Мониторинг антропогенного ландшафта по сосне обыкновенной

средняя общеобразовательная школа № 1 с. Арзгир

Работа

МБОУ СОШ № 1

с. Арзгир

Феденко Дарьи

Руководитель:

учитель биологии

1 категории

Недбайло Н.М.

с. Арзгир

2013год

1. 
   Введение
   

- изучение состояния окружающей среды (атмосферного воздуха) в центре села Арзгир, используя в качестве биоиндикатора сосну обыкновенную.

Для реализации данной цели были поставлены следующие задачи:

1. изучить научно-методическую литературу, посвящённую данной теме исследования;

2. провести обследование состояния растений вида сосна обыкновенная;

3.определить степень дефолиации деревьев;

4. определить степень пожелтения листьев;

5. определить критерий жизненного состояния деревьев для оценки состояния окружающей среды.

1. 
   Наблюдение.
   
2. 
   Описание.
   
3. 
   Сравнение.
   
4. 
   Биоиндикация.
   

Голосеменные очень древние растения, останки которых находятся в слоях девонского периода палеозойской эры. Это самая многочисленная и наиболее распространенная группа голосеменных растений. Хвойные вечнозеленые растения, за исключением лиственницы и метасеквои. Они представлены в основном деревьями, кустарниками, древовидными лианами и даже эпифитами. Игловидные или конусовидные листья располагаются на стебле по спирали (одиночные) или собраны в пучки, чешуевидные супротивно.

У хвойных мощно развита вторичная ксилема (древесина), состоящая на 90-95% из трахеид. Кора и сердцевина развиты слабо. Зародышевый первичный корень превращается, как правило, в мощный стержневой и функционирует всю жизнь. Часто развивается две формы корней – обычно удлиненные и сильноветвистые укороченные. Именно последние представляют собой микоризу. Корневые волоски локализованы в узкой зоне. У многих хвойных в коре, древесине и листьях есть смоляные ходы, содержащие эфирное мало, смолы и бальзамы.

Хвойные растения – однодомные, реже двудомные. Например, сосна – растение двудомное, мужские и женские шишки образуются на одном растении. В типичном случае она достигает высоты 50 м и живет до 400 лет. Спорообразование происходит на 30-40-м году жизни, но бывает и раньше. Спорофиллы собраны в шишки двух видов, резко отличающихся между собой: мужские представлены метельчатыми «соцветиями», женские – одиночные. Мужская шишка, имеющая эллипсовидную форму длиной 4-5 см, диаметром 3-4 см, образуется в пазухе чешуйки на месте укороченного побега и представляет собой побег с хорошо развитой осью (стержнем), на которой спирально расположены микроспорофиллы, редуцированные спороносные листья. Их можно рассматривать как гомологи тычинок покрытосеменных. На микроспорофиллах с нижней стороны формируются микроспорангии (пыльники).

Женские шишки образуются на верхушках молодых побегов, они больше по размерам и сложнее устроены. На главной оси в пазухах кроющих чешуек образуются толстые чешуи с двумя семязачатками на верхней стороне. Эти чешуи называют семенными.

Хвойные формируют природные ландшафты – тайгу – на огромных пространствах континентов. Их значение в жизни природы и хозяйственной деятельности человека велико. Являясь важнейшим компонентом биогеоценозов, они имеют огромное водоохранное и противоэрозийное значение. Хвойные растения дают основную массу строительной древесины и являются исходным материалом для многоотраслевой лесотехнической промышленности. Из хвойных получают вискозу, шелк, шпатель, бальзамы и смолы, камфару, спирт и уксусную кислоту, дубильные экстракты и т.д., а также пищевые продукты и витамины.

Самый распространённый вид сосны, произрастающий в России - сосна обыкновенная(PinussylvestrisL.). Общими для этого вида чертами являются: парное расположение хвои на укороченных побегах, плоско-выпуклая форма хвоинок в поперечном разрезе, крепкие деревянистые шишки с характерно утолщёнными концами чешуек, полуторагодичный период их созревания, своеобразное сочетание семени с крылом.

Сосна обыкновенная – дерево первой величины. Её ствол в насаждениях прямой, как правило, высоко очищен от сучьев. Деревья, выращенные на свободе и опушках леса, имеют меньшую высоту, с низко расположенной кроной. В молодости крона у таких деревьев конусовидная, позже становится округлённой и зонтиковидной, более плоской. Это объясняется тем, что с 40-50 лет рост осевого побега деревьев растущих на свободе, значительно замедляется, а со 100-125 лет – прекращается. Прирост боковых побегов замедляется, и вследствие этого крона приобретает округлую или зонтиковидную форму. Кора в различных частях дерева отличается по цвету и толщине. Нижняя часть дерева покрыта глубокобороздчатой, краснобурой корой. Верхняя часть ствола и крупные ветви – гладкой серо-зелёной корой.

Почки у сосны засмоленные, красновато-бурые, удлинённо-яйцевидные, острые, длина их 6-12 мм, располагаются на концах побегах мутовками.

Хвоя сизо-зелёного цвета расположена спирально, в пучках по две; в основании окружена влагалищами из чешуи. С внутренней стороны она плоская, с наружной выпуклая, жёсткая, на верхушке заострённая, по краям мелкопильчатая. Устьица располагаются рядами на обеих сторонах хвои, но обильно на плоской. Длина хвои сосны колеблется от 2 до 8 см. Наибольшей длины хвоя достигает на побегах последних 6 лет и на осевом побеге. На северной части кроны длина хвои меньше, чем на южной. (П. Рейвн «Современная ботаника»,1990)

3. Материалы и методика

3.1. Район исследования

Ставропольский край, Арзгирский район, село Арзгир, пришкольный участок МБОУ СОШ № 1 (Приложение 1), район ЗАГСа (Приложение 2)

Арзгирский район — один из 26 районов края, который выглядит точкой на карте нашей Родины. ( Приложение 3, рисунок 1.). Для нас Арзгирский район — это малая родина, дом, в котором мы живем. Несмотря на малые размеры, на территории нашего района можно увидеть много интересного. При кажущемся однообразии окружающей природы на территории Арзгирского района можно встретить удивительные растения, приспособившиеся к существованию в условиях недостаточного увлажнения, сильной жары летом и суровых морозов зимой. Животный мир хорошо приспособился к условиям существования в сухих степях, полупустынях и в нашем «море» — Чограйском водохранилище.

Арзгирский район расположен на северо–востоке Ставропольского края. Площадь 3379 км², что составляет 5,1% от площади края. С запада на восток район протянулся на 83, 5 км, а с севера на юг – на 77,5 км. На севере Арзгирский район граничит с Республикой Калмыкией, на северо – западе с Туркменским районом, на юго – западе район граничит с Благодарненским, на юге с Буденновским, на востоке с Левокумским районами. Общая площадь границ около 300 км.

Село Арзгир – центр района, основано в 1876 году. Название образовалось от тюркского словосочетания «Арсгир», «Арс» - это имя собственное, «гир» - ручей. Жители занимаются земледелием, скотоводством, на полях выращивают пшеницу, рожь, овёс, ячмень.Люди, живущие в районе, совершили подвиг, приспособив окружающую среду для нормального существования. Беречь это богатство — наш долг. ( А. Н. Подкладов, География Арзгирского района, Ставрополь, 2005 год.)


3. 2. Методика исследования

Методика изучения, мониторинга и оценки жизненного состояния базируется на методе биоиндикации. Суть подхода заключается в том, что по различным признакам исследуемого хвойного дерева мы судим о состоянии окружающей среды, т.е. общем жизненном состоянии.

Работа по выполнению данного задания включает три этапа:

- выбор площадок и отбор деревьев для проведения измерений;

- описание общего жизненного состояния (ОЖС) деревьев;

-оценка и интерпретация данных, представление результатов исследования.

Для выполнения работы понадобятся: рулетка, бинокль, бланки описаний - по одному на 2-3 учащихся.

3.2.1. Выбор площадки и отбор деревьев для проведения исследования

Как правило, все долговременные исследования, а особенно мониторинг, проводятся на постоянных площадках. Мы выбрали две площадки, одна на территории школьного двора, а вторая в районе ЗАГСа. При выборе деревьев очень важно обеспечить случайную выборку деревьев. В научных исследованиях система случайной выборки, при которой выбранные субъекты отражают общее состояние всего объекта изучения, называется отбором представительной пробы.

В нашем случае мы взяли для описания, имеющиеся деревья вида сосна обыкновенная. Это дерево очень чутко реагирует на малейшие изменения условий произрастания, в том числе и на загрязнение среды. Удобство выбора сосны для проведения исследований связано и с тем, что сосна – вечнозеленое растение и дает один побег в год, что существенно упрощает наблюдения. В методическом плане она проработана в наибольшей степени.

Сроки проведения описания. Сроки, в которые можно проводить описания общего жизненного состояния сосны практически не ограничены. Наилучшим периодом для проведения мониторинга следует считать период с конца августа по декабрь. Для сосны достаточно одного описания в год. Перед тем как изложить правила описания ОЖС следует остановиться на некоторых биологических особенностях деревьев и использовании их в биоиндикации. Известно, что при ухудшении условий произрастания у сосны наблюдаются следующие реакции: дефолиация, то есть опадение хвои, внешне проявляющееся в снижении обычной густоты кроны; пожелтение кроны. Явления по мере ухудшения жизненного состояния дерева прогрессируют, вплоть до полного отмирания дерева. Схожие измеряемые реакции организма на множественные изменения среды и составляют суть метода биоиндикации. На этих принципах и базируется методика оценки ОЖС (общего жизненного состояния) деревьев.

3.2.2. Описание общего жизненного состояния (ОЖС) деревьев

Описание жизненного состояния деревьев на площадке заключается в заполнении бланка. Он состоит из двух частей.

Первая часть – шапка бланка. В ней находится важная информация – номер площадки, дата составления описания, сведения об авторе, составивших это описание.

Основная часть бланка – таблица, включающая графы для описания параметров деревьев, свидетельствующих об их жизненном состоянии. (Приложение 4, таблица 1; Приложение 5, Таблица 2),

Графа 1 «Номер дерева» - в неё заносятся номера описываемых деревьев.

Графа 2«Класс дефолиации» - этот параметр дерева определяется визуально при помощи бинокля.

Дефолиация (густота кроны) оценивается по четырём основным классам, где каждому классу соответствует определённый процент потери хвои.

Класс дефолиации кроны:0 - норма (опало < 10% хвои, имеется 4^х летняя хвоя), 1 - слабая (10-25%. 3 ^х летняя хвоя), 2 - средняя (25-60 %, 2^хлетняя хвоя), 3 - сильная (>60%, 1-летняя хвоя).

Графа 3 «Класс пожелтения». Степень потери природной окраски, или «пожелтения» кроны оценивается визуально также по четырём классам. Потеря природной окраски оценивается по следующей шкале: 0 - норма (0-10% хвои), 1 -слабое (10-25%), 2 - среднее (25-60 %), 3 - сильное(>60%).

Графа 4 «Общее жизненное состояние».

Оценить состояние сосны обыкновенной можно и с использованием простейшей шкалы.

3.2.3. Оценка состояния зеленых насаждений с использованием простейшей шкалы.

О наличии вредных для живых организмов примесей в атмосфере можно судить по состоянию сосны обыкновенной. Оценка ее состояния производится по пятибалльной шкале на основании обследования. Шкала оценки по внешним признакам (шкала визуальной оценки) составлена в соответствии с требованиями санитарных правил РФ. Она приведена в таблице.(Приложение 6,таблица 3)

Цель: определение состоянияхвойных насаждений

Порядок выполнения работы:

1. Используя таблицу, определить баллы состояния хвойных.

2. Определить средний балл состояния по формуле:

где К₁ – коэффициент состояния отдельных деревьев;

3. Коэффициент состояния деревьев в целом на участке (К) определяется как среднее арифметическое средних баллов состояния различных деревьев:

5. Оценить состояние деревьев по таблице «Состояние деревьев». (Приложение 5, таблица 2)

Оценка данных и представление результатов исследования

Оценка данных. Оценка заключается в выведении величины, позволяющей сравнивать и интерпретировать данные описаний. Оценку можно проводить по классу общего жизненного состояния и с использованием простейшей шкалы.

Обследование проводили по общепринятой методике. Нами было обследовано 8 деревьев (по 4 на каждом участке). (Приложение 4,таблица 1), (Приложение 5,таблица 2). Мы выбрали две площадки, расположенных примерно на расстоянии 200 метров друг от друга, отличающихся уровнем антропогенных воздействий. Одна в районе ЗАГСа (площадка №1), а вторая на территории школьного двора (площадка №2).

Изучив и сопоставив полученные данные, мы выяснили, что из 8 изученных деревьев - 1дерево получило оценку жизненного состояния 0 баллов (полностью здорово), 2 дерева – 1 балл,2 дерева – 2 балла,3 дерева – 3 балла (Приложение 7, таблица 4).

Обработка результатов, полученных при использовании методики

«Оценка состояния зеленых насаждений с использованием простейшей шкалы».

Выводы.

С помощью таблицы определены баллы состояния и средний балл состояния сосны обыкновенной на площадке 1(территория ЗАГСа):

К₁= 2,5 балла;

К₂ = 2,5 балла;

К₃ = 2,5 балла;

К4 = 1,5 балла

Общее состояние деревьев было оценено по таблице2. Так как полученный показательК = 2,3 соответствует интервалу К = 1,6 - 3,5, то состояние деревьев на участке оценивается в II балла, то есть древостой относится к категории ослабленных.

С помощью таблицы определены баллы состояния сосны обыкновенной и средний балл состояния сосны обыкновенной на площадке 2(территория школы):

К₁= 2,0 балла;

К₂ = 1,6 балла;

К₃ = 1,6 балла;

К4 = 1,5 балла
Коэффициент состояния деревьев в целом на участке (К) определен как среднее арифметическое средних баллов состояния различных видов деревьев на всей площади пришкольного участка: К =1,7

Общее состояние деревьев было оценено по таблице2.

Так как полученный показательК = 1,7соответствует интервалу К = 1,6 - 3,5, то состояние деревьев на участке оценивается в II балла, то есть древостой относится к категории ослабленных.

Выводы

В результате проделанной работы было выяснено, так как пробные площадки находятся на небольшом расстоянии друг от друга, то можно утверждать, что сосна обыкновенная находится в равных экологических условиях. Но из таблиц и вычислений видно, что на площадке №1, район ЗАГСа, в целом состояние деревьев хуже, чем на пришкольной территории, площадка №2. Так как она находится в непосредственной близости к одной из центральных автомагистралей и насаждения сосны обыкновенной испытывают здесь большее угнетение, что подтверждается и повышением коэффициента жизненного состояния древесных пород. Площадка №1 К=2,3, площадка №2 К=1,7.

Таким образом, можно заключить, что воздух в центре села загрязнен, растения расположенные на территории школы и растения сквера снижают эту загрязненность, испытывая на себе большую нагрузку. Необходимо дальнейшее озеленение центра села породами устойчивыми к загрязнению.

Заключение

Все, что окружает растение и оказывает на него прямое или косвенное воздействие, составляет среду его обитания. В условиях населенного пункта эти условия можно назвать экстремальными с точки зрения пригодности их для нормального роста и жизнедеятельности растений. Хвойные, а именно сосна обыкновенная, наиболее чувствительны к загрязнению воздуха.

В результате проделанной работы, мы изучили биологические и экологические особенности хвойных растений на примере сосны обыкновенной и убедились, что она может быть объектом индикации состояния атмосферного воздуха.

Литература

1. 
   Биология. Большой энциклопедический словарь – М.: Большая Российская энциклопедия, 2001.
   
2. 
   Васильев А.Е. Ботаника. Анатомия и морфология растений. / А.Е. Васильев [и др.] – М.: Просвещение, 1988.
   
3. 
   Еленевский А.Г. Ботаника: систематика высших, или наземных растений./ А.Г. Еленевский, М.П. Соловьева, В.Н. Тихомиров – М.: Академия, 2006
   
4. 
   Одум Ю. Экология / Ю. Одум. – М. Мир, 1986
   
5. 
   Рейвн П. Современная ботаника. В 2 т./ П. Рейвн, Р. Эверт, С. Айкхорн; пер с англ. – М.: Мир, 1990
   
6. 
   Федоров А.И., Никольской А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды. / А.И. Федоров, А.Н. Никольской – М.: Владос, 2001
   
7. 
   Якушкина Н.И. Физиология растений. / Н.И. Якушкина – М.: Владос, 2005
   

Приложение 1

Приложение 2

Территория района ЗАГСа.

Приложение 3.

Рисунок 1.

Физико – географическое положение с. Арзгир.

Приложение 4.

Таблица 1.
Бланк описания жизненного состояния деревьев

№ площадки__1__ Дата_25.09.2013_

Приложение 5.

Таблица 2.

Бланк описания жизненного состояния деревьев
№ площадки__2__ Дата_30.09.2013_

Автор –Феденко Дарья

Местоположение–территория школы

№ дерева	Класс дефолиации (0-3)	Класс пожелтения(0-3)	ОЖС (0-5)
1	1	2	3
2	1	1	2
3	0	1	1
4	0	0	0

Приложение 6.

Таблица 3.

Состояние деревьев

Коэффициент состояния деревьев (К)	Балл состояния древостоя	Характеристика состояния древостоя
	I	здоровые
	II	ослабленные
	III	сильно ослабленные
	IV	усыхающие
	V	сухие

Приложение 7.