Наукова робота. Дослідження забруднення атмосферного повітря на території села Гуків методом ліхеноіндикації

Роботу виконала:
Гордієнко Яна,
учениця 10 класу Гуківського ліцею

Науковий керівник:
Лиськова Марія Йосипівна,
вчителька біології та хімії
Гуківського ліцею Гуківської сільської ради
Чемеровецького району Хмельницької області,
лауреатка V Всеукраїнського Інтернет-конкурсу
„УЧИТЕЛЬ РОКУ – 2020” за версією
науково-популярного природничого
журналу „КОЛОСОК” у номінації
„Біологія та основи здоров’я”

ВСТУП

Вченими давно досліджено, що стан атмосферного повітря має величезний вплив на організм людини в цілому та роботу окремих органів і систем зокрема. Дослідники Університету Південної каліфорнії встановили, що забруднене повітря спричиняє старіння головного мозку підвищує ризик захворюваності хворобою Альцгеймера та слабоумства. Тому знати стан атмосферного повітря є досить важливо. Дивлячись на те, що поблизу села Гуків приблизно за 2 кілометри знаходиться Скала-Подільський асфальтний завод можна припустити, що стан повітря на досліджуваній території не найкращий.

 Актуальність роботи полягає в тому, що дослідження стану повітря на даній території проводились вперше. Також метод ліхеноіндикації використаний при дослідженні не використовувався раніше.

Об’єкт дослідження – біорізноманіття лишайників на території села Гуків;

Предмет дослідження – методи ліхеноіндикації, використання лишайників як індикаторів забруднення довкілля.

Мета дослідження – встановити стан атмосферного повітря, рівень його забруднення шляхом ліхеноіндикації на різних ділянках села Гуків, вивчити видовий склад лишайників села Гуків. Для досягнення мети були поставлені наступні завдання:

1. Опрацювати літературу та інші джерела інформації щодо впливу забрудненості повітря на організм людини та методу визначення стану повітря – ліхеноіндикації, його особливостей;
2. Встановити видовий склад епіфітних лишайників на досліджуваній території та категорії чутливості різних видів лишайників до забруднення повітря;
3. Провести аналіз та обробку даних дослідження, встановити стан атмосферного повітря на досліджуваній території
4. Зробити висновки та скласти план заходів щодо покращення отриманих результатів.

Методи дослідження: метод визначення проективного покриття за допомогою рамки; метод аналізу морфологічних змін; статистична обробка результатів; картографічний метод.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що до цього часу дослідження стану атмосферного повітря на території села Гуків методом ліхеноіндикації не проводились. Отже, ми працювали над проблемою, яка абсолютно не є висвітленою у науковій літературі.

Практичне значення одержаних результатів. Результати дослідження можуть бути використані медичними працівниками для санітарно-освітньої роботи з населенням, вчителями на уроках біології, географії, екології а також для еколого-просвітницької діяльності учнів Гуківського ліцею.

Апробація результатів дослідження здійснена на науково-практичній конференції об’єднання юних науковців «Дивосвіт» с. Гуків та висвітлено у шкільній газеті.

Структура та обсяг роботи. Результати нашого дослідження викладені на 23 сторінках машинописного тексту дослідницької роботи, яка складається із вступу, двох розділів, висновків, списку використаної літератури, який містить 10 джерел та додатків.

Проблема забруднення атмосферного повітря сьогодні є досить актуальною. Через інтенсивний розвиток технологій, промисловості та інших галузей господарської діяльності людини в біосферу потрапляє дуже велика кількість забруднюючих речовин. Найбільш гострою є проблема забруднення повітря у великих містах, де добре розвинена промисловість проте, нажаль, у малих населених пунктах також повітря не є абсолютно чистим та безпечним. Наприклад, поблизу нашого населеного пункту багато десятиліть функціонує асфальтний завод. Щоразу жителі нашого села можуть спостерігати картину, як великі клуби чорного диму підносяться догори та розсіюються над селом. Тому говорити про чистоту повітря є неможливо. Але наскільки загрозливою є дана проблема можна судити тільки після того, як буде досліджено стан повітря на даний час.

Однією з найбільш чутливих груп організмів щодо забруднення довкілля є лишайники. Вони досить чутливі до екологічного тиску, що супроводжується атмосферним забрудненням, евтрофікацією чи змінами клімату. Саме особливості будови та способу живлення цих організмів дають змогу широко використовувати їх як індикатори стану навколишнього середовища. Епіфітну складову ліхенобіоти традиційно використовують для індикації стану атмосферного повітря як урбанізованих, так і природних територій . На видовий склад лишайників-епіфітів переважно впливають такі кліматичні та ландшафтні фактори, як вологість повітря, освітленість, висота над рівнем моря, рельєф місцевості та структура лісового масиву, де зростає форофіт, а також характер кори самого форофіту тощо. Епіфітні лишайники чутливі до змін хімічного складу атмосферного повітря, а також умов лісового ценозу та деяких інших факторів, що найбільше зазнають антропогенного впливу. Ця обставина дозволяє використовувати епіфітні лишайники для індикації стану антропогенної зміненості середовища [1].

РОЗДІЛ І. ВПЛИВ ЗАБРУДНЕНОСТІ ПОВІТРЯ НА ОРГАНІЗМ ЛЮДИНИ ТА ЛІХЕНОІНДИКАЦІЯ ЯК СПОСІБ МОНІТОРИНГУ ЗА СТАНОМ ПОВІТРЯ

1.1. Історія досліджень забрудненості повітря шляхом ліхеноіндикації

Щороку умови навколишнього середовища в Україні та світі погіршуються, однак до рішучих дій для запобігання цьому, поки що ніхто не береться. Нещодавно було оприлюднено великий звіт Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ), згідно з яким забруднене навколишнє середовище є однією з найголовніших причин високої смертності у світі. Так, за даними організації, майже чверть населення планети помирають саме через погані екологічні умови: екологічні ризики зумовлюють виникнення понад 100 найнебезпечніших хвороб, і щороку саме вони вбивають 12,6 млн людей, а це – 23% усіх смертей, які трапляються у світі.

Найбільше на здоров’я українців впливає забруднене повітря. Щорічно по всій Україні в атмосферу виділяється близько 17 млн тонн шкідливих речовин. Крім того, деякі з цих речовин мають значний вплив на зміну клімату, а, відтак, і на погіршення стану здоров’я людей. Свій внесок у забруднення повітря роблять, зокрема, підприємства чорної металургії, енергетики, вугільної промисловості, хімічної та нафтохімічної промисловості. Впливають також незаконні вирубки лісів в Карпатах, які провокуюсь серйозні природні катаклізми [2].

Дослідженням лишайників як біоіндикаторів присвячено багато робіт у схожих за природними умовами територіях ( С. Д. Зеленко, 1999 [1], Кашуба, 2012 [2], С. Я. Кондратюк, В. О. Кучерявий, В. О. Крамарець, 1991, 1993 [3, 4]; Л.А. Некрасенко, 2002 [5] Х. Х. Трасс, 1984 [6]). Починаючи з 90-х років ліхеноіндикаційні роботи проводяться в Україні. Перша робота з ліхеноіндикації забруднення повітря проведена у Львові. Кілька років по тому з’явились роботи з ліхеноіндикаційного картування міст Івано-Франківська, Тернополя, Луцька, Рівного, районів Івано-Франківської області, м. Чернігова та м. Кременчука.

1.2. Ліхеноіндикація як спосіб моніторингу за станом повітря. Методика ліхеноіндикації

Лишайники– це особливі організми, утворені в результаті симбіозу гриба й водорості, з новими морфологічними, фізіологічними та екологічними властивостями. Відомо понад 20 тисяч видів лишайників. Лишайники завдяки особливостям своєї організації і життєдіяльності є одними з найкращих біоіндикаторів чистого повітря. Вони поширені по всій планеті, ростуть на різних субстратах, здатні витримувати суворі умови існування, і у той же час їм властива висока чутливість до забруднення атмосфери. Види лишайників по-різному реагують на речовини-забруднювачі. Вивчивши такі властивості лишайників, можна використовувати їх для оцінки ступеня забруднення довкілля, особливо повітря. На цій основі почав розвиватись особливий напрям екології – ліхеноіндикація.

Ліхеноіндикацію зручно проводити в конкретній обмеженій місцевості (наприклад, у невеликому місті і його околицях). Лишайники невибагливі до умов середовища і характеризуються високою стійкістю проти впливу несприятливих факторів. Вони можуть рости в найрізноманітніших умовах освітлення й вологості, легко витримують тривалу нестачу води, різкі коливання температури, однак по-різному реагують на забруднення повітря. Деякі з них не витримують навіть малого забруднення повітря і гинуть, інші – живуть лише в населених пунктах, у тому числі в промислових містах. Лишайники – ідеальний об’єкт для контролю забруднення навколишнього середовища. Переваги ліхеноіндикації:

 – висока точність визначення;

– висока чутливість до забруднення;

– довгостроковий вплив низьких концентрацій забруднюючих речовин викликає у лишайників такі ушкодження, що не зникають аж до загибелі їхніх сланей; Стан повітряного басейну певного району можна визначити по наявності чи відсутності в ньому відповідних видів лишайників за допомогою спеціальних шкал [3].

Основним завданням є дослідження поширеності лишайників різних видів на досліджуваних ділянках та встановлення взаємозв’язку між ступенем покриття лишайниками дерев та екологічним станом атмосферного повітря.

В якості досліджуваного субстрату на визначених ділянках ми використали яблуню домашню (Malus domestica), вид широко представлений на усіх пробних ділянках. Досліджувані території розділяли на квадрати, в кожному з них підраховується загальне число досліджуваних дерев, і дерев, які покриті лишайниками. Для оцінки забруднення повітря окремої ділянки, описують лишайники на кожному третьому, п’ятому або десятому дереві. Досліджувана ділянка обмежується на стовбурі дерева рамкою, розміром 10×10 сантиметрів (Додаток Б). Вона має мати поділки в 1 сантиметр з усіх сторін, або можна розділити тоненькими дротиками на комірки 1×1сантиметр, а ще можна використати поліетиленову плівку прозору з нанесеними фломастером поділками. Відмічається, які види лишайників зустрічаються на ділянці, який процент загальної площі рамки займає кожен вид лишайника, що там росте. На кожному дереві описують як мінімум чотири пробні ділянки: дві біля основи стовбура з різних сторін і дві на висоті 1,4-1,6 метра. Таким чином, для кожної ділянки і для кожного виду лишайників виставляються бали покриття. Зручно використовувати шкалу, яку розробив Х. Трасс. За якою використовується шість класів частоти трапляння: І – до 5%, ІІ – 6-20%, ІІІ – 21-50%, ІV- 51-70%, V – 71-90%, VІ – 91-100%. Шкала стійкості до міських умов лишайників Х.Трасса, включає десять класів (Таблиця 2.1.), до кожного входять різні види цих організмів .

Таблиця 2.1.

Шкала для визначення забруднення повітря по видовому класу лишайників

Чим більший показник ступеня покриття стовбура дерева лишайниками, тим чистіше повітря в районі дослідження. 

РОЗДІЛ ІІ. ХАРАКТЕРИСТИКА ДОСЛІДЖУВАНОЇ ТЕРИТОРІЇ, ВИДОВИЙ СКЛАД ЕПІФІТНИХ ЛИШАЙНИКІВ НА НІЙ

2.1. Характеристика території дослідження

Дослідження проведено на території села Гуків протягом жовтня- листопада 2019 року. Пробні ділянки визначені та закладені в трьох зонах села, що відрізняються ступенем антропогенної трансформації. Перша пробна ділянка (А) – територія Гуківського ліцею, була нами обрана оскільки знаходиться на периферії села, але з боку поля. З однієї сторони, повітря тут мало б бути чистішим, а з іншої, на полях дуже часто використовуються різноманітні хімічні речовини, які вносяться шляхом розпилення, тому є ймовірність, що вони певною мірою залишаються у повітрі. Друга пробна ділянка (Б) – старий яблуневий сад біля сільської ради. Ця ділянка також вибрана не випадково, оскільки за декілька десятків метрів звідти розміщуються сушарки тютюну. Вони працюють більшу частину року і є досить потужними, а інтенсивність вирощування тютюну свідчить про значні внесення добрив, пестицидів та стимуляторів росту рослин. При їх висушуванні також певна частка цих речовин вивільняється у повітря. Третя пробна ділянка (В) – окраїна села з боку річки Збруч, яку ми називаємо «скали». Це ділянка де немає активного руху транспортних засобів, небагато житлових будинків, тиха, сільська рекреаційна зона.

2.2. Видова різноманітність лишайників досліджуваних ділянок

Під час вивчення поширення лишайників ми зібрали значну колекцію їх видів. Найпоширеніші види лишайників на території села Гуків: накипні – Графіс (Graphis scripta), Ксанторія настінна (Xanthoria parietina), Леканора різноманітна (Lесапоrа аllорhапа); листуваті – Гіпогімнія здута (Hypogymnia physodes), Пармелія (Parmelia), кущисті – Кладонія оленяча (Cladonia rangiferina). Проектне покриття (%) за видами лишайників представлено на графіку (Рисунок 2.1.).

Рисунок 2.1. Проектне покриття (%) за видами лишайників

Видовий склад лишайників у двох досліджених ділянках села А і Б був однаковий. Тут зустрічалися леканора, пармелія, ксанторія . Ці види вважаються урбанонейтральними та середньочутливими видами. Частота трапляння обох видів на досліджених ділянках досить висока. Найбільша кількість видів лишайників (6 видів) було знайдено на третій дослідній ділянці – В. Крім вище згаданих видів на території дослідження було виявлено, ще види лишайників –гіпогімнія (частота трапляння – значна); чутливий, рідкісний вид графіс та кладонія. Частота трапляння останніх двох видів – невелика (Рисунок 2.2. )

Рисунок 2.2. Частота зустріваності різних видів лишайників на досліджуваних ділянках.

Низьку видову різноманітність лишайників на перших двох ділянках можна пояснити по-перше, одноманітністю деревних порід (яблуня домашня), що зумовлює і одноманітність лишайникового покриву. Як відомо, видовий склад епіфітів залежить від породи дерева, а саме від фізичних та хімічних особливостей кори форофіту . По-друге, ці ділянки розташовані поблизу автомобільних доріг та промислових об’єктів, що призводить до зникнення чутливих до забруднення атмосферного повітря видів. Вищі показники видової різноманітності лишайників на третій ділянці пояснюються різноманітністю деревних порід а також віддаленістю від центральної частини села.

2.3. Стан атмосферного повітря на досліджуваних ділянках

Ступінь покриття лишайниками на різних ділянках різний і за видами і за значеннями. Ділянка А характеризувалась переважанням ксанторії (Таблиця 2.1.)

Таблиця 2.1.

Ступінь покриття та видова різноманітність лишайників першої пробної ділянки

За даними таблиці можна зробити висновок, що ступінь забруднення повітря на першій пробній ділянці невисокий. Вважається відносно забруднене повітря. Це пов’язано мабуть з тим, що все ж ділянка розташована біля поля та автомобільної дороги з невисоким ступенем руху. Мабуть речовини, які вносяться на поле не мають сильно негативного впливу на стан атмосферного повітря. Хоча, щоб підтвердити це необхідно продовжити моніторинг протягом наступних років. Друга ділянка Б здивувала своїми показниками більше, аніж перша, як видовою різноманітністю, так і ступенем покриття (Таблиця 2.2.)

Таблиця 2.2.

Ступінь покриття та видова різноманітність лишайників другої пробної ділянки

На другій ділянці найпоширенішими видами були накипні лишайники – графіс, ксанторія, лека нора. Лише на поодиноких деревах зустрічалися листуваті – паргелія. Оскільки накипні лишайники є найбільш стійкими до забруднення атмосфери результати дослідження свідчать про те, що локально ділянка Б має середнє значення забруднення атмосферного повітря. Ми пов’язуємо це з тим, що вона розташована впритул до центральної автомагістралі села а також із розташуванням поряд тютюнових сушарок, які можуть значно погіршувати стан атмосферного повітря. Ділянка № 3 також вразила показниками, але зовсім з іншого боку. Тут з’явився вид кущистих лишайників – кладонія, який є досить чутливим до забрудненого повітря. Результати дослідження ділянки В розглянемо у таблиці 2.3.

Таблиця 2.3.

Ступінь покриття та видова різноманітність лишайників третьої пробної ділянки.

І видовий склад лишайників, а саме наявність кущистих та листуватих поряд із накипними видами, і їх ступінь покриття стовбура дерева говорить про те, що на досліджуваній ділянці повітря є досить чистим [6]. Це пояснюється тим, що ця ділянка розташована дуже далеко від автомобільних доріг та будь яких потенційно забруднюючих повітря об’єктів. З одного боку тут ліс, з іншого річка Збруч, з третього пасовище.

На основі проведених досліджень ми створили карту села Гуків із зазначеними ліхеоіндикаційними зонами (Додаток А) . В подальшому продовжуючи моніторингові дослідження можна вносити зміни до неї та прослідковувати тенденцію покращення чи погіршення ситуації стану атмосферного повітря у селі.

ВИСНОВКИ

На основі проведених досліджень можна зробити такі висновки:

1. Метод ліхеноіндикації є досить цікавим та інформативним. На сьогодні він є досить простим у виконанні та результативним.
2. На досліджуваній території встановлено видовий склад лишайників: накипні – Графіс (Graphis scripta), Ксанторія настінна (Xanthoria parietina), Леканора різноманітна (Lесапоrа аllорhапа); листуваті – Гіпогімнія здута (Hypogymnia physodes), Пармелія (Parmelia), кущисті – Кладонія оленяча (Cladonia rangiferina). Визначено чутливість кожної групи лишайників до забруднення повітря. Так, накипні лишайники низькочутливі, листуваті – середньочутливі, кущисті – високочутливі організми.
3. Встановлено частоту їх зустріваності на різних ділянках а також ступінь покриття ними стовбурів дерев. Результати свідчать про різний ступінь забрудненості повітря. Так, ділянка А має невисокий ступінь забруднення повітря, ділянка Б – середній ступінь, а ділянка В практично незабруднене, чисте повітря.
4. За результатами дослідження створено карту села із зазначеними територіями та мірою їх забруднення.

РЕКОМЕНДАЦІЇ

На основі викладеного матеріалу можна рекомендуємо:

• незважаючи на проведені дослідження продовжити моніторингові спостереження даної території, адже результати досліджень можуть бути використані, як у навчально-виховному процесі на уроках біології та екології, так і медичними працівниками з профілактичної роботи з метою запобігання захворювань органів дихальної системи;
• для покращення стану атмосферного повітря на забруднених ділянках здійснити висаджування дерев хвойних та листяних порід;
• контроль вирубки дерев на території села та його околицях. 

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Зеленко С.Д. Ліхеноіндикаційна оцінка забрудненості повітря м. Чернігова / С.Д. Зеленко // Укр. ботан. журн. – 1999. – 56, № 1. – С. 64-67.
2. Кашуба О.О. Вісник Запорізького Національного університету №1, 2012. Ліхеоіндикація забрудненення атмосферного повітря рекреаційних зон м. Запоріжжя.
3. Кондратюк С.Я. Ліхеноіндикація забруднення повітря у м. Львові / С.Я. Кондратюк, В.О. Кучерявий, В.О. Крамарець та ін. // Укр. ботан. журн. – 1991. – 48, № 2. – С. 72 – 76.
4. Кондратюк С.Я. Порівняльне ліхеноіндикаціїне картування міст України / С.Я. Кондратюк, В.О. Кучерявий, В.О. Крамарець // Укр. ботан. журн. – 1993. – 50, № 4. – С. 74-83.
5. Некрасенко Л.А. Аналіз ліхеноіндикаційного картування м.Кременчука / Л.А.Некрасенко, О.М. Байрак // Укр. ботан. журн. – 2002. – 60, № 3. – С. 278-285.
6. Трасс Х.Х. Биоиндикация состояния атмосферной среды городов / Х.Х. Трасс // Экологические аспекты городских систем / Отв. ред. Л.М. Сущеня. – Минск: Навука і техніка, 1984. – С. 96-109.
7. https://studfile.net/preview/5199061/page:4/
8. http://web.znu.edu.ua/herald/issues/2012/bio-1-2012/130-135.pdf
9. https://www.unian.ua/ecology/1304769-vbivcha-priroda-yak-zabrudnennya-navkolishnogo-seredovischa-vplivae-na-zdorovya.html
10. http://mij-kraj.com.ua/ekologiya-ta-zdorovya-natsiji/otsinka-ekolohichnoho-stanu-atmosfernoho-povitria

ДОДАТКИ

Додаток А

Додаток Б

Додаток В

Додаток Г