3907

Таблица

8. Сделайте вывод о степени загрязнения воздуха на изучаемой территории.

4.2. Биоиндикация состояния воздуха по хвое ели

Для оценки газодымового загрязнения воздушной среды изучают состояние хвои сосны. Для исследования проводят знакомство с морфологическими и экологическими особенностями ели как объекта биомониторинга.

Оборудование: лупа, пинцет, определительные карточки повреждений

хвои.

Комментарии:

Под влиянием ухудшения качества атмосферного воздуха у отдельных особей или групп некоторых растений отмечаются различные изменения: необычная окраска листвы, опадение листвы, изменение формы роста, плотности популяции, ареала вида и т.д. Наблюдая эти изменения, можно констатировать избыточное присутствие в атмосфере какого-либо газа, то есть проводить биоиндикацию.

Как же происходят эти изменения? В результате воздействия загрязняющих веществ, находящихся в окружающей среде, в растениях происходит разрушение хлорофилла, что приводит к снижению фотосинтеза. Нарушение в фотосинтезе приводят к некрозу (отмиранию). При этом устанавливается такая последовательность его проявления в исследуемой

экосистеме: хлороз (бледная или светлая окраска хвои, листьев); некроз (потемнение и отмирание частей хвои, листьев); дефолиация (опадение хвои, листьев). Различают краевой некроз, точечный, межжилковый. Критериями поражения могут быть: относительные потери в массе листьев; степень желтизны, синдром плакучести (обвисающие ветки); выступание смолы на ветвях и стволах; изменение формы кроны (разветвление без центрального побега при гибели верхушечной почки, нарушение роста боковых побегов, замедление роста в высоту).

Наличие оксидов азота и серы в атмосферном воздухе может вызывать

упокрытосеменных растений межжилковые некротические пятна на листьях,

уголосеменных — красно-коричневую суховершинность и некроз хвои и веток (табл.). Среди хвойных лиственница, ежегодно сбрасывающая хвою, значительно устойчивее к диоксиду серы.

Таблица 31 Признаки повреждения растений под влиянием химических веществ

Хвоя — листоподобные органы многих голосеменных (хвойных) растений — сосны, ели, туи и др.

Ход работы

1.Для работы выберите два участка насаждений, располагающихся как

вусловиях сильного загрязнения, так и на мало загрязняемой территории (более удаленной от источника выбросов в атмосферу).

На открытом месте подберите молодые ели высотой 1—1,5 м, отстоящие друг от друга на 20—25 м. Если деревья на выбранном участке высоки, то обследование можно проводить с использованием одного из боковых побегов четвертой сверху мутовки. При проведении работы внимательно осмотрите хвою второго сверху участка центрального побега (участок предыдущего года) и по шкале определите класс повреждения и усыхания хвои (при оценке степени повреждения хвои не обращайте

внимание на более светлую окраску самого кончика хвоинки, поскольку он на самом деле более светлый).

Виды повреждения и усыхания хвои представлены на рисунке. При проведении работы для получения достоверных результатов отберите 200 хвоинок.

2. Оцените продолжительность жизни хвои. Каждая мутовка сверху — год жизни дерева.

Рис. . Виды повреждения и усыхания хвои: а — хвоя без пятен (КП1), нет сухих участков (КУ1); б — хвоя с небольшим числом мелких пятен (КП2),нет сухих участков (КУ1); в — хвоя с большим числом черных и желтых пятен (КПЗ), усох кончик 2—5 мм (КУ2); г — усохла треть хвои (КУЗ); д — усохло более половины длины хвои (КУ4); е — вся хвоя желтая и сухая (КУ4); КП — класс повреждения (некрозы); КУ — класс усыхания хвои.

3.Все хвоинки поделите на группы в соответствии с вышеприведенными классами усыхания и повреждения.

4.Сравните полученные результаты из участков у обочины дорог и в глубине парка.

5.Определите класс повреждения и оцените класс загрязненности воздуха по таблице.

6.Предложите свои идеи улучшения состояния парка.

Таблица

Сводная таблица повреждения хвои (место исследований)

Примечание: I- идеально чистый воздух, IIчистый, III — относительно чистый («норма»), IVзаметно загрязненный («тревога»), V — грязный («опасно»), VI — очень грязный («вредно»).

РАБОТА 5. БИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПРЕСНОГО ВОДОЁМА

5.1. Оценка состояния водного объекта по ряске

Оборудование: полиэтиленовые пакеты, белое блюдце, тонкий пинцет.

Комментарии

Биоиндикация — оценка состояния окружающей среды по реакциям живого организма.

Поллютанты — загрязняющие вещества.

Проверить качество воды близлежащего водоема не так уж и сложно. Весьма простым, быстрым и доступным является метод экспресс-оценки загрязнения воды с помощью ряски. Эта методика основывается на высокой чувствительности ряски к загрязнению водоема.

Род ряска включает в себя около 9 видов рясок. Это водное, свободно плавающее, многолетнее травянистое растение. Ряска относится к плавающим пелагическим организмам, то есть к тем, которые обитают в

толще воды и на ее поверхности.

Ряску можно встретить повсюду: в лужах, мелких прудах, канавах, запрудах и других хорошо прогреваемых водоемах с пресной, стоячей или медленно текучей, богатой органическими веществами водой. Часто рясковые образуют большие скопления — сплавины, сплошь покрывающие поверхность стоячих неглубоких водоемов. Растение не погибает в течение 12, а иногда и 22 часов, находясь на открытом воздухе.

Тело ряски большинство ботаников рассматривают как особую структуру «листо-ветвь», которая не разделена на листья и стебель. Листецы (щитки) у рясковых одиночные или же соединены в небольшие группы, по две или более цепочки короткими или удлиненными ножками, образованными суженной частью листеца. Форма листецов рясок может быть округлой, эллиптической, продолговатой. Ряску применяют для очистки воды, так как листецы извлекают из нее и запасают азот, фосфор, калий, поглощают углекислый газ и обогащают воду кислородом. На присутствие загрязняющих веществ ряска реагирует изменением цвета листеца щитка и поэтому может использоваться как индикаторный организм. Ряска бывает четырех видов:

— многокоренник обыкновенный (несколько корней на материнском щитке или на крупных дочерних особях, а если корни не развиты, материнский щиток крупный — 5—10 мм);

ряска тройчатая (щиток вытянутый, на верхушке заостренный); ряска горбатая (с нижней стороны отчетливо выражено вздутие); ряска малая (с нижней стороны вздутия нет).

В наших водоемах чаще всего мы встречаемся с ряской малой. Ряска малая — это светло-зеленое маленькое растение, листецы овальной формы, от нижней поверхности каждого листеца отходит в воду корешок с утолщением на конце. Ширина листеца ряски малой 2—3 мм, но она имеет относительно длинные корни — до 10 см. Встречается в стоячих и медленно текучих водах. Этот вид используется в экспресс-оценке качества воды водоема. Отдельные растения ряски представляют собой округлую пластинку-щиток размером 1— 10 мм с дочерними щитками — «детками», прикрепленными по бокам материнского щитка. Вырастая, «детки» отделяются и превращаются во взрослые самостоятельные растения, благодаря чему ряски быстро заполняют поверхность водоема. Быстрый рост и размножение как раз и приводят к тому, что в них накапливаются

разнообразные загрязняющие вещества.

Часто на листьях ряски наблюдается повреждения: некрозы, хлорозы. Некроз — это патологический процесс, выражающийся в местной

гибели ткани в живом организме.

Хлороз — болезнь растений, при которой нарушается образование хлорофилла в листьях и снижается активность фотосинтеза. При заболевании происходит своеобразное побледнение или пожелтение листьев.

На каждый загрязнитель у видов рясок проявляется специфическая реакция. На медь (0,1—0,.25 мг/мл) листецы реагируют полным рассоединением из групп и изменением окраски с зеленой на голубую. На цинк (0,025 мг/мл) реакция заключается в изменении окраски листеца: с насыщенно зеленой до бесцветной, где зелеными остаются только точки роста; барий (0,1—0,25 мг/мл) вызывает полное рассоединение листецов, отпадание корней и изменение окраски с зеленой на молочно-белую; кобальт (0,25—0,0025 мг/мл) — полную приостановку роста и потерю окраски.

Ход работы

1.Выберите место отбора проб на берегу водоема.

1.Выделите на поверхности воды участок площадью 0,5 м и соберите на этом участке все плавающие растения.

2.Разложите на блюдце по видам.

3.В каждой группе сосчитайте количество отдельных растений ряски (особей). Это первое число, которое понадобится.

4.Подсчитайте общее количество щитков (у одной особи может быть несколько щитков).

5.Разделите второе число на первое. Первый показатель, нужный для определения чистоты воды: число щитков/число особей (отношение числа щитков к числу особей).

6.Сосчитайте количество щитков с повреждениями и рассчитайте процент щитков с повреждениями от общего числа щитков. Это второй нужный показатель. Повреждениями на щитках являются черные и бурые пятна — некроз и пожелтения — хлороз.

7.Полученные результаты занесите в таблицу.

8.По таблице «экспресс-оценки качества воды по ряске» определите класс качества воды в вашем водоеме (табл.).

9.В верхней строке найдите графу, которой соответствует ваш

первый показатель (число щитков/число особей).

10.В столбце слева найдите графу, которая соответствует вашему проценту поврежденных щитков.

11.На пересечении вашего столбца и строчки в клетке будет стоять арабская цифра. Это и есть степень чистоты воды.

Таблица

Экспресс-оценка качества воды по ряске (рабочая)

1

2

3

Примечание: 1 — очень чистая; 2 — чистая; 3 — умеренно загрязненная; 4 — загрязненная; 5 — грязная; 6 — невозможные варианты.

9.Для получения достоверного результата отберите аналогично еще две пробы и повторите определение качества воды.

10.Сделайте выводы.

5.2 Биологическое тестирование воды с помощью проращивания семян

Оборудование: чашки Петри, фильтровальная бумага, термостат, пипетка на 10 мл.

Материалы: семена ржи или пшеницы, дистиллированная вода, водопроводная вода.

Комментарии

Биотестирование разнообразных субстратов с помощью растений является стандартным приемом в биоэкологических исследованиях и может быть использовано при оценке степени их загрязнения. Оценку уровня загрязнения водоемов можно провести, используя тест на прорастание семян. Поскольку интенсивность прорастания будет определяться как наличием вредных примесей (тяжелых металлов и других токсических веществ), так и содержанием нужных для растений веществ (азота, фосфора, калия), то такое тестирование можно считать предварительным для выявления особенно загрязненных водоемов с целью последующего химического анализа.

При проведении исследований необходимо помнить, что для проращивания семян необходимо соблюсти ряд условий: оптимальные температура, количество жидкости, наличие воздуха (уровень жидкости в чашках должен быть ниже поверхности семян), для некоторых семян требуется стратификация.

Считается, что подавление роста и развития растений на 30 и более процентов свидетельствует о фитотоксичности объекта. Испытано три злака: рожь, ячмень, пшеница. Из них наиболее перспективными тест-организмами следует считать ячмень и пшеницу. Несложность, быстрота, компактность проведенного метода позволяют рассматривать данные культуры как перспективные организмы при разработке гостированных методик для биотестирования применительно к определенному сезону года. Еще более прост и доступен в исполнении метод биотестов с использованием злаков при анализе воды, где можно применять рулонный метод. Отзывчивость такой культуры, как пшеница, подтверждена в опытах с тестированием снеговой воды.

Ход работы:

1.Отберите образцы воды из разнообразных водоемов исследуемой территории.

2.Простерилизуйте чашки Петри в кипящей воде в течение 30 минут.

3.В 6 чашек Петри с внутренних сторон поместите вырезанные по размеру чашки листы фильтровальной бумаги. Промаркируйте.

4.В каждую чашку Петри ввести по 10 мл жидкости: в контрольный вариант — дистиллированную воду, в первый опытный вариант — водопроводную воду, в остальные воду из соответствующих водоемов.

5.Поместите в каждую чашку 30—50 семян ржи или пшеницы.

6.Чашки плотно закройте и оставьте на 4—7 дней при комнатной температуре или воспользуйтесь термостатом при температуре 26°.

Оцените процент проросших семян в каждой чашке по истечении этого срока.

РАБОТА 6. МЕТОДИКА ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Научные исследования и разработки, осуществляемые методом полевого эксперимента, включают три основных этапа: планирование; проведение полевых опытов, наблюдений и учетов; обработку и обобщение полученных данных.

Планирование - это определение задачи и объектов исследования, разработка схемы эксперимента, выбор земельного участка и оптимальной структуры полевого опыта.

Период, предшествующий исследованию, включает: выбор темы, определение задачи и объекта исследования; изучение современного состояния вопроса; выдвижение рабочей гипотезы или ряда конкурирующих гипотез; разработку схемы и методики эксперимента.

Необходимо четко сформулировать цель исследования, построить логическую модель изучаемого явления и правильно выбрать стратегию, которая определяет методы и приемы исследования.

Следующий этап планирования - изучение литературы по избранной проблеме и выдвижение рабочей гипотезы или ряда конкурирующих гипотез. Рабочая гипотеза служит отправным пунктом для составления схемы или ряда схем будущих опытов и разработки программы исследования. В программе указывают схемы опытов, основные элементы методики и техники эксперимента, наблюдения и учеты.

Сложным и ответственным этапом планирования является разработка схемы и методики опыта, выбор полевых и лабораторных наблюдений

(анализов) и учетов для оценки и объяснения действия изучаемых факторов. Надежность результатов эксперимента и соответствие их поставленной задаче зависят от правильного решения основного вопроса планированияразработки рациональной схемы полевого опыта.

Особое внимание при планировании следует обратить на правильное сочетание основных элементов методики и в зависимости от целей исследования, схемы опыта, земельного участка и технических возможностей установить наиболее рациональное направление, форму и площадь делянки, повторность, систему расположения повторений, делянок и вариантов.

Задание 1. Приближенные оценки основных статистических показателей.

Материалы и оборудование. Расчетные таблицы, рабочий материал, калькуляторы.

Пояснение. Классические работы Р. Фишера открыли новую страницу в истории биометрии: они показали, что планирование экспериментов и обработка их результатов - это две тесно связанные между собой задачи статистического анализа. Это открытие легло в основу разработки теории планирования экспериментов, которая в настоящее время находит применение не только при проведении сельскохозяйственных опытов, на базе которых она возникла, но и в различных областях биологии, медицины, антропологии, в сфере других научно-практических дисциплин, включая и социально-экономические исследования.

Планирование экспериментов стало самостоятельным разделом биометрии, которому посвящена огромная литература. В начальном курсе биометрии невозможно осветить все аспекты теории экспериментов. Здесь будут рассмотрены лишь некоторые общие положения, относящиеся к этой сложной и многогранной проблеме.

Термин «эксперимент» (от лат. experimentum - опыт) означает искусственно организуемый комплекс условий, в которых испытывают воздействие того или иного фактора или одновременно нескольких факторов на результативный признак. В земледелии это полевые опыты; в животноводстве - опыты по кормлению животных, по уходу за ними; в педагогике - опыты по проверке новых методов обучения и воспитания учащихся; в фармакологии - испытание эффективности новых лечебных препаратов; в медицине - проверка разных способов лечения больных и т. д.

Исследовательская работа сводится не только к экспериментам, ее проводят и вне их на основе непосредственных наблюдений. Так что выражение «планирование исследований» оказывается более емким, а следовательно, и более подходящим, чем введенный Р. Фишером (1930)