Методы научного познания

I . Обоснование темы

В последнее время очень часто на разных уровнях говорят о загрязнении воды, почвы, воздуха, потому что проблема состояния окружающей природной среды является одной из наиболее актуальных и современных. До начала XX века воздействие людей на природу имело локальный характер, позднее оно стало глобальным. К середине XX века на Земле почти не осталось районов, на которых не сказывалась бы хозяйственная деятельность человека.

В условиях городов, особенно больших, формируются совершенно иной комплекс условий, влияющие на отдельные виды и сообщества живых организмов.

Часто бывая на даче, рыбалке, или просто в лесу я замечал, что действительно на природе воздух чистый и дышится как то легче, чем в городе.

Город Усть-Илимск -молодой , небольшой город где нет большого количества промышленных предприятий, которые бы являлись источниками загрязнений, но тем не менее в нашем городе работает целлюлозный завод, достаточно много транспорта, которые и загрязняют окружающую среду, в частности влияют на состав воздуха. Примером этого может быть тот факт, что иногда в нашем городе чувствуется всем известный запах метилмеркоптана, а ведь чистый воздух не имеет запаха.

Когда в прошлом году я участвовал в реализации городского проекта «Экологическая тропа» , а именно прокладывали маршрут экологической тропы в районе территории спортивно- оздоровительного комплекса «Сказка», я обратил внимание на один момент, что в лесу на стволах деревьев встречаются мхи и лишайники при том достаточно много.

Ради интереса я совершил прогулку по лесу вдоль автомагистрали, которая ведет на ЛПК, и увидел немного другую картину, здесь тоже можно было увидеть на стволах деревьев мхи, но их было значительно меньше, вид у них был совершенно другой, а лишайники практически не встречались.

Я решил изучить подробно данный вопрос, зависит ли обилие мхов и лишайников от чистоты воздуха.

Многие уже занимались изучением данной темы т.е. влияние загрязнение воздуха на растения, при этом использовали разный подход, методику. Например, при помощи состояния хвои у хвойных растений, по наличию или отсутствию лишайников вообще. Я решил подойти к этой проблеме, используя другой подход, а именно при помощи эпифитных мхов и лишайников.

Цель работы :

Оценить уровень загрязненности воздуха по наличию и интенсивности роста эпифитных мхов и лишайников.

Для достижения цели я поставил следующие

Задачи :

- найти в литературе нужную информацию об эпифитных мхах и лишайниках, о том, как они реагируют на загрязнения воздуха;

- подобрать методику определения чистоты воздуха при помощи эпифитных организмов;

- определить участки обследования и пробные площадки;

Основные методы : метод пробных площадок, наблюдение, статистический учет.

Оборудование: рулетка, квадрат-сетка, лупа.

II . Основная часть

В кратком словаре биологических терминов Н.Ф.Реймерса написано, что эпифиты – это организмы, поселяющиеся на других растениях, главным образом на древесных, но не паразитирующее на них.

Почему я выбрал мхи и лишайники в качестве биоиндикаторов, потому что они с одной стороны чувствительны и в то же время не слишком устойчивы к загрязнению. Кроме этого они имеют продолжительный жизненный цикл и растут повсеместно, что не мало важно для использования их как биоиндикаторов. Следует отметить, что лишайники не относятся к растениям, они выделены в особую группу, так как представляют симбиотический организм, состоящий из грибницы и одноклеточных водорослей. Впервые термин для обозначения совместной жизни гриба и водоросли, использовал немецкий ботаник А.де Бари в 1869 году. А русский ученый Клемент Аркадьевич Тимирязев назвал их «растения-сфинксы». Очень часто некоторые виды лишайников и мхов селятся на деревьях и кустарниках. Я обратил внимание на то, что чаще эпифиты можно увидеть на старых или ослабленных деревьях. Объяснить это можно, наверное, тем, что на старых деревьях кора слущивается быстро, а с возрастом скорость обновления покрова дерева уменьшается. Поэтому лишайники и заселяют в основном такие деревья, ведь у самих то лишайников скорость- прироста слоевища всего несколько мм в год. Еще одним открытием для меня было то, что мхи и лишайники обычно поселяются у основания стволов дерева, но могут и встречаться на высоте до 1, 5 метра, но уже в меньшем количестве. Впервые на высокую чувствительность эпифитов, в частности лишайниковой флоры обратил внимание еще в конце XIX века, известный лихенолог В. Нюландер, который заметил, что после появления дыма и газов в Люксембургском саду Парижа исчезли некоторые виды лишайников. Дальнейшие исследования подтвердили предположение о зависимости чистоты воздуха и состояния лишайников. При этом одни выбирают листья, другие кору стволов и ветвей, а третьи обнаженную древесину. Но те и другие очень реагируют на изменение состава воздуха, при загрязнении и задымленности воздуха они погибают. Особенно они чувствительны к высокому содержанию угарного газа, соединений серы, азота и фтора.

Среди лишайников можно выделить несколько подгрупп: эпифильные, растущие на листьях деревьев и кустарников, эпифитные, растущие на коре и эпиксильные, растущие на обнаженной и обработанной древесине, встречаются еще эпилитные, которые поселяются на камнях и скалах. .Эпифильные лишайники распространены главным образом в тропиках и субтропиках , а вот эпифитные лишайники, которые на коре деревьев, очень многочисленны. На основании ствола лишайники конкурируют с мхами, а часто существуют совместно.

Вегетативное тело лишайника называется- таллом или слоевище. По внешнему виду различают три типа талломов : накипные, листовые и кустистые, у нас можно встретить и накипные, и листовые, и кустистые.

Мхи представляют собой крупный отдел царства растений. Мохообразные- представители высших растений. В отличии, от низших растений- водорослей и лишайников мхи имеют стебель и листья, у них своеобразные половые органы(архегонии и антеридии), происходит чередование в жизненном цикле развития полового ( на нем образуются гаметы) и бесполого( в нем образуются споры) поколений. ). Для оплодотворения, как и всем споровым растениям, мхам нужна вода.

Отличаясь рядом особенностей от низших растений, мохообразные, стоят особняком и среди высших. У мхов половое поколение- гаметофит преобладает над бесполым- спорофитом.. От большинства остальных высших растений мхи отличаются также отсутствием корней, и только некоторые имеют ризоиды.

III. Практическая часть

Свои исследования я начал со сбора гербариев и определения представителей мхов и лишайников, которые встречаются в лесу, где я проводил свои исследования. Определял лишайники и мхи по справочнику и сравнивал с таблицей. Определить лишайники до вида оказалось очень сложно, потому что требуются реактивы, поэтому я в основном мхи и лишайники определил до рода.

Из мхов встречается растения из рода сфагнум, ортотрих, цератодон, шребера и кукушкин лен.

Из кустистых эпифитных лишайников у нас встречаются: лишайники из рода кладония, уснея. Из листоватых встречаются лишайники рода: ксантория, пармелия, пельтигера, цетрария Из накипных лишайников эпифиты мне не встретились, но на камнях встречается – лишайник из рода- ризокарпон. Лишайник из рода пельтигера встречается на стволах деревьев, которые растут вдоль лесных дорог, видимо они более светолюбивые. Пармелии встречаются в основном на стволах берез и елей. А вот ксанторию в нашем лесу можно увидеть только на стволах осин. Из литературы я узнал, что по чувствительности к атмосферным загрязнителям лишайники делятся на среднечувствительные и высокочувствительные. К среднечувствительным относят некоторые виды пармелий и кладоний. А высокой чувствительностью отличаются уснеи, цетрария, особенно ксантория настенная. Наличие этого лишайника, как считает кандидат биологических наук Е.В.Титов, означает полное отсутствие загрязняющих веществ в атмосфере.

Чтобы выяснить влияет ли состав воздуха на распространение эпифитных мхов и лишайников я выбрал 2 участка. Один участок где определил пробную площадку ( 30 х 30 м) заложил там, где проходит городская экологическая тропа, это в районе спортивно-оздоровительного комплекса «Сказка», достаточно далеко о городской автомагистрали. Вторую пробную площадку таких же размеров (30 х 30 м) выделил вдоль трассы, ведущей на ЛПК, 25-30 метров от дороги. На каждой из этих двух площадок я выбрал 10 отдельно стоящих, , вертикально растущих деревьев разных пород ( сосна, ель, осина, береза, лиственница ), выбирал более старые деревья. провел наблюдение и описание эпифитных мхов и лишайников.

Каждое дерево изучал от основания до высоты 130 – 150 см.

Внимание обращал на три параметра :

- количество видов, растущих на одном дереве;

- их внешние признаки и жизненность ;

- площадь заселения ствола дереве эпифитами.

В своих исследованиях я воспользовался методикой предложенной Литвиновой Л.С. в книге «Нравственно-экологическое воспитание школьников».

Жизненность растений определял по 3-х балльной шкале. Приложение 1. В районе экологической тропы Приложение 2. на обследуемых деревьях, кроме сосен жизненность мхов и лишайников можно оценить в 3 и 2 балла, т.е. жизненность хорошая и удовлетворительная ( на 3-х деревьях) На одном дереве встречается по 2-3 вида эпифитных мхов и лишайников.

На деревьях растущих вдоль автомобильной дороги, т.е. на второй пробной площадке Приложение 3тоже встречаются эпифиты, но их меньше и жизненность можно оценить только в 1 балл и 2 балла ( на 3-х деревьях). При этом на одном дереве встречается только по одному виду. В основном это мох.

При обследовании деревьев на обеих пробных площадках я заметил, что на стволах сосен эпифитные мхи не поселяются. Возможно потому, что сосны выделяют больше всего фитонцидов, много смолы, а может по какой то другой причине. Но это уже другой вопрос.

Не менее важно было узнать какую площадь на стволе занимают эпифиты на разных деревьях. Приложение 4, 5

Для более точного и детального изучения на каждом дереве проводил 4 учета, 2 у основания дерева( с разных сторон) и 2 на высоте 1,4 – 1,5 м. при помощи квадрат – сетки, которую сам начертил.

Я прикладывал квадрат- сетку к стволу дерева и вначале подсчитывал количество маленьких квадратиков, полностью покрывающих заросшие мхами участки, а затем считал количество квадратиков частично занятых мхами или лишайниками и при помощи формулы вычислял S = (А + 0,5В): 4

А- кол-во квадратиков, полностью покрывающих мхами участки.

В- кол-во квадратиков частично занятых мхами.

Все данные вносил в таблицу.

Полученные данные позволили мне провести оценку уровня загрязнения воздуха.

. Оценку уровня загрязнения воздуха проводил по 5-балльной шкале Приложение 6. Анализ таблиц показывает, что на 5 из 10 деревьев ( район экологической тропы) мхи и лишайники хорошо развиты, имеют достаточную на ощупь увлажненность, хорошо развиты и спорогоны. Это соответствует 3 баллам. На 3-х деревьях жизненность мхов можно оценить в 2 балла, жизненность удовлетворительна, растения угнетенные, это проявляется в меньших размерах. Это соответствует небольшому и среднему загрязнению. На стволах сосен эпифиты не поселяются. Так как экологическая тропа проходит далеко от автомагистрали, и вблизи нет предприятий, которые бы загрязняли атмосферу, возможно, поэтому на стволах деревьев мало оседает вредных веществ, которые бы угнетали мхи и лишайники.

Поэтому на стволах деревьев растущих в районе экологической тропы достаточно много встречается эпифитов.

Проведенные исследования, анализ результатов полученных на второй пробной площадке (вдоль автомагистрали), Приложение 7. а именно небольшая площадь заселения стволов мхами и неудовлетворительная жизненность, которая проявляется в небольшом росте, соответствует средней и сильной степени загрязнения воздуха. Это можно объяснить тем. что в результате постоянного движения транспорта на стволах деревьев оседает большое количество выхлопных газов, городской пыли. Частично пыль оседает на листьях лиственных деревьев, давая возможность мхам заселять стволы деревьев. Чем объяснить отсутствие лишайников, может их здесь не было, а может загрязнение воздуха, вызвало их гибель.

. Хочется отметить, что очень сильного загрязнения воздуха нет даже вдоль автомагистрали , это может порадовать.

Таким образом, распространение эпифитных организмов зависит от степени загрязнения воздуха. Значит, эпифитные организмы можно использовать в качестве биоиндикации.

Заключение

В ходе своей работы я достиг поставленной цели., выяснил, что на распространение эпифитных мхов и лишайников влияет загрязнение воздуха. По встречаемости , состоянию эпифитов и площади заселения ими стволов деревьев, воздух в нашем городе считается с небольшим , средним загрязнением , а в вдоль автомобильных дорог как сильно загрязненный.

Работая над данной темой, я пришел к мнению, что научная работа очень трудная, требует много терпения. Самым трудным и сложным в работе было определять видовой состав, проводить оценку жизненности растений и определять площадь заселения стволов мхами.

Однако на этом свои исследования я не закончил. Я хочу выяснить при помощи метода трансплантации, т.е. весной возьму и перенесу лишайник, например пармелию вместе с корой дерева на участок, который вдоль дороги, ведущей на ЛПК и посмотрю, как они себя будут вести

Приложение 1.

Определение жизненности мхов и лишайников.

3 балла	Жизненность хорошая- мох и лишайник развивается, имеют достаточную на ощупь увлажненность, на мхах развиты спорогоны (коробочка со спорами)
2 балла	Жизненность удовлетворительная , растение угнетено, что проявляется в меньших размерах взрослых особей.
1 балл	Жизненность неудовлетворительная- у мхов и лишайников наблюдается сильное угнетение что наблюдается резкое отклонение во внешнем облике взрослых особей

Приложение 2.

Экологическое состояние и распределение мхов и лишайников на разных видах деревьев

( в районе экологической тропы)

№	Вид дерева	Число видов эпифитов	Жизненность мхов (балл)	Площадь покрытия мхами (%)
1.	Ель	Мох из рода сфагнум и лишайник из рода пармелии	1 балл	6,2%
2	Лиственница	3 вида :лишайник цетрария смешанная и лишайник из рода пармелия и мох из рода цератодон	1 балл	2,3%
3.	Осина	Мох из рода ортотрих и лишайник из рода уснея	1 бал	1,1 %
4.	Осина	Лишайник из рода ксантория и мох сфагнум	2 балла	0,9%
5.	Сосна	-	-	-
6.	Сосна	-	-	-
7.	Береза	2 вида: мох из рода сфагнум, кукушкин лен, шребера и лишайник из рода пармелия	1балла	0,6%
8.	Ель	Мох из рода ортотрих и лишайник пармелия	2 балла	0,6%
9.	Лиственница	Лишайник из рода пельтигера	1 балл	0,3%
10.	Ольха	Лишайник из рода пармелия	2 балла	0, 4%

Приложение 3.

Экологическое состояние и распределение мхов и лишайников на разных видах деревьев

( вдоль автомагистрали ЛПК)

№	Вид дерева	Число видов эпифитов	Жизненность мхов (балл)	Площадь покрытия мхами (%)
1.	Береза	Мох из рода цератодон	2 балл	1,2%
2	Береза	-	-	-
3.	Осина	Зеленоватый налет	3 балл	1,1 %
4.	Осина	Мох кукушкин лен	2 балла	0,9%
5.	Сосна	-	-	-
6.	Сосна	-	-	-
7.	Ель	Зеленоватый налет	3балла	0,26%
8.	Ель	Мох из рода ортотрих(зеленые подушечки)	2 балла	0,5%
9.	Лиственница	Зеленоватый налет	3 балл	0,15%
10.	Ольха	-	-	-

Приложение 4.

Площадь покрытия ствола дерева эпифитами, район «Экологической тропы»

№ п\п	Название дерева	Подсчет кол-ва квадратиков	Площадь покрытия эпифитами
1.	Ель	2400 + (0,5 х 150) : 4 = 618 кв.см	6, 18 %
2.	Лиственница	800+ (0,5 х 220) : 4 = 227 кв.см	2,3 %
3.	Осина	400+ (0,5х 80) : 4 = 110 кв.см	1,1 %
4.	Осина	300 + (0,5 х 140) : 4 = 92 кв.см	0,9 %
5.	Сосна	-	-
6.	Сосна	-	-
7.	Береза	200 + (0,5 х 90) : 4 = 61 кв.см	0,6%
8.	Ель	150+ (0,5 х 150) : 4 = 56 кв.см	0, 56 %
9.	Лиственница	110 + (0,5 х 50) : 4 =33 кв.см	0,3 %
10.	Ольха	120 + (0,5 х 56) : 4 = 37 кв.см	0,37 %

Приложение 5.

Площадь покрытия ствола дерева эпифитам вдоль автомагистрали

№ п\п	Название дерева	Подсчет кол-ва квадратиков	Площадь покрытия эпифитами
1.	Береза	400 + (0.5 х 85 ) : 4 = 110 кв.см	1,1 %
2.	Береза	-	-
3.	Осина	400 + ( 0,5 х 90 ) : 4 = 111 кв. см	1,1 %
4.	Осина	300 + (0,5 х 140) : 4 = 92 кв.см	0,9 %
5.	Сосна	-	-
6.	Сосна	-	-
7.	Ель	80+ (0,5 х 50) : 4 = 26 кв.см	0,26 %
8.	Ель	180 + ( 0,5 х 40) : 4 = 50 кв.см	0,5 %
9.	Лиственница	50 + ( 0,5 х 20) : 4 = 15 кв.см	0,15 %
10.	Ольха	-	-

Приложение 6..

. Влияние загрязнения воздуха на распространение эпифитных мхов и лишайников»

Зона загрязнения	Встречаемость эпифитных мхов и лишайников	Оценка загрязнения воздуха
1.	Мхи на стволах деревьев отсутствуют	Очень сильное загрязнение
2.	Эпифитные мхи отсутствуют, На северной стороне деревьев встречается зеленоватый налет водорослей	Сильное загрязнение
3.	У основания деревьев присутствует незначительное количество особей мхов 1 вида	Среднее загрязнение
4.	Появление мхов и лишайников на стволах деревьев по всей обследуемой высоте- не более 2-х видов	Небольшое загрязнение
5.	Высокое видовое разнообразие эпифитных мхов и лишайников по всей обследуемой высоте деревьев	Воздух чистый

Приложение 7.

Влияние загрязненности воздуха на распространение эпифитов

Зона загрязнения	Встречаемость эпифитных мхов и лишайников	Оценка загрязнения воздуха
1. Вдоль дороги в городе, на расстоянии 10м	Мхи и лишайники отсутствуют, но на северной стороне деревьев встречается зеленоватый налет	Сильное загрязнение
2. Вдоль дороги на расстоянии 20 – 30 м	У основания деревьев присутствует незначительное количество мхов , 1 вид	Среднее загрязнение
3 Экологическая тропа, в районе «Сказки»	Встречаются эпифитные мхи и лишайники на деревьях количество видов не более 2-х	Небольшое загрязнение

.

Литература:

1. Энциклопедия для детей Аванта+. Биология Аксенов М.Д. – главный редактор, М., 1998

2.ГарибоваЛ.В.,Дундин Ю.К. Водоросли, лишайники и мохообразные. М., изд. «Мысль», 1978.

3. Литвинова Л.С. Нравственно-экологическое воспитание школьников. М., изд. «Знание», 2005

4.Реймерс Н.Ф. Краткий словарь биологических терминов. М., изд.»Просвещение», 1995

5. Титов Е.В. Экскурсия в природу. Лишайники. Жур. Биология в школе №3, 1998

Оглавление

1. Обоснование темы,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2

Цель, задачи

2. Основная часть,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2

3. Практическая часть,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3

4. Заключение………………………………………………………… 5

5. Приложение,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 6

6. Литература,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 10