Л.С. Кравченко
МБУ ДО «СЮН», г. Бирюч
Название разработки: учебное занятие
Название и форма проведения: «Мониторинг экологического состояния окружающей среды методом лихеноиндикации», учебное занятие
Пояснительная записка
Цель: Знакомство учащихся НОУ «Эдельвейс», секция «Зоология» с мониторингом экологического состояния окружающей среды методом лихеноиндикации.Задачи:
- Образовательная: систематизировать знания учащихся о понятиях «экологический мониторинг», «виды экологического мониторинга», познакомить учащихся с методами изучения экологического состояния атмосферного воздуха, с методикой лихеноиндикации;
- Развивающая: развивать память, мышление, воображение, любознательность, познавательный интерес, чувство сопричастности к охране живой природы;
- Воспитательная: воспитывать заботливое отношение к природе, стремление изучать и охранять окружающую среду.
Форма проведения: учебное занятие
Метод проведения: проектно-конструкторский, словесный, наглядный, практический.
Возраст детей: 14-15 лет
Условия для проведения: кабинет биологии
Оборудование: Мерные ленты (портняжный метр), компас, определитель лишайников, определительные таблицы лишайников, бумага, ручки, карандаши, фотоаппараты.
Методические советы на подготовительный период: заранее найти или распечатать школьные определители лишайников и определительные таблицы лишайников, подготовить портняжные метры, бумагу, ручки, карандаши, фотоаппараты.
План занятия:
I. Организационный момент.II. Основные этапы занятия.
Беседа «Экологический мониторинг и его виды»;
2. Лекция «Методы изучения экологического состояния атмосферного воздуха»
3. Практическая работа по определению экологического состояния окружающей среды методом лихеноиндикации.
III. Итог занятия. Рефлексия.
Ход занятия:
I. Организационный момент.Педагог: Здравствуйте, ребята! Тема нашего сегодняшнего занятия «Мониторинг экологического состояния окружающей среды методом лихеноиндикации». На занятии мы познакомимся с вами с такими понятиями, как «экологический мониторинг», «виды экологического мониторинга», с методами изучения экологического состояния атмосферного воздуха. Во время практической работы, вы научитесь проводить мониторинг экологического состояния окружающей среды методом лихеноиндикации.
II. Основные этапы занятия.
1. Беседа «Экологический мониторинг и его виды»
Педагог: Как утверждают ученые многих стран мира, человечество сейчас движется к экологической катастрофе. Как вы думаете, преувеличивают ли ученые опасность приближающегося экологического кризиса?
Предположительные ответы детей: Нет, опасность приближающегося экологического кризиса не преувеличена.
Педагог: Почему вы так думаете? Обоснуйте свой ответ.
Ребенок 1: Потому что бурный научно-технический прогресс привел к загрязнению окружающей среды;
Ребенок 2: А еще, потребительское, безнравственное отношение людей к природным богатствам;
Ребенок 3: Люди нерационально используют природные богатства, из-за этого они могут полностью исчерпаться;
Педагог: Да, ребята, вы правы, за последнее время проблемы загрязнения окружающей среды приняли глобальный характер. Те причины, которые вы назвали, конечно, правильные. Но не только научно-технический прогресс, потребительское отношение к природным богатствам и их нерациональное использование привели к глобальному загрязнению окружающей среды. Еще одна причина - экологическая безграмотность населения. Все это вместе и привело к сильному загрязнению всех природных сред радиоактивными, промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми отходами. [3]
Педагог: Ребята, а какую еще крупномасштабную экологическую проблему современности мы не назвали?
Ребенок 4: Это - парниковый эффект и разрушение озонового слоя, а следовательно - изменение климата на Земле.
Педагог: Да, ребята, все это приводит к нарушению экологического равновесия, а во многих случаях – и к необратимым негативным процессам в природе. Сегодня экологические проблемы стали актуальнее, чем проблемы сохранения мира на нашей планете. Решить проблемы такого масштаба человечество может лишь объединившись. Поэтому в 1974 г. в рамках программы ООН по проблемам окружающей среды (ЮНЭП) была создана Глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС). Она позволяет проводить контроль за состоянием окружающей среды, осуществлять оценку и прогноз изменений ее состояния на международном уровне. [3]
Педагог: Каким же образом мы можем решить существующие экологические проблемы?
Ребенок 5: Для решения экологических проблем необходимо принимать экстренные практические меры по выходу из экологического кризиса.
Педагог: Правильно, ребята, принятие практических первоочередных мер по выходу из кризиса является в настоящий момент главной задачей ученых, инженеров, экологов. Но еще одной главной задачей является экологическое просвещение населения, воспитание экологической культуры подрастающего поколения. Ребята, вы не только можете пропагандировать экологические знания в ходе проведения различных агитбригад, но и активно участвовать в природоохранных мероприятиях.
При этом важная роль отводится организации контроля за состоянием природной среды, ее непрерывными изменениями: естественными, и возникающими в результате антропогенной нагрузки. В настоящее время, в связи с надвигающейся угрозой глобальной экологической катастрофы, сформировалась потребность в организации специальной информационной системы – системы наблюдения и анализа состояния природной среды, которую назвали мониторингом (от лат. Monitor – «предостерегающий», «предупреждающий»). Этот термин был впервые введен в экологию в 1974 году. [3]
Экологический мониторинг (по определению академика РАН Ю.А. Израэля) – система наблюдений, оценки и прогноза, позволяющая выявить изменения состояния окружающей среды под влиянием антропогенных изменений. [4]
Цель экологического мониторинга - наблюдения за происходящими в окружающей природной среде физическими, химическими, биологическими процессами, за уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов, за последствиями его влияния на растительный и животный мир, а также, обеспечение заинтересованных организаций и населения текущей и экстренной информацией об изменениях в окружающей среде, предупреждениями и прогнозами ее состояния, которые осуществляют специально уполномоченные государственные органы РФ.
Основная задача экологического мониторинга состоит в ежегодном наблюдении за состоянием территорий. На основе полученных данных можно сделать оценку величины нарушенности экосистем на территории исследования. На основе полученных данных можно
Основной принцип мониторинга - непрерывность слежения. Эффективность мониторинга определяется рациональным выбором и достаточной плотностью контрольных пунктов наблюдения, а также эффективной организацией автоматического получения, обработки первичных данных и выдачи информации. Задачи, которые призван решать мониторинг, могут быть различной степени сложности и широты охвата. В системе мониторинга различаются три уровня, или три ступени.
Первая ступень - местный, или локальный, биоэкологический мониторинг, в котором состояние окружающей среды оценивается с позиций ее влияния на человека.
Вторая ступень - региональный природно-хозяйственный мониторинг, включающий наблюдения за изменениями природных и антропогенных ландшафтов. В мониторинге этой ступени используют такие показатели, как количество биомассы, показатели энергообмена, величины предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в природных и промышленных комплексах, способность комплексов к самоочищению.
Третья ступень - глобальный биосферный мониторинг. Его задача - обеспечить наблюдение (контроль) и анализ состояния, а также прогноз возможных изменений всей географической оболочки в результате деятельности человечества. Довольно часто пункты глобального мониторинга располагают на территориях биосферных заповедников.
По целевому назначению мониторинг подразделяют на учебно-познавательный, научно-исследовательский, диагностический, фоновый, контрольный, прогностический, проектировочный и др.
В зависимости от методов, применяемых во время изучения окружающей среды, выделяют следующие виды мониторинга: физический, химический, геоморфологический, биологический, почвенный, гео (эко) системный, аэрокосмический и др. [4]
Педагог: Какая же ступень мониторинга окружающей среды будет по силам вам, школьникам?
Ребенок 6: Первая ступень.
Педагог: Действительно, вы, ребята, уже сможете собрать в окружающей среде первичную информацию по теме проектного исследования, взять необходимые пробы (по изучаемым объектам) для их последующей обработки в лабораторных условиях. А результаты ваших проектов, станут основанием для последующих практических дел и проведения различных акций с экологической направленностью, например, таких, как: уход за культурным ландшафтом (озеленение, участие в очистке территории от мусора), пропаганда среди сверстников, родителей и населения природоохранных экологических знаний, защита окружающей среды своей местности от загрязнения, истощения и разрушения.
2. Лекция. «Методы изучения экологического состояния атмосферного воздуха»
Педагог: Мониторинг экологического состояния окружающей среды, как я уже говорила, включает в себя наблюдения за уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов, наблюдения за физическими, химическими, биологическими изменениями и последствиями его влияния на растительный и животный мир.
Наше сегодняшнее занятие посвящено мониторингу экологического состояния атмосферного воздуха. Для изучения состава атмосферного воздуха в экологических исследованиях применяют количественные методы и индикационные оценки.
Количественные методы основаны на химическом анализе проб воздуха. Этот метод используется профессионалами, специалистами по санитарному и экологическому контролю.
В школьных условиях для изучения загрязненности атмосферы обычно используются оценочные индикационные методы. Эти методы показывают, присутствует ли данный загрязнитель в атмосфере, и на каких участках обследованной территории его больше (или меньше).
Индикационную оценку можно провести химическими и биологическими методами.
При использовании химических методов проводится химический анализ сред (дождь, снег), пылевых отложений. При этом определяются продукты, образовавшиеся при «вымывании» атмосферы.
Для проведения биологической индикации применяются биоиндикаторы – растения, животные – которые своими морфологическими характеристиками, своим поведением, численностью указывают на состояние атмосферы в месте обитания и характеризуют ее, как чистая, загрязненная, более загрязненная, менее загрязненная. [4]
Метод лихеноиндикации используется для оценки чистоты атмосферы с помощью эпифитных лишайников (лишайников, растущих на коре деревьев). Характеристикой степени загрязнения атмосферы служат следующие признаки: % деревьев, покрытых лишайниками, частота встречаемости типа роста, степень покрытия, видовой состав.
В лихеноиндикационных исследованиях в качестве субстрата может быть использован любой вид дерева. Для оценки загрязнения атмосферы города, поселка или села используется вид, наиболее распространенный на данной территории. Это может быть клен американский, тополь бальзамический, сосна обыкновенная и др. Деревья должны быть примерно одного возраста, старше 20 лет. [4]
Обследование развития лишайниковой флоры на разных территориях проводят по следующему плану:
1. Определение видового состава лишайников;
2. Определение обилия в баллах, проективного покрытия (%) и расчет коэффициента встречаемости по формуле: R = (a/b) x 100 %, где R – коэффициент встречаемости, a – число площадок, где данный вид встречается, b – число исследованных площадок;
3. Частота встречаемости видов.
Для проведения исследования необходимо использовать школьные определители лишайников.
Определение % деревьев, имеющих лишайники, проводится следующим способом. Исследуемая территория (город, поселок, село) делится на квадраты, в каждом квадрате подсчитываются деревья выбранного вида – общее количество, и деревья, на которых есть лишайники. Наличие лишайников определяется не по всему стволу, а только на высоте 1, 4 – 1, 6 м. Полученные результаты наносятся на план местности и методом изолиний на обследуемой территории выделяются зоны с минимальным процентом деревьев с лишайниками, со средним и с максимальным, что соответствует максимальному, среднему и минимальному загрязнению атмосферы. [2]
Оценку частоты встречаемости лишайников проводят с использованием палетки или с помощью наложения мерной ленты. Результаты измерений заносят в таблицу.
Изучают лихенофлору на разных участках, расположенных в районе действия антропогенного фактора и контрольном. Необходимо выявить повторяемость или исчезновение различных видов лишайников по мере приближения к источнику загрязнения.
Те виды лишайников, которые будут исчезать с деревьев по мере приближения к источнику загрязнения, можно будет считать диагностическим (самым чувствительным видом) на данное загрязнение воздушной среды.
Сравнение данных по тому и другому участку позволяет сделать вывод о чистоте воздуха. [4]
3. Практическая работа по определению экологического состояния окружающей среды методом лихеноиндикации.
Педагог: Лихеноиндикация – это определение качества атмосферного воздуха с помощью лишайников. Основным методом лихеноиндикации является наблюдение за изменениями относительной численности лишайников. Для этого проводят измерения проективного покрытия лишайников на постоянных или переменных пробных площадях и получают среднее значение «проективного покрытия» (то есть площадь, которую занимает лишайник на стволе дерева) для исследуемой территории. Затем через определенный промежуток времени проводят повторные измерения. По изменению, как общего проективного покрытия, так и отдельных видов можно, используя шкалы чувствительности лишайников, судить об увеличении или уменьшении загрязнения окружающей среды.
Одной из наиболее удачных методик измерения относительной численности лишайников является методика линейных пересечений. Данная методика заключается в наложении гибкой ленты с миллиметровыми делениями на поверхность ствола с фиксированием всех пересечений её со слоевищами лишайников. В качестве такой ленты удобно использовать обычный портняжный метр. [1]
Цель работы: определить виды лишайников на исследуемой территории, измерить площади проективных покрытий лишайников, рассчитать индекс полеотолерантности и оценить степень загрязенности атмосферного воздуха.
Оборудование и материалы: портняжный метр; компас; определитель лишайников; бумага; ручка.
Порядок выполнения работы:
1. Выберите на пробной площадке модельные деревья (5 –10), имеющие характерное покрытие лишайниками.
2. На первом из модельных деревьев наметьте точку на северной стороне ствола. Наложите на ствол мерную ленту таким образом, чтобы ноль шкалы ленты совпадал с выбранной точкой, а возрастание чисел на шкале соответствовало бы движению по часовой стрелке. После полного оборота вокруг ствола зафиксируйте ленту в нулевой точке. Измерьте длину окружности ствола (l), результат запишите в таблицу 1. (Приложение № 1.Таблица 1.)
3. Определите виды лишайников на модельном дереве, используя определитель лишайников.
4. Выполните лихенометрическую съемку. Для этого внимательно рассмотрите ствол модельного дерева по окружности ленты, фиксируя начало и конец каждого пересечения ленты с талломами лишайников. Измерения проводите с точностью до 1 мм. Полученные данные запишите в таблицу 1. (Приложение № 1.Таблица 1.)
5. Рассчитайте проективное покрытие (c) для каждого вида лишайников на каждом модельном дереве. Для этого сложите длины всех пересечений для каждого вида лишайников. Например, для уснеи жесткой (вид 3) проективное покрытие на дереве 1 согласно данным таблицы 1 будет равно:
c = 0,5 + 1 + 3 + 1 = 5,5 см
6. Рассчитайте суммарное проективное покрытие каждого вида на всех модельных деревьях данной пробной площадки. Например, для первой площадки (допустим, на этой площадке было обследовано 7 деревьев):
проективное покрытие гипогимнии вздутой c1 = 129,5 см;
проективное покрытие эвернии мезоморфной c2 = 14 см;
проективное покрытие уснеи жесткой c3 = 16,5 см;
проективное покрытие цетрарии сосновой c4 = 4 см.
7. Рассчитайте сумму окружностей (L):всех модельных деревьев данной площадки:
L = l1 + l2 + l3 + l4 + и т.д.
Например, для пробной площадки №1:
L = 140 +101 +120 +83 +110 +110 +106 = 770 см
8. Вычислите относительное проективное покрытие (С) каждого вида в процентах по формуле:
С = (c / L) · 100%,
где c - проективное покрытие данного вида на всех модельных деревьях (см), L – сумма длин окружностей всех модельных деревьев (см).
Например, для площадки № 1 получено:
проективное покрытие гипогимнии вздутой: С1 = (129,5 / 770) ·100 =16,8 %
проективное покрытие эвернии мезоморфной: С2 = (14 / 770) ·100 =1,8 %
проективное покрытие уснеи жесткой: С3 = (16,5 / 770) ·100 =2,1 %
проективное покрытие цетрарии сосновой: С4 = (4 / 770) ·100 =0,51 %
9. Определите величину проективного покрытия в баллах по таблице 2. (Приложение № 1.Таблица 2.)
10. Определите класс полеотолерантности (A) каждого лишайника по таблице 3. (Приложение № 1.Таблица 3.)
11. Рассчитайте индекс полеотолерантности (IP) по формуле:
IP = S [ (Ai × Ci) / Cn]
где n – количество видов на описанной пробной площадке;
Аi – класс полеотолерантности каждого вида;
Ci – проективное покрытие каждого отдельного вида в баллах;
Cn – сумма значений покрытия всех видов в баллах, что для пробной площадки №1 составляет 4+1+1+0 = 6 баллов.
Например, для площадки №1 индекс полеотолерантности будет равен:
IР = (6 × 4) / 6 + (6 × 1) / 6 + (6 × 1) / 6 + (6 × 0) / 6 = 6
12. Определите значение годовой концентрации атмосферного загрязнителя (SO2) и «зону благополучия» по величине найденного индекса полеотолерантности и данным таблицы 4. [1], [2] (Приложение № 1.Таблица 4.)
(Учащиеся вместе с педагогом отправляются в ближайшее к школе лесонасаждение и проводят мониторинг экологического состояния окружающей среды методом лихеноиндикации. Затем возвращаются в класс и проводят камеральную обработку материала)
III. Итог занятия.
Педагог: Итак, ребята, давайте повторим основные понятия нашего занятия. Раскройте, пожалуйста, определение понятия «экологический мониторинг», данное академиком Ю. А. Израэлем.
Предполагаемые ответы детей: Экологический мониторинг – это система наблюдений, оценки и прогноза, позволяющая выявить изменения состояния окружающей среды под влиянием антропогенных изменений.
Педагог: Какова основная цель экологического мониторинга?
Предполагаемые ответы детей: наблюдения за происходящими в окружающей природной среде физическими, химическими, биологическими процессами, за уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов, за последствиями его влияния на растительный и животный мир.
Педагог: Назовите три уровня или три ступени в структуре мониторинга.
Предполагаемые ответы детей: Локальный, региональный и глобальный уровни.
Педагог: Какие методы применяются для изучения экологического состояния атмосферного воздуха?
Предполагаемые ответы детей: Количественные методы и индикационные оценки.
Педагог: А какими методами обычно пользуются для изучения загрязненности атмосферы в школьных условиях?
Предполагаемые ответы детей: Обычно используются оценочные индикационные методы.
Педагог: Какой метод вы использовали на сегодняшнем занятии?
Предполагаемые ответы детей: Метод лихеноиндикации.
Педагог: В чем суть метода лихеноиндикации?
Предполагаемые ответы детей: Методом лихеноиндикации проводят измерения проективного покрытия лишайников на постоянных или переменных пробных площадях и получают среднее значение «проективного покрытия» (то есть площадь, которую занимает лишайник на стволе дерева) для исследуемой территории. Затем через определенный промежуток времени проводят повторные измерения. По изменению, как общего проективного покрытия, так и отдельных видов можно, используя шкалы чувствительности лишайников, судить об увеличении или уменьшении загрязнения окружающей среды.
Педагог: Молодцы, ребята! Вы отлично усвоили новый материал. Дома еще раз повторите основные понятия проведённого занятия по теме «Мониторинг экологического состояния окружающей среды методом лихеноиндикации» и сделаете соответствующие вычисления, которые необходимо занести в таблицу. На следующем занятии каждый из вас представит свои таблицы.
А чтобы вы знали и не забывали правила, которые позволят всем нам сохранить атмосферный воздух чистым, я раздам вам памятки «Правила друзей природы» - «Как сохранить воздух чистым». (Приложение № 2. Памятка «Как сохранить воздух чистым»)
(Педагог раздает детям памятки)
Рефлексия «Рефлексивный экран»
Педагог: Ребята, на доске написаны определенные фразы, каждый из вас по очереди выберет одну фразу из рефлексивного экрана и выскажет свое мнение о сегодняшнем занятии:
сегодня я узнал (а)…
было интересно…
я понял (а), что…
меня удивило…
мне захотелось…
я попробую….
Педагог: Ребята! Я надеюсь, что наше занятие вам понравилось! До свидания!
Методические советы на подготовительный период: заранее найти или распечатать школьные определители лишайников и определительные таблицы лишайников, подготовить компасы, портняжные метры, бумагу, ручки, карандаши, фотоаппараты.
Методические советы на период ближайшего последействия:
Провести выставку фотографий «Лишайники нашего края».
1. Список использованной литературы и Интернет-источников:
1. А.С. Боголюбов, М.В. Кравченко «Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации». Москва: Экосистема, 2001;
2. Пчелкин А.В., Боголюбов А.С. Методы лихеноиндикации загрязнений окружающей среды: Методическое пособие. М., Экосистема, 1997, 25 с;
3. https://educontest.net «Мониторинг окружающей среды в системе основного и дополнительного экологического образования школьников» (автор: Некипелова О.А.);
4. http://priroda.kirovreg.ru Экологический мониторинг: учебно/методическое пособие (автор-сост. Т. Я. Ашихмина – Киров: ООО «Типография «Старая Вятка», 2012. – 95.: ил.
5. http://www.ecosystema.ru Определитель лишайников России