Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Орловская средняя общеобразовательная школа № 3

Определение

оптимальной   ширины   защитного  лесонасаждения

методом  лихеноиндикации

Учебно-исследовательская работа по номинации «Экология лесных растений»

2012 год

Оглавление

Введение        

Методика исследования        

Выводы        

Заключение        

Список использованной литературы        

Приложение        

Введение

Проблематика

          Степное лесоразведение на Дону имеет более чем вековую историю. Первые искусственные лесонасаждения были созданы ещё в конце 19 века. Роль  защитных лесонасаждений юго-востока Ростовской области трудно переоценить.   Основные задачи, которые решаются с помощью искусственного лесоразведения с момента их появления в 50-60 годах 20 века это - закрепление песков и оврагов (противоэрозионные насаждения), защита полей (полезащитные лесополосы), регулирование стока паводковых и ливневых вод и др. на  территории. На территории поселка Орловского существуют также лесонасаждения , выполняющие функции защиты природных и иных объектов:   защитные  полосы  лесов,  расположенные  вдоль  железнодорожных  путей  ,    автомобильных  дорог  общего  пользования,    зеленые зоны. В последнее десятилетие  именно их роль  и значимость в создании экологического благополучия нашего населенного пункта многократно возросла. Транспортный поток оказывает негативное влияние на экологическую обстановку прилегающей территории. Поэтому барьерные придорожные лесонасаждения  принимают основной удар на себя и значительно снижают загрязненность атмосферы. Сохранение таких искусственных насаждений в черте населенных пунктов я считаю очень важным для снижения загазованности и улучшения экологической обстановки.

Цель и задача работы

     Целью исследования являлось  оценка состояния и  выявление роли защитных лесонасаждений  на участке трассы районного значения Орловский – Волочаевский  в задержании вредных  примесей, а также определение оптимальной ширины защитного лесонасаждения по косвенным признакам, а именно  методом лихеноиндикации.

В соответствии с целью мною были поставлены  следующие задачи:

1. провести визуальную оценку  состояния  исследуемого защитного лесонасаждения;
2. выявить виды растений , наиболее устойчивых в местным природным и экологическим факторам;
3. выявить виды лишайников, встречающихся на данной территории и наиболее устойчивых к загрязнению среды;
4. на основе данных лихеноиндикации данной территории сделать выводы о динамике снижения загрязнения атмосферного воздуха и оптимальной ширине защитного лесонасаждения.

Актуальность

    Проблема  загрязненности воздушного бассейна  является глобальной. В настоящее время ученые бьют тревогу, призывая к сохранению и защите окружающей среды. Но помочь нам в этом может и сама природа. В последние годы  весьма актуальными являются наблюдения за изменениями состояния окружающей среды, вызванными антропогенными причинами, т.е.  экологический мониторинг.  Оказалось, что самые обычные лишайники очень чувствительны к воздушному загрязнению, они - настоящие индикаторы загрязнения воздуха и окружающей среды.  При мониторинге загрязнения среды широко используется метод лихеноиндикации, который я решила применить для выявления роли лесонасаждений  в решении проблем вредных выбросов автомобильного транспорта в нашем населенном пункте.

Краткий обзор литературных источников

          Один из специфических методов мониторинга загрязнения окружающей среды - биоиндикация, определение степени загрязнения геофизических сред с помощью живых организмов, биоиндикаторов. Живые индикаторы не должны быть слишком чувствительными и слишком устойчивыми к загрязнению. Необходимо, чтобы у них был достаточно продолжительный жизненный цикл. Важно, чтобы такие организмы были широко распространены по планете, причем каждый вид должен быть приурочен к определенному местообитанию.

            Лишайники вполне отвечают всем этим требованиям. Они реагируют на загрязнение иначе, чем высшие растения. Долговременное воздействие низких концентраций загрязняющих веществ вызывает у лишайников такие повреждения, которые не исчезают вплоть до гибели их слоевищ. Использование лишайников  как биоиндикаторов получило  название лихеоиндикация.  Этот метод мониторинга  имеет ряд преимуществ перед инструментальными методами - отличается высокой эффективностью, не требует больших затрат и дает возможность характеризовать состояние среды за длительный промежуток времени.

                  Из всех экологических групп лишайников наибольшей чувствительностью обладают эпифитные лишайники (или эпифиты), т.е. лишайники, растущие на коре деревьев.

              В последние десятилетие доказано, что из компонентов загрязненного воздуха на лишайники самое отрицательное влияние оказывает оксид серы IV (SO2).(3)Помимо оксида серы IV на лишайники губительно действуют и другие загрязнители – оксиды азота (NO, NO2), оксиды углерода (CO, CO2), соединения фтора и другие.

    Богаты соединениями серы выхлопные газы автотранспорта, в особенности дизельных двигателей. Поэтому для определения уровня содержания сернистого газа в атмосфере активно используют лихеноиндикацию.

          Исследования объясняют, почему именно лишайники так чувствительны к загрязнению среды:

1. У лишайников отсутствует непроницаемая кутикула, благодаря чему обмен газов происходит свободно через всю поверхность.

2. Большинство токсичных газов концентрируется в дождевой воде, а лишайники впитывают её всей поверхностью тела (таллома) в отличие от цветковых, которые  поглощают воду в основном из почвы.

3. Большинство цветковых растений в наших широтах активно растут только летом, когда уровень загрязненности обычно ниже; в то же время некоторые лишайники обладают способностью к росту при температуре ниже 0°С.

4. В отличие от цветковых  растений лишайники не способны избавляться от пораженных ядовитыми веществами частей своего тела каждый год.

Место и сроки проведения исследования

          Данное исследование было проведено в зоне защитного лесонасаждения , которое расположено в юго –западной части поселка Орловский  на трассе районного значения Орловский –Волочаевский.  Массив  имеет примерный возраст 45-50 лет. Площадь данного объекта составляет примерно 0,3 га. Исследование было проведено в октябре - ноябре 2012 года.

Физико - географическая характеристика района исследования

          Орловский район расположен в юго-восточной части Ростовской области, граничит с севера с Мартыновским и Зимовниковским районами, с востока с Ремонтненским районом, на юге граница с Республикой Калмыкия проходит через озеро Маныч-Гудило, на юго-западе и западе граничит с Пролетарским районом.

        Орловский район расположен в умеренных широтах северного полушария с отчетливо выраженными сезонами года. Самым холодным месяцем является январь, самым теплым - июль. Зима сравнительно холодная, средняя температура января -5,4-6,4 °С, максимальная температура в отдельные годы достигает 34 С. Лето жаркое, среднемесячная температура в июле +23,4+24,4 °С; максимальная температура +40+42 °С. Среднегодовое количество осадков 359-417 мм. По сезонам они распределяются неравномерно. Наибольшее количество осадков выпадает в июне-июле месяцах, как правило, это кратковременные ливневые дожди. Характерны частые ветры. Среднегодовая скорость ветра- 4,9-5,3м/сек.; однако бывают дни, когда сила ветра достигает 15м/с и  более. Всего за год насчитывается 14-34 дней с таким сильным ветром. Преобладающими ветрами являются ветры восточных и юго-восточных направлений, которые в летние месяцы имеют суховейный характер. Зима достаточно холодная: от -5С до -25 °С. При сильных ветрах и малой толщине снега промерзание почв может достигать 1,5м. Весна наступает в марте, и главный ее признак - появление кучевых облаков на ярко-синем небе. Но устойчивая положительная суточная температура устанавливается лишь в начале апреля, а до начала мая есть опасность поздних весенних заморозков. Главный признак лета - это превышение суточной температуры +10 °. Особая роль в формировании климата нашего района принадлежит ветру: от легкого ветерка до мощных порывов более 20м/с он присутствует в любое время года, придавая особый колорит степному климату.

     Климатические условия нашей местности являются экстремальными для лесоводства, но наиболее устойчивые виды деревьев могут образовывать искусственные  защитные  лесонасаждения, не требующие постоянного ухода человека.

Методика исследования

Для  визуальной оценки состояния защитного лесонасаждения была использована методика выборочной  инвентаризации древесных растений на контрольном участке с распределением по категориям по степени их угнетенности.

Для определения динамики  снижения загрязнения атмосферного воздуха и оптимальной  ширины защитного лесонасаждения использовался  метод   пассивной лихеноиндикации.  Это  наблюдение за изменениями относительной численности лишайников. Мною был использован способ  «линейных пересечений». На  окружность ствола накладывают  мерную ленту и  фиксируют все пересечения ее со слоевищами лишайников.  Все измерения производились  на постоянной высоте 120 см от комля с северной стороны по часовой стрелке. Вначале подсчитывалась общая  длина талломов лишайников. Затем, результат  умножается  на 100% и делится на общую длину окружности ствола дерева. Таким образом, определяется  степень покрытия ствола  лишайниками в %.(1) Замеры проводятся на нескольких участках и сравниваются с эталонным. Все  полученные данные  заносятся в таблицы. По изменению степени покрытия ствола  лишайниками по мере удаления от автомагистрали можно сделать вывод о защитной роли лесонасаждения и его оптимальной ширине.

Результаты исследования

             Лесонасаждение   находятся  в  запущенном  состоянии, некоторые участки

загрязнены бытовыми отходами, есть участки  самовольных  рубок,  поражения  болезнями  и  вредителями.  Наблюдается  изреживание  верхнего яруса и

внутренних  рядов  древостоя  и  т.  п.  

            Изучение видового состава лесонасаждения показало,  что преобладающей породой  является акация белая (приложение, таблица 1, диаграмма 1).

            Определение видов деревьев, устойчивых к местным климатическим и экологическим условиям, показало разное состояние  различных пород деревьев. По результатам выявления основных признаков ослабления   была дана оценка состояния деревьев по категории угнетенности  (приложение, таблица 2, диаграмма 2).

               Лидером является акация белая.  83%  деревьев этого вида не имеют признаков угнетенности или признаки  ослабления выражены слабо.  Вяз  приземистый достаточно сильно поражен болезнями и вредителями, а также образует сухостой.  Ясень  высокий образует ослабленные и сильно ослабленные участки. Почти  50%  растений тополя черного  находится в стадии  усыхания и сухостоя.

            Я считаю, что данное лесонасаждение способно выполнять свои  защитные функции  еще в течение 20-30 лет, т.к. преобладающий вид акация белая находится в хорошем или удовлетворительном состоянии,  и признаки старения не наблюдаются.

          В ходе исследования на участке были обнаружены эпифитные лишайники ксантория постенная   и  фисция  приподнимающаяся (2,5) . По классификации Х.Х.Трасса (1985) они  оба относятся к VII классу  полеотолерантности, т.е. произрастают в умеренно антропогенноизмененных  местах обитания  и одинаково реагируют на определенные загрязняющие вещества и их концентрации в атмосферном воздухе.(1) Данные виды были использованы мною для определения степени покрытия ствола  лишайниками.

          Замеры по методике «линейных пересечений»  были проведены в на контрольных участках из 10 деревьев  вида акация белая  в первом, втором, третьем, четвертом ряду данного лесонасаждения на удалении от автомагистрали 5, 8, 12, 15 метров     соответственно, а также на эталонном участке – в парке МБУЗ «Орловская ЦРБ» на удалении 1 км от автотрассы. Результаты измерений внесены в таблицы ( приложение , таблица 3-7).

          Используя  таблицу соответствия встречаемости лишайников (приложение, таблица 8)и уровня загрязнения атмосферы сернистым газом, были сделаны выводы о снижении уровня загрязнения (4). Результаты измерений степени покрытия ствола лишайниками  соотнесены с удаленностью от автомагистрали, что позволило сделать вывод о ширине лесонасаждения, позволяющий снизить уровень загрязнения атмосферы до эталонного (фонового). Эта ширина составила 12-15 метров, что соответствует

3-4 рядам деревьев. Эта зависимость прослеживается на диаграмме 3 приложения.

Выводы

1. Исследуемое лесонасаждение     нуждаются в  следующих  мероприятиях: смене поколений, реконструкции, улучшении санитарного состояния.

Подсадка молодых саженцев акации  белой на местах вырубки сухостоя запланирована на апрель 2013 года.  

2. Оптимальной культурой для формирования защитных лесонасаждений степной зоны  со сроком жизни не менее 50 лет является акация белая. Ее  следует активно использовать в озеленении населенных пунктов нашей зоны.
3. Видовой состав  эпифитных лишайников нашей местности в черте населенных пунктов достаточно скуден, что связано, скорее всего,  с засушливыми климатическими условиями. Обнаруженные виды ксантория постенная  и  фисция  приподнимающаяся  могут служить объектами  длительного экологического мониторинга.
4. По моему мнению,  данное лесонасаждение действительно играет  защитную роль.  Состояние лишайников   изученного  участка по внешним показателям  свидетельствует о содержании SO2  от 0,2 мг/м3 у  автотрассы до 0,05 мг/м3 в глубине защитного массива. Эти концентрации соответствуют среднему и слабому уровню загрязнения.        
5.  Результаты  лихеноиндикации  исследуемого лесного массива позволяют говорить о снижении уровня загрязнения  атмосферы до  эталонного (фонового) при ширине  лесонасаждения 12-15 метров, т.е. 3-4 ряда деревьев для автомагистрали со средним потоком и не менее 18-21 метров, т.е.5-6 рядов деревьев для дорог с интенсивным движением.
6. Использованные мною методы исследования флоры искусственных лесонасаждений нашего поселка оказались на практике достаточно простыми, наглядными, информативными и могут быть широко использованы на  практикекак долгосрочные мониторинговые исследования.

Заключение

         Работа по изучению лесонасаждений нашей местности мною только начата. Мне хотелось бы привлечь внимание жителей нашего поселка  ( школьников, родителей )  к оценке состояния окружающей среды и отслеживанию изменения в течение ряда лет. Многие растения ( сосна , береза, тополь, шелковица), встречающиеся в нашей местности, можно использовать как объекты  для мониторинга воздушной среды. Изучая их характеристики и выявляя изменения характеристик у растительных объектов, можно говорить о загрязнении воздуха и прогнозировать степень экологической опасности для человека. Эту интересную работу я планирую провести в будущем сезоне.

    А для героя моего рассказа (защитного лесного массива ) лучшим подарком будет экологический субботник весной будущего года , где мы с друзьями уберем мусор и  посадим молодые деревца.

    Ведь лес в степи - настоящее рукотворное чудо!

Список использованной литературы

1. Боголюбов А.С. , Кравченко М.В. - Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации – М.:  «Экосистема», 2001

2. Голубкова Н.С. Определитель лишайников средней полосы европейской части СССР. – М.-Л., 1966.

3. Жизнь растений. Т. 3. Водоросли. Лишайники. Под ред. Проф. М.М. Голлер-баха. М., «Просвещение», 1977

4. Миронова  О.А. Практика  лихеноиндикации   в  школьном  экологическом  мониторинге // газета  «Биология».2007. № 8.

5.Сайт  Экологического центра «Экосистема» Природа  России. Лишайники Определитель  лишайников  http://www.ecosystema.ru/

Приложение

Таблица 1. Видовой  состав исследуемого участка  

Диаграмма 1.Видовой состав исследуемого участка

Таблица 2.Результаты  оценки состояния деревьев различных видов.

Диаграмма 2 .Распределение деревьев различных видов по категориям  угнетенности

Таблица 3. Оценка степени покрытия древесного ствола

1 ряд лесонасаждения (удаление от  автотрассы 5 м)

Средняя степень покрытия ствола равна  21%

Таблица 4.Оценка степени покрытия древесного ствола

2  ряд лесонасаждения (удаление от  автотрассы 8 м)

Средняя степень покрытия ствола равна  28%

Таблица 5.Оценка степени покрытия древесного ствола

3 ряд лесонасаждения (удаление от  автотрассы 12 м)

Средняя степень покрытия ствола равна  32%

Таблица 6. Оценка степени покрытия древесного ствола

4 ряд лесонасаждения (удаление от  автотрассы 15 м)

Средняя степень покрытия ствола равна 32%

Таблица 7.Оценка степени покрытия древесного ствола

эталонный участок - парк МБУЗ «Орловская ЦРБ» (удаление от  автотрассы 1 км)

Средняя  степень покрытия ствола равна 32% 

Таблица 8.Влияние загрязнения среды на встречаемость лишайников

Диаграмма 3.Динамика степени покрытия ствола  лишайниками (%)                                      по мере удаления от автомагистрали