Визначення стану навколишнього середовища за комплексом ознак у хвойних

Лабораторна робота №1

Біологічні пошкодження у містах

Мета: сформувати знання про явища, що відбуваються з рослинами в умовах урбанізованого середовища.

Теоретична частина

Біопошкодження - реакція навколишнього середовища на те нове, що вносить до неї людина. Створювані людиною матеріали та вироби залучаються в природні процеси, що протікають у біосфері, включаються в природні біоценози. У всіх ситуаціях, пов'язаних з біопошкодженнями, взаємодіють, з одного боку, організми та навколишнє середовище, з іншого - творіння людських рук. Вивчаючи взаємодію цих компонентів перш за все з точки зору їх господарської діяльності та існування людини, проблема біопошкоджень грунтується на комплексних еколого-технологічних підходах.

Комплексні підходи враховують взаємодію живих організмів - біопошкоджуючих агентів - між собою, особливо в тих випадках, коли вони належать до різних систематичних груп, видів і популяцій або екологічно далекі один від одного. Особливе значення мають зв'язки біопошкоджуючих організмів з ландшафтно-географічними та зональними факторами. Характер біопошкоджуючої дії, ефективність застосовуваних засобів захисту залежать від того, в якому середовищі протікає процес.

Еколого-технологічні підходи передбачають прогнозування біопошкоджуючої дії, що дозволяє ефективно захищатися від неї, наприклад, шляхом внесення в структуру нових полімерів, елементів з біоцидними властивостями, просочення деревини та виробів.

Спочатку термін використовували для позначення негативного впливу організмів на функціональні і структурні характеристики матеріалів і виробів або технічної сировини. У наступні роки формулювання неодноразово трансформувалося, звужувалося і розширювалося відповідно до побажань фахівців, які представляли різні галузі господарства і різні науки. Зокрема, на певному етапі в це поняття стали включати і корисну діяльність організмів, спрямовану на руйнування і утилізацію віджилих матеріалів і виробів.

Неодноразово висловлювалися думки про включення в сферу уваги проблеми збитку, що наноситься з боку організмів урожаю сільськогосподарських і садових культур, харчовим продуктам і т. д.

Відомий вчений Ван дер Керк (1971) дає наступне визначення біопошкодженням: біопошкодження - це будь небажана зміна у властивостях матеріалів, викликана життєдіяльністю організмів. Радянський учений Г. І. Каравайко (1976) розширив це визначення і запропонував називати біопошкодження більш широким терміном – це будь бажана і небажана зміна у властивостях матеріалів, викликана життєдіяльністю організмів.

Хід роботи:

1. Встановити об’єкти, агенти та механізми біологічних пошкоджень.

2. Виявити та описати біологічні пошкодження на ділянці території міста (вулиці, міські насадження, зовнішні стіни та фундаменти будинків, штучне покриття, об’єкти міської інфраструктури та ін.)

Лабораторна робота №2

Оцінка стану навколишнього середовища за наявністю, багатством і різноманіттям видів лишайників (ліхеноіндикація)

Мета: сформувати знання про ліхеноіндикацію та її застосування у наукових дослідженнях.

Теоретична частина

Дуже інформативними біоіндикаторами стану повітряного середовища і його зміни є нижчі рослини: мохи та лишайники, які накопичують в своїй слані (талом) більшість забруднювачів (сірка, фтор, радіоактивні речовини, важкі метали). Лишайники поселяються на голих скелях, бідному ґрунті, стовбурах дерев, мертвій деревині, але для свого нормального функціонування вони потребують чистого повітря. Особливо вони чутливі до сірчистого газу. Незначне забруднення атмосфери, не впливає на більшість рослин, викликає масову загибель чутливих видів лишайників.

Науковий напрямок біомоніторингу (тобто спостеження) за станом повітряного середовища за допомогою лишайників називається ліхеноіндикацією. Лишайники – це симбіоз водоростей і гриба. Вони чутливі до забруднення середовища в силу таких причин: 1) у лишайників відсутня непроникна кутикула, завдяки чому обмін газів проходить вільно через всю поверхню; 2) більшість токсичних газів концентрується в дощовій воді, а лишайники втягують воду всією сланню, на відміну від квіткових рослин, які поглинають воду переважно коренями; 3) більшість квіткових рослин у наших широтах активні тільки влітку, коли рівень забруднення сірчистим газом набагато нижче (внаслідок зменшення спалювання вугілля в топках – основне джерело сірчистого газу), тоді як лишайники володіють здатністю до росту і при температурах, нижчих від 0°С.

На відміну від квіткових рослин лишайники здатні позбуватися від вражених токсичним речовинами частин свого талому кожного року. В містах із забрудненою атмосферою вони ростуть рідко, головний ворог лишайників у містах – сірчистий газ. Установлено, що чим вищий рівень забруднення природного середовища сірчистим газом, тим більше сірки накопичується в слані лишайників, причому жива слань акумулює сірку з середовища інтенсивніше, ніж мертва. Особливо зручні лишайники в якості індикаторів незначного забруднення оточуючою середовища. Найбільш чутливим симбіонтом в таломі лишайників є водорості.

У світі нараховується близько 26 тисяч видів лишайників. Вони розрізняються за зонами проростання (тундра, лісова зона і т.д.), видами субстрату (камені, скали, стовбури і гілки дерев, грунт). У лишайників, що ростуть на деревах, видовий склад розрізняється в залежності від рН кори. Лишайники зникають у першу чергу з дерев, що мають кислу кору (береза, хвойні), потім з нейтральних (дуб, клен) і найпізніше – з дерев, що мають слабо-лужну кору (в'яз дрібнолистий, акація жовта). У лишайникових типах лісу домінують кущисті лишайники (кладонія, цетрарія), довгими бородами з дерев звисає устенія, яка є найбільш чутливим видом і росте в лісах лише з чистою атмосферою.

Серед життєвих форм лишайників розрізняють:

> накипні (слань має вигляд шкірочок) – наприклад, бацидіум фісція;

> листоваті (слань має вигляд пластинок) – наприклад, пармелія, степова золотянка, гіпогімнія;

> кущисті (слань має вигляд кущиків або звисаючих "борід", іноді до 1-2 м довжиною) – наприклад, уснея, бріорія, клафонія, цетрарія.

Практикується і більш детальний поділ життєвих форм лишайників:

Накипні – порошкоподібні слабо структуровані;

Коркові – коркоподібні, щільно прилягають до субстрату;

Лускаті – коркоподібні, краї талому припідняті;

пластинчасті – коркоподібні, краї бороздчаті і утворюють лопасті;

листуваті – талом листоподібний з чіткою нижньою шкіркою;

кущисті – прямі волосоподібні або чагарникової форми.

Найбільш чутливі до забруднення повітряного середовища кущисті та листові лишайники (зникають повністю), найменш – накипні.

Лишайники (особливо бріорія, пармелія, уснея) є їжею для ряду тварин (косуль, оленів), а кладонія – основна їжа північного оленя. Руйнування і зникнення лишайникового покриву у зв'язку з забрудненням території (наприклад, під впливом промисловості та транспорту) руйнує основні харчові ланцюги і призводить до зникання ряду тварин, особливо оленів.

Хід роботи

Біоіндикація території за допомогою лишайників може бути організована по-різному і залежить від мети:

1) можна розмістити трансекту (уявну лінію, проведену від початкової до кінцевої точки) довжиною 2-3 км перпендикулярно насиченій автотранспортом позаміській дорозі, яка примикає до лісового масиву з невеликої різноманітності деревних порід (наприклад, сосна з домішками берези або дубове насадження з домішками клену);

2) можна розмістити трансекту в залежності від віддалі до центру міста (центральні вулиці, на деякій віддалі від центру, окраїна, приміські території). Така трансекта може продовжуватися на 20-50 км і переходити в зелену зону міста. В цій трансекті повинні вивчатися лише види деревних рослин.

Першу трансекту розбийте на ряд ділянок; біля дороги; на віддалі 100 м; на віддалі 300 м; на віддалі 500 м; на віддалі 1000 м; на віддалі 2000-3000 м від дороги.

На кожній ділянці закладіть пробні площадки розміром 20x20 м, 50x50 м, 100x100 м (в залежності від розрідження насаджень).

На кожному пробному майданчику врахуйте наступні параметри: загальну кількість видів лишайників, ступінь покриття сланню лишайників кожного дерева, частоту (зустріваність) кожного виду; багатство кожного виду.

Для порівняльної оцінки можна використати градації наведені в табл. 10.1-10.2:

 

 

Градація частоти зустріваності та ступеню покриття дерев сланню лишайників

Таблиця 2.1

Оцінка	Частота зустріваності	Ступінь покриття
	Дуже рідка	Дуже низька
	Рідка	Низька
	Невелика	Середня
	Велика	Велика
	Дуже висока	Дуже велика (зустрічається на більшості дерев)

Вплив забруднення середовища на зустріваність лишайників (складена за роботами багатьох авторів)

Таблиця 2.2

 

Зона забру­днення	Оцінка зустріваності лишайників	Забруднення повітря сірчистим газом, мг/м3	Оцінка забруднення
	Лишайники на деревах та каменях відсутні	Більше 0,3-0,5	Сильне за­бруднення
	Лишайники також відсутні на стовбурах дерев та каменях. На північному боці дерев у затінених місцях зустрічається зеленуватий на­літ водорості плеврококус	Біля 0,3	Досить сильне
	Поява на стовбурах і біля основи дерев сіро-зеленуватих твердих накипних лишайників леканори, фісції	Від 0,05 до 0,2	Середнє
	Розвиток накипних лишайників – леканори та ін., водорості плеврококуса, поява листових лишайників (пармелія)	Не переви­щує 0,05	Невелике
	Поява кущистих лишайників (евернії, уснеї)	Малий вміст	Повітря дуже чисте

Лабораторна робота №3

Визначення стану навколишнього середовища за комплексом ознак у хвойних

Мета: сформувати знання про явища, що відбуваються з хвойними рослинами в умовах міського середовища.

Теоретична частина

Відомо, що на забруднення середовища найбільш сильно реагують хвойні деревні рослини. Характерними ознаками неблагополуччя навколишнього середовища і особливо газового складу атмосфери слугує поява різного роду хлорозів і некрозів, зменшення розмірів ряду органів (довжини хвої, пагони поточного року і минулих років, їх товщини, розміру шишок, скорочення величини і числа закладених бруньок), зменшення галуження. Через менший ріст пагонів і хвої в довжину в забрудненій зоні спостерігається зближення відстані між хвоїнками (їх більше на 10 см пагона, ніж в чистій зоні). Спостерігається потовщення самої хвої, зменшується тривалість її життя (1-3 роки в забрудненій зоні і 6-7 років – в чистій). Вплив забруднення викликає також стерильність насіння (зменшення його схожості). Всі ці ознаки не специфічні, але в сукупності дають доволі об'єктивну картину.

Хвойні зручні тим, що можуть слугувати біоіндикаторами цілий рік. В лісознавстві давно розроблена оцінка стану навколишнього середовища за комплексом ознак у хвойних, при якій використовуються не тільки морфологічні ознаки, які досить мінливі, але і ряд біохімічних змін.

Використання хвойних дає можливість проводити біоіндикацію на великих територіях. Хвойні – основні індикатори, які застосовувались для оцінки стану лісів Європи. їх використання також досить інформативне на малих територіях (наприклад, вплив автодороги на прилеглу зону, якщо вона примикає до хвойного лісу; стан навколишнього середовища в міських екосистемах різного рангу і характеру).

 

Хід роботи

За завданням викладача, за тиждень до занять, зріжте гілки умовно одновікових хвойних дерев, найбільш поширених у даній місцевості (наприклад, для міських умов – ялина звичайна і ялина голуба колюча). Гілки зрізають на висоті 2 м з певної частини крони, повернутої до зон з забрудненим повітрям (поблизу автодоріг, підприємств, особливо з викидами у повітря сірчистого газу, на який хвойні сильно реагують). Контролем слугують гілки з умовно одновікових дерев, зібраних в чистій зоні заповідника, зеленій зоні міста або в посадках лісових культур.

Вивчення хвої

Хвою розгляньте за допомогою лупи, замалюйте виявлені хлорози, некрози кінчиків хвоїнок і всієї поверхні, їх відсоток і характер (точки, крапчастість, плямистість, мозаїчність). Найчастіше пошкоджуються дуже чутливі молоді голки. Колір пошкодження може бути дуже різним: червонувато-бурим, жовто-коричневим, буровато-сизим і ці відтінки є інформативними якісними ознаками.

Виміряйте довжину хвої на пагоні минулого року, а також її ширину (в середині хвоїнки) за допомогою вимірювальної лупи. Використовуйте міліметровий папір, встановіть ціну поділки лупи. Повторність 10-20-кратна, оскільки біометричні ознаки доволі мінливі.

 

Встановіть тривалість життя хвої шляхом огляду пагонів з хвоєю по мутовках (рис. 41).

Обчисліть масу 1000 штук абсолютно сухих хвоїнок. Для цього відрахуйте 2 рази по 500 штук хвоїнок, їх висушіть у термостаті до абсолютно-сухого стану і зважте.

Зближення хвоїнок. В результаті погіршення росту пагона в забрудненій зоні пучки хвоїнок більш зближенні і на 10 см пагона їх більше, ніж в чистій зоні. Якщо пагін менше 10 см, підрахунок проведіть по існуючій довжині і переведіть на 10см. У всіх випадках вимірювань виведіть середнє. Дані занесіть у табл. 9.1.

Таблиця 3.1

Схема запису результатів вимірювань хвої

 

Місце відбору зразка	Довжина, мм	Ширина, мм	Тривалість життя, років	Число хвоїнок на 10 см па­гона, шт.	Вага 1000 шт., г	Некрози
%	характер

Дослідження пагонів

Виміряйте довжину приросту кожного року, починаючи від останнього, рухаючись послідовно по міжвузлям від року до року.

• Встановіть товщину осьового пагона (на прикладі дворічного).

• В місцях мутовок підрахуйте розгалуження, виведіть середнє.

• На пагонах установіть наявність некрозів (точкове чи іншої форми відмирання кори).

Дослідження бруньок

• Підрахуйте число сформованих бруньок, вирахуйте середнє.

• Виміряйте довжину і товщину бруньок вимірювальною лупою. Дані одержані в результаті досліджень пагонів та бруньок занесіть до табл. 9.2.

Таблиця 3.2

Схема запису результатів вимірювань пагонів та бруньок

 

Місце збору	Пагони	Бруньки
	Довжина осьових пагонів	Товщина осьових пагонів	Розгалуження, шт.	Число, шт.	Довжи­на, мм	Тов­щина, мм

Примітка. Для побудови карти стану середовища на певній території за реакцією хвойних всі біометричні показники виражайте в балах (найвищий бал – в чистій зоні – 5) і нанесіть на карту, а потім контурними лініями виділіть зони ступеня забруднення.

 

Лабораторна робота №4