Почему гибнуть ели?

Ели, как правило, высокие стройные деревья, достигающие высотой иногда 60 метров и диаметра 1,5 метра. Крона конусовидная, ствол прямой. Отличается высокой теневыносливостью, поэтому нижние ветви на протяжении жизни сохраняются и могут даже укореняться, если прилегают к земле. Главный корень развит слабо, боковые - располагаются в поверхностных слоях почвы. Хорошо растет только на богатой питательными веществами, хорошо увлажненной почве. Листья видоизменены в иголки и покрыты кутикулой (восковым налетом). Воски вырабатываются растением с определенной целью: защитить от потоков дождевой воды или, напротив, от засухи, предотвратить проникновение микроорганизмов.

На территории Красноярского кадетского корпуса растут ели разных возрастов. Мы обратили внимание, что независимо от возраста дерева, хвоя на ветвях погибает и опадает. Ветви покрыты иглами только на концах, а у основания - голые. У некоторых деревьев нарушена форма кроны. Подобные изменения наблюдаются и у елей, растущих на улицах нашего города. Мы заметили, что особенно часто они проявляются у растений, которые растут вдоль автодорог и в промышленных зонах города. Нас заинтересовал этот факт, и мы решили выяснить причины этих явлений.

ЦЕЛЬ: оценить влияние некоторых антропогенных факторов на рост и развитие елей, сделать вывод о целесообразности использования елей для озеленения улиц города.

ЗАДАЧИ:

1. Сравнить формы крон и облиственность ветвей у елей, произрастающих в городе и в естественных условиях обитания.

2. Проанализировать литературу по данному вопросу.

3. Провести количественный анализ почв на кислотность в городе и за городом.

4. Провести качественный анализ почв на содержание растворимых соединений алюминия.

МЕТОДЫ:

1. Работа с литературой.

2. Постановка эксперимента.

3. Анализ полученных результатов.

4. Написание исследовательской работы.

5. Создание презентации доклада на компьютере.

Если мы - это то, что мы едим, то растения - это индикаторы состояния почвы. Травы, деревья, лишайники способны сообщить много важных сведений о почвах. Именно поэтому мы начали свою работу с проведения анализа почв, взятых в разных районах города и за его пределами.

ОТБОР И ПОДГОТОВКА ПРОБ

Почвы достают с глубины 5-7 см. Для этого можно пользоваться ложкой, ножом, детским совком и т. д. :

1. Берут 5 - 6 чайных ложек почвы в разных местах участка.

2. Складывают все пробы в пакет и приносят в класс.

3. Высыпают содержимое пакета на лист плотной бумаги, перемешивают шпателем и подсушивают на воздухе несколько часов.

4. Удаляют из почвенной смеси листья, корни, камни и т. д.

5. Измельчают с помощью шпателя все комки до размеров 2-3 мм в диаметре.

6. Взвешивают на технических весах 20 г. почвы.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОТНОСТИ ПОЧЫ

1. Взвешенную пробу переносят в коническую колбу или стакан объемом 100 мл.

2. Добавляют 50 мл. дистиллированной воды.

3. Выдерживают пробу в воде 15-20 минут, периодически взбалтывая.

4. Отфильтровывают суспензию через бумажный фильтр.

5. Полоску универсальной индикаторной бумаги опустить в полученный раствор.

6. Приложить полоску к стандартной шкале определения кислотности и зафиксировать результат.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАТИОНОВ АЛЮМИНИЯ В ПОЧВЕ

1. К почвенному раствору добавляют несколько капель уксусной кислоты.

2. Добавляют несколько капель раствора аммиака.

3. Добавляют каплю индикатора ализарина, после чего появляется красное окрашивание, которое свидетельствует о наличии катионов алюминия.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА

Место, где взят образец почвы

Значение кислотности

Наличие катионов алюминия пос. Овсянка

- ст. Крючково

Кадетский корпус

+ р-он КрасТЭЦ

+ + ул. Гусарова (Ветлужанка)

- р-он Покровки

+ ул. Глинки

+ + микрорайон Черемушки

+ пр. Красноярский рабочий (р-он Затона)

АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Объяснить полученные экспериментальные данные позволил анализ литературы по данному вопросу. Все почвы в той или иной степени оказались кислыми, но особенно большое значение кислотности имеют почвы в черте города.

Кислотность или щелочность почвы представляет собой фактор, определяющий наличие той или иной растительности. В науке для измерения степени кислотности или щелочности раствора применяется водородный показатель рН, который может принимать значения от 0 до 14. Раствор, имеющий значение рН меньше 7, считается кислым, при рН равном 7 - нейтральным, а при рН больше 7 - щелочным. Чем меньше рН, тем кислее раствор. Изменение величины рН всего на одну единицу означает десятикратное увеличение или уменьшение кислотности.

Почему же почвы могут быть кислыми? Вода, даже в чистейшем озере и ручье содержит небольшие количества растворенных веществ, которые остаются в ней, когда она путешествует сквозь небо и через землю. Дождь не может быть достаточно чистым, потому что образуется в земной атмосфере и представляет собой очаровательный коктейль газов, воды, пыли. В течение всей истории Земли этот коктейль медленно изменялся, до тех пор, пока, наконец, не достиг своеобразного баланса веществ. Однако некоторые газы, например, углекислый, сернистый и оксиды азота, присутствующие в атмосфере, из-за хозяйственной деятельности человека, реагируют и растворяются в воде и выпадают в виде кислотных дождей, делая почву более кислой. Ежегодно в результате деятельности человека в атмосферу попадает 60 - 70 млн. т. серы в виде сернистого газа. Примерно половина выбросов приходится на Европу. Сжигая топливо, человек кроме сернистого газа ежегодно выбрасывает в воздух 12 млн. т. оксидов азота, 8 млн. т. в год - поступают с автомобильными выбросами. Кислотный дождь может выпадать за сотни километров от источников загрязнения. Вымывание кислотных веществ из атмосферы происходит во время образования облаков и осадков, а также компоненты воздуха могут непосредственно достигать почвы и растений и взаимодействовать с их поверхностью. Постепенное увеличение в почве и воде кислотности называют закислением. По значению рН почвы подразделяют на сильнокислые (рН = 3 - 4), кислые (рН = 5), слабокислые (рН = 6), нейтральные (рН = 7), щелочные (рН = 7 - 8) и сильнощелочные (рН = 9). Кислотность почвы нужно знать, так как она напрямую связана с усвоением питательных веществ, необходимых для роста растений.

Так мы установили, что в промышленных районах города и в почвах, взятых возле автодорог кислотность очень высока, самое низкое значение рН выявлено в районе КрасТЭЦ, Черемушках, на территории Кадетского корпуса и на проспекте Красноярский рабочий. Ели, растущие в этих районах, имеют совершенно невзрачный вид, неправильные кроны, ветви часто голые у оснований, хвоя бурая. Новые посадки очень молодых елей чаще всего гибнут на второй или третий год жизни.

Влияние кислотности на растения может быть косвенным (через почву и корневую систему) и непосредственным (через воздух). Косвенное влияние кислотности в первую очередь сказывается на состоянии растений, так как при ее повышении увеличивается растворимость тяжелых металлов, которые для растений являются ядами. Они легко поглощаются растениями и могут привести к их гибели. Повышение кислотности почвы приводит к растворению нерастворимых соединений алюминия. В ходе работы мы определяли наличие в почве катионов алюминия. Нами было обнаружено, что почвы, взятые в черте города (кроме ул. Гусарова в Ветлужанке) содержат растворимые соединения алюминия, особенно заметно их содержание было обнаружено в почвах в районе КрасТЭЦ и ул. Глинки, где почвы очень кислые. Известно, что алюминий, растворенный в сильнокислой среде, ядовит для живущих в почве микроорганизмов, которые помогают растениям извлекать из почвы питательные вещества и воду.

Так же микроорганизмы влияют на процессы гниения растительных остатков и тем самым улучшают структуру и плодородие почвы. Во многих почвах Сибири наблюдается поглощение более высоких концентраций алюминия. Хотя многие виды растений в состоянии выдержать это соотношение, однако при выпадении значительных количеств кислотных осадков ослабляется рост корней и создается опасность для существования растений. Алюминий и различные тяжелые металлы не только изменяют структуру почвы, но и ее способность обеспечивать питательными веществами. На богатых почвах, как известно, растения меньше страдают от газов и дыма чем на бедных. В городе почти нет естественных почв. Здесь формируются искусственные почвы, которые правильнее называть почвогрунтами, так как процесс почвообразования нарушен. При строительных работах часто на поверхности оказывается бедный микроэлементами грунт, а плодородная почва засыпается строительным мусором.

В наибольшей степени гибель елей наблюдается в районах с сильно загрязненным воздухом (непосредственное влияние). Сухие осадки, содержащие кислотные газы наносят огромный ущерб в первую очередь хвойным деревьям, так как хвоя подвержена воздействию загрязняющих веществ на протяжении нескольких лет, в отличие от лиственных деревьев. Вредные газы и дым повреждают, прежде всего, мякоть иголок, от чего они буреют и отмирают. Поэтому действие газов усиливается, когда идет фотосинтез. Существует два вида поражения хвои газом и дымом: острое и хроническое. При остром поражении на хвое появляются сначала мелкие пятна, затем она буреет и опадает. При хроническом - вредные вещества накапливаются постепенно, но, в конце концов, хвоя все равно опадает. Считается, что опадение хвои связано с действием оксидов азота, которые образуются из выхлопов автомобилей. Оксиды азота под действием солнечных лучей выделяют газ озон, который нарушает водоотталкивающий восковой налет покрытия хвойных игл. Он повреждает хлорофилл, тем самым нарушает фотосинтез. Озон также способен снижать морозостойкость дерева, повреждая клеточные мембраны в хвое.

Кислый дождь и озон могут привести к недостаточности питания деревьев. Действие озона проявляется как в разрушении хлорофилла, необходимого для фотосинтеза, так и нарушении воскового покрытия игл. Особенно сильно это проявляется у елей, произрастающих вдоль автодорог. Кислый дождь способен закислять почвы. Кислота в почве активирует растворение нерастворимых соединений алюминия, которые вызывают гибель микроорганизмов в почве, еще больше увеличивая недостаточность питательных веществ, а также увеличивает поглощение растениями тяжелых металлов. Все перечисленные факты, в конечном счете, приводят к гибели елей.

Результаты нашей работы позволяют утверждать, что посадка елей в промышленных районах города, и особенно вдоль автодорог не является целесообразной из-за их быстрой гибели. Считаем, что наиболее эффективна посадка деревьев, имеющих повышенную устойчивость к газам и дыму, с кожистыми листьями, меньшим объемом воздушных полостей в мякоти листа, ослабленным фотосинтезом и дыханием, способностью быстро восстанавливать листву вместо опавшей. Относительно устойчивы по этим показателям ива, сирень, береза, тополь. Тополь фотосинтезирует и очищает воздух от вредных примесей в 7 раз эффективнее, чем ель. Учитывая неудобства во время плодоношения тополя, можно рекомендовать посадку мужских экземпляров. Из хвойных деревьев можно рекомендовать посадку лиственниц или канадскую ель. <<Голубая>> форма канадской ели отличается относительной газо- и дымоустойчивостью, что чрезвычайно для городских условий.

Полученные результаты не являются абсолютными, так как мы рассмотрели далеко не все антропогенные факторы, влияющие на рост и развитие елей. Поэтому изучение данного вопроса можно продолжить.