Влияние атмосферных загрязнений автомототранспортом на растения березы бородавчатой

ОГЛАВЛЕНИЕ

АННОТАЦИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ АВТОМОТОТРАНСПОРТОМ НА РАСТЕНИЯ БЕРЕЗЫ БОРОДАВЧАТОЙ

ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

АННОТАЦИЯ

Исследование выполнялась в 2005-2007 году в условиях города. В работе дан анализ влияния окружающей среды и подтверждены литературные данные об отрицательном воздействии автомототранспорта на рост и развитие на растения.

Объектом исследования стала береза бородавчатая или повислая (Betula pendula) широко применяемая в озеленении г. Ленинска-Кузнецкого.

Изучалась величина прироста побега за вегетационный период, длина и количество жилок в листе, длина черешка листа, размер почек и женского соплодия, ширина и длина листа, наличие различных повреждений листа, качество пыльцевых зерен. Для оценки точности и достоверности полученных результатов проводилась статистическая обработка данных.

Исследовательская работа имеет практическое значение для школьников, стремящихся овладеть методами научного поиска, жителей города, учителей биологии и экологии как практическое руководство по овладению методами биологического мониторинга.

ВВЕДЕНИЕ

Проблема загрязнения атмосферного воздуха – одна из наиболее острых экологических проблем Кемеровской области, так как основная часть населения проживает в районах, где концентрация загрязняющих веществ регулярно превышает ПДК. Загрязнение атмосферы в Кемеровской области является результатом чрезвычайно высокой концентрации различных производств и большого числа передвижных источников (включая автомобильный, железнодорожный и воздушный транспорт). По данным Комитета по охране окружающей среды Кемеровской области выбросы от передвижных источников составляют 237,423 тыс. тонн (19,2%), в том числе: автомобильный транспорт – 225,116 тыс. тонн [3]. Таким образом, доля автотранспорта в выбросах от передвижных источников составляет 94,8%. За последние годы происходит увеличение выбросов от автомототранспорта в среднем на 2,8% (6,408 тыс. тонн) в год в связи с увеличением количества единиц автотранспортных средств. Транспортные средства, особенно автотранспорт, являются источником комплексного воздействия на объекты окружающей среды. Происходит загрязнение атмосферного воздуха продуктами сгорания моторного топлива, водные объекты принимают талые воды снеговых отвалов, ливневых смывов с дорог, почва загрязняется и захламляется отходами, образующимися в результате эксплуатации автомобилей: шинами, аккумуляторами, кузовным ломом, продуктами сгорания моторного топлива. Воздушное, водное и почвенное загрязнение автомототранспортом неизбежно оказывает прямое или косвенное влияние на растительность города.

Уровень загрязнения воздуха в г. Ленинске-Кузнецком и районе оценивается как высокий [3,9]. Для ослабления шума, защиты от пыли и отработанных газов в городе вдоль транспортных магистралей устраивают защитные зеленые полосы. Они позволяют улучшить санитарно-гигиеническую обстановку на улицах города. Культивирование растений позволяет людям приблизить к себе мир живой природы, тягу к которому все в большей мере испытывают горожане. Природная красота была и остается вечной ценностью человеческого бытия.

Растения считаются надежными индикаторами загрязнения природной среды различными токсическими веществами в связи с тем, что они не могут уйти от стрессового воздействия, и вынуждены адаптироваться к нему с помощью физиолого-биохимических и анатомо-морфологических перестроек организма. Фиксация и оценка этих изменений дают достоверную картину условий места произрастания растений и отражают состояние городской среды.

Для защитных полос вдоль магистралей необходимо применять более долговечные виды растений, устойчивые к воздействию выхлопных газов автомобилей. Возникает проблема выяснения степени устойчивости растений, используемых в озеленении нашего города к действию атмосферных токсикантов.

Объектом исследования стала береза бородавчатая (Betula pendula) из семейства березовых (Betulaceae), распространенная по всей лесной и лесостепной зоне Западной Сибири. Предмет исследования: рост и развитие однолетнего побега березы за вегетационный период.

Цель работы: выявление особенностей роста и развития березы под влиянием воздушного загрязнения автомототранспортом.

Решаемые задачи:

• Изучить необходимую для работы литературу;

• Овладеть научными методами исследования;

• Выявить параметры роста и развития березы, позволяющие тестировать наличие атмосферных токсикантов.

• Определить возможность использования березы бородавчатой для мониторинга окружающей среды и озеленения улиц города.

Изучение некоторых морфологических характеристик березы осуществлялось в 2005-2007 году. Выполненная работа позволяет определить возможности использования березы в озеленении улиц города и для мониторинга качества окружающей среды.

Ознакомление с литературой показало, что многие авторы (Е.И. Князева, В.С. Николаевский) и исследовательские институты (КГУ г.Кемерово, ЦСБС СО АН РФ г. Новосибирск) активно занимаются проблемой устойчивости растений к воздушному загрязнению. Под устойчивостью растений к действию газообразных токсикантов понимают их способность благодаря анатомо-морфологическим, физиологическим и биохимическим особенностям выдерживать значительные концентрации токсических газов без снижения роста и развития (Культиасов, 1982).

Результаты исследований ряда авторов убеждают в существовании глубоких структурных и физиолого-биохимических различий у растений, произрастающих в различных по антропогенному воздействию зонах (Красинский, 1950; Кулагин, 1974; Культиасов, 1982; Рубин, 1976).

Глава 1. ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ АВТОМОТОТРАНСПОРТОМ НА РАСТЕНИЯ БЕРЕЗЫ БОРОДАВЧАТОЙ

Береза бородавчатая (Betula pendula) из семейства березовых (Betulaceae) образует частые насаждения и входит в состав смешанного леса. Береза является важнейшей лесообразующей породой, преобладающей в 60% лиственных и хвойно-лиственных лесов. Она прекрасно приспособлена к перенесению низких температур, не страдает от весенних заморозков [4]. Характерная особенность Б. бородавчатой – маленькие бугорки на молодых побегах. Продолжительность жизни от 40 до 120-150 лет.

Корневая система мощная, кора белая, гладкая. Листья очередные, с перистонервным жилкованием, с более или менее длинными черешками, с пильчатым или зубчатым краем. Цветет береза одновременно с распусканием листьев. Пыльца разносится ветром. После пыления мужские соцветия усыхают и отваливаются, женские развиваются, увеличиваются во много раз, видоизменяются и превращаются в соплодия.

В основу изучения взяты программа и методика сортоизучения плодовых и орехоплодных культур [10], методическое руководство ВИР им. Н.И. Вавилова [5], учебно-методическое пособие «Школьный экологический мониторинг» [14].

Наблюдения осуществлялись в трех точках: 1 – растения зеленой полосы вдоль улиц Энгельса и Мусохранова (опыт 1), 2 – на расстоянии 100 метров от дороги (опыт 2), 3 – в глубине парковой зоны отдыха - 900-1000 метров от дороги (контроль). Элементы учета: длина прироста основного и боковых побегов березы за вегетационный период, размер боковых и верхушечных почек, площадь листовой пластинки, длина и количество жилок в листе, длина черешка листа, длина женского соплодия, виды повреждений листа, качество пыльцевых зерен.

Возраст растений, используемых для наблюдения примерно одинаков, все пробы были взяты на одной высоте от поверхности земли. Измерение длины и ширины учетных объектов осуществлялось сантиметровой лентой, изучение площади листовой пластинки проводилось на аналогах листьев, переведенных на миллиметровую бумагу, что облегчило подсчет площади листа. Методика анализа качества пыльцы заключается в определении процента ненормальных (абортивных) пыльцевых зерен.

Взятие проб осуществлялось один раз в вегетационный период: май 2006, 2007 г.г. – пыльца; сентябрь 2005, 2007 г.г. – побеги березы бородавчатой. Повторность шестикратная.

При наблюдениях и измерениях проводилась статистическая обработка полученных результатов. Это позволило оценить точность и достоверность полученных результатов, избежать ошибочных выводов.

П о литературным данным [3,9] в выбросах автомототранспорта преобладают свинец, сажа, оксид азота, оксид углерода, углеводороды, диоксид серы, иногда превышающие ПДК в несколько раз. Наибольшую опасность для растений представляет сернистый ангидрит (SO₂), соединения фтора (HF, FSi₄), хлористый водород (HCl), оксиды азота (NO, NO₂), пылевые частицы, содержащие абсорбированные газы и оксиды различных металлов.

Выбросы автомототранспорта – это комплекс различных инградиентов. Суммарное действие этих веществ на растения иное, чем каждого газа в отдельности.

В первую очередь, отрицательное воздействие воздушного загрязнения сказывается на листьях растений. Листва задерживает городскую пыль, очищает воздух. Химическое действие пыли определяется составом, количеством и токсичность для данного растения. Физическое действие пыли проявляется, прежде всего, в образовании чехла, препятствующего нормальному тепло- и влагообмену листа с атмосферой и уменьшающего интенсивность доступного для растений света. Температура листа повышается на 8-10єС, соответственно увеличивается скорость транспирации. При сплошном покрытии листьев пылью испарение воды прекращается, и растения погибают. Иногда физиологические повреждения не сопровождаются внешними изменениями, но обычно признаки поражения растений токсикантами выражаются в некрозах края листа, побурении листьев, уродливых формах листа («смятые листья»), скручивании, «ожогах», а в тяжелейших случаях – засыхании и опадании листьев, отмирании растений [2].

Сильное повреждение листового аппарата не всегда приводит к гибели растения. Благодаря регенерационной способности растения восстанавливают новые листья и побеги взамен поврежденных.

В изученной нами литературе имеются данные о различной степени устойчивости растений к загрязнению окружающей среды [1, 9, 12, 13].

При озеленении улиц города необходимо учитывать способность растений концентрировать и накапливать из атмосферы вещества антропогенного происхождения, которые могут оказывать негативное воздействие, как на растение, так и на здоровье человека. Все растения способны очищать атмосферу, различия возникают только в эффективности процесса. По данным сотрудников ЦБС АН Белоруссии наибольшей емкостью поглощения (за вегетацию) обладают тополь бальзамический, тополь лентовидный, ива белая, а из хвойных пород – пихта одноцветная, ель колючая, ель голубая [2]. Высокая газопоглотительная способность у бирючины обыкновенной, тополя китайского, боярышника колючего (всего около 30 видов).

Для озеленения городов и населенных пунктов в Кемеровской области Центральным Сибирским ботаническим садом СО АН РФ г. Новосибирска рекомендован ассортимент местных и интродуцированных древесных и кустарниковых растений, включающий в себя 158 видов. Из них древесные растения составляют 47 видов, а кустарниковые – 111 видов (см. приложение).

В озеленении г. Ленинска-Кузнецкого повсеместно используется несколько пород. Это – тополь сибирский, клен ясенелистный, карагач, акация желтая, сирень обыкновенная. За последние годы в посадки стали вводить новые растения: березу бородавчатую, липу мелколистную, лиственницу сибирскую, рябину сибирскую, клен татарский, лох серебристый, сирень венгерскую и др.

При создании зеленого наряда г.Ленска-Кузнецкого необходимо учитывать морозо- и газоустойчивость деревьев и кустарников. По данным А.П. Баранник наибольшей морозоустойчивостью и газоустойчивостью обладают: ива белая, сибирские виды рябины, тополя, лиственницы, боярышник, кизильник черноплодный, береза бородавчатая, вяз гладкий, карагач, сирень обыкновенная, роза морщинистая, ясень зеленый и другие. Хвойные виды менее устойчивые к воздействию промышленных выбросов в озеленении используют реже.

В ассортименте растений, рекомендованных ЦСБС СО АН РФ г. Новосибирска, береза отнесена к растениям неустойчивым к действию воздушных загрязнителей (приложение 1).

Для защитных полос автомагистралей необходимо применять более долговечные виды растений, устойчивые к воздействию выхлопных газов автомобилей. Работа, выполненная мной, позволяет выявить влияние атмосферного загрязнения автомототранспортом на березу бородавчатую и определить возможности использования ее в озеленении улиц города Ленинска-Кузнецкого.

Загрязнение атмосферы приводит к различным нарушениям развития растений, вызывая сокращение сроков вегетации, уменьшение площади ассимилирующих органов, торможение процессов развития [9]. Осевшая на растениях пыль тормозит рост растений.

Наблюдения за состоянием побега осуществляли на живом растении, без отделения побега от основного растения. При измерении длины побега пользовались сантиметровой лентой. Из полученных измерений произвольно взяли каждое пятое измерение. Таким образом, n = 50. Затем провели статистическую обработку данных (приложение 2, табл.1).

П ри анализе полученных данных была установлена достоверность в различиях длины основного однолетнего побега в опыте и контроле. В условиях сильного атмосферного загрязнения происходит снижение величины прироста однолетнего побега березы бородавчатой за вегетационный период (диаграмма 1)

Диаграмма 1. Средняя величина однолетнего побега березы

Разница в длине побега в зоне сильного загрязнения составляет: основного – 31,4 %, бокового – 42,3 %. В сравнении с 2005 годом происходит снижение средней длины побега в среднем на 1 %. Это может быть связано с увеличением количества загрязняющих веществ в воздухе или с климатическими условиями вегетационного периода, (сравнительный анализ не производился). Изучая данные по встречаемости побегов различной длины, было отмечено, что в опыте чаще всего встречаются побеги с длиной 21-23 см, а у контрольных растений – 25-35 см. диаграмма 2)

Диаграмма 2 Длина побега, см.

В процессе приспособления к условиям загрязненной атмосферы у растений появляется мелкоклеточность, утолщение клеточных оболочек, уменьшение площади листовой пластинки, увеличение жилкования и количества устьиц [7].