Научно-исследовательская работа по экологии на тему БИОИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА ПО СОСТОЯНИЮ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ (Pinus sylvestris L.)

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Загрязнение воздуха – одна из самых серьезных экологических угроз современности. Оно является причиной более семи миллионов преждевременных смертей в год. Практически все страны мира сталкиваются с серьезными проблемами, вызванными стремительной урбанизацией, промышленным ростом, пробками на дорогах и недостаточной инфраструктурой мониторинга качества воздуха. Загрязнители воздуха, в том числе твёрдые частицы, угарный газ (CO), диоксид серы (SO2), оксиды азота (NOx) и озон (O3), представляют опасность для окружающей среды и здоровья человека.
Для контроля качества воздуха проводится мониторинг. Для этого применяется сложное, дорогое оборудование, на основе концентрации выявленных загрязнителей рассчитывается индекс качества воздуха, который сегодня представляет собой стандартизированную систему оценки качества воздуха и связанных с ним рисков для здоровья. Несмотря на важность, высокую информативность индекса качества воздуха, его расчет опирается на необходимость иметь обширные данные о концентрации загрязняющих веществах, что часто приводит к увеличению затрат, усложнению процесса расчета и повышению требований к ресурсам.
Чтобы этого избежать во многих исследованиях для прогнозирования качества воздуха в различных городских районах стали применяться более простые экспресс-методы, которые основаны на принципах биоиндикации. Под биологической индикацией мы будем понимать оценку «...качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях...» . Данные методы просты, доступны любому человеку, могут быть достаточно эффективны в мониторинге состояния окружающей среды.
Объект исследования: методы биоиндикации как средство экологического мониторинга окружающей среды.
Предмет исследования: особенности применения биоиндикации на основе измерения хвоинок сосны обыкновенной как средство экологического мониторинга окружающей среды.
Цель исследования: изучить особенности применения биоиндикации на основе измерения хвоинок сосны обыкновенной как средство экологического мониторинга окружающей среды.
Задачи исследования
1. Проанализировать понятие биоиндикации, подходы к биоиндикации при экологическом мониторинге.
2. Провести исследование длины хвоинок сосны.
3. Оценить чистоту окружающей среды по длине хвоинок сосны обыкновенной.
Гипотеза исследования состоит в том, что методы биоиндикации, в частности, измерение длины хвоинок сосны обыкновенной, являются эффективным средством проведения экологического мониторинга.
Методы исследования
1. Анализ литературы по теме исследования.
2. Методы биоиндикации.
3. Математические методы обработки полученных данных.


ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ БИОИНДИКАЦИИ ПРИ ЭКОЛОГИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ
1.2. Понятие биоиндикации
Деятельность человека часто приводит к загрязнению окружающей среды, в том числе к повышению концентрации загрязняющих веществ в воздухе из-за воздействия на него как стационарных источников загрязнения, так и выбросов от транспортных средств.
Традиционные методы мониторинга состояния воздуха требуют больших затрат ресурсов, что создает значительные финансовые трудности. Значительные затраты на долгосрочный мониторинг в сочетании с серьезной угрозой для здоровья людей и окружающей среды, которую представляют собой загрязняющие вещества в случае их попадания в окружающую среду, требуют более эффективных и экологичных методов долгосрочного мониторинга.
Одной из потенциальных альтернатив для непрерывного и долгосрочного мониторинга состояния окружающей среды в целом и чистоты воздуха в частности, является использование биоиндикаторов.
Биоиндикаторы – это живые организмы, которые реагируют на изменения окружающей среды заметным и поддающимся интерпретации образом. В качестве биоиндикаторов успешно используются многие виды, представляющие все царства живой природы. Однако растения идеально подходят для долгосрочного, непрерывного и дистанционного мониторинга окружающей среды, поскольку их можно предсказуемо перемещать и они могут покрывать большие площади. Растения способны выживать в самых разных условиях и могут демонстрировать явные изменения при воздействии определенных загрязняющих веществ. При воздействии стрессовых факторов окружающей среды, например, таких как тяжелые металлы, парниковые газы и т.д., растения демонстрируют различные реакции на стресс.
Основа биоиндикации состоит в том, что растения, как им любое другое живое существо, предпочитает определенный, оптимальный для него набора экологических факторов. Экологические факторы исключительно разнообразны. Именно с этим связано большое число классификаций, которые применяются для их дифференциации . Одна из самых употребляемых делит все факторы окружающей среды на три группы:
– абиотические, или абиогенные;
– биотические, или биогенные;
– антропогенные .
Несмотря на тот факт, что факторы окружающей среды обладают большим разнообразием, существует ряд закономерностей их влияния на живые организмы. Среди них выделяются:
– закон оптимума (толерантности);
– неоднозначность действия факторов среды на разные функции организма;
– разнообразие индивидуальных реакций каждого конкретного организма на различные факторы среды;
– относительная независимость приспособления организмов к разным факторам среды;
– взаимодействие экологических факторов;
– правило лимитирующих факторов среды и закон минимума .
Закон оптимума, или толерантности, который впервые был сформулирован В. Шелфордом гласит, что для каждого биоценоза, организма или определенной стадии его развития существует диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения каждого фактора .
Неоднозначность действия факторов среды на разные функции организма проявляется в том, что оптимальное значение фактора среды для одной функции может угнетать другую функцию живого организма .
Поскольку растения, как и другие живые организмы, представляют собой открытую биологическую систему, под воздействием негативных факторов, в частности, загрязняющих веществ, в них наблюдается изменения биохимических и физиологических характеристик, в частности изменение характеристик листьев, таких как удельная площадь листьев, рН экстракта листьев, содержание хлорофилла и относительное содержание воды в листьях и т.д. Эти изменения различаются у разных видов растений, причем разные растения по-разному реагируют на загрязнение воздуха в различных местах воздействия. Некоторые растения чутко реагируют на загрязнение воздуха, в то время как другие более восприимчивы к нему. Как следствие, растения необходимо тщательно идентифицировать и классифицировать в зависимости от их чувствительности и устойчивости, чтобы они могли служить биоиндикаторами и способствовать снижению уровня загрязнения. Понимание того как растение реагирует на тот или иной загрязнитель, позволяет составить «карту» биологических индикаторов, применять ее при экспресс-мониторинге практически любой местности.