к чему чувствительны лишайники
К чему чувствительны лишайники
Задачи:
— Определить роль лишайников как показателей чистоты воздуха.
— Сравнить опытные данные.
Актуальность:
Лишайники являются пионерами растительности, но они являются одним из важнейших определителей чистоты воздуха.
Новизна: Исследование по лишайникам ведется впервые на территории поселка Танды.
Введение
Наиболее острую экологическую проблему представляет загрязнение воздуха, поскольку регулярно происходит выброс загрязняющих веществ в атмосферный воздух.
Продукты сжигание топлива автомобилей, выбросы котельных, продукты горение при пожарах и т.д. поступают в самый нижний (приземный) слой атмосферы. Условия их рассеивания определяются состоянием атмосферы. Решающую роль при этом играет ветер: в ветреную погоду хорошо проветривается, концентрации загрязняющих веществ низкие. В безветренную погоду «чистоту» приземного воздуха определяют процессы вертикального перемешивание. При благоприятных условиях они обеспечивают вынос примесей в верхние слои атмосферы и поступление оттуда же чистого воздуха.
А также атмосферные загрязнение влияют на состояние питьевых источников и состояние растительного и животного мира.
Но самое главное, загрязненный воздух оказывает огромное влияние на здоровье и самочувствие человека. При сильно загрязненном воздухе у людей воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла, появляются симптомы удушья, обострение легочних и различных хронических заболеваний, например: хронических бронхит, и даже заболевание раком легких.
Характеристика лишайников
Русское название лишайники получили за визуальное сходство с проявлениями некоторых кожных заболеваний, получивших общее название «лишаи». Латинское название происходит от греческого (лат. Lichen) и переводится как бородавка, что связано с характерной формой плодовых тел некоторых представителей.
За неблагозвучным названием этих растений скрывается удивительный по своеобразию мир.
Как организмы лишайники были известны ученым и в народе задолго до открытия их сущности. Еще великий Теофраст (371 – 286 до н. э. ) «отец ботаники», дал описание двух лишайников – уснеи (Usnea) и рочеллы (Rocella. Постепенно количество известных видов лишайников возрастало. В XVII веке было известно только 28 видов. Французский врач и ботаник Жозеф Питтон де Турнефор в своей системе выделил лишайники в отдельную группу в составе мхов. Хотя к 1753 году было известно свыше 170 видов, Карл Линней описал только 80, охарактеризовав их как «скудное крестьянство растительности», и включил вместе с печёночниками в состав «наземных водорослей».
Лишайники- группа симбиотических организмов, в теле которых сочетаются два компонента: автотрофный – водоросль или цианобактерия и гетеротрофный – гриб. Вместе они образуют единый организм. Для каждого вида лишайников характерна постоянная, сложившаяся в процессе исторического развития форма симбиоза – взаимополезного сожительства определенного гриба с конкретной водорослью.
Разделение лишайников на классы и семейства проводят в соответсвии с принадлежностью вида гриба – компонента лишайника – к определенному отделу грибов, входящих в состав лишайников, относят к отделу Аскомикота, а небольшую часть – к отделу Базидиомикота.
По величине лишайники разнообразны, их размеры – от нескольких до десятков сантиметров. Тело лишайников представлено слоевищем, или талломом. В зависимости от образующегося пигмента оно может быть серым, сизым, зеленоватым, буро-коричневым, желтым, оранжевым или почти черным.
Сейчас насчитывается около 25 тыс. видов лишайников. И каждый год ученые обнаруживают и описывают десятки и сотни новых неизвестных видов. Облик этих растений причудлив и разнообразен. Известны палочковидные, кустистые, листоватые, плёнчатые, клубкообразные, «голые» и густо покрытые чешуйками (филлокдадиями) лишайники, имеющие слоевище в виде булавы и плёнки, бороды и даже «многоэтажных» башен.
В зависимости от внешнего облика различают три основных морфологических типа: накипные, листоватые и кустистые лишайники. В природе лишайники занимают несколько экологических ниш: эпилитные, эпифитные, эпиксильные, напочвенные и водные.
Листоватые лишайники имеют вид пластин разной формы и размера. Они более или менее плотно прикрепляются к субстрату при помощи выростов нижнего коркового слоя.
Кустистые имеют более сложное строение. Таллом образует множество округлых или плоских веточек. Растут на земле или свисают с деревьев, древесных остатков, скал. На субстрате они прикрепляются только у своего основания.
I.1 Лишайники как индикаторы окружающей среды
Объектом глобального мониторинга избраны лишайники потому, что они распространены по всему Земному шару и поскольку их реакция на внешние воздействие очень сильна, а собственная изменчивость незначительна и чрезвычайно замедлена по сравнению с другими организмами.
Из всех экологических групп лишайников наибольшей чувствительностью обладают эпифитные лишайники (или эпифиты), т. е. лишайники, растущие на коре деревьев. Изучение этих видов, в крупнейших городах мира, выявило ряд общих закономерностей: чем больше индустриализирован город, чем более загрязнен, тем меньше встречается в его границах видов лишайников, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев, тем ниже «жизненность» лишайников.
Лишайники являются интегральным индикатором состояния среды и косвенно отражают общую «благоприятность» комплекса абиотических факторов среды на биотические.
Кроме того, большинство химических соединений, негативно влияющих на флору лишайников, входят в состав основных химических элементов и соединений, содержащихся в выбросах большинства промышленных производств, что позволяет использовать лишайники именно в качестве индикаторов антропогенной нагрузки.
Все это предопределило использование лишайников и лихеноиндикации в системе глобального мониторинга состояния окружающей среды.
I.2. Классификация лишайников
Различают три основных типа слоевищ лишайников: накипной (корковый), листоватый и кустистый, между которыми встречаются переходные формы. Наиболее простые – накипные, и корковые, похожие на кору дерева. Они растут на поверхности почвы, горных пород, на коре деревьев и кустарников, плотно срастаются с субстратом и не отделяются от него без значительных повреждений.
Более высокоорганизованные лишайники имеют листоватое слоевище в форме пластинок, распростертых по субстрату и срастающихся с ним посредством пучков гиф. На субстрате листоватые лишайники имеют вид чешуек, розеток или обычно разрезанных на лопасти крупных пластинок.
Наиболее сложно организованное слоевище – кустистое, имеющее форму столбиков или лент, обычно разветвленных и срастающихся с субстратом только основанием. Вертикальный рост слоевище позволяет ему лучше использовать солнечный свет для фотосинтеза.
У большинства лишайников слоевище имеет верхний и нижний корковые слои из плотного сплетение грибных нитей, между которыми находится сердцевина – рыхлый слой грибов укрепляет слоевище и защищает водоросли от чрезмерного освещение. Основная функция сердцевинного слоя – проведение воздуха к клеткам водорослей, содержащим хлорофилл.
Среди лишайников различают группы видов, растущих на почве, деревьях, склах и т.д. Внутри них можно выделить еще более мелкие группы: обитающие ни известковых или кремнистых горных породах, на коре деревьев, обнаженной древесине, на листьях (у вечнозеленых растений) и др. На обрабатываемых землях лишайники не встречаются из-за своего очень медленного роста, накоплением органических веществ. Они очень требовательны к чистоте воздуха, не выносят дыма, копоти и особенно сернистых газов промышленных районов.
Встречаются во всех биогеографических зонах, особенно в умеренных и холодных областях, а также в горах. Лишайники способны переносить длительное высушивание. Фотосинтез и питание у них в это время прекращаются. Устойчивость к засухе и низкой температуре позволяет им переживать периоды резкого изменение условий существования и возвращаться к жизнедеятельности даже при низкой температуре и незначительном содержании CO2, когда многие растения погибают.
I.3. Размножения лишайников
Лишайники размножаются в основном вегетативно – частями слоевище. Хрупкие в сухую погоду, лишайники легко ломаются от прикосновение животных или людей; отдельные кусочки, попав в соответствующие условия, развиваются в новое слоевище. Однако они могут размножаться и спорами, которые образуются половым или бесполым путем.
Широкое распространение лишайников обусловлено многими факторами, из которых основные – их способность противостоять неблагоприятному воздействию среды, лекгость вегетативного размножения, дальность и высокая скорость переноса отдельных частей слоевища ветром.
По хаpактеpу полового споpоношения лишайники относят к двум классам: сумчатые (pазмножаются споpами, созpевающими в сумках), к котоpым относятся почти все pазновидности лишайников, и базидиальные (споpы созpевают в базидиях), насчитывающие всего несколько десятков видов.
Pазмножение лишайников осуществляется половым и бесполым (вегетативным) способами. В pезультате полового пpоцесса обpазуются споpы гpиба лишайника, котоpые pазвиваются в закpытых плодовых телах – пеpитециях, имеющих узкое выводное отвеpстие ввеpху, или в апотециях, шиpоко откpытых к низу. Пpоpосшие споpы, встpетив соответствующую своему виду водоpосль, обpазуют с ней новое слоевище.
Вегетативное pазмножение заключается в pегенеpации слоевища из небольших его участков (обломков, веточек). У многих лишайников есть специальные выросты – изидии, которые легко отламываются и дают начало новому слоевищу. В других лишайниках образуются крошечные гранулы (соредии), в которых клетки водоросли окружены плотным скоплением гиф; эти гранулы легко разносятся ветром.
Все необходимое для жизни лишайники получают из воздуха и атмосферных осадков и при этом не имеют специальных приспособлений, предотвращающих поступление в их тела различных загрязнителей. Особенно губительны для лишайников различные окислы, образующие при соединении с водой кислоты той или иной концентрации. Поступая в таллом, такие соединения разрушают хлоропласты водорослей, равновесие между компонентами лишайника нарушается, и организм гибнет. Поэтому многие виды лишайников быстро исчезают с территорий, подверженных значительному загрязнению. Но оказывается не все.
В любом случае гибель отдельных видов должна быть тревожным сигналом не только для людей, проживающих в какой – либо конкретной местности, но и для всего человечества.
Так как лишайники очень чувствительны к загрязнению воздуха и погибают при высоком содержании в нём угарного газа, соединений серы, азота и фтора их можно использовать в качестве живых индикаторов чистоты окружающей среды. Такой метод был назван лихеноиндикацией (от греч. «лихен»-лишайник)
I.4. Значение лишайников
Значение лишайников велико. Как автогетеротрофные компоненты природных систем, они аккумулируют солнечную энергию, образуя определенную биомассу, и в то же время разлагают органические вещества до минеральных. В результате их жизнедеятельности подготавливается почва для поселения растений.
В тундре, где лишайников особенно много, они служат кормом северных оленей. Наибольшее значение в этом отношении имеет ягель – олений мох. Используют в пищу лишайники и некоторые дикие животные, например: косули, лоси, маралы. Лишайники служат индикаторами (показателями) чистоты воздуха, так как они очень чувствительны к его загрязнению.
Благодаря лишайниковым кислотам (совместный продукт грибного и водорослевого партнёрства) лишайники выступают в природе как пионеры растительности. Они участвуют в процессах выветривания и почвообразования.
Но лишайники отрицательно действуют на памятники архитектуры, вызывая их постепенное разрушение. По мере развития слоевища лишайников деформируются и пузырятся, а в образовавшихся полостях возникает особый микроклимат, способствующий разрушению субстрата. Именно поэтому лишайниковая мозаика на поверхности древних памятников очень тревожит реставраторов и хранителей старины.
На торфяниках лишайники тормозят рост кустарничков. Иногда участки почвы между подушками лишайников и сосудистыми растениями полностью лишены растительности, так как лишайниковые кислоты воздействуют и непосредственно и на расстоянии (подтверждено лабораторными опытами).
Лишайниковые кислоты имеют горький вкус, поэтому едят их только некоторые улитки и северные олени, которые очень любят ягель, тундровую кладонию.
В тяжёлые голодные годы люди часто при выпечке хлеба добавляли измельчённые в муку лишайники. Для удаления горечи их предварительно обдавали кипятком.
Лишайники издавна были известны как источник получения полезных химических веществ. Более 100 лет назад лихенологии обратили внимание на то, что под воздействием растворов йода, щёлочи и белильной извести окрашиваются в разные цвета. Лишайниковые кислоты в воде не растворяются, но растворяются в ацетоне, хлороформе, эфире. Многие из них бесцветны, но есть и окрашенные соединения: желтые, красные, оранжевые, фиолетовые.
В медицине лишайники применяли ещё древние египтяне за 2000 лет до нашей эры. Их кислоты обладают антибиотическими свойствами.
Карл Линней в1749 году упоминал о семи лекарственных видах лишайников. Из пармелии скальной в то время делали тампоны для остановки кровотечения из носа, из кладонии красноплодной готовили средство от кашля. С успехом применяли препараты для лечения кожных заболеваний, ожогов, послеоперационных ран.
Лекарственные препараты цетрарии исландской используют как в официальной, так и народной медицине для лечения заболеваний верхних дыхательных путей, бронхиальной астмы, туберкулеза, инфекционных заболеваний кожи, гнойных ран и ожогов. Во многих странах, в том числе и в России, готовят лечебные сиропы и пастилки.
Фармакологические исследования показали, что натриевая соль усниновой кислоты обладает бактериостатическими и бактерицидными свойствами относительно стафилококков, стрептококков и бактерии субтилис. Её отвар поднимает тонус организма, регулирует деятельность желудка, лечит заболевания дыхательных путей. Лекарственный препарат натрия уснинат был разработан в Ботаническом институте им. В. Л. Комарова в Петербурге и в честь этого института назван бинаном. Бинан на пихтовом бальзаме заживляет ожоги, а спиртовой раствор помогает при ангине.
Самое неожиданное применение в парфюмерии, хотя и было это известно в 15 – 18 веке. В древнем Египте из них получали порошок, который использовали для приготовления пудры.
Лишайниковые кислоты, полученные из разных видов пармелий, еверний и рамалин, обладают способностью фиксировать запахи, поэтому их и сегодня используют в парфюмерной промышленности. Спиртовой экстракт из лишайников (ризиноид) добавляют в духи, одеколоны и мыла. Вещества, которые содержатся в Эвернии сливовой являются хорошими закрепителями ароматов, поэтому их применяют для изготовления духов и ароматизации хлеба.
Некоторые лишайники употребляют в пищу. В Японии, например, считается деликатесом гирофора съедобная (gyrophora tsculenta)-растущий на скалах листоватый лишайник. Давно известна под названием «лишайниковая манна», астицилия съедобная(Asticilia esculenna), образующая своеобразные «кочующие» шаровидные комочки в степях, пустынях и засушливых горных областях. Ветер иногда переносит эти шарики на большие расстояния. Возможно отсюда и возникло библейское предание о «манне небесной», нипосланный Богом евреям, странствовавшим по пустыне на пути из египетского рабства. А в самом Египте эвернию шелушащуюся (Evernia furfuracea) добавляли в выпекаемый хлеб, чтобы он долго не черствел.
По составу лишайников с помощью разработанных шкал и формул определяют концентрацию в воздухе различных загрязняющих веществ. Они являются классическими биологическими индикаторами. Также всей поверхностью лишайники впитывают дождевую воду, где концентрируется много токсических газов. Наиболее опасны для лишайников окислы азота, угарный газ, соединения фтора. В последнее десятилетие показало, что самое негативное воздействие на них оказывают соединения серы, особенно сернистый газ, который уже в концентрации 0,08-0,1 мг/м угнетает большинство лишайников, а концентрация 0,5мг/м губителен практически для всех видов.
Лишайники успешно используют в экологическом мониторинге. Служат индикаторами окружающей среды, так как проявляют повышенную чувствительность к химическому загрязнению. Устойчивости к неблагоприятным условиям способствует невысокая скорость роста, наличие различных способов извлечения и накопления влаги, развитые механизмы защиты.
Российские исследователи М. Г. Нифонтова и её коллеги установили, что лишайники накапливают радионуклеотиды на несколько величин больше, чем травянистые растения. Кустистые лишайники накапливают больше изотопов, чем листоватые и накипные, поэтому для контроля за радиоактивностью в атмосфере выбирают именно эти виды. Напочвенные лишайники накапливают в основном цезий и кобальт, а эпифиты – преимущественно стронций и железо. Эпилиты, растущие на камнях, накапливают совсем мало радиоактивных элементов. Вымывание изотопов из талломов сильно заторможено, в связи с длительными периодами обезвоживания, поэтому лишайники служат барьером для дальнейшего распространения губительной радиации. Благодаря способности накапливать изотопы, лишайники используются как индикаторы радиоактивного загрязнения среды.
II. Основная часть
II.1. Заложение пробных площадок
В каждом районе исследование были выбраны пять деревьев одного вида, которые находились на расстоянии 5-10 м друг от друга, были примерно одного возраста и размера, не имели повреждений. К стволу каждого дерева плотно палетка, разделенная на квадраты, на высоте приблизительно 1 м.
Полученные данные обрабатывались по формуле: R=(100а+50в)/с,
где: R — степень покрытия древесного ствола лишайниками (%);
а – число квадратов сеточки, в которых лишайники визуально занимают больше половины площади квадрата;
в – число квадратов сеточки, в которых лишайники визуально занимают менее половины площади квадрата;
с – общее число квадратов сеточки [2].
Результаты загрязнения воздуха представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Оценка степени загрязненности атмосферного воздуха территории
Зона проведения эксперимента
Вид дерева
Количество лишайников
Виды лишайников
Чистота воздуха
Больше половины квадрата покрыта лишайником
Накипной (желтый, серый)
Несколько квадратов покрыто лишайником
Почти весь квадрат покрыт лишайником
Накипной (желтый), листоватый (зеленый)
II.2.Измерение проективного покрытия
Для оценки относительной численности лишайников на стволах деревьев мы определяли показатели проективного покрытия т.е. процентного соотношений площадей, покрытых лишайниками, и площадей, свободных от лишайников.
Подсчет лишайников производили следующим образом. Сначала считали число квадратов сеточки, в которых лишайники занимают на глаз больше половины площади квадрата (а), условно приписывая им покрытие, равная 100%. Затем подсчитывали число квадратов, в которых лишайники занимают менее половины площади квадрата (в), условно приписывая им покрытие, равное 50%. Данное записывали в рабочую таблицу. После этого рассчитали общее проективное покрытие в процентах по формуле:
R=(100 * а+50 * в)/С
В этой формуле С – общее число квадратов сеточки (при использовании сеточки 10х10 см с ячейками 1х1, С=100 ).
1. Измерение проективного покрытия
Проективное покрытие вычисляется по формуле:
R=(100а+50в)/С, где
а – это число квадратов сеточки, в которых лишайники занимают больше половины площади квадрата;
в – это число квадратов сеточки, в которых лишайники занимают меньше половины площади квадрата;
С – это 100%.
R=100 * 50 + 50 * 15 / 100% = 57,5%
Значит в первом участке оценка проективного покрытия составляет 8 баллов.
R = 100 * 50 + 50 * 19 / 100% = 59,5%
А во втором участке оценка проективного покрытия составляет тоже 8 баллов.
R = 100 * 15 + 50 * 5 / 100 = 17,5%
А в третьем участке оценка проективного покрытия составляет 4 балла.
Таблица 3. Измерение проективного покрытия лишайников.
Введение
Поэтому я задумалась, какая экологическая обстановка в моем родном городе. Гуляя по улицам города я обратила внимание, что на стволах деревьев растут разные виды лишайников (лишайники являются индикатором чистоты воздуха ). Ближе к дороге лишайники не обнаружились, поэтому я решила определить наличие вредных веществ в воздухе своего города с помощью лишайников.М
Цель работы:
Выяснить загрязненность атмосферы по встречаемости лишайников и определить наличие вредных веществ в городе Кулебаки Нижегородской области.
Задачи:
1)Изучить строение лишайников как биоиндикаторов.
2)По видовому составу определить степень загрязнения воздуха.
3)Выявить наличие в слоевищах лишайников свинца, железа и серы.
4)Сделать вывод о благополучии города.
5) Собрать коллекцию лишайников.
Значимость работы:
Данная исследовательская работа дает возможность судить не только об экологической обстановке той местности, где я проживаю, но и возможно облегчит процесс предупреждения заболеваний, и их устранения, так как растительность, окружающая нас, это не только объект изучения науки, но и часть жизни человека.
Основная часть
Объект исследования: эпифитные лишайники, растущие на деревьях.
Предмет исследования: разные районы г.Кулебаки:
Глава 1 Обзор методической литературы
1.1. Влияние загрязнения на состояние лишайников.
Растения способны накапливать загрязняющие вещества и, прежде всего, катионы тяжелых металлов, поглощенные ими из воздуха и атмосферных осадков. Наибольшей металлоаккумулирующей способностью обладают эпифитные лишайники, растущие на деревьях. Быстрая аккумуляция токсичных веществ вызывает отчетливые анатомо-морфологические изменения в талломах. Тщательное наблюдение за лишайниками позволяет узнать, насколько велико давление человека на природу, каким видам деревьев и животных это вредит, сколько загрязнителей концентрируется в воздухе и воде каждого конкретного района. Большое количество химических элементов лишайники получают из атмосферы с осадками и пылью. Поглощение элементов из дождевой воды идет очень быстро и сопровождается их концентрированием. Изучение лишайниковой флоры показывает, что состояние окружающей среды оказывает существенное влияние на развитие лишайников. По их видовому составу и встречаемости можно судить о степени загрязнения воздуха.
Глава II .Методика и техника исследования.
Для успешного выполнения поставленных задач я воспользовалась такими методами как наблюдение, исследование, сравнение, химический анализ. В связи с тем, что лишайники поглощают воду всей поверхностью тела в основном из атмосферных осадков и отчасти из водяных паров, влажность слоевищ непостоянна и зависит от влажности окружающей среды, слоевище лишайников часто сравнивают с фильтровальной бумагой. Поэтому я решила исследовать слоевище лишайников на содержание некоторых химических элементов (сера, железо и свинец) классическим методом сжигания, а образующую золу подвергнуть химическому анализу. В качестве индикаторов я выбрала эпифитные лишайники, растущие на коре деревьев, поскольку они очень удобны для наблюдений, так как доступны в любое время года и хорошо заметны на стволах деревьев.
Метод оценки «проективного покрытия» (метод сеточек-квадратов) («Методы лихеноиндикации загрязнений окружающей среды» А.В.Пчелкин, А.С.Боголюбов, М.,Экосистема,1997.) Необходимо разбить площадки на 10 x 10 м в разных направлениях друг от друга. При выборе следующих площадок придерживаться следующих правил:
1.структура и состав фитоценоза на пробных площадках должны быть примерно схожими;
2.учётные площадки (участки коры дерева, на котором производится непосредственный подсчёт площади покрытия лишайниками), выбираются на высоте от 30 до 150 см от основания ствола дерева;
4.на каждом дереве подсчитывается количество видов лишайников. Все обнаруженные виды разделяются на три группы: кустистые, листовые, накипные.
Оценка степени покрытия ствола лишайниками проводится по методике измерения проективного покрытия: для этого на высоте 30 – 150 см на наиболее заросшую лишайниками часть коры накладывается прозрачная палетка размером 10 x 10 см (палетку расчерчивают на квадраты размером 1 x 1 см). Перед началом измерений заготавливаются специальные таблицы, в которые затем заносятся результаты исследований .
Подсчёт лишайников проводится следующим образом:
где С – общее число квадратов сеточки (в данном случае при использовании сеточки 10 x 10 см с ячейками 1 x 1 см, С=100).
4.Рассчитываем показатель относительной чистоты атмосферы(ОЧА) по формуле: ОЧА=(Н +2 х Л + 3 х К) / 30,
Оценка частоты встречаемости и степени покрытия по пятибалльной шкале. Таблица №2
Частота встречаемости (%)