Попова Ольга

Исследование структурно-функциональных особенностей листьев древесных растений в условиях городской среды.

Материал опубликован 12 February 2021

государственное бюджетное общеобразовательное учреждение Самарской области средняя общеобразовательная школа № 8 «Образовательный центр»

г. Новокуйбышевска им. В.З. Михельсона городского округа Новокуйбышевск Самарской области

Предметная область: Экология

Тема: Исследование структурно-функциональных особенностей листьев древесных растений в условиях городской среды.

Выполнил: Столбоушкина Дарья

Александровна ,

Класс: 11

Руководитель: Попова Ольга Ивановна,

учитель биологии высшей категории

Самара 2021

Содержание

Введение

Глава 1. Воздействие различных факторов на состояние растений в фитомониторинге окружающей среды ( обзор литературы) ____________1 стр.

1.1 Экологический каркас города ________________________________1-2 стр.

1.2 Фитоиндикация и возможности ее применения в контроле техногенного

загрязнения _________________________________________________2-3 стр.

1.3 Структурно- функциональные особенности листьев древесных растений в

условиях города ____________________________________________3-4 стр.

Глава 2. Объекты, условия , методы исследований____________________5 стр.

2.1 Объекты исследований _______________________________________5 стр.

2.2 Условия района исследований ________________________________5-6 стр.

2.3 Методы работы____________________________________________6-8 стр.

Глава 3. Структурные особенности листьев древесных растений в модельных насаждениях города Новокуйбышевска ( результаты и их обсуждения)__8 стр.

3.1 Особенности площади листовой пластинки______________________8-9 стр.

3.2 Анализ склерофильности листовых пластинок ________________10-11 стр.

3.3 Результаты оценки содержания зольных элементов в листьях ___ 11-12 стр.

3.4 Оценка качества городской среды с помощью флуктуирующей ассиметрии_________________________________________________12-15 стр.

Глава 4. Экологический каркас города____________________________15 стр.

4.1 Зеленые насаждения города Новокуйбышевска_________________15-16 стр.

4.2 Элементы экологического каркаса __________________________16-17 стр.

5. Заключение _____________________________________________17-19 стр.

6.Список используемой литературы____________________________19-21 стр.

7. Приложения _____________________________________________22-24 стр.

Введение

Компоненты системы озеленения современного города – не только эстетические данные окружающей среды, вносящие вклад в отчистку воздуха от загрязнителей, обогащенного кислородом и фитонцидами. Территория зелёных зон и парков города, в разной степени подверженная рекреационному прессу и загрязнению среды, может использоваться в качестве полигона биологического мониторинга. Наше исследование было посвящено экспериментальной оценке возможностей использования высших растений в контроле качества урбосреды на примере города Новокуйбышевска Самарской области и, как следствие, разработка концепции городского экологического каркаса.

В городе в зависимости от типов насаждений уровень благополучия древесных растений не одинаков, что отражается именно на биохимических показателях их листьев.

Поэтому, на ряду с оценкой жизненного состояний древесных растений, необходимо определять и их базовые метаболические показатели, что нами и было выполнено для трех видов деревьев.

Цель: исследовать эколого-биохимические особенности листьев древесных растений в модельных насаждениях города.

Задачи:

1) проанализировать литературу по теме исследования;

2) определить структурные особенности листьев у некоторых древесных пород;

3) определить содержание зольных элементов в листьях деревьев;

4) изучить флуктуирующую ассиметрию листовой пластинки березы повислой;

5) оценить влияние антропогенной нагрузки на древесные растения и по итогам оценки смоделировать экологический каркас города.

Объект – листья березы повислой, клена ясенелистного, вяза мелколистного.

Предмет - различные эколого-биохимические особенности биоиндикаторов.

Методы: Анализ и синтез естественнонаучной и научно- популярной литературы, наблюдение, эксперимент, математический метод обработки и графическое представление результатов, моделирование.

Актуальность работы заключается, во-первых, объединение информации «технологического» и биологического мониторинга важно для понимания экологической ситуации в городской среде, во-вторых, изучение городской растительности является важнейшим полигоном для приобщения к исследовательской деятельности школьников. В-третьих, изучение городской растительности дает материал о её состоянии, позволяя определять оптимальные компоненты озеленения и формы их использования.

Глава 1. Воздействие различных факторов на состояние растений и роль растений в фитомониторинге окружающей среды (обзор литературы)

1.1. Экологический каркас города

Городские зеленые насаждения являются важнейшим компонентом структуры ландшафта города, выполняют средообразующие и санитарно-гигиенические функции.

Древесные растения очищают воздух от пыли, вредных газовых выбросов промышленных предприятий и транспорта, увлажняют его, смягчают городской шум (11).

Нынешняя экологическая ситуация диктует необходимость разработки целостной системы обустройства городского ландшафта.

Теоретической "осью" такой системы должна стать концепция городского экологического каркаса (ЭК) (7).

ЭК собирается из парков, скверов, пригородного леса, лесолугового пространства. Экологический каркас включает "блоки" различной размерности (крупные межмагистральные клинья и "пятна" растительности придомовых пространств) и функционального назначения (озеленительные, рекреационные, санитарно-защитные и инженерно-защитные).

Взаимосвязь между элементами городских и загородных озелененных территорий особенно важны с экологической точки зрения, необходимо, чтобы животные могли свободно перемещаться внутри живой зеленой сети. Также сознательно формирование городского ландшафта позволяет добиться улучшения условий существования горожан на протяжении жизни одного поколения (7).

1.2. Фитоиндикация и возможности её применения в контроле техногенного загрязнения

Зеленые насаждения представляют собой объекты - "указатели", которые помогают человеку в его исследованиях влияния различных факторов (5).

В современной научной литературе отмечается перспективность исследования реакций растений в аспекте фитоиндикации уровня техногенного загрязнения.

Воздействие техногенного загрязнения изменяют качество листовой массы и другие эколого-биохимические показатели, создают основу, для использования листового аппарата в фитоиндикации в качестве как аккумулирующих, так и реактивных индикаторов (5).

Преимущества живых индикаторов - растений в том, что они:

- суммируют все биологически важные данные об окружающей среде и отражают её состояние в целом;

- делают необязательной применения дорогостоящих, трудоёмких физических и химических методов для измерения биологических параметров;

- отражают скорость происходящих в природной среде изменений;

- указывают пути и места скопления различных загрязнителей в природных и техногенных экологических системах;

- помогают нормировать допустимую нагрузку на экосистемы, различающихся по своей устойчивости к антропогенному воздействию (5).

Целесообразность применения растений для оценки содержания в воздухе токсичных примесей определяется также и тем обстоятельством, что они в десятки раз интенсивнее осуществляют газообмен, по сравнению с человеком и животными, вследствие чего обладают более высокой чувствительностью и стабильностью ответной реакции на различные действия внешних факторов (7).

Предпочтительными биоиндикаторами можно считать растения местной флоры либо успешно интродуцированные и получившие широкое распространение виды (5).

1.3. Структурно-функциональные особенности листьев древесных растений в условиях города

Листья древесных растений представляют собой наиболее разнообразную морфологически и активную в метаболическом отношении структуру (2).

С другой стороны, именно листья в первую очередь подвергаются воздействию техногенных загрязнений, атакам насекомых, патогенных микроорганизмов.

Экологическая пластичность листового аппарата открывает возможности фитомониторинга. Первая из них связана с возможностью использования структурных показателей листовых пластинок, в том числе у ряда видов - выраженности их симметрии или ассиметричности (4).

Оценка состояния популяций организмов, испытывающих на себе влияние каких-либо факторов, зачастую рассматривается с позиций стабильности развития (экологического состояния §7).

Одним из приемов оценки меры нестабильности индивидуального развития является определение меры выраженности флуктуирующей ассиметрии, то есть, ненаправленного различия между правым и левым значениями билатеральных признаков (4).

Ряд авторов рассматривает данный критерий в качестве универсального индикатора экологического и генетического стресса (4).

Среди объектов, наиболее часто рекомендуемых в качестве подобных биомониторов, следует назвать березу повислую (4,14).

Что касается уровня изменчивости морфогенетических показателей листовой пластины березы повислой, она испытывает на себе не только техногенные загрязнения, но и подвергается климатическим воздействиям.

С функциональной активностью листьев древесных растений тесно связаны их структурные особенности. Лист имеет объемный характер, впадины и выпуклости эпидермиса увеличивают площадь соприкосновения листа с внешней средой.

Можно предположить, что большая поверхность листа играет роль во влагообмене (13). Структура листовой поверхности изменяется в зависимости от биотопических особенностей в экологическом профиле урбосреды.

Содержание и состав зольных элементов растений зависит от видовой принадлежности, роста и развития растений и особенно от почвенно- климатических условий их выращивания. Концентрация зольных элементов существенно отличается в разных тканях и органах растений. Так, листья содержат больше золы, чем другие органы (3).

Содержание зольных элементов в листьях различных видов растений, в первую очередь, определяется внутренними особенностями и внешними характеристиками качества окружающей среды.

Во многих научных работах отмечается повышенное содержание в условиях города зольных элементов по уравнению с образцами из незагрязненных территорий(3). Однако использование их в качестве аккумулирующих биоиндикаторов сталкивается с определенными проблемами (уровень накопления неорганических элементов связан с возрастными и видовыми особенностями, физиологическим состоянием растений).

Таким образом, можно сделать вывод о незаменимости древесных растений в мониторинге урбосреды. Но необходимо учитывать особенности растений, поскольку у древесных видов, в ходе развития существенно изменяется отношение к влаге и свету, а также обращать внимание на различные составляющие комплекса условий обитания (уровень техногенного загрязнения, освещенность, интенсивность циркуляции воздуха, положение в рельефе) (5).

Глава 2. Объекты, условия и методы исследований

2.1. Объекты исследований

Семейство Betulaceae - Березовые

Betula pendula Roth - Береза повислая

Стройное дерево высотой до 20 м, с ажурной кроной и поникающими тонкими ветвями. Кора снежно белая. Листья с тонкими изогнутыми черешкам, плотные, со смолистыми железками.

Цветет в конце апреля - начале мая, семена созревают в конце августа - сентябре. Предпочитает более сухие места обитания. Широко разводится в населенных пунктах, придорожных и полезащитных насаждениях (1,14).

Семейство Aceraceae - Кленовые

Acer negundo L.- Клён американский, или ясенелистный

Дерево высотой до 25м, часто образует несколько стволов. Крона поникающая; молодые ветви зеленые, с сизым налетом, листья с 3-5 не парноперистыми листочками. Цветет в мае - начале июня, плодоносит в августе. Интенсивно распространяется самосевом. Неприхотливое, быстрорастущее, но недолговечное дерево.(1,14)

Семейство Ulmaсeae - Вязовые

Ulmus pumila L. - Вяз мелколистный, или приземистый

Дерево достигает 15-20 м высоты. Плод – крылатка. Листья эллиптические кожистые. Период цветения апрель - начало мая (1,14).

2.2. Условия района исследований

Новокуйбышевск является самым молодым городом самарской области, в настоящее время представляет собой один из важнейших индустриальных центров области. Его площадь по данным 2018 г составляет около 263 км2 Численность постоянного населения по состоянию на 2018 год 110 374 человека.(18)

Город расположен в провинции Степного низменного Заволжья на надпойменной террасе Саратовского водохранилища в междуречье рек Кривуши и Татьянки, в десяти километрах от западной окраины г. Самары.

Крайняя северная часть Новокуйбышевска расположена в пойме р.Волги, равнинная поверхность которой осложнена многочисленными старицами, озерными котлованами, бывшими реками. Основная часть города расположена на склоне речной долины. В структуре промышленного производства г.Новокуйбышевска наибольшая доля приходится на нефтеперерабатывающую, нефтехимическую и газовую отрасли, что составляют около 95% . Также на территории города зарегистрировано 1192 предприятия (16). Повседневная активность промышленного сектора определяет особенности воздуха г.Новокуйбышевска. Воздух, содержащий образующиеся в результате работы предприятий побочные продукты, проходит через серию очисток.

Но, тем не менее, часть этих веществ попадает в атмосферу и в дальнейшем, оседает на землю. В городе Новокуйбышевске выделяют 22 таких основных вещества: диоксид азота, оксид азота, аммиак, бенз(α)пирен, бензол, кадмий, ксилол, марганец, фенол и др. (17).

2.3. Методика работы

Участки отбора проб и условия проведения эксперимента.

Отбор проб листовой массы проводили в конце июля 2018 года и в конце июля 2019года. Для исследований были выбраны наиболее характерные точки города:

- парк Дубки;

- проезжая часть (пр. Победы);

- жилая застройка (около площади им. Ленина);

- промышленная зона (заброшенный дачный участок прилегающий к ОАО "Новатэкполимер").

Высушенные листья использовали для исследования следующих показателей:

- площадь и масса листовой пластинки;

- зольность;

- массы единицы площади листа;

- флуктуирующую ассиметрию березы повислой.

Лабораторные методы исследований

1.Площадь листовой пластинки (9) определяли контурным способом при помощи прозрачной клетчатой бумаги (кальки) - палетки, каждый квадратик которой соответствовал 1 кв.см. по формуле:

S = A+B/2,

где S - площадь целой листовой пластинки, А - количество целых квадратиков на кальке, В - количество неполных квадратиков.

2.Склерофильность листовой пластинки выявляли при помощи такого показателя - массы единицы площади листа по формуле:

М ед.пл. =S/M,

где М ед.пл. - масса единицы площади листа , S - средняя площадь сухой листовой пластинки, М - средняя масса сухой листовой пластинки.

Масса листа определялась обыкновенным весовым методом.

3.Определение содержания золы (6) использовали метод сухого озоления в муфельной печи. Листовые пластинки исследуемых объектов измельчали, при этом отделяя черешки. Брали навеску сухого растительного материала весом приблизительно по 2 г и помещали в тигели, которые ставили в муфельную печь. Проводили сжигание растительного материала при температуре +400 - 550 0С. После полного сжигания листового опада и образования золы, тигли вынимали из печи и взвешивали их содержимое.

4.Определение флуктуирующей ассиметрии (4).

Определение проводилось по методике Захарова(4). Измеряли длину жилки второго порядка. Для каждого промеренного листа вычисляли относительную величину ассиметрии. Для этого модуль разности между промерами слева (L) и справа (R) делили на сумму этих же промеров:

5.Моделирование экологического каркаса города.

Учитывая условия городской среды составить список растений способных выдерживать её давление. Использовать определенный набор элементов для составления экологического каркаса города. Затем, вычисляли показатели ассиметрии для каждого листа, для этого суммировали значение относительных величин ассиметрии по каждому признаку и делили на число признаков.

Оценка состояния окружающей среды проводилась по методике "Бальная система качества среды обитания живых организмов по показателям флуктуирующей ассиметрии высших растений" (14).

Математическая обработка результатов

Полученные нами данные обработали математически при помощи пакета программ Excel.

Глава 3. Структурные особенности листьев древесных растений в модельных насаждениях г.Новокуйбышевска (результаты и их обсуждение)

3.1. Особенности площади листовой пластинки

Лист - основной ассимилирующий орган растения, в котором образуется основная масса органически веществ. Площадь отдельного листа и общая листовая поверхность растения позволяют оценить интенсивность его работы в конкретных условиях окружающей среды.

В нашей работе мы исследовали варьирование площади листовых пластинок некоторых древесных растений г.Новокуйбышевска. Для сравнения листья определенного растения собирали с четырех точек города (парк Дубки, проезжая часть, жилая застройка, промышленная зона), различные по экологии произрастания, особенное внимание уделялось воздействию антропогенных факторов.

Результаты нашего исследования в 2018г. приведены на графиках (рис.1, рис.2.) в приложении №1

Результаты нашего исследования в 2019г. приведены на графике (рис.1)

в приложении №2

Итак, максимальной площадью листа среди выбранных объектов обладает клен ясенелистный (129,4 кв.см.- 2018г; 130 кв.см- 2019г в застройке жилых), минимальной - вяз мелколистный (7,1 кв.см.-2018г.; 5 кв.см-2019г. вдоль проезжей части), что связано с видовыми особенностями растений, условиями произрастания и степени антропогенной нагрузки. Это проявляется и через год после первого исследования (2018г., 2019г.)

Расположим размеры листовых пластинок в ряд по убыванию:

а) клен ясенелистный: жилая застройка > парк Дубки > промышленная зона > участок вдоль дороги;

б) береза повислая: жилая застройка > парк Дубки > участок вдоль дороги > промышленная зона

в) вяз мелколистный: жилая застройка > парк Дубки > промышленная зона > участок вдоль дороги.

При сравнении данных нами было выявлено, что наибольшей площадью листовых пластинок обладали деревья, произрастающие в дали от непосредственного шумового и химического воздействия (в глубине жилой застройки и в парке Дубки), наименьшей растения вблизи дороги и промышленного предприятия. Отметим значение воздействия внешних факторов, что является следствием проявления механизмов адаптации к условиям произрастания: открытая солнечная местность, дальность водоемов и других дополнительных источников воды приводит к уменьшению площади листовых пластинок. Поедание листьев насекомыми – филлофагами также может в разной степени отразится на данном показателе.

В условиях города на листьях часто проявляются точечные краевые некрозы (отмершие ткани). Причины, вызывающие повреждения: попадание на лист капель кислот, что обычно происходит во время смога, тумана, выпадения кислотных дождей, скопление солей тяжелых металлов, движение токсичных растворов из корневой системы (7).

Как известно, параметры листовых пластинок зависят не только от степени воздействия внешних условий, но связаны с возрастными особенностями древесных растений. Молодые деревья обладают более широкими листьями, по сравнению с уже взрослыми растениями.

3.2 Анализ склерофильности листовых пластинок

Одним из количественных показателей структуры листов является масса единицы их площади, или склерофильность листа, которая является результатом приспособления к стрессовым факторам окружающей среды. Степень проявления данного признака служит для поддержания определенного уровня физиологически-активных веществ и химических реакций внутри растения.

В начале работы мы при помощи палетки измерили площадь листовых пластинок исследуемых древесных растений, затем произвели взвешивание высушенной листовой массы. Результаты нашего исследования приведены на графике (рис.3).

Максимальная масса единицы площади листа была обнаружена у вяза мелколистного (9,3 мг/кв.см-2018г.; 10 мг/кв.см-2019г вдоль проезжей части), минимальная – у клена ясенелистного (3,36 мг/кв.см -2018г; 4 мг/кв.см- 2019г. в застройке жилых домов и парке Дубки. Расположим показатели склерофильности листа в ряд по убыванию:

а) Вяз мелколистный: проезжая часть > промышленная зона > жилая застройка > парк Дубки;

б) Береза повислая: промышленная зона > проезжая часть > парк Дубки > жилая застройка;

в) Клен ясенелистный: проезжая часть > промышленная зона > парк Дубки > жилая застройка.

Результаты в приложении №3

Итак, во всех случаях наибольшей склерофильность листьев наблюдается у деревьев, произрастающих вдоль проезжей части и вблизи промышленного предприятия, что говорит нам о произрастании растений в условиях стресса, возрастании роли антропогенного фактора.

На данном показателе могут отразиться и такие внешние факторы, как температура, влажность, насыщенность химическими элементами почвы, атмосферы, воды. Например, листья деревьев, произрастающих в некотором затенении (жилая застройка) и близи источников воды обладают меньшей склерофильностью по сравнению с растениями сухих и солнечных мест обитания.

3.3. Результаты оценки содержания зольных элементов в листьях

Как известно, зольные элементы входят в состав биохимически - активных соединений и играет важную роль в обмене веществ растений. Содержание и состав зольных элементов зависят от видовой принадлежности, роста и развития растения, и особенно от почвенно-климатических и агротехнических условий их выращивания (10).

Повышение зольности может рассматриваться как суммарный эффект от поглощения газообразных загрязнителей и осаждения пылевых частиц на поверхности листа (10).

Нами проведено практическое исследование золы в листьях древесных растений, используемые в озеленении города Новокуйбышевска, результаты которого приведены на графике (рис.4) в приложении№4.

Наибольшее содержание золы наблюдалось у клена ясенелистного (12,83% в промышленной зоне), наименьшее – у березы повислой (6% в жилой застройке), исследования 2018г.

Наибольшее содержание золы наблюдалось у клена ясенелистного (13% в промышленной зоне), наименьшее – у березы повислой (6,9% в жилой застройке), исследования 2019г.

В зависимости от вида и условий произрастания зольность листьев по мере снижения располагается в следующие ряды:

а) клен ясенелистный: промышленная зона > проезжая часть > парк Дубки > жилая застройка;

б) вяз мелколистный: проезжая часть > промышленная зона > парк Дубки > жилая застройка;

в) береза повислая: проезжая часть > промышленная зона > парк Дубки > жилая застройка.

Опираясь на полученные нами данные также можно сделать вывод о менее благоприятных с экологической точки зрения условий произрастания деревьев в близи непосредственных источников загрязнения.

Наибольшая вариабельность содержания зольного компонента можно отметить у клена ясенелистного, который вместе с вязом мелколистным, является видом-интродуцентом, по сравнению с березой повислой (местным видом).

3.4. Оценка качества городской среды с помощью флуктуирующей ассиметрии

В основу методики, используемой при выполнении нашей исследовательской работы, положена теория «стабильности развития» («морфогенетического гомеостаза»). Она основана на различиях между правой и левой сторонами различных морфологических структур, в норме обладающих двусторонней симметрией. Такие различия обычно являются результатом ошибок в ходе развития организма. При нормальных условиях среды обитания их количество минимально. При воздействии неблагоприятных факторов среды, особенно антропогенных, количество ошибок возрастает, что приводит к увеличению ассиметрии (14).

В качестве биоиндикатора состояния городской среды была выбрана береза повислая, как наиболее хорошо изученный биологический индикатор (4).

Сроком сбора материала для определения показателя стабильности развития березы повислой является июль, когда лист этого растения окончательно сформирован. Листья были собраны с высоковозрастных берез на уровне 1,5 метра от поверхности почвы.

В ходе нашего исследования были получены результаты, представленные на графике (рис.5) в приложении №5. и в виде таблицы (табл.1)

На данном графике отметим сходную тенденцию по сравнению с ранее рассмотренными признаками. Итак, наибольшими показателями от нормы обладают листовые пластинки вблизи промышленной зоны и вдоль дороги, наименьшим в глубине жилой застройки; территория парка менее благоприятна, что можно связать с близким расположением автомобильных дорог. Это просматривается в 2018г и в 2019г. В 2019г. оценка степени загрязнения можно считать опасной по балльной системе Стрельцова, т.к. по статистике количество автомобилей увеличилось.

Для показателя ассиметричности была разработана пятибалльная шкала отклонения от нормы (бальная система по Стрельцову)(14), на основании которой можно сделать оценку степени загрязнения окружающей среды:

1 балл - чисто (менее 0,055)

2 балла - относительно чисто (норма 0,056 - 0,060)

3 балла - загрязнено (тревога 0 ,061 - 0,065)

4 балла - загрязнено (опасно 0,065- 0,070)

5 баллов - очень грязно (вредно, более 0,070)

Таблица 1

Степень загрязнения окружающей среды участков города по бальной системе Стрельцова, 2018г.

	Коэффициент	Баллы
Промышленная зона	0,057	2
Проезжая часть	0,064	3
Парк Дубки	0,035	1
Жилая застройка	0,018		1

2019г.

	Коэффициент	Баллы
Промышленная зона	0,06	2
Проезжая часть	0,068	4
Парк Дубки	0,037	1
Жилая застройка	0,02		1

Анализ данных по данной шкале показал, что экологическая обстановка в городе Новокуйбышевске в 2018г. относительно благоприятна только на 2-х пробных площадях: в парке Дубки и в глубине жилой застройки. На остальных 2-х случаях степень загрязнения окружающей среды оценивается как относительно чистая (2 балла) в промышленной зоне и загрязненной (3 балла) вдоль проезжей части.

Анализ данных по данной шкале показал, что экологическая обстановка в городе Новокуйбышевске в 2019г. изменилась, относительно благоприятна только на 2-х пробных площадях: в парке Дубки и в глубине жилой застройки. На остальных 2-х случаях степень загрязнения окружающей среды оценивается как относительно чистая (2 балла) в промышленной зоне и загрязненной (4 балла) вдоль проезжей части.

Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха производится путем сравнения концентраций вредных примесей, находящихся в воздушной среде, с гигиеническими нормативами. Наиболее распространенными в настоящее время критериями оценки качества атмосферы являются предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ. Утвержденные нормативы ПДК различных веществ едины для всего государства.

ПДК – это максимальные концентрации примеси, отнесенные к определенному времени осреднения, которые при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека и его потомства не оказывают и не окажут прямого или косвенного влияния на него (включая отдаленные последствия) и на окружающую среду в целом.

Степень загрязнения атмосферного воздуха оценивается посредством безразмерной величины, называемой индексом загрязнения атмосферы (ИЗА), который рассчитывается по пяти ингредиентам, вносящим наибольший вклад в загрязнение атмосферы. В соответствии с существующими методами оценки уровень загрязнения считается низким, если ИЗА ниже 5, повышенным – при ИЗА от 5 до 6, высоким – при ИЗА от 7 до 13, очень высоким – при ИЗА выше 14.

Наблюдения осуществляются на трех стационарных постах, расположенных по адресам:

ПНЗ 1 – улица Ворошилова, 2; ПНЗ 2 – улица Победы, 2; ПНЗ 4 – улица Кирова, 3.

По данным Экологического бюллетеня с апреля по июль 2018 года (15), т.е. за время начала вегетационного периода березы повислой до сбора листовой массы, можно сказать следующее (табл.2).

Таблица 2

Превышение санитарных норм по содержанию в воздухе города основных загрязняющих веществ

	Формальдегид	Углеводороды	Диоксид азота	Фенол	Пыль	ИЗА
Апрель	3 раза	1,4 раза	норма	норма	норма	Повышенное (5-6 ед.)
Май	2 раза	1,5 раза	1,3 раза	норма	норма	Повышенное (5-6 ед.)
Июнь	3 раза	1,4 раза	1,3 раза	норма	норма	Высокое (7-12 ед.)
Июль	2,7 раз	1,5 раза	1,5 раза	норма	норма	Повышенное (5-6 ед.)

Итак, в атмосфере г. Новокуйбышевска в 2018г.и 2019г с апреля по июль наблюдалось повышенное и высокое содержание вредных химических веществ.

Основные источники загрязнения атмосферы – предприятия нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслей промышленности, топливной энергетики, ТЭЦ, автотранспорт.

Глава 4. Экологический каркас города

4.1. Зеленые насаждения города Новокуйбышевска

Зеленые насаждения в городе и пригородные леса являются связующим звеном для большинства городских жителей с природой.

Древесные и кустарниковые насаждения вместе с газонами и цветниками не только способствуют улучшению функциональной организации городской территории, но и повышают художественную выразительность архитектурных ансамблей, являются важным фактором улучшения городской среды.

Исходя из данных, полученных в Муниципальном управлении благоустройства города можно вычислить общую площадь зеленых насаждений города.

Таблица 3

Зеленые насаждения	S (кв.м)
Газоны	304 957
Клумбы	2 057,42
Кустарники	27 000
Деревья	385 000

S зеленых насаждений = 719 014,4 кв.м.

Зеленая площадь насаждений на одного жителя равна S зеленых насаждений /Число жителей = 719014,4 кв.м /110 374 человек=6,5 кв.м.

Полученные расчетные данные показывают, что на одного человека в Новокуйбышевске приходиться всего 6,4 кв.м зеленых насаждений ( в идеале должно приходиться 9 кв.м на одного жителя)

4.2. Элементы экологического каркаса

Проанализировав полученные результаты по объектам нашего исследования, мы попытались смоделировать экологический каркас города, учитывая степень стойкости живых организмов к нарушениям окружающей среды. Жесткие условия городской среды производят строгий отбор растений, способных выдерживать её давление. Этих растений не так много. Среди устойчивых к городским условиям можно назвать: березу повислую, вязы гладкий и шершавый, дуб черешчатый, жимолость татарскую, иву белую, калину обыкновенную, клены платановидный и татарский, липу сердцевидную, рябину обыкновенную, тополь черный, боярышник кровяно-красный, ель колючую, лиственницы европейскую и сибирскую. Также можно использовать виды – интородуценты: вяз мелколистный, клен ясенелистный, липу крупнолистную, снежноягодник белый, тополя бальзамический, Симона, пирамидальный, яблоню ягодную, ясень зеленый, конский каштан. Они поглощают оксиды азота, серы, сероводород, пыль, т.е. играют роль фильтров и детоксикантов. Все перечисленные растения можно включить в создание экологического каркаса. Сам экологический каркас будет состоять из набора составных элементов, в который входят:

зеленое кольцо города (в его реконструкции использовать малоценные породы деревьев: осиновые, ольховые, тополевые);

несколько крупных клиньев - массивов, проникающих в городской центр (отдельные рощи широколиственных, например, состоящих из березы повислой и участки хвойных деревьев: ель колючая, лиственница европейская);

равномерно разбросанные по территории города крупные зеленые "пятна" парков (лиственница европейская и сибирская, ель колючая, липа сердцевидная, береза повислая - наиболее соответствуют экологической обстановке города);

водно-зеленый диаметр вдоль рек и водоёмов (использовать тополевые, ивовые породы);

рекультивация пустырей (использовать виды-интродуценты: вяз мелколистный, клён ясенелистный).

В создании экологического каркаса должны участвовать:

быстрорастущие долгоживущие древесные растения, устойчивые к болезням, вредителям, загрязнению и физическим повреждениям;

листопадные растения, которые находятся в более выгодном положении, поскольку имеют возможность ежегодно при листопаде избавляться от поглощенных загрязнителей;

хвойные растения, как необходимый элемент зеленого строительства;

растения, не содержащие опасных химических веществ;

эстетически выигрышные растениям с достаточно прогнозируемой или легко контролируемой формой роста.

Их использование усиливает декоративный эффект зеленых насаждений, степень их эмоционально-психологического и санитарно-гигиенического воздействия на человека.

Экологический каркас города решает рекреационные задачи, другими словами, создает достаточные возможности для отдыха горожан, защищает жилые кварталы от промышленных зон, автомагистралей, послужит биологическим коридором для проникновения в город животных.

Заключение

Растения взаимодействуют с окружающей средой через свою огромную поверхностью, площадь которой складывается из поверхности листьев, стеблей, цветков, корней. В максимальной степени неблагоприятные условия среды сказываются прежде всего на листьях - органах интенсивнее всего контактирующих со средой.

Структурно функциональные особенности листьев древесных растений мы анализировали на разных модельных участках города Новокуйбышевска.

Как показали исследования, в насаждениях города структурные особенности листовых пластинок обнаруживают различия в зависимости от комплекса условий биополя, в том числе уровня загрязнения окружающей среды. Максимальной площадью листа среди выбранных нами объектов обладал клен ясенелистный (129,4 кв.см.- 2018г; 130 кв.см- 2019г в застройке жилых), минимальной - вяз мелколистный (7,1 кв.см.-2018г.; 5 кв.см-2019г. вдоль проезжей части), и наоборот, максимальная масса единицы площади листа была обнаружена у вяза мелколистного (9,3 мг/кв.см-2018г.; 10 мг/кв.см-2019г вдоль проезжей части), минимальная – у клена ясенелистного (3,36 мг/кв.см -2018г; 4 мг/кв.см- 2019г. в застройке жилых домов и парке Дубки.

Для листьев, формирующихся в условиях техногенно загрязненной городской среды, по сравнению с образцами из незагрязненных территорий отмечалось более высокое накопление зольных элементов. Наибольшая вариабельность содержания зольного компонента выявляется у видов – интродуцентов (клена ясенелистного, вяза мелколистного) по сравнению с местным видом (березой повислой). Максимальное значение зольности отмечено у клена ясенелистного (12,83%-2018г, 13% - 2019 гЭк в промышленной зоне).

Однако накопление зольных элементов в листьях древесных растений зависит не только от техногенных загрязнителей, но и от возрастных и видовых особенностей. Но в нашем случае распределение показателей зольности листьев у видов совпало с картиной техногенного загрязнения городской среды города Новокуйбышевска.

Оценивая итоговый показатель флуктуирующей ассиметрии листьев во всех четырех популяциях березы повислой, мы можем отметить, что он адекватно отражает условия произрастания растений, окружающую их экологическую обстановку. Доказательством загрязнения атмосферы города Новокуйбышевска послужили приведенные нами данными Приволжского УГМС и РОСГИДРОМЕТа по превышению ПДК веществ (ИЗА оценивался как «повышенный» и «высокий»). Метод выявления отклонения от нормы развития листовых пластинок зарекомендовал себя простым, доступным, позволяющим провести интегральную оценку состояния окружающей среды, где в комплексе действуют абиотические, биотические и антропогенные факторы.

Оценка жизненного состояния группы деревьев разных видов в городском насаждении рассматривалась с точки зрения мониторинга состояния насаждений, для выработки необходимых агротехнических мероприятий. Таким образом: исследования по заявленной теме мы обнаружили необходимость в создании модели ЭК города, так как городские условия весьма разнообразны и требуют тщательного выбора пород деревьев. В городе могут быть представлены растения в разной мере толерантные к антропогенному воздействию, в то же время должны характеризоваться различными эстетическими достоинствами и долговечностью.

Уникальность нашего города в том, что, все зеленое хозяйство создано за 50 лет искусственно, руками человека. Чем больше различной растительности в городе, тем лучше экологическая обстановка. Экологическая обстановка в городе не улучшается, а с годами ухудшается, о чем говорят мои исследования.

Наша первоначальная гипотеза подтвердилась. Исследования состояния растений в городской среде можно рассматривать как триединую задачу, помогающую решать практические и социальные задачи современного города.

Список использованной литературы.

1) Губанов И.А. Киселева К.в,, Новиков В.С. , Тихомиров В.Н. Иллюстрированный определитель растений средней России. М.: КМК , 2003. -Т.2, 668с

2) Гэлстон А. Жизнь зеленого растения. - М.: Мир 1983. 550с

3) Ермакова А.И. Методы биохимического исследования растений. М.:Агропромиздат,1987. - 250с.

4) Захаров В.М., Чистякова Е.К. , Кряжева Н.Г. Гомеостаз развития как общая характеристика состояния организма: Скоррелированность морфогенетических и физиологических показателей у березы повислой. Самара: "Самарский университет"1997г - 283с

5) Кавеленова Л.М. Проблемы организации системы фитомониторинга городской среды в условиях лесостепи. Самара: "Самарский университет" 2003. - 124с.

6) Кавеленова Л.М. Лабораторная работа большого спецпрактикума. Самара: " Самарский университет ", 2001. - 49с.

7) Колбовский Е.Ю. Изучаем природу в городе Ярославль : Академия развития. 2006. - 256с.

8) Марковская Е.Ф. и др.Математические методы определения некоторых биометрических показателей у растений. - Петрозаводск , 1988. - 35с.

9) Мансурова С.Е. Кокуева Г.Н. Следим за окружающей средой нашего города: 9-11 кл .:Школьный практикум. - М.: Гуманит. изу.центр ВЛАДОС, 2001. - 112с.

10) Николаевский В.С. Биологические основы устойчивости декоративных растений. Автореф. дис. Пермь, 1972. - 22с.

11) Олейников Ю.В. Экологические альтернативы НТР. М.: Наука, 1987. - 162 с.

12) Определитель растений Среднего Поволжья Под. Ред. В.В. Благовещенского. - М.: Наука, 1984. - 392с.

13) Полевой В.В. Физиология растений . - Москва ;Высшая школа , 1989 - 464с.

14) Стрельцов А.Б.,Логинов А.А. Биоиндикационный метод оценки антропогенного воздействия Матер. Докл. Всерос. науч. конф."Экологические и метеорологические проблемы больших городов и промышленных зон." Санкт-Петербург , 1999. с. 40-41

15) Экологический бюллетень. Апрель 2018 года. // Самара: Приволжское УГМС, 2018.

Экологический бюллетень. Май 2018 года. // Самара: Приволжское УГМС, 2018.

Экологический бюллетень. Июнь 2018 года. // Самара: Приволжское УГМС, 2018.

Экологический бюллетень. Июль 2018 года. // Самара: Приволжское УГМС, 2018

Экологический бюллетень. Апрель 2019г.// Самара: Приволжское УГМС, 2019

Экологический бюллетень. Май 2019г.// Самара: Приволжское УГМС, 2019

Экологический бюллетень. Июнь 2019г.// Самара: Приволжское УГМС, 2019

Экологический бюллетень. Июль 2019г.// Самара: Приволжское УГМС, 2019

16) Якушкина Э.И. Древесные растения в озеленении Москвы. М.: Наука , 1982 - 158 с.

17) http://nsk- ekologia/ucoz.ru/news