Использование элементов научно-исследовательской деятельности при обучении дисциплинам экологического профиля

РефератПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Использование элементов научно-исследовательской деятельности при обучении дисциплинам экологического профиля (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В данной статье рассматривается использование метода биоиндикации в научно-исследовательской деятельности студентов при изучении экологических дисциплин. Отмечается, что данный метод позволяет наглядно продемонстрировать последствия антропогенного воздействия на природные экосистемы.

Современное постиндустриальное общество требует от своих граждан не только высокого уровня профессиональной подготовки, но и владения навыками критического и рационального мышления. По словам Н. Н. Моисеева, перспективы сохранения человеческой цивилизации заключаются в формировании рационального общества, без которого «человечеству не найти согласования Стратегии Природы и Стратегии Человека» [2, с.315]. Поскольку существование и дальнейшее развитие всех экономически благополучных государств невозможно без прогресса в научно-технической сфере, то образование для устойчивого развития логическим образом включает в себя и естественнонаучную подготовку [3]. Таким образом, при изучении дисциплин экологического профиля в высших и средних специальных учебных заведениях важно сочетать изложение теоретических основ соответствующих знаний с формированием навыков практической научно-исследовательской работы. Последнее предполагает использование экспериментальных методов, не только позволяющих непосредственно вовлечь учащихся в процесс оценки состояния окружающей среды, но и наглядно демонстрирующих последствия антропогенного воздействия на живые организмы и экосистемы в целом. Одним из доступных для освоения учащимися методов экологического мониторинга является биоиндикация. Под биоиндикацией в традиционном смысле подразумевают оценку качества природной среды по состоянию обитающих в ней живых организмов, часть или совокупность которых используются в качестве биоиндикаторов — «объектов, отражающих результаты антропогенного воздействия на экосистемы путем изменения своего состояния, численности и других показателей, которые могут быть количественно или качественно оценены» [1, с.118].

Исследования состояния экосистем с помощью методов биоиндикации далеко не всегда отличаются высокой точностью, так как реакции различных видов живых организмов на конкретный загрязняющий фактор существенно отличаются (например, хвойные деревья в целом более чувствительны к атмосферному загрязнению, чем лиственные). Кроме того, далеко не всегда легко идентифицировать конкретный загрязняющий фактор, вызывающий наблюдаемую реакцию живых организмов (высыхание и гибель деревьев могут быть спровоцированы как загрязнением атмосферы, так и состоянием почвы и грунтовых вод, а также размножением насекомых-вредителей или паразитических грибов), что порождает определенные сложности с интерпретацией достоверности сделанных заключений. В то же время биоиндикационные исследования незаменимы в тех случаях, когда оцениваемый загрязняющий фактор трудно поддается измерению (например, аккумулирующиеся в почве пестициды и тяжелые металлы), а также, когда фактор легко измеряется, но трудно интерпретируется, т. е. нельзя однозначно утверждать, что фиксируемые изменения в экосистеме имеют экологическую значимость [5].

Поскольку для лабораторных исследований в рамках занятий по экологии важен не столько количественный, сколько качественный анализ антропогенного воздействия (страдают живые организмы от конкретных изменений в окружающей среде или нет), то биоиндикационные методы в подобной ситуации могут быть очень полезны. Какие же конкретно виды живых организмов можно рекомендовать в качестве тест-объектов? А. Герхардт рекомендует при выборе надлежащего биоиндикатора руководствоваться следующими критериями:

1) выбирать по возможности эврибионтные виды, широко распространенные как в естественных, так и в антропогенно измененных условиях;
2) выбранный вид должен быть хорошо известным в той мере, чтобы быть идентифицированным и неспециалистами;
3) вид должен быть типичным представителем экологической системы, включенным в трофические цепи;
4) вид не должен быть безразличен по отношению к исследуемому фактору и кроме того обладать способностью аккумулировать поллютант в той мере, чтобы это можно было выявить и оценить количественно. В связи с этим желательно выбирать живые организмы с длительным сроком существования [4].

Если применить данные критерии выбора биоиндикаторов в качестве материала для лабораторных исследований на занятиях, то наиболее оптимальными можно считать толерантные к урбанизированным условиям виды деревьев — тополь черный Pоpulus nigra, береза повислая Betula pendula, липа европейская Tilia europaea, а также широко распространенный в городских агломерациях вид съедобных грибов — шампиньон двукольцевой Agaricus bitorquis. Все эти виды являются долгоживущими, устойчивыми к влиянию загрязняющих факторов, известными даже непрофессионалам и демонстрирующими специфические реакции на воздействие поллютантов, причем эти реакции не представляет сложности оценить как с качественной, так и с количественной стороны.

Рассмотрим несколько примеров исследований, осуществляемых студентами колледжа Уральского государственного экономического университета на занятиях в рамках предмета «Экологические основы природопользования». В осенний период учащимися собираются листья деревьев трех перечисленных выше видов из разных районов г. Екатеринбурга — парковой зоны, дворов и придорожной территории вдоль городских автострад. В дальнейшем происходит изучение состояния листовых пластин. Качественная оценка состояния среды осуществляется на основании анализа поверхности листа на предмет выявления разнообразных повреждений и пятен. Известно, что повышенная концентрация оксидов серы и азота в атмосфере вызывает появление характерных бурых пятен на листовых пластинах, что обусловлено некрозом тканей. Поскольку листья аккумулируют содержащиеся в воздухе загрязняющие компоненты на протяжении всего вегетационного периода, то некроз постепенно усиливается и достигает максимальных значений в период листопада. Сравнение листьев с побуревшими пластинами с аналогичными объектами из относительно экологически благополучных условий позволяет сделать выводы о степени загрязнения атмосферы и о влиянии последнего на живые организмы. Во время данных занятий учащиеся также узнают, почему не следует сжигать листву, опавшую с деревьев, в городских условиях, — в противном случае, все содержащиеся в листьях, игравших роль естественных фильтров, опасные соединения вновь окажутся в атмосфере.

Количественная оценка состояния среды осуществляется в результате определения коэффициента флуктуирующей асимметрии листьев. Флуктуирующая асимметрия представляет собой отличия параметров левой и правой половины листа, усиливающиеся в ситуации экологического неблагополучия. В норме длины жилок левой и правой половины листа практически совпадают, но в случае аномалий развития отличия по данному показателю могут быть существенными и статистически достоверными. Для оценки этих различий используют коэффициент асимметрии — отношение разности длины левой и правой жилок к их сумме. Для того чтобы сделать определенные выводы, необходимо определить данный коэффициент для статистически значимого количества объектов. Обычно в эксперименте фигурируют по 100 листьев с деревьев всех трех видов из трех контрастных по экологическому состоянию точек города. Исследования показывают, что наибольшие значения коэффициента асимметрии, соответствующие критическому состоянию экосистем, наблюдаются у листьев, взятых с деревьев, растущих вдоль автомобильных дорог. Таким образом, учащиеся убеждаются, что основным источником загрязнения атмосферы в городских условиях является транспорт.

Еще одним удобным для использования в качестве биоиндикатора объектом является широко распространенный в городских условиях шампиньон двукольцевой. Являясь многолетним живым организмом, данный гриб аккумулирует в мицелии соединения тяжелых металлов, таких как свинец, ртуть, кадмий и марганец, различными путями попадающих в почву. Для анализа используются преимущественно шляпки плодовых тел, содержащие большее количество тяжелых металлов, нежели остальная часть гриба. О наличии тяжелых металлов свидетельствуют качественные реакции с вытеснением свинца, кадмия и марганца ионами магния и кальция в растворах. Чем более темную окраску приобретает раствор с помещенными в него измельченными кусочками шампиньонов, тем большее содержание тяжелых металлов характерно для данных грибов. Для исследования также используются шампиньоны, собранные в городских парках и вдоль автомобильной дороги. В качестве контроля фигурирует вытяжка из культурных шампиньонов, выращенных в теплицах и продаваемых в продовольственных супермаркетах г. Екатеринбурга. Результаты исследований неизменно показывают, что в окультуренных грибах содержание тяжелых металлов минимально (хотя и отличается у разных производителей), в то время как в плодовых телах шампиньонов, растущих у дороги, концентрация данных элементов очень высока, что служит веским аргументом в пользу недопустимости употребления данных грибов в пищу.

Таким образом, использование относительно несложных в исполнении методов биоиндикации позволяет наглядно продемонстрировать эффект от антропогенного воздействия на природные экосистемы, в том числе и в долговременной перспективе. Наглядная демонстрация реального состояния даже относительно толерантных к загрязнению окружающей среды видов позволяет осознать подлинные масштабы деструктивной деятельности в процессе урбанизации и всерьез задуматься о последствиях данной деятельности организма самого человека.

биоиндикация антропогенный загрязнение демонстрация.

1. Балакирев И. В., Никишова А. С., Ильякова Е. Е., Липник С. И. Применение методов биоиндикации при экологическом мониторинге объектов добычи газа // Вести газовой науки, 2013. № 2(13).- С.118−121.
2. Моисеев Н. Н. Расставание с простотой.- М.: Аграф, 1998.-480 с.
3. Birdsall S. Reconstructing the relationship between science and education for sustainability: A proposed framework of learning // International Journal of Environmental & Science Education, 2013.-V.8. P.451−478.
4. Gerhardt A. Bioindicator species and their use in biomonitoring //Environmental monitoring, 2011.-V.1. P.56−65.
5. Han Yong-Gu, Kwon Oh., Youngho Cho. A study of bioindicator selection for long-term ecological monitoring//Ecology and environment, 2015.-N.38.-P.119−122.

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой