Исследование состояния почвы на приусадебном участке методом биоиндикации.
В настоящее время особое внимание уделяется проблемам загрязнения городских экосистем и факторам, характеризующим их состояние, которые получили название индикаторов окружающей среды. К ним относятся: пробы почв, воздуха, воды и т.д. Но все это дорогостоящие лабораторные методы определения состояния среды. К более простым и доступным индикаторам относятся биоиндикаторы: микроорганизмы, растения и животные.
Актуальность биоиндикации обусловлена также простотой, скоростью и дешевизной определения качества среды. Например, при засолении почвы в городе листья липы по краям желтеют еще до наступления осени. Выявить такие участки можно, просто осматривая деревья. В таких случаях биоиндикация позволяет быстро обнаружить наиболее загрязненные местообитания
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
| proekt_klubnikin.docx | 0 байтов |
| proekt_bioindikatsiya.docx | 32.81 КБ |
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Предварительный просмотр:
МОУ СОШ №3 г Рассказово Тамбовской области
Исследование состояния почвы на приусадебном участке методом биоиндикации.
Работу выполнил: Клубникин Александр,
учащийся 9 класса Е
Руководитель: Ерова О.В.
г.Рассказово Тамбовской области 2012 год
В настоящее время особое внимание уделяется проблемам загрязнения городских экосистем и факторам, характеризующим их состояние, которые получили название индикаторов окружающей среды. К ним относятся: пробы почв, воздуха, воды и т.д. Но все это дорогостоящие лабораторные методы определения состояния среды. К более простым и доступным индикаторам относятся биоиндикаторы: микроорганизмы, растения и животные.
Актуальность биоиндикации обусловлена также простотой, скоростью и дешевизной определения качества среды. Например, при засолении почвы в городе листья липы по краям желтеют еще до наступления осени. Выявить такие участки можно, просто осматривая деревья. В таких случаях биоиндикация позволяет быстро обнаружить наиболее загрязненные местообитания
Цель: определение состояния почвы на приусадебном участке с помощью биоиндикации для выращивания экологически чистой продукции.
1. Найти необходимые сведения в литературе по данной теме,
2. Ознакомиться с методикой исследования почв по растениям-биоиндикаторам
3. Определить данным методом плодородие, кислотность почв и уровень залегания грунтовых вод на исследуемой территории;
4. Сделать выводы о типе почв и оценить возможность выращивания экологически чистой продукции .
Гипотеза: Растения, как и другие организмы хорошо приспособлены к определенным условиям среды. Если знать, какие растения преобладают на исследуемом участке, то можно определить особенности почвы этого участка.
Биоиндикация — это оценка состояния среды с помощью живых объектов. Живые объекты (или системы) — это клетки, организмы, популяции, сообщества. С их помощью может проводиться оценка как абиотических факторов (температура, влажность, кислотность, соленость, содержание поллютантов и т.д.), так и биотических (благополучие организмов, их популяций и сообществ) Термин «биоиндикация» чаще используется в европейской научной литературе, а в американской его обычно заменяют аналогичным по смыслу названием «экотоксикология».
Часто задают вопрос: «Почему для оценки качества среды приходится использовать живые объекты, когда это проще делать физико-химическими методами?» По мнению Ван Штраалена (1998), существуют по крайней мере три случая, когда биоиндикация становится незаменимой.
1. Фактор не может быть измерен. Это особенно характерно для попыток реконструкции климата прошлых эпох. Так, анализ пыльцы растений в Северной Америке за длительный период показал смену теплого влажного климата сухим прохладным и далее замену лесных сообществ на травяные. В другом случае остатки диатомовых водорослей (соотношение ацидофильных и базофильных видов) позволили утверждать, что в прошлом вода в озерах Швеции имела кислую реакцию по вполне естественным причинам.
2. Фактор трудно измерить Некоторые пестициды так быстро разлагаются, что не позволяют выявить их исходную концентрацию в почве. Например, инсектицид дельтаметрин активен лишь несколько часов после его распыления, в то время как его действие на фауну (жуков и пауков) прослеживается в течение нескольких недель.
3. Фактор легко измерить, но трудно интерпретировать Данные о концентрации в окружающей среде различных поллютантов (если их концентрация не запредельно высока) не содержат ответа на вопрос, насколько ситуация опасна для живой природы. Показатели предельно допустимой концентрации (ПДК) различных веществ разработаны лишь для человека. Однако, очевидно, эти показатели не могут быть распространены на другие живые существа Есть более чувствительные виды, и они могут оказаться ключевыми для поддержания экосистем. С точки зрения охраны природы, важнее получить ответ на вопрос, к каким последствиям приведет та или иная концентрация загрязнителя в среде. Эту задачу и решает биоиндикация, позволяя оценить биологические последствия антропогенного изменения среды Физические и химические методы дают качественные и количественные характеристики фактора, но лишь косвенно судят о его биологическом действии Биоиндикация, наоборот, позволяет получить информацию о биологических последствиях изменения среды и сделать лишь косвенные выводы об особенностях самого фактора Таким образом, при оценке состояния среды желательно сочетать физико-химические методы с биологическими.
Теоретической предпосылкой применения почвенно-зоологического метода для целей диагностики почв является сформулированное М.С.Гиляровым в 1949 г. представление об «экологическом стандарте» вида — потребности вида в определенном комплексе условий среды. Каждый вид в пределах своего ареала встречается только в тех местообитаниях, которые обеспечивают полный комплекс необходимых для проявления жизнедеятельности условий. Амплитуда варьирования отдельных факторов среды характеризует экологическую пластичность вида. Эврибионты мало пригодны для индикационных целей, тогда как стенобионты служат хорошими индикаторами определенных условий среды и свойств субстрата. Это положение представляет собой общий теоретический принцип в биологической диагностике. Однако использование для индикации одного вида не дает полной уверенности в правильности выводов (здесь имеет место «правило смены местообитаний» и как следствие смена экологических характеристик вида). Лучше исследовать весь комплекс организмов, из которых одни могут быть индикаторами на влажность, другие — на температуру, третьи — на химический или механический со став. Чем больше общих видов почвенных животных встречается на сравниваемых участках, тем с большей долей вероятности можно судить о сходстве их режимов, а следовательно, о единстве почвообразовательного процесса. Менее других полезны микроскопические формы — простейшие и микроартроподы (клещи, ногохвостки). Их представители отличаются космополитизмом в силу того, что почва для них не выступает как единая среда обитания: они живут в системе пор, капилляров, полостей, которые можно найти в любой почве. Из микроартропод наиболее хорошо изучены индикаторные свойства панцирных клещей. Состав их комплексов сообществ зависит не только от почвенных условий, но и от характера и флористического состава растительности, поэтому данный объект перспективно использовать для индикации повреждающих воздействий на почву. Особенно ценны и удобны для индикационных работ сообщества крупных беспозвоночных (дождевые черви, многоножки, личинки насекомых). Так, стафилиниды рода Bledius и чернотелки рода Belopus показательны для солончаково-солонцовых почв, многоножки-кивсяки, некоторые мокрецы и легочные моллюски служат индикаторами содержания в почве извести. Дождевые черви Octolasium lacteum и некоторые виды проволочников являются показателями высокого содержания кальция в грунтовых водах.
Особенности использования растений в качестве биоиндикаторов
С помощью растений можно проводить биоиндикацию всех природных сред. Индикаторные растения используются при оценке механического и кислотного состава почв, их плодородия, увлажнения и засоления, степени минерализации грунтовых вод и степени загрязнения атмосферного воздуха газообразными соединениями, а также при выявлении трофических свойств водоемов и степени их загрязнения поллютантами. Например, на содержание в почве свинца указывают виды овсяницы (Festuca ovina и др.), полевицы (Agrostis tenuis и др.); цинка — виды фиалки (Viola tricolor и др.), ярутки (Tlaspi alpestre и др.); меди и кобальта — смолевки (Silene vulgaris и др.), многие злаки и мхи. Чувствительные фитоиндикаторы указывают на присутствие загрязняющего вещества в воздухе или почве ранними морфологическими реакциями — изменением окраски листьев (появление хлорозов; желтая, бурая или бронзовая окраска), различной фор мы некрозами, преждевременным увяданием и опаданием листвы. У многолетних растений загрязняющие вещества вызывают изменение размеров, формы, количества органов, направления роста побегов или изменение плодовитости. Подобные реакции обычно неспецифичны.
Б. В. Виноградов классифицировал индикаторные признаки растений как флористические, физиологические, морфологические к фитоценотические. Флористическими признаками являются различия состава растительности изучаемых участков, сформировавшиеся вследствие определенных экологических условий. Индикаторное значение имеет как присутствие, так и отсутствие вида. К физиологическим признакам относятся особенности обмена веществ растений, к анатомо-морфологическим признакам — особенности внутреннего и внешнего строения, различного рода аномалии развития и новообразования, к фитоценотическим при знакам – особенности структуры растительного покрова: обилие и рассеянность видов растений, ярусность, мозаичность, степень сомкнутости.
Очень часто в целях биоиндикации используются различные аномалии роста и развития растения — отклонения от общих закономерностей. Ученые систематизировали их в три основные группы, связанные: (1) с торможением или стимулированием нормального роста (карликовость и гигантизм); (2) с деформациями стеблей, листьев, корней, плодов, цветков и соцветий; (3) с возникновением новообразований (к этой группе аномалий роста относятся также опухоли).
Гигантизм и карликовость многие исследователи считают уродствами. Например, избыток в почве меди вдвое уменьшает размеры калифорнийского мака, а избыток свинца приводит к карликовости смолевки.
В целях биоиндикации представляют интерес следующие де формации растений:
· фасциация — лентовидное уплощение и сращение стеблей, корней и цветоносов;
· махровость цветков, в которых тычинки превращаются в лепестки;
· пролификация — прорастание цветков и соцветий;
· асцидия — воронковидные, чашевидные и трубчатые листья у растений с пластинчатыми листьями;
· редукция — обратное развитие органов растений, вырождение;
· нитевидность — нитчатая форма листовой пластинки;
· филлодий тычинок — превращение их в плоское листовидное образование.
Биомониторинг может осуществляться путем наблюдений за отдельными растениями-индикаторами, популяцией определенного вида и состоянием фитоценоза в целом. На уровне вида обычно производят специфическую индикацию какого-то одного загрязнителя, а на уровне популяции или фитоценоза — общего состояния природной среды.
По своим физическим качествам и химической характеристике наши почвы очень разнообразны: одни хорошо удерживают влагу, другие, наоборот, свободно пропускают ее в надлежащие горизонты сразу же после дождя или полива; одни щелочные, содержат много извести, другие кислые; одни плодородные, богатые питательными веществами, другие настолько бедные, что там просто ничего не растет. Сорные растения приспособились жить везде, где есть хотя бы немного солнца и влаги, однако некоторые из них, чтобы сохранить свой вид, предпочитают определенные климат и почву. А чтобы правильно расшифровать их «показания», надо найти на одном месте несколько растений, представителей одной и той же группы. Вездесущие сорняки, так досаждающие нам в саду и огороде, оказывается, способные и на добрые дела. Во-первых, почти все они очень хорошие лекарственные растения, а некоторые даже съедобные. А во-вторых, многие сорняки неплохие биоиндикаторы, способные рассказать немало интересного о вашей почве.
О повышенном содержании токсичных металлов и неметаллов в почвах можно догадаться по ненормальному росту определенных растений (т.е. тоже с помощью биоиндикации). Если у злаков отмечается задержка в росте, темно-зеленые листья с отмиранием кончиков при пурпурной окраске стеблей, то можно сказать, что в почве содержатся повышенные количества алюминия. Бурые края листьев у бобовых, моркови, редиса, шпината, овса, красноватые жилки и черешки, скрученные листья и бурые недоразвитые корни сигнализируют о повышенных количествах кадмия. Окраска листьев от темно-коричневой до пурпурной появляется от высокого содержания в почве железа. Повышенное содержание ртути в почве вызывает торможение ростков и корней, побледнение листьев и появление на них бурых точек у сахарной свеклы и розы. Появление буровато-черных или красных некротических пятен на листьях злаков, бобовых, картофеля, капусты, отмирание старых, засыхание кончиков молодых листьев указывают на большое загрязнение среды марганцем. Признаки повышенного содержания в почве свинца и рубидия схожи: у злаков наблюдаются темно-зеленые листья, чахлая листва. Но есть и отличие: при свинцовой интоксикации корни растения становятся бурыми и чахлыми, а при рубидиевой — увеличивается количество побегов. Полное почернение или пожелтение молодых листьев при розоватых пятнах на корнях возникает при селеновом загрязнении.
Методика проведения исследований .
Для характеристики почв можно использовать индикаторные виды растений, которые могут свидетельствовать о водном режиме почв, их кислотности, обеспеченности элементами минерального питания, состояния плодородия. Мониторинг почв методом биоиндикации проводят путем закладывание пробных площадок на исследуемой территории и определения видового состава растительности на них. Далее по справочным таблицам определяют состояние почв .
Таблица 1. Растения – индикаторы плодородия почв
Малина, крапива, иван-чай, таволга, сныть, чистотел, копытень,
кислица, валериана, чина луговая, костер безостый.
Источник
1.5. Диагностика почв
Под диагностикой понимается процесс описания почвы в соответствии с определенными правилами в целях ее систематического определения, т.е. в целях отнесения к той или иной известной таксономической категории.
В русской генетической школе почвоведения в основу диагностики почв положено несколько принципов: профильный метод; комплексный подход; сравнительно-географический анализ; генетический принцип.
Профильный метод – был предложен В.В.Докучаевым, его суть состоит в том, что всякая почва состоит из трех генетически связанных между собой горизонтов А – В – С. Существенным в профильном методе является то, что профиль почвы это не арифметическая сумма случайных различных горизонтов, а именно единое целое, единый комплекс генетических горизонтов, взаимосвязанных и взаимообусловленных в своем генезисе.
Комплексный подход к диагностике почв состоит в том, что диагностика почв строится на основе анализа и характеристики ряда свойств и признаков – морфологических, физических, химических, физико-химических, биологических, агрономических, которые рассматриваются по всему профилю.
Сравнительно-географический анализ используется для сопоставления одних почв с другими с учетом ареалов их распространения и различий или сходства в комплексе факторов почвообразования. Этот анализ опирается на учение о факторах почвообразования, на установленные в почвоведении тесные связи между типами почв и типами растительности, типами климатов, типами кор выветривания, типами геохимических ландшафтов. Кроме этого необходимость использования в диагностике почв сравнительно-географического анализа служит то обстоятельство, что современные режимы почвообразования не всегда явно отражены в консервативных признаках, выделяемых полевым морфологическим или лабораторным аналитическим исследованием. Одинаковые по многим признакам , но находящиеся в разных режимах почвы должны диагностироваться различно и быть отнесены к разным систематическим группам.
Генетический принцип диагностики почв предполагает первоочередное использование для идентификации и систематизации почв тех свойств и признаков, которые непосредственно связаны с их генезисом, историей формирования и развития в контексте с общей геологической историей местности. При этом имеются в виду такие генетические параметры, как степень развития и дифференцированности почвенного профиля, степень аккумуляции тех или иных соединений или обеднение ими, степень трансформации почвообразующего материала, которые в совокупности дают фактическое основание для суждения о генезисе и эволюции почв.
Для определения типа почвы необходимо установить:
1) тип почвенного профиля и комплекс соответствующих ему генетических горизонтов;
2) тип географического ландшафта с учетом его истории, сопоставить его с известными типами ландшафтов;
3) географический ареал данной почвы в сравнении с ареалами связанных с ней факторов почвообразования;
4) основные профилеобразующие комплексы элементарных почвенных процессов, формирующих данную почву;
5) тип миграции и аккумуляции веществ в данной почве, сопоставив его с известными типами.
Для установления подтипа и рода почвы такие четкие правила и критерии до настоящего времени не разработаны.
Новая классификация почв 2004 года потребовала от разработчиков создания модернизированной системы генетических горизонтов и признаков, способной отразить все многообразие почв России. Употреблявшаяся в эколого-генетической классификации система горизонтов А – В – С для этой цели недостаточна, поэтому была использована субстантивно-генетическая концепция, которая предполагает выведение из диагностических критериев почвенной классификации 1977 года ландшафтных и режимных показателей, а это в свою очередь привело к введению разграничительных функций генетическим горизонтам и определило необходимость разработки субстантивных критериев их диагностики и унифицированной системы индексации.
Новая система горизонтов основана на предложении В.М.Фридлада (1982), а также на материалах Почвенного института имени В.В.Докучаева за период 1980-2003 гг. В новой системе горизонтов диагностические функции выполняют генетические горизонты, которые содержат комплекс свойств, наиболее адекватно отражающих информацию о генезисе, эволюции и экологии центральных единиц классификации – генетических типов почв.
Генетические горизонты делятся на естественные и агрогенно-преобразованные и группируются в зависимости от положения горизонта в профиле.
Верхние горизонты естественных почв включают органические, органоминеральные и минеральные.
Под верхними горизонтами залегают элювиальные горизонты, характеризующиеся выносом вещества и различающиеся по механизмам элювирования и составу остаточных продуктов.
Агрогенно-преобразованные горизонты отличаются от естественных горизонтов структурной организацией, вещественным составом, водно-физическими и другими свойствами. Агрогенная трансформация стирает многие естественные свойства и приводит к появлению новых агрогоризонтов, которые отличаются от набора естественных верхних горизонтов.
Срединные горизонты в общем виде соответствуют традиционному горизонту В и частично термину subsoil зарубежных классификаций. Срединные горизонты сформированы, как правило, процессами аккумуляции и/или трансформации вещества, они представляют наиболее консервативные (стабильные) элементы профиля, значимые для диагностики отделов.
Диагностические горизонты в формуле почвенного профиля индексируются прописными (заглавными) буквами алфавита. При этом для верхних аккумулятивных гумусовых горизонтов широко используются сочетания с буквой А, а для большинства срединных горизонтов сочетания с буквой В.
Для характеристики профиля допускается описание различных напочвенных органогенных образований, которые не являются генетическими горизонтами, и не имеют диагностического значения. Различаются: лесная подстилка, представляющая собой растительный опад, состоящий из неразложившихся остатков листьев, хвои, мелких веточек, семян, кусочков коры и др; очёс – отмершая, но не разложившаяся часть мха с примесью корней трав, кустарников и кустарничков; степной войлок – отмершие, неразложившиеся остатки степной, преимущественно травянистой растительности. Возможно, выделение в верхней части гумусовых горизонтов дернины (скопление густо переплетенных корней трав и кустарничков в количестве более 50% от общей массы.
Для удобства описания почв возможно разделение диагностических горизонтов на подгоризонты или переходные горизонты (ВТ1, ВТ2,ВТ3, AU2, АС, ВС и т.д.), не имеющих диагностического значения.
При идентификации типов почв используется центральный (основной) образ горизонта. Отклонение от него регистрируются как генетические признаки, служащие основанием для выделения подтипов почв.
Источник