CC BY
105
Электронный научно-о^рдзобдтел^ный
Электронным научно-овразоодтел^нми
Весщник
Здоровье и образование в XXI зеке
2014, том 16[5]
С^5-
Шифр специальности 03.02.08 УДК 574.2+ 37.033
БИОИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА КАК ОДНО ИЗ НАПРАВЛЕНИИ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ШКОЛЬНИКОВ Марочкина1ЖА, Чельцов1 Н.В., Ананьева1 СИ., Блинникова2 А.С
1ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина», г. Рязань, естественно-географический факультет, кафедра биологии и методики её преподавания, доценты, к.б.н., г. Рязань, 390000, улица Свободы, 46, эл.почта [email protected] моб.тел. +79106422661
2ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина», г. Рязань, естественно-географический факультет, студентка 5 курса, г. Рязань, 390000, улица Свободы, 46, эл.почта [email protected] моб.тел. +79038344316
В статье затрагивается проблема, актуальная при организации исследовательской экологической деятельности школьников. Для успешного выполнения поставленных задач необходим правильный выбор методов исследования. Авторы изучали степень загрязнения воздуха Рязанской нефтеперерабатывающей компанией (НПК) двумя методами биоиндикации: использование показателя асимметрии листьев и метод лихеноиндикации. Оба метода показали критическую степень загрязнения воздуха на территории НПК ив 1км от неё и среднюю степень загрязнения в лесопарке. Для успешного использования метода лихеноиндикации исследователь должен овладеть сложными навыками определения видов лишайников. Проведенные исследования позволяют рекомендовать метод оценки степени загрязнения воздуха по показателю асимметрии листьев как достаточно эффективный и, в отличие от лихеноиндикации, не требующий специальной подготовки.
Ключевые слова: биоиндикация, лихеноиндикация, загрязнение воздуха, исследовательская деятельность школьников, асимметрия листьев.
BIOINDICATION OF AIR POLLUTION AS AN AREA OF THE SCHOOLCHILDREN’S RESEARCH
Marochkina1 E.A., Cheltsov1 N.V., Ananieva1 S.I., Blinnikova2 A.S.
1State Educational Agency of Higher Professional Education "Ryazan State University Named S.A. Esenin", Department of Natural and Geography, Chair of Biology and Methodology of Biology,
~8~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518
-Электронном научно-о^рдзоб«тел«?нь/м
Весщник
Здоровье и оброзование s XX] веке
2014, том 16[5]
С^5-
Associate Professor, Candidate of Biological Science, Ryazan, 390000, Russian Federation, street Svobody, 46, E-mail [email protected], Tel Mob. +79106422661
2State Educational Agency of Higher Professional Education "Ryazan State University Named S.A. Esenin", Department of Natural and Geography, student 5 course of study, Ryazan, 390000, Russian Federation, street Svobody, 46, E-mail [email protected], Tel Mob. +79106422661
The article covers a problem that is important for organizing schoolchildren’s environmental research. The choice of a proper research method is crucial for good results. The authors studied the degree of air pollution by Ryazan Oil Refining Company (ORC) using two bioindication methods: the leaves’ asymmetry index and the lichenoindication. Both methods showed a critical degree of air pollution on the ORC territory and 1km away from it, and the moderate pollution degree in the “forest-park”. For the successful use of the lichenoindication method a researcher must learn complicated skills lichen species’ identification. The research made proves to recommend the leaves’ asymmetry as efficient enough method of assessing the air pollution degree unlike lichenoindication that requires a special training.
Key words: bioindication, lichenoindication, air pollution, research activity schoolchildren, leaves’ asymmetry.
Введение. Исследовательская деятельность школьников, их непосредственное общение с природой, - является надежным способом приобретения экологических знаний.
В ходе проведения экологических исследований учащиеся начинают осознавать единство биосферы, как глобальной экологической системы, и последствия её нарушения при потребительском отношении человека к природе. Анализируя результаты проведенных исследований, учащиеся получают достоверную информацию об экологическом состоянии родного края, о необходимости реальных мер по охране окружающей среды.
Одним из видов исследовательской деятельности школьников в последние годы, становится определение степени загрязнения окружающей среды методами биоиндикации. Одно из достоинств этих методов - доступность объектов исследования. Мы решили сравнить трудоемкость и достоверность результатов двух методов биоиндикации степени загрязнения воздуха, рекомендуемых для использования школьникам: биоиндикация на основе изучения некоторых особенностей морфологии листьев и лихеноиндикация, т.е. выявление степени развития лишайникового покрова на стволах деревьев [1, 2, 3]. С помощью этих методик мы решили оценить степень загрязнения воздуха Рязанской нефтеперерабатывающей компании (РНК).
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518
Электронно*« научно-о^разовдкисльны«
Вссщник
Здоровье и оброзование в XX] зеке
2014, том 16[5]
—--------------—
Методики исследования
Исследования проводили на территории г. Рязани в 2013 г. Для оценки влияния деятельности РНК атмосферный воздух были выбраны три площадки. Первая площадка расположена на улице Южный промышленный узел, в непосредственной близости от РНК, вторая площадка - на той же улице, в 1 км от РНК. Контрольная площадка расположена на территории рязанского лесопарка на большом удалении от техногенных объектов. Интенсивность загрязнения воздуха автотранспортом во всех исследуемых местах была примерно одинакова, т.к. по улице Южный промышленный узел осуществляется довольно интенсивное автомобильное движение, а через территорию лесопарка проходит автотрасса -северная окружная дорога.
Методика определения загрязнения воздуха по флуктуирующей асимметрии листьев. Для изучения асимметрии листьев выбрали березу повислую (Betula pendula), так как она широко распространена в европейской части России, и ее насаждения достаточно обильны в намеченных для исследования участках. Для исследования выбрали деревья, растущие в 2-5 м друг от друга. Листья собирали после завершения периода их роста, но до начала листопада (1517 августа). Сбор листьев производили путем случайной выборки с четырех сторон света, с десяти деревьев - по десять листьев с каждого дерева (всего 100 листьев с каждой площадки). Затем провели камеральную обработку собранного материала. Измерили ширину половинки листа, длину жилки второго порядка второй от основания листа, расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка, расстояние между концами этих же жилок, угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка [1, 2]. Для измерения показателей использовали штангенциркуль и транспортир.
Затем провели оценку стабильности развития березы по расчету средней относительной величины асимметрии. Данную величину вычисляли следующим образом:
1. Находили разность между параметрами листа слева (L) и справа (R) и делили ее на сумму этих же промеров (L-R)/(L+R).
2. Значения относительных величин асимметрии листа по каждому признаку суммировали и делили на число признаков.
3. Вычисляли среднюю арифметическую всех величин асимметрии для каждого дерева и для каждой площадки.
Степень нарушения стабильности развития оценивали по пятибалльной шкале (табл.1).
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ (НЭБ) - головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса
научного цитирования (РИНЦ).
Электроннм« научно о^разобдтел^нь^й
Весщник
Здоровье и оброзование в XXI веке
2014, том 16[5]
С^5-
Таблица 1. Пятибалльная шкала оценки отклонений состояния организма от условной нормы по величине интегрального показателя стабильности развития для берёзы повислой
Класс Величина показателя стабильности развития Качество среды
1 Меньше 0,040 Условная норма
2 0,040-0,044 Воздух относительно чистый
3 0,045-0,049 Средняя степень загрязнения
4 0,050-0,054 Сильное загрязнение
5 Больше 0,054 Критическое состояние
Методика лихеноиндикации. Кроме определения степени загрязнения атмосферы по асимметрии листьев мы апробировали методику лихеноиндикации [3]. Определяли состояние лишайникого покрытия на тех же площадках на тополе черном (Populus nigra). На каждой площадке произвольно выбрали 10-20 деревьев. Использовали метод «линейных пересечений». На высоте 1,5 м от земли накладывали на окружность ствола мерную ленту и фиксировали все пересечения её со слоевищами каждого вида лишайников. Определение видов проводили по определителю [4], используя бинокулярный микроскоп БМС-2 и необходимые химические реактивы. Затем производили расчет проективного покрытия лишайников, т.е. определяли отношение покрытой лишайниками части ствола к его общей поверхности. Далее вычисляли индексы в зависимости от способов учета: индекс чистоты атмосферы, IAQ, или индекс полеотолерантности, IP.
Результаты исследования
В результате проведенных исследований установлено, что на первой площадке, расположенной в непосредственной близости от РНК, показатели асимметрии листьев варьируют в пределах от 0,053 до 0,066, что соответствует 4 и 5 классу загрязнения воздуха (рис. 1). 90% проб указывают на критическое состояние воздуха. Пятый класс не имеет верхней границы. Однако из графика видно, что 40% проб указывают на чрезвычайно высокую степень загрязнения, а 10% проб лежат у верхнего предела 4 класса. В целом среднее значение показателя асимметрии листьев березы на первой площадке равно 0,060±0,0041, что соответствует пятому баллу, т.е. воздух имеет критическую степень загрязнения.
На второй площадке, расположенной в 1 км от РНК, показатель асимметрии листьев варьирует примерно в тех же пределах (0,055-0,066), совпадает и среднее его значение (0,060±,0047). При этом все пробы соответствуют пятому классу, т.е. состояние воздуха в удалении в 1 км от компании также критическое (рис. 1).
На третьей контрольной площадке, расположенной в лесопарке г. Рязани, показатель асимметрии листьев варьирует в более широких пределах (от 0,038 до 0,061), имея среднее
~11~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ (НЭБ) - головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса
научного цитирования (РИНЦ).
Электронный научно -о^рдзовд телоный
Здоровье и образование в XXI веке
2014, том 16[5]
значение 0,048±0,008. 20% проб соответствует норме (1 класс), 40% - указывают на среднюю степень загрязнения воздуха (3 класс), 30% - на плохое состояние (4 класс) и лишь 10% - на критическое состояние воздуха (5 класс) (рис. 1). Среднее значение соответствует 3 классу, что свидетельствует о средней степени загрязнения воздуха.
0,07 -|
£ 1 s £0,06 J
1
п 2 S i 0,05 -
я
0,04
0,03
4
5
6
7
8
9
10
номер дерева на каждой площадке
1
2
3
- -о - Площадка 1 - - о - ■ Площадка 2 —Д— Площадка 3
Рис. 1. Показатели асимметрии листьев берез на 3 площадках. На графике проведены линии, соответствующие классам загрязнения воздуха.
При использовании лихеноиндикации показатели степени загрязнения воздуха, рассчитанные по двум индексам, существенно отличались друг от друга. Индекс полеотолерантности показал, что воздух на территории нефтеперерабатывающей компании и в 1 км от неё имел высокую, а в лесопарке - среднюю степень загрязнения (8, 8,5 и 4,16 соответственно).
Индексы чистоты атмосферы, несмотря на их отличия друг от друга (0,1, 0,8 и 3,36 соответственно), свидетельствовали о «зоне сильного загрязнения» на всех трех площадках.
Для определения индекса полеотолерантности необходимо выявить видовой состав лишайников, а для расчета индекса чистоты атмосферы - только количество их видов. Оба метода требуют наличия навыков определения видов лишайников, без которых качественно выполнить исследование невозможно.
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518
Электроннмы нйучно-о^дзобдилел(?мыц
Весщник
Здоровье и оброзовоние s XXJ веке
20/4, том 16 [5]
С^5-
Выводы
1. Проведенные исследования свидетельствуют о сильном загрязнении воздуха нефтеперерабатывающей компанией не только в пределах своей территории. Даже на удалении в 1 км показатель загрязнения не снижается. С другой стороны, территория, которая традиционно считается местом отдыха рязанцев, также имеет загрязненный воздух.
2. Результат, полученный при использовании весьма сложного метода биоиндикации (лихеноиндикация с учетом видового состава), оказался идентичен результату метода определения чистоты воздуха по асимметрии листьев. Однако последний метод гораздо проще в исполнении, не требует специальной подготовки учащихся и сложного оборудования. Школьники, не овладевшие методикой определения видов лишайников, вряд ли смогут получить достоверные данные, используя этот метод. Поэтому при исследовании чистоты воздуха учащимися школ мы рекомендуем использовать метод определения асимметрии листьев, а не лихеноиндикации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Здоровье среды: методика оценки / В.М. Захаров, А.С. Баранов, В.И. Борисов и др. М.: Центр экологической политики России, 2000. 68 с.
2. Здоровье среды: практика оценки / В.М. Захаров, А.Т. Чубинишвили, С.Г. Дмитриев и др. М.: Изд. Центра экол. политики России, 2000. 318 с.
3. Методы лихеноиндикации загрязнений окружающей среды: методическое пособие / сост. А.В. Пчелкин, А.С. Боголюбов. М.: Экосистема, 1997. 25 с.
4. Учебный определитель лишайников Средней России: учебно-методическое пособие / Е.Э. Мучник, И.Д. Инсарова, М.В. Казакова. Рязань, 2011. 360 с.
LITERATURA
Knigi:
[1]. Zdorov’e sredy: metodika otsenki / V.M. Zakharov, A.S. Baranov, V.I. Borisov, A.V. Valeckij, N.G. Krjazheva, E.K. Chistjakova, A.T. Chubinishvili. M.: Tsentr ekologicheskoi politiki Rossii, 2000. 68 s.
[2]. Zdorov’e sredy: praktika otsenki / V.M. Zakharov, A.T. Chubinishvili, S.G. Dmitriev, A.S. Baranov, V.I. Borisov, A.V. Valeckij, E.Ju. Krysanov, N.G. Krjazheva, A.V. Pronin, E.K. Chistjakova. M.: Izd. Tsentra ekol. politiki Rossii, 2000. 318 s.
Metodicheskie posobiya:
[3]. Metody likhenoindikatsii zagryaznenii okruzhayushchei sredy: metodicheskoe posobie / sost. A.V. Pchelkin, A.S. Bogolyubov. M.: Ekosistema, 1997. 25 s.
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518
Электроннм« научно о^разобдтел^нь^й
Весщник
Здоровье и оброзование в XXI веке
2014, том 16[5]
С^5-
[4]. Uchebnyi opredelitel’ lishainikov Srednei Rossii: uchebno-metodicheskoe posobie / E.E. Muchnik, I.D. Insarova, M.V. Kazakova. Ryazan’, 2011. 360 s.
Рецензенты:
Евгений Сергеевич Иванов - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой экологии и природопользования ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина», г.Рязань, 390000, улица Свободы, 46, эл.почта: [email protected]
Марина Васильевна Казакова - доктор биологических наук, профессор кафедры биологии и методики её преподавания ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина», г.Рязань, 390000, улица Свободы, 46, эл.почта: [email protected]
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518
