III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ОЦЕНКА ЖИЗНЕННОГО СОСТОЯНИЯ ДЕРЕВЬЕВ НА ПРИШКОЛЬНОМ УЧАСТКЕ КАК ФАКТОР ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Губинская М.С.
Автор работы награжден дипломом победителя первой степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

В результате загрязнения окружающей среды, в первую очередь страдает экосистема. Возле школы проходит две центральные дороги, где уровень загрязнения за последние годы увеличился. Мы решили проверить, в каком состояние находится экология окружающей среды на пришкольном участке. Данная проблема является актуальной во многих городах России, а методики оценки уже апробированы и дают адекватный результат о состоянии окружающей среды, в том числе и в Вологодской области [1,2]. Для этого решено изучить деревья на пришкольном участке, что будет является показателем экологического состояния среды. Так, гипотеза исследования выражается в том, оценка жизненного состояния деревьев на пришкольном участке позволит судить о степени загрязненности окружающей среды. Объектом исследования является жизненное состояние деревьев, предметом – сравнение их с нормальным значением.

Цель данной работы: узнать экологическое состояние окружающей среды на пришкольном участке с помощью оценки жизненного состояния деревьев.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: – дать понятие «жизненное состояние деревьев»;

– познакомиться с существующими методиками оценки жизненного состояния деревьев; – изучить видовой состав растений; – определить количественный состав деревьев на изучаемой территории; – провести визуальное наблюдение за поражениями деревьев; – оценить минимальное и максимальное расстояние между деревьями в каждой группе; – выявить взаимосвязь между состоянием деревьев и его местоположением; – определить пути решения сложившейся проблемы на основе результатов исследования.

В работе использованы следующие методы:

– теоретические: анализ литературы, синтез различных точек зрения, сравнение деревьев по признакам.

– эмпирические: наблюдение за деревьями, измерение диаметра ствола, оценка повреждений на коре.

Глава 1. Теоретическая часть. Понятие жизненного состояния.

Изучению видового состава и состояния городской древесной растительности в северных городах европейской части России, а также факторов, определяющих их устойчивость, посвящены многие публикации [3-6]. Техногенная нагрузка может приводить к нарушению физиологических характеристик растений, в частности к изменению пигментного комплекса и фотосинтетической активности листа. Устойчивость зеленых насаждений снижается. Создаются благоприятные условия для развития очагов патогенов и вредителей. В градиенте возрастания загрязнения среды обитания происходит качественная перестройка структуры комплексов фитопатогенных грибов и членистоногих, поражающих листья древесных растений [7-9]. Основными источниками загрязнения воздуха в городе являются транспорт, предприятия лесопереработки и стройиндустрии.

В качестве одной из важнейших характеристик состояния деревьев при мониторинге лесных экосистем в настоящее время широко используется поврежденность кроны, проявляющаяся в ее изреженности, снижении густоты (увеличении прозрачности, «ажурности»). Использование этого признака позволяет оперативно оценивать повреждённость лесов природными и антропогенными факторами. Однако недостаточно ясно, как изменение состояния кроны дерева соотносится с изменением его метаболизма. Кроме того, указывается на зависимость оценки состояния от субъективного понимания «здорового дерева». Поэтому интерес представляют исследования, в которых совместно рассматриваются результаты визуального оценивания состояния деревьев и инструментального измерения физиологических показателей. Одним из последствий воздействия стресса на дерево нередко является снижение ассимиляции и, как следствие, радиального прироста ствола.

Описание состояния деревьев производится на основе общеевропейской методики экологического лесного мониторинга, оценка жизненного состояния деревьев проведена на основе пособия «Санитарные правила в лесах Республики Беларусь» – Мн., МЛХ РБ, 2006.

Категория жизненного состояния древостоев определяется на основании расчета индекса состояния древостоя. Категории жизненного состояния деревьев характеризуются рядом специфических признаков. По определенным внешним характеристикам (признакам) с помощью данных категорий жизненного состояния экспериментатор может выявить состояние дерева, в диапазоне от здоровых экземпляров до старого сухостоя.

Общий вид деревьев по внешним признакам поражения кроны и ствола характеризуется 6 категориями их жизненного состояния.

1 категория – по внешним признакам здоровые деревья. У них густая, нормально развитая крона; потеря листьев незначительна (до 10%). Сухие ветви в кроне отсутствуют.

2 категория – ослабленные или слабо повреждённые деревья. Крона деревьев несколько разреженная, потери листьев составляют 11-25%, доля сухих ветвей не более 20%. У деревьев средних размеров длина кроны уменьшается до 10%. Линейный прирост побегов снижается на 20-25% .

3 категория – сильно ослабленные или средне поврежденные деревья. Кроны их заметно разрежены, потеря листьев составляет 26-60%, сухие ветви составляют 21-50%. В большинстве случаев длина кроны уменьшена на 11-40%. Укороченность побегов достигает 26-75 %. Процессы ослабления деревьев усугубляются, они начинают усыхать.

4 категория – усыхающие или сильно поврежденные деревья, окончательно потерявшие жизнеспособность. Кроны явно просвечивают, потеря листьев достигает более 60%. В кроне более 50% сухих ветвей. Часто встречаются суховершинные деревья. У них явно больные, короткие розеточные (вторичные) побеги, очень редко покрытые листьями. Листья малых размеров, быстрее желтеют. Длина кроны уменьшается более чем на 40%, прирост в высоту отсутствует.

5 категория – погибшие деревья, сухостой текущего года. Деревья без зелени. Свежий сухостой быстро заселяется стволовыми вредителями древесины и деревоокрашивающими грибами. Качество древесины падает.

6 категория – старый сухостой. Деревья погибли несколько лет тому назад. У них сохранились только наиболее толстые ветви, отпадает кора. Стволы заселены вредителями древесины и дереворазрушающими грибами. Качество древесины резко падает. В основном, она пригодна в качестве дров.

Оценка жизненного состояния деревьев по вышеуказанным категориям производилась визуальным способом, учитывая описанные диагностические показатели.

Индекс состояния древостоя: параметр, на основе которого рассчитывается самый важный показатель, иллюстрирующий текущее состояние древесного сообщества, – категория жизненного состояния. Расчет индексов состояния древостоев производился по формуле:

ИС = (100n1 + 70n2 + 40n3 + 5n4) / N,

где ИС – индекс жизненного состояния древостоя; n1 – количество здоровых (без признаков ослабления) деревьев, n2 – ослабленных, n3 – сильно ослабленных, n4 – усыхающих; N – общее количество деревьев (включая сухостой).

На основании данных, полученных в результате перечетов

И оценки жизненного состояния деревьев на пробных площадях, рассчитываются индексы жизненного состояния древостоев. С этой целью деревьям той или иной категории жизненности присваивают определенный балл: здоровым

деревьям– 1,0; поврежденным– 0,7; сильно поврежденным–0,4; отмирающим– 0,1; свежему и старому сухостою– 0.

При индексе от1,7 до 0,8 жизненное состояние древостоя оценивается как здоровое», при индексе от 0,79

До 0,5 древостой считается «поврежденным», при индексе от

0,49 до 0,2 – «сильно поврежденым», при индексе от 0,19 и ниже– «разрушенным» или «полностью деградированным».

Отнесение насаждений к категориям жизненного состояния осуществляется на основе модифицированной шкалы В.А.Алексеева, в соответствии с которой древостои с индексом состояния 90-100% относятся к категории «здоровых», 80-89% – «здоровых с признаками ослабления», 70-79% – «ослабленных», 50-69% – «поврежденных», 20-49% – «сильно поврежденных», менее 20% – «разрушенных».

Приводим примеры расчета исследуемых показателей:

1) Измерение высоты: (согласно методу Сукачева, 1966).

а) По тени. В солнечный день можно определить высоту предмета по его тени, руководствуясь следующим правилом: высота измеряемого предмета во столько раз больше высоты известного вам предмета, во сколько раз тень от измеряемого предмета больше тени от человека.

Если при измерении окажется, что тень от человека в 2 раза больше длины человека, то высота измеряемого предмета будет в 2 раза меньше длины его тени, а если тень от человека будет равна их длине, высота измеряемого предмета также равна высоте своей тени.

высота дерева (м.) = тень объекта (м.) × рост человека

тень человека (м.)

б) При помощи равнобедренного треугольника. Приближаясь к предмету дереву или удаляясь от него, установить треугольник у глаза так, чтобы один из его катетов был направлен отвесно, а другой совпал с линией визирования на вершину дерева. Высота дерева будет равняться расстоянию до дерева (в шагах) плюс высота до глаз наблюдателя.

Высота дерева = 22 + 1,48 = 23,48 м.

  1. Диаметр ствола определяли по формуле: (согласно методике Боголюбова А.С., 2000)

D = C/ K

К – коэффициент, К = 3,14;

D – диаметр;

С – длина окружности ствола на высоте 1,3 м.;

D = 141/3,14

Самый простой способ определения возраста дерева по формуле: формулой В=1,6 х Д + 44,где В–возраст дерева, лет; Д–его диаметр на высоте 1,3 м от земли(на высоте груди среднего человека)в см; 44-коэффициент.

Глава 2. Экспериментальная часть. Оценка жизненного состояния деревьев на пришкольном участке.

На пришкольной территории можно выделить четыре участка нахождения деревьев. Был проведен для насаждений подсчет количества деревьев, проанализирован видовой состав, измерена длина окружности ствола, осуществлен пересчет по существующим методикам диаметр и возраст деревьев, визуально оценено состояние деревьев.

Таблица 1. Участок № 1.

Название дерева

Длина окружности ствола,см

Диаметр

см

Возраст

Дерева, лет

Повреждения на коре

Категория

Мох,лишайник и т.п.

Вяз

61,5

19,58

63

 

2

 

Ясень

108

34,39

84

+

2

 

Ясень

80,5

25,64

72

 

1

 

Ясень

87

27,70

74

 

1

 

Ясень

50

15, 92

61

 

1

 

Ясень

40,5

12,89

61

 

1

 

Тополь

234

74, 52

64

 

3

 

Тополь

245

78,02

65

 

3

 

Ясень

97,5

31,05

82

 

2

 

Ясень

111,5

35,5

75

+

2

 

Ясень

119

37,89

77

 

2

 

Ясень

58

18,47

62

+

2

 

Ясень

172

54,77

111

 

2

 

Ясень

67,5

21,49

63

+

1

 

Ясень

128

40,76

89

 

2

 

Ясень

135

42,99

90

 

2

 

Ясень

80

25,48

76

+

2

 

Клён

43

13,69

60

 

1

 

Ясень

139

44,27

80

 

2

 

Ясень

110

35,03

77

 

2

 

Итого

20

   

5

 

0

Таким образом, на первом участке всего 20 деревьев, из которых 6 деревьев первой категории, 12 деревьев второй категории и 2 дерева третьей категории.

ИС=(100*18+70*2)/20=97

По данному индексу состояния, деревья, произрастающие на первом участке являются здоровыми.

Таблица 2. Участок № 2.

Название дерева

Длина окружности ствола,см

Диаметр

см

Категория

Повреждения на коре

Мох,лишайник и т.п.

Ясень

71

22,61

2

   

Ясень

79

25,16

2

   

Ясень

54,5

17,36

1

   

Ясень

53

16,88

1

   

Ясень

56,5

17,99

2

   

Ясень

50

15,92

1

   

Ясень

83

26,43

2

   

Ясень

55

17,51

1

   

Ясень

86,5

27,55

2

   

Ясень

24,5

7,8

1

   

Берёза

118

37,57

2

   

Берёза

103,5

32,96

2

   

Ясень

109

34,71

2

   

Ясень

145

46,18

2

   

Ясень

156

49,68

3

   

Ясень

74

23,57

2

+

 

Яблоня

54,5

17,36

2

   

Ясень

119

37,89

3

   

Ясень

52,5

16,72

2

+

 

Липа

132

42,04

2

   

Липа

77,5

24,68

2

+

+

Липа

65

20,70

2

   

Ясень

103

32,80

3

   

Ясень

90

28,66

2

+

 

Ясень

48

15,29

1

+

 

Берёза

115

36,62

2

+

 

Ясень

126

40,13

3

   

Итого

27

   

6

1

Таким образом, на втором участке всего 27 деревьев, из которых 6 деревьев первой категории, 17 деревьев второй категории и 4 дерева третьей категории.

ИС=(100*23+70*4)/27=95,5

По данному индексу состояния, деревья, произрастающие на втором участке являются здоровыми.

Таблица 3.Участок № 3.

Название дерева

Длина окружности ствола,см

Диаметр

Категория

Повреждения на коре

Мох,лишайник и т.п.

Ясень

113

35,99

2

   

Ясень

100

31,85

2

   

Ясень

109

34,71

2

+

 

Ясень

76

24,29

1

+

 

Ясень

65

20,70

1

   

Берёза

56

17,83

1

   

Ясень

127

40,44

2

   

Ясень

83

26,43

1

   

Берёза

108

34,39

2

+

+

Ясень

73

23,25

1

 

+

Ясень

82

26,11

1

 

+

Ясень

95

30,25

2

 

+

Ясень

75

23,89

1

   

Ясень

117

37,26

2

+

 

Тополь

250

79,62

3

 

+

Ясень

55

17,52

1

+

+

Ясень

93

29,62

2

 

+

Ясень

111

35,35

3

+

+

Ясень

113

35,99

2

+

+

Ясень

150

47,77

2

   

Ясень

150

47,77

2

   

Ясень

127

40,45

2

   

Ясень

123

39,17

2

   

Ясень

129

41,08

2

   

Ясень

105

33,44

2

   

Ясень

160

50,96

3

   

Ясень

139

44,27

3

   

Ясень

50

15,92

1

+

+

Ясень

51

15,99

1

+

+

Ясень

53

16,88

1

+

+

Ясень

69

21,97

1

+

+

Ясень

42

13,37

1

   

Ясень

42

13,37

1

   

Ясень

43

13,69

1

   

Ясень

41

13,06

1

   

Ясень

75

23,88

2

+

+

Ясень

76

24,20

2

+

+

Ясень

73

23,25

2

+

+

Итого

37

   

14

16

Таким образом, на третьем участке всего 37 деревьев, из которых 16 деревьев первой категории, 18 деревьев второй категории и 3 дерева третьей категории.

ИС=(100*34+70*3)/37=97,6

По данному индексу состояния, деревья, произрастающие на третьем участке являются здоровыми.

Таблица 4. Участок № 4.

Название дерева

Длина окружности ствола,см

Повреждения на коре

Мох,лишайник и т.п.

Ива

145

+

+

Ива

30

   

Ива

32

+

+

Ива

105

+

+

Ива

120

+

+

Ива

120

+

+

Ива

122

+

+

Ива

79

   

Ива

72

   

Ива

130

+

+

Ива

126

+

+

Ива

122

+

+

Ива

110

+

+

Ива

112

+

+

Ива

70

   

Ива

61

+

+

Ива

60

+

+

Ива

61

+

+

Ива

165

+

+

Ива

150

+

+

Ива

80

+

+

Ива

80

+

+

Ива

111

+

+

Ива

135

+

+

Берёза

140

+

 

Итого

25

21

20

На четвертом участке преобладают ивы, которые можно отнести к здоровым с признаками ослабления.

Таблица: «Молодые деревья» участки 1,2

Название дерева

Высота ствола ,см

Диаметр ствола,см

Повреждения на коре

Мох,лишайник и т.п.

Дуб

150

6

   

Дуб

200

8

   

Дуб

300

11

   

Дуб

310

8

   

Дуб

250

9,5

   

Дуб

250

11

   

Дуб

270

11

   

Дуб

200

11

   

Дуб

300

12

   

Дуб

110

7

   

Дуб

170

7,5

   

Кедр Сибирский

31

     

Кедр Сибирский

28

     

Дуб

78

3

   

Дуб

82

4

   

Дуб

96

10

   

Видовой состав деревьев всех 4 участков и оценка повреждения на коре представлены диаграммами 1 и 2 соответственно. Количество поврежденных деревьев по видовому составу на всех участках представлено на диаграмме 3.

Рис. 1. Видовой состав на участке 1,2,3 и 4

Рис.2.Повреждения на коре

Рис.3.Лишайник, мох и т. Д

Рис. 4. Количество пораженных деревьев по видам на всех участках.

Рис. 5. Карта расположения школы.

Заключение

Получены следующие результаты:

- на первом участке всего 20 деревьев, из которых 6 деревьев первой категории, 12 деревьев второй категории и 2 дерева третьей категории (ИС=97).

- на втором участке всего 27 деревьев, из которых 6 деревьев первой категории, 17 деревьев второй категории и 4 дерева третьей категории (ИС=95,5).

- на третьем участке всего 37 деревьев, из которых 16 деревьев первой категории, 18 деревьев второй категории и 3 дерева третьей категории (ИС=97,6).

По данному индексу состояния, деревья, произрастающие на первом, втором и третьем участках являются здоровыми.

На четвертом участке преобладают ивы, которые можно отнести к здоровым с признаками ослабления.

Исследован видовой состав деревьев всех 4 участков и дана оценка повреждения на коре, что представлено диаграммами.

Таким образом, анализируя полученные результаты можно судить о удовлетворительном экологическом состоянии окружающей школу территории. Некоторые деревья нуждаются в замене. В продолжение данного исследования планируется оценить экологическое состояние микрорайона школы.

Список литературы

1. Д.А. Демидко Связь радиального прироста жизненного состояния у деревьев кедра сибирского / Вестник ТГУ. Биология. 2010. №4(12). - С. 68-79.

2. Н.А. Мингалева Жизненное состояние и биоповреждения листьев деревьев в зеленых насаждениях Сыктывкара / Сибирский экологический журнал. №3. 2011. - С.415-425.

3. Феклистов П. А. Насаждения деревьев и кустарников в условиях урбанизированной среды г. Архангельска. Архангельск: Изд-во АГТУ, 2004. 112 с.

4. Еглачева А. В. Древесные растения в городских экосистемах Карелии: автореф. ... канд. биол. наук. Петрозаводск, 2006. 18 с.

5. Ежов О. Н. Вредители и болезни городских зеленых насаждений архангельского промышленного узла // Лесной журнал. 2008. № 3. С. 46-50.

6. Уфимцева М. Д., Терехина Н. В. Фитоиндикация экологического состояния урбоэкосистем Санкт-Петербурга. СПб.: Наука. Ленингр. отд-ние, 2005. 335 с.

7. Катаев О. А., Голутвин Г. И., Селиховкин А. В. Изменение в сообществах членистоногих лесных биоценозов при загрязнении атмосферы // Энтомол. обозрение. 1983. Т. 62, вып. 1. С. 33-41.

8. Шиленская И. М., Беднова О. В. Черная пятнистость листьев клена как биоиндикатор в условиях города // Тр. МГУЛ. 1998. Вып. 294. С. 119-123.

9. Тарасова О. В. Насекомые-филлофаги зеленых насаждений городов: особенности структуры энтомо- комплексов, динамики численности популяций и взаимодействие с кормовыми растениями: авто- реф. ... д-ра биол. наук. Красноярск, 2004. 43 с.

Приложение 1. Фотографии участков.

Участок №1

Участок №2

Участок №3

Участок №4

Приложение 2. Территория школы.