Биомониторинг парка

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Экология и безопасность жизнедеятельности»

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

«Биомониторинг парка»

(по дисциплине Экологический мониторинг) Студент (ы) группы Э-10 414 Гонина Мария, Земляных Елизавета, Юрина Ирина Преподаватель Завьялова Ольга Георгиевна Курган 2014

Введение

Цель: оценить с помощью биоиндикации экологическое состояние участка парка.

Методы исследований: наблюдения, расчеты.

Мониторинг включает в себя:

— оценка древостоя парка;

— определение величины флуктуирующей асимметрии;

— биомониторинг речных водоемов.

Оборудование и приборы для исследований:

а) для оценки древостоя: карта (план-схема) парка, линейка, сантиметр, листы бумаги, ручка (или карандаш), полиэтиленовые пакеты, калькулятор;

б) для определения величины флуктуирующей асимметрии: измерительный циркуль, линейка, транспортир, полиэтиленовые пакеты, ручка (или карандаш), листы бумаги, калькулятор.

в) для биомониторинга речного водоема: баночки для сбора бентоса, пипетки, стеклянные трубочки, планктонная сеть с ячейками < 5 мкм (либо вместо нее бутылка, 40%-ный раствор формалина), микроскоп, этикетки с указанием даты и места сбора пробы, стереоскопическая лупа, ловушки для сбора пробы грунта с обитающими в нем донными организмами: закидная драга и сачковый скребок, кювета с водой, пинцет, водный сачок для взятия пробы воды с илом и беспозвоночными животными.

1. Роль паркового ландшафта Парки выступают в двоякой роли: с одной стороны, как объекты природной среды, требующие защиты от агрессивных факторов и последствий урбанизации, с другой — как активные средства предотвращения или хотя бы смягчения этих вредных последствий.

Самые опасные враги растительности — промышленные выбросы и выхлопные газы автотранспорта.

Постоянной составной частью воздушного бассейна Земли является атмосферная пыль, представляющая собой мельчайшие твердые частицы. Эти частицы находятся в воздухе во взвешенном состоянии. В 1 смі городского воздуха насчитывается около 100 тыс. пылинок, в то время как в такой же пробе воздуха, взятой над океаном, их количество минимальное — 100 шт. За последние несколько десятков лет запыленность атмосферы возросла во много раз. Вследствие этого уменьшилась прозрачность атмосферы, увеличилось отражение солнечного света, что приводит к изменению климатического режима на поверхности Земли. Сильная загрязненность воздуха отрицательно сказывается на самочувствии и здоровье людей.

Зеленые насаждения снижают запыленность воздуха. На 1 мІ площади листьев задерживается 21−860 г пыли. Запыленность воздуха под деревьями меньше, чем на открытой местности, в среднем на 42% во время вегетации и на 37% в безлиственный период. Даже в небольших садах пыли на 30% меньше по сравнению с открытым пространством. Весьма эффективны в этом отношении хвойные породы: единица веса хвои задерживает пыль в 1,5 раза больше, чем единица веса листьев. Вместе с пылевыми выбросами из топок и труб фабрик, заводов и бытовых предприятий в воздух попадают окислы азота и серы, угарный газ и смолистые вещества. И здесь древесные растения выступают как естественные санитары.

В процессе фотосинтеза зеленые насаждения ассимилируют углекислый газ и обогащают атмосферу кислородом. В солнечные теплые дни 1 га леса поглощает 220−80 кг углекислого газа и выделяет 180−220 кг кислорода, который ветер разносит на большие расстояния. Многие породы деревьев повышают ионизацию воздуха — концентрацию содержащихся в воздухе материальных носителей электрических зарядов атмосферных ионов. Наиболее благотворно на организм человека влияют легкие ионы. Количество легких ионов значительно увеличивают такие деревья: береза, дуб красный, дуб черешчатый, ель обыкновенная, ива плакучая, клен серебристый, клен красный, лиственница сибирская, рябина обыкновенная, сосна обыкновенная, туя западная.

Роль зеленых насаждений в очищении воздуха от пыли и промышленных газов неизмеримо велика. Поэтому их необходимо создавать в виде санитарно-защитных зон на территории промышленных и производственных сельскохозяйственных объектов. Растения, поглощая и фильтруя вредные газы, препятствуют их проникновению в заселенные зоны. Но надо помнить, что промышленные отходы, попадающие в атмосферу (кроме углекислого газа), действуют на растения угнетающе. Наиболее газоустойчивыми являются тополь канадский и бальзамический, липа мелколистная, клен ясенелистный, ива белая, можжевельник обыкновенный, бузина красная, жимолость, спирея калинолистная. Эти породы рекомендуется использовать для озеленения загазованных районов.

Итак, роль зеленых насаждений в оздоровлении окружающей среды и охраны природы бесспорна. Для здорового развития растений большое значение имеет качество, экологическое состояние почвы, на которой они произрастают. Деградация почвы негативно отражается на росте, питании и внешнем виде зеленых насаждений. Поэтому при формировании парка необходимо учитывать экологическое состояние любого компонента паркового ландшафта.

2. Описание и оценка древостоя парка При оценке экологической ситуации в парке особое место занимает мониторинг лесных насаждений, так как они в больших масштабах поглощают и накапливают все вещества, загрязняющие биосферу. О неблагоприятных условиях сигнализируют следующие признаки, на которые следует обращать внимание при наблюдении:

— появление ослабленных деревьев и сухостоев среди доминирующих видов;

— заметное уменьшение размеров хвои и листьев;

— депрессия прироста по высоте и диаметру;

— появление некрозов хвои и листьев, снижение сроков жизни хвои;

— возрастание повреждений грибами и насекомыми;

— обеднение почвы питательными веществами и закисление (снижение величины рН почвы вследствие кислых атмосферных осадков).

Оценка древостоя (надземной части древесного яруса лесных насаждений) парка производится обычно в осенний период года для выявления вредного влияния антропогенных факторов на лесной массив парка. Выбирают участок парка, на котором проводят мониторинг древостоя, и обозначают этот участок на карте (план-схеме парка).

Далее в таблицах приводят полученные результаты по исследуемому участку: описание древостоя, степень поражения хвои, оценка состояния древостоя.

Таблица 1.1 Описание древостоя обследуемого участка

Таблица 1.2

Степень поражения хвои деревьев участка

Процент обесхвоенности: сумма длин участков без хвои, деленная на длину всего ствола: (l_{без хвои}/l_ств.)*100%.

Степень поражения:

— слабая до 10%;

— средняя до 20%;

— сильная до 50%.

Степень поражения хвои некрозом: (l_некр./l_хв.)*100%.

Классы поражения:

— 1 класс — 5%;

— 2 класс — 20%;

— 3 класс — 50%.

2.1 Оценка состояния древостоя С помощью шкалы визуальной оценки деревьев по внешним признакам определяются баллы состояния отдельных деревьев.

Шкала оценки деревьев (балл/характеристика состояния):

1 балл. Здоровые деревья без внешних признаков повреждения.

2 балла. Ослабленные деревья. Крона слабоажурная, отдельные ветви высохли. Листья часто с желтым оттенком.

3 балла. Сильно ослабленные деревья. Крона изрежена со значительным усыханием ветвей. Листья светло-зеленые.

4 балла. Усыхающие деревья. Усыхание ветвей по всей кроне. Листья мелкие, недоразвитые, бледно-зеленые с желтым оттенком. На стволах признаки заселения короедами.

5. Сухие деревья без листьев. Кора отслаивается. Деревья заселены потребителями древесины.

Средний балл состояния для каждого вида деревьев вычисляется по формуле:

К_i=(В₁+В₂+В₃ +В₄ +В₅ +В₆ +В₇ +В₈ +…)/N, где К_i — коэффициент состояния одного вида дерева;

В₁+В₂+В₃…- сумма баллов отдельных деревьев данного вида;

N — общее число учтенных деревьев данного вида.

Средний балл древостоя вычисляли по формуле К=(К_i1+К_i2+…)/Р, где К_i1, К_i2и т.д. — коэффициенты состояния 1,2 и т. д. видов;

Р — число видов деревьев.

Оценка состояния древостоя:

К< 1,5 — здоровый древостой;

К=1,6−2,5 — ослабленный древостой;

К=2,6−3,5 — сильно ослабленный лес;

К=3,6−4,5 — усыхающий лес;

К>4,6 — погибший лес.

Таблица 1.3

Оценка состояния древостоя

Исходя из полученных результатов, делается вывод о состоянии древостоя парка, неблагоприятном антропогенном воздействии.

2.2 Типы болезней растений Растительный покров парка подвергается негативному воздействию городской среды. На лесные массивы оказывается сильное антропогенное влияние, вызывающее развитие различных болезней растений.

Болезнь определяется как патологический процесс, развивающийся в растении вследствие внедрения возбудителя болезни или воздействия вредных биотических и абиотических факторов. Патологический процесс выражается в нарушении физиологических функций, в морфологических отклонениях от нормального состояния тканей и органов, их отмирании или усыхании всего растения. Сопровождается он снижением продуктивности растений, распадом древостоя или его гибелью.

На исследуемом участке парка были выявлены следующие инфекционные и неинфекционные заболевания:

— Мозаика Листьев

— Некроз

— Деформация

— Пятнистости листьев и хвои

— Пожелтение хвои и листьев

— Засыхание ветвей

— Опадения хвои и листьев, шютте

— Слизоточение Неинфекционные болезни вызываются неблагоприятными условиями среды с резким колебанием и нарушением режима влажности, температуры воздуха и почвы, недостатком освещенности и почвенного питания, воздействием ядовитых веществ, несоответствием лесорастительных условий и способа ведения хозяйства требованиям растений.

Инфекционные, или паразитарные, болезни вызываются грибами (микозы), бактериями (бактериозы), вирусами (вирозы), микоплазмами, цветковыми паразитами (повиликами, омелами, ремнецветниками), микроскопическими червями (нематодами). Наиболее распространены грибные болезни растений, приносящие большой ущерб лесному хозяйству Мозаика листьев, или пестрая окраска листьев, вследствие поражения вирусами, бактериями, грибами, недостатка питательных веществ снижает ростовые процессы, способствует ослаблению деревьев.

Некроз — отмирание отдельных органов или участков ткани. Некрозные болезни коры стволов и ветвей образуют вытянутые вдоль ветвей и стволов полосы отмирания коры и заболони. Вызываются грибами и неинфекционными причинами.

Деформация — изменение формы органов или частей растений. Встречается инфекционная курчавость листьев, деформация плодов, искривление побегов и ветвей, вертун наносит вред молодым посадкам.

Пятнистости листьев и хвои. Возникновение пятен разной формы, величины и окраски вследствие грибной, бактериальной, вирусной инфекции, отравления газами, химикатами, солнечного ожога и пр. При этом заболевании снижаются ростовые процессы, листва и хвоя усыхают, ослабляется устойчивость к инфекционным болезням ветвей и стволов, к воздействию непаразитарных факторов.

Пожелтение хвои и листьев — изменение окраски, связанное с гибелью растений или повреждением его частей. Вызывается инфекционными и неинфекционными факторами.

Засыхание ветвей — отмирание отдельных ветвей и всей кроны, суховершинность и сухокронность. Заболевание может быть вызвано инфекционной болезнью ветвей, гнилью корней, недостатком влаги в почве.

Слизетечение — истечение слизи из ствола и ветвей вследствие поражения бактериозами или от механических повреждений.

Опадение хвои и листьев, шютте — опадение листвы и хвои вследствие поражения инфекционными болезнями и воздействия непаразитарных причин. Опасно в питомниках и молодых посадках.

Неблагоприятно воздействуют на растения пороговые концентрации газов в атмосфере:

— появление некрозов свидетельствует о превышении двуокиси азота;

— прекращение роста хвои — превышении озона;

— сброс хвои с нижних ветвей — превышении этилена;

— некроз кончика и краев листьев — превышении фторидов, редких металлов;

— межжилковые некротичные пятна — превышении двуокиси серы, двуокиси азота, аммиака, сероводорода, этилена;

— серебристые пятна — превышении озона.

2.3 Методы и средства защиты лесных насаждений от болезней Все защитные мероприятия часто разделяют на две основные категории: предупредительные (профилактические), направленные на предупреждение возможности заражения растений возбудителями болезней, их развития и распространения, и лечебные (хемотерапевтические), в задачи которых входит борьба с возбудителями болезней в самих растениях и повышение сопротивляемости растительного организма при помощи специальных средств (иммунизаторов, активизаторов обмена веществ и т. д.).

Организационно-хозяйственные методы должны обеспечивать наиболее эффективное и экономичное использование возможностей хозяйства в борьбе с болезнями растений. К ним могут быть отнесены следующие:

1.Разработка планов и осуществление периодических фитопатологических обследований насаждений для выявления месторасположения и площадей очагов болезней. Эти данные должны служить основой для планирования и расчета объема, сроков и стоимости защитных мероприятий.

2. Пропаганда знаний о вредоносности болезней леса, о путях их распространения и факторах, способствующих заболеванию деревьев, о методах и средствах борьбы с ними.

3. Применение при создании лесных культур способов подготовки подлежащих облесению площадей и способов обработки почвы, обеспечивающих создание экологической обстановки, благоприятной для роста и развития древесных культур и неблагоприятной для накопления, распространения и развития возбудителей болезней.

5. Составление расчетов необходимого количества ядохимикатов и своевременное обеспечение ими хозяйства.

К лесопарковым методам относятся мероприятия, направленные на предупреждение распространения болезнетворной инфекции, на повышение устойчивости насаждений и общего их оздоровления посредством применения существующих приемов и правил ухода за лесом и его эксплуатации. К лесопарковым методам защиты могут быть отнесены: валка деревьев с корнями; корчевание и удаление пней и корней; реконструкция насаждений; санитарные рубки; рубки ухода за насаждениями; уход за стволами.

Физико-механические методы направлены на предупреждение распространения и развития болезней леса. Они заключаются в уничтожении возбудителей заболеваний или в исключении возможности их поселения и развития на растениях посредством использования механических средств и приемов и физических факторов. К физико-механическим методам защиты относятся следующие мероприятия: удаление больных деревьев; обжигание пней; окорка пней; изолирование растений; обрезка и уничтожение больных органов; просушка и аэрация корневой системы; сбор и уничтожение плодовых тел грибов; сбор и сжигание опавших листьев и хвои; термическая дезинфекция почвы.

Химические методы характеризуются использованием химических веществ (фунгицидов), ядовитых для возбудителей болезней, в целях предупреждения и подавления их развития на растениях путем поверхностной обработки, а также для укрепления растительных организмов и повышения их устойчивости посредством введения в растения препаратов внутрирастительного действия.

В основу биологических методов борьбы с болезнями растений положено прежде всего явление антагонизма между различными микроорганизмами, вырабатывающими в процессе своей жизнедеятельности антибиотические вещества, задерживающие рост и развитие или обусловливающие гибель возбудителей болезней растений. К биологическим методам относится также использование паразитов второго порядка, фитонцидов, алкалоидов и других веществ, вырабатываемых растительными клетками высших растений.

К средствам защиты относятся ядовитые для возбудителей болезней химические вещества — фунгициды, бактерициды, нематоциды, антибиотики, изолирующие замазки и пломбы, а также инструменты, приспособления и машины, необходимые для их использования. Особо важное значение в качестве средств защиты растений имеют фунгициды.

Фунгицидами называются химические вещества, убивающие или задерживающие рост и развитие грибов-возбудителей болезней растений. Такими свойствами обладают многие неорганические и органические химические соединения, действующие универсально на возбудителей многих болезней или специфически — на возбудителей отдельных заболеваний.

В качестве защитных средств также могут применяться следующие антибиотики и антибиотические вещества: триходермин, трихотецин, гризеофульвин, нистатин и его натриевая соль, стрептомицин, экстракт наростов чаги.

В парке для борьбы с болезнями растений могут применяться следующие меры защиты и охраны: надзор (визуальный и детальный) — система постоянных периодических наблюдений и учетов для контроля за развитием и распространением очагов вредителей и болезней, а также за состоянием насаждений; профилактическая обрезка ветвей, удаление сухих веток, санитарные рубки. Эти мероприятии проводятся в осенне-зимний период, утилизируются все остатки.

3. Определение величины флуктуирующей асимметрии Стабильность развития как способность организма к развитию без нарушений и ошибок является чувствительным индикатором состояния природных популяций. Наиболее простым и доступным для широкого использования способом оценки стабильности развития является определение величины флуктуирующей асимметрии морфологических признаков. Этот подход достаточно прост с точки зрения сбора, хранения и обработки материала.

Растения — крайне важный и интересный объект для характеристики состояния окружающей природной среды.

Растения — чувствительный объект, позволяющий оценивать весь комплекс воздействий, характерный для данной территории в целом, поскольку они ассимилируют вещества и подвержены прямому воздействию одновременно из двух сред: почвы и воздуха. В связи с тем, что растения ведут прикрепленный образ жизни, состояние их организма отражает состояние конкретного локального местообитания.

В качестве примера можно указать систему признаков, разработанную для березы. Для измерения лист помещают перед собой стороной, обращенной к верхушке побега. С каждого листа снимают показатели по пяти промерам с левой и правой сторон листа.

Промеры листа:

1 — ширина половинки листа (измерение проводят посередине листовой пластинки);

2 — длина второй от основания листа жилки второго порядка;

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 листа жилкой второго порядка.

Для измерений потребуются измерительный циркуль, линейка и транспортир.

Далее рассматривается случай оценки стабильности развития березы. В таблицах 2 и 3 дан пример расчета средней относительной величины асимметрии на признак для 5 промеров листа у 10 растений.

Таблица 2

1. В первом действии для каждого промеренного листа вычисляются относительные величины асимметрии для каждого признака. Для этого разность между промерами слева (L) и справа ® делят на сумму этих же промеров: (L — R)/(L + R).

Например, Лист № 1, признак 1 (табл.2):

(L — R)/(L + R) = (28 — 29)/(28 + 29) = -1/57 = -0,02

Полученные величины заносятся во вспомогательную таблицу 3 в графы 2 — 6.

2. Во втором действии вычисляют показатель асимметрии для каждого листа. Для этого суммируют значения относительных величин асимметрии по каждому признаку и делят на число признаков.

Например, для листа 1 (табл.3):

(-0,02−0,1 449+0,14 286+0,14 286−0,4 348)/5 = 0,4 155

Результаты вычислений заносят в графу 7 вспомогательной таблицы.

3. В третьем действии вычисляется интегральный показатель стабильности развития — величина среднего относительного различия между сторонами на признак. Для этого вычисляют среднюю арифметическую всех величин асимметрии для каждого листа (графа 7). В нашем случае искомая величина равна:

(0,4 155−0,52 983+0,6 671+0,23 527−0,35 825−0,13 337−0,9 687−0,151−0,151+0,22 914)/10 = 0,31 436

Таблица 3

Для оценки степени нарушения стабильности развития удобно использовать пятибалльную оценку. Первый балл шкалы — условная норма. Значения интегрального показателя асимметрии (величина среднего относительного различия на признак), соответствующие первому баллу наблюдаются, обычно, в выборках растений из благоприятных условий произрастания, например, из природных заповедников. Пятый балл — критическое значение, такие значения показателя асимметрии наблюдаются в крайне неблагоприятных условиях, когда растения находятся в сильно угнетенном состоянии.

Пятибалльная шкала оценки отклонений состояния организма от условной нормы по величине интегрального показателя стабильности развития для березы повислой:

парк биоиндикация экологический В приведенном примере показатель асимметрии равен 0,13 762. что соответствует пятому баллу шкалы. Это означает, что растения растения находятся в сильно угнетенном состоянии.

Значения показателя асимметрии, соответствующие третьему и четвертому баллам обычно наблюдаются в загрязненных районах.

Предлагаемый подход может быть использован для оценки состояния популяций отдельных видов растений, а также качества среды в целом. Так как уровень стабильности развития зависит от условий обитания растения, то соответствующими баллами можно оценивать и состояние окружающей среды.