Исследование

XV Российская научная конференция школьников «Открытие»

Секция        «Биология»

Влияние на лес Яковлевского лесничества рекреационной нагрузки

Автор: Плотникова Маргарита Игоревна

                Муниципальное бюджетное общеобразовательное

 учреждение « Стрелецкая средняя общеобразовательная школа

Яковлевского района Белгородской области»

Руководитель: Скорикова Надежда Николаевна,

учитель химии и биологии

                Муниципальное бюджетное общеобразовательное

 учреждение « Стрелецкая средняя общеобразовательная школа

Яковлевского района Белгородской области»

Содержание

Введение        

1.Обзор литературы           4

2. Материал и методика         6
3. Краткая физико-химическая характеристика         9
4. Результаты исследования                         9

4.1 Интенсивность рекреационной нагрузки        9

4.2        Динамика соотношения типичных, редких и
рудеральных видов                —

4.3        Оценка стабильности развития березы повислой
(Betula pendula), в условиях рекреационной нагрузки      10

5. Заключение                          13
6. Литература        . 14
7. Приложение                         15

Введение.

Растения - это особое царство природы, в которое входит, более чем 300 тыс. видов. Большую роль в поддержание жизни на земле играет растительность лесов.

Леса  нашей        страны -ценнейшее         национальное        богатство

Лесной покров - главная производительная сила Земли, энергетическая база её живой оболочки - биосферы, связующие звено всех компонентов и важнейший фактор её устойчивости.   Около   90%   всей   фитомассы   сущи   сконцентрировано   в   лесах.

В  настоящее время процессы урбанизации охватили значительные территории.

Природные комплексы, расположенные в непосредственной близости от крупных населенных пунктов, подвергаются серьезным изменениям. Вопрос об изменении характера растительного покрова и связанных с этим отклонений в развитии живых организмов в зависимости от интенсивности рекреационной  нагрузки является  в настоящее время весьма актуальным.

Работая над темой: «Влияние на лес рекреационной нагрузки» мы поставили перед собой следующую цель: «Изучение динамики травянистого покрова лесов в условиях урбанизированной среды». Для достижения поставленной цели потребовалось комплексное обследование территории леса в местах повышенного антропогенного влияния. Данный комплекс включал следующие методики:

• Определение интенсивности рекреационной нагрузки
• Геоботаническое описание.

  - Оценка экологического состояния леса по асимметрии листьев.

Задачи исследования:

1. Определить, как меняется соотношение различных групп растений в зависимости от условий произрастания.
2. Выявить возможность использования вида Береза бородавчатая или повислая (Betula pendula). как индикатора стабильности развития растений в условиях рекреационной нагрузки.

Для решения поставленных задач мы изучили и проанализировали научно-популярную литературу по данной теме.

Проблема нашего исследования в рамках заявленного проекта звучит следующим образом: «Какова роль рекреационной нагрузки на развитие леса?»

Гипотеза, которая была положена в начало самостоятельного исследования: «Лес имеет большое санитарно-гигиеническое и эстетическое значение, но в пригородных местах подвергается большой рекреационной нагрузке ».

Для решения выдвинутой гипотезы мы изучили вопросы о значении леса в природе и в жизни человека, причины и   масштабы рекреационной нагрузки. Познакомились с методиками, позволяющими выяснить степень рекреационной нагрузки на лес в условиях пригородных лесов.

Обзор литературы

Лес имеет огромные санитарно-гигиенические и целебные свойства. Неоценимо и эстетическое значение лесов. Лес один из факторов поддержания равновесия химического состава атмосферы, особенно в балансе трёх веществ: кислорода, углерода и азота. Подсчитано, что 1 га леса в год способен поглотить 5-10 тонн углекислого газа и выделить 10-20 тонн кислорода. Леса называют «зелёными лёгкими» планеты. Лес -фабрика кислорода. Запасом свободного кислорода наша планета во многом обязана жизнедеятельности растений и, в первую очередь деревьям, на долю которых выпадает 2\3 восстановленного кислорода. Участие лесов в природном балансе азота так же очень велико. Как известно, листва, хвоя, куски коры и сучья, попадая в почву, С ПОМОЩЬЮ бактерий постепенно превращаются в удобрения. В процессе фотосинтеза многие древесные, кустарниковые и травянистые растения выделяют особые химические соединения, которые обладают большой активностью. Учёными определено 300 различных наименований химических веществ, содержащихся в воздухе природных лесов, различных        ароматических        соединений,        эфирных        масел        и        др.

Леса способны активно преобразовывать химические и атмосферные загрязнения, особенно газообразные, причём наибольшей окисляющей способностью обладают хвойные насаждения, а так же некоторые сорта лип, верб, берёз. Кроме того, лес обладает возможностью поглощать отдельные компоненты промышленных загрязнений.

Лесопарковый пояс в непосредственном окружении является мощным резервом чистого воздуха для города и защитой от неблагоприятных ветров, заноса пыли из окружающей город территорий (Ю.В.Новиков).

Леса являются ценными природными системами, выполняющими в наибольшей степени комплекс экологических функций, обеспечивающих стабильность окружающей среды. Лесные насаждения - доминантны и эдификаторы Центрального Черноземья, регулирующие в процессе фотосинтеза газовый состав атмосферы. По масштабам биологического продуцирования и размерам длительного аккумулирования углерода в атмосфере леса представляют собой наиболее надежную систему для парникового эффекта.

Белгородская область расположена на южных склонах Среднерусской возвышенности, на стыке лесостепной и степной зон. Ее природно-климатические и геологические особенности определяют, с одной стороны, уникальное биоразнообразие, а с другой - высокий уровень хозяйственной особенности.

Леса на территории области расположены неравномерно: большей частью представлены небольшими урочищами по оврагам, балкам, водоразделам, склонам и незатопляемым поймам рек. Они выполняют преимущественно защитные, санитарно - гигиенические, оздоровительные и природно-заповедные функции.

Лес и деятельность человека.

В процессе эволюции общества менялись характер и масштабы воздействия человека на лес, как и на природу в целом. Учёные полагают, что уже на стадии собирательства, охоты и рыболовства произошёл первый экологический кризис антропогенного происхождения. Равнинные леса Европы стали сокращаться в результате вырубки и применения огня.

В условиях все возрастающей урбанизации, роста населения городов и промышленных центров усиливается стремление людей к отдыху на лоне природы -в лесах и других естественных зонах отдыха. Оздоровительный эффект леса велик и

при кратковременном пребывании в нём: наблюдается улучшение деятельности сердца, углубление дыхания, снижение возбудимости коры головного мозга, при этом улучшается настроение, восстанавливается работоспособность. Многие лесные массивы, в первую очередь пригородные леса, превратились в места массового отдыха. Однако следствием стремления к загородному воздуху стал большой экологический ущерб, который наносят природе отдыхающие. В сферу реакции попадают всё новые лесные территории, рекреационные нагрузки растут, вызывая ухудшение качественного состояния леса, а в некоторых случаях и его полную деградацию. Снижаются санитарно-гигиенические, водоохранные и почвозащитные функции природных лесов, теряется их эстетическая ценность. Совершенно очевидно, что для лесов, более или менее активно используемых для отдыха, нужны определённые режимы ведения хозяйства, специфические формы организации территории и регулярный контроль за их состоянием.

Таблица№1

Масштабы и причины сокращения площадей лесов по континентам, по данным ФАО и другим источникам:

Согласно лесному кодексу РФ, право пользования участками лесного фонда осуществляется с признанием многофункционального значения лесов. Исходя из количественных и качественных характеристик лесного фонда, находящегося в ведении управления лесного хозяйства Белгородской области, установлены следующие виды использования:

• заготовка древесины;
• заготовка второстепенных лесных ресурсов (хвороста, новогодних елок и др.);
• побочное пользование (сенокошение, пастьба скота, размещение пасек, заготовка лекарственных растений и др.);
• пользование участками лесного фонда для нужд охотничьего хозяйства;
• пользование участками лесного фонда в культурно - оздоровительных, туристических и спортивных целях.

Приказом Минлесхоза РСФСР от 06.11.1991 г. № 187 все леса области отнесены
к первой группе, а затем приказом Федеральной службы лесного хозяйства РФ от
19.10.1993 г. № 270 к следующим категориям защищенности: противоэрозионные
леса, леса зеленых зон и заповедные лесные участки. Эти леса выполняют в
основном      почвозащитные,      водоохранные.      санитарно        гигиенические,

оздоровительные и природно-заповедные функции, где допускаются только рубки ухода за лесом, рубки главного пользования не проводятся (П.М. Авраменко, 2007).

Материал и методики исследования.

• Определение интенсивности рекреационной нагрузки.
• Геоботаническое описание.

Геоботаническое описание. Травянистые растения мы условно разделили на три группы: типичные (Т), то есть характерные для данного сообщества, внутри этой группы выделяли группу редких (Р) растений, подлежащих охране на территории Белгородской области, а также отдельно выделялась группа мусорных (М) или рудеральных растений, нехарактерных для сообщества, внесенных в него деятельностью человека. На этих площадках мы определяли рекреационную нагрузку, подсчитывая площадь тропинок и кострищ. Исследования проводились на территории леса Томаровского лесничества, расположенного около населенного пункта с. Пушкарное Яковлевского района. Для исследований были выбраны участки со сходной лесной ассоциацией: ассоциация широколиственных пород, с примесью мелколиственных пород. В каждой ассоциации были выделены фоновые и антропогенные площадки.

Общая характеристика растительности.

Широколиственный лес многоярусный. Верхний ярус образуют такие деревья
как липа сердцелистная, дуб черешчатый, вяз, клен остролистный. Среди деревьев,
кроме широколиственных, часто встречаются мелколиственные: береза повислая, осина
или тополь дрожащий, ольха серая, ива козья. В кустарниковом ярусе часто
встречаются жимолость лесная, бересклет бородавчатый, крушина ломкая и другие
кустарники.        Характерны также кусты орешника, или лещины обыкновенной,

образующие часто сплошной подлесок. Богатый травяной покров состоит из сныти обыкновенной, чистяка весеннего, ветреницы лютичной, звездчатки ланцетной, чины лесной, живучки ползучей, фиалки собачьей, пролесника многолетнего, копытня европейского, вероники дубравной и др.

Характеристика растительности изучаемой территории.

В лесном растительном сообществе обычно можно выделить несколько ярусов растений. Ярусность характеризуется расположением органов ассимиляции растений на разной высоте над землей, в зависимости от их потребности в свете. Сомкнутость крон древостоя первого яруса составляет примерно 0,5. а второго яруса - 0,2. Среднее
расстояние между деревьями - 5 метра. Первый ярус образуют липа, дуб, которые имеют высоту примерно 15 -18 метров. Второй ярус образуют клен, береза, осина высотой около 8-12 метров. Из лесообразующих пород подрост имеется у липы, клена, осины. Кустарниковый ярус представлен большим обилием и разнообразием видов.
Сюда относится лещина, рябина обыкновенная, ольха серая, бересклет бородавчатый; имеют высоту 2-5 метров. На почве в лесу, как правило, развиваются разнообразные травянистые растения и кустарнички. Они образуют травяно-кустарничковый покров.
Все эти растения достаточно теневыносливы, хорошо приспособлены к затенению.
Травяно-кустарничковый покров можно подразделить на три подьяруса.        

Самый верхний ярус образуют высокие растения: чистец лесной, купырь лесной и др. Чуть меньше сныть обыкновенная, пролесник многолетний и др. Самый нижний ярус образуют подмаренник душистый, седмичник европейский, копытень европейский. Моховой покров практически отсутствует.

Оценка стабильности   развития березы  повислой  (Betula pendula),     в условиях рекреационной нагрузки.

В основу методики, используемой при выполнении данной исследовательской работы, положена теория « стабильности развития» разработанная российскими учеными А.В. Яблоковым. В.М. Захаровым и др. в процессе исследований радиоактивного заражения, в том числе после Чернобыльской аварии. Эти ученые доказали, что стрессируюшие воздействия различного типа вызывают в живых организмах изменения гомеостаза (стабильности) развития, которые могут быть оценены по нарушениям морфогенетических процессов. Главными показателями
изменений гомеостаза морфогенетических процессов являются показатели флуктуирующей асимметрии - ненаправленных различий между правой и левой сторонами        различных    морфологических    структур,    в    норме    обладающих билатеральной симметрией. Такие различия обычно являются результатом ошибок в ходе развития организма. При нормальных условиях их уровень минимален, возрастая при любом стрессирующем воздействии, что и приводит к увеличению асимметрии. Особенность стабильности развития является то. что она в большей степени зависит от обшей генетической перестройки организма, что особенно важно при оценке последствий радиационного воздействия. Оценка флуктуирующей асимметрии билатеральных организмов хорошо зарекомендовала себя при определении общего уровня антропогенного воздействия. Традиционные методы, оценивающие химические и физические показатели, не дают представления о воздействии на биологическую систему, тогда как биоиндикационные показатели отражают реакцию организма на все многообразие действующих на него факторов, имея при этом биологический смысл. Оптимальным объектом биоиндикации антропогенных воздействий данным методом являются растения. Они в течение всей жизни привязаны к локальной территории и подвержены влиянию почвенной и воздушной сред, наиболее полно отражающих весь комплекс стрессируюших воздействий на экосистему. Для получения реальных научных результатов сбор полевого материала происходил с нескольких участков местности, находящихся на разных уровнях антропогенного воздействия.

Объекты исследования.

Теоретически как было уже сказано во введении исследовании флуктуирующей асимметрии    можно    проводить    на   любых    билатеральных симметрично организованных объектах- будь то животное или растение. Поскольку одним из наиболее распространенных видов деревьев средней полосы Евразии являются березы, в качестве основного объекта для изучения в рамках данной работы предлагается использовать один из ее видов березу повислую или бородавчатую или пушистую при отсутствии данных видов исследования можно провести на других видах листопадных деревьев.

Время сбора.

11роводить сбор материала можно после завершения интенсивного роста листьев до периода опадения листвы, что в средней полосе примерно соответствует периоду с конца мая до конца августа.

Выбор растений.

Сбор листьев должен проводиться с растений, находящихся примерно в одинаковых экологических условиях по уровню освещенности, влажности, типу биотопа.

Сбор листьев.

Литья берутся из нижней части кроны, на уровне поднятой руки, стараются задействовать ветки разных направлений. У березы берут листья только с укороченных побегов. Листья стараются брать примерно одного, среднего размера.

Лабораторная обработка.

Собранный материал желательно начать обрабатывать сразу же, пока листья не завяли. Для обработки собранного материала необходимы линейка, циркуль-измеритель и транспортир. С каждого листа снимают показатели по 5-ти параметрам с левой и правой стороны листа:

1 - ширина половинки листа. Для измерения лист. складывают поперек пополам, прикладывая макушку листа к основанию, потом разгибают и по образовавшейся складке проводят измерения;

2 — длина второй жилки от основания листа;

 3 - расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка;

4 - расстояние между концами этих жилок;

 5 - угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка.

Первые четыре параметра снимаются циркулем-измерителем. Угол между жилками измеряется транспортиром. При измерении угла, транспортир располагают так, чтобы центр окошка транспортира находился на месте ответвления второй жилки второго порядка Так как жилки не прямолинейны, а извилисты, то угол измеряют следующим образом: участок центральной жилки, находящийся в пределах окошка транспортира совмещают с центральным лучом транспортира, который соответствует 90 , а участок жилки второго порядка продлевают до градусных значений транспортира, используя линейку. Данные измерений заносятся в таблицу 2 (Приложение 1).

Вычисления.

Величина асимметричности оценивается с помощью интегрального показателя — величины среднего относительного различия на признак (средняя арифметическая отношения разности к сумме промеров листа слева и справа, отнесенная к числу признаков). Для проведения вычислений пользуются вспомогательной таблицей 3 (Приложение 2)

Обозначим значение одного промера X, тогда значение с левой и с правой стороны будем обозначать как Хл и Хп, соответственно. Измеряя параметры листа по 5-ти признакам (слева и справа) мы получаем 10 значений X.

В первом действии (1) находим относительное различие между значениями признака слева и справа (Y) для каждого признака. Для этого находят разность значение измерений по одному признаку для одного листа, затем находят сумму этих же значений и разность делят на сумму.

Y= Хл -Хп     =

   Хл + Хи

Найденное значение Y вписывают в таблицу 3 в столбец 1 признака. Подобные вычисления производят но каждому признаку (от 1 до 5). В результате получается 5 значений Y для одного листа. Такие же вычисления производят для каждого листа в отдельности, продолжая записывать результаты в таблицу 3.

Во втором действии (2) находят значение относительного различия между сторонами на признак для каждого листа (Z). Для этого сумму относительных различий надо разделить на число признаков. Находим значение Z по формуле:

Z= Y1+ Y2+ Y3+ Y4+ Y5=

         N

Где N. число признаков. Подобные вычисления производят для каждого листа. Найденные значения заносят в правую колонку таблицы 3.

В третьем действии (3) вычисляется среднее относительное различие на признак для выборки (X). Для этого все значения Z складывают и делят на число этих значений. Полученный показатель характеризует степень асимметричности организма. Для данного показателя разработана пятибалльная шкала отклонения от нормы (Захаров В.М., Крысанов Е.Ю., 1996 г.), в котором 1 балл - условная норма, а 5 баллов -критическое состояние:

Таблица 4. Пятибалльная шкала отклонения от нормы.

Краткая физико-географическая характеристика района исследования.

Учащиеся нашей школы установил наблюдение за экологическим состоянием лесного массива, расположенного на территории Яковлевского лесничества. Макрорельеф описываемой территории - это всхолмленная равнина; микрорельеф — балка. Увлажнение атмосферное и грунтовое. Почва - черноземы оподзоленные и выщелоченные. Мощность горизонта а и б 50 - 80 см. Содержание перегноя у оподзоленных черноземов 5 -8 % . у выщелоченных 6-10 %.

Результаты исследования.

Интенсивность рекреационной нагрузки. Изучаемая территория леса является местом периодического посещения людей, следствием этого является невысокий процент поврежденной территории - в пределах 2 — 14%. На фоновых площадках, расположенных в глубине леса, процент рекреационной нагрузки изменяется в пределах от 0 до 1.

Динамика соотношения типичных, редких и рудеральных видов   растений.

В широколиственных ассоциациях доля синантропных видов варьирует от 2% до 7 %. Среди синантропных видов наибольшее распространение получили виды: крапива двудомная, одуванчик лекарственный, подорожник большой.

Редкие виды - особо чувствительны к антропогенному воздействию, и именно они первыми исчезают из сообществ. Доказательством этого является их незначительная доля или полное отсутствие в зонах повышенного антропогенного воздействия. На фоновых участках встречаются редкие виды, такие как ландыш майский, сочевичник весенний, колокольчик персиколистный. купена лекарственная

Оценка   стабильности    развития   березы   повислой   (Bctula   pendula),      в   условиях рекреационной нагрузки.

В результате проведенных исследований были получены следующие результаты:. Таблица 5.  Значение измерений

Таблица 6. Вспомогательная таблица для вычислений.

Таблица 7. Значение измерений

Таблица 8. Вспомогательная таблица для вычислений.

Таблица 9. Значение измерений

Таблица 10. Вспомогательная таблица для вычислений.

В результате анализа распределения коэффициента флуктуирующей асимметрии листьев Betula pendula обнаружено, что максимальные значения зафиксированы на площадках, характеризующихся высокой рекреационной нагрузкой и близостью автомобильных дорог.

Заключение.

Хозяйственная деятельность человека ведет к выбрасыванию в воздух
различных твердых, жидких и газообразных веществ, ядовитых как для человека, так
и для растений, в том числе и древесных. Серьезную опасность для леса
представляет и пребывание в нем большого количества людей. Это форма воздействия человека на лес принимает теперь все более и более широкие масштабы. При посещении леса посетителями сильно уплотняется верхний слой почвы, где находится основная масса тонких всасывающих корней растений.
Именно в этом слое сосредоточены корни всех зеленых обитателей леса, в том
числе и деревьев. При уплотнении почвы растения испытывают недостаток воздуха,
в результате этого у деревьев начинают засыхать верхушки и крупные сучья.
Кустарники и травы сильно страдают, и в конечном счете погибают. Для этих
растений нижних ярусов леса опасно не только само по себе уплотнение почвы.
Большой вред приносит и разрушительная деятельность людей, находившихся в есу, - обламывание веток кустарников, повреждение надземной части трав.
Травяной покров обычно остается, но видовой состав растений сильно меняется.
Типично лесные представители флоры замешаются растениями не свойственными
лесу, - луговыми и даже сорными.        Большой вред причиняют и костры, которые

нередко разводят отдыхающие. Непогашенный костер может быть причиной страшного бедствия - лесного пожара. Но костры в лесу опасны и в другом отношении. Если пламя находится вблизи от стволов деревьев, оно сильно их нагревает. От этого страдают живые ткани, расположенные непосредственно под корой. Высокая температура может вызвать их гибель и тогда погибнет все дерево. Большой вред причиняют лесу, и сборщики цветов Массовый сбор цветов приводит к быстрому исчезновению из леса красиво цветуших растений.

На основании проделанной работы были сделаны выводы:

1.        Лес Яковлевского .лесничества, расположенный около населенного пункта с. Пушкарное Яковлевского района, испытывает достаточно значительные рекреационные изменения, связанные с повреждением травянистого покрова, изменением биохимических и морфофизиологических свойств почвы.

2. Рекреационная нагрузка способствует изменению видового состава в сторону исчезновения редких растений и внедрению в фитоценозы синантропных видов, нехарактерных для подобных ассоциаций.

3.        Рекреационная нагрузка отрицательно сказывается на стабильности развития травянистых растений, о чём говорит повышение коэффициента флуктуирующей асимметрии на опытных площадках. Типичные растения лесных фитоценозов могут
быть использованы в качестве биоиндикаторов.

4.        Необходимо проводить разъяснительную работу с населением о вреде, причиняемому лесу, отдыхающими.

Рекомендации для уменьшения отрицательного последствия вмешательства человека в жизнь леса:

     1.   Необходимо отводить для отдыха определенные участки, где   можно ставить падатки, разводить костры, играть в различные игры.

2. Иметь постоянную сеть тропинок и пользоваться в основном ими, тогда лесу будет причинен наименьший вред.
3. Новые костры лучше разжигать на месте старого. Нельзя оставлять костер, когда в нем есть тлеющие угли.
4. Нельзя наносить раны живым деревьям. Необходимо беречь деревья от повреждений.
5. Следует бережно относиться к кустарникам в лесу. Кустарники - важная составная часть лесного растительного сообщества.
6. Необходимо разумно относится к сбору цветов в лесу.
7. Уменьшить до предела отрицательные последствия выпаса скота в лесу.
8. Для сохранения лесных массивов необходимо помнить о наших лесных пернатых санитарах. Увеличить численность полезных птиц в лесу в наших силах; для этого необходимо развешивать в лесу домики для птиц, подкармливать в крайне тяжелое для них зимнее время. Учащиеся нашей школы принимали активное участие в экологических акциях: « Птичья столовая>>, « День птиц», «Первоцветы» и др.

Литература.

№ 1 А.С. Боголюбов. Оценка экологического состояния леса по асимметрии листьев. «Экосистема», 2002.

№ 2. Биологические экскурсии. - М.,1983. - с. 190 - 192

№ 3. М. Гуленкова, М. Сергеева. Травянистые растения леса //Большой атлас природы России. - М., 2005. -с. 117 - 144/7.

№ 4. Ю. Егориева. Антропогенная трансформация флоры травянистого яруса городских и пригородных лесов г. Обнинск.

№ 5. Т. Козлова, В. Сивоглазов. Растения леса //Большой атлас природы России. -М., 2005.-е. 87-111//.

№ 6. Ю.В.Новиков. Природа и человек. - М, 1991. - с. 172 - 176.

№ 7. В.В. Петров. Лес и его жизнь. - М., 1986. - с. 140 - 145.

№ 8.Состояние окружающей среды и использование природных ресурсов Белгородской области в 2006 году: справочное пособие. — Белгород, 2007.

Приложение № 1

Таблица 2. Значение измерений

Приложение № 2

Таблица 3. Вспомогательная таблица для вычислений.