Влияние экологических факторов на растения в условиях города

Город – искусственная экосистема, созданная человеком. С одной стороны, он улучшает условия жизни населения, с другой – приводит к вытеснению природных, естественных систем искусственными, загрязнению окружающей среды, повышению химической, физической и психической нагрузки на живые организмы. Эти изменения сказываются на здоровье людей, приводя к увеличению заболеваемости городского населения .

Улучшению экологической обстановки в городе способствуют зеленые насаждения. Растения являются важным компонентом городской среды: они обогащают воздух кислородом, увлажняют и очищают его, способствуют снижению шума, влияют на микроклимат территории.

Однако основные экологические факторы в населенных пунктах, особенно в городах, существенно отличаются от тех, которые влияют на растения в естественной обстановке. Загрязнение воды, воздуха, почвы, оказывает влияние на физиологическую функцию растений, их внешний облик, состояние, продолжительность жизни, генеративную сферу.

Выполнение работ по инвентаризации зеленых насаждений дает возможность оценить антропогенную нагрузку на территорию. С этой целью учениками экологического отдела краеведческого музея школы №11 в течение трех лет проводятся работы по созданию экологического паспорта школьного микроучастка, в котором важное место отводится оценке состояния окружающей среды с помощью методов фитоиндикации. Ребятами была изучена запыленность и загрязненность атмосферного воздуха, жизненное состояние древесных растений на территории школы и прилегающей к ней березовой роще, видовой состав лишайников и т. д. Однако до сих пор не были изучены травянистые растения, которые также являются важным звеном городской экосистемы.

1. 1 Роль растений в городе

Растения в городе необходимы, чтобы приспособить городскую среду для жизни человека. Чем зеленее город, тем менее пагубно сказываются на здоровье человека промышленные загрязнения [6]. Особенно эффективно улучшают городскую среду лесопарки и пригородные леса. Эти насаждения называют легкими городов. В них в процессе фотосинтеза поглощается диоксид углерода и выделяется кислород. Диоксида углерода в городской атмосфере всегда больше, чем в атмосфере сельских и лесных экосистем. Повышение его концентрации происходит не только из-за большой скученности людей, но и потому, что в котельных ТЭЦ, в двигателях автомобилей сжигается углеводородное топливо. Чем больше листьев у дерева, тем оно полезнее для города – больше усваивает углекислого газа и задерживают пыли, уменьшает шум, выделяет кислород, увлажняют атмосферу, очищает ее от болезнетворных микроорганизмов выделением биологически активных веществ (фитонцидов). Всем известно, как велика роль зелёных насаждений в очистке воздуха городов. Дерево средней величины за 25 часов восстанавливает столько кислорода, сколько необходимо для дыхания трех человек. За один тёплый солнечный день гектар леса поглощает из воздуха 220-280 кг углекислого газа и выделяет 180-200 кг кислорода.

Важную роль в городах играют сообщества рудералов – растений пустырей. Они первыми поселяются на новых местообитаниях (дорожные насыпи, обнаженная земля, кучи строительного мусора возле новых зданий и т. д. ). Польза от рудеральных растений в экосистемах бесспорна. Они способствуют закреплению поверхности, препятствуют ее размыванию или развеиванию ветром. Многие из них (в особенности одуванчик) концентрируют тяжелые металлы и очищают от них почву .

Сады, скверы, газоны не только улучшают микроклимат и атмосферу города. Зеленый цвет оказывает самое благоприятное воздействие на психическое состояние человека. Без зелени однообразные стены высоких домов превращаются в «поля агрессивности», повышающие раздражительность горожанина.

В летний жаркий день температура в районах города, где нет деревьев, на 10 –15 градусов выше, чем в городском парке.

Зеленые насаждения на площади 1 гектар примерно в 10 раз больше увлажняют и освежают воздух, чем водный бассейн той же площади.

Зелёные насаждения хорошо осаждают частицы пыли. Один га деревьев хвойных пород задерживает за год до 40 т пыли, а лиственных – около 100 т. Деревья с широкими кронами и кустарники, посаженные вдоль тротуаров, улучшают микроклимат улиц. Для того чтобы горожанам хорошо дышалось, по санитарным нормам на каждого из них должно приходиться 350 м2 лесов (в том числе 50 м2 непосредственно в городе, остальное – в зеленой зоне вокруг него). Ни один из промышленных городов России пока не имеет такого количества лесов

2. Влияние экологических факторов на растения в условиях города

Хозяйственная деятельность человека, связанная с освоением природных богатств, развитием промышленного производства, лесного хозяйства и транспорта, сопровождается поступлением в окружающую среду целого ряда вредных веществ. Загрязняя атмосферу, воду и почву, они наносят большой, подчас непоправимый ущерб природе в целом и растительности в частности, значительно повреждая растения.

Ежегодно в окружающую среду Кузбасса поступает 1,5 млн. т вредных газов и пыли. Это 140-160 различных веществ. На каждого кузбассовца приходится 0,5т, что примерно втрое больше республиканских показателей.

Среди разнообразных атмосферных токсикантов наибольшую опасность для растений представляет сернистый ангидрид, соединения фтора, хлористый водород, оксиды азота, пылевидные частицы, содержащие абсорбированные газы и окислы различных металлов. Сернистый ангидрид поступает в атмосферу, в основном, в результате сжигания серосодержащего ископаемого топлива и переработке сульфидных руд при выплавке цветных металлов.

Фтористые соединения поступают в атмосферу с выбросами алюминиевых и криолитовых заводов, предприятий по производству фосфатов и фосфорных удобрений. Для получения 1т алюминия используется 33-47кг фосфора, при этом 65% его попадает в атмосферный воздух.

Большую опасность для растений, и для окружающей среды в целом, представляет фитохимический смог, образующийся воздухе, загрязнённом углеводородами, окисью азота и другими веществами в процессе реакций, протекающих под воздействием солнечного света. Фитохимический смог обычное явление для больших городов и промышленных центров.

Загрязнение атмосферы приводит к различным нарушениям развития растений, вызывая сокращение сроков вегетации, уменьшения площади ассимилирующих органов, торможение ростовых процессов и прочее. Первыми в наибольшей степени повреждаются листья, осуществляющие интенсивный газообмен. Видимые повреждения обнаруживают по потере ранее свойственной листьям окраске, изменению формы листовой поверхности, появлению вздутий, некротических пятен и т. д.

Однако не только загрязняющие природную среду разнородные вещества из атмосферы оказывают влияние на растения. В результате целенаправленного внесения химических веществ и за счет разного рода выбросов может происходить загрязнение почв и вод, что воздействует на организм растений, изменяя условия их произрастания, в частности, вызывая нарушения почвенного и минерального питания.

На развитие растений отрицательное влияние оказывает загрязнение почв токсическими веществами, вызываемое захоронением в почве промышленных отходов, выпадение из атмосферы разных примесей, а в некоторых случаях – использование в качестве удобрений осадков сточных вод, компостов и городского мусора и прочее. В глобальном масштабе концентрация в почве нежелательных веществ еще не достигла уровней, при которых могут проявляться их токсические свойства. Тем не менее, увеличивающееся с каждым годом поступление в окружающую среду отходов может создавать в отдельных районах опасные ситуации. В первую очередь это относится к накоплению свинца, кадмия, мышьяка и ртути.

В условиях загрязнения окружающей среды разрабатываемые меры позволяют лишь частично решить проблемы защиты растений от повреждающих действий вредных веществ, содержащихся в воздухе и почве. Радикальное решение заключается в совершенствовании технологических процессов и разработке безотходного или малоотходного производства .

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Работа проводилась в рамках летнего профильного школьного лагеря в июне-июле 2003 и 2004 года. Сбор травянистых растений осуществлялся на территории пришкольного участка школы №11 в Кировском районе г. Кемерово .

Гербаризация осуществлялась согласно стандартной методике. Определяли растения с помощью определителя растений Кемеровской области (Новосибирск, изд-во СО РАН, 2001).

Одновременно со сбором растений проводилось их фотографирование .

Частоту встречаемости растений определяли на 10 учетных площадках площадью 1м2, равномерно расположенных по всему периметру пришкольной территории.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3. 1. Видовой состав травянистых растений микроучастка школы №11

В результате исследования травянистых растений микроучастка школы №11 нами было выявлено 36 видов, входящих в 16 семейств

Таблица 1

Список семейств и видов травянистых растений, отмеченных на микроучастке школы №11.

1. Сем. Бобовые (Fabaceae) 1. Горошек мышиный - Vicia cracca 2. Донник белый – Melilotus albus 4. Клевер люпиновидный 5. Клевер ползучий - Trifolium repens L.

2. Сем. Вьюнковые (Convolvulus)

6. Вьюнок полевой – Convolvurus arvensis

3. Сем. Гвоздичные (Caryophyllaceae)

7. Звездчатка бунге – Stellaria bungeana Ehrh.

8. Звездчатка средняя, мокрица – Stellaria media (L. ) Vill.

4. Сем. Гераниевые (Geraniaceae)

9. Герань двулистная Geranium bifolium Patrin

5. Сем. Гречишные (Polygonaceae)

10. Спорыш птичий - Polygonum aviculare L.

6. Сем. Губоцветные (Lamiaceae)

11. Будра плющевидная– Glechoma hederacea L.

12. Зопник клубневой – Phlomis Tuberosa

13. Пустырник пятилопастной - Leonurus quinquelobatus Gilib.

7. Сем. Злаковые (Рoaceae)

14. Ежа сборная- Dactylis glomerata L.

15. Мятлик луговой – Poa pratensis L.

16. Овсяница луговая - Festuca pratensis Huds.

17. Пырей ползучий- Elytrigia repens L.

8. Сем. Зонтичные (Apiaceae)

18. Болиголов крапчатый–Conium maculatum L.

19. Тмин обыкновенный - Carum carvi L.

20. Тысячелистник обыкновенный – Achillea millefolium

9. Сем. Крапивные (Urticaceae)

21. Крапива двудомная - Urtica dioica L.

10. Сем. Крестоцветные (Cruciferae)

22. Гулявник лекарственный – Sisymbrium officinale L.

23. Пастушья сумка – Capsella bursa-pastoris L.

24. Резуха повислая – Arabis pendula.

11. Сем. Лютиковые (Ranunculaceae)

25. Василисник малый - Thalictrum minus L.

12. Сем. Маревые (Chenopodiaceae)

26. Лебеда раскидистая - Atriplex patula L.

13. Сем. Мареновые (Rubiaceae)

27. Подмаренник северный – Galium boreale L.

14. Сем. Подорожниковые (Plantaginaceae)

28. Подорожник большой - Plantago major L.

15. Сем. Розоцветные (Rosaceae)

29. Гравилат алеппский – Geum aleppicum Jacq.

30. Лапчатка гусиная - Potentilla anserina

16. Сем. Сложноцветные (Asteraceae)

31. Бодяк обыкновенный – Cirsium vulgare (Savi) Ten.

32. Лопух войлочный – Arctium tometosum L.

33. Одуванчик обыкновенный - Taraxacum officinale Wigg.

34. Осот полевой- Sonchus arvensis L.

35. Ромашка непахучая - Matricaria perforata Merat.

36. Скерда лировидная – Crepis lyrata (L. ) Froel.

Распределение видов и семейств показало, что наиболее многочисленным семейством является семейство сложноцветные (6 видов). Остальные семейства представлены меньшим количеством видов (рис. 1).

Рисунок 1

Распределение видов и семейств среди травянистых растений микроучастка школы №11

Исходным биоценозом территории пришкольного участка был березовый лес, который на настоящий момент сохранился в виде березовой рощи со средним возрастом деревьев 30-40 лет. Мы сравнили видовое разнообразие травянистых покрытосеменных растений нашего участка и мелколиственного леса территории Кузбасского ботанического сада [3]. Результаты сравнения представлены в таблице 2.

Таблица 2

Количество Кузбасский ботанический сад Пришкольный участок

- семейств 26 16

- видов 99 36

Меньшее количество видов и семейств позволяет сделать вывод о значительной антропогенной нагрузке на территорию пришкольного участка.

3. 2 Встречаемость отдельных видов травянистых растений на территории микроучастка школы

На заложенных нами учетных площадках мы определили виды растений, наиболее характерные для нашего микроучастка . На всех 10 площадках, то есть в 100 % случаев нами были обнаружены следующие растения: подорожник большой, одуванчик обыкновенный, пырей ползучий и др. злаки. Остальные виды встречались в меньшем количестве

Таблица 3

Название вида Количество растений Процент

Одуванчик обыкновенный 144 ~21%

Подорожник большой 16 ~2. 3%

Герань двулистная 36 ~5. 3%

Марь белая 44 ~6. 4%

Гравелат алепский 3 ~0. 3%

Лопух войлочный 4 ~0. 4%

Тмин обыкновенный 11 ~1. 6%

Клевер белый 33 ~4. 82%

Будра плющевидная 21 ~3. 1%

Клевер гибридный 9 ~1. 3%

Семейство злаки (пырей ползучий и др. ) 357 ~52,6%

Итого: 678 100%

3. 3 Экологические группы травянистых растений

Среди собранных растений мы выделили две группы растений: растения лесных и луговых фитоценозов, сохранившиеся от естественной растительности района, и группу сорных (рудеральных) растений, которые благодаря особенностям своего строения и высокой плодовитости способны поселяться на территориях с высоким уровнем антропогенного воздействия. Процентное соотношение двух экологических групп растений показано на рисунке 2.

Рисунок 2

Экологические группы травянистых растений

Высокий процент рудеральных растений свидетельствует о высоком уровне антропогенного давления на травянистые растения микроучастка школы. Наблюдения показали, что основными антропогенными факторами на данной территории являются вытаптывание, выгул собак, замусоривание почвы.

С целью снижения антропогенного давления на территорию учениками школы был проведен экологический десант по уборке территории от бытового мусора.

3. 4 Практическое значение травянистых растений

Среди видов растений, встречающихся на микроучастке школы, мы обнаружили много медоносных растений: звездчатка бунге, гравелат алеппский, тмин обыкновенный и др. Всего около 20 видов. Медоносные растения очень важны для питания насекомых, следовательно они важны для поддержания равновесия в городской экосистеме.

Так же большое количество видов является лекарственными: пустырник пятилопастной, лопух войлочный, подорожник большой, зопник клубневой и д. р. Нами выявлено чуть больше 20 видов. Однако растения, находящиеся в черте города, ни в коем случае нельзя использовать в лекарственных целях, а так же те, что растут близь трас и шоссе. Ими нельзя пользоваться, т. к. многие растения могут накапливать в себе большое количество металлов или других загрязнителей.

Среди исследуемых нами растений мы встретили растения, обладающие техническими свойствами и веществами. Это такие растения, как подорожник большой, подмаренник северный, василисник малый, донник белый, тмин обыкновенный, крапива двудомная и д. р.

1. На территории микроучастка школы №11 обнаружено 36 видов травянистых растений, относящихся к 16 семействам.

2. Наиболее многочисленными семействами являются семейство сложноцветные и семейство бобовые

3. Большое количество рудеральных растений свидетельствует о высоком антропогенном давлении на исследуемую территорию

4. Среди изученных растений обнаружено большое количество медоносных растений, что позволяет сделать вывод о большом значении городских растений для питания насекомых.

5. Травянистые растения в условиях города способствуют очищению атмосферного воздуха от пыли и тяжелых металлов, понижают его температуру, увлажняют, способствуют созданию психологического комфорта для человека.