Исследовательский проект "Определение состояние древесных растений в разных зонах поселка Арти"

Муниципальное казенно общеобразовательное учреждение АГО «Артинская средняя общеобразовательная школа № 6»

Исследовательский проект

Определение состояние древесных растений в разных зонах поселка Арти

Исполнители:

Быковских Даниил

Александрович

ученик 7 класса

Руководитель:

Мелехова Ирина

Александровна

учитель биологии I кв. категории

Введение

Растения реагируют на загрязнение окружающей среды, и морфологически, и физиологически. Все процессы жизнедеятельности, в том числе и рост разных частей органов растения подвержены очень большой изменчивости, в зависимости от воздействия на них факторов. Исходя из этого, целью данной работы является:

Цель работы: оценить степень угнетения деревьев, произрастающих в разных зонах посёлка, под действием антропогенных факторов.

Задачи:

1. Определить участки обследования;

2. Произвести отбор листьев;

3. Оценить степень запылённости листовых пластинок;

4. Провести оценку измерения пигментации листьев;

5. Определить наличие некрозов и площадь листьев;

6. Дать сравнительную оценку устойчивости древесных пород к загрязнению в условиях поселка;

7. Нанести на план участка поселка данные по загрязнению: зона наибольшего загрязнения раскрашивается красным цветом, значительного – оранжевым, среднего – розовым, слабо – светло-розовым, не загрязнённая зона – зелёным.

Объект исследования: п. Арти

Предмет исследования: листья разных пород деревьев.

Места проведения работы: школьный участок, центральная улица Ленина, зона около ОАО «Артинский завод», долина реки Чекмаш.

Методы исследования:

1. Аналитический

2. Исследовательский

3. Поисковый

4. Систематизация и анализ

Материалы и оборудование: садовый секатор на сборной штанге, бумажные или полиэтиленовые пакеты, фильтровальная бумага, вата, линейка, план части города, цветные фотографии.

Глава 1 Роль растений в урбоэкологии.

        На данный момент в условиях  усиливающегося негативного антропогенного воздействия   на окружающую среду  зеленым растениям отводится одна из ведущих позиций в поддержании экологического равновесия  среды обитания человека, особенно в зоне проживания.

Одно из основных свойств древесных насаждений – способность снижать поступающую на зеленую поверхность солнечную радиацию. Это особенно важно в данный период, когда идет разрушение озонового слоя атмосферы. Интенсивность отражения зависит от состава деревьев, их возраста, густоты. Темные еловые посадки могут снижать радиацию-  на 90-95 %, светлые  лиственные, сосновые, березовые пропускают много света,  но ночью  препятствуют обратному излучению В летний зной в небольшом саду, под кронами деревьев бульвара температура воздуха на 7-8 градусов ниже, чем на открытом пространстве. Известно, что температура воздуха вблизи газонов на 3-5 градусов ниже, чем у асфальта. Растения способствуют повышению относительной влажности воздуха. Эта способность  испарения хорошо развита у ивы.

Самые активные поставщики кислорода –тополь, несколько  уступают дуб, липа, сосна, лиственница, ель.

Древесные растения участвуют в выравнивании баланса кислорода и углекислого газа, т.е. являются своеобразной фабрикой, восстанавливающей живительную силу отработанного воздуха. Если гектар еловых насаждений  принять по способности поглощать углекислый газ за 100%, то лиственный лес поглощает 120 %, сосновый -160%, липовый-250%, дубовый -450%, тополевый -700%.(3)

Растения сами страдают  от избытка углекислого газа, на городских улицах век  вяза короче людского-45 лет, в лесу -300лет, у липы-50-80 лет, а в лесу до 400 лет. Велико значение древесных насаждений в очищении атмосферы от пылевидных и газообразных веществ. Растения  осаждают на своей поверхности до 60-70 % взвешенных в воздухе частиц пыли, например, 1 га дубовых насаждений  отфильтровывает своими кронами 54 т пыли, сосны 37 т. Растения с шероховатыми листьями  лучше засасывают пыль, чем растения с гладкой поверхностью. Вяз как своеобразный пылесос раз в 6 превосходит тополь, не уступает ему и сирень. Известно, что на листовой поверхности  взрослого растения вяза осаждается за летний период до 23 кг пыли,  на клене –до 3,3 кг,  на тополе_ до 3,4 кг, на ясене –до 2,7 кг, на сирене-до 16 кг, акации-до 0,2 кг.(4).

 Растения в результате газообмена способны поглощать из воздуха такие вредные газообразные вещества, как сернистый газ (до 60%), окислы азота, аммиак. Сернистый газ наиболее активно поглощаются тополем, ясенем, вязом, липой, березой, окислы азота- туей и можжевельником. Эти свойства растений важно учитывать при озеленении промышленных предприятий.

 В 1928 году профессором Б.Т. Токиным было выявлено ценное свойство многих лесных видов растений выделять летучие вещества – фитонциды. Они способны убивать ряд болезнетворных микробов. Дизентерийные бактерии, брюшного тифа, соприкоснувшись с листьями тополя и дуба погибают, а хвоя туи и пихты убивают на расстоянии возбудителей дифтерии. На листе липы, черемухи погибают микробы золотистого стафилококка, быстрее всех за 3 часа  уничтожаются  микробы на листьях тополя и березы. Особое свойство древесных насаждений– способность  поглощать силу шума. Лесная полоса шириной в 100 метров снижает шум автомобиля на 30 %. При чем смешанный лист с подлеском поглощают звук лучше, чем чистый сосняк (4).

        Но факторы среды действуют и на организмы самих деревьев, снижая их сохранность. При обследовании различных типов лесных насаждений  установлены следующие  показатели сохранности насаждений : в рекреационном насаждении -80-70 %, в прибалочной лесополосе -60-100 %, стокорегулирующей полосе-100%,  в придорожной  лесной полосе-82-94 %.

Глава 2. Биоиндикация, как один из методов экологического мониторинга

Биоиндикационные методы экологического мониторинга. Биоиндикация — метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов-биоиндикаторов. Биоиндикаторы — организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации.
О возможности использования живых организмов в качестве показателей определенных природных условий писали еще ученые Древнего Рима и Греции. В трудах М. В. Ломоносова и А. Н. Радищева есть упоминания о растениях указателях особенностей почв, горных пород, подземных вод. В XIX в. с развитием экологии растений была показана связь растений с факторами окружающей среды. О возможности растительной биоиндикации писал геолог А. М. Карпинский. Другой геолог - П. А. Ососков -использовал характер распределения растительных сообществ для составления геологических карт, а почвовед С. К. Чаянов - почвенных карт. Большой вклад в развитие биоиндикации внес русский ученый-почвовед В. В. Докучаев. В начале XX в., в период, когда началось освоение окраин нашей страны, биоиндикационные исследования стали развиваться особенно интенсивно. К концу XX века биоиндикационные закономерности претерпели качественный скачок. В настоящее время для целого класса индикаторных видов растений и животных целесообразно говорить не только о наличии или отсутствии фактора, но и о степени его влияния на природный комплекс. В настоящее время для оценки уровня загрязнения и его влияния на здоровье людей используется система химико-аналитического контроля. Эта система не дает объективной оценки влияния загрязнителей на человека и биоту. Дело в том, что, используя такой подход, мы должны определить содержание многочисленных компонентов загрязняющих веществ в разных природных средах, затем сравнить их концентрации с предельно допустимыми и на этой основе сделать вывод об "опасности" или "безопасности" для биоты и человека комплексного воздействия всех этих факторов. На каждом из указанных этапов возникают проблемы и трудности, не преодолимые с позиций химико-аналитического контроля. Первая проблема состоит в том, что химический анализ позволяет установить концентрации относительно небольшого числа потенциально опасных и уже известных мутагенных и токсичных веществ. Нет никакой гарантии, что именно тот компонент, концентрация которого не определена, не оказывает негативное влияние на биологические системы? Еще одна проблема - высокая стоимость процедуры химического анализа, для осуществления которой, как минимум, требуется развитая приборная база и наличие квалифицированных специалистов. Существуют два основных метода биоиндикаци: пассивный и активный.  В первом случае исследуют видимые или незаметные повреждения и отклонения от нормы, являющиеся признаками неблагоприятного воздействия, во втором используют ответную реакцию наиболее чувствительных к данному фактору организмов (биотестирование). Это может быть как один фактор (сернистый газ), так и многокомпонентная смесь (выхлопные газы автотранспорта) Биоиндикация может проводиться на уровне макромолекул, клетки, организма, популяции, сообщества и экосистемы. Существует биоиндикация специфическая (реакция только на один фактор) и неспецифическая (одна и та же реакция на многие факторы). Чувствительными биоиндикаторами могут служить как отдельные процессы в клетке и организме (изменение ферментативной активности, накопление аминокислоты пролина, изменения в пигментном комплексе, накопление серы в листьях), так и морфологические изменения (изменения формы и размера листовой пластинки, появление асимметрии, хлорозы и некрозы, уменьшение продолжительности жизни хвои, снижение линейного и радиального приростов.) Следует отметить, что указанные градации не являются одинаковыми для всех видов загрязнителей среды, т. к. их воздействие разное и выявление специфических биоиндикаторов на тот или иной фактор придает самому методу новый научный аспект, который дает возможность сделать его более точным и информативным.

Методы биоиндикаци должны отвечать следующим требованиям: относительная быстрота проведения индикации, получение достаточно точных и воспроизводимых результатов, наличие пригодных для индикации объектов в большом количестве. Таким образом, биоиндикация является наиболее эффективным методом для оценки состояния окружающей среды. Наиболее чувствительным органом древесных растений является зеленый лист растения. Хорошими биоиндикаторами в поселке являются листья деревьев с хорошими поглотительными качествами - деревья «санитары»: липа мелколистная, ясень, сирень, тополь, береза. 

2.1 Методика биоиндикации загрязнения поселковой экосистемы по листьям древесных растений

1. Определить участки обследования. Для сравнения целесообразнее выбрать участки, располагающиеся в зонах, различающихся по степени загрязнения.

Это могут быть:

А) придорожные посадки на центральных улицах посёлка;

Б) защитные зоны предприятий, работающих на органическом топливе;

В) загородные парки или дворовые посадки, окруженные плотной застройкой без гаражей и автостоянок.

2. Произвести отбор листьев. Отбор листьев осуществляют на высоте 1,5-2 м (высота слоя воздуха, вдыхаемого взрослым человеком) в количестве 10 листьев с одного дерева.

3. Оценить степень запылённости листовых пластинок. Каждый лист помещают между двумя слоями увлажнённой фильтровальной бумаги и слегка проглаживают руками. На бумаге остаются отпечатки, по интенсивности которых судят о степени запылённости листьев. Оценку загрязнения листовых пластинок осуществляют по следующим градациям:

1 группа – отпечатки на бумаге отсутствуют или слегка заметны;

2 группа – загрязнение листьев около 50%. Отпечатки средней интенсивности, при просмотре на свет четко видны участки фильтровальной бумаги разной толщины;

3 группа- загрязнение листьев 100%. Отпечаток интенсивный, дефекты фильтровальной бумаги на свет не просматриваются.

4.Провести оценку измерения пигментации листьев. На каждой листовой пластинке отмечают наличие красных, жёлтых (хлорозы), сине- фиолетовых, синих точек и пятен, вызванных попаданием на листья кислот, солей тяжёлых металлов. Визуально оценивают процент (суммарный), повреждённой ткани по сравнению с общей поверхностью листа.

5.Определить наличие некрозов и площадь листьев, занимаемую отмершей тканью. Некротическая ткань (сухая, черновато- коричневатого цвета) чаще всего встречаются вдоль жилок листа и у основания черешка. Процент отмерших тканей определяют визуально.

6.Результаты проведённых учётов и наблюдений оформить в виде таблицы.

7.Охарактеризовать картину загрязнения и повреждения различных древесных пород.

8.Дать сравнительную оценку устойчивости древесных пород к загрязнению в условиях города, а также – степени загрязнения обследуемых зон посёлка.

9.Нанести на план участка посёлка данные по загрязнению: зона наибольшего загрязнения раскрашивается красным цветом, значительного – оранжевым,

Глава 3. Исследование

Сбор листьев проводился в сентябре 2014 года. Этот период наиболее благоприятен для сбора листьев, так как они уже полностью сформировались под влиянием условий окружающей среды. Пробы листьев собирались с четырех экспериментальных площадках - это территория МКОУ АГО «АСОШ №6», центральная улица Ленина, территория возле ОАО «Артинский завод», долина реки Чекмаш. С десяти деревьев на каждой площадке было собрано по десять проб. Нами была проведена оценка запыленности листовой пластинки, но, к сожалению, в этом году лето и осень были дождливые, и оценить запыленность листовой пластинки было очень сложно, кроме этого нами была проведена оценка пигментации листьев и определено наличие некрозов, и площадь листьев, занимаемую отмершей тканью. На основании полученных данных нами были сделаны таблица и диаграммы.

В ходе исследования установлено, что  озеленение  центральной улицы Ленина древесно-кустарниковыми насаждениями осуществлялось в период 1946-1950 годов   Основными породами деревьев для озеленения улиц были выбраны тополь обыкновенный,  клен ясенелистный , тополя пирамидальный и канадский, акация белая, липа. Эти породы местного происхождения неприхотливы в уходе после посадки. Возраст посадок составляет от 40 лет до  60 лет.

Установлено, что  по состоянию древостоя (Приложение: таблицы № 5,6. )  деревья большинства участков являются ослабленными (участок ОАО «Артинский завод», МКОУ АГО «АСОШ №6», сильно ослабленными (ул. Ленина ). На участке  ул Ленина на тополях огромные грибы трутовики, ветки сухие – это связано с тем, что обрезка тополей производится без обработки деревьев.  Лишь в районе реки Чекмаш деревья по состоянию древостоя можно считать здоровыми. Объясняется этот, низкой  интенсивностью движения нет автомагистрали.

Наиболее угнетенное состояние  древесных насаждений  отмечено на участке  интенсивного автомобильного движения  на улице Ленина и в близи ОАО «Артинский завод». Этот участок является также наиболее запыленным по состоянию воздуха (Приложение №: таблица № 1), поэтому на всех породах деревьев отмечены самые высокие показатели запыленности (среднее значение группы запыленности –1) (Приложение №:диаграмма №1). Кроме того, у листьев деревьев, произрастающих на данном участке, наибольшая площадь  некрозов -12,35 % , 6,2%(Приложение). Наличие листьев разной величины также можно объяснить воздействием химических соединений на деревья.

На участке МКОУ АГО «АСОШ №6» также велики показатели  площади некрозов листьев – 15,35% и самый показатель наличия пигментированных пятен  в виде черных  точек-4,15, также показатель запыленности листьев- 1 группы.(Приложение). Объясняются  эти показатели, вероятно, тем, что   эти деревья старые около 50 лет.

На участке возле реки Чекмаш пигментированных участков листьев составляет 6,7 %, отмерших тканей составляет 3,7 %, также показатель запыленности листьев- 1 группы. Такое состояние листовых пластинок можно объяснить удалённостью от автомагистралей и близостью реки Чекмаш.

Сравнивая состояние деревьев разных видов между собой, следует отметить более высокий показатель площади неврозов у тополя почти на всех участках.

Заключение

      Таким образом, произведена  оценка степени  нарушенности древостоя  древесных насаждений под влиянием экологических факторов и оценка степени угнетения  деревьев, произрастающих в разных зонах поселка Арти, под действием антропогенных факторов.

В результате работы  установлено:

1. Видовой состав  древесной флоры, используемый в озеленении улиц поселка представлен в основном, тополями черным, кленом ясеневидным, акацией белой, березой белой. Новые посадки представлены   ель, кедр.

2. Возраст этих посадок от 60 до 40 лет. Площадь имевшихся древесных насаждений по улицам поселка резко сокращается в силу ряда причин : низкой культуры местных жителей, выработки  жизненных ресурсов деревьев, экологического воздействия на них  вредных веществ.

3. Участком наибольшей антропогенной нагрузки является  район центральной улици Ленина, значительного загрязнения - территории ул. Советская ОАО «Артинский завод». Здесь наибольшие показатели угнетенности деревьев.  Среднюю степень загрязненности  воздуха имеют  участки у МКОУ АГО «АСОШ№ 6».  Незначительная степень загрязнения воздуха отмечена в районе р Чекмаш.

4. Следует отметить, что кроме  малопривлекального вида эти больные деревья могут быть источником опасности для прохожих, т.к. сухие ветки и верхушки крон во время ветра могут обрушится на землю. Особенно  велика вероятность этого   для тополей в центре  поселка.

5. Среди изучаемых видов деревьев по данным исследования в более угнетенном состоянии находится тополь черный, хотя по данным других источников тополь - один из самых устойчивых видов к городским условиям ( 3). Хорошую жизнеспособность показали  клены ясенелистные.

        Т.о., данные исследования подтверждают предположение о  неблагополучном состоянии древесных насаждений поселка, а также  указывают на разную степень загрязненности  отдельных участков поселка Арти. Улучшение состояния древостоя старых деревьев  средствами снижения экологического воздействия невозможна , необходима  лишь замены этих старых посадок на новые.

Рекомендации  по работе

1.Необходима срочная массовая спланированная реконструкция имеющихся посадок древесных культур по улицам и закладка новых площадей посадок как в виде аллей, так и скверов и парка. Первоочередные работы требуется провести на улице Ленина в центре поселка.

 2.Предложить имеющиеся проекты и их обоснование  Администрации Артинского поселения, разработать совместно с ее работниками  план озеленения улиц  с учетом биологических особенностей растений, факторами экологического воздействия, мерами технической безопасности (электролинии) на ближайшие годы, график работ и круг участников этого проекта.  

3. Для  посадок  можно использовать саженцы, выращенные силами учащихся школы, и самосев акации.

Приложение 1

Приложение

Приложение

Список используемой литературы:

1. С.В. Алексеев Практикум по экологии.- М: Пр.,1996

2. А.И. Ванин Определитель деревьев и кустарников.- М: Лесная промышленность, 1967.

3. Т.К. Горышина Растения в городе.-Л: ЛГУ, 1991

4. Жизнь растений  т.5/2-М: Просвещение, 1981,

5. А.Т. Зверев Экология. Практикум- М: Оникс 21 век, 2004,

6. Л.С. Литвинова, О.Е.Жиренко Нравственно-экологическое воспитание школьников- М:Пр, 2007,

Глосарий

Биотоп

однородное по абиотическим факторам местообитание, занятое одним и тем же сообществом (на суше — биогеоценозом). В Б. абиотические факторы среды преобразованы влиянием организмов (из материнской породы сформирована почва, изменен режим освещения, температуры, потребление ресурсов ограничено конкуренцией с организмами со сходным типом питания и т. д.). Примеры Б.: склон оврага, городской лесопарк, небольшое озеро (или часть большого озера с однородными условиями — прибрежная отмель, глубоководная часть).

6