Чтобы отслеживать состояние окружающей среды нашего сельского поселения мы решили провести исследования атмосферного воздуха. Очень важно следить за состоянием воздушного бассейна. Это можно осуществить с помощью различных методов биоиндикации. Поэтому мы решили оценить степень загрязнения воздуха на трех участках, имеющих различную степень загруженности автотранспорта и промышленных предприятий, по состоянию хвои ели обыкновенной.
Площадка №1 расположена в центре села Самарино в 170 м от дороги. (см. приложение фото №1), рядом находится пекарня, животноводческий комплекс, котельная, мельница, тракторная бригада.
Площадка №2 расположена в центре села Никитовка в 370 м от автодороги, в окрестности расположены: маслозавод, свинокомплекс, заправочная станция, холодцы. (см. приложение фото №2)
Площадка №3 расположена на меловых холмах в смешанном лесу в 5 км от центра села Самарино. (см. приложение фото №3)
Методы исследования: наблюдение, описание, сравнение и математический метод.
Материалы: весы, линейка, лупы с увеличением в 4-10 раз, миллиметровка, лестница, иголки одного вида ели обыкновенной.
Исследовательская работа является краткосрочной – реализуется в течении месяца, исследование проводили в августе – сентябре месяце.
В качестве основного вида биоиндикатора использовали ель обыкновенную. Ель как нельзя лучше подходит в качестве вида – биоиндикатора, она очень чутко реагирует на малейшие изменение условий произрастания, в том числе и загрязнение среды. Ель распространена на территории Никитовского сельского поселения, вечнозелёное растение и даёт один побег в год, что существенно упрощает наблюдения. Использование хвойных даёт возможность проводить биоиндикацию на огромных территориях (например, оценивать влияние на окружающую среду заводов, предприятий). И на малых территориях (например, влияние автодороги на прилегающую зону, состояние окружающей среды в сельских экосистемах). (5)
Критерии выбора биоиндикатора: быстрый ответ, надежность, простота, мониторинговые возможности (постоянно присутствующий в природе объект).
Хвойные породы особенно сильно страдают от сернистого газа, в том числе и ель обыкновенная. Продолжительность жизни хвои ели в зонах сильного загрязнения SO2 составляет один год, тогда как в норме 3-4 года. Путем учета продолжительности жизни хвои и характера некрозов можно определить степень поражения хвойных деревьев сернистым газом. (9) Важным критерием для этого является также содержание хлорофила. Хвоя ели образует на своей поверхности тем более толстый слой воска, чем выше концентрация или продолжительное воздействие на неё сернистого газа. На этом основании был разработан метод индикации в атмосфере сернистого газа – тест помутнения по Гертелю.(4)
Автотранспорт относится к основным источникам выбросов кислых газов в атмосферу. Среди них: двуокись серы, сероводород, окислы азота, хлор, фтористый водород выделяются как наиболее сильные токсиканты для растительных организмов.
Результаты исследования
Определение возраста деревьев
Возраст деревьев можно узнать различными методами: по годичным кольцам и по мутовкам. Для сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L) весьма удобен, доступен и точен метод определения возраста по годичным мутовкам (для деревьев не старше 50-60 лет). Каждая мутовка на стволе дерева соответствует годовому приросту. Чтобы определить возраст сосны с точностью до 2 лет достаточно пересчитать количество мутовок на стволе и прибавить 5лет(1).
Изучение хвои
Хвою рассмотрели при помощи лупы, выявили хлорозы, некрозы кончиков хвоинок и всей поверхности, их процент и характер (точки, крапчатость, пятнистость, мозаичность). Чаще всего повреждаются самые чувствительные молодые иглы. Цвет повреждений может быть самым разным: красновато-бурым, жёлто-коричневым, буровато-сизым и эти оттенки являются информативными качественными признаками. Класс повреждения и усыхания хвои определил с помощью рисунка 1.
Рис. 1 Класс повреждения хвои:
1 – хвоинки без пятен, 2 – хвоинки с небольшим числом пятен, 3 – хвоинки с большим числом чёрных и жёлтых пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину хвоинки.
Класс усыхания хвои:
1– нет сухих участков, 2 – усох кончик 2-5 мм, 3 – усохла треть хвоинки, 4 – вся хвоинка жёлтая или более половины её длины сухая.
Результаты измерений занесли в таблицу 1.
Таблица 1 Повреждение и усыхание хвои ели обыкновенной в разных зонах Никитовского сельского поселения
| Состояние хвои | Площадка №1 | Площадка №2 | Площадка №3 | |||
| Количество хвоинок | % хвоинок от общего количества | Количество хвоинок | % хвоинок от общего количества | Количество хвоинок | % хвоинок от общего количества | |
| Обследовано хвоинок | ||||||
| Повреждения хвои | ||||||
| - 1 класса | 45% | 76% | 84% | |||
| - 2 класса | 35% | 19% | 14% | |||
| - 3 класса | 20% | 5% | 2% | |||
| Усыхание хвои | ||||||
| - 1 класса | 64% | 74% | 92% | |||
| - 2 класса | 32% | 22% | 6% | |||
| - 3 класса | 14% | 4% | 2% |
Из таблицы видим, что на площадке №1 больший процент хвои имеет повреждения и высокую степень усыхания по сравнению с другими площадками. На площадке №2 повреждение и усыхание хвои среднего класса. Это можно объяснить отдаленностью данного участка от дороги. На площадке №3 повреждения и усыхание хвои практически не заметны. Участок находится далеко от дороги, по этому участку дороги машины ездят очень редко. Следовательно, в разных районах Никитовского сельского поселения разная степень загрязнения воздуха.
На основе полученных результатов построили диаграмму, на которой мы видим что на площадке №3 самый чистый воздух.
Рис. 1 Диаграмма повреждения хвои на разных площадках
Измерили длину хвои на побеге прошлого года, а также её ширину (в середине хвоинки). Вычислили массу 100 штук абсолютно сухих хвоинок.Во всех случаях измерений выводили средние, результаты занесли в таблицу 2.
Таблица 2 Длина, ширина и масса хвоинок
| Место взятия образца | Длина хвоинок, мм | Ширина хвоинок, мм | Продолжительность жизни дерева, лет | Число хвоинок на 10см побега, шт | Масса 100 хвоинок, г |
| Площадка №1 | 27,2 | 1,2 | |||
| Площадка №2 | 29,5 | 1,2 | |||
| Площадка №3 | 30,4 | 1,4 |
По результатам исследования видим, что на площадке №3 хвоинки были наиболее длинные, поэтому их масса была наибольшей.
Изучение побегов
Измерили длину подроста каждого года, начиная с последнего двигаясь последовательно по междоузлиям от года к году. Установили длину осевого побега (на примере двухлетнего).
Рис.2. Определение продолжительности жизни хвои
В местах мутовок подсчитали ветвления, вывели среднее.
На побегах установили наличие некрозов (точечное или другой формы отмирания коры).
Продолжительность жизни хвои установили путём просмотра побегов с хвоей по мутовкам (мутовка – расположение ветвей (кольцом) по окружности дерева). Каждая мутовка, считая сверху, это год жизни(1).
Рассчитали индекс продолжительности жизни хвои (Q) по формуле и результаты занесли в таблицу 3: Q= 
Где В1, В2, В3 – количество деревьев с продолжительностью жизни хвои соответственно 1, 2 и 3 года.
Расчеты: Q1=(3*1+2*1+3)/1+1+3=8/5=1,6 площадка №1
Q2=(3*1+2*1+3)/1+1+3=8/5=1,6 площадка №2
Q3=(3*3+2*1+1)/3+1+1=12/5=2,4 площадка №3
Чем выше индекс Q, тем больше продолжительность жизни хвои (чище воздух).
Таблица 3 Продолжительность жизни хвои ели обыкновенной на разных участках Никитовского сельского поселения.
| Состояние хвои | Площадка №1 | Площадка №2 | Площадка №3 | |||
| Количество деревьев | % от общего числа деревьев | Количество деревьев | % от общего числа деревьев | Количество деревьев | % от общего числа деревьев | |
| Обследовано деревьев, в том числе: | ||||||
| - с возрастом хвои 3-4 года | 20% | 20% | 70% | |||
| - с возрастом хвои 2-3 года | 20% | 20% | 20 % | |||
| - хвоя только текущего года | 60% | 60% | 10% | |||
| Индекс продолжительности жизни хвои | 1,6 | 1,9 | 2,4 |
Из таблицы видим, что на площадке №1 и №2, на ветках ели хвоя была в основном текущего года, а на площадке №3 на большей части деревьев находилась хвоя, живущая 3 – 4 года, что доказывает отсутствие в воздухе на этом участке соединений серы.
Изучение почек
Подсчитали число сформировавшихся почек, вычислили среднее.
Измерили длину и ширину почек результаты измерений занесли в таблицу 4.
Таблица 4 Результаты измерения побегов и почек
| Место взятия | Побеги | Почки | ||||
| Длина осевых побегов, мм | Толщина осевых побегов, мм | Ветвление, шт | Число, шт | Длина, мм | Толщина, мм | |
| Площадка №1 | ||||||
| Площадка №2 | ||||||
| Площадка №3 |
Провели измерения и выяснили, что длина осевых побегов на всех площадках разная. Это значит, что воздух имеет разную степень загрязнения. На площадке №1 были самые наихудшие результаты, это указывает на то, что рядом находится проезжая дорога и промышленность, а на площадке №3 наилучшие, на втором участке – средние размеры.
Метод Гертеля
По наблюдениям Гертеля, толщина воскового слоя на хвое ели тем
больше, чем выше концентрация или продолжительное воздействие на нее сернистого газа. Степень помутнения экстракта прямо пропорциональна количеству воска, покрывающего хвою. Чем выше мутность, тем больше концентрация сернистого газа в воздухе.
10 хвоинок с деревьев разных площадок поместили в пробирки.
Залили дистиллированной водой и кипятили 5 минут.
Оценили визуально степень помутнения воды в пробирке, результаты измерений занесли в таблицу 5 (8).
Таблица 5 Тест помутнения по Гертелю
| Площадка №1 | Площадка №2 | Площадка №3 | |
| Без помутнения | _ | _ | да |
| Слабое помутнение | _ | да | _ |
| Сильное помутнение | да | _ | _ |
По методике Гертеля хвоя, взятая на площадке №1, после эксперимента дала сильное помутнение воды в колбе, а хвоя, взятая на площадке №3 наименьшее помутнение из всех измерений. На площадке №2 помутнение было небольшое.