Тема 6. Влияние антропогенных факторов на состояние окружающей среды
Задание 6.1. Определение загрязнения воздуха микроорганизмами
Отличительные признаки микроорганизмов. Бактерии - колонии гладкие или морщинистые; блестящие или матовые; круглые либо неправильной формы, а также выпуклые, вогнутые или плоские; белые, серые, часто желтые, красные, розовые; никогда не бывают пушистыми.
Плесневые грибы - колонии разной окраски; большие, иногда распространяются по всей поверхности питательной среды, обычно круглые, всегда пушистые.
Актиномицеты - колонии плотные, часто кожистые; выпуклые либо плоские, круглые либо фестончатые; обычно белые, серые, темно-коричневые. Поверхность колонии покрыта шелковистым либо мучнистым налетом.
Цель работы: определить степень загрязненности воздуха в биоценозах.
Материалы и оборудование: мясопептонный агар, чашки Петри.
Ход работы:
1.В начале эксперимента необходимо определить контрольные колонии микроорганизмов. Для этого открытые чашки Петри с питательной средой (МПА - мясо-пептонный агар) оставляют в комнате на 20-30 мин. Затем их закрывают и помещают в специально отведенное место при комнатной температуре. Колонии микроорганизмов, которые вырастут в этой питательной среде, будут контрольными;
2.В этот же период времени взять пробы воздуха в частях леса, луга, подвергшиеся различной антропогенной нагрузке. После экскурсии чашки Петри поместить рядом с контрольными;
3.Через 2-3 суток в чашках появляются колонии. Их определить и зарисовать;
4.Для определения степени загрязнения воздуха леса, луга микроорганизмами необходимо подсчитать в чашках Петри количество колоний различных микроорганизмов, учитывая и мелкие колонии. Полученное число колоний разделить на время выдержки в минутах и умножить на 7644 (коэффициент пересчета площади чашки Петри на 1 м2).
Результаты выполнения заданий записать в таблицу. Итогом работы должен быть вывод о степени загрязнения воздуха в помещении, лесу, на лугу. Желательно указать возможные причины загрязнения.
Таблица 8 - Определение загрязнения воздуха микроорганизмами
Место взятия пробы
|
Количество спор за 1 ч на 1 м2
|
Бактерии
|
Плесневые грибы
|
Актиномицеты
|
Контроль
Опыт
|
|
|
|
Задание 6.2. Определение запыленности воздуха
Цель работы: определить степень запыленности воздуха вблизи источников антропогенного воздействия (дорога, стройка, склад удобрений и т.п.).
Материалы и оборудование: дистиллированная вода, стеклянные банки, фильтры, весы.
Ход работы:
1.Около дороги и для контроля в удалении от нее выбрать по 5 деревьев одной породы. На высоте 1-1,5 м со стороны дороги с каждого дерева сорвать по 10 листьев и поместить в чистую стеклянную банку с крышкой. В другую банку таким же образом собрать листья с контрольных деревьев, растущих вдали от дороги;
2.Места взятия проб отметить на карте микрорайона;
3.Каждый фильтр до фильтрации тщательно взвесить;
4.Листья в банках залить дистиллированной водой. Затем тщательно смыть пыль с поверхности каждого листа. Воду отфильтровать и фильтр с осадком высушить в термостате при 60 °С. После сушки каждый фильтр взвесить;
5.По разности массы фильтра после фильтрации и до фильтрации определить массу пыли с поверхности каждого листа;
6.Для определения поверхности обмытых листьев взять 5 листьев, лучше разных по размеру, протереть их от воды и обвести каждый на бумаге. Затем вырезать по контуру и взвесить вырезанные проекции листа. Из той же бумаги вырезать квадрат 10 х 10 см и его взвесить;
7.Поверхность обмытых листьев рассчитать по формуле S= M1P : 5М2
где М1- масса бумаги, вырезанной по контурам 5 листьев, мг;
М2 - масса 1 дм2 бумаги, мг; Р - количество обмытых листьев;
8.Определить количество пыли, осаждаемой на 1 м2 поверхности листвы. Зная точное накопление пыли (от последнего сильного дождя), рассчитывают среднюю скорость осаждения пыли за сутки по формуле V = m*100/ S*t
где т - масса пыли, г; S - поверхность обмытых листьев, дм2; t- время осаждения пыли, сутки.
Проведя подобные исследования в разных точках микрорайона, можно построить карту запыленности района.
Задание 6.3. Биоиндикация кресс-салатом загрязненности воздуха и почвы
Кресс-салат - однолетнее овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнению почвы тяжелыми металлами, а также к загрязнению воздуха газообразными выбросами автотранспорта. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей.
Кроме того, побеги и корни кресс-салата под действием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян).
Семена кресс-салата прорастают уже на 3-4-е сутки, а полный срок эксперимента может не превышать 2 недель.
Цель работы: определить степень загрязнения почвы и воздуха по всхожести семян кресс-салата.
Материалы и оборудование: чашки Петри, банки или горшочки, фильтры, семена кресс-салата, пинцет.
Ход работы:
1.Прежде чем приступить к самому эксперименту, необходимо партию семян кресс-салата проверить на всхожесть. Для этого в несколько чашек Петри насыпать промытый речной песок слоем в 1 см. Сверху песок накрыть фильтровальной бумагой. Далее песок и бумагу увлажнить до полного насыщения водой и на нее разложить определенное количество семян. Сверху семена закрыть фильтровальной бумагой и неплотно накрыть стеклом. Проращивание проводить при температуре 20-25°С и желательно в стационарных условиях (в термостатах). Нормой считается прорастание 90-95 % семян в течение 3-4 суток. Просчитать процент проросших семян от числа посеянных. Эта величина называется всхожестью.
Определив всхожесть, приступить непосредственно к эксперименту;
2.Чашки Петри наполнить до половины исследуемым субстратом (загрязненной почвой, речным или озерным илом и т.п.). В другие чашки поместить точно такой же объем заведомо чистого субстрата, который будет служить в качестве контрольного. Для получения достоверных результатов сделать несколько повторов (несколько чашек Петри) как исследуемого субстрата, так и контрольного;
3.Экспериментальные субстраты и контрольные во всех чашках увлажнить одним и тем же количеством отстоянной водопроводной воды до появления признаков насыщения;
4.В каждую чашку на поверхность субстрата уложить равное количество (30-50) семян кресс-салата. Расстояние между соседними семенами должно быть примерно одинаковым. Далее семена покрыть тем же субстратом, который насыпать почти до краев чашки, и его поверхность аккуратно разровнять. Затем верхний субстрат увлажнить до состояния нижнего;
5.В течение 10-12 дней производить наблюдения за прорастанием семян, поддерживая влажность и температуру на одинаковом уровне. Результаты наблюдения занести в таблицу.
В зависимости от результатов эксперимента субстратам присваивается один из четырех уровней загрязнения.
1.Минимальный уровень загрязнения, или оно отсутствует. Всхожесть семян достигает 90-100 %, всходы равномерные, проростки крепкие, ровные. Эти признаки характерны для контрольных образцов, с которыми сравниваются опытные.
2.Слабое загрязнение. Всхожесть 60-90 %. Проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные.
3.Среднее загрязнение. Всхожесть 20-60 %. Проростки по сравнению с контрольными короче и тоньше. Некоторые из них имеют выраженные дефекты.
4.Сильное загрязнение. Всхожесть семян очень слабая (менее 20 %). Проростки мелкие и имеют выраженные дефекты.
Таблица 9 – Скорость прорастания семян кресс-салата
Субстрат: ( )
|
Число проросших семян, %
|
3 сут.
|
4 сут.
|
5 сут.
|
6 сут.
|
7 сут.
|
8 сут.
|
9 сут.
|
10 сут.
|
|
Контроль:
Опыт 1
Опыт 2
Опыт 3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. При проведении опытов с кресс-салатом следует учитывать, что большое влияние на всхожесть семян и качество проростков оказывают водно-воздушный режим и плодородие субстрата. В хорошо аэрированной почве, богатой гумусом (чернозем, верхний горизонт лесной подзолистой почвы), всхожесть и качество проростков всегда лучше, чем в тяжелой глинистой или бедной песчаной почве. Поэтому при осуществлении данного эксперимента следует строго стандартизировать условия проведения для всех вариантов и повторов.
Следует помнить, что кроме загрязнения почвы, на кресс-салат оказывает влияние состояние воздушной среды. Газообразные выбросы автомобилей вызывают морфологические отклонения от нормы у проростков и в частности отчетливо уменьшают их длину. В этой связи кресс-салат можно использовать в качестве индикатора загрязнения воздуха, проводя эксперименты по проращиванию семян на не застекленных балконах многоэтажных зданий, расположенных вдоль оживленных автомобильных магистралей. Газообразные выбросы автотранспорта имеют плотность более высокую, чем воздух, и скапливаются в приземном слое до высоты 2 м. Одновременное проращивание семян кресс-салата на различной высоте в период теплой и безветренной погоды, как правило, показывает заметные различия в качестве и количестве проростков.
Задание 6.4. Изучение всходов и подроста ели и березы в биоценозах с различной степенью антропогенной нагрузки
Всходы ели появляются в большом количестве под кронами взрослых деревьев. Толстый слой мха препятствует появлению массовых всходов. Под кронами елей всходы быстро погибают из-за недостатка света. Под пологом лиственного леса молодые елочки защищены от прямых солнечных лучей и заморозков. На открытом пространстве прирост ели угнетается травами, поэтому на вырубках, лугах сначала вырастает березовый лес, который создает благоприятные условия для подроста ели. Ель во взрослом состоянии угнетает березу и вызывает ее гибель.
Цель работы: изучить возможности заселения елью биотопов с различной степенью антропогенной нагрузки (вытаптывание, вырубки).
Материалы и оборудование: мерный шнур или рулетка.
Ход работы:
1.Выбрать несколько (3-5) опытных площадок размером 10 х 10м:
№ 1 - под пологом ели с хорошо выраженным моховым покрытием без зеленых травянистых растений. На выбранной площадке должно быть большое количество всходов ели и лиственных пород;
№ 2 - между деревьями на мощном моховом покрове
№ 3 - на поляне или опушке;
№ 4 - на обочине дороги.
Результаты наблюдений заносят в таблицу. Итогом работы должен быть вывод о влиянии условий на прорастание семян и развитие подроста ели и лиственных пород.
Таблица 10 - Изучение всходов (подроста) ели и лиственных пород
Условия произрастания
|
Всходы (подрост) ели
|
Всходы (подрост) лиственных пород
|
1м2
|
1000 м2
|
1м2
|
1000м2
|
Под кронами деревьев
На слое мха
На поляне (опушке)
На обочине дороги
|
|
|
|
|
Задание 6.5. Индикация состояния окружающей среды по частотам встречаемости фенов белого клевера
Фен - вариация признака, обусловленная генотипически и не подразделяемая на составные компоненты без потери качества.
Под воздействием антропогенных факторов в популяциях увеличивается частота встречаемости специфических фенотипов у различных видов растений и животных. Таким образом, частота встречаемости некоторых фенов является биологическим индикатором воздействия антропогенных факторов, в том числе загрязнения окружающей среды.
В качестве фенотипического индикатора можно использовать широко распространенный белый или, как его еще называют, ползучий клевер. Форма «седого рисунка» на пластинках листа и частота встречаемости служит в данном случае индикатором загрязнения окружающей среды.
Цель работы: оценить состояние окружающей среды и уровень антропогенного воздействия с помощью фенотипической индикации (фены белого клевера.
Материалы и оборудование: гербарный пресс, бумага, нож-копалка, миллиметровая бумага, линейка, определитель растений.
Ход работы:
1.Наблюдения основаны на подсчете форм с различным рисунком и без него и последующем расчете частоты их встречаемости в процентах. Диагностику необходимо проводить на разных пробных площадках, различающихся антропогенной нагрузкой и положением в ландшафте;
2.Выбрать маршрут, по которому будут производиться учеты фенов клевера. Обнаружив экземпляры белого клевера (обычно в виде куртин), определить фенотип, к которому он относится и сделать отметку в соответствующей графе таблицы
3.Отсчеты фенов следует проводить не чаще чем через два-три шага. Эту процедуру повторить по ходу движения в заданном направлении до конца пробной площадки. После этого направление движения изменить и учет фенов продолжить до тех пор, пока будет взято не менее 200 проб. Если в какой-либо точке площадки будет обнаружено два разных фена, то данный результат учитывать не надо, ввиду переплетения куртин клевера;
4.Отдельно отметить наличие растений с какими-либо уникальными фенами (например, с рисунком красного цвета),растения с 4, 5 и более листьями и так далее, сделать их гербарий с описанием места и даты обнаружения;
5.Для популяции белого клевера на каждой пробной площадке рассчитать частоты встречаемости отдельных фенов, а также суммарную частоту встречаемости всех форм с рисунком - индекс соотношения фенов (I, %):
Рi = 100 ni / N,
I = 100(n2+n3+….) / N,
где пi - количество учтенных растений с i-м рисунком на листовой пластинке (n1\ - число растений без «седого рисунка»); N - общее число учтенных растений.
Результаты расчетов внести в таблицу.
Таблица 11 - Результаты фенотипической диагностики пробной площадки
Количество растений
|
Процент фенотипов
|
Фен 1
|
Фен 2
|
ФенЗ
|
Фен ...
|
Новые формы
|
Всего
|
Фен 2
|
Фен 3
|
Фен ...
|
Новые формы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По величине I при достаточно большом количестве пробных площадок на исследуемой территории можно выделить степень антропогенной нагрузки. На «чистых» территориях величина индекса (I) не превышает 30 %, а на загрязненных может достигать 70-80 %.
Задание 6.6. Индикация загрязнения атмосферы по состоянию хвои сосны обыкновенной
В лесных биоценозах наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обусловливает и выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного воздействия на окружающую среду. Информативными показателями такого техногенного воздействия являются изменения анатомического строения, морфологии и продолжительности жизни листовых пластинок хвои.
В незагрязненных сосняках основная масса хвои не имеет повреждений, и лишь незначительная часть хвоинок несет светло-зеленые пятна и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности.
Цель работы: оценить степень загрязнения воздуха по характеру повреждений хвои сосны обыкновенной.
Материалы и оборудование: миллиметровая бумага, линейка, бюксы для сбора хвоинок, пинцет, бинокуляр
Ход работы:
1.Диагностику необходимо провести на разных пробных площадках, различающихся антропогенной нагрузкой. Для сравнительного анализа надо тщательно подобрать контрольный участок сосновых насаждений, где степень антропогенного воздействия относительно невысокая.
Можно сравнить один загрязненный участок соснового леса с контрольным, но если есть возможность выбрать несколько биотопов, которые будут различаться по интенсивности загрязнения атмосферы или по качественно различным загрязнителям, то лучше определить степень антропогенного загрязнения на каждом из них. Это позволит выявить специфику повреждений листовой пластинки в зависимости от различной степени антропогенного воздействия;
2.В точке обследования (загрязненные участки) выбрать 5-6 молодых сосновых деревьев в возрасте 10-15 лет, которые произрастают на более или менее открытых местах. Это важно для исследования повреждений хвои, потому что здесь повреждения листовых пластинок выражены сильнее и они более заметны, чем в густых насаждениях;
3.С нескольких боковых побегов в средней и верхней частях кроны отобрать 200-300 хвоинок второго и третьего года жизни;
4.Анализ собранного материала провести в лабораторных условиях. Всю хвою поделить на несколько групп по степени повреждений листовой пластинки. Можно предложить такую классификацию повреждений:
а - неповрежденная хвоя;
б - хвоя с небольшим количеством мелких пятен, нет сухих участков;
в - хвоя с большим количеством мелких пятен, есть сухие участки на кончике хвоинки;
г - хвоя с признаками усыхания на более чем треть поверхности листовой пластинки;
д - хвоя с полностью усохшей листовой пластинкой;
5.Полученные данные занести в итоговую таблицу. Сравнивая хвою с контрольного участка с хвоей сосновых насаждений, которые подвергаются антропогенному воздействию, определить степень их загрязнения. По полученным результатам желательно построить гистограммы, отражающие различную степень повреждения хвойных пластинок
Таблица 12 - Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки степени загрязненности атмосферного воздуха
|
Состояние хвойных листовых пластинок
|
Биотоп
|
а
|
б
|
в
|
г
|
д
|
|
Количество
|
%
|
Количество
|
%
|
Количество
|
%
|
Количество
|
%
|
Количество
|
%
|
|
|
|
|
|
|
Контроль
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Участок 1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Участок 2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Участок 3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
