Директор школы Сазончикова Л. Б. 14. 06. 2010 г. Экзаменационный по биологии: Роль древесных растений в оптимизации придорожных территорий

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Волхонщинская средняя общеобразовательная школа»

Допускаю к защите

Директор школы

Сазончикова Л.Б.

14.06.2010 г.

Экзаменационный реферат

по биологии:

Роль древесных растений в оптимизации придорожных территорий

Работу выполнила:

Есипова Екатерина Владимировна

учащаяся 9 класса

Руководитель: учитель биологии и химии I категории Гарифзянов Андрей Рузильевич

Научный консультант: д.б.н., профессор ТГПУ им. Л.Н. Толстого Иванищев Виктор Васильевич

301475 Тульская область, Плавский район,

п. Октябрьский, д.15,

тел. 6-51-09

ВВЕДЕНИЕ

Человек давно стал мощнейшей силой, преобразовывающей естественное пространство вокруг себя. На это указывал еще В.И.Вернадский, утверждая, что человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли.

Отрицательные последствия хозяйственной деятельности человека проявляются не столько в изменении структуры поверхности (хотя и это немаловажно), сколько в нарушении практически всех биохимических циклов. Выбрасываемые миллионами тонн и кубометров твердые отходы и газы вносят в природную среду элементы либо неестественные для неё, либо естественные, но в таких концентрациях, что эффект такой же как у первых.

Среди основных источников антропогенного загрязнения можно выделить основные четыре: автотранспорт, промышленность, ТЭЦ и коммунальное хозяйство. Отходы и выбросы металлургических и горно-добывающих предприятий вызывают наиболее сильное нарушение элементного баланса на прилегающих к ним территориях. В результате рассеяния рудогенных элементов в составе пылегазовых выбросов формируются полиэлементные техногенные аномалии, охватывающие все компоненты экосистемы – приземный слой атмосферы, почву, биоту, природные воды [18]. В большинстве стран произведена оценка объема выбросов токсических соединений и размеров вклада различных источников в общий уровень загрязнения. При этом на долю автотранспорта и промышленности приходится наиболее существенный вклад. Токсичность выбрасываемых соединений различна и увеличивается в ряду основных ингредиентов: окислы углерода, окислы азота, окислы серы, тяжелые металлы (ТМ) [25].

Учитывая относительную приуроченность выбросов автотранспорта к урбанизированным центрам и, напротив, возможность загрязняющих веществ, поступающих из труб промышленных предприятий, рассеиваться на многие десятки и сотни километров, следует заключить, что промышленные предприятия определяют уровень загрязнения атмосферного воздуха. Среди общей массы выбрасываемых веществ 90% составляют газы, 10% - твердые частицы. Среди газообразных загрязнителей – озон, оксид углерода (II), сернистый газ, серный ангидрит, сероуглерод, сероводород; соединения азота – оксид, диоксид, гемиоксид, аммиак; фтористый водород; молекулярный хлор; хлористый водород и др. В атмосфере газы перемещаются, образуя сложную смесь [23]. Содержания некоторых элементов, особенно Se, Au, Pb, Sn, Cd, Br и Те, могут более чем в 1000 раз превышать их нормальные концентрации в воздухе. В целом элементы, которые образуют летучие соединения или входят в состав тонкодисперсных частиц при сжигании угля и других индустриальных процессах, могут легче выноситься в атмосферу. Вещества, поступающие в результате деятельности человека, не единственная составляющая глобального загрязнения воздуха. Необходимо принимать во внимание такие природные источники, как золовая пыль, вулканические извержения, испарение с поверхности воды и некоторые другие [17].

В городах воздух насыщен газообразными соединениями (сернистый газ, окислы азота, угарный газ, соединения фтора и хлора, углеводороды, пары кислот и токсичных органических соединений), а также твердыми поллютантами, содержащими соединения тяжелых металлов. Данные соединения оказывают негативное влияние на развитие и метаболизм разных групп организмов, в том числе и на растения. Особенно сильно страдают хвойные породы от кислых газов: засыхают верхушки деревьев, ослабляется рост стволов в толщину, уменьшается длина и увеличивается число хвоинок на побеге, быстрее опадает хвоя. У лиственных пород сокращаются размеры и количество листьев, образуется ксероморфная структура [22].

В развитых странах основным источником загрязнения атмосферы является автотранспорт, парк которого непрерывно растет. Если в 1990 г. на планете насчитывалось около 6 тыс. автомобилей, то к началу XXI в. численность мирового парка автомашин достигла 500 млн. единиц [13]. Доля транспорта в загрязнении атмосферы продуктами сгорания показана в таблице П.1.1. (приложение 1)

Выбросы автомобильного транспорта существенно зависят от режима работы двигателя и качества используемого топлива. Так, при движении автомобиля «Москвич-408» со скоростью 70 км/час выхлопные газы содержат не более 0,2-0,3% CO, а при скорости выше 100 км/час или работе на холостом ходу содержание СО возрастает до 12%. Примерный состав выхлопных газов автомобилей представлен в таблице П.1.2. (приложение 1).

К токсичным относят следующие компоненты выхлопных газов: угарный газ, оксиды азота, углеводороды. Кроме того, некоторые виды топлива содержат серу, что обуславливает содержание в выхлопных газах диоксида серы.

С начала 30-х годов к подавляющему большинству бензинов добавляют в качестве антидетонатора тетраметил- или тетраэтилсвинец в количестве 80 мг/л. При движении автомобиля от 25 до 75% этого свинца выбрасывается в атмосферу, осаждается на землю, попадает в поверхностные воды. Свинец аккумулируется в почве и растительности вдоль автострад (в городах – вдоль улиц с оживленным движением), заметное количество соединений свинца содержится в воздухе придорожных территорий. По данным США и Великобритании, до 90% всего свинца, содержащегося в атмосфере, следует отнести на счет выхлопных газов. В настоящее время в ряде стран (Япония и др.) использование этилированного бензина запрещено.

По оценки федеральной администрации шоссейных дорог Министерства транспорта США, на первое января 1970 г. в мире насчитывалось около 207 млн. легковых и грузовых автомобилей и автобусов. Исходя из средних потерь нефтепродуктов на одну автомашину 10-11 л/год, общий выброс нефтепродуктов мировым автомобильным парком равен 2,1-2,2 млн. т/год, причем большая часть его попадает в почву и гидросферу.

Токсичные компоненты, содержащиеся во вдыхаемом воздухе, попадая в организм человека, способны вызвать ряд заболеваний. Одним из наиболее неблагоприятных эффектов воздействия атмосферного загрязнения на состояние здоровья населения является повышение смертности. Повышение в атмосферном воздухе концентраций диоксида серы до сотен и тысяч мкг/м3 приводит к резкому росту сердечно-сосудистой и респираторной заболеваемости и даже смертельным исходам. Также доказано влияние на эти показатели взвешенных частиц. Длительное действие концентраций диоксида серы может привести (в особенности при сочетании с пылевой экспозицией) к развитию хронического бронхита, эмфиземы лёгких, пневмосклероза, а также различных клинических проявлений токсического поражения различных органов и систем. Большое значение имеют нарушения иммунной реактивности со снижением сопротивляемости организма инфекциям [14].

Таким образом исследования, посвященные вопросам улучшения экологической обстановки в техногенно загрязненных регионах, продолжают оставаться весьма актуальными. При этом важнейшим биологическим фильтром, способным поглощать аэрозольные частицы и аккумулировать часть токсичных соединений являются зеленые растения. При этом существенный вклад в биологическую очистку окружающей среды вносит древесная флора, накапливающая большое количество биомассы в течение вегетационного периода и выполняющая, таким образом, средостабилизирующую и биосферную функцию [2].

Деревья поглощают и нейтрализуют часть атмосферных выбросов, сохраняя прилегающие территории от пагубного воздействия экотоксикантов. В плотной листве скорость ветра снижается наполовину. Благодаря этому твердые поллютанты могут оседать на листовой поверхности. В 1 м3 воздуха промышленного региона или крупного города содержится полмиллиона частичек пыли. В лесном воздухе на 1 м3 приходится 500 частичек. Буковый лес площадью 1 га, например, способен связывать в год до 50 т пыли [7].

Важная роль древесной растительности в геохимическом круговороте веществ, а также в поступлении загрязнителей в пищевые цепи была неоднократно показана на разнообразных экосистемах и описана во множестве публикаций [14,18]. Известно, что за день 1 га леса аккумулирует 220-280 кг углекислоты, выделяя 180-200 кг кислорода. В городе 1 га зеленых насаждений за 1 час поглощает 8 кг углекислого газа, которые за это же время выдыхает 200 человек [11].

Особенно значительна роль древесной растительности в процессах миграции металлов. При этом деревья выполняет следующие важные функции [18]:

роль механического барьера в аэрогенной миграции металлов;

биоаккумуляция металлов в многолетней фитомассе (ствол, ветви, кора, корни);

вовлечение металлов в процесс малого биологического круговорота веществ;

воздействие на поступление металлов в глобальный круговорот с поверхностными водами.

Вредные вещества проникают в растение различными путями. Газопылевые выбросы способны активно поглощаться листьями (фолиарный путь поглощения через кутикулу); поступают в почву, поглощаются и транспортируются корневой системой в вертикальном и радиальном направлениях, используются в процессах биосинтеза зеленого растения.

Анализ публикаций, посвященных особенностям поглощения и аккумуляции загрязняющих веществ растениями, позволяет сделать ряд выводов [22]:

1) имеется высокая вариабельность содержания токсических соединений в различных видах растений, что объясняется различиями в процессе поглощения токсикантов и их соединений из воздушной среды или почвы, особенностями перераспределения их между тканями и органами.

2) Величина аккумуляции загрязняющих веществ сильно различается между органами растений. Кора, например, сильно накапливает токсические соединения, древесина – очень слабо.

3) Имеются более тонкие различия в концентрации химических веществ растениями в зависимости от возраста частей растений, а также возраста самой особи.

Поступающие в растительный организм вредные компоненты выбросов промышленных предприятий вызывают широкий спектр изменений, которые можно характеризовать как стресс - индуцируемые.

Различные виды древесных растений по-разному реагируют, прежде всего, на загазованность и задымленность воздушного бассейна. Одни из них сравнительно дымо- и газостойкие, другие же очень чувствительны к загрязнению атмосферы, из-за чего сильно страдают или даже гибнут, - это негазостойкие растения (виды пихты, ель европейская и сибирская, сосны обыкновенная и веймутова, береза повислая и ясень обыкновенный). Для озеленения промышленных городов, посадок в пригородных зонах и вдоль автомагистралей следует применять только дымо- и газостойкие древесные растения, сравнительные данные о газостойкости которых содержаться в специальных эколого-дендрологических работах [5,12], где можно найти списки древесных и кустарниковых пород, ранжированные по степени устойчивости к приоритетным загрязняющим веществам. Н.Е. Булыгин и В.Т. Ярмишко (2003) приводят обобщенные материалы, касающиеся чувствительности к атмосферным загрязняющим веществам основных лесообразующих пород для ряда регионов России, которые отличаются климатическими и лесорастительными условиями [2] (приложение 2).

Таким образом, исследование роли древесных растений в оптимизации техногенно загрязненной среды и реакции этих растениях на высокое содержание поллютантов позволит на основе научно достоверной и обоснованной теории разработать практические рекомендации по восстановлению нарушенных экосистем, а также создать систему мер, предупреждающих бесконтрольное распространение токсических соединений в результате хозяйственной деятельности человека. Кроме того, изучение генотипически обусловленной экофизиологической реакции видов растений особенно ценно для выявления доноров хозяйственно-ценных признаков, в подборе исходного материала в селекции и интродукции растений и при разработке систем адаптивного земледелия.

В связи с чем, целью работы являлось изучение роли древесных растений в оптимизации придорожных территорий и их реакции в этих условиях.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

провести флористическое изучение древесных сообществ придорожных территорий для выявления доминантных форм и последующего изучения их реакции;

оценить транспортную нагрузку в пределах изучаемых точек пробоотбора и объем поступающих в результате работы автотранспорта поллютантов;

провести исследование загрязненности почвенного покрова придорожных территорий методом биоиндикации с использованием всхожести семян кресс-салата;

исследовать пылезадерживающую способность древесных растений – озеленителей, произрастающих в условиях придорожных зон;

изучить влияние автотранспортной эмиссии выхлопов на морфологическую структуру листа древесных растений, как реакцию на органном уровне организации жизни;

определить экологическое состояние древостоя придорожных территорий, как комплексную реакцию на воздействие транспортной нагрузки;

на основе полученных данных выделить виды, наиболее устойчивые к воздействию транспортной эмиссии, рекомендовать выявленные виды для создания санитарно-защитных насаждений придорожных территорий.

1. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Материалы и методы

1.1.1. Объекты исследования

Работа проводилась в течение весеннее-летних сезонов 2008 и 2009 годов. Материал для исследования был собран на придорожных территориях Плавского района, отличающихся друг от друга по уровню автотранспортной нагрузки на прилегающих дорогах (приложение 3).

Территория санитарно-защитных насаждений придорожных территорий находилась на удалении 5-15 м от дорожной полосы. Контрольные образцы были собраны в парке (Контроль), расположенном на юго-западе пос. Октябрьский Плавского района. Уровень антропогенной нагрузки в контрольной точке минимален, что связанно с отсутствием вблизи парка автодорог, а ближайшие промышленные предприятия находятся на удалении свыше 3 км.

В качестве объекта исследования были выбраны 5 доминантных в урбоэкосистемах Плавского района видов древесных растений: клён остролистный Acer platanoides L, тополь черный Populus nigra L, липа сердцевидная (мелколистная) Tilia cordata Miller, береза повислая (бородавчатая) Betula pendula Roth, клен ясенелистный Acer negundo L.

1.1.1.1.Береза повислая (бородавчатая)

(BetulapendulaRoth.)

Сем. Березовые. Однодомное дерево высотой до 20 м, с белой корой (у старых деревьев у основания ствола – черно-серая), нередко с повислыми ветвями, годовалые ветки красно-бурые. Образует насаждения чистые или смешанные с другими породами в лесной области и колки в лесостепной зоне [20]. Листопадное анемофильное дерево первой величины. Мезоксерофит, олиготроф, светолюбива, хотя и растет иногда в нижних ярусах древостоев, образованных светлохвойными и реже темнохвойными породами. Размножается семенами и порослью от пней.

Листорасположение очередное. Молодые листья голые, усеянные смолистыми бородавками. Листья треугольно-ромбические с усеченным или ширококлиновидным основанием, заостренной верхушкой и двоякоострозубчатым краем и без опушения.

Плод – односеменной орешек. Во взрослом состоянии корневая система косо уходящая вглубь или поверхностная. В первые годы развития не очень быстрое, позже скорость роста увеличивается, особенно к 10-20 годам; рост, как правило, прекращается к 50-60 годам. Побегопроизводительная способность сохраняется до 60-80 лет, хотя к 40 уже снижается. Плодоношение в насаждениях с 15-30 лет, у отдельно стоящих деревьев – с 7-10 лет; плодоношение обычно обильно и регулярно. Предельный возраст не превышает 100-120 лет. Древесина крепкая, упругая, среднетвердая.

Ареал растений охватывает европейскую часть России, Западную Сибирь, Алтай, Кавказ, Дальний Восток, Западную Европу, Среднюю Азию, Монголию, Китай, Корею, Японию.

Береза бородавчатая – вид полиморфный, неприхотлива к почве и вполне морозоустойчива. В культуре используется повсеместно в озеленении, защитном лесоразведении и лесном хозяйстве. Долговечна, хорошо растет при задымлении. Отличается высокой пластичностью, способна расти на солонцеватых почвах, где содержание Na+ достигает 15%, Mg2+ - 30-40% емкости катионного обмена, а легкорастворимые соли, в основном, сульфаты и бикарбонаты, находятся на глубине 30-80 см. В целом, данный вид оправдывает себя как один из основных при защитном лесоразведении [8].

1.1.1.2. Тополь черный

(PopulusnigraL.)

Сем. Ивовые. Дерево около 25 м высотой. Кора у старых деревьев буровато-серая, с неправильной глубокой продольной трещиноватостью. Под корой древесина с наплывами. Ветви сероватые или серые с желтоватым оттенком, цилиндрические, без пробковых прожилок, блестящие. Почки удлиненные, красновато-коричневые, прилегающие к побегу, но с отогнутой в сторону верхушкой. Листья ромбические, яйцевидные или округло-треугольные, кверху заостренные, по краю пильчатые, без ресничек и без железок в основании пластинки, сверху темно-зеленые, снизу более светлые, с голым зеленым черешком. В период цветения пыльники красные, рыльца желтоватые. Цветение в апреле – мае.

Предпочитает влажные, периодически затопляемые почвы над глубоколежащим песком или галькой. Ареал вида размещен в самых южных районах лесной зоны и в степной зоне. Он охватывает большинство стран Западной Европы, территорию России на восток до низовьев Енисея, Малую Азию, северную Африку [7].

Осокорь хорошо приспособлен к жизни в пойме. При засыпании оснований стволов песком на них образуются придаточные корни. На поверхностных горизонтальных корнях возникают многочисленные корневые отпрыски. Растет очень быстро и широко используется в культуре как в пределах своего обширного ареала, так и за его границами (Средняя Азия, Северная Америка). Его размножают посевом семян, посадкой кольев, прививкой на другие легко укореняющиеся виды тополей [20].

1.1.1.3. Клен остролистный

(AcerplatanoidesL.)

Сем. Кленовые. Дерево со стройным стволом 20-30 м высотой и до 1 м в диаметре. Корневая система состоит из неглубоко идущего главного корня и многочисленных далеко расходящихся боковых корней, основная масса которых расположена на глубине до 20 см. В неблагоприятных условиях близ северных границ ареала иногда имеет форму крупного кустарника. Кора на стволе буровато-серая, растрескивающаяся вдоль. Молодые побеги красновато-бурые или зеленовато-бурые, более старые ветви – буровато-серые с рассеянными чечевичками. Древесина белая с розоватым или желтоватым оттенком, твердая, блестящая. Верхушечные почки, расположенные на концах побегов, яйцевидно-овальные, покрытые 8-12 плотно прижатыми чешуями. Боковые почки располагаются супротивно и защищены всего 2-6 чешуями. Чешуи всех почек заостренные, красновато-бурого цвета, наружные – блестящие, а внутренние покрыты желтоватыми волосками. Листья супротивные, блестящие, темно-зеленые, снизу более светлые, голые или с нижней стороны с волосками по жилкам и бородками волосков в углах их. Пятилопастные (реже 3-х или 7-лопастные), три верхние лопасти почти ровные, нижние значительно мельче, все лопасти выемчато-зубчатые, тонко заостренные, выемки между ними округленные, основание листьев широко сердцевидные, черешки длиной до 20 см, часто красноватые, с млечным соком.

Цветки правильные с двойным околоцветником 1,4 мм в диаметре, желтовато-зеленые, собранные в щитки. Цветок состоит из 5 овальных чашелистиков, 5 суженных в ноготок лепестков, 8 тычинок (2 недоразвиты). Завязь верхняя, одногнездная, столбик один, с двумя рыльцами. В основании цветка развит некратный диск. У этого вида различают 3 типа цветков: женские, мужские и обоеполые. Плод двугнездная двукрылка. цветет в апреле – начале мая (до распускания листьев) плодоносит в сентябре.

Распространен в пределах лесной зоны Европы, от южной части Скандинавии и до Средиземного моря, а также на Кавказе. В России довольно обычен в лесной зоне европейской части. На восток доходит до Предуралья.

Клен растет довольно быстро, интенсивный рост в высоту продолжается до 25-30 лет, затем начинают энергично расти боковые ветви, и развивается мощная крона. К 60 годам рост в высоту практически прекращается. Плодоносить начинает к 20-25 лет (реже раньше). Продолжительность жизни дерева 150-200 лет (иногда более). Хорошо размножается семенами. Обильно плодоносит почти каждый год. Но из огромного числа всходов доживают до взрослого состояния лишь немногие.

Может размножаться и вегетативно порослью от пня, иногда и корневыми отпрысками. В молодые годы клен теневынослив, но хорошо плодоносит лишь при достаточном освещении - около «окон» или же на опушках. Переносит солнцепек и заморозки, но в особо холодные зимы страдает от морозобоя. Предпочитает умерено влажные и плодородные почвы, не переносит засоления. Довольно устойчив к загрязнению воздуха [20].

Клен остролистный обычно встречается в широколиственных и хвойно-широколиственных лесах во втором ярусе как спутник дуба, ясеня, лишь изредка образует участки чисто кленового леса. Относится к почвоулучшающим породам.

1.1.1.4. Липа сердцевидная

(TiliacordataMiller)

Сем. Липовые. Дерево до 30 м высотой и до 1 м в диаметре, с прямым стволом. Кора темно-серая, с длинными продольными бороздами. Годичные побеги красновато-коричневые. Почки яйцевидные, коричневые, обычно с 2 чешуями. Листья сердцевидные, 4-8 см длиной, с выемчатым основанием и вытянутой верхушкой, зубчатые, сверху темно-зеленые, снизу более светлые и в углах жилок с пучками рыжеватых волосков. Соцветие – полузонтики из 5-10 цветков, снабженные удлиненно-продолговатым светлым кроющим листом. Цветки желтовато-белые, ароматные

Цветение в июне-июле, плодоношение в августе-сентябре. Ареал вида охватывает лесную зону Европы, Кавказа и западные районы Западной Сибири в среднем и нижнем течении Иртыша и смежных районах. Липа сердцевидная – один из характерных видов зоны широколиственных лесов и южной части таежной зоны.

Особенности ее роста и развития зависят от экологических условий. Для липы характерно образование обильной пневой поросли. Как правило, с годами на пне остается несколько крупных порослевых побегов, а еще позже возникает группа «новых» взрослых деревьев, характеризующаяся сближенными побегами. Липа относится к газоустойчивым породам, декоративна и широко используется в озеленении городов [1]. Опад листьев заметно улучшает почву и увеличивает ее плодородие. В ней увеличивается содержание азота, фосфора и других элементов, которые липа добывает в глубоких почвенных горизонтах (2-3 м) и «переводит» в верхние поверхностные слои. Это создает благоприятные условия для появления подроста других древесных растений. В почвах липняков значительно богаче флора желто-зеленых, сине-зеленых и особенно диатомовых водорослей, что в целом является показателем их плодородия.

1.1.1.5. Клен ясенелистный

(AcernegundoL)

Этот североамериканский по происхождению вид клена с непарноперистыми листьями (похожими на ли­стья ясеня) и цветками в повислых кистях известен в России со второй половины XVIII столетия, когда нача­лись опыты по выращиванию его из семян в ботаниче­ских садах Петербурга и Москвы. Первые попытки ин­тродукции растения были безуспешными; сеянцы вы­мерзали, так как они выращивались из семян, получен­ных от растений из южной части естественного ареала в Северной Америке. Только в XIX веке удалось развести клен ясенелистный из семян, полученных на этот раз из Канады. Он постепенно распространился в культуре для озеленения городов Центральной России, Урала, Запад­ной Сибири и Средней Азии. Озеленителей привлекали в этом дереве неприхотливость, высокая скорость роста и устойчивость к загрязнению воздуха. Уже в 20-е годы XX столетия было отмечено появление самосева этого дерева в естественных условиях. Он стал поселяться в окрестностях городов и поселков сначала на нарушен­ных местах, но вскоре стал внедряться и в природные сообщества. Процесс расселения клена шел сравнитель­но быстро, так как в стадию плодоношения он вступает уже в возрасте 6-7 лет, и смена его поколений происхо­дит быстрее, чем у других здоровых деревьев. В настоящее время клен ясенелистный освоил разнообразные место­обитания и сформировал на территории Евразии об­ширный вторичный ареал [7].

1.1.2. Определение транспортной нагрузки на придорожные территории

Для определения автотранспортной нагрузки на придорожные территории выбирали участок автотрассы длиной 0,5-1 км. На данном участке определяли число единиц автотранспорта, проходящего по участку в течение 1 часа в полуденное время в трехкратной повторности. При этом заполняли таблицу П.4.1.(приложение 4)

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчетным методом. Исходными данными для расчета количества выбросов являются:

- число единиц автотранспорта, проезжающего по выделенному участку автотрассы за единицу времени;

- нормы расхода топлива автотранспортом (средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении) (табл.П.4.2, приложение 4)

Значение эмпирических коэффициентов (К), определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего, приведены в таблицы П.4.3 (приложение 4). Коэффициент К численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента при сгорании в двигателе автомашины количества топлива, равного удельному расходу (л/км). Для расчета количества выбросов, попадающих в атмосферу в результате работы автотранспорта, рассчитывали общий путь, пройденный выявленным числом автомобилей каждого типа за 1 час (L, км), по формуле (формула 1) [19]:

Lj = Nj*L (формула 1),

где:

j – обозначение типа автотранспорта;

L – длина участка, км;

Nj – число автомобилей каждого типа за 1 час.

Далее рассчитывали количество топлива (Qj, л) разного вида, сжигаемого двигателями автомашин, по формуле 2:

Qj = Lj*Yj (формула 2)

Затем определяли общее количество сожженного топлива каждого вида (SQ) и заносили результаты в таблицу П.4.4 (приложение 4).

Расчет объема выделяющихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива и всего, заносили в таблицу П.4.5 (приложение 4).

1.1.3. Биоиндикация почв с использованием всхожести

семян кресс-салата

Прежде чем ставить эксперимент по биоиндикации загрязнений с помощью кресс-салата, партию семян (кресс-салат узколистный ООО Фирмы «МарС»), предназначенных для опытов, проверяли на всхожесть. Проращивали семена кресс-салата в чашках Петри, в которые насыпали промытый речной песок слоем в 1 см. Сверху его накрывали фильтровальной бумагой и на нее раскладывали по 50 семян. Перед рас­кладкой семян песок и бумагу увлажняли до полного на­сыщения водой. Сверху семена закрывали фильтроваль­ной бумагой и неплотно стеклом. Проращи­вание вели в лаборатории при температуре 20-25°С. В результате всхожесть в течение 3-4 суток достигала 90-95%, что считается нормой.

После подготовки партии семян приступали к прове­дению эксперимента в следующей последовательности.

Чашку Петри заполняли до половины исследуемой почвой. В другую чашку клали такой же объем заведомо чистого субстрата, который служил в качестве контроля по отношению к ис­следуемому материалу.

Субстраты в обеих чашках увлажняли одним и тем же количеством отстоянной водопроводной воды до появ­ления признаков насыщения.

В каждую чашку на поверхность субстрата уклады­вали по 50 семян кресс-салата. Расстояние между сосед­ними семенами должно быть по возможности одинаковым.

Покрывали семена теми же субстратами, насыпая их почти до краев чашек и аккуратно разравнивая по­верхность.

Увлажняли верхние слои субстратов до влажности нижних.

В течение 10-15 дней наблюдали за прорастанием семян, поддерживая влажность субстратов примерно на одном уровне.

В зависимости от ре­зультатов опыта субстратам присваивали один из четырех уровней загрязнения.

1. Загрязнение отсутствует.

Всхожесть семян достигает 90-100%, исходы друж­ные, проростки крепкие, ровные. Эти признаки характер­ны для контроля, с которым следует сравнивать опытные образцы.

2. Слабое загрязнение.

Всхожесть 60-90%. Проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные.

3. Среднее загрязнение.

Всхожесть 20-60%. Проростки по сравнению с кон­тролем короче и тоньше. Некоторые проростки имеют уродства.

4. Сильное загрязнение.

Всхожесть семян очень слабая (20%). Проростки мел­кие и уродливые [15].

1.1.4. Оценка экологического состояния древостоя придорожных территорий

Оценка экологического состояния древостоя придорожных территорий проводилась путем визуальной оценки жизненного состояния на основе «Санитарных правил в лесах Российской Федерации» (приложение 5).

Для оценки экологического состояния древостоя обследовали все деревья данного вида в пределах точки пробоотбора b1, b2, b3 и т.д., затем вычисляли средний балл состояния для каждого вида деревьев K1, а далее – коэффициент состояния древостоя в целом (КДр.) как среднее арифметическое средних баллов состояния разных пород деревьев (К1, К2, К3 и т.д.) по формуле 3:

КДр = ΣКn/N, (формула 3)

где:

КДр – коэффициент состояния древостоя;

К – жизненное состояние каждого вида деревьев;

n – вид древесной культуры;

N – общее количество видов.

Вывод об экологическом состоянии древостоя делали по соответствующей шкале:

< 1,6 – «здоровое»;

1,6-2,6 – «ослабленное»;

2,6-3,6 – «сильно ослабленное»;

3,6-4,6 – «отмирающее»;

> 4,6 – «усыхающее».

1.1.5. Определение площади листовой пластинки и пылезадерживающей способности весовым методом

В качестве интегрального показателя морфологической структуры листа древесных растений был выбран такой, как средняя площадь листовой пластинки. Для его определения была отобрана выборка листьев каждого вида в объеме 100 штук в трехкратной повторности из нижнего яруса (высота пробоотбора 1,5 м – 2,5 м) по периметру кроны деревьев типичного габитуса одного возраста (определяли визуально по диаметру ствола).

Каждый лист обводили по периметру на листах формата А4, вырезали и взвешивали. Расчет средней площади листовой пластинки проводили по формуле (формула 4):

Sлиста = ml/mk, (формула 4)

где

Sлиста – площадь листовой пластинки, дм.2;

ml – масса листа, вырезанного из бумаги формата А4, г;

mk – масса квадрата бумаги, площадью 1 дм2.

Одновременно определяли количество поллютантов, аккумулируемых на поверхности листовой пластинки деревьев (пылезадерживающая способность). Количество аккумулированных пылевых выбросов определяли на листьях нижнего яруса, собранных на расстоянии 1-2 м от поверхности почвы (зона атмосферного воздуха, попадающего в альвеолы легких человека) по периметру кроны весовым методом [19]. Для этого пыль, накопившаяся на листьях, собирали с помощью ваты. Расчет пылезадерживающей способности вели по формуле 5:

A = (m(в+п) – mв)/Sлиста, (формула 5)

где

А – пылезадерживающая способность, г/дм.2;

m(в+п) – масса выты с пылью, г;

mв – масса ваты, г;

Sлиста – площадь листа, дм.2.

Каждый опыт проводился в двух-трех биологических и трех аналитических повторностях. Статистическая обработка данных осуществлялась с помощью статистической программы SigmaStat 3.1 и статистического пакета Microsoft Office Excel 2003. Все полученные данные являются нормально распределенными с достоверностью 95%. Далее в таблицах и на рисунках представлены средние арифметические значения определяемых величин и их стандартные ошибки [9].

2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

2.1. Оценка транспортной нагрузки на придорожные территории

В настоящее время исследования урбосреды и связанные с ними теоретические и прикладные экологические проблемы необычайно актуальны: города становятся основной средой обитания человека. Вопросы качества окружающей человека среды в условиях современного роста таких экосистем, промышленного строительства и развития автотранспорта приобретают особое значение. Урбанизированные территории испытывают наибольшее антропогенное давление комплекса многочисленных факторов с доминированием промышленно-транспортного воздействия, основная опасность которого в окрестностях локальных источников загрязнения заключается в том, что повреждение экосистем может привести к полной деградации природных комплексов.

В связи с чем в рамках проводимого исследования была определена антропогенная нагрузка на придорожные территории, осуществляемая в результате работы различных видов транспорта (приложение 6).

Анализ данных таблицы П.6.1 (приложения 6) показывает, что исследованные придорожные территории отличаются по уровню транспортной нагрузки. В целом для всех точек пробоотбора были отмечены 4 вида транспорта (легковые, грузовые бензиновые и дизельные автомобили и автобусы), различающиеся по нормам расхода топлива, объемам выбрасываемых загрязнителей. Среди видов транспорта наиболее представленными являются легковые бензиновые автомобили (60-85% от общей нагрузки), наименее – автобусы (<5%).

Проведенное исследование позволило выявить точку (п. Агролес), транспортная нагрузка на придорожную зону которой максимальна (1327 шт./час, что на 30-95% выше, чем для остальных точек). Это связано с тем, что п. Агролес располагается по трассе «Москва – Крым» и отличается большой загруженностью. Также большой автотранспортной нагрузкой характеризуется III точка пробоотбора (ул. Коммунаров, г. Плавск), расположенная на центральной улице районного центра Плавского района (948 шт./час). Другая точка (II, ул. Октябрьская), расположенная в г. Плавске, имеет меньшую транспортную нагрузку (170 шт./час). Это обусловлено тем, что данная улица не является центральной и располагается в старой части города. Минимальной автотранспортной нагрузкой (67 шт./час) отличается I точка пробоотбора (ул. Заводская, п. Октябрьский), что связано с ее удаленностью от крупных автодорог.

В общем объеме газообразных выбросов, осуществляемых в результате работы автотранспорта, преобладающими являются угарный газ, комплекс углеводородов и диоксид азота (табл. П.6.2, приложение 6). При этом угарный газ составляет порядка 80% от общего объема выбросов.

Как и полагалось ожидать в связи с уровнем автотранспортной нагрузки III и IV точек пробоотбора, придорожные территории именно этих точек обогащаются максимальным объемом загрязнителей за счет эмиссии выхлопных газом. В частности, в атмосферу придорожных территорий п. Агролес поступает на 28-95% большее количество газов, чем в других точках. В тоже время минимальным объемом характеризуется I точка пробоотбора (ул. Заводская, п. Октябрьский) (0,614 л CO/час, 0,105 л CxHy/час, 0,047 л NxOy/час).

Таким образом, проведенное исследование показало, что придорожные территории отличаются количеством поступающих в них поллютантов в связи с различающимся уровнем антропогенной нагрузки, определяемым транспортной загруженностью прилегающих автодорог.

2.2. Оценка уровня загрязнения придорожных территорий с помощью метода биоиндикации всхожести семян кресс-салата

Кресс-салат - однолетнее овощное растение, обладаю­щее повышенной чувствительностью к загрязнению почвы тяжелыми металлами, а также к загрязнению воздуха га­зообразными выбросами автотранспорта. Этот биоинди­катор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей.

Кроме того, побеги и корни этого растения под дейст­вием загрязнителей подвергаются заметным морфологи­ческим изменениям (задержка роста и искривление побе­гов; уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян).

Кресс-салат как биоиндикатор удобен еще и тем, что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом числе растений при небольшой площади рабо­чего места. Стрес­совая реакция популяции кресс-салата близка к прямо пропорциональной по отношению к степени воздействия: чем более загрязнена среда, тем всхожесть меньше, а число особей с морфологическими нарушениями больше. Привлекательны также и весьма короткие сроки экспери­мента [3].

В результате проведенного исследования были исследованы образцы почв придорожных территорий методом биоиндикации с использованием всхожести семян кресс-салата узколистного (табл.П.7.1, приложение 7). Проверка всхожести семян до лабораторного опыта показала 93-95%-ную всхожесть.

Проведенное исследование показало, что почвы придорожных территорий различаются по уровню загрязнения. В таблице 5 представлены данные по всхожести семян кресс-салата и их биомассы. Проведенное исследование позволило выявить отрицательную коррелятивную связь (r = -0,98) между показателями «всхожесть» и «автотранспортная нагрузка». Точки, отличающиеся максимальной автотранспортной нагрузкой (III-IV), характеризуются средним уровнем загрязнения (всхожесть в III точке – 54,4±1,5%; в IV – 35,4±2,5%), ведущем к снижению биомассы проростков в 2-2,5 раза по сравнению с контролем. Уровень загрязнения I-II точек пробоотбора характеризуется как «слабое», выражающееся в снижении биомассы проростков в 1,5 раза. Данный факт также подтверждается тем, что проростки, выращенные на почвах этих территорий нормальной длины, крепкие, ровные (рис.П.7.2, приложение 7).

Таким образом, по данным биоиндикации с использованием всхожести кресс-салата можно заключить, что состояние почв придорожных территорий характеризуется как удовлетворительное, напрямую коррелирующее с уровнем автотранспортной нагрузки.

2.3. Оценка способности древесных растений придорожных территорий к механической аккумуляции пылевых выбросов

Как известно, помимо газообразных выбросов в результате работы автотранспорта в окружающую среду поступает большой объем твердых поллютантов, в основном в форме пыли. Именно пылевые частицы определяют миграцию элементов, в том числе и тяжелых металлов. Поступающие в окружающую среду поллютанты могут оседать на поверхности почвы, изменяя при этом нормальные кислотно-основные и окислительно-восстановительные условия. Важнейшим биологическим фильтром, способным поглощать аэрозольные частицы и аккумулировать часть токсичных соединений являются зеленые растения. При этом существенный вклад в биологическую очистку окружающей среды вносит древесная флора, накапливающая большое количество биомассы в течение вегетационного периода [2].

Поглощение пыли и аэрозолей из воздуха листьями зависит от свойств самих растений (размера и формы листовых пластинок, густота покрова листовой поверхности, степени покрытия листьев воском, характера архитектоники кроны и положения в них листьев). Исследования пылезадерживающих свойств растений впервые проведены Г.Д.Ярославцевым (1954) и М.Ф.Ефимовым (1959) [4,24]. Были установлены различия в запылении листьев в зависимости от положения в кроне, характера текстуры и возраста листовых пластинок, их видовой принадлежности. Максимальной пылезадерживающей способностью обладают виды растений, листья которых имеют сравнительно большие размеры с крупными железистыми волосками, выделяющими клейкую жидкость, и рельефное плотное жилкование. Признанными биофильтрами являются также хвойные. Так сосна обыкновенная способна задерживать в 10-15 раз больше пыли, чем другие древесные породы, в частности – лиственные (осина, береза, черемуха, вяз, клен и др.) [22].

Но не только морфологические особенности листьев определяют сорбцию загрязнителей из воздуха. Важна роль условий и характера загрязнения (размера частиц пыли и водорастворимых металлов, их концентрации, температуры среды, степени освещенности) [16].

Проблема пылезадерживающей способности растений особо актуальна в связи с тем, что именно пылевые частицы определяют миграцию элементов, в том числе и тяжелых металлов. Например, легкое опушение листьев липы и клейкая поверхность тополя обуславливают высокое содержание в них стронция (а также титана, меди, хрома, никеля) по сравнению с другими видами деревьев [10].

Исследование флористического состава древесных сообществ показало, что основными древесными породами, использующимися в озеленении придорожных территорий Плавского района, являются: клен остролистный и ясенелистный, липа сердцевидная, береза повислая, тополь черный. При этом виды различаются по пылезадерживающей способности листовых пластинок.

Как говорилось выше, наибольшей автотранспортной нагрузкой и среднем уровнем загрязнения характеризуются III и IV точки пробоотбора. В связи с этим придорожные территории именно этих точек характеризуются максимальным объемом поступающих газопылевых выбросов, оседающих на поверхности листвы древостоя. Анализ данных таблицы 6 позволяет заключить, что в условиях придорожных зон, отличающихся повышенным уровнем автотранспортной нагрузки, количество аккумулированных листовыми пластинками древесных растений поллютантов превосходит таковое в 1,5-6,5 раз по сравнению с контролем (приложение 8).

Проведенное исследование показало, что максимальной пылезадерживающей способностью обладают липа сердцевидная (265,5 мг/дм2) и тополь черный (240,3 мг/дм2), минимальной – клен остролистный (не более 36,4 мг/дм2). Высокая степень аккумуляции поллютантов данными видами становится возможной благодаря рельефности листовой пластинки (липа сердцевидная) и клейким выделениям (тополь черный).

Таким образом, исследованные виды древесных растений различаются по пылезадерживающей способности, что делает возможным подбор древесных пород для создания санитарно-защитных полос придорожных территорий и рекультивации нарушенных земель. При этом подбор озеленителей должен основываться на предпочтении пород, которые являются аборигенными, отличающимися малотребовательностью к условиям произрастания, высокой засухо- и морозоустойчивостью, быстрым ростом, декоративностью, устойчивостью к промышленным загрязнителям и способностью аккумулировать их в большей степени.

2.4. Экологическое состояние древостоя придорожных территорий

Произрастание древесных растений в условиях придорожных территорий и влияния поллютантов, поступающих в окружающую среду, в результате работы автотранспорта, приводит к формированию комплекса разнообразных изменений в процессах жизнедеятельности организма. Изучение ответных реакций растений на антропогенное воздействие актуально в связи с возможностью оценки негативных последствий на другие группы живых организмов, в том числе и человека. Использование в качестве объектов таких исследований древесных растений объясняется их общепризнанной биосферной и средостабилизирующей функцией как фитофильтра на пути распространения загрязнителей [8].

Реакция растений на воздействие извне может выражаться и изучаться на разных уровнях организации: от молекулярного до экосистемного.На уровне тканей и органоврастений отклонения от нормы развития при воздействии загрязняющих веществ оказываются большей частью результатом дисфункции системы нормальной регуляции онтогенеза, патологических отклонений в процессах транспорта веществ, нарушений межорганных и межтканевых взаимодействий, в механическом повреждении кристаллической структуры воскового покрытия, что вызывает увеличение потерь воды при транспирации и поражение поверхности листьев, лишенных воскового покрытия, паразитами [22]. Для многих видов характерно появление в промышленной зоне ряда признаков, которые принято считать индикаторами ксероморфизма: уменьшение размера и толщины листовых пластинок, повышение плотности тканей и количества эпидермальных клеток и устьиц на единицу площади и прочее, что Ю.З. Кулагин объясняет предадаптивной устойчивостью растений в изменившихся условиях местообитания.

В связи с чем в рамках проводимого исследования нами было изучено воздействие эмиссии выхлопных газов на морфологическую структуру листа древесных растений придорожных территорий. Показано, что в условиях придорожных территорий происходит уменьшение площади листа от 3% до 56% по сравнение с контролем в зависимости от вида и точки пробоотбора. При этом наибольший эффект воздействия газопылевых выбросов в пределах придорожных территорий проявляется на листьях клена ясенелистного. Для данного вида характерно уменьшение площади листа на 40-56% по сравнению с контролем (приложение 9).

Для тополя черного в условиях придорожных территорий I и II точек пробоотбора характерно минимальное снижение площади листа на 3% по сравнению с контролем, но ее значительное уменьшение в III и IV точках пробоотбора.

В рамках исследования было обнаружено, что для березы повислой в пределах придорожной зоны III точки пробоотбора увеличение площади листа на 20% (0,12±0,01 дм2 против 0,1±0,01 дм2 в контроле). При этом во всех остальных точках также как и для других видов происходит уменьшение площади листа на 20-30% по сравнению с контролем.

Однако, как было указано выше, нарушения жизнедеятельности растений под влиянием газопылевых выбросов затрагивают не только суборганизменные уровни организации жизни, но и надорганизменные.

При этом в качестве интегрального показателя устойчивости древесных растений в условиях придорожной зоны наиболее целесообразно использовать оценку жизненного состояния древостоя. Проведенное исследование показало, что жизненность изученных древесных растений колеблется в пределах 1-3 баллов (приложение 10). Выявлена низкая жизненность (категория «сильно ослабленные») у тополя черного (энтомопоражения, некрозы), произрастающего в пределах IV точки пробоотбора. Как указывалось выше, придорожные территории п. Агролес (IV точка), отличаются максимальным объемом поступающих загрязнителей, превышающем таковое на 28-95% в других точках (табл.4). Снижение жизненного состояния древесных растений подтверждает полученные данные по уровню загрязненности почвы («среднее загрязнение») (табл. П.7.1, приложение 7).

Остальные виды характеризуются как «здоровые» или «ослабленные» в зависимости от точки пробоотбора и, соответственно уровня загрязнения (приложение 10).

Оценка экологического состояния древостоя каждой из исследованных точек пробоотбора в целом показало, что данный показатель устойчивости различается для различных придорожных территорий (приложение 11).

При этом древостои придорожных территорий характеризуются, как «здоровые» или «ослабленные». III и IV точки пробоотбора характеризующиеся максимальной автотранспортной нагрузкой (948 шт./час и 1327 шт./час соответственно) характеризуются снижением общего экологического состояния (категория «ослабленные») до 2,1±0,2 и 2,4±0,2 балла.

Сравнительный анализ данных таблицы 8 свидетельствует о том, что:

- во всех точках пробоотбора (за исключением контроля) здоровый древостой тополя черного отсутствует;

- среди основных повреждений, негативно влияющих на состояние древостоя в целом можно назвать некротические и хлоротические изменения листьев, суховершинность и ажурность кроны, появление сухих ветвей в кроне;

- выявлена прямая коррелятивная связь (r = 0,98) между автотранспортной нагрузкой и коэффициентом состояния древостоя. В целом связь между этими параметрами выражается с помощью следующего модельного уравнения, построенного в среде статистического пакета программы MS Excel 2003:

КДр = 0,0009*N + 1,2597,

где:

КДр – моделируемая переменная – коэффициент состояния древостоя, балл;

N – переменная величина – суммарная автотранспортная нагрузка, шт./час.

Построенная модель позволяет количественно и качественно описывать взаимосвязь между этими параметрами с величиной достоверности аппроксимации (R2), равной 0,9639 (приложение 12).

Таким образом, в условиях существования древесных культур на придорожных территориях, они испытывают негативное воздействие поллютантов, поступающих в результате работы автотранспорта.

ВЫВОДЫ

1. Основными древесными породами, использующимися в озеленении придорожных территорий Плавского района, являются: клен остролистный и ясенелистный, липа сердцевидная, береза повислая, тополь черный.

2. Автотранспортная нагрузка на придорожные территории изученных точек пробоотбора колеблется от 67 шт./час (ул. Заводская, п. Октябрьский) до 1327 шт./час (п. Агролес).

3. Придорожные территории п. Агролес обогащаются максимальным объемом эмиссии газопылевых выбросов в результате работы автотранспорта, превышающим таковое в других точках на 28-95%. В общем объеме поступающих поллютантов 80% составляет угарный газ.

4. Биоиндикационное исследование состояния почв придорожных территорий Плавкого района с использованием всхожести семян кресс-салата показало, что в I (ул. Заводская, п. Октябрьский) и II (ул. Октябрьская, г. Плавск) точках пробоотбора они характеризуются как «слабо загрязненные». Почвы ул. Октябрьской г. Плавска (III точка пробоотбора) и п. Агролес (IV точка пробоотбора) характеризуются средним уровнем загрязнения.

5. Максимальной пылезадерживающей способностью обладают липа сердцевидная (265,5 мг/дм2) и тополь черный (240,3 мг/дм2), минимальной – клен остролистный (не более 36,4 мг/дм2). Высокая степень аккумуляции поллютантов становится возможной благодаря рельефности листовой пластинки (липа сердцевидная) и клейким выделениям (тополь черный).

6. В условиях придорожных территорий происходит уменьшение площади листа от 3% до 56% по сравнение с контролем в зависимости от вида и точки пробоотбора. При этом наибольший эффект воздействия газопылевых выбросов в пределах придорожных территорий проявляется на листьях клена ясенелистного. Для данного вида характерно уменьшение площади листа на 40-56% по сравнению с контролем. Для березы повислой в пределах придорожной зоны III точки пробоотбора характерно увеличение площади листа на 20% (0,12±0,01 дм2 против 0,1±0,01 дм2 в контроле).

7. Оценка экологического состояния древостоя придорожных территорий показало, что данный показатель устойчивости экосистемы различается: I и II точки пробоотбора – здоровый древостой; III и IV точки пробоотбора – ослабленный древостой. Во всех точках пробоотбора (за исключением контроля) здоровый древостой тополя черного отсутствует. Среди основных повреждений, негативно влияющих на состояние древостоя, можно выделить некротические и хлоротические изменения листьев, суховершинность и ажурность кроны, появление сухих ветвей в кроне.

8. Построена модель количественно и качественно описывающая взаимосвязь между автотранспортной нагрузкой и коэффициентом состояния древостоя с достоверностью аппроксимации (R2), равной 0,9639.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В качестве биоиндикаторов при количественном учете общего объема газопылевых атмосферных выпадений целесообразно использовать липу сердцевидную и тополь черный, отличающиеся максимальной пылезадерживающей способностью.

2. В качестве биоиндикаторов при определении фитотоксичности атмосферных выпадений целесообразно использовать тополь черный (низкое общее жизненное состояние) и клен ясенелистный (значительное уменьшение площади листа).

3. Для создания санитарно-защитных насаждений для озеленения придорожных территорий Плавского района рекомендуем использовать виды, отличающиеся наибольшей устойчивостью, минимальными последствиями влияния поллютантов и максимальной пылезадерживающей способностью: липа сердцевидная, береза повислая и клен остролистный.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования была оценена роль древесных растений в оптимизации придорожных территорий и их реакция на эти условия. Древесные растения придорожных территорий, способные поглощать аэрозольные частицы и аккумулировать часть токсичных соединений, выполняют функцию биологического фильтра, защищающего прилегающей территории от поллютантов и, тем самым, играющие важную роль в ее оптимизации и стабилизации. Важная роль древесной растительности в геохимическом круговороте веществ, а также в поступлении загрязнителей в пищевые цепи была неоднократно показана на примере разнообразных экосистем и описана во множестве публикаций. Особенно значительна роль древесной растительности в процессах миграции металлов.

Однако поступающие в растительный организм вредные компоненты выбросов автотранспорта вызывают широкий спектр изменений, затрагивающих все уровни организации жизни: от молекулярного до экосистемного. Изучение соотношения роли видов древесных растений, с одной стороны, и реакции этих видов на высокий уровень содержащихся поллютантов, с другой, позволит на основе научно достоверной и обоснованной теории разработать практические рекомендации по восстановлению нарушенных экосистем, а также создать систему мер, предупреждающих бесконтрольное распространение токсических соединений в результате хозяйственной деятельности человека.

В заключении хочу выразить благодарность учащимся МОУ «Волхонщинская СОШ», оказавшим помощь в сборе материала, проведении лабораторных экспериментов, статистической обработке данных и их обсуждении. Кроме того, огромное спасибо всему педагогическому коллективу нашей школы во главе с директором Сазончиковой Л.Б. за содействие в проведении исследования и интерпретации данных.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Азимова, Д.О. Вида липы в улучшении окружающей среды / Д.О. Азимова, А.Н. Турабаев // БИОЛИГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА: 7-ая Пущинская школа – конференция молодых ученых - Пущино, 2003. – С. 145.74.

Булыгина, Н.Е. Дендрология: учебник – 2-е издание, стереотип. /Н.Е. Булыгина, В.Т. Ярмишко, - М.: МГУЛ, 2003 – С. 48-51, 383-387.

Голополосова, Т.В. Биоиндикация как метод определения степени загрязнения окружающей природной среды / Т.В. Голополосова, В.Н. Савинова, В.К. Глушанков, Н.С. Ситникова // Реактив-2000. Тезисы докладов XIII Международной научно-технической конференции – 2000. – Вып. 3. – С. 207-211.

Ефимов, М.Ф. Влияние пыли на рост растений / М.Ф. Ефимов // Ботан. журн. - 1959. - Т. 44 - № 6. – С. 822-824.

Загрязнители воздуха и жизнь растений // пер. с англ. М. Трешоу, О.К. Тейлор и др. – Л., 1988. – 535 с.

Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас – М.: Мир, 1989. С. 440.

Кремер, Б.П. Деревья: местные и завезенные виды Европы / Б.П. Кремер – М.: Астрель, 2002. – С. 274-280.

Кулагин, А.А. Древесные растения и биологическая консервация промышленных загрязнителей / А.А. Кулагин, Ю.А. Шагиева; отв. ред. Г.С. Розенберг. – М.: Наука, 2005. – С.145-146.

Лакин, Г.Ф. Биометрия: учеб. пособие для биол. спец. вузов / Г.Ф. Лакин. – М., 1990. - С. 323.

Парибок, Т.А. Содержание стронция и рубидия в городских растениях / Т.А. Парибок, Н.А. Садыкина, В.Н. Тороторский // Ботан. Журн. - 1989. - Т. 74, № 4. – С. 528-533.

Рабинович, А.М. Целебные свойства древесных растений / А.М. Рабинович // Нетрадиционные сельскохозяйственные, лекарственные и декоративные растения. - 2005. - №1. С 14-25.

Рожков, А.А. Устойчивость лесов / А.А. Рожков, В.Т. Козак. - М.: Наука, 1989. – 239 с.

Садовникова, Л.Г. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении / Л.Г. Садовникова, Д.С. Орлов, И.Н. Лозановская. – М.: Высш. школа, 2006. – С. 35-37.

Сухарева, И.В. Применение различных методологических подходов к оценке риска развития неканцерогенных эффектов от загрязнения атмосферного воздуха Тульской области / И.В. Сухарева, В.С. Гельштейн, Л.И. Шишкина, А.Э. Ломовцев // Тезисы доклада Экологического форума России. – Тула: Изд-во ТулГУ. - 2006. – С. 45-

Тарарина, Л.Ф. Экологический практикум для студентов и школьников (Биоиндикация загрязненной среды). – М.: Аргус, 1997. – С. 16-26.

Тарчевский, В.В. Влияние дымогазовых выпадений промышленных предприятий Урала на растительность / В.В. Тарчевский // Растения и промышленная среда. - Свердловск: Изд-во Урал. кн-та, 1964. – С. 10-15.

Тютюнник, Ю.Г. Количественная фитогеохимическая индикация загрязнения воздуха городов тяжелыми металлами / Ю.Г. Тютюнник // Экология. - 1994. - №1. – С.84-85.

Федорова, Е.В. Биоаккумуляция металлов растительностью в пределах малого аэротехногенного загрязненного водосбора / Е.В. Федорова, Г.Я. Одинцева // Экология - 2005. - №1. – С.26-31.

Федорова, А.И. Практикум по экологии охране окружающей среды / А.И. Федорова, А.Н. Никольская. – М.: Владос, 2003. – С. 135-137.

Флора СССР / Под ред. В.Л. Комарова. – М., Л.: Изд-во АН СССР, 1934. - Т. 1. – С. 300.

Фокин, А.Д. Биофильность и ксенобиотоксичность как факторы корневого поступления и распределения элементов по органам растений / А.Д. Фокин, А.А. Лурье, А.С. Пельтцер // Экология. - 1996. - №6. – С. 415-419.98.

Черненькова, Т.В. Реакция лесной растительности на промфшленное загрязнение / Т.В. Черненькова. – М.: Наука, 2002. – С. 8-9, 20, 72-73, 91, 94-95.

Энциклопедия лесного хозяйства: в 2-х томах. – Т.1. - М.: ВНИИЛМ, 2006. – С. 137.

Ярославцев, Г.Д. Пылезащитные свойства некоторых древесных пород / Г.Д. Ярославцев // Изв. АН ТССР. – 1954. - № 5. – С. 40-51.

Donaubauer E. Was ist Saurer Ragen, Wodurch sterben die Walder? / E. Donaubauer // Gemeinwirtschaft. - 1983. Bd. 2. – S. 33-37.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

Таблица П.1.1. Объемы выбросов продуктов сгорания, млн. т/год

Продукты сгорания	Источники продуктов сгорания
	автомобили	электростанции, промышленность
Оксид углерода	59,7	5,2
Углеводороды и другие органические вещества	10,9	6,4
Оксиды азота	5,5	6,5
Серосодержащие соединения	1,0	22,4
Макрочастицы	1,0	9,8

Таблица П.1.2. Приближенный состав (% по объемы) выхлопных газов автомобилей

Компоненты	Содержание компонентов в выхлопах
	карбюраторный двигатель	дизельный двигатель
N2	74-77	76-78
O2	0,3-8,0	2-18
H2O	3,0-5,5	0,5-4,0
CO2	5,0-12,0	1,0-10,0
CO	5,0-10,0	0,01-0,5
Оксиды серы	0-0,8	2*10-4-0,5
Углеводороды	0,2-3,0	10-3-0,5
Альдегиды	0-0,2	(1-9)*10-3
Сажа	0-0,4 г/м3	0.01-1,1 г/м3
Бензпирен	(10-20)*10-6 г/м3	до 10-5 г/м3

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.

Обобщенные результаты по сравнительной газоустойчивости основных лесообразующих видов для различных регионов России [2]

№ п/п	Вид древесных растений*	Загрязняющие вещества
Европейский Север
1	Сосна лапландская (обыкновенная)	Сернистые соединения
2	Ель обыкновенная
3	Береза субарктическая и извилистая
4	Ивы
5	Рябина
Азиатский Север
1	Лиственница сибирская и даурская	Сернистые соединения
2	Береза пушистая
3	Ель сибирская
Южный Урал
1	Сосна обыкновенная	Пыль из окислов магния
2	Лиственница сибирская
3	Береза повислая
4	Липа сердцевидная
5	Осина
6	Ольха черная
Средняя Сибирь
1	Сосна обыкновенная	Фтористые и сернистые соединения
2	Ель сибирская
3	Лиственница сибирская
4	Береза пушистая
5	Осина

* - Виды в пределах региона ранжируются в направлении снижения чувствительности к атмосферным загрязнителям

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.

Точки пробоотбора

Номер точки пробоотбора	Приуроченность точки
I	ул. Заводская, п. Октябрьский
II	ул. Октябрьская, г. Плавск
III	ул. Коммунаров, г. Плавск
IV	п. Агролес
Контроль	Парк п. Октябрьский

ПРИЛОЖЕНИЕ 4.

Оценка автотранспортной нагрузки на прилегающие территории

Таблица П.4.1. Учетная таблица оценки автотранспортной нагрузки

Тип автотранспорта	Кол-во, шт.	За 1 час, Nj	Общий путь за 1 час, L, км
Легковые автомобили
Грузовые автомобили
Автобусы
Дизельный транспорт

Таблица П.4.2. Нормы расхода топлива

Тип автотранспорта	Средние нормы расхода топлива (л/100 км)	Удельный расход Yj (л/км)
Легковые автомобили	11-13	0,11-0,13
Грузовые автомобили	29-33	0,29-0,33
Автобусы	41-44	0,41-0,44
Дизельный транспорт	31-34	0,31-0,34

Таблица П.4.3. Коэффициенты выброса

Вид топлива	Значение коэффициента (К)
	Угарный газ	Углеводороды	Диоксид азота
Бензин	0,6	0,1	0,04
Дизельное топливо	0,1	0,03	0,04

Таблица П.4.4. Расход топлива

Тип автомобиля	Nj	Qj
		Бензин	Дизельное топливо
Легковые автомобили
Грузовые автомобили
Автобусы
Дизельный транспорт
Всего	ΣQ

Таблица П.4.5. Объем выбросов

Вид топлива	ΣQ	Количество вредных веществ, л
		Угарный газ	Углеводороды	Диоксид азота
Бензин
Дизельное топливо
Всего	V (л)

ПРИЛОЖЕНИЕ 5.

Жизненное состояние древостоя

(по Черненьковой Т.В. [22])

Балл	Санитарные правила в лесах СССР	Признаки
1	Здоровые	Внешние признаки повреждений отсутствуют
2	Ослабленные	Появление отдельных сухих ветвей в кроне (не более 20%), слабая ажурность кроны, некроз* хвои 3-10%, незначительное уменьшение прироста побегов.
3	Сильно ослабленные	Суховершинность кроны, ажурность ее увеличивается, число сухих ветвей варьируется от 20 до 50%, некроз хвои или листьев 10-50%, периферийное расположение хвои, укорачивание длительности жизни хвои, ее желтый цвет, небольшой прирост побегов.
4	Отмирающие	Вегетирует незначительная часть побегов, сухих ветвей 50-90%, прироста практически нет, хвоя желто-бурая, частично осыпающаяся, некротизированной хвои или листьев 50-100%. Для ели характерно наличие приземных функционирующих побегов при сухой остальной части кроны. Начало поселения стволовых вредителей.
5	Сухостой	Сухостой. Деревья обработаны стволовыми вредителями.

* Исследование лиственного материала древесных растений на наличие хлоротических и некротических изменений проводили путем обследования выборки из 100 листьев в трехкратной повторности для каждого вида.

ПРИЛОЖЕНИЕ 6.

Таблица П.6.1. Автотранспортная нагрузка на точки пробоотбора

Номер точки пробоотбора	Название точки пробоотбора	Нагрузка по видам транспорта, шт./час				Суммарная нагрузка, шт./час
		легковые	грузовые бензиновые	автобусы	грузовые дизельные
I	ул. Заводская, п. Октябрьский	48	12	1	6	67
II	ул. Октябрьская, г. Плавск	144	12	2	12	170
III	ул. Коммунаров, г. Плавск	732	126	12	78	948
IV	п. Агролес	954	245	18	110	1327
Контроль	Парк п. Октябрьский	0	0	0	0	0

Таблица П.6.2. Объем газообразных выбросов, осуществляемых в результате работы автотранспорта

Газообразный загрязнитель	Объем выбросов, л/час
	Точки пробоотбора
	ул. Заводская, п. Октябрьский	ул. Октябрьская, г. Плавск	ул. Коммунаров, г. Плавск	п. Агролес
Угарный газ	0,614	1,299	8,174	11,444
Углеводороды	0,105	0,222	1,396	1,954
Диоксид азота	0,047	0,100	0,629	0,881

ПРИЛОЖЕНИЕ 7.

Таблица П.7.1. Характеристика уровня загрязнения почв придорожных территорий

Номер точки пробоотбора	Название точки пробоотбора	Всхожесть, %	Биомасса проростков, мг	Уровень загрязнения
I	ул. Заводская, п. Октябрьский	80,0±1,6	940±15	слабое
II	ул. Октябрьская, г. Плавск	82,0±2,0	890±23	слабое
III	ул. Коммунаров, г. Плавск	54,4±1,5	613±11	среднее
IV	п. Агролес	35,4±2,5	610±12	среднее
Контроль	Парк п. Октябрьский	95,0±3,0	1432±14	отсутствует

ПРИЛОЖЕНИЕ 8.

Аккумуляция пылевых выбросов листьями древесных растений

придорожных территорий

№ п/п	Вид растения	Точка пробоотбора	Пылезадерживающая способность листьев, мг/дм.2
1	Береза повислая	ул. Заводская, п. Октябрьский	53,0
		ул. Октябрьская, г. Плавск	60,9
		ул. Коммунаров, г. Плавск	40,4
		п. Агролес	120,5
		Контроль	30,3
2	Липа сердцевидная	ул. Заводская, п. Октябрьский	120,4
		ул. Октябрьская, г. Плавск	254,1
		ул. Коммунаров, г. Плавск	251,5
		п. Агролес	265,5
		Контроль	40,8
3	Тополь черный	ул. Заводская, п. Октябрьский	70,2
		ул. Октябрьская, г. Плавск	160,1
		ул. Коммунаров, г. Плавск	170,6
		п. Агролес	240,3
		Контроль	40,4
4	Клен ясенелистный	ул. Заводская, п. Октябрьский	100,2
		ул. Октябрьская, г. Плавск	100,7
		ул. Коммунаров, г. Плавск	120,3
		п. Агролес	140,4
		Контроль	54,9
5	Клен остролистный	ул. Заводская, п. Октябрьский	15,2
		ул. Октябрьская, г. Плавск	23,1
		ул. Коммунаров, г. Плавск	36,4
		п. Агролес	34,2
		Контроль	10,8

ПРИЛОЖЕНИЕ 9.

ПРИЛОЖЕНИЕ 10.

Жизненное состояние древесных растений придорожных территорий

№ п/п	Виды растений	Точка пробоотбора	Жизненное состояние, балл	Характерные черты
1	Липа сердцевидная Tilia cordata Miller	I	1,2±0,2	Внешние признаки повреждений отсутствуют
		II	2,1±0,1	Появление отдельных сухих ветвей в кроне (не более 20%), некроз листьев (межжилковый) 3-10%
		III	1,9±0,3
		IV	2,2±0,3
		Контроль	0,8±0,1	Внешние признаки повреждений отсутствуют
2	Клен остролистный Acer platanoides L.	I	1,1±0,2
		II	1,0±0,1
		III	2,0±0,1	Появление отдельных сухих ветвей в кроне (не более 20%), некроз листьев (межжилковый) 3-10%
		IV	2,1±0,3
		Контроль	0,9±0,1	Внешние признаки повреждений отсутствуют
3	Тополь черный Populus nigra L.	I	2,3±0,2	Появление отдельных сухих ветвей в кроне (не более 20%), некроз листьев (межжилковый) 3-10%
		II	1,9±0,2
		III	2,4±0,3
		IV	3,3±0,2	Суховершинность кроны, ажурность ее увеличивается, число сухих ветвей варьируется от 20 до 50%, некроз листьев 10-50%, периферийное расположение листьев, небольшой прирост побегов
		Контроль	2,0±0,3	Появление отдельных сухих ветвей в кроне (не более 20%), некроз листьев (межжилковый) 3-10%
4	Клен ясенелистный Acer negundo L	I	1,3±0,1	Внешние признаки повреждений отсутствуют
		II	1,0±0,2
		III	2,2±0,1	Появление отдельных сухих ветвей в кроне (не более 20%), некроз листьев (межжилковый) 3-10%
		IV	2,0±0,3
		Контроль	1,1±0,3	Внешние признаки повреждений отсутствуют
5	Береза повислая Betula pendula Roth.	I	0,9±0,2
		II	1,3±0,1
		III	1,8±0,1	Появление отдельных сухих ветвей в кроне (не более 20%), некроз листьев (межжилковый) 3-10%
		IV	2,3±0,2
		Контроль	0,9±0,2	Внешние признаки повреждений отсутствуют

ПРИЛОЖЕНИЕ 11.

Результаты оценки экологического состояния древостоя

придорожных территорий

Точка пробоотбора	Число учтенных деревьев	Жизненное состояние каждого вида, балл	Коэффициент состояния древостоя, балл	Жизненное состояние древостоя
I	95	Клипа = 1,2±0,2	1,4±0,2	здоровое
		Кбереза = 0,9±0,2
		Ктополь = 2,3±0,2
		Ккленостр. = 1,1±0,2
		Ккленясен. = 1,3±0,1
II	90	Клипа = 2,1±0,1	1,5±0,1	здоровое
		Кбереза = 1,3±0,1
		Ктополь = 1,9±0,2
		Ккленостр. = 1,0±0,1
		Ккленясен. = 1,0±0,2
III	89	Клипа = 1,9±0,3	2,1±0,2	ослабленное
		Кбереза = 1,8±0,1
		Ктополь = 2,4±0,3
		Ккленостр. = 2,0±0,1
		Ккленясен. = 2,2±0,1
IV	90	Клипа = 2,2±0,3	2,4±0,2	ослабленное
		Кбереза = 2,3±0,2
		Ктополь = 3,3±0,2
		Ккленостр. = 2,1±0,3
		Ккленясен. = 2,0±0,3
Контроль	100	Клипа = 0,8±0,1	1,1±0,1	здоровое
		Кбереза = 0,9±0,2
		Ктополь = 2,0±0,3
		Ккленостр. = 0,9±0,1
		Ккленясен. = 1,1±0,3

ПРИЛОЖЕНИЕ 12.