Методы биоиндикации и ее изучение в школе

Сильнейшее антропогенное воздействие на фитоценозы оказывают такие загрязняющие вещества в окружающей среде как диоксид серы, оксид азота, углеводороды и др., образующиеся при сгорании серосодержащего топлива в результате работы предприятий теплоэнергетики, котельных, отопительных печей от частных домов, а также наземного транспорта.В ходе исследования 5 контрольных участков нами было установлено, что концентрация диоксида серы в воздухе в лесах вдоль железных и автомобильных дорог, вблизи населенных пунктов, а также в городе составляет 0,3 мг/м3.Таблица 3.2Результаты исследования хвоинокЧисло поврежденных хвоинок№1. в лесополосе№ 2. на окраине насел, пунктов№3. вдоль автодороги№4.вдольж/д№ 5. внутрипоселков игородаЧисло обследованных хвоинок300 100%300100%300100%300 100%300 100%Кол-во хвоинок без повреждений28595%257 85,7%18260,7%92 32,3%8628,7%Кол-во хвоинок с пятнами103,3%22 7,3%45115%9632%10836%Кол-во хвоинок с усыханием51,7%217%73 24,3%10735,7%10635,3%Характерными признаками неблагополучия окружающей среды и газового состава атмосферы служат уменьшение размера ряда органов растений (длина хвои, толщина побегов, размер шишек), сокращение величины и числа заложенных почек, утолщение самой хвои, уменьшение продолжительности её жизни [2, 6]. Актуальность темы исследования связана с тем, что состояние хвойных лесов в пределах населенных пунктов является показателем загрязнения воздуха.Таким образом, мы установили зависимость состояния хвои сосны обыкновенной от чистоты воздуха. Как показал эксперимент, в лесной экосистеме основная масса хвои сосны обыкновенной здорова, лишь небольшая часть хвои имеет светло-зеленый цвет и некротические точки небольших размеров. В зоне техногенного загрязнения (железные и автомобильные дороги, городской транспорт, котельные, стройплощадки и др.) количество хлорозов и некрозов увеличивается.3.4 Изучение биоиндикации загрязнения почвы по состоянию липыБиоиндикация входит в число наиболее известных и достаточно популярных методов экологического мониторинга в силу относительной несложности экспериментальных исследований, доступности объектов и незначительной финансовой затратности. Среди часто используемых для оценки уровня загрязнения атмосферы объектов можно отметить листовые пластинки деревьев, толерантных к экологическим стрессам и успешно культивируемых в антропогенно измененных условиях, березы повислой, липы сердцевидной, клена остролистного и пр. [17]. Флуктуирующая асимметрия (ФА) ненаправленные различия в проявлении количественных признаков с левой и правой стороны условно билатерально симметричного объекта, традиционно рассматривается в качестве показателя нестабильности живых организмов [6]. Поскольку экологический стресс, безусловно, относится к числу факторов, провоцирующих нестабильное состояние на разных этапах онтогенеза растений, то ФА нередко используют в качестве маркера экологического неблагополучия (благополучия) конкретной территории, на которой обитают живые организмы. В этом плане деревья лиственных видов представляют собой наиболее адекватные объекты исследования в силу широкой распространенности, в том числе на территориях с различным уровнем загрязнения, большой продолжительностью жизни, способности листовых пластинок абсорбировать поллютанты из атмосферного воздуха и реагировать на воздействие последних, в том числе изменениями на морфологическом уровне.На протяжении ряда лет в работах российских и зарубежных (прежде всего из стран СНГ) исследователей была разработана методика расчета параметров ФА, а также балльная система оценки качества среды по данному показателю (табл. 3.3) [4]. Однако, поскольку в большинстве экспериментов использовались листья только одного конкретного вида деревьев, то возникает вопрос о правомерности универсального применения данной шкалы к анализу ФА листовых пластин всех видов деревьев, обитающих в антропогенно измененных условиях, безотносительно от физиологобиохимических и генетических особенностей каждого вида, а также сопоставимости показателей балльной шкалы для оценки уровня экологического неблагополучия конкретной территории.Таблица 3.3Балльная шкала оценки качества среды по величине коэффициента ФА листовых пластинокКоэффициент ФАКачество средыБалл< 0,040Условно нормальноеI0,040-0,044Начальные (незначительные) отклонения от нормыII0,045-0,049Средний уровень отклонений от нормыIII0,050-0,054Значительные отклонения от нормыIV> 0,054Критическое состояниеVВ современном мире экологическое состояние крупных промышленных городов ухудшается, постепенно происходит накопление вредных веществ, это ведёт к угнетению состояния живых организмов, в том числе и индикаторных. Важно своевременно обнаружить и устранить проблему [2]. Для этого нами было проведено исследование, основанное на оценке состояния загрязнённости атмосферного воздуха с помощью биоиндикаторноготест-объекта - хвои сосны обыкновенной (Pinussulvestris L.).Принцип применяемого метода биоиндикации загрязнения атмосферного воздуха основан на выявлении зависимости степени повреждения хвои (некрозов, усыхания) от загрязнения воздуха в районе произрастания сосны обыкновенной (Pinussulvestris L.) [1].Согласно выбранной методике, отбирали сосенки 1,5-2 м высотой, собирали и обследовали 30 хвоинок с каждого дерева, всего было обследовано по 5-7 деревьев с каждой выбранной площадки в 8 районах г. Волгоград. Пользуясь таблицами оценок класса повреждений хвои, определили класс повреждения и усыхания хвои и подсчитали количество хвоинок по каждому классу. Определили продолжительность жизни хвои – 2-2,5 года. Далее проводили оценку степени загрязнения воздуха по оценочной шкале, включающей возрастные характеристики хвои, а также классы повреждения хвои на побегах второго года жизни с помощью таблицы «Экспресс – оценка загрязнения воздуха с использованием сосны обыкновенной (Pinussylvestris L.).Результаты экспресс – оценки состояния воздуха в таблице 3.4.Таблица 3.4Результаты исследованияСостояние хвоиКоличество хвоинокДоля хвоинок от общего количества обследованных, %Обследовано209100Повреждение хвои:1-й класс2110,052-й класс209,543-й класс167,65Усыхание хвои:1-й класс5727,272-й класс9444,973-й класс104,784-й класс4822,96Экспресс - оценка качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pinussylvesris L.) выявила зависимость загрязненности воздуха от удалённости исследуемых площадок, действующих заводов и автомагистралей от «загрязнённого» до «относительно чистого».Исходя из результатов исследования, хотелось бы обратить внимание на количество вредоносных выбросов с промышленных предприятий. Для предотвращения страшных последствий не только для растений и животных, но и здоровья и жизни людей, рекомендуется устанавливать многоступенчатые системы фильтрации выбросов с подобных предприятий.3.5 Результаты и рекомендации по проведенному исследованиюВ XXI век человечество вступило в состоянии беспрецедентного техногенного давления на природные комплексы. В результате природные ресурсы иссякают, разведка и освоение новых требуют все больших затрат, объем ресурсопотребления недоступен никакому регулированию. В таких условиях неизбежна деструктуризация социума, снижение предсказуемости всех форм социального поведения. В совокупности эти процессы создают предпосылки для развития социальных, техногенных и иных катастроф и актуализируют проблему экологической культуры человека.Многочисленные исследования показывают, что глобальные экологические проблемы современности имеют этические корни, кроются в самом человеке, в его утилитарном отношении к природе как неисчерпаемому источнику материальных благ и связаны с дегуманизацией общественного сознания. Экологический кризис – это, прежде всего, кризис образца культуры, сложившегося в рамках техногенной цивилизации, и, следовательно, необходим переход цивилизации от сложившейся технократической модели развития к экогуманитарной, в рамках которой приоритетными становятся универсальные экологические ценности. Этот переход связан с глубокими изменениями в бытии и культуре. В предвосхищении этих перемен уже сегодня вызревает новый культурный образец, который получил название экологической культуры. Анализ специфики содержания, средств и результатов деятельности и культуры приводит к признанию деятельности лишь одним из существенных атрибутов социальной реальности. Культура же характеризует все атрибуты этой реальности, фокусирует все области материальной, духовной деятельности. Развитие и совершенствование человеческой деятельности способствует совершенствованию культуры; в процессе деятельности создаются и закрепляются образцы культуры, а человек выступает ее субъектом. Культура, в свою очередь, как универсальная характеристика деятельности, определяет наиболее приоритетные виды деятельности и способы ее осуществления. Экологическая культура требует принципиально нового подхода к взаимоотношению человека и природы, для чего необходимы: гармония познания окружающего мира; гармония создания внешней среды обитания человека, его дома в широком смысле слова; гармония внутренней среды человека, его тела, духа и души, ответственная за его физическое, душевное и духовное здоровье.Исторически ценностное отношение к природе представлено в культуре двумя главными направлениями. Первое, наиболее раннее – в древних культурах. Оно заключалось в поклонении природе, её обожествлении. Мышлению первобытного человека были свойственны тотемизм, анимизм, фетишизм, объединявшие и роднившие его с природой.Для экочеловека профессиональная деятельность выступает как способ реализации культуры, а культура – не только как предпосылка, но и как показатель эффективности самой профессиональной деятельности. Однако при определении уровня сформированности культуры важно учитывать не только особенности личности, но и особенности развития деятельности. Сказанное позволяет сделать вывод о том, что познавая реальность с помощью знаний, умений и навыков, как индивидуально усвоенных элементов общественного опыта, субъект одновременно создает новые формы и способы деятельности. Опыт, полученный в индивидуальной деятельности, перерабатывается, обобщается в групповой деятельности и приобретает новую форму. Инженерно-техническая профессиональная деятельность влечет за собой технизацию, которая, в свою очередь, приводит к постоянному поиску наиболее оптимальных способов взаимодействия человека и природы. Итак, на основании вышесказанного можно сделать следующие выводы:1)экологическая культура – есть качественный этап развития человеческой культуры;2)основными характеристиками экологической культуры являются способы жизнедеятельности или образ жизни, как их совокупность (родовой способ бытия человека);3) способы жизнедеятельности человека описывают качество связей его с окружающей средой, как природной, так и социальной.В обобщенном виде экологическая культура экочеловека может быть представлена следующим образом (рис. 1).Рисунок3.1. Характерные качества экочеловека как человека экологической культурыЭкологическая культура не возникает сама по себе. Она является результатом социальных и педагогических воздействий образовательно-воспитательных институтов. Следовательно, формирование экологической культуры личности является педагогической задачей. Решение этой задачи связано с эколого-педагогическим подходом, для которого методологическими основаниями являются мировоззренческие установки философской онтологии (учение о сущности человека, его месте в мире и жизненном призвании, специфике бытия и т.д.). На каких бы принципах ни базировалось экологическое образование, нельзя забывать, что человек – существо духовное, наделенное волей и способностью к самодетерминации. Ответ на вопрос о значимости зависит от самоопределения субъекта и его ценностного самоопределения в системе отношений «Я-Природа». Помимо экологической культуры у экочеловека ярко выражены экологическая этика и экологическое сознание. В основе экологической этики лежат любовь к природе и признание равноценности всего живого. «Попытка установить общезначимые ценностные различия между живыми существами восходит к стремлению судить о них в зависимости от того, кажутся ли они нам стоящими ближе к человеку или дальше, что, конечно, является субъективным критерием. Ибо кто из нас знает, какое значение имеет другое существо само по себе и в мировом целом».Любовь к природе подразумевает не только любовь ко всему живому на планете, но и любовь к неживой природе. То есть речь идёт и об экологической и о глобальной этике.В тесной взаимосвязи с экологической культурой формируются экологическое сознание и новые представления о гуманизме.Экологическое сознание – это интегративное качество человека, отражающее его способность к адекватному воспроизведению в мышлении всего комплекса экологических проблем окружающей действительности.В экологическом сознании главным является понимание: ценности жизни и опасности её деградации, потребности её сохранения; необходимости отказа от доминирования человека над природой; экологического кризиса как общественного кризиса; необходимости разработки глобальной стратегии развития как предпосылки существования жизни.В структуре экологического сознания принято выделять три главных компонента: экологические знания, оценка экологической ситуации, экологическое поведение (рациональный, чувственно-эмоционалный, поведенческо-волевой).Первый компонент включает в себя знания о глобальных и локальных экологических проблемах, их причинах и возможных путях разрешения. Оценка экологической ситуации напрямую связана с теми системами ценностей, которые преобладают в данное время в обществе. И, наконец, экологическое поведение предполагает конкретные действия общества или отдельных людей с целью разрешения тех или иных экологических проблем.Экологический гуманизм рассматривает право человека жить в чистой природной среде как самое главное его право. «Гуманизм как форма общественной связи между людьми приобретает завершённую форму только тогда, когда он станет одновременно формой связи между человеком и природой».Главные принципы экологического гуманизма таковы: гармония человека с природой; равноценность всего живого; ненасилие (ахимса);самоограничение и необходимость нравственного самосовершенствования; «золотое правило экологии» − относись ко всей природе так, как хочешь, чтобы относились к тебе; сохранение разнообразия природы, человека и культуры.Воспитание экологического сознания, базирующееся на личностном подходе, позволяет соединить две исторически сложившиеся тенденции: природоориентированную и культуросообразную. Такая интеграция обеспечивает формирование у будущего природопользователя так называемого когиталъного мышления, акцентирующего личностный смысл осуществляемой деятельности, делающего его «способным к эмоциональному, смысловому, ценностному предвосхищению своих усилий и своих результатов».ЗАКЛЮЧЕНИЕПроект изучения биоиндикации в школе предоставляет возможность обучающимся вести научно-исследовательскую работу по актуальным вопросам экологического образования, реальную практико-ориентированную деятельность по оценке экологического состояния водных экосистем прудов, экологического состояния произрастания деревьев, изучению возможностей их использования человеком.Знания и практические умения, приобретенные учащимися в ходе выполнения экспериментов и исследований, впоследствии используются в разных сферах деятельности, способствуют развитию интереса к научной работе, поступлению в вузы на факультеты биологического и экологического профиля, а главное — играют немаловажную роль в деле формирования экологической культуры, от которой зависит успешное решение множества проблем, возникших в результате обострения противоречий между природой и социумом.Таким образом, в ходе реализации проекта биоиндикации планируется решить следующие проблемы:•сохранение целостности водных экосистем прудов;•охрана биоценозов прудов от загрязнения и разрушения;•сбережение генетического разнообразия деревьев;•социализация обучающихся;•выбор будущей профессии.Благодаря практической направленности, своему интегративному содержанию, высокой мировоззренческой значимости, экологической направленности, проект изучения биоиндикации окружающей среды может быть востребован учащимися, педагогами, экологическим фондом, управлением охотничьего и рыбного хозяйства, студентами биологических и экологических факультетов.После реализации метода планируется продолжение работы по всем направлениям деятельности: образовательной, научно-исследовательской, проектной, природоохранной, профориентационной. Предполагается сохранить его достижения. Ежегодно планируется проведение биологического мониторинга и природоохранных мероприятий по сохранению прудов: укрепление берегов древесно-кустарниковой растительностью, скашивание зарослей камыша и тростника, осуществление простейших способов аэрации водоемов в зимний и летний периоды, высаживание новых деревьев и кустарников, очистка берегов и улиц от мусора при поддержке общественности и органов местной власти.БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКОпекунова М. Биоиндикация загрязнений. Серия: Экология и природопользование. – М.: Издательство СПбГУ, 2016. – 308 с.Горностаева В.В. Организация исследовательской деятельности по изучению окружающей среды методами биомониторинга. В сборнике: Современные проблемы подготовки специалистов для предприятий атомной отрасли сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции: в 2-х частях. Под редакцией: Г.М. Ильмушкина, Пискуновой Е.Н. 2016. С. 59-65. БуданцевА. Биоиндикация. – М.: Palmarium Academic Publishing, 2012. – 144 с.Биоиндикация и биотестирование городских почв. – М.: LAPLambertAcademicPublishing, 2012. - 252 с.Воробьев С., Козлов Д. Использование методов биоиндикации. – М.: LambertAcademicPublishing, 2014. - 56 с.31859305Горбунова Т.Л. Биоиндикация в системе мониторинга состояния водной среды на территориях рекреационно-курортной специализации // Успехи современной науки. 2017. Т. 9. № 3. С. 89-93. Исаева С.Э., Оказова З.П., Гаппоева В.С. Место биоиндикации в системе экологического мониторинга // Успехи современной науки. 2017. Т. 1. № 8. С. 130-133. Кондаурова Т.И., Веденеев А.М., Попов А.В., Карпенко Р.В. Использование практико-ориентированных форм в современном биологическом образовании школьников в интересах устойчивого развития общества. В сборнике: Актуальные вопросы теории и практики биологического образования 2014. С. 10-20. Экологическое образование и природопользование в инновационном развитии региона // Сборник статей по материалам межрегиональной научно-практической конференции школьников, студентов, аспирантов и молодых ученых / 2015. Погиба С.П., Рабцун А.С., Коровин В.В. Селекционно-генетический анализ лесных популяций // Лесной вестник. Forestry Bulletin. 2013. № 2 (94). С. 4-6. Черева А.А., Чернова Е.Д. Биотестирование снега на пришкольном участке школы № 33 г. Кемерово. В сборнике: Россия молодая Сборник материалов VII Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых с международным участием. 2015. С. 314. Лунькова Е.А., Малюта О.В. Оценка состояния лесных озер республики Марий Эл методом биоиндикации. В сборнике: Экология родного края: проблемы и пути решения сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 2016. С. 134-136. Касымова Ж.С., Кабдулкаримова К.К., Мусабаева Б.Х., Оразжанова Л.К. Биотестирование темно-каштановой почвы по проросткам растений. В сборнике: Актуальные проблемы экологии и природопользования Сборник научных трудов. 2014. С. 258-261. Терехова А.В., Подлипский И.И., Зеленковский П.С., Хохряков В.Р. Разработка сети пробоотбора для комплексного эколого-геологического мониторинга территории национального парка «Смоленское Поозерье» // Природа и общество: в поисках гармонии. 2016. № 2. С. 150-155. Троицкая И.Ю., Бокарева Е.А. Возможности биологии в духовно - нравственном воспитании сельских школьников // Новая наука: Стратегии и векторы развития. 2016. № 2-2 (64). С. 50-53. Бронских Н.А. Реализация системы социального партнёрства в экологическом образовании региона. В сборнике: инновации в развитии экологического образования населения. Кластерный подход. Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. 2013. С. 53-57.Верхоглядова А.С., Чидигова Э.И. Биоиндикация атмосферного воздуха как инновационная технология. В сборнике: Реализация инновационной политики в Тюменской области Материалы IV, V межрегиональной научно-практической конференции. Ответственный редактор Свищук Е.М. 2017. С. 140-144. Гарсиева Э.И., Широченкова М.Н. Молодежное экологическое движение: опыт Подмосковья. В сборнике: Мир науки и инноваций труды II международной научно-практической конференции. 2016. С. 98-102. Рисухина Д.А., Соколова Н.Н., Миньков А.О., Бахарева С.Р., Минькова Н.О. Проектное обучение в дополнительном экологическом образовании школьников на примере летней школы-экспедиции в полистовском заповеднике // Социально-экологические технологии. 2017. № 1. С. 7-26. Сафонов А.И. Преемственность экологического образования в системе «школа - университет - предприятие» // Экологическая ситуация в Донбассе. 2016. Т. 1. С. 151-154. Емельнова И.В. Формирование экологической культуры личности школьников // Научно-методический журнал Педагогический поиск. 2011. № 10. С. 42-44. Данько А., Прокопова Е.Н. Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации (детский проект). В сборнике: актуальные вопросы теории и практики биологического образования. Материалы XI Всероссийской с международным участием научно-практической конференции посвященной году экологии в России. Москва, 2017. С. 410-413. Калмыкова Л.П. Воспитание экологической грамотности и культуры школьников. В сборнике: тенденции и перспективы развития науки XXI века. Сборник статей Международной научно-практической конференции. Отв.ред.: Сукиасян А.А. 2015. С. 125-128. Коршунова Н.В. Проекты экологической направленности в школьном курсе химии. В сборнике: Образование: традиции и инновации Материалы VI международной научно-практической конференции. Отв.ред. Уварина Н.В. 2014. С. 263-266. Каргина Н.В., Лабутина М.В. Исследовательская работа как эффективный прием активации познавательной деятельности обучающихся. В сборнике: Евсевьевские чтения. Серия: Актуальные проблемы естественно-технологического образования. Редколлегия: М.В. Лабутина, Е.А. Алямкина. 2017. С. 59-64. Мещерякова Е.В. Развитие познавательного интереса к изучению эколого-химического материала во внеклассной работе в свете реализации ФГОС. В сборнике: Актуальные проблемы химического образования сборник научных статей Всероссийской научно-практической конференции учителей химии и преподавателей вузов, посвящённой 70-летию со дня образования кафедры «Химия и теория и методика обучения химии».под общ. ред. Н. В. Волковой. 2016. С. 111-115.Рыхликова М.Е. Экологическое образование и телекоммуникации. В сборнике: Природа и общество: технологии обеспечения продовольственной и экологической безопасности Сер. "Социоестественная история. Генезис кризисов природы и общества в России" Под редакцией Н.О. Ковалевой, С.К. Костовска, Е.А. Борисовой. М., 2016. С. 279-285. Шишкин А.И., Строганова М.С., Кушнеров А.И. Биос-школа «общественный экологический контроль за чистую окружающую среду и здоровый образ жизни». В сборнике: Экологическое краеведение материалы Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции. Отв.ред. О.С. Козловцева. 2015. С. 104-108. Ахмедова М.С. Некоторые аспекты формирования экологической культуры учащихся. В сборнике: Актуальные вопросы современной педагогики Материалы III Международной научной конференции. 2013. С. 82-84. Сингулов Г.Е., Фунтова И.Г. Использование простейших методик для определения степени загрязненности воздуха. В сборнике: экологические проблемы промышленно развитых и ресурсодобывающих регионов: пути решения. Сборник трудов Всероссийской молодежной научно-практической конференции. 2016. С. 68. Буркова Е.А. Использование цифровых лабораторий на занятиях естественнонаучного цикла // Методист. 2015. № 6. С. 32-35. Практикумпоэкологии. – М.: Palmarium Academic Publishing, 2014. – 200 с.Фатнева Е. Организация геоэкологического мониторинга в городской среде. – М.: LAP LambertAcademicPublishing, 2012. – 92 с.