Состояние древесной растительности в городских условиях
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
Состояние древесной растительности в городских условиях
Витебск, 2011
СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ |
3 |
ВВЕДЕНИЕ |
4 |
1 Растения в городской среде |
6 |
1.1 Функции зеленых насаждений |
6 |
1.2 Биоиндикация с помощью высших растений |
9 |
1.3 Лихеноиндикация |
11 |
2 Место, материалы и методы исследований |
14 |
2.1 Место и материалы исследований |
14 |
2.2 Методы исследования |
15 |
3 Результаты исследования |
20 |
3.1 Состояние древостоя
в Витебске на участке, |
20 |
3.2 Оценка состояния древостоя в рекреационной зоне Витебска |
25 |
3.3 Оценка состояния древостоя возле реки Западная Двина |
27 |
3.4 Оценка состояния древостоя в жилом районе по улице Герцена |
30 |
3.5 Оценка состояния древостоя в жилом районе по улице Лазо |
33 |
3.6 Индикация состояния окружающей среды по величине флуктуирующей асимметрии листа березы повислой на пяти исследуемых участках |
38 |
3.7 Определение чистоты воздуха атмосферы с помощью лихеноиндикации |
42 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ |
45 |
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ |
47 |
ПРИЛОЖЕНИЕ А |
51 |
РЕФЕРАТ
Дипломная работа 53 с., 8 рис., 22 табл., 50 источников, 1 прил.
ГАЗОУСТОЙЧИВОСТЬ, ПОЛЛЮТАНТЫ, БИОИНДИКАЦИЯ, ИНДИКАТОРНЫЕ РАСТЕНИЯ, ФИТОЦЕНОЗ, ФИТОИНДИКАТОРЫ, ЛИХЕНОИНДИКАЦИЯ.
Объект исследования: антропогенное загрязнение.
Предмет исследования: древесная растительность исследуемых участков.
Цель работы: изучить состояния древостоя в различных условиях городской среды методами биоиндикации.
Методы исследования: определения обилия древесных растений, определение жизненности растений, оценка состояния древостоя на исследуемых участках с использованием визуальной шкалы, определение встречаемости древесных видов растений на исследуемых участках, индикация состояния окружающей среды по величине флуктуирующей асимметрии листа березы повислой, определение чистоты атмосферного воздуха с помощью лихеноиндикации.
Элементы научной новизны: от загрязнения воздуха страдают биологические системы разного происхождения. Но, следует иметь в виду, что животные и человек адаптированы к постоянному содержанию в воздухе кислорода, в то время как растения с их ассимиляционным аппаратом приспособлены к значительно более низким концентрациям в атмосфере СО2, и поэтому более чувствительны к концентрациям вредных веществ в воздухе.
Экономическая и социальная значимость работы: работа помогает определить наиболее актуальную древесную растительность для городов с антропогенной нагрузкой. Тем самым сохраняется жизненность древесной растительности, уменьшается бактериальная загрязненность воздуха, повышается ионизация атмосферы, происходит обогащение атмосферы различного рода фитонцидами.
ВВЕДЕНИЕ
Изучение состояния древостоя в условиях урбанизированной среды актуально в настоящее время. В современном мире стремительно идет процесс урбанизации (от лат. Urbanus – городской). С ростом урбанизации ослабевают естественные контакты человека с природой. Город наступает на окружающую природу, вмешиваясь в её жизнь. Трудно представить себе город, полностью избавленный, «очищенный» от природы. Она проникает в него не только самопроизвольно, но и по воле человека, в плановом порядке. В результате в городах складывается свой мир урбанизированной природы, так непохожий на дикую ни по составу, богатству и разнообразию видов, ни даже просто по массе, ни по законам формирования. Именно эта городская природа – это территории с глубокими антропогенными изменениями. Промышленные предприятия загрязняют природную среду пылью, выбросами и сбросами побочных продуктов и отходов производства. Кроме того, для городов характерны высокие уровни тепловых, электромагнитных, шумовых и других видов загрязнений.
Значительную роль в нейтрализации и ослаблении негативных воздействий промышленных зон города на людей и живую природу в целом играют зеленые насаждения. Высаживаемые на городских улицах и в скверах зеленые насаждения помимо декоративно-планировочной и рекреационной функций выполняют очень важную защитную и санитарно-гигиеническую роль. Зеленые насаждения издавна считаются надежной и проверенной защитой от загрязнения воздуха, их справедливо называют "легкими города".
Однако, выполняя защитную
и санитарно-гигиеническую
Объект исследования: древесная растительность
Предмет исследования: состояние древесной растительности исследуемых участков.
Цель работы: определить состояние древостоя в различных условиях городской среды методами биоиндикации.
Задачи работы:
- Определить видовой состав деревьев на выбранных участках города;
- Определить и сравнить жизненное состояние (витальность) деревьев на выбранных участках;
- Сравнить видовое разнообразие и жизненное состояние древесной растительности на исследуемых участках города;
- Провести оценку состояния окружающей среды по величине флуктуирующей асимметрии листа березы повислой;
- Дать оценку состояния окружающей среды методом лихеноиндикации;
- Выяснить выполняет ли древесная растительность свои функции в современном городе.
Методы исследования: определения обилия древесных растений, определение жизненности растений, оценка состояния древостоя на исследуемых участках с использованием визуальной шкалы, определение встречаемости древесных видов растений на исследуемых участках, индикация состояния окружающей среды по величине флуктуирующей асимметрии листа березы повислой, определение чистоты атмосферного воздуха с помощью лихеноиндикации.
Источником информации по исследуемой теме служили теоретические данные учебников по экологии, ботанике и данные, полученные в результате собственных исследований. Для определения видов растений использовались определители высших растений. Всего было использовано 50 литературных источников.
1 РАСТЕНИЯ В ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ
1.1 Функции зеленых насаждений
Зеленые насаждения являются органической частью планировочной структуры современного города и выполняют в нем разнообразные функции. Эти функции разбиваются на две большие группы: санитарно-гигиенические и декоративно-планировочные [7,29,42,49].
Санитарно-защитные функции
Древесно-кустарниковые насаждения, поглощая из воздуха вредные газы и централизуя их в тканях, способствуют сохранению газового баланса в атмосфере, биологическому очищению воздуха [7, 50]. На использовании газозащитных свойств зеленых насаждений основан принцип устройства санитарно-защитных зон. Эти свойства зеленых насаждений учитываются и при защите воздушного бассейна города от выбросов транспорта. В градостроительных условиях, когда зеленый массив граничит с напряженной автомагистралью, наблюдаются следующие закономерности падения уровней загрязнения, которые в значительной мере зависят от полноты, структуры и ассортимента насаждений: при увеличении полноты (степени сомкнутости крон) с 0,6-0,7 до 0,9-1 газозащитная эффективность растительности возрастает с 20-26% до 30-40%. В густых насаждениях (полнота 0,9-1) на расстоянии 30-40 м от магистрали концентрация двуокиси азота снижается до санитарной нормы [16, 33, 50].
Вредные газы в процессе транспирации поглощаются растениями, а твердые частицы аэрозолей оседают на листьях, стволах и ветвях растений. Посадки, расположенные поперек потока загрязненного воздуха, разбивают первоначальный концентрированный поток на различные направления. Таким образом, вредные выбросы разбавляются чистым воздухом, и их концентрация в воздухе уменьшается [37, 50]. Наиболее активно зеленые насаждения снижают содержание газов в воздухе в облиственном состоянии. Содержание окиси углерода после появления листвы уменьшается в 2—2,5 раза по сравнению с безлиственным периодом. Газозащитная роль зеленых насаждений во многом зависит от степени газоустойчивости пород [13]. Часть поступающих в растение газов способна накапливаться и связываться в тканях растений. Действие древесной растительности на содержание вредных химических соединений в городском воздухе проявляется также в способности деревьев к окислению находящихся в городском воздухе паров бензина, керосина, ацетона и т.п. Кроме того, зеленые насаждения способны улавливать и содержащиеся в воздухе радиоактивные вещества. Листья и хвоя деревьев могут собирать до 50% радиоактивного йода. Поглощаются растениями и различные вещества, содержащиеся в почве, например тяжелые металлы. Подсчитано, что растительность поглощает из воздуха и связывает 50-60% токсичных газов, в то время как атмосферная влага — 5—20%, почва 5—10%, водоемы и животные — менее 5% [10, 11, 23, 48].
Зеленые насаждения могут защищать застройку от пыли и газов только в том случае, если они располагаются между источником загрязнения и застройкой. Большое значение имеет эффективность протяженных элементов системы озеленения, которые в зависимости от градостроительных и природных условий, а также ассортимента и структуры насаждений могут выполнять разнообразные микроклиматические функции [9, 22, 17, 41].
В результате хозяйственной деятельности человека происходит изменение микроклимата городов. Объединенные территорией города промышленные предприятия и жилые комплексы способствуют увеличению среднегодовых и среднесуточных температур приземного слоя воздуха, его более быстрому прогреванию по сравнению с окружающими районами. Смягчать микроклимат города можно путем озеленения территорий. Так, посадки растений, расположенные вдоль фасадов зданий и затеняющие их, уменьшают нагреваемость стен, снижая температуру их поверхности на 22-35% (7-13°). Температура воздуха над газоном на 4°С ниже, чем над асфальтовым покрытием тротуара. Смягчающее влияние на летний температурный режим зеленые насаждения оказывают на ближайшие (в пределах 100м) территории города. Выяснено, что в радиусе до 100 м вблизи зеленого массива температура воздуха на 1-1,5°С ниже, чем на удаленных от массива открытых местах. Это происходит вследствие повышенной циркуляции воздушных масс в близи зеленых насаждений. Более теплый воздух на открытой инсолируемой территории поднимается вверх и на его место поступает более холодный из соседних зеленых массивов. Кроме защиты от прямых солнечных лучей, зеленые насаждения оказывают большое влияние на улучшение радиационного режима в городе. Вместе с тем в реальных условиях городского окружения лишь значительные по площади зеленые массивы оказывают заметное влияние на микроклимат (в том числе на тепловой режим) территории [13, 22].
Зеленые насаждения являются глушителями шума. Эффект снижения шума зависит от характера посадок, породы деревьев и кустарников, времени года, а также от силы шума, проходящего через насаждения. Плотные, сомкнутые по вертикали насаждения снижают уровень шума на 15-18 дБА. При прохождении акустической энергии через растительность уровень шума понижается пропорционально биомассе. В среднем кроны деревьев поглощают до 25% падающей на них звуковой энергии и примерно 75% этой энергии отражают и рассеивают. Лучшими шумопоглощающими свойствами обладают многоярусные насаждения из нескольких древесных (клен, липа, калина, тополь, береза, граб) и кустарниковых пород. Для шумозащиты идеально подходят густые «непрозрачные» по вертикали полосы из нескольких рядов деревьев и кустарников. Высота деревьев должна быть не ниже 7 метров. Усилить шумозащитные свойства насаждений можно путем посадки дополнительных плотных рядов деревьев, которые должны располагаться на таком расстоянии друг от друга, чтобы их кроны не смыкались. Аналогичный эффект дает создание нескольких полос на расстоянии, не превышающем их высоту [18, 22, 24, 46].
Важнейшим свойством растений является их способность уменьшать бактериальную загрязненность воздуха, повышать ионизацию атмосферы, обогащать ее различного рода фитонцидами (летучими веществами, убивающими вредные для человека болезнетворные бактерии). Наблюдения показали, что воздух парков содержит в 200 раз меньше бактерий, чем воздух улиц [9, 20].
Городская растительность способствует повышению ионизации воздуха, которая очень благотворно воздействует на человека. Так, содержание легких ионов в городских парках составляет около 800-1200 тыс./см3, во дворах-колодцах - 500 тыс./см3, в закрытых многолюдных помещениях – 25-100 тыс./см3 [30, 50].
Нельзя недооценивать и эстетическую ценность растений. Доказано, что растения положительно воздействуют на психологическую и эмоциональную сферу человека. Парки, зеленые уголки, просто цветники помогают горожанину приобрести устойчивость к нагрузкам и стрессам, стремительным темпам жизни. Таким образом, растения в городе способствуют повышению комфортности и улучшению качества городской среды [22, 40].
Декоративно-планировочные функции
Зеленые насаждения могут
иметь как самостоятельное
Городские зеленые насаждения служат мощным средством индивидуализации отдельных районов и микрорайонов города. С их помощью можно преодолеть монотонность городской застройки, вызванной индустриальными методами строительства и применением типовых проектов [21, 35, 48].
Декоративно-планировочная
роль зеленых насаждений проявляется
уже при использовании
Схематично организацию отдыха городского населения можно представить следующим образом:
а) Система внутриквартального отдыха рассчитывается непосредственно на жителей квартала.
б) Система отдыха среди городских зеленых насаждений общего пользования рассчитывается на жителей района или города. Она предусматривает сочетание кратковременного отдыха в скверах и бульварах с длительным отдыхом в садах и парках.
в) Система отдыха на озелененных пригородных территориях рассчитана на организацию отдыха жителей города и пригородной зоны и предусматривает использование для этих целей крупных лесных массивов (лесов и парков) [31, 47].
Особое место занимают зеленые насаждения промышленных предприятий, больниц, учебных заведений и т.д. Организация отдыха в зеленых зонах данных объектов определяется спецификой каждого из них [22, 38, 39, 45].
1.2 Биоиндикация с помощью высших растений
От загрязнения воздуха страдают биологические системы разного происхождения. Но, следует иметь в виду, что животные и человек адаптированы к постоянному содержанию в воздухе кислорода, в то время как растения с их ассимиляционным аппаратом приспособлены к значительно более низким концентрациям в атмосфере СО2, и поэтому более чувствительны к концентрациям вредных веществ в воздухе [1, 27, 36].
По этой причине растениям c помощью растений можно проводить биоиндикацию всех природных сред. Индикаторные растения используются при оценке механического и кислотного состава почв, их плодородия, увлажнения и засоления, степени минерализации грунтовых вод и степени загрязнения атмосферного воздуха газообразными соединениями, а также при выявлении трофических свойств водоемов и степени их загрязнения поллютантами. Например, на содержание в почве свинца указывают виды овсяницы (Festuca ovina и др.), полевицы (Agrostis tenuis и др.); цинка — виды фиалки (Viola tricolor и др.), ярутки (TIaspi alpestre и др.); меди и кобальта — смолевки (Silene vulgaris и др.), многие злаки и мхи. Наиболее удобными для целей биоиндикации являются следующие виды растений: травянистые — сныть обыкновенная (Aegopo-dium podagraria); мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara); древесные: тополь бальзамический (Populus balsamifera); клен остролистный (Acer platanoides) и ясенелистный (A. negundo); береза бородавчатая (Betula pendula); водные — рдест пронзеннолистный (Potamogeton perfoliatus); рдест блестящий (P. lusens); рдест плавающий (P. natans).Кроме указанных растений часто для биомониторинга стабильности развития используют: подорожник большой (Plantago major) как наиболее пластичный вид травянистых растений; манжетку обыкновенную (Alchemilla vulgaris) и клевер гибридный (Тг if о Hum hybridum) и ползучий (Т. rep ens) как луговые виды; ячмень (Hordeum sp.), овес (Avenna sp.) и пшеницу (Triticum sp.) как сельскохозяйственные культуры для оценки состояния агроценозов [5, 25, 27].
Чувствительные фитоиндикаторы указывают на присутствие загрязняющего вещества в воздухе или почве ранними морфологическими реакциями — изменением окраски листьев (появление хлорозов; желтая, бурая или бронзовая окраска), различной формы некрозами, преждевременным увяданием и опаданием листвы. У многолетних растений загрязняющие вещества вызывают изменение размеров, формы, количества органов, направления роста побегов или изменение плодовитости. Подобные реакции обычно неспецифичны [27, 36].
Некоторые естественные факторы могут вызывать симптомы, сходные с антропогенными нарушениями. Так, например, хлороз листьев может быть вызван недостатком железа в почве или ранним заморозком. Поэтому при определении морфологических изменений у растений необходимо учитывать возможность действия других повреждающих факторов [3, 12, 27].
Индикаторы другого типа представляют собой растения-аккумуляторы. Они накапливают в своих тканях загрязняющее вещество или вредные продукты метаболизма, образуемые под действием загрязняющих веществ, без видимых изменений. При превышении порога токсичности ядовитого вещества для данного вида проявляются различные ответные реакции, выражающиеся в изменении скорости роста и длительности фенологических фаз, биометрических показателей и, в конечном счете, снижении продуктивности. Б.В.Виноградов классифицировал индикаторные признаки растений как флористические, физиологические, морфологические и фитоценотические. Флористическими признаками являются различия состава растительности изучаемых участков, сформировавшиеся вследствие определенных экологических условий. Индикаторное значение имеет как присутствие, так и отсутствие вида. К физиологическим признакам относятся особенности обмена веществ растений, к анатомо-морфологическим признакам — особенности внутреннего и внешнего строения, различного рода аномалии развития и новообразования, к фитоценотическим признакам — особенности структуры растительного покрова: обилие и рассеянность видов растений, ярусность, мозаичность, степень сомкнутости [13, 27].
Очень часто в целях биоиндикации используются различные аномалии роста и развития растения — отклонения от общих закономерностей. Ученые систематизировали их в три основные группы, связанные: с торможением или стимулированием нормального роста (карликовость и гигантизм); с деформациями стеблей, листьев, корней, плодов, цветков и соцветий; с возникновением новообразований (к этой группе аномалии роста относятся также опухоли) [27].
Гигантизм и карликовость
многие исследователи считают
В целях биоиндикации представляют интерес следующие деформации растений:
• фасциация — лентовидное уплощение и сращение стеблей, корней и цветоносов;
• махровость цветков, в которых тычинки превращаются в лепестки;
• пролификация — прорастание цветков и соцветий;
• асцидия — воронковидные, чашевидные и трубчатые листья у растений с пластинчатыми листьями;
• редукция — обратное развитие органов растений, вырождение;
• нитевидность — нитчатая форма листовой пластинки;
• филлодий тычинок — превращение их в плоское листовидное образование.
Биомониторинг может осуществляться путем наблюдений за отдельными растениями-индикаторами, популяцией определенного вида и состоянием фитоценоза в целом. На уровне вида обычно производят специфическую индикацию какого-то одного загрязнителя, а на уровне популяции или фитоценоза — общего состояния природной среды [1, 27].
Высшие растения очень
различаются по чувствительности к
разнообразным загрязнителям
У растений под действием различного рода стрессоров возникают биохимические, физиологические и морфологические отклонения от нормы. Последние являются часто используемыми показателями в качестве тест-функций, т.к. могут изучаться без специальных лабораторий и обученного персонала, а также имеются испытанные стандартизированные морфологические индикаторы и условия их применения. Морфологические изменения ассимиляционного аппарата – очень удобный диагностический параметр, который иногда проявляется в виде специфической реакции на стрессор [12, 27].
Фитоиндикационным методом, дающим достаточно надежную экологическую оценку состояния природных экосистем, является изучение верхушечного и радиального годичного прироста у древесных растений, интенсивности транспирации и фотосинтеза, величины и скорости продуцирования биомассы. При оценке лесных экосистем в процессе постепенной деградации насаждений выделяют несколько стадий: фоновую (естественное состояние), преддигрессивную, дигрессивную при сохранении эдификаторной роли древесного яруса, дигрессивную при разрушении древесного яруса, редину, пустошь, техногенную эродированную пустыню. Данные модификации различаются структурой фитомассы видов – эдификаторов, а также отдельных элементов фитоценоза [27].
1.3 Лихеноиндикация
Лихеноиндикация – направление лихенологии (II пол. XX в.), в задачи которого входит изучение влияния атмосферного загрязнения на лишайники в полевых условиях, нахождение зависимости между характеристиками лишайникового покрова (число видов, присутствие, степень покрытия, синтетический индекс лишайникового покрытия) и параметрами, характеризующими уровни локального и регионального загрязнения [1, 27].
Можно выделить два главных
направления использования
-индикация изменений
загрязнения среды в
-мониторинг изменений загрязнения среды во времени.
Для решения названных
проблем изучаются разные признаки
лишайникового покрова, и выводы
делаются на основе анализа, как всего
комплекса учитываемых показателей, так и выявленных
изменений только одного признака. Суждения
базируются на сравнительном изучении
видового состава лишайников, формируемых
ими группировок, распространении отдельных
видов, морфологических изменений слоевищ,
физиологических показателей, прироста,
концентрации загрязнителей в слоевищах
и др. Для обоснования выводов, получения
более интегрированных оценок используются
также различные индексы, производится
математическое моделирование процессов.
Индикация изменений качества воздуха
осуществляется на разных уровнях: это
большие и малые города, территории вокруг
промышленных предприятий, рекреационные
зоны, а также крупные административно-
Способность поглощать
из воздуха и накапливать минераль
Лишайники весьма чувствительны
к загрязнению воздуха и
Видовой состав лишайников в различных частях городов оказался настолько различным, что исследователи в пределах городов выделяют так называемые зоны лишайников: относительно чистую, умеренного и критического загрязнения, «лишайниковую пустыню» [29, 27].
В основе изменения видового
состава лишайниковых сообществ
под влиянием загрязнения лежит
дифференциальная чувствительность различных
видов к воздействию
- Устойчивые к загрязнению – виды, покрытие которых под действием загрязнения (на расстоянии от 30 км от источника) уменьшается в 10 раз (преимущественно в 3-5 раз). А также виды, встречающиеся на других субстратах на расстоянии 8-15 км от источника загрязнения и демонстрирующие свою биологическую устойчивость. Lecidea flexuosa, Lecanora fuscescens, Parmeliopsis ambigua, Parmeliopsis hyperapta. В незагрязненных условиях это обильные виды. К этой группе относят ряд эпигейных представителей родов Cladonia и Cetraria. В незагрязненных условиях это довольно редкие виды, встречающиеся у основания деревьев. На загрязненных территориях процветают: Scoliciosporum chlorococcum, Lecanora conizaeoides.
- Чувствительные к действию атмосферного загрязнения – виды, покрытия которых под действием загрязнения (на расстоянии 30 км) уменьшается более чем в 10 раз. Parmeliopsis aleurites, Bryoria simplicor, Hypogymnia physodes, Ohrolichia anarogyna. В фоновых условиях эти виды являются доминантными, а Parmeliopsis aleurites – один из основных видов, формирующих лишайниковый покров на стволах сосен. Особое внимание исследователей привлек лишайник гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes), серые, узколопастные слоевища которой часто встречаются на стволах хвойных. Он широко распространен на территории Европы и при концентрации сернистого газа 0,23 мг/м3 воздуха этот лишайник полностью отмирает за 29 суток. При меньшей концентрации сернистого газа (0,08 мг/м3) после 8 – суточного воздействия некроз занимал 60% площади слоевища.
- Очень чувствительные – не присутствуют на стволах на расстоянии 30 км от источника, но не сразу выпадают, а встречаются на других субстратах. Cetraria chlorophylla, Cetraria sepincola, Bryoria fremontii, Mycoblastus sanguinarius. В незагрязненных районах они встречаются менее чем в 5 % описаний.
- Не переносящие загрязнений – виды, на расстоянии 30 км от источника, под действием загрязнений исчезают отовсюду, полностью выпадают из лишайниковой растительности. В незагрязненных районах они встречаются менее чем в 1 % описаний. Usnea hitra, Bryoria furcellata, Evernia mesomorpha, Platismatiaglauca [6, 27].

- Состояние естественного возобновления и проект искусственного восстановления сосняков Кузоватовского лесничества
- Состояние информационного обеспечения в сфере ЖКХ
- Состояние и перспективы индустрии туризма
- Состояние и перспективы развития гостиничной индустрии
- Состояние и перспективы развития делового туризма для инострацев в Ростовской области
- Состояние и перспективы развития приграничного сотрудничества Дальнего Востока со странами СВА
- Состояние и перспективы развития рынка молочных товаров в г. Саратове
- Состав преступления
- Состав преступления как основа юридической квалификации
- Состав преступления по Уголовному кодексу РФ
- Состав, содержание и анализ бухгалтерской (финансовой) отчетности и ее применение для оценки результатов работы предприятий (организаций,
- Составы административных правонарушений, посягающих на общественный порядок и общественную безопасность
- Состояние, анализ и проблемы совершенствования водного налога
- Состояние бухгалтерского учета расчетов с бюджетом по налогам и сборам