Экологическое состояние дендрофлоры на примере рябины обыкновенной

В настоящее время исследования городской среды и связанные с ними теоретические и прикладные экологические проблемы необычайно актуальны, так как города становятся основной средой обитания человека. В последние десятилетия наблюдается интенсивное насыщение атмосферы городов газообразными и пылевидными отходами транспортных средств и промышленных предприятий. Они вызывают ухудшение условий существования человека и других организмов, создавая угрозу здоровью населения, нарушению климата в локальных и глобальных масштабах. В связи с этим остро ощущается потребность в научно-обоснованных и рациональных мероприятиях по предотвращению загрязнения атмосферы и сохранению нормальных условий жизни, труда и отдыха людей и биосферы в целом.

Среди компонентов живого вещества биосферы наиболее существенным фактором нейтрализации газообразных токсикантов является растительность и особенно древесно-кустарниковые насаждения и естественные лесные массивы. Поэтому одним из перспективных подходов для биологической характеристики воздушной среды является оценка состояния древесных растений по степени их газоустойчивости к промышленным выбросам.

В зонах повышенной загазованности, запыленности и перегрева атмосферного воздуха выявлена повсеместная повреждаемость растений. Установлено, что велика повреждаемость растений дымом со значительной концентрацией двуокиси серы, окиси азота и углерода, сероводорода, аммиака и других.

Для оценки и прогноза состояния древостоя необходима ранняя диагностика нарушения жизнедеятельности древесных растений, подвергнутых воздействию газовых токсикантов.

Поэтому антропогенное воздействие на озеленение мы считаем очень важным вопросом и решили рассмотреть этот вопрос в нашей работе. К тому же в этом и прошлом годах погибло много рябин по всему городу, а на оставшихся практически нет плодов. И это может привести зимой к гибели кочующих птиц (свиристелей, дрозда певчего), питающихся плодами рябины.

Микрорайон <<Интернациональный>> расположен в низинной юго-западной части города, граничит с микрорайонами <<Горняк>>, <<Парковый>>, <<Молодогвардеец>>, проспектом <<Комсомольский>>, Бульваром Дружбы. На расстоянии 5 км к юго-западу находятся обогатительная фабрика ОАО СГОК, цементный завод, на западе на расстоянии 3 км расположено ОАО ОЗММ, на расстоянии 5 км - ОАО СГОК, 10-12 км - ОАО ЛебГОК и завод ГБЖ, северной границей микрорайона является главная автотрасса, связывающая промышленные предприятия и центр города, остальные дороги являются второстепенными.

Юго-западные микрорайоны расположены на Среднерусской возвышенности на высоте 145 км над уровнем моря, в долине рек Оскол и Осколец. Мезорельеф: холмистая равнина; микрорельеф: правый берег реки Осколец, на глубине 20-25 метров залегают подземные воды. Почвы: песчаный чернозем, серые и темно-серые лесостепные на лессовидных суглинках. Гумус - 5%. Климат умеренно-континентальный. Преобладают ветра западного направления.

Рябина обыкновенная распространена в лесной и лесостепной зонах европейской части России, Сибири и на Дальнем Востоке. Растет одиночно во втором ярусе леса, по лесным полянам, опушкам, берегам рек. Небольшое дерево (до 11 м) или крупный кустарник с очередными, непарноперистыми листьями, сверху темно-зелеными, голыми, снизу более светлыми, опушенными. Корневая система у рябины имеет неглубокий стержневой корень и хорошо развитые в радиальном направлении ветвящиеся корни. Цветки до 1 см, в крупных щитках. Плоды оранжево-красные, шаровидные, долго сохраняются на ветвях, очень украшая дерево. Морозостойка и заморозками не повреждается, засухо- и жароустойчива, мирится с небольшим затенением, малотребовательна к почве, но лучше развивается на рыхлой. Плохо растет на сырых торфянисто-болотных, а также засоленных почвах. На суглинистых почвах растет лучше, чем на песчаных. Плохо переносит задымление и загазованность воздуха, не выносит переувлажнения и заболоченности. Результаты исследований, выполненные Н. П. Красинским (1940) и рядом его сотрудников и последователей, показали, что рябина обыкновенная относится к ряду видов с крайне низкой газоустойчивостью. Также Красинский придавал большое значение фактору освещения.

На весьма широкой географической основе проведены рекогносцировочные обследования И. П. Кунцевич и Т. Н. Турчинской (1957). Ими были обследованы различные промышленные предприятия в различных областях России и на основе полученных данных составлена единая шкала сравнительной оценки дымоустойчивости многих деревьев и кустарников. Рябина обыкновенная, согласна этой шкале, относится к среднеповреждаемым видам (степень повреждения до 40%).

Реакция на действие атмосферных газообразных токсикантов в большинстве случаев носит двухфазный характер:

* увеличивается активность функциональных приспособлений;

* происходит угнетение метаболизма.

Соотношение этих двух фаз в значительной мере определяет степень газоустойчивости растений.

На деревьях в зонах высокой загазованности много недоразвитых деформированных листьев, уже в начале лета проявляется омертвление их тканей, начинающееся с краев, а затем распространяющееся к середине. Листья темнеют, засыхают и опадают, чем сокращается продолжительность жизни растений .

В условиях промышленно-загрязненной среды древесные растения имеют более мелкие листья, большую толщину эпидермиса, меньшие размеры клеток ассимиляционной паренхимы и устьиц, большее количество устьиц на единицу площади листа. Усиление ксероморфности в строении листьев часто способствует повышению их газоустойчивости.

Под действием загрязняющих веществ, происходит подавление фотосинтеза, нарушение водообмена, многих биохимических процессов, снижение транспирации, общее угнетение роста и развития растений. Это приводит к изменению окраски листьев, некрозу, опадению листьев, изменению формы роста, ветвлению и т. д.

Плоды рябины необычайно богаты витамином С и издавна используются в домашней кулинарии для изготовления вина, пива, джемов, варений, желе, киселей, десертов и соусов. На вкус они кисло-горькие, поэтому употреблять их рекомендуется в готовом виде с добавлением сахара. Говорят, что ягоды рябины становятся слаще на вкус после первых заморозков. Содержащиеся в ягодах рябины вещества повышают устойчивость организма к кислородному голоданию. Рябина укрепляет организм, способствует налаживанию обмена веществ, при помощи препаратов рябины лечат головные боли. Благодаря содержанию в рябине биологически активных веществ ее используют в борьбе с раком. С помощью отвара цветков рябины лечат зоб. Сорбит понижает содержание жира в печени, холестерина в крови и используется как заменитель сахара.

В народной медицине используют плоды, цветки, листья рябины обыкновенной. Они обладают желчегонным и мочегонным свойствами, а также противовоспалительным, витаминным, потогонным действием, понижают кровяное давление, повышают свертываемость крови.

Древесина рябины твердая и упругая, при этом хорошо поддается обработке. Рябина - ценная древесная порода, дает качественную красноватую древесину, которая идет на изготовление различных столярных изделий, мебели, музыкальных инструментов; она огнестойка и с трудом загорается. Кора применяется для выделки самых дорогих и тонких кож. Листья рябины выделяют летучие вещества, убивающие бактерии. С давних времен из рябины изготавливали веретена и руны. А из ягод рябины изготавливают отличный натуральный красный краситель для ткани.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Основным сравниваемым элементом мы взяли годичный побег. Под годичным побегом мы понимаем побег, развивающийся из почки возобновления в течение одного вегетационного периода . В качестве изучаемых морфометрических признаков были выбраны длина и ширина листовой пластинки. Растения как продуценты экосистем в течение всей жизни, привязанные к локальной территории и подверженные влиянию двух сред - почвенной и воздушной, наиболее полно отражают весь комплекс воздействий. Наглядными морфометрическими показателями состояния древесных популяций являются: длина и ширина листовой пластинки, длина черешка. Нами было проанализировано изменение этих показателей на примере рябины обыкновенной.

Нами была использована методика мониторинга зеленых насаждений населенного пункта. В основу работы положена концепция дискретного описания онтогенеза. Исследование морфологической изменчивости осуществлялось на десяти деревьях средневозрастного онтогенетического состояния в каждой точке исследования. Выделение возрастных состояний проводилось на основании онтогенеза рябины обыкновенной, описанного Ю. А. Дороговой и Л. В. Прокопьевой. С каждого дерева бралось по 10 побегов на высоте 2 м.

Инвентаризуемый объект разделили на условные учетные участки: территория школ №11 и 3 (1 участок), южная часть микрорайона вдоль автотрассы (2 участок), северо-западная часть микрорайона в районе детского парка(3 участок).

На каждом участке выделяли определенную площадку, проводили измерения расстояний между деревьями, определяли их положение относительно друг друга, зданий, газонов, тротуаров. Деревья наносили на план-схему участка, отмечали повреждения.

На втором участке определили коэффициент рекреационной нагрузки: Крек. = Lдор. / Sлеса. Для этого подсчитали площадь изучаемого участка, длину тропинок, пересекающих участок. Если принять, что средняя ширина тропинки равна 1 метру, то суммарная площадь тропинок равна их общей длине.

Определили среднюю продолжительность жизни деревьев, исходя из диаметра ствола и спиленных ранее деревьев (у пней возраст можно определить по годичным кольцам), а также года образования школ и закладки парков, аллей.

Состояние насаждений определял по признакам:

<<хорошее>> - насаждения здоровые, с хорошо развитой кроной, без существенных повреждений;

<<удовлетворительное>> - насаждения здоровые, но с неправильно развитой кроной, со значительными, но не угрожающими их жизни повреждениями, с дуплами;

<<неудовлетворительное>> - насаждения с неправильной и слабо развитой кроной, со значительными повреждениями, ранениями, зараженностью болезнями или вредителями, угрожающими их жизни.

В 2010 году продолжили работу по определению состояния рябины.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1. Всего в 2009 году было встречено 254 дерева рябины, из них 6 находилось в хорошем состоянии, 194 - в удовлетворительном, 53 - в неудовлетворительном. В 2010 году из 254 деревьев в хорошем состоянии осталось 6 деревьев, 187 - в удовлетворительном, 60 деревьев - в неудовлетворительном.

2. 1 участок характеризуется густой посадкой рябины, большим количеством тропинок, небольшим удалением от дороги, заложен 38-39 лет назад. 2 участок расположен непосредственно вдоль автотрассы, рядовая посадка рябин, возраст 5 лет. 3 участок расположен в детском парке, встречаются одиночные деревья и групповые посадки, в 100 метрах проходит второстепенная дорога.

3. На территории 1-го объекта встречено 157 рябин, ни одного дерева в хорошем состоянии, 118 - в удовлетворительном, 39 - в неудовлетворительном.

4. На территории 2-го объекта встречено 37 рябин, из них 16 - в удовлетворительном, 21 - в неудовлетворительном.

5. На территории 3-го объекта встречено 60 деревьев, из них в хорошем состоянии 6 деревьев, 54 - в удовлетворительном. Причем 6 деревьев хорошего состояния росли в огороженном месте, далеко от автотрассы.

6. Результаты занесены в таблицы. Наблюдались повреждения коры антропогенного происхождения, обломанные ветви, засохшая крона. Расстояние между деревьями составляло в среднем 2,5 - 3 м. Отметили, что под большинством рябин почва утоптана, практически нет травяного покрова. Только на двух деревьях, находящихся в неудовлетворительном состоянии, обнаружены плодовые тела трутовиков.

7. Отметили, что средний возраст деревьев на участках 5 - 40 лет, а так как продолжительность жизни рябин 70 - 100 лет, то возраст не влияет на гибель деревьев.

8. На 1 участке ограничили площадку размером 20м*20м. Измерили длину троп, пересекающих этот участок. Она равна - 66,5м. Подсчитали коэффициент рекреационной нагрузки. Крек = 66,5м/400м[2]*100% = 16,625%

Изучаемый участок

Коэффициент рекреационной нагрузки считается средним для парков. Но дальнейшее расширение и увеличение тропинок может привести к уплотнению почвы, изменению температурного, водного и воздушного режима.

9. Мы проследили изменение длины годичного побега у рябины обыкновенной, произрастающей в лесу и на территории микрорайона, и получили следующие результаты. Самый высокий прирост длины годичного побега наблюдался у растений, произрастающих в Обуховском лесу, и составил 81,8мм. Чуть ниже прирост длины годичного побега наблюдался в школьном парке и детском парке равнялся соответственно 71,2мм и 72,3мм. Самый маленький прирост был замечен на проспекте Комсомольском и составил 52,1 мм соответственно.

Таким образом, рассматривая изменение длины прироста годичного побега у рябины обыкновенной, мы видим четкую обратную зависимость данного параметра от концентрации газов и пыли в воздухе.

10. Проведенные нами измерения длины сложного листа рябины обыкновенной показывают, что максимальная длина листовой пластинки отмечена у деревьев, произрастающих в Обуховском лесу (190,5 мм). Близкие значения имеют показатели, полученные в школьном парке (183 мм) и детском парке(183,4мм). И, наконец, самая минимальная длина листовой пластинки была замечена в самом загрязненном районе исследования, на проспекте Комсомольском(171,1мм)

Аналогичная картина характерна и для признака - <<ширина листовой пластинки>>. Также нами замечено, что наиболее широкие листья на деревьях в Обуховском лесу(185мм). А наименьший размер ширины листовой пластинки рябины обыкновенной снова отмечен на проспекте Комсомольском(158,6мм).

Таким образом, данные показывают статистически значимое влияние района исследования на длину и ширину листовой пластинки рябины обыкновенной.

Все данные были занесены в сводные таблицы.

11. На примере рябины обыкновенной мы показали, что не только с помощью физиологических и биофизических критериев можно оценить экологическое состояние городской среды. В связи с проведенными исследованиями мы предлагаем использовать критерии годичный прирост, длина, ширина листовой пластинки для диагностики нарушения жизнедеятельности древесных растений.

12. Предположили причины гибели рябин:

А) близкое расположение друг к другу; рябины светолюбивы;

Б) утаптывание почвы вокруг деревьев; рябины предпочитают рыхлые, хорошо дренированные почвы;

В) загрязнение окружающего воздуха выхлопными газами и выбросами предприятий; рябины негазоустойчивы.

Считаем, что последняя причина является главной, т. к. погибли молодые рябины, незатененные, растущие вдоль автотрассы, почва вокруг не была вытоптана.

ВЫВОДЫ.

Проведенные нами исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Исходя из типа насаждений и антропогенной нагрузки, определили три участка исследований: 1 - недалеко от дороги групповая посадка, 2 - рядом с автотрассой рядовая посадка, 3 - далеко от автотрассы групповая посадка и одиночные деревья.

2. Коэффициент рекреации является средним для садово-парковой зоны.

3. Средний возраст насаждений на 1 и 3 участках 35-40 лет, на 2 участке - 5 лет.

4. На деревьях рябины обнаружены повреждения антропогенного характера.

5. 7 деревьев на двух объектах из удовлетворительного состояния перешли в неудовлетворительное, т. е. практически полностью погибли.

6. Установлена обратная корреляционная зависимость длины прироста годичного побега, длины и ширины листовой пластинки и площади сложного листа рябины обыкновенной от содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.

7. Выявили закономерность между внешними условиями среды, особенностями строения и жизнедеятельности рябины обыкновенной и её экологическим состоянием: большая часть деревьев, находящихся в удовлетворительном (76%) и неудовлетворительном (21%) состояниях, растёт вдоль автотрасс или близко расположена к дороге, входит в групповые посадки с утоптанными тропами. Отсюда, рябина могла погибнуть от загрязнений окружающей среды, уменьшения аэрации почв, затенения.

РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Рекомендуем МУП ПТЖКХ (жилищно-коммунальному хозяйству), МУП Зеленстрой использовать для озеленения города в районе автотрасс газоустойчивые виды деревьев, рябину обыкновенную высаживать далеко автомобильных дорог.

2. Рекомендуем жителям микрорайона Интернациональный выходить на прогулку по асфальтированным дорожкам или в специально отведенные зоны отдыха.

3. Рекомендуем учителям биологии и экологии использовать данные нашей исследовательской работы на уроках.

Мы считаем, что наша работа очень важная и полезная. Мы не только приобретаем определенный объем знаний по экологии, изучаем экологическое состояние родного города, у нас формируются навыки научного анализа явлений природы, осознаём значимость своей практической помощи природе. Обязательно наша работа будет продолжена в следующем году. Мы сравним результаты наблюдений этого года с новыми данными. Проведём исследования экологического состояния рябины обыкновенной в северо-восточной части города, сравним полученные данные.