II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА СОСНУ ОБЫКНОВЕННУЮ В С. КРАСНЫЙ ЯР САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Арнольд Р.Д. 1

---

1

Прошкина О.И. 1

---

1

Работа в формате PDF

3.6 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

 ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Одной из актуальных проблем современной цивилизации является загрязнение окружающей среды. Эта проблема ощущается и в нашей области особенно в крупных городах и населенных пунктах, прилегающих к промышленным центрам и транспортным объектам. Таким местом в Самарской области является территория вблизи районного центра села Красный Яр, рядом с которым проходит федеральная автомобильная дорога М 5. В окружающую среду выбрасывается огромное количество отработанных газов и пыли. Они оказывают негативное влияние на растительность.

Изучению данного вопроса и посвящены наши научные исследования.

Цель исследований. Изучение влияния загрязнения окружающей среды на состояние хвои сосны обыкновенной произрастающей в районе с. Красный Яр и автодороги М-5.

Задачи исследований:

1. Изучить влияние окружающей среды на длину хвоинок сосны обыкновенной;

3. Изучить влияние окружающей среды на степень поражения хвои некрозами сосны обыкновенной;

4. Обобщить полученные результаты, сформулировать выводы и оформить научную работу в соответствии с требованиями.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ИЗУЧАЕМОМУ ВОПРОСУ

1.1. Значение и применение сосны

Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) - в лесах России является, безусловно, главнейшей и самой распространённой, как в географическом отношении, так и по количеству доставляемой древесины древесной породой: если судить по лесам, для которых имеются статистические данные, то оказывается, что она доставляет более трети всей производимой лесами древесины и более половины поделочного, более ценного, леса. Часть этого последнего идёт в круглом виде, в виде брёвен, на постройки, часть обтёсывается в брусья, главным образом для заграничного отпуска, часть же распиливается на доски (Анучин Н.П., 1982).

Кроме древесины, сосна служит для добывания смол. Сосновые почки, экстракты, эфирное масло, смола (живица) используются при бронхитах, при заболеваниях лёгких. Хвоя сосны используется для профилактики и лечения гипо - и авитаминоза витамина С. Сосновый дёготь применяют наружно в виде мазей от некоторых кожных заболеваний (псориаз, экзема и др.) (Булыгин Н.Е., 2001).

1.2 . Морфологические и биологические особенности сосны обыкновенной

Сосна обыкновенная, дерево высотой 25-40 м и диаметромствола 0,5-1,2 м и длиной корня 20-30 м. Живет до 350-600 лет. Ствол цилиндрический, но в кроне старых деревьев он разветвляется на толстые ветви, становится неправильным по форме. Крона высоко поднятая, конусовидная, а затем округлая, широкая, с горизонтально расположенными в мутовках ветвями.

Кора в нижней части ствола толстая, чешуйчатая, серо-коричневая, с глубокими трещинами. Чешуйки коры образуют пластины неправильной формы. В верхней части ствола и на ветвях кора тонкая, в виде хлопьев (шелушится), оранжево-красная. Разветвление одномутовчатое. Побеги в вначале зелёные, затем к концу первого лета становятся серо-светло-коричневыми.

Хвоинки расположены по две в пучке, 2,5-9 см длиной, 1,5-2 мм толщиной, серо- либо сизовато-зелёные, как правило, слегка изогнутые, края мелкозубчатые, живут 2-6 лет

Мужские шишки 8-12 мм, жёлтые или розовые. Женские шишки 2,5-6 см длиной, конусообразные, симметричные или почти симметричные, одиночные или по 2-3 шт., при созревании матовые от серо-светло-коричневого

Рис. 1. Соцветия и семена сосны обыкновенной

до серо-зелёного; созревают в ноябре-декабре, спустя 20 месяцев после опыления; открываются с февраля по апрель и вскоре опадают. Чешуйки шишек почти ромбические, плоские или слабовыпуклые с небольшим пупком, редко крючковатые, с заострённой верхушкой. Семена чёрные, 4-5 мм, с 12-20 мм перепончатым крылом (Атрохин В.Г., 1982).

Сосна принадлежит к числу весьма светолюбивых древесных пород, но, тем не менее, часто образует чистые насаждения. Причина этого заключается в том, что она является одной из наименее требовательных к почве древесных пород, и потому может расти на таких малоплодородных почвах, на которых рост других деревьев оказывается почти невозможным. Это связано с тем, что у сосны поверхностный тип корневой системы, который может развиваться в тонком (1-2 см) слое плодородной почвы, лежащей на песках. Морозоустойчива, не боится засух, вследствие чего свободно переносит иссушающее действие ветров на открытых местах и заходит на юг в лесостепную полосу дальше других хвойных пород (Мигунова Е.С., 1993).

1.3 Влияние окружающей среды на рост и развитие сосны обыкновенной

Большое влияние на рост и развитие сосны обыкновенной оказывает окружающая среда. Однако за последние 50 лет экологическая ситуация во многих регионов страны значительно ухудшилась. Это в первую очередь оказывает влияние на хвойные растения. Поскольку в отличие от широколиственных культур они в течение длительного времени сохраняют хвою. В зоне сильного загрязнения она желтеет или несет на себе некрозы. Поэтому сосна обыкновенная может выступить хорошим индикатором загрязнения воздуха (Каплин В.Г., 2006).

Основным источниками загрязнения являются: выбросы промышленных и добывающих предприятий, а также автотранспорт.

Сернистый газ, являющийся одним из наиболее вредных компонентов загрязнений, накапливается в атмосфере в результате переработки и горения органических веществ (каменного и бурого угля, нефти, нефтепродуктов, древесины), при производстве и использовании серной кислоты, плавке серосодержащих руд. Его выбрасывают тепловые электростанции, предприятия черной и цветной металлургии, коксохимические и цементные заводы, заводы по производству синтетических волокон, аммиака, целлюлозы. Возрастание выброса сернистого газа за последние годы - прямое следствие дефицита энергоресурсов. Раньше, когда он еще не ощущался, высокосернистые угли и мазуты почти не использовались в качестве топлива. Однако сейчас они активно сжигаются и служат одной из главных причин загрязнения атмосферы (Карташов А.Г., 1998; Габеев В.Н., 2010).

Поступив внутрь листа, газ растворяется в жидкой фазе клеток. По этой причине скорость поступления фитотоксиканта сильно зависит от влажности воздуха и насыщенности листьев водой. Увлажненные листья поглощают сернистый газ в несколько раз быстрее, чем сухие. Влажность воздуха также влияет на этот процесс (Габеев В.Н., 2010).

В зоне загрязнения воздуха сернистым газом растения интенсивно накапливают в своих тканях серу. Обычно чем больше содержание этого элемента в растениях, тем сильнее выражено повреждение листьев или хвои.

Сначала на них возникают ожоги, потом листовые пластинки сморщиваются, отмирают и опадают. При концентрации сернистого газа порядка 1:1000000 хвоя сосны опадает. Если

Рис. 1 концентрация будет увеличиваться, хвоя может погибнуть за несколько часов. Молодые листья активнее поглощают сернистый газ и сильнее страдают от него, чем старые (Орлов А.Я.,2010).

В листьях деревьев, подвергшихся воздействию двуокиси серы, резко падает содержание хлорофилла, существенно нарушается структура хлоропластов. Все это сказывается на интенсивности фотосинтеза, она резко ослабляется, что в свою очередь тормозит рост деревьев, снижает продуктивность древостоев, ослабляет их устойчивость к возбудителям болезней и неблагоприятным факторам среды (Филипчук Н.А., 2003).

2. ОБЬЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1.Характеристика районов исследования

Село Красный Яр - центр муниципального района Красноярский находится в 30 км на северо-востоке города Самары. В центральной лесостепной климатической зоне Самарского Заволжья. Среднегодовая температура воздуха + 3,6 ⁰С; количество осадков, выпадающих, за год составляет 400 мм. Почвенный покров территории представлен черноземами обыкновенными.

В селе проживают около 8 тыс. населения. Промышленность поселка представлена: молочным заводом; лесхозом; хлебным заводом; автотранспортными предприятиями и предприятиями жилищно-коммунального хозяйство. На территории поселка функционируют более 10 отопительных и теплогенерирующих предприятий, выбросы которых оказывают влияние на экологическую обстановку поселка. В одном километре от села проходит крупная федеральная автотрасса Москва – Челябинск - Дальний Восток (М 5). Кроме того, на экологию поселка оказывает большое влияние промышленные предприятия города Самары, поскольку в течение года около 240 дней основная зона ветров территории приходится на юго-западное направление. Для оздоровления экологической ситуации администрация поселка уделяет большое внимание озеленению территории. Для создания лесонасаждений широко используется такие широколиственные породы как липа, тополь белый, тополь черный и т.д. Из хвойных пород формируют насаждения сосны обыкновенной, ели сибирской, можжевельника. Учитывая, что эти древесные растения в течение длительного времени сохраняют хвою, они и могут выступать биоиндикаторами состояния окружающей среды села и прилегающих территорий.

2.2. Методика проведения работ

Исследования проводились по методике рекомендованной Каплиным В.Г. (2001) и Перцевой Е.В. (2009). Осенью 2012 г нами определялись учетные площадки:

1 - в сосновым насаждении расположенным в 50 м от федеральной автомобильной дороги М 5;

2 – в сосновым насаждении расположенным в центре села, на территории ГБОУ СОШ с. Красный Яр;

На каждой тест-площадке у взрослых деревьев на высоте 1,5-2 м исследовались ветви. Учитывались следующие показатели: возраст ветви, балл некроза, длина хвоинок. Исследовалось не менее 10 ветвей.

Возраст ветвей учитывался по ветвлению главной оси и боковых побегов, как известно, ветвление у хвойных – моноподиальное и они растут своей верхушкой. Годичные приросты измеряли линейкой, начиная от прироста последнего года. С помощью линейки определялась и длина хвои, измерялось не менее 10 хвоинок. Для каждого годичного участка ветви определяли класс некроза по бонитировочной шкале (рис. 1), полученные результаты выражались в баллах.

Рис. 2. Бонитировочная шкала некрозов хвои

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСЛЕДОВАНИЙ

3.1. Длина хвоинок

Опытами установлено, что средняя длина хвоинок на ветвях сосны, растущей вблизи автомобильной трассы, на приростах всех изучаемых лет равнялась 7,0 см (табл. 1). У деревьев, расположенных в с. Красный Яр от первого года к третьему она изменялась следующим образом: 8,0 см → 9,0 см → 7,0 см. На ветвях прироста первого и второго года она была на 14,3% и 28,6% длиннее.

Таблица 1

Длина хвоинок

Таким образом, можно сделать вывод, что токсические выбросы автотранспорта сказываются и на длине хвоинок сосны, растущей вблизи автомобильной дороги – она на 1-2 см короче, чем у деревьев, растущих на удалении от дороги.

3.2. Степень поражения хвои некрозами

Анализы степени поражения хвои некрозами показали, что наиболее сильные повреждения имеют растения насаждений вблизи автодороги М 5 (рис. 5).

Рис. 3. Повреждения хвои сосны, растущей вблизи автодороги М 5

Рис. 4 Повреждения хвои сосны, растущей в с. Красный Яр

Глазомерная оценка позволила нам в среднем оценить повреждения на ветвях прироста первого года в 28,0 баллов, второго – 32,0 и третьего 39,0 баллов (табл. 2). Деревья на площадке в с. Красный Яр получили, соответственно, 16,0; 12,0 и 25,0 баллов, что в 1,75-2,6 раза меньше.

Таблица 2

Степень поражения хвои некрозами

Характерным для всех площадок являлось то, что степень повреждения хвои на ветвях прироста третьего года была больше. Очевидно, на это оказывали влияние и аномально засушливая и жаркая погода лета.

По результатам эксперимента можно сделать заключение, что на территории вблизи с. Красный Яр наиболее сильное повреждение хвои имеет сосна обыкновенная вблизи автодороги М 5. Уровень некрозов в этих насаждениях в 1,75-2,6 раза выше, чем у деревьев, растущих на удалении более 1 км от автотрассы.

ВЫВОДЫ

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие основные выводы:

1. Наибольшее негативное влияние окружающей среды испытывают насаждение сосны обыкновенной находящиеся вблизи автодороги М 5;

2. Длина хвоинок на ветвях сосны обыкновенной в насаждениях около автодороги М 5 на 1-2 см короче, а их уровень некроза в 1,75-2,6 раза выше, чем у деревьев расположенных на утолении около 1 км от автомобильной дороги в районе с. Красный Яр.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Анучин Н.П. Лесная таксация. - М.: Лесная промышленность, 1982. – С. 123-154.

4. Булыгин Н.Е. Дендрология. - М.: МГУ Л, 2001. – С. 176-234.

5. Габеев В.Н. Экология и продуктивность сосновых лесов. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 2010. - 226 с.

6. Газизуллин А.Х. Продуктивность сосняков Среднего Поволжья на бурых лесных почвах. // Лесное хозяйство Поволжья. Саратов, 2002. - Вып. 5. - С. 157- 170.

7. Каплин В.Г. Биоиндикация состояния экосистем. – Самара, 2001. – С. 89-94.

8. Каплин В.Г. Основы экотоксикологи. - М.: Издательство «КолосС», 2006. – 231 с.

12. Орлов А.Я. Почвенная экология сосны. - М.: Наука, 2010.-324 с.

13. Перцева Е.В. Биоиндикация состояния экосистем. – Кинель, 2009. – С.8- 11.

14. Филипчук Н.А. Справочник лесничего. - М.: ВНИИЛМ, 2003. - 640 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Изучение и сбор материала (хвоинок) в с. Красный Яр

Приложение 2

Поврежденные хвоинки с дороги М-5

Приложение 3