Изменение экологического состояния на пришкольном участке на примере листьев берёзы повислой

«Происходящее с окружающей средой негативно влияет на здоровье и условия жизни людей по всему миру», - говорится в докладе ООН за 2007 г. Согласно «Глобальному экологическому прогнозу», тенденции носят в основном неблагоприятный характер. Проблема предотвращения экологической катастрофы - это, безусловно, глобальная проблема, которая по своей грандиозности превосходит все остальные, встречавшиеся на пути развития человечества. И никогда еще не было такого гигантского разрыва между масштабами проблемы и возможностями ее решения.

Экологическая напряженность - это тяжелый спутник научно- технического прогресса. По данным ВОЗ 80% болезней вызвано состоянием экологического напряжения. Наиболее целесообразным на данный момент для решения проблем экологии является использование мониторинга окружающей среды.

Экологический мониторинг - это система наблюдений за изменениями состояния окружающей среды, вызванными антропогенными причинами, который позволяет прогнозировать развитие этих изменений.

Эта тема актуальна, так как огромную роль в оздоровлении воздушного бассейна играют древесные растения, выступающие в роли своеобразного естественного фитофильтра. Они являются естественными биоиндикаторами на любые изменения окружающей среды.

Современная наука достаточно широко использует организмы, в том числе растения в качестве биоиндикаторов. Растения реагируют на загрязнение окружающей среды и морфологически, и физиологически. Одним из перспективных подходов для характеристики качества среды является оценка состояния живых организмов по стабильности развития, которая характеризуется уровнем флуктуирующей асимметрии морфологических структур. Изучение биоиндикационных возможностей листовой пластинки березы повислой в зеленых зонах промышленных центров является актуальной задачей.

ОПИСАНИЕ ЗЕЛЁНЫХ НАСАЖДЕНИЙ НА ПРИШКОЛЬНОМ УЧАСТКЕ

Наш квартал на карте города обозначен номерами №153 и №154, между улицами Юбилейная и Кирилкина, а также проспектами Труда и Победы. В микрорайоне школы располагаются 68 домов разной этажности (пяти, девяти и двенадцати), а также объекты инфраструктуры, необходимые для жителей микрорайона - это насосная станция, 5 детских комбинатов, ЖЭУ №2, ДДК "Юность", пункт вторсырья. 2 автостоянки, магазины и школа №13, которая занимает центральное положение в микрорайоне.

Исследования 2005 года выявили: на территории микрорайона всего насчитывается 2080 зеленых объектов. Группа исследователей, включившись в проведение школьного мониторинга, решила провести обследование зеленых насаждений на территории своей школы. Для этого они использовали рекомендации городского экологического совета. Главная задача инвентаризации - натуральное исследование посадок на территории школы и определение их состояния.

Обследование участка начали с мая 2006 года и продолжали вплоть по декабрь. Группа 7-классников наносила на план участка зеленые объекты, присваивала каждому инвентарный номер, измеряла и вносила показатели в ведомость, составляя дендроплан.

Вывод: в результате проделанной работы было выявлено, что на территории школы растут 278 зеленых объектов.

Использовав полученные результаты, исследователи выяснили, что на пришкольном участке есть деревья – их 110 экземпляров, что составило 39,6%. Деревья представлены тополем, березой, ольхой, ивой. Преобладающей древесной породой является тополь.

Вторая группа объектов представлена дерево-кустарниками в количестве 102 экземпляров (36, 7%). Среди них встречаются тополь, береза, рябина, ива, акация, верба, осина. Преобладающая порода - береза повислая.

Третью группу составляют кустарники. Мы насчитали 66 экземпляров (23,7%). Это шиповник, ива, тополь, арония (черноплодная рябина), вдоль юго-восточной стены школы появился малинник. Преобладает шиповник. Данные показатели мы представили в виде диаграммы.

23 мая 2009 года учащимися 9-х классов была проведена акция по посадке саженцев на территории пришкольного участка. Акция прошла под девизом «Каждому выпускнику - свое дерево!». В акции участвовали 57 человек. Учащимися были посажены 21 елочка и 48 сосенок. Всего - 69 саженцев.

Т. о. после проведённой акции по посадке саженцев на участке стало 347 растений.

Вывод: проанализировав данные, учащиеся пришли к выводу, что видовой состав зеленых насаждений на пришкольном участке достаточно беден. Все растения лиственные, совершенно отсутствуют хвойные породы, которые могли бы улучшать окружающий воздух, выделяя фитонциды.

Степень загрязнения школьного участка можно определить методами биоиндикации на примере различных видов лишайников.

На школьном участке ближе к проезжей части дороги лишайников на деревьях не обнаружено, стволы деревьев гладкие и чистые.

На деревьях, удаленных от проезжей части дороги, обнаружено 3 группы лишайников:

1) накипные (серовато - беловатые),

2) листовые (желто - оранжевые, пепельно-серые),

3) кустистые (серебристо - серые). 5

Учащимися 11 класса проведена качественная оценка загрязнения воздуха с помощью лихеноиндикаторов.

В 2008 году учащимися проведено исследование 10 отдельно стоящих старых, но здоровых деревьев: 3 - у дороги и 7 - далеко от проезжей части. Все обнаруженные виды разделили на 3 группы; кустистые, накипные и листовые.

В 2009 году исследователем А. Громовой (10 класс) продолжено исследование остальных деревьев (110 экз. ) по периметру участка. Получены следующие результаты: степень покрытия древесного ствола лишайниками составила у 34 деревьев до 10% - это высокая степень загрязнения; у 22 деревьев до 20% - средняя степень загрязнения; 26 деревьев имеют слабую степень загрязнения; а от 30% до50% и более имеют низкую степень загрязнения, таких деревьев 18.

Вывод: На исследуемых деревьях преобладают листовые и накипные лишайники, кустистых не обнаружено. Наличие листовых и накипных лишайников говорит о слабом загрязнении воздуха на участке школы. Деревья, расположенные у дороги, и представляют «лишайниковую пустыню», т. к. лишайники почти отсутствуют.

Этим летом мы решили продолжить исследования степени загрязнения на пришкольном участке, выбрав объектом берёзу повислую и исследовав асимметрию её листьев.

ХАРАКТЕРИСТИКА БЕРЁЗЫ ПОВИСЛОЙ (Betula pendula Roth)

Береза повислая, или бородавчатая, — Betula pendula Roth (Betula verrucosa Ehrh. ) — дерево из семейства березовых (Betulaceae) высотой 10-15 м (до 25 м). Ствол стройный, крона раскидистая. Веточки тонкие, обычно повисающие. Листья голые, треугольно – ромбические, в основном клиновидные, двояко–пильчатые, заострённые. Листья весной и летом светло–зелёные, осенью от золотисто–оранжевых до ярко–жёлтых. Молодые побеги покрыты бородавками. Растёт быстро. Дерево однодомное. Цветёт до распускания листьев (по некоторым источникам — одновременно с распусканием листьев).

Цветки раздельнополые: мужские, женские развиваются на одних и тех же растениях. Корневая система развита сильно. Корень стержневой, но сильноветвящийся; система располагается неглубоко от поверхности почвы. Примечательной особенностью дерева является белая кора, которой, кроме березы, природа ни одно растение не наделила. С возрастом в нижней части кора темнеет и покрывается глубокими трещинами. Берёза светолюбива, нетребовательна к почве, но плохо переносит уплотнения, быстро заселяет вырубки, гари и другие не возделываемые участки. Растет на почвах разного механического состава и плодородия. Недостаточно устойчива к дыму и газам.

Берёза повислая в свободном состоянии начинает плодоносить с 10 лет, а в насаждении — с 20—25 лет. Плодоношение продолжается ежегодно. Доживает до 100 и даже 200 лет. Древесина её часто используется на топливо.

Берёзу повислую широко разводят в населенных пунктах и придорожных насаждениях. Общая площадь березовых лесов в России превышает 90 млн. га.

Береза повислая, как и другие виды берез, мало требовательна к внешней среде, это обеспечивает ее произрастание в самых разнообразных условиях — от сурового Севера и континентального Урала до сравнительно теплых районов Южной России. Однако сильной жары береза не переносит, что кладет предел ее распространению на юге.

МОРФОЛОГИЯ И СТРУКТУРА ЛИСТЬЕВ

На стеблях располагаются почки и листья. Лист - это орган растения, возникающий на стебле и выполняющий функции фотосинтеза, транспирации (испарения) и дыхания. Обычно лист состоит из листовой пластинки, черешка, основания листа и прилистников. У берёзы повислой листья сидят на стебле поодиночке и расположены по спирали. Такое расположение листьев называют очередным, или спиральным.

Простой лист состоит из единственной листовой пластинки и одного черешка, лист всегда опадает целиком.

ИССЛЕДОВАНИЕ АСИММЕТРИИ ЛИСТЬЕВ БЕРЁЗЫ ПОВИСЛОЙ(Betula pendula Roth)

Организация исследования предполагала:

1. Подготовительный этап (выбор участков, движение по маршруту исследования, отбор полевого материала (листьев), фиксирование работы (фотографирование)).

2. Основной этап занял самый большой временной отрезок, поскольку предполагал обработку собранного материала (измерение листьев по 5 параметрам по выбранным методика, фиксирование полученных результатов, измерение углов между жилками, обработку статистических материалов)

3. Аналитический этап включал обработку полученных результатов, их анализ и формулировку выводов по результатам исследований.

Выбор и закладка площадок

Поскольку одним из наиболее распространённых видов деревьев на нашем пришкольном участке являются берёзы, в качестве объекта для изучения в рамках этой работы мы использовали листья берёзы повислой. Если взять биоиндикационный ряд чувствительности древесных культур, то он выглядит так:

Берёза > Каштан > Липа > Клён > Акация > Сирень > Тополь.

Как видно, первое место занимает берёза как наиболее чувствительный к загрязнению объект. В связи с этим, именно этот вид растений был выбран для исследований.

Время сбора.

Сбор материала для исследования нами проводился после завершения интенсивного роста листьев (в августе этого года).

Выбор растений

Сбор листьев проводился с деревьев, расположенных в разных экологических условиях. Для анализа использовались только средневозрастные растения, молодые и старые экземпляры не использовались.

Сбор листьев.

На первой площадке, вдоль южной стороны ограждения, сбор листьев производился с 10 близко растущих деревьев – по 10 листьев с каждого дерева, всего – 100 листьев (но часть листьев мы брали на запас в связи с возможными повреждениями при обработке). Листья рекомендуют авторы методик брать только с укороченных побегов. Собранные листья складывали в отдельные пакеты, нумеровали для транспортировки в помещение школы для дальнейшей обработки. На второй и третьей площадке сбор производился с 5 деревьев – по 10 листьев с каждого дерева, всего с двух этих площадок 100 листьев. Это связано с тем, что с северной стороны и в центре участка берёз намного меньше, поскольку преобладают тополя, ольха, рябины.

Листья собирались с нижней части кроны, на уровне поднятой руки, с максимального количества доступных веток. При сборе листьев с берёз мы задействовали ветки разных направлений. С каждого дерева собирались листья примерно одного среднего размера.

Обработка полевого материала.

Собранный материал обрабатывали сразу, чтобы листья не завяли.

Измерения

При выполнении исследований проводили следующие операции. Для измерения лист берёзы помещали перед собой брюшной (внутренней) стороной вверх. Брюшной стороной листа называют сторону листа, обращённую к верхушке побега.

Для обработки и измерения собранного материала мы использовали линейку, циркуль – измеритель, транспортир и калькулятор.

План измерений листа берёзы повислой осуществлялся по пяти параметрам с левой и с правой стороны листа (по методике Захарова, с изменениями)

Измерялись:

1. Угол между центральной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка.

2. Расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка.

3. Расстояние между концами этих жилок.

4. Длина второй жилки второго порядка от основания листа.

5. Ширина половинок листа. Для измерения лист складывали поперёк пополам, прикладывая макушку листа к основанию, потом разгибали и по образовавшейся складке проводили измерения.

Угол между жилками измеряли прозрачным пластмассовым транспортиром, так как хорошо видны жилки и деления на транспортире. Остальные четыре параметра измерялись циркулем-измерителем и линейкой.

Результаты исследования. Площадка №1.

Первая площадка сбора листьев находилась вдоль южного ограждения школьного участка. Вдоль него проходит автомобильная дорога с интенсивным движением разных видов машин, поэтому воздушный бассейн в этой части школьного участка очень сильно загрязнён.

Все измерения, полученные в результате обработки ста листьев с десяти деревьев по данному маршруту.

Данные показывают, что разброс показателей по отдельным параметрам составляет от 3 до 18. Невооружённым глазом видно, что на всех исследованных листьях существует явная асимметрия, поскольку показатели левой и правой части листа значительно отличаются друг от друга.

Выводы: асимметричность листьев является показателем загрязнения воздушного бассейна. Результаты на первой площадке подтверждают, что степень загрязнения здесь выше. Основным загрязнителем являются автомобили, проезжающие по внутренней дороге мимо школы, а также транспорт, въезжающий на территорию школы.

Результаты исследования. Площадка №2

Вторая площадка располагается в северо-западной стороне школьного участка. Здесь выбрано для исследований пять берёз, так как преобладают другие древесные культуры. Этот участок располагается внутри квартала, поэтому загрязнение воздушного бассейна будет эпизодическим. Загрязнение связано с заездом машин к школьной столовой. Показатели асимметричности здесь ниже.

Выводы: асимметричность листьев берёзы уменьшается по мере удаления от дороги и других загрязнителей.

Результаты исследования. Площадка №3

Третья площадка располагается в центре школьного участка. Она удалена от дорог и воздушный бассейн там чище, чем на двух предыдущих. Асимметричность на этих листьях проявляется меньше.

Определение величины асимметричности

После этого нами определялась величина асимметричности с помощью интегрального показателя - величины среднего относительного различия на признак (средняя арифметическая отношения разности к сумме промеров листа слева и справа к числу признаков).

Вычисления проводились согласно алгоритму (по действиям).

Обозначили значение одного промера X, соответственно значение промера с левой и с правой стороны обозначили как Xл и Xп. Измеряя параметры листа по 5-ти признакам (слева и справа) мы получили 10 значений X.

В первом действии нашли относительное различие между значениями признака слева и справа – (Y) для каждого признака. Для этого нашли разность значений измерений по одному признаку для одного листа, затем нашли сумму этих же значений и разность разделили на сумму. Например, в нашем примере у листа №1, площадка №1 по первому признаку

Xл=32, а Xп=35. Нашли значение Y1 по формуле:

Xп- Xл 35 -32 3

Y1 = ———— = ———— = —— = 0,045

Xл + Xп 32+35 67

Вычисления провели по каждому признаку. В результате получается пять значений для одного листа. Аналогичные исследования производятся по каждому листу отдельно.

Вторым действием находили значение среднего относительного различия между сторонами на признак для каждого листа (Z). Для этого сумму относительных различий разделили на число признаков (5).

Например, для первого листа Y1= , Y2=, Y3=,Y4=,Y5=

Находим значение Z1 по формуле:

Y1 + Y2 + Y3 + Y4 + Y5 0,045 + 0,067 + 0,067 + 0,013 + 0,057

Z1 = ——————————— = ————————————————— = 0,05

N5 где N – число признаков (в нашем случае 5).

Вычисления провели для каждого листа, полученные значения внесли в последнюю колонку.

Третьим действием вычисляли среднее относительное различие на признак для всей выборки (X). Для этого все значения Z складываются и делятся на число значений (n=10):

∑ Z Z1 + Z2 + + Zn

X= ——— = ————————— = n n

0,05+0,059+0,084+0,068+0,087+0,074+0,039+0,06+0,086 + 0,01

= ———————————————————————————— = 0,07

Полученные показатели характеризуют степень асимметричности листьев берёзы повислой.

Вывод: по данным видно, что баллы показателей стабильности очень высокие на площадке 1 и площадке 2, на площадке 3 состояние оценивается в один балл, что говорит об экологически чистой территории.

Поскольку измерения велись на разных площадках, то, посчитав показатели асимметричности для каждой площадки в отдельности, мы решили сравнить полученные значения. Оформить получены результаты мы решили в виде диаграммы, на которой по горизонтали показаны все три площадки (показатели выражены в баллах), а по вертикальной оси отмечены показатели асимметричности листьев берёзы. Полученные результаты наглядно показывают, что на площадке 1 показатель стабильности развития равен 5 баллам (критическая степень загрязнения). На площадке 2 показатель составил 4 балла, что показывает высокую степень загрязнения. И на площадке 3 показатель равен 1 баллу (кроме одного дерева), что говорит об экологической безопасности участка.

Пришкольная территория является частью окружающей среды для школьного здания и всех его обитателей. Экологически чистая и полноценная внешняя среда наряду с другими факторами является важной предпосылкой сохранения и укрепления здоровья и развития людей.

Исключительно важное значение приобретает озеленение пришкольной территории. Зеленые насаждения играют особую роль регуляции микроклимата: предохраняют от чрезмерного перегревания почву, стены домов, тротуары, увлажняют и очищают воздух. Зеленые насаждения также поглощают звуковые волны, снижают внешнюю шумовую нагрузку.

Роль зеленых насаждений неоспоримо огромна, но с каждым годом их становится все меньше и меньше. Причин этому явлению достаточно много. Результаты наших локальных исследований подтверждают выше названные утверждения.

Основными загрязнителями окружающего воздуха в районе школы являются автотранспорт, проходящий по внутренним дорогам рядом со школой, а также размещенные в гараже машины. Это повлияло на растения, расположенные вдоль дороги, а рядом с гаражом сохранилось 1 дерево из посаженных ранее. Вторым загрязнителем являются машины, подвозящие стекло к теплице, и личный транспорт покупателей и родителей, которые заезжают на территорию школы. В этих местах не обнаружены лишайники, что говорит о загрязнении окружающего воздуха и отсутствии зеленых насаждений вокруг теплицы.

На основании проведённого исследования мы пришли к выводу, что все три площадки с берёзами испытывают на себе большое стрессовое воздействие со стороны окружающей среды, но степень воздействия на них различна.

Проведенные нами исследования листьев березы повислой подтвердили выдвинутую нами гипотезу. Измерения и расчеты подтвердили: признаки асимметричности выражаются ярче на тех деревьях, которые располагаются ближе к проезжей части дороги. Березы, расположенные в глубине школьного двора, меньше подвержены влиянию загрязнителей и стрессам, поэтому их листья более симметричны.

Данная статья может иметь продолжение, так как не изучены и другие вопросы, связанные с зелеными насаждениями. К ним можно отнести следующие вопросы:

• изучение зеленой защитной полосы пришкольного участка;
• продолжение работы с видовым составом и определение состояния растительности на пришкольном участке;
• изучение запыленности воздуха в различных местах пришкольной территории по степени загрязнения листьев;
• определение содержания свинца в листьях растений;

Для улучшения состояния зеленых насаждений на пришкольном участке мы предлагаем следующее:

• проводить разъяснительную работу среди жителей микрорайона и учащихся школы о бережном отношении к зеленым насаждениям;
• организовать экологические акции по посадке деревьев и кустарников на школьной территории и в микрорайоне школы силами учащихся, родителей и учителей школы;
• проводить мероприятия по защите и охране зеленых насаждений с целью сохранения посадок, предотвращения сжигания листвы и разрушения почвенного слоя;
• использовать местные породы, но расширить видовой состав деревьев и кустарников, пригодных для зеленого строительства, за счет видов, успешно прошедших акклиматизацию в условиях Севера;
• провести санитарную уборку на пришкольном участке, убрав сломанные ветви и стволы, обрезку ветвей в нижнем ярусе, выкорчевать пни или срезать их вровень с поверхностью почвы, провести восстановительные посадки на месте сломанных деревьев;
• организовать массовые посадки на территории школы, где отсутствуют зеленые насаждения;
• увеличить количество клумб на территории участка, где ранее проводилась опытническая работа;
• рекомендовать владельцам автотранспорта перейти на биологически чистое топливо;
• запретить проезд и стоянку личного транспорта на территории школы (как основных загрязнителей воздуха);
• продолжить работу по осуществлению мониторинга на школьном участке и в микрорайоне школы в рамках школьного социального проекта «Природе - жить!», который разрабатывается учащимися 10 класса.

Сохраним зеленых друзей! Это нам по силам!