Исследовательская работа
материал по экологии (8 класс)

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ КОМИТЕТ

МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

г. НАБЕРЕЖНЫЕ ЧЕЛНЫ

НАБЕРЕЖНОЧЕЛНИНСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ФГАОУ ВО «КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

III ВСЕРОССИЙСКАЯ (X РЕГИОНАЛЬНАЯ) НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ УЧАЩИХСЯ

Исследовательская работа

по экологии на тему 

«Оценивание состояния леса по сосне обыкновенной

(Pinus sylvestris L.)».

Выполнили: учащиеся 8 класса А

МАОУ «СОШ №17»

Глумова Елизавета Александровна и

Новоженин Вениамин Владимирович.

Руководитель работы: учитель биологии и химии

Балагтдинова Регина Радиковна.

г. Набережные Челны,

2016 год.

Содержание

• Введение ……………………………………………….. 3
• Метод биоиндикации …………………………………. 4
• Выбор площадок и отбор растений для проводимых измерений ……………………………………………… 5
• Описание общего жизненного состояния деревьев .... 10
• Оценка данных и представление результатов исследования ………………………………………….. 12
• Выводы ………………………………………………… 13
• Заключение ……………………………………………. 14
• Список использованной литературы ……………….... 14
• Приложения ……………………………………………. 15

Введение

Наша страна богата растительностью: леса занимают более 45 % её территории. А в общем в России находятся 1/5 всех лесов мира. Роль лесов очень велика. Насаждения влияют на климат, обеспечивают нам чистый воздух, защищают сельскохозяйственные земли, и обеспечивают разнообразие живой природы. Так же лес дает нам все необходимое, для нашего комфортного проживания.

Тема нашей работы – «Оценивание состояния леса по сосне обыкновенной (Pinus sylvestris L.)».

Мы выбрали эту тему, так как посчитали ее очень актуальной в наши дни.

Актуальность нашей исследовательской работы состоит в том, что в последние годы все больше лесов страдает от антропогенных воздействий, а именно наблюдается повреждение лесных массивов и в результате – их деградация. Причинами этого являются промышленные объекты с постоянными выбросами вредных веществ, высокие концентрации оксидов азота и серы в воздухе, кислотные дожди. Все это ведет к истощению лесов, а в результате – и истощению нашей природы в целом.

Целью нашего исследования является определение и дальнейшая оценка состояния лесных насаждений по сосне обыкновенной (Pinus sylvestris L.), также дальнейшее сравнение двух территорий обитания сосны обыкновенной с разными уровнями антропогенных нагрузок.

Задачи:

1. Выбрать площадки для исследования, с учетом различной антропогенной нагрузки.

2. Проанализировать научную литературу по данной теме.

3. Охарактеризовать состояние деревьев.

4. Определить и установить состояние деревьев на двух площадках.

5. Сделать сравнительный анализ площадок.

Объект исследования: лесные насаждения сосны обыкновенной в центре города и в Боровецком лесу.

Предмет исследования: влияние антропогенных нагрузок на состояние природы.

Метод биоиндикации

Биоиндикация – это оценка состояния окружающей среды по различным признакам живых организмов. Определённые факторы среды создают возможность существования того или иного вида. Виды, позволяющие выявить специфические особенности среды, называют индикаторами. Биоиндикация даёт возможность судить об изменениях состояния среды и даже прогнозировать направления этих изменений. При изучении степени загрязнения окружающей среды важна реакция живых организмов на загрязнители.

В нашем городе много различных деревьев, это береза, ель, лиственница. Но для нашего исследования мы выбрали именно сосну обыкновенную (Pínus sylvéstris).

Выбор наш был основан на том, что сосна обыкновенная, и в общем, хвойные растения очень чувствительны к изменениям окружающей среды, а особенно к ее загрязнению. Эти деревья очень чутко реагируют на мельчайшие изменения условий произрастания. Еще наш выбор связан с широким распространением сосны обыкновенной  на территории нашего города, и проблем с поиском участками не было.

В ходе работы мы использовали методику оценки жизненного состояния леса по сосне А.С. Боголюбова, созданную в 1998 году.

Работа включала в себя три этапа:

1. Выбор площадок с дальнейшим отбором деревьев для проведения измерений.
2. Общее описание состояния деревьев.
3. Оценка и анализ данных, обработка результатов исследования.

Для выполнения работы нам понадобились: компас, рулетка, бинокль, треугольник, бланк описания.

Выбор площадок и отбор растений

для проводимых измерений

А) ВЫБОР ПЛОЩАДКИ

В огромной по своим размером территории леса, мы выбрали площадки для наших исследований. Площадь площадок была не менее 500 метров.

Б) ОТБОР ДЕРЕВЬЕВ

Работа с площадками.

Каждая площадка отмерялась следующим образом:

1.) Вначале мы выбрирали центральную точку – дерево.

2.) Данное дерево мы метили цветной нитью.

3.) От этого дерева мы откладывали по 25 метров в разные стороны( север, юг, запад и восток). И таким образом мы отметили угловые точки (деревья) наших площадок.

4). Следующим этапом был выбор ближайших пяти деревьев. Для каждого дерева мы давали свое «имя», а именно буквенно-цифровые обозначения. Названия соответствовали указанию направления угловой точки и номера дерева. Например, N1 мы пометили дерево №1, которое находилось на северной стороне, S1 – дерево №1 с южной стороны. И так далее: W – запад, E – восток.

5). Для наблюдения мы выбирали и отмечали  деревья верхних (1 и 2) ярусов (спелый и приспевающий древостой).

6). Так же для исследования  использовались деревья, не имеющие явных механических повреждений.

В) СРОКИ РАБОТЫ

Данное исследование мы проводили с 15 сентября по 10 октября 2016 года.

Г) СОСТАВЛЕНИЕ ПАСПОРТА ПЛОЩАДКИ

Для каждой площадки мы составляли паспорт, в котором указали следующие данные:

1 – географическое и административное положение с приложением плана местности.

2 – подстилающая порода и тип почвы.

3 – данные о типе леса : породный состав, средний возраст, подрост и подлесок, травянистая растительность.

4 – данные о деревьях на площадке: а) высота и диаметр ствола на уровне груди; б) средний возраст; в) повреждения деревьев (механические и повреждения от насекомых и грибов).

Возраст деревьев я узнавала по мутовкам. Каждая мутовка на стволе сосны соответствует годовому приросту. Чтобы определить возраст сосны с точностью до 2-х лет достаточно тщательно пересчитать количество мутовок на стволе и прибавить примерно 5-6 лет.

Методика измерения высоты деревьев

(Треугольник с углом 45 градусов)

Суть: построение равнобедренного прямоугольного треугольника, одним из

катетов которого является дерево.

Рабочая формула: H = h* L / l

Здесь h и l стороны прямоугольного треугольника с углом 45 градусов. Т.к. они равны, то H = L.

Оборудование: любой прямоугольный треугольник (бумажный, пластмассовый, деревянный) с углом 45 градусов, то есть равнобедренный.

Ход работы:

1) держа треугольник вертикально, отойти от дерева на такое расстояние, при котором, глядя вдоль гипотенузы, увидеть верхушку дерева. Высота дерева от уровня глаз до верхушки равна расстоянию от дерева до человека;

2) измерить расстояние от места измерения до дерева;

3) прибавить к полученному числу свой рост (до уровня глаз).

Измерения диаметра мы проводили через длину окружности. Мы измеряли длину окружности ствола, а затем среднее значение использовали для определения диаметра по формуле D = L / р, где D - диаметр, L - длина окружности, а р - постоянное число "Пи", равное приблизительно 3,14 (в полевых условиях длина окружности просто делится на три).

Для нахождения диаметра ствола, мы измеряли длину окружности ствола.

Длина окружности деревьев площадки D:

С северной стороны: D1 = 130 см; D2 = 110м; D3 = 100см; D4 = 90 см;

D5 =146 см.

С южной стороны: D1 = 88 см; D2 = 140 см; D3 = 100 см; D4 = 133 см;

D5 = 130 см.

C восточной стороны: D1 = 93 см; D2 = 117 см; D3 = 90 см; D4 = 123 см;

D5 = 143 см.

C западной стороны: D1 = 170 см; D2 = 97 см; D3 = 135 см; D4 = 145 см;

D5 = 190 см.

Длина окружности деревьев площадки 2:

С северной стороны: D1 = 95 см; D2 = 100 см; D3 = 70 см; D4 = 86 см;

D5 = 80 см.

С южной стороны: D1 = 95 см; D2 = 106 см; D3 = 78 см; D4 = 90 см;

D5 = 123 см.

C восточной стороны: D1 = 110 см; D2 = 100 см; D3 = 97 см; D4 = 80 см;

D5 = 106 см.

C западной стороны: D1 = 123 см; D2 = 97 см; D3 = 80 см; D4 = 108 см;

D5 = 70 см.

Паспорт площадки 1 (приложение 1)

1. Площадка находится на территории сквера имени Мусы Джалиля..

Координаты - 55̊̊ 90 с. ш. и 57̊ 30 в. д..(приложение 1).

2. Местность приобретает эрозионно-увалистый характер, широкая плоская долина и балки с пологими склонами выработаны в четвертичных отложениях.

в) Геологическим фундаментом данной территории являются коренные породы пермской системой, местами выходящие на поверхность, но в основном перекрытых чехлом древнеаллювиальных, делювиальных и смешанных отложений. Структурное и минералогическое разнообразие почвообразующих пород в сочетании с неоднородным рельефом обусловили разнообразие условий формирования типов лесных биогеоценозов, где почвам принадлежит особая стабилизирующая функция и роль хранителя информации о процессах протекающих на определѐнных этапах развития лесных фитоценозов.

 Почвы преобладают дерново-подзолистые смытые. Эти почвы имеют среднесуглинистый состав, среднемощный органогенный горизонт и хорошо узнаваемый подзолистый горизонт белесовато-бурого цвета и пластинчатой структуры.

3. Первый, или верхний, ярус образован деревьями первой величины (ель (Pícea), сосна (Pínus), липа сердцевидная (Tília cordáta) и др.); второй – деревьями второй величины; третий ярус составляет подлесок, образованный кустарниками (лещина обыкновенная (Córylus avellána), крушина ломкая (Frángula álnus) и др.); четвертый состоит из высоких трав; пятый ярус сложен из трав более низких (сныть обыкновенная (Aegopódium podagrária), осока волосистая (Carex pilosa) и др.); в шестом ярусе – наиболее низкие травы, такие, как копытень европейский (Ásarum europaéum), кислица (Óxalis).

Лесная подстилка, покрывающая почву, состоит из опавших листьев и хвои, а также из коры и сучьев деревьев, отмерших участков трав, мхов.

Средний возраст выбранных мною деревьев составляет 30-40 лет.

4. а) Высота сосен на площадке колеблется от 27 м до 45 м:

С северной стороны: H1 – 31 м, H2 – 28 м, H3– 30 м, H4 – 26 м, H5 – 36 м,

H6 – 34 м;

С южной стороны: H1 – 28 м, H2 – 31 м, H3 – 39 м, H4 – 36 м, H5 – 33 м,

H6 – 22 м;

С западной стороны: H1 - 45 м, H2 – 43 м, H3 – 43 м, H4 –34 м, H5 – 48 м.

H6 –28 м;

С восточной стороны: H1 –22м; H2 – 28 м; H3 – 35 м, H4 - 31 м; H5 – 34 м;

H6 –35 м.

Диаметр деревьев:

С северной стороны: D1 ≈ 45 см; D2 ≈ 38 см; D3 ≈ 41 см; D4 ≈ 36 см; D5 ≈ 51 см; D6 ≈ 48 см.

С южной стороны: D1 ≈ 38 см; D2 ≈ 43 см; D3 ≈ 54 см; D4 ≈ 49 см; D5 ≈ 45см;

D6 ≈ 31 см.

С восточной стороны: D1 ≈ 31 см; D2 ≈ 37 см; D3 ≈ 47 см; D4 ≈ 38 см; D5 ≈ 48 см; D6 ≈ 46 см.

С западной стороны: D1 ≈ 58 см; D2 ≈ 55 см; D3 ≈ 55 см; D4 ≈ 46 см; D5 ≈ 63 см; D6 ≈ 38 см.

б) Степень повреждения деревьев слабое – до 25 %.

в) Повреждения от насекомых и грибов незначительны.

Паспорт площадки 2 (приложение 2)

1. Площадка 2 находится на территории Боровецкого леса. Вообще лес находится в Елабужско-Предкамском эрозионно-равнинном районе сосновых лесов, по лесорастительному районированию – в Предкамском районе хвойных и широколиственных лесов зоны смешанных лесов (Елабужское лесничество) и в Закамском районе лесостепной зоны (Челнинское лесничество). Координаты - 55̊̊ 78ʹ с. ш. и 52 33ʹ в. д.. (приложение 2).

2.б) Рельеф территории разнообразный: полого-волнистый с обрывистыми берегами, расчленѐнными глубокой овражной сетью. Есть также участки низкой поймы, занятые лугами и котловины карстового происхождения.

в) Геологическим фундаментом данной территории являются коренные породы пермской системой, местами выходящие на поверхность, но в основном перекрытых чехлом древнеаллювиальных, делювиальных и смешанных отложений.

Почвы преобладают дерново-подзолистые, которые сформированы на покровных суглинках.

3. Лесная растительность разнообразна: сосна обыкновенная, ель европейская, пихта сибирская, лиственница сибирская, дуб черешчатый, вяз, клен, липа, берѐза бородавчатая, ольха черная и серая и другие породы. В напочвенном покрове распространены растения как таѐжных так и дубравных типов леса. Встречаются также и лесостепные виды. Пограничное положение между лесной и лесостепной зоны создаѐт своеобразное сочетание растительного покрова и контрастную почвенную мозаику лесных и лесостепных почв. 

Средний возраст выбранных мною деревьев составляет 50 лет.

4. а) Высота сосен на площадке колеблется от 18 м до 35 м:

С северной стороны: H1 – 22 м, H2 – 29 м, H3– 18 м, H4 – 21 м, H5 – 21 м,

H6 – 21 м;

С южной стороны: H1 – 23 м, H2 – 25 м, H3 – 21 м, H4 – 23 м, H5 – 30 м,

H6 – 20 м;

С западной стороны: H1 - 27 м, H2 – 23 м, H3 – 21 м, H4 – 25 м, H5 – 20 м.

H6 –24 м;

С восточной стороны: H1 – 28 м; H2 – 28 м; H3 – 35 м, H4 - 21 м; H5 – 24 м;

H6 – 28 м.

Диаметр деревьев:

С северной стороны: D1 ≈ 31 см; D2 ≈ 40 см; D3 ≈ 23 см; D4 ≈ 29 см; D5 ≈ 29 см; D6 ≈ 29 см.

С южной стороны: D1 ≈ 32 см; D2 ≈ 35 см; D3 ≈ 28 см; D4 ≈ 32 см; D5 ≈ 41 см;

D6 ≈ 26 см.

С восточной стороны: D1 ≈ 38 см; D2 ≈ 38 см; D3 ≈ 47 см; D4 ≈ 28 см; D5 ≈ 34 см; D6 ≈ 38 см.

С западной стороны: D1 ≈ 37 см; D2 ≈ 32 см; D3 ≈ 28 см; D4 ≈ 35 см; D5 ≈ 26 см; D6 ≈ 34 см.

б) Степень повреждения деревьев– до 30%.

в) Повреждения от насекомых и грибов отсутствуют.

Описание общего жизненного состояния

(ОЖС) деревьев

Известно, что при ухудшении условий произрастания у сосны (как и у большинства других пород деревьев) наблюдаются следующие реакции:

1. дефолиация, то есть опадение листвы (хвои), внешне проявляющееся в снижении обычной густоты кроны.
2. потеря естественной окраски (пожелтение) кроны.

Эти меры, по мере ухудшения жизненного состояния дерева прогрессируют, вплоть до полного отмирания дерева. Схожие измеряемые реакции организма на множественные изменения среды и составляют суть метода биоиндикации.

Для правильного описания мы выбирали точки с хорошим обзором всего дерева.

Описание жизненного состояния деревьев на площадке заключалось в заполнении бланка.

Заполнение бланка описания жизненного состояния деревьев (приложения 3 и 4)

Бланк представляет собой таблицу, включающую в себя графы для описания параметров деревьев, свидетельствующих об их жизненном состоянии.

Графа 1 «Номер дерева»

Заполнялась нами по местам на моей площадке – в неё мы заносили номера описываемых деревьев (N1,N2… W6).

Графа 2  «Класс пожелтения»

Cтепень потери природной окраски, или «пожелтения» кроны оценивается визуально также по четырём классам. Мы пыталась примерно сравнить наблюдаемый цвет кроны с нормальным в моём представлении цветом. Потеря природной окраски оценивалась в процентах по следующей шкале:

0 – нет пожелтения (потеря общей окраски кроны 0-10%);

1 – слабое (потеря 10-25% окраски);

2 – среднее (25-60%);

3 – сильное (более 60%).

Среди исследуемых деревьев встречались деревья только 0 и 1 классов.

Графа 4 «Новые шишки»

В данной графе мы визуально, при помощи бинокля, оценивали количество новых (не раскрывшихся) шишек (треугольной формы) на деревьях.

Количество шишек оценивали также по 4-ёх балльной шкале: 0 баллов – шишек очень много… 3 балла – шишек нет совсем.

Графа 5 «Старые шишки»

Количество старых (раскрывшихся шишек),подсчёт вели при помощи бинокля.

Графа 6 «Сумма баллов» В эту графу мы записывали алгебраическую сумму баллов со 2 по 5 графу.

Графа 8 «Общее жизненное состояние»

Эта графа относится уже к камеральной обработке материала

Графа 9 «Тип дефолиации»

Различают следующие типы дефолиации:

1. равномерная, т.е. по всей кроне – код «1» в бланке;

2) от основания кроны – потеря хвои на нижних живых ветвях кроны (код «2»);

3) от ствола – потеря хвои во «внутренних» частях кроны – код «3», часто совмещена с равномерной дефолиацией;

4) периферийная, от скелетных ветвей – код «4»;

5) вершинный тип – код «5». При дефолиации этого типа происходит потеря хвои с верхушки, что в конце концов приводит к суховершинности.

6) верхней части кроны – код «6» в бланке.

Однако 5 и 6 типы дефолиации не встречались в рассматриваемых нами деревьях.

Графа 10 «Форма кроны»

Для каждого типа дефолиации, как правило, характерна своя форма кроны. Например, у сосны, при равномерной и дефолиации от ствола крона сохраняет нормальную форму (код «0» в бланке); при дефолиации от основания крона становится овальной (продолговатой, яйцевидной и т.п.) (код «1»), а при вершинном типе дефолиации крона принимает шарообразную форму (код «2»).

Оценка данных и представление

результатов исследования

А) ОЦЕНКА ДАННЫХ

Оценку данных проводили двумя способами – по сумме баллов и по классу ОЖС.

Оценка по сумме баллов (графа 7)

При определении суммы баллов  суммировали значения из граф 2 – 4. Это самый простой способ обработки материала.

Таким образом, чем больше сумма баллов, тем хуже состояние дерева. Если сумма составляет 0 – 5 баллов, то данное дерево является здоровым и весьма жизнеспособным. Чем меньше средний балл деревьев на площадке, тем лучше жизненное состояние деревьев.

Определение класса ОЖС (графа 8)

Определяли по таблице общее жизненное состояние всех деревьев по комбинации класса дефолиации и класса пожелтения хвои и внесли цифровые данные в графу 8 бланка.

Для определения ОЖС  использовали таблицу (приложение 5).

В клетке на пересечении «Класса дефолиации», взятого из 2 столбца бланка и «Класса пожелтения», взятого из 3 столбца бланка, мы нашли класс ОЖС (от 0 до 3) для каждого дерева площадки.

Каждому классу ОЖС соответствует среднестатистическая оценка количества лет до полного отмирания дерева. Нулевой класс ОЖС соответствует сроку более 20 лет, 1 класс – 10-20 лет, 2 класс – 3-9 лет, 3-й класс – менее 3-х лет.

Г) АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Анализ диаграмм показал, что состояние деревьев на территории Боровецкого леса по сравнению с сосновыми насаждениями в районе сквера имени Мусы Джалиля находится в лучшем состоянии. 33.3% деревьев имеют сумму баллов «6», 45.8% деревьев имеют класс ОЖС «1», что является хорошим показателем. При этом среди исследуемых мною деревьев отсутствуют деревья с баллом ОЖС «4» и «5» - «свежие» и «старые» сухостойные деревья, а также нет деревьев, сумма баллов которых больше 11.

Что касается Битцевского лесопарка, его экологическое состояние не является таким хорошим. 25 % деревьев имею сумму баллов «9» и 25 % - «11». 50 % деревьев имеют класс ОЖС «2», а класс «0» - всего лишь 4.2 %. Это связано с тем, что, парк находится в крупной Московской агломерации, а значит на него влияет большая антропогенная нагрузка (заводы, фабрики).

Выводы

1. В ходе исследовательской работы по экологии мы подобрали 2 площадки, соответствующие необходимым требованиям, которые предъявляются к исследованиям такого рода.

2. В ходе работы мы подобрали подходящие для исследования деревья. Проанализировав научные данные о сосне обыкновенной,  изучили её индикационные данные, что позволяет использовать данный вид для определения экологического состояния любой территории, где он произрастает.

3. Было доказано влияние антропогенной нагрузки на экологическое состояние природы и установлено, что общее жизненное состояние леса на территории Боровецкого леса намного лучше, чем жизненное состояние сквера имени Мусы Джалиля, из-за разного уровня антропогенного воздействия. По итогам нашего исследования  можно сказать, что, антропогенная нагрузка очень влияет на жизненное состояние сосновых насаждений и сквера в целом.

Заключение

Все результаты исследования можно использовать при мониторинге загрязнения города. Так же работа позволяет собирать и сравнивать данные о состоянии лесов на национальном уровне.

Список использованной литературы

1. Баленко С. В. «Учебник выживания Спецназа ГРУ: опыт элитных спецподразделений. – М.: Яуза: Эксмо, 2009

2. Буйволов Ю. А., Кравченко М. В., Боголюбов А. С. «Методика оценки жизненного состояния по сосне». Методическое пособие. - М., 1998

3. Дьяченко Г. И. «Мониторинг окружающей среды (Экологический мониторинг)». - Новосибирск., 2003

4. Шишкин О. В. «Плёсково и его окресности». Исторические фрагменты. – М., 2008

5. Черненькова Т. В. «Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение». — М., 2002

Приложения

Приложение 1. План территории Боровецкого леса.

Приложение 2. План местности площадки сквера Мусы Джалиля.

Приложение 3. Бланк описания жизненного состояния деревьев площадки 1

1

Приложение 4. Бланк описания жизненного состояния деревьев площадки 2

1

Приложение 5. Таблица для определения ОЖС деревьев

Класс дефолиации

Приложение 6. Образец таблицы для построения диаграммы

Балл ОЖС/ сумма баллов

Приложение 7. Таблица для построения диаграммы по сумме баллов. Площадка 1

Сумма баллов

Приложение 8. Таблица для построения диаграммы по классу ОЖС. Площадка 1

Балл ОЖС

Приложение 9. Таблица для построения диаграммы по сумме баллов. Площадка 2

Сумма баллов

Приложение 10. Таблица для построения диаграммы по классу ОЖС. Площадка 2

Балл ОЖС

Приложение 11. Столбчатая диаграмма общего жизненного состояния леса (ОЖС) на площадках 1 и 2 по сумме баллов

Приложение 12. Диаграмма общего жизненного состояния леса

на площадках 1 и 2 по баллам ОЖС