Департамент образования города Севастополя
ГБОУ ДО «Центр эколого–натуралистического творчества
учащейся молодежи» г. Севастополя
Состояние насаждений сосны Крымской в связи с расположенностью вблизи автомобильной трассы
Работу выполнила:
Учащаяся в Гимназии №1 им.
Научный руководитель:
, к. б.н.,с. н.с.
Педагог дополнительного
образования ГБОУ ДО «ЦЭНТУМ»
Севастополь
2016 год
СОДЕРЖАНИЕ
Оглавление
Характеристика района исследования. 7
ВВЕДЕНИЕ
Актуализация экологического состояния города Севастополя определяется тем, что она становится основной средой обитания современных людей и будущих поколений. Городская среда-это новая социально-природная реальность, с которой человечество столкнулось в конце XX – начале XXI веков. Процесс урбанизации стремительно нарастает, увеличивается количество городов и численность городских жителей, растет площадь урбанизированных территорий.
Очень важно проследить загрязненность воздуха, т. к. постоянный рост транспортных потоков в городе вызывает ухудшение состояния атмосферного воздуха, а также увеличения шумового влияния на окружающую среду.
Процент автомобилей, которые работают с превышением нормативов содержания загрязняющих веществ в отработанных газах, превышает средние показатели по России. Выбросы от автотранспорта содержат такие вредные вещества, как серный ангидрид, окись азота, окись углерода, пыль, свинец и другие тяжелые металлы.
Наблюдения за состоянием воздуха проводится сетью стационарных постов гидрометеорологической службы г. Севастополя. Результаты свидетельствуют о том, что содержащиеся в атмосфере вредные вещества, связанные с выбросами автотранспорта, составляют значительную часть в общем загрязнении воздуха.
Для улучшения состояния атмосферного воздуха необходимо разработать программу и внедрить систему регуляции транспортных потоков на магистралях и узловых пунктах движения. Кроме этого необходимо привести транспортные средства в соответствие с экологическими требованиями стандартов. Такие мероприятия позволят оптимизировать влияние передвижных выбросов на человека и окружающую среду.
Актуальность исследований определяется тем, что загрязнителями атмосферного воздуха продолжают оставаться предприятия теплоэнергетики (22,6% валовых выбросов), аграрный комплекс (10,2%), Балаклавское рудоуправление (6,2%), судоремонтные предприятия (2,9%).
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Загрязнение воздуха представляет собой сигнал отрицательной обратной связи, который может спасти индустриальное общество от гибели, потому что:
1. Это сигнал об опасности, предупреждающий о необходимости «рассредоточить» промышленное использование энергии.
2. Вклад в загрязнение вносит каждый из нас (управляя автомобилем, используя электроэнергию и т. п.) и каждый из нас в разной степени страдает от этого.
3. Решение может быть найдено в результате изучения проблемы в целом, так как попытки борьбы с отдельными источниками и видами загрязнения как с частными проблемами не только не эффективно, но и могут привести к превращению одной категории загрязнения в другую.
Некоторые загрязнители реагируют друг с другом в окружающей среде и образуют вторичные загрязнения, что еще более осложняет проблему загрязнения воздуха. Например, два компонента выхлопных газов, соединяясь в присутствии солнечного света, образуют новые и даже еще более ядовитые вещества, известные под названием «Фотохимического ожога» [1, 6].
Автотранспорт – основной загрязнитель атмосферы городов. Опасность этого загрязнения обусловлена непосредственной близостью источников загрязнения к жилым районам, их расположение вблизи земной поверхности – в зоне дыхания людей. Особенно высокое содержание отработавших газов автотранспорта на уличных перекрестках перед светофором, где двигатели автомобилей работают на богатых смесях. В районах с узкими улицами и высотными домами выхлопные газы рассеиваются медленно и вызывают хронические отравления людей, длительное время находящихся на воздухе [3]. Кроме того, известны шумозащитные свойства древесный насаждений. На данный момент борьба с шумовым загрязнением является одной из важнейших проблем урбанизованных территорий. Естественным барьером защиты от шумового воздействия являются древесно-кустарниковые насаждения [13].
Насаждения вдоль автомобильных дорог относят к насаждениям специального назначения. Они выполняют не только санитарно-гигиеническую, но и декоративно-планировочную, эстетическую функцию. Нормой зеленых насаждений общего пользования является 21-24 м2 на 1 человека [10].
Растения в условиях города, расположенные на 1 га за 1 час могут поглотить 8 л углекислого газа и выделить в атмосферу количество кислорода, необходимое для жизни 30 человек [4].
Представления о жизненной необходимости зелёных насаждений для существования городской среды обусловили выбор темы исследования.
Фотохимический смог – это многокомпонентная смесь газов и аэрозольных частиц. Основными компонентами смога являются озон, оксиды серы и азота, а также многочисленные органические соединения перекисной природы, которые в совокупности называются фотооксидантами. Смог возникает, когда молекулярный кислород и оксиды азота, которые накапливаются в атмосфере во время устойчивой безветренной погоды, поглощают энергию ультрафиолетового излучения Солнца, от этого молекулы переходят в возбужденное электронное состояние. Такое состояние характеризуется способностью быстро вступать в химические реакции, то есть оксиды азота и молекулярный кислород моментально окисляют продукты сгорания автомобильного топлива – остатки углеводородов, которые выбрасываются в атмосферу огромным количеством транспорта, в результате чего образуются новые органические соединения.
От фотохимического смога страдают и люди, и растения, и постройки, и различные материалы. Фотохимический туман вызывает у людей раздражение слизистых оболочек глаз, носа, горла. Он обостряет легочные и различные хронические заболевания, кроме того, помимо раздражающего воздействия может оказать и общетоксическое. Для смога характерен неприятный запах. Из-за него может резко уменьшится видимость, а город окутаться желто-синей мглой.
Окислы азота + Углеводороды→
Пероксиацетилнитрат (ПАН) и Озон (О3).
Продукты фотохимического смогу токсичны для растений в том числе: азон усиливает интенсивность дыхания листьев, что приводит к гибели растений от истощения, а ПАН - блокирует процессы фотосинтеза, растение гибнет от недостатка питательных веществ [6].
Целью работы является изучение комплекса морфологических показателей сосны Крымской, установление уровня загрязненности воздуха на примере района пр. Острякова в городе Севастополе.
Задачи:
1. Характеристика района исследования.
2. Сбор нужных материалов для изучения.
3. Оценка уровня загрязненности хвои методом очистки и фильтрования.
4. Выполнение нужных измерений загрязненности хвои в зависимости от приближенности к проезжей части.
5. Создание наглядных графиков, показывающих уровень осадков выхлопных газов с пылью у сосен, показателей морфологических признаков и количество веществ, смытых с поверхности хвои.
6. Анализ полученных результатов с последующим составлением выводов.
7. Практическая работа в Мекензиевском лесничестве в городе Севастополе по культивированию саженцев сосны Крымской.
Оборудование для исследования:
· Секатор для взятия проб побегов сосны.
· Глубокая ёмкость и щетка для смывов плёнки загрязнителя с побегов.
· Ёмкости 0,5 л с водой для смыва плёнок загрязнения.
· Фильтровальная бумага и воронка для фильтрации раствора с загрязнителем с последующим определением веса осадка.
· Потребовались также такие предметы, как карандаши, ручки, линейка, компьютер для обработки первичных данных и представления их в виде таблиц и графиков.
Характеристика района исследования
В качестве района исследования был выбран проспект Генерала Острякова-одна из верхних точек Севастополя. Для исследования был выбран участок, прилежащий к Гимназии №7. Здесь насаждения сосны расположены в 3 ряда. Район с очень развитой инфраструктурой: магазины, школы, детские сады, скверы, что, соответственно, и обуславливает интенсивное движение транспорта в оба направления (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид района исследования – проспекта Острякова (г. Севастополь)
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования является Сосна Крымская или Палласова (лат. Pinus Pallasiana D. Don). Семейство Сосновые (рис. 2).
Основная лесообразующая порода на южном макросклоне гор Крыма. Деревья с серой коркой (до 30 метров высотой). Хвоинки длинные, жесткие, от 8-18 см длиной. У старых деревьев верхушка уплощается, крона становится почти зонтиковидной, ствол приобретает розово-серую окраску. Периметр ствола может достигать 3-6 метров. Женские шишки крупные, конические, щитки их ромбические, блестящие. При созревании шишки раскрываются сразу. Смолистость Крымской сосны в 4 раза выше, чем у сосны обыкновенной. В летний период посещение хвойных лесов запрещено именно потому, что велика опасность пожаров. Название сосна получила в честь ученого-ботаника . 
Рис. 2. Общий вид сосны Крымской в естественном местообитании.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материалами исследования послужили пробы побегов сосен, расположенных на трех разноудаленных рядах от проезжей части на проспекте Острякова (рис. 3).
Рис. 3. Сбор проб хвои сосны Крымской в районе пр. Острякова
Известно, что сосна является одним из наиболее известных биологических индикаторов и для условий России сосновые породы наиболее чувствительны к загрязнению воздуха. Это обусловливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного загрязнения, принимаемого в настоящее время за эталон [11].
Для оценки загрязненности сосен были использованы такие методы:
1. Для определения компактности расположения ассимилирующих органов находили число хвоин на 10 см длины побега (n/10) (рис. 4).
Рис. 4. Определение длины хвоин и плотности их расположения на побеге.
2. Смыв плёнки с хвоин сосны и определение количества загрязнения на единице поверхности хвои.
Для этого собранные пробы побегов сосен промывают в специальной посуде (рис. 5).
Рис. 5. Процесс получения смыва загрязнителя с хвоин сосны крымской.
Рис. 6. Процесс фильтрации взвеси загрязнителя.
Полученную взвесь отфильтровали через складчатый фильтр (рис. 6).
Затем фильтр высушивали и весовым методом находили количество загрязнителя, покрывающего ассимилирующие органы сосны. Затем рассчитывали площадь поверхности хвои, исходя из каждой пробы, и определяли массу загрязнителя на единицу поверхности побега.
3. Построение графиков и таблиц, исходя из расчетов сосен, подверженных разному уровню загрязнения.
4. С целью оценки морфо-физиологического состояния сосен находили универсальный безразмерный показатель приведенной удельной поверхности одной хвоины, и хвоин с побега, длиной 10 см. по формуле, разработанной и др. на базе ИБМ РАН [7]:
где:
S - площадь поверхности объекта;
W - объем объекта.
Загрязненный воздух в городе сокращает количество ультрафиолетовых лучей и тем самым повышает количество микробов, разъедает металлические изгороди, памятники, машины в цехах, насаждения, в первую очередь хвойные.
Рис. 7. (Взято из: Скуфьин и охрана природы: Учеб. Пособие.- Воронеж: Изд-во ВГУ, 1986.-280 с).
В связи с неуклонным ростом народонаселения и увеличением размеров
городов возрастает негативное влияние продуктов технической деятельности
человека на фрагменты природной среды, что можно определить, как урбанизация природы [5].
Загрязнение атмосферного воздуха входит в перечень первоочередных экологических проблем Севастополя. Значительное снижение концентрации основных пигментов и изменение структурных характеристик сосен под действием загрязнения воздушной среды было отмечено для района пр. Острякова [7]. Приведенные факты свидетельствуют об актуальности темы исследования.
Рис. 8. Доля видов загрязнителей атмосферы.
Рис. 9. Гистограммы количества загрязнения CO.
Рис. 10. Гистограммы содержания CH в атмосферном воздухе.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Табл. 1: Показатели ассимилирующих органов и оседающей на них плёнки выхлопных газов с пылью у сосен, расположенных на разном расстоянии от трассы пр. Острякова (г. Севастополь)
Расстояние до трассы (м) | L (мм) | n/10 (экз/10 см) | S/10 (см2/10) | Загрязнение (мг/10см2) | S0 побега | S0 хвоины |
2 | 117 | 95,1 | 54,9 | 53,5 | 6,02 | 3,14 |
4 | 167 | 105,4 | 73,8 | 33,8 | 6,24 | 3,28 |
6 | 167 | 124,0 | 78,5 | 19,1 | 6,86 | 3,96 |
Черноречье | 169 | 204,0 | 85,3 | 8,0 | 7,48 | 4,16 |
В таблице приведены средние величины
Высокий уровень загрязнения хвои сосен вблизи городской трассы указывает нам на проблему загрязнения воздуха. Из таблицы следует, что у сосен 1-го ряда загрязнение значительно выше, чем у 3-го ряда, а морфологические показатели – ниже. Можно утверждать, что это связано с подавлением физиологической активности хвои под действием компонентов загрязнения атмосферного воздуха выбросами транспорта. Наиболее значительно снижается плотность расположения хвоин от 204 в контроле до 95,1 на расстоянии 2 м от трассы; S-10 снижается соответственно от 85,3 до 54,9, S0 от 7,48 до 6,02 и S0 хвоины от 4,16 до 3,14.
Суждение о снижении активности роста хвоин в условиях загрязнения находит подтверждение в литературе. При изучении относительного жизненного состояния сосны было показано, что оно изменяется от «здорового» до «сильно-ослабленного» из-за близкой посадки друг к другу и расположения автотрассы [8].
Для решения практических задач озеленения города были проведены работы по прополке саженцев сосны Крымской в Мекензиевском лесничестве г. Севастополя.
Рис. 11. Агротехнические работы по культивированию сосны Крымской в Мекензиевском лесничестве.
На основании опыта, приобретённого в ходе лесотехнических работ можно предположить следующую схему насаждений специального назначения: на расстоянии от 2 до 6 м от трассы высаживать нижний ярус в виде кустарников высотой до 1 м. Затем - полоса низкорослых деревьев, например, сосен полосой до 12 м от дороги. Третий ярус – высокоствольные деревья, такие как платан, тополь и другие. При такой схеме насаждения не только будут защищать жилые застройки от продуктов фотохимического смога, но и сами смогут выдерживать воздействие компонентов загрязнения. Схема расположения насаждений специального назначения позволяет с наименьшими затратами восстанавливать первую полосу, состоящую из кустарников, которые примут на себя основную долю загрязнителя. Возобновление этих насаждений потребует минимум физических и материальных затрат, тогда как вторая и третья полосы останутся в более выигрышном положении. Затраты на возобновление древесных пород потребовали бы гораздо больше вложений в рекультивацию.
Рисунок 12: Показатели длины хвоин (L, мм), компактности их расположения на побеге (n/10, экз) и площади ассимилирующей поверхности 10 см побега (S/10 см2)
На 12-м рисунке показано, что по мере удаленности от трассы от 2 до 6 метров показатели длины хвоин, компактности их расположения и площади их ассимилирующей поверхности увеличиваются.
Рисунок 13: Количество загрязняющего вещества, смытого с 10 см2 поверхности хвои (мг/10 см2)
На 13-м рисунке мы можем четко увидеть, что количество загрязняющего вещества на 10 см2 хвои у сосен, расположенных на расстоянии 2 м от трассы намного больше, чем у сосен, расположенных на расстоянии в 6 м от трассы.
ВЫВОДЫ
1. Показано значительное снижение показателей развития ассимилирующей поверхности сосны по мере приближения деревьев к трассе:
ü Длина хвоин снижается на 30,1%;
ü Показатель компактности расположения хвоин на побеге сократился на 24,4%;
ü Показатель развития ассимилирующей поверхности уменьшился на 29,9%.
2. Установлено, что количество загрязняющего вещества, оседающего на 10 см2 ассимилирующей поверхности хвои сосен, расположенных на расстоянии 2 м от трассы, в 2,8 раз больше, чем у сосен, расположенных на расстоянии 6 м от трассы.
3. Разработанные и применённые оригинальные экспресс-методы оценки влияния транспортных выхлопов и поднимаемой автомобилями пыли на метаболизм деревьев может быть применён в практике экологического мониторинга.
4. Выхлопы и пыль создают на поверхности ассимилирующих органов деревьев прочную плёнку, нарушающую нормальный процесс ассимиляции, что, в конце концов, приводит к пожелтению хвои и гибели деревьев.
5. Предложена схема расположения насаждений специального назначения ярусным способом в 3 полосы вдоль автотрасс. 1-й ярус - кустарники до 1 м высотой, 2-й ярус – низкоствольные деревья до 8 м и 3-й ярус – высокоствольные виды деревьев до 20 м высотой.
ЛИТЕРАТУРА
1. Харпер Дж., . Экология. Особи, популяции и сообщества: Т.1: Пер. с англ.-М.: Мир, 1987.-667с.
2. , В.. Цветной атлас растений Крыма. В двух томах. Симферополь: Бизнес-информ, 2011.-448с.
3. «Воздействие автотранспорта на состояние атмосферного воздуха г. Уфы». Экология и природопользование: прикладные аспекты: матер. 4 Междунар. Научно-практ. Конф.-Уфа: АЭТЕРНА, 2016.-с. 124-127.
4. Лукаревская в условиях города// Ботаника.-2007.-№8.-с.1.
5. Новиков общей экологии охраны природы: Учеб. Пособие.-Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та. 1978.-С.352.
6. Основы экологии. Изд-во «Мир», Москва,-1975,-740с.
7. «Некоторые морфологические и физиологические адаптации сосны Крымской к условиям антропогенного воздействия». Кадастровые исследования семенных биогеоценозов, их антропогенная динамика и охрана. Изд-во ДГУ, 1991.-с. 176-181.
8. Сафиуллин культуры сосны обыкновенной в северной лесо-степной зоне республики Башкаркостан. С. 320-324.
9. Скуфьин и охрана природы: Учеб. Пособие.-Воронеж: Изд-во ВГУ,1986.-280с.
10. , «Зеленые насаждения: их функции и роль в экологии города», 2015.-с. 230-234
11. и др. Особенности хвои сосны обыкновенной, как показатели для экологического мониторинга парков и скверов г. Уфы. С. 374-377.
12. и др.. Экологические системы. Адаптивная оценка и управление. Изд-во «Мир», М.:1981.-306с.
13. , «Шумозащитные свойства древесно-кустарниковых насаждений на территории города Салават в зимний период»-с. 390-393.
