 1,5м.

ОПП =46%

3. Дерево - тополь, окружность ствола - 130см, высота измерений - от комля 1,5м.

ОПП =40%

ОПП для участка № 2 = 36%

Участок № 3 ( Автомобильная и железная дорога)

1. Дерево - тополь, окружность ствола - 114см, высота измерений - от комля 1,5м.

ОПП =29%

2. Дерево - груша, окружность ствола - 74см, высота измерений - от комля 1,5м.

ОПП =31%

3. Дерево - тополь, окружность ствола - 120см, высота измерений - от комля 1,5м.

ОПП = 21%

ОПП для участка № 3 = 30%

Результаты определения степени проективного покрытия деревьев лишайниками были занесены в таблицу:

Таблица 1. Степень проективного покрытия лишайниками на исследуемой территории

№ участка

Степень проективного покрытия

1. Школьный парк

33%

2. Лесополоса

36%

3. Окрестности железной и автомобильной дороги

30%

Анализ результатов определения общей длины покрытия ствола дерева лишайниками на высоте 150 см показал, что деревья покрыты лишайниками в основном с северо-восточной стороны. Степень проективного покрытия деревьев на участке № 1 и 2 выше, чем участке №3. Это объясняется тем, что участки № 1,2 расположены вдали от шоссе и железной дороги. На данных участках обнаружены накипные и кустистые лишайники, все лишайники в хорошем в хорошем состоянии, не угнетенные, с хорошо развитыми слоевищами. На участке № 3 были обнаружены в основном только накипные лишайники в угнетенном состоянии (они выглядят сухими), что говорит о загрязнении атмосферы.

Таблица 2 Видовое разнообразие лишайников на исследуемой территории

Из таблицы видно, что на всех исследуемых участках п. Новохоперского присутствуют накипные лишайники (леканора) и листоватые. Листоватые лишайники представлены такими видами как фисция, пармелия и ксантория (золотянка), которые были обнаружены в больших количествах на многих деревьях. Следует отметить, что на деревьях, произрастающих вблизи с железной дороги, в основном, лишайники вида золотянки настенной, а также леканора.

Заключение

На основе наблюдений мы расширили свои знания о лишайниках, научились проводить лихеноиндикационные исследования. Собранная коллекция образцов лишайников оформлена и передана в кабинет биологии. В ходе наших исследований мы сделали следующие выводы:

1. Большая часть поселка Новохоперский представлена такими видами

лишайников, как оранжевая золотянка, или ксантория, пармелия вздутая, леканора, слоевища которых покрывают не только стволы и ветви деревьев, но также деревянные постройки;

2. Покрытие лишайниками коры деревьев на большинстве пробных площадок обильное, что свидетельствует о незначительной загрязненности воздуха;

3. Большая часть лишайников расположена на высоте ствола дерева 1,5-2м,

меньше их встречается возле почвы;

4. Лишайники на всех пробных площадках (за исключением № 3) хорошо

развиты, имеют плодовые тела, что свидетельствует об их росте и размножении.

Учитывая все выше названное, можно сказать, что воздух в окрестностях п. Новохоперский чистый и не содержит вредных примесей, мешающих развиваться лишайникам.

Литература

1. Алексеев С. В., Беккер А. М. Изучаем экологию экспериментально. СПб, 1993.

2. Маслов Н.Н., Коробов Ю.И. Охрана окружающей среды на железнодорожном транспорте: Учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1996.

3. Пчелкин А.В., Боголюбов А.С. Методическое пособие «Методы лихеноиндикации загрязнения окружающей среды». М. Экосистема, 1997.

4. Большая энциклопедия природы. Жизнь растений. Водоросли. Лишайники. Мхи. Автор-составитель Бердышев С. Н., «Мир книги» М., 2002.

5. Газета «Биология - Первое сентября», №8, 2007, издательский дом «Первое сентября», стр 32.

6. Попова Т.А. Экология в школе. Мониторинг природной среды. - М.: Творческий центр «Сфера», 2005.

Приложение

Рис 1. Картосхема п. Новохоперского. Лишайниковые зоны. 2013 год

Фото 1. Участок исследований №1 «Школьный парк» (береза).

Фото 2. Участок исследований № 1 Видны лишайники только одного вида- листоватые желтые ксантории.

Фото 3. Определяем площадь проектного покрытия методом линейных пересечений.

Фото 3. Участок № 2. Видовое разнообразие листоватых лишайников на тополе.

Фото 4. Участок исследования № 2

Участок № 2, единичные экземпляры пармелии и фисции.

Участок №3, стволы тополей с накипным лишайником

Ксантория

Участок № 4,

Ф

ото 5. Лишайники на заборе

Фото. Листоватые лишайники на территории ХГЗ (пармелия)

24