VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Сравнение растительного опада лиственных и хвойных пород деревьев
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение
Лесная растительность с момента образования сомкнутого древостоя активно воздействует на почву, изменяя ее свойства.
Почвообразующая способность леса проявляется в накоплении органической массы, в создании более благоприятных условий для развития почвенной фауны, в заметные улучшения физических и химических свойств почвы.
Листья — неотъемлемый участник круговорота веществ в природе, и обогащение почвы элементами питания происходит в основном через растительный опад.
Все деревья забирают из почвы много питательных элементов, из-за этого почва беднеет, а листья, опадая и перегнивая, возвращают эти питательные вещества.
На величину опада влияют многие факторы: почвенно-климатические условия, погодные условия текущего и предыдущего годов, степень воздействия вредных организмов, видовой состав лесных ценозов и их возраст.
Цель исследований: изучить динамику содержания элементов питания в листьях древесных растений в течении вегетации и влияние листового опада на свойства почвы.
Задачи: 1) ознакомиться, используя литературные источники, с биологическими особенностями различных древесных растений, 2) отобрать в течении вегетации листья деревьев и провести их анализ на содержание азота, фосфора и калия, 3) отобрать почву под растениями и провести определение кислотности почвы. Методы исследований: 1) теоретический; 2) полевой ; 3) лабораторный;4) математический.Объект исследований: листья деревьев и почва под деревьями. Предмет исследований: содержание основных элементов питания в листьях березы, ели, осины, сосны, дуба, липы, клена, рябины, кислотность почвы. Место проведения исследований: городской парк в микрорайоне Шереметьевский г. Долгопрудный и отдел аналитических методов исследований ФНЦ «ВИК имени В.Р.Вильямса». Время проведения исследований: май – ноябрь 2019 года.
2.Литературный обзор
Растительный опад – один из факторов, влияющих на формирование подстилки лесных экосистем. Опавшие в течение года листья, хвоя, ветви, сучья, плоды и другие остатки лесной растительности составляют лесной опад. Это наиболее богатые зольными веществами и азотом части растений. От его количества, состава, времени и окружающих его условий зависят во многом почвообразовательный процесс, формирование лесной почвы. Главный поставщик опада – древостой [2].
В лиственно-хвойном фитоценозе на поверхность почвы ежегодно поступает в среднем 3.2 т/га абсолютно сухого органического вещества, из них на долю древостоя приходится 82.6, кустарничков и трав – 13.7, мхов – 3.7 %. Большую часть (72.6 %) растительного опада формирует активная фракция - листья, хвоя, почечные чешуи, семена и соцветия древесных растений. Шишки, ветки и кора, относящиеся к неактивной части древесного опада, составляют 27.4 %. В летне-осенний период на поверхность почвы поступает в два раза больше растительных остатков, чем в зимне-весенний [3].
Древесные породы по величине даваемого ими опада в чистом древостое можно распределить в следующем порядке: наибольший опад дает буковый древостой, за ним ель и береза, далее в порядке уменьшения идут сосна, дуб, лиственница [4].
Что касается органического состава опада хвойных и лиственных пород, то в процессе круговорота они подвергаются одинаковым изменениям. В отличие от опада, зеленые листья обычно богаты фосфором, калием, азотом. Опад же, как правило, богат кальцием [5].
Как лиственные, так и хвойные древесные растения больше потребляют азота и кальция, чем других питательных элементов.
По ходу вегетации также наблюдаются некоторые особенности в потреблении питательных веществ из почвы. Так, например, ель и пихта больше потребляют питательных веществ в первую половину, а сосна и лиственница - во вторую половину вегетации.
Следует отметить, значительная часть азота и других компонентов возвращается в побеги и ветви древесных пород перед опадением листьев. Это передвижение имеет важное значение, так как в противном случае большая доля азота растений терялась бы, по крайней мере, на время, при листопаде [6].
3. Экспериментальная часть. 3.1. Методика исследований
Листья отбирали с деревьев, произрастающих в городском парке микрорайона Шереметьевский г. Долгопрудного в течении двух лет, 2018 и 2019 г. и в городском парке г. Лобня в 2019 году: липа, осина, дуб, береза, клен, рябина, ель и сосна. Зеленые листья с 3-5 деревьев отбирали в середине мая. Опад листьев под деревьями собирался во второй половине октября с площади 1 квадратный метр. У ели количество опада измерить не удалось. Лисья высушивали, размалывали, отбирали навеску для мокрого озоления. В полученном минерализате определялось содержание общего азота фотометрическим методом «индофенольной зелени», фосфора фотометрическим ванадомолибдатным методом и калия методом пламенной фотометрии.
Почвенные образцы отбирались на глубине 0-10 см. Отобранные образцы высушивали и просеивали через сито с отверстиями 1 см для определения кислотности. Кислотность почвы в соляной вытяжке определяли по ГОСТ 26483-85 потенциометрическим методом. Агрохимические анализы почвы и растений проводили на базе ФГБНУФНЦ «ВИК им. В.Р. Вильямса» в отделеаналитических методов исследований под руководством научного сотрудника.
3.2. Результаты исследований.
Содержание элементов питания, азота, фосфора и калия в листьях деревьев определяется породой деревьев, периодом вегетации и почвенным плодородием (таблица 1).
В связи с тем, погодные условия 2018 и 2019 года не оказали существенного слияния на содержание основных элементов питания (приложение 1), в таблице приводятся средние данные за два года по парку микрорайона Шереметьевский.
Таблица 1
Содержание основных элементов питания в листьях деревьев
|
Дерево |
Азот, % |
Фосфор, % |
Калий, % |
|||
|
Шереметьевский 2018-2019 |
Лобня 2019 |
Шереметьевский 2018-2019 |
Лобня 2019 |
Шереметьевский 2018-2019 |
Лобня 2019 |
|
|
май |
||||||
|
Рябина |
2,93 |
2,42 |
0,47 |
0,32 |
2,63 |
2,57 |
|
Клен |
3,22 |
2,53 |
0,46 |
0,39 |
2.45 |
1,82 |
|
Береза |
3,34 |
2,78 |
0,37 |
0,25 |
1,83 |
1,11 |
|
Осина |
3,42 |
2,50 |
0,41 |
0,23 |
2,35 |
1,52 |
|
Дуб |
3,76 |
- |
0,46 |
- |
2,13 |
- |
|
Липа |
3,94 |
2,87 |
0,52 |
0.30 |
2,80 |
1,56 |
|
Сосна |
1.73 |
- |
0,11 |
- |
0,50 |
- |
|
Ель |
1,48 |
- |
0,13 |
- |
0,73 |
- |
|
октябрь |
||||||
|
Рябина |
0,85 |
0,22 |
0,34 |
0,06 |
0,47 |
0,39 |
|
Клен |
0,75 |
0,96 |
0,20 |
0,12 |
1,34 |
0,76 |
|
Береза |
0,95 |
0,81 |
0,14 |
0,19 |
0,70 |
0,46 |
|
Осина |
0,78 |
1,01 |
0,14 |
0,20 |
0,39 |
0,90 |
|
Дуб |
0,82 |
- |
0,18 |
- |
0,70 |
- |
|
Липа |
1,19 |
1,19 |
0,12 |
0,14 |
0,54 |
0,75 |
|
Сосна |
0,62 |
- |
0,07 |
- |
0,36 |
- |
|
Ель |
1,14 |
- |
0,13 |
- |
0,62 |
- |
В наших исследованиях наиболее высокое содержание элементов питания в листьях отмечено в начале вегетации растений, так как в этот период идет интенсивное нарастание вегетативной массы – стеблей, листьев. Все исследуемые деревья больше всего потребляли азот и калий, и меньше всего фосфор. Наименьшее содержание элементов питания отмечено у хвойных растений. У лиственных деревьев количество азота, фосфора и калия в листьях зависело от породы деревьев. Повышенное содержание азота наблюдалось в листьях липы. Количество элементов питания в городском парке мкр-н Шереметьевский выше, чем в городском парке г. Лобня, очевидно, это связано с почвенным плодородием.
В результате исследований установлено, что в опаде происходит снижение содержания элементов питания по сравнению с началом вегетации. Очевидно, это связано с ростовым разбавлением и с оттоком этих элементов в побеги и ветви перед опадением листьев.
Нами был собран опад листьев под деревьями в парке микрорайона Шереметьевский г. Долгопрудного в 2018 и 2019 годах с площади 1 кв.м. В 2019 году наблюдалось увеличение опада у многих деревьев, особенно у сосны (приложение 2). Возможно у сосны это связано не только с климатическими условиями, но и с заболеванием растения, и с наличием вредителей.
Измерение величины опада листьев показало, что наибольшее его количество из лиственных пород было получено под липой и под дубом, наименьшее под рябиной (таблица 2).
Таблица 2.
Поступление в почву с опадом основных элементов питания
(среднее за 2018-2019 г.г.)
|
Дерево |
Вес опада, г/м2 |
Поступление с опадам, кг/га |
||
|
N |
P2O5 |
K2O |
||
|
Рябина |
68,8 |
55,1 |
22,9 |
30,2 |
|
Клен |
125,4 |
96,3 |
25,6 |
163,2 |
|
Береза |
123,4 |
118,5 |
18,1 |
85,3 |
|
Осина |
120,9 |
94,8 |
17,4 |
73,3 |
|
Дуб |
156,0 |
127,4 |
27,8 |
109,2 |
|
Липа |
187,8 |
224,2 |
23,4 |
124,5 |
|
Сосна |
174,4 |
99,6 |
10,8 |
54,9 |
В наших исследованиях наибольшее количество элементов питания содержится в опаде дуба и липы, и калия – опаде клена.
Таким образом, опавшие с деревьев листья содержат много питательных веществ. Однако, осень мы наблюдаем уборку опавших листьев, что представляет собой массовое уничтожение растительного или животного мира.
Сбор опавших листьев и вывоз их наносит вред древесным насаждениям, нарушая естественный круговорот веществ и энергии в биогеоценозе.
По нашим расчетам, если в течении 10 лет убирать опавшие листья, то в почву под деревьями не поступит в зависимости от дерева от 551 до 2242 кг на га азота, от 108 до 278 кг фосфора, от 302 до 1245 кг калия. Таким образом, уничтожение листового опада в течении нескольких лет приведет к истощению почвы и гибели деревьев. Земля под деревьями превратится в бесплодную субстанцию, которую восстановить практически невозможно.
Вред от уборки листьев связан еще и с тем, что опавшие листья образуют естественный защитный слой почвы, который предохраняет корни деревьев от замерзания, служит местом обитания дождевых червей и полезных насекомых и микроорганизмов. Деревья, произрастающие на земле, лишенной этого защитного покрова, могут быть подвержены болезням и погибать.
Если все же по каким-то причинам были убраны опавшие листья, то их можно использовать для получения компоста. Полученный из городских листьев компост лучше вносить под растения, которые не используются на продовольственные цели, например, на клумбы, т.к. листья в городе могут накапливать много пыли, вредных веществ, в том числе и тяжелые металлы.
Нами была отобрана почва в различных растительных сообществах и определена в ней кислотность. В наших исследованиях листовой опад деревьев оказывает большое влияние на кислотность почвы (таблица 3).
Таблица 3
Кислотность почвы в различных ценозах
|
Ценоз |
рН сол. |
|
Сенокос |
4.74 |
|
Смешанный лес |
4,19 |
|
Еловый лес |
3,95 |
|
Береза |
4,52 |
Опад хвойных пород подкисляет почву. Почва, отобранная под елями, имела очень сильнокислую реакцию среды.
4. Выводы
1. Содержание основных элементов питания в листьях древесных растений зависит от породы дерева, периода вегетации. Наибольшее содержание элементов питания наблюдалось в первый период вегетации.
2. В большей степени древесные растения потребляют азот и калий, в меньшей степени фосфор.
4. По сравнению с зелеными листьями опад беден азотом, фосфором и калием.
5. Наибольшее количество опада и наибольшее содержание азота, фосфора и калия в нем было отмечено у липы и дуба.
6. Листовой опад деревьев оказывает большое влияние на плодородие почвы.
5. Источники
1. Влияние леса на почву [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://studfiles.net/preview/3894399/page:22/ ( дата обращения 13.11.2018).
2. Листовой опад в лесах умеренного пояса [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://allrefs.net/c45/1oh4t/p2/ ( дата обращения 13.11.2018).
3. Пристова Т. Характеристика наземного опада растений и лесной подстилки в лиственно-хвойном насаждении [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ib.komisc.ru/add/old/t/ru/ir/vt/02-61/05.html ( дата обращения 13.11.2018).
4. Изучение скорости переработки листового опада с участием кивсяков [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://studfiles.net/preview/3004587/page:12/ ( дата обращения 15.11.2018).
5. Валентина Буравлева. Биологический круговорот: понятие и особенности[Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.syl.ru/article/318616/biologicheskiy-krugovorot-ponyatie-i osobennosti#image1812273 ( дата обращения 15.11.2018).
6. Пол Д. Крамер, Теодор Т. Козловский. Физиология древесных растений [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.bonsai.ru/dendro/physiology8.html ( дата обращения 15.11.2018).
6. Приложение
Приложение 1.Содержание основных элементов питания в листьях деревьев в течении вегетации (парк мкр-н Шереметьевский г. Долгопрудного)
|
Дерево |
Азот, % |
Фосфор, % |
Калий, % |
||||||
|
2018 |
2019 |
2018 |
2019 |
2018 |
2019 |
||||
|
май |
|||||||||
|
Рябина |
2,65 |
3,21 |
0,46 |
0,49 |
2,87 |
2,39 |
|||
|
Клен |
3,48 |
2,69 |
0,42 |
0,50 |
2.44 |
2,46 |
|||
|
Береза |
3,42 |
3,27 |
0,44 |
0,31 |
2,27 |
1,40 |
|||
|
Осина |
3,46 |
3,38 |
0,48 |
0,35 |
2,66 |
2,04 |
|||
|
Дуб |
4,36 |
3,17 |
0,52 |
0,41 |
2,17 |
2,10 |
|||
|
Липа |
4,28 |
3,61 |
0,56 |
0.48 |
2,92 |
2,69 |
|||
|
Сосна |
1,56 |
1,91 |
0,10 |
0,12 |
0,56 |
0,45 |
|||
|
Ель |
1,48 |
1,49 |
0,14 |
0,12 |
0,86 |
0,60 |
|||
|
октябрь |
|||||||||
|
Рябина |
0,72 |
0,98 |
0,32 |
0,36 |
0,39 |
0,55 |
|||
|
Клен |
0,69 |
0,82 |
0,18 |
0,22 |
1,56 |
1,13 |
|||
|
Береза |
0,81 |
1,09 |
0,12 |
0,17 |
0,74 |
0,65 |
|||
|
Осина |
0,75 |
0,81 |
0,11 |
0,17 |
0,48 |
0,70 |
|||
|
Дуб |
0,84 |
0,80 |
0,19 |
0,17 |
0,70 |
0,70 |
|||
|
Липа |
1,15 |
1,24 |
0,11 |
0,14 |
0,46 |
0,63 |
|||
|
Сосна |
0,75 |
0,49 |
0,11 |
0,04 |
0,48 |
0,24 |
|||
|
Ель |
0,71 |
1,58 |
0,06 |
0,20 |
0,33 |
0,92 |
|||
Приложение 2. Поступление в почву с опадом основных элементов питания
|
Дерево |
Вес опада, г/м2 |
Поступление с опадам, кг/га |
|||||||
|
N |
P2O5 |
K2O |
|||||||
|
2018 |
2019 |
2018 |
2019 |
2018 |
2019 |
2018 |
2019 |
||
|
Рябина |
95,0 |
42,7 |
68,4 |
41,8 |
30,4 |
15,4 |
37,0 |
23,5 |
|
|
Клен |
100,0 |
150,9 |
69,0 |
123,7 |
18,0 |
33,2 |
156,0 |
170,5 |
|
|
Береза |
114,0 |
132,8 |
92,3 |
144,7 |
13,7 |
22,6 |
84,4 |
86,3 |
|
|
Осина |
103,0 |
138,9 |
77,2 |
112,5 |
11,3 |
23,6 |
49,4 |
97,2 |
|
|
Дуб |
134,2 |
177,8 |
112,7 |
142,2 |
25,5 |
30,2 |
93,9 |
124,5 |
|
|
Липа |
191,3 |
184,3 |
220,0 |
228,5 |
21,0 |
25,8 |
88,0 |
116,1 |
|
|
Сосна |
108,7 |
240,2 |
81,5 |
117,7 |
12,0 |
9,6 |
52,2 |
57,6 |
|