Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Волхонщинская средняя общеобразовательная школа»
Допускаю к защите
Директор школы
Сазончикова Л.Б.
14.06.2010 г.
Экзаменационный реферат
по биологии:
Роль древесных растений в оптимизации придорожных территорий
Работу выполнила:
Есипова Екатерина Владимировна
учащаяся 9 класса
Руководитель: учитель биологии и химии I категории Гарифзянов Андрей Рузильевич
Научный консультант: д.б.н., профессор ТГПУ им. Л.Н. Толстого Иванищев Виктор Васильевич
301475 Тульская область, Плавский район,
п. Октябрьский, д.15,
тел. 6-51-09
ВВЕДЕНИЕ
Человек давно стал мощнейшей силой, преобразовывающей естественное пространство вокруг себя. На это указывал еще В.И.Вернадский, утверждая, что человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли.
Отрицательные последствия хозяйственной деятельности человека проявляются не столько в изменении структуры поверхности (хотя и это немаловажно), сколько в нарушении практически всех биохимических циклов. Выбрасываемые миллионами тонн и кубометров твердые отходы и газы вносят в природную среду элементы либо неестественные для неё, либо естественные, но в таких концентрациях, что эффект такой же как у первых.
Среди основных источников антропогенного загрязнения можно выделить основные четыре: автотранспорт, промышленность, ТЭЦ и коммунальное хозяйство. Отходы и выбросы металлургических и горно-добывающих предприятий вызывают наиболее сильное нарушение элементного баланса на прилегающих к ним территориях. В результате рассеяния рудогенных элементов в составе пылегазовых выбросов формируются полиэлементные техногенные аномалии, охватывающие все компоненты экосистемы – приземный слой атмосферы, почву, биоту, природные воды [18]. В большинстве стран произведена оценка объема выбросов токсических соединений и размеров вклада различных источников в общий уровень загрязнения. При этом на долю автотранспорта и промышленности приходится наиболее существенный вклад. Токсичность выбрасываемых соединений различна и увеличивается в ряду основных ингредиентов: окислы углерода, окислы азота, окислы серы, тяжелые металлы (ТМ) [25].
Учитывая относительную приуроченность выбросов автотранспорта к урбанизированным центрам и, напротив, возможность загрязняющих веществ, поступающих из труб промышленных предприятий, рассеиваться на многие десятки и сотни километров, следует заключить, что промышленные предприятия определяют уровень загрязнения атмосферного воздуха. Среди общей массы выбрасываемых веществ 90% составляют газы, 10% - твердые частицы. Среди газообразных загрязнителей – озон, оксид углерода (II), сернистый газ, серный ангидрит, сероуглерод, сероводород; соединения азота – оксид, диоксид, гемиоксид, аммиак; фтористый водород; молекулярный хлор; хлористый водород и др. В атмосфере газы перемещаются, образуя сложную смесь [23]. Содержания некоторых элементов, особенно Se, Au, Pb, Sn, Cd, Br и Те, могут более чем в 1000 раз превышать их нормальные концентрации в воздухе. В целом элементы, которые образуют летучие соединения или входят в состав тонкодисперсных частиц при сжигании угля и других индустриальных процессах, могут легче выноситься в атмосферу. Вещества, поступающие в результате деятельности человека, не единственная составляющая глобального загрязнения воздуха. Необходимо принимать во внимание такие природные источники, как золовая пыль, вулканические извержения, испарение с поверхности воды и некоторые другие [17].
В городах воздух насыщен газообразными соединениями (сернистый газ, окислы азота, угарный газ, соединения фтора и хлора, углеводороды, пары кислот и токсичных органических соединений), а также твердыми поллютантами, содержащими соединения тяжелых металлов. Данные соединения оказывают негативное влияние на развитие и метаболизм разных групп организмов, в том числе и на растения. Особенно сильно страдают хвойные породы от кислых газов: засыхают верхушки деревьев, ослабляется рост стволов в толщину, уменьшается длина и увеличивается число хвоинок на побеге, быстрее опадает хвоя. У лиственных пород сокращаются размеры и количество листьев, образуется ксероморфная структура [22].
В развитых странах основным источником загрязнения атмосферы является автотранспорт, парк которого непрерывно растет. Если в 1990 г. на планете насчитывалось около 6 тыс. автомобилей, то к началу XXI в. численность мирового парка автомашин достигла 500 млн. единиц [13]. Доля транспорта в загрязнении атмосферы продуктами сгорания показана в таблице П.1.1. (приложение 1)
Выбросы автомобильного транспорта существенно зависят от режима работы двигателя и качества используемого топлива. Так, при движении автомобиля «Москвич-408» со скоростью 70 км/час выхлопные газы содержат не более 0,2-0,3% CO, а при скорости выше 100 км/час или работе на холостом ходу содержание СО возрастает до 12%. Примерный состав выхлопных газов автомобилей представлен в таблице П.1.2. (приложение 1).
К токсичным относят следующие компоненты выхлопных газов: угарный газ, оксиды азота, углеводороды. Кроме того, некоторые виды топлива содержат серу, что обуславливает содержание в выхлопных газах диоксида серы.
С начала 30-х годов к подавляющему большинству бензинов добавляют в качестве антидетонатора тетраметил- или тетраэтилсвинец в количестве 80 мг/л. При движении автомобиля от 25 до 75% этого свинца выбрасывается в атмосферу, осаждается на землю, попадает в поверхностные воды. Свинец аккумулируется в почве и растительности вдоль автострад (в городах – вдоль улиц с оживленным движением), заметное количество соединений свинца содержится в воздухе придорожных территорий. По данным США и Великобритании, до 90% всего свинца, содержащегося в атмосфере, следует отнести на счет выхлопных газов. В настоящее время в ряде стран (Япония и др.) использование этилированного бензина запрещено.
По оценки федеральной администрации шоссейных дорог Министерства транспорта США, на первое января 1970 г. в мире насчитывалось около 207 млн. легковых и грузовых автомобилей и автобусов. Исходя из средних потерь нефтепродуктов на одну автомашину 10-11 л/год, общий выброс нефтепродуктов мировым автомобильным парком равен 2,1-2,2 млн. т/год, причем большая часть его попадает в почву и гидросферу.
Токсичные компоненты, содержащиеся во вдыхаемом воздухе, попадая в организм человека, способны вызвать ряд заболеваний. Одним из наиболее неблагоприятных эффектов воздействия атмосферного загрязнения на состояние здоровья населения является повышение смертности. Повышение в атмосферном воздухе концентраций диоксида серы до сотен и тысяч мкг/м3 приводит к резкому росту сердечно-сосудистой и респираторной заболеваемости и даже смертельным исходам. Также доказано влияние на эти показатели взвешенных частиц. Длительное действие концентраций диоксида серы может привести (в особенности при сочетании с пылевой экспозицией) к развитию хронического бронхита, эмфиземы лёгких, пневмосклероза, а также различных клинических проявлений токсического поражения различных органов и систем. Большое значение имеют нарушения иммунной реактивности со снижением сопротивляемости организма инфекциям [14].
Таким образом исследования, посвященные вопросам улучшения экологической обстановки в техногенно загрязненных регионах, продолжают оставаться весьма актуальными. При этом важнейшим биологическим фильтром, способным поглощать аэрозольные частицы и аккумулировать часть токсичных соединений являются зеленые растения. При этом существенный вклад в биологическую очистку окружающей среды вносит древесная флора, накапливающая большое количество биомассы в течение вегетационного периода и выполняющая, таким образом, средостабилизирующую и биосферную функцию [2].
Деревья поглощают и нейтрализуют часть атмосферных выбросов, сохраняя прилегающие территории от пагубного воздействия экотоксикантов. В плотной листве скорость ветра снижается наполовину. Благодаря этому твердые поллютанты могут оседать на листовой поверхности. В 1 м3 воздуха промышленного региона или крупного города содержится полмиллиона частичек пыли. В лесном воздухе на 1 м3 приходится 500 частичек. Буковый лес площадью 1 га, например, способен связывать в год до 50 т пыли [7].
Важная роль древесной растительности в геохимическом круговороте веществ, а также в поступлении загрязнителей в пищевые цепи была неоднократно показана на разнообразных экосистемах и описана во множестве публикаций [14,18]. Известно, что за день 1 га леса аккумулирует 220-280 кг углекислоты, выделяя 180-200 кг кислорода. В городе 1 га зеленых насаждений за 1 час поглощает 8 кг углекислого газа, которые за это же время выдыхает 200 человек [11].
Особенно значительна роль древесной растительности в процессах миграции металлов. При этом деревья выполняет следующие важные функции [18]:
роль механического барьера в аэрогенной миграции металлов;
биоаккумуляция металлов в многолетней фитомассе (ствол, ветви, кора, корни);
вовлечение металлов в процесс малого биологического круговорота веществ;
воздействие на поступление металлов в глобальный круговорот с поверхностными водами.
Вредные вещества проникают в растение различными путями. Газопылевые выбросы способны активно поглощаться листьями (фолиарный путь поглощения через кутикулу); поступают в почву, поглощаются и транспортируются корневой системой в вертикальном и радиальном направлениях, используются в процессах биосинтеза зеленого растения.
Анализ публикаций, посвященных особенностям поглощения и аккумуляции загрязняющих веществ растениями, позволяет сделать ряд выводов [22]:
1) имеется высокая вариабельность содержания токсических соединений в различных видах растений, что объясняется различиями в процессе поглощения токсикантов и их соединений из воздушной среды или почвы, особенностями перераспределения их между тканями и органами.
2) Величина аккумуляции загрязняющих веществ сильно различается между органами растений. Кора, например, сильно накапливает токсические соединения, древесина – очень слабо.
3) Имеются более тонкие различия в концентрации химических веществ растениями в зависимости от возраста частей растений, а также возраста самой особи.
Поступающие в растительный организм вредные компоненты выбросов промышленных предприятий вызывают широкий спектр изменений, которые можно характеризовать как стресс - индуцируемые.
Различные виды древесных растений по-разному реагируют, прежде всего, на загазованность и задымленность воздушного бассейна. Одни из них сравнительно дымо- и газостойкие, другие же очень чувствительны к загрязнению атмосферы, из-за чего сильно страдают или даже гибнут, - это негазостойкие растения (виды пихты, ель европейская и сибирская, сосны обыкновенная и веймутова, береза повислая и ясень обыкновенный). Для озеленения промышленных городов, посадок в пригородных зонах и вдоль автомагистралей следует применять только дымо- и газостойкие древесные растения, сравнительные данные о газостойкости которых содержаться в специальных эколого-дендрологических работах [5,12], где можно найти списки древесных и кустарниковых пород, ранжированные по степени устойчивости к приоритетным загрязняющим веществам. Н.Е. Булыгин и В.Т. Ярмишко (2003) приводят обобщенные материалы, касающиеся чувствительности к атмосферным загрязняющим веществам основных лесообразующих пород для ряда регионов России, которые отличаются климатическими и лесорастительными условиями [2] (приложение 2).
Таким образом, исследование роли древесных растений в оптимизации техногенно загрязненной среды и реакции этих растениях на высокое содержание поллютантов позволит на основе научно достоверной и обоснованной теории разработать практические рекомендации по восстановлению нарушенных экосистем, а также создать систему мер, предупреждающих бесконтрольное распространение токсических соединений в результате хозяйственной деятельности человека. Кроме того, изучение генотипически обусловленной экофизиологической реакции видов растений особенно ценно для выявления доноров хозяйственно-ценных признаков, в подборе исходного материала в селекции и интродукции растений и при разработке систем адаптивного земледелия.
В связи с чем, целью работы являлось изучение роли древесных растений в оптимизации придорожных территорий и их реакции в этих условиях.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
провести флористическое изучение древесных сообществ придорожных территорий для выявления доминантных форм и последующего изучения их реакции;
оценить транспортную нагрузку в пределах изучаемых точек пробоотбора и объем поступающих в результате работы автотранспорта поллютантов;
провести исследование загрязненности почвенного покрова придорожных территорий методом биоиндикации с использованием всхожести семян кресс-салата;
исследовать пылезадерживающую способность древесных растений – озеленителей, произрастающих в условиях придорожных зон;
изучить влияние автотранспортной эмиссии выхлопов на морфологическую структуру листа древесных растений, как реакцию на органном уровне организации жизни;
определить экологическое состояние древостоя придорожных территорий, как комплексную реакцию на воздействие транспортной нагрузки;
на основе полученных данных выделить виды, наиболее устойчивые к воздействию транспортной эмиссии, рекомендовать выявленные виды для создания санитарно-защитных насаждений придорожных территорий.
1. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Материалы и методы
1.1.1. Объекты исследования
Работа проводилась в течение весеннее-летних сезонов 2008 и 2009 годов. Материал для исследования был собран на придорожных территориях Плавского района, отличающихся друг от друга по уровню автотранспортной нагрузки на прилегающих дорогах (приложение 3).
Территория санитарно-защитных насаждений придорожных территорий находилась на удалении 5-15 м от дорожной полосы. Контрольные образцы были собраны в парке (Контроль), расположенном на юго-западе пос. Октябрьский Плавского района. Уровень антропогенной нагрузки в контрольной точке минимален, что связанно с отсутствием вблизи парка автодорог, а ближайшие промышленные предприятия находятся на удалении свыше 3 км.
В качестве объекта исследования были выбраны 5 доминантных в урбоэкосистемах Плавского района видов древесных растений: клён остролистный Acer platanoides L, тополь черный Populus nigra L, липа сердцевидная (мелколистная) Tilia cordata Miller, береза повислая (бородавчатая) Betula pendula Roth, клен ясенелистный Acer negundo L.
1.1.1.1. Береза повислая (бородавчатая)
(Betula pendula Roth.)
Сем. Березовые. Однодомное дерево высотой до 20 м, с белой корой (у старых деревьев у основания ствола – черно-серая), нередко с повислыми ветвями, годовалые ветки красно-бурые. Образует насаждения чистые или смешанные с другими породами в лесной области и колки в лесостепной зоне [20]. Листопадное анемофильное дерево первой величины. Мезоксерофит, олиготроф, светолюбива, хотя и растет иногда в нижних ярусах древостоев, образованных светлохвойными и реже темнохвойными породами. Размножается семенами и порослью от пней.
Листорасположение очередное. Молодые листья голые, усеянные смолистыми бородавками. Листья треугольно-ромбические с усеченным или ширококлиновидным основанием, заостренной верхушкой и двоякоострозубчатым краем и без опушения.
Плод – односеменной орешек. Во взрослом состоянии корневая система косо уходящая вглубь или поверхностная. В первые годы развития не очень быстрое, позже скорость роста увеличивается, особенно к 10-20 годам; рост, как правило, прекращается к 50-60 годам. Побегопроизводительная способность сохраняется до 60-80 лет, хотя к 40 уже снижается. Плодоношение в насаждениях с 15-30 лет, у отдельно стоящих деревьев – с 7-10 лет; плодоношение обычно обильно и регулярно. Предельный возраст не превышает 100-120 лет. Древесина крепкая, упругая, среднетвердая.
Ареал растений охватывает европейскую часть России, Западную Сибирь, Алтай, Кавказ, Дальний Восток, Западную Европу, Среднюю Азию, Монголию, Китай, Корею, Японию.
Береза бородавчатая – вид полиморфный, неприхотлива к почве и вполне морозоустойчива. В культуре используется повсеместно в озеленении, защитном лесоразведении и лесном хозяйстве. Долговечна, хорошо растет при задымлении. Отличается высокой пластичностью, способна расти на солонцеватых почвах, где содержание Na+ достигает 15%, Mg2+ - 30-40% емкости катионного обмена, а легкорастворимые соли, в основном, сульфаты и бикарбонаты, находятся на глубине 30-80 см. В целом, данный вид оправдывает себя как один из основных при защитном лесоразведении [8]. |
