Дипломная работа по экологии на тему экологическая характеристика насаждений липы сердцевидной города Кирова

Введение
Актуальность исследования. Городская среда отличается своеобразием экологических факторов, специфичностью техногенных воздействий, приводящих к значительным изменениям окружающей среды. Ее характеризуют: загрязнение химическими веществами и микроорганизмами, повышенный уровень физических воздействий (шум, вибрация, электромагнитные поля), информационное загрязнение. Город – это зона повышенной опасности возникновения дорожно-транспортных происшествий и промышленных аварий. Все экологические проблемы города являются следствием хозяйственной и иной деятельности людей. К наиболее острым проблемам экологии городской среды относятся: загрязнение атмосферного воздуха, проблема «чистой воды», охрана растительного покрова и почв, управление отходами.
Роль зеленых насаждений в оптимизации условий урбанизированных территорий заключается в их способности нивелировать неблагоприятные для человека факторы природного и техногенного происхождения. Зеленые насаждения исполняют в городской среде санитарно-гигиенические, архитектурно-эстетические, эмоционально-психологические функции. При этом для создания благоприятных условий для жизнедеятельности человека наиболее важна санитарно-гигиеническая роль растений. Растения поглощают из воздуха различные химические токсиканты, задерживают на поверхности ассимиляционных органов значительное количество пыли, зеленые насаждения формируют микроклимат на территории города. Они очищают, увлажняют и обогащают кислородом атмосферу городов, изменяют радиационный и температурный режимы, снижают силу ветра и шума
Древесные растения, произрастающие в условиях городской среды, способствуют уменьшению шумового воздействия, очищению атмосферного воздуха. Концентрации вредных веществ в воздухе городов, промышленных территорий снижаются. Среди распространенных загрязнителей атмосферного воздуха можно отметить оксиды углерода, азота, серы, формальдегид, аммиак, пылевые частицы, сажа, тяжелые металлы. Реакция древесных растений, в том числе и липы сердцевидной, на воздействие негативных факторов антропогенной среды проявляется в изменении метаболизма, биохимического состава. Наблюдается нарушение роста и развития растений, сокращается численность особей в популяции. Отклонения от нормы отмечены на различных уровнях организации: молекулярном, клеточном, тканевом, органом, организменном. Особо чувствительными к антропогенным факторам являются молекулярный, клеточный и тканевой уровни организации.
Современный город является сложным антропогенно-природным комплексом. Городская территория отличается интенсивностью использования, поэтому актуальными являются задачи научного обоснования эффективного экологического формирования зеленых насаждений. Для этого нужна достаточная информация об эколого-биологическом состоянии древесных растений, которая позволит выявить наиболее эффективные виды, участвующие в повышении качества среды обитания.
Цель исследования – изучить экологические особенности насаждений липы сердцевидной города Кирова.
Исходя из поставленной цели, целесообразно решить следующие задачи дипломного исследования:
– проанализировать состояние липы сердцевидной, дать характеристику условиям произрастания насаждений в г. Киров;
– провести таксационное описание липы сердцевидной, произрастающей в разных экологических категориях городских насаждений;
– оценить особенности фенологического развития липы сердцевидной в условиях г. Киров.
Объект исследования липа сердцевидная, произрастающие в городской среде.
В процессе исследования были использованы расчетно-аналитические, статистические методы, анализ, сравнение, обобщение, структурный и динамический анализ.
Практическая значимость. Для промышленных городов характерно старение насаждений и утрата их функциональной активности. Полученные в ходе исследований данные востребованы в реконструкции и создании насаждений в промышленных центрах и пригородных зеленых зонах.
Структура и объем выпускной квалификационной работы. Выпускная квалификационная работа изложена на 52 страницах, состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 53 источников, из них 3 на иностранном языке. Работа содержит 5 таблиц и 7 рисунков.





















Глава 1. Роль зеленых насаждений в антропогенной среде

1.1 Функциональная роль древесных растений в городских насаждения

Стремительное увеличение площади техногенных ландшафтов, которые включают в себя промышленные постройки, жилые комплексы и др. Одним из ключевых вопросов становиться создание и поддержание функционирования, комфортной, благоприятной для человека городской средой обитания. Применяя различные зеленые растения возможно контролировать параметры окружающей среды, приближая их к оптимальным значениям. Многочисленные исследования указывают на средообразующую и средорегулирующую роль, главным образом, древесных растений в процессах формирования микроклимата городской среды, который способствует защите компонентов урбанизированной среды от негативных антропогенных факторов.
В городской среде происходит формирование особого микроклимата. В дневное время суток отмечается существенное повышение температуры поверхности города. В ночное время суток наблюдается тепловое излучение. В итоге происходит увеличение среднесуточной температуры атмосферного воздуха. Растительность в городской среде способствует к выравниванию температуры атмосферного воздуха. Корректировка температуры отмечается на уровне 6 °С, что формирует более комфортные условия проживания. В искусственно созданных микроклиматических условиях образуются характерные движения воздушных масс. Зеленые насаждения поставляют более чистый и прохладный воздух к территориям густой, многоэтажной застройки. Растительность оказывает влияние и на уровень солнечной радиации. Так, в тени отмечается меньший уровень суммарной солнечной радиации.
Древесные растения имеют высокий уровень отражения солнечного света листом, чем бетонные и асфальтовые покрытия в урбанизированной среде. Транспирационный коэффициент у древесных растений находится на высоком уровне. Испарение влаги осуществляется растениями очень интенсивно, что смягчает негативное воздействие температуры.
Максимальной ветрозащитной возможностью обладают древесные растения с ажурной кроной и средней высоты. Листья растений способны отражать значительное количество шума. Так, например отмечается снижение шума на 10- 15 дБ посадками деревьев высотой 7-8 м и средней ширины. В целом по урбанизированной территории древесные насаждения снижают уровень шума в 2-2,5 раза.
Растительность в условиях урбанизированной среды снижают уровень шумового воздействия. Степень снижения зависит от вида древесно-кустарникового растения, конструкции посадки и ширины насаждений. Самые эффективные насаждения деревьев, которые располагаются в шахматном порядке. Среди деревьев наибольшей шумопоглащающей способностью обладают: клен, липа, калина, тополя, дуб, граб, береза. Растительность выполняет функцию ионизации атмосферного воздуха в антропогенной среде. В парковой зоне и естественных насаждениях количество легких ионов существенно больше количества ионов в искусственно созданных городских агломерациях, где часто отмечается нехватка растительного компонента.
Древесно-кустарниковый компонент урбанизированной среды снижает количество вредных, патогенных микроорганизмов, проводит естественную, своеобразную стерилизацию, дезинфекцию воздушного бассейна за счет выделения значительного количества фитонцидных веществ.
Летучие выделения растений обладают высокой реакционной способностью и способны уменьшать концентрацию вредных газов в атмосфере воздуха. Насаждения городов очищают воздушный бассейн от пылевых частиц, которые способны вызывать аллергические и респираторные заболевания у человека. Листовая пластинка, хвоя, ствол и ветки растений принимает на свою поверхность до 70 % пылевых частиц.
По данным Ю.З. Кулагина (1974), древесные растения, произрастающие в городских парках в весенне-летний период способны снижать уровень загрязнения атмосферного воздуха на 42 %, а в зимний период на 37% по сравнению с открытыми местами. Способность к улавливанию пылевых частиц зависит от текстуры листовой пластинки, так, например, у вяза листва шершавая, у липы сердцевидной имеет липкие выделения. В работе В.М. Кретинина и З.М. Селяниной (2006) отмечен факт, что большая пылезадерживающая способность выявлена у кизильника войлочного и розы морщинистой. Исследования И.Л. Бухариной и А.А. Двоеглазовой (2010) указывают на тот факт, что древесные растения, у которых невысокая площадь листа, при этом имеют большую способность задерживать пылевые частицы.
По данным Ю.З. Кулагина (1974), хорошими газопоглотительными качествами обладают тополь бальзамический (Populu sbalsamifera L.), липа сердцевидная (Tilia cordata Mill.), вяз гладкий (Ulmus laevis Pall.), ясень зеленый (Fraxinus lanceolata Borch.). Значение травянистой растительности, в том числе качественно организованных газонов также очень велико. Травостой очищает атмосферный воздух от вредных примесей, снижает уровень шума, притормаживает передвижения пылевых частиц. Травянистым растениям свойственна более высокая интенсивность фотосинтеза. Так, например травостой испаряет до 7 тыс. м3/га воды. Данный процесс является весьма благоприятным для человека.
Газонные травы выступают своеобразным регулятором микроклимата и одновременно являются существенным противоэрозионным фактором. Растительный покров формирует шероховатость наземного покрытия, удерживает грунт и препятствует развитию водной и ветровой эрозии, задерживая до 11 % осадков. Наличие растительности в городской среде благоприятно сказывается на структуру почвенного покрова и водопроницаемость почвы. Защита почвы от деградации и смыва осуществляется растительностью. Газоны в условиях города представлены различными видами злаковых растений, которые имеют повышенную устойчивость к негативным факторам городской среды. В создании газонов и других многовидовых посевов используют виды способные улучшать параметры микроклимата, выделять различные фитонциды: кострец безостый, полевица белая (Agrostis albida Trin.), овсяница красная (Festuca rubra L.), мятлик луговой (Poa pratensis L.), ежа сборная; а также цветочно-декоративные растения – бархатцы (Тagetes T.), каланхоэ (Kalanchoe Drakeet Castillo.), календула (Calendula L.), пеларгония (PelargoniumAit.).
Функции древесных растений в условиях антропогенной среды разнообразны и связаны между собой: санитарные, рекреационные, градостроительные, планировочные. Качество застройки является приоритетом в организации застраиваемого пространства. Для достижения данной цели большая роль отводится организации зеленых насаждений в урбанизированной среде. Городская среда характеризуется мозаичностью условий абиотической среды и требует подбор видового ассортимента.
Планируя городское пространство нужно учитывать всестороннее его развитие, в том числе и организацию зеленых насаждений по всей территории вновь образованной урбанизированной среды. Основной критерий подбора ассортимента древесно-кустарниковой растительности – это многофункциональность выбранного вида растения, сочетания различных качеств: защитные свойства, эстетичность, декоративность и др.
Древесные растения принимают активное участие в балансе углекислого газа. Выбросы, техногенного происхождения, древесные растения, входящие в состав различных экологических насаждений, могут поглощать и вовлекать в метаболизм. Городские насаждения имеют различную способность к усвоению, накоплению и вовлечению в метаболизм веществ антропогенного происхождения, которые являются негативными, загрязняющими веществами. Данная способность зависит от возраста насаждений, его полноты и бонитета, а также от состояния ассимиляционной кроны и продолжительности периода вегетации [22].
Устойчивость древесных растений к действию техногенных факторов формирует адаптивный потенциал, который направлен на сохранение жизнедеятельности растительного организма на достаточном уровне, исключить колебания воздействия негативных факторов. Проведенные исследования в различных регионах страны и за рубежом привели к возникновению теорий о деятельности адаптивного комплекса растений, произрастающих в локальных условиях урбаносреды. Авторы практических всех концепций единогласно утверждают о том, что процесс техногенеза выступает крайне негативным фактором, который является очень существенным и по своей силе преобладает над естественными природными экологическим факторами.
Примером, яркой теории формирования адаптивного потенциала является теория преадаптации (экологическая) выдвинутая Ю.З. Кулагиным (1974, 1980). Данная теория способствует разъяснению особенностей процессов роста и развития в условиях техногенного воздействия. Популяция растений проявляет модификационный полиморфизм, биотическую и возрастную. Ю.З. Кулагин выделяет 9 форм устойчивости растений: газоуствойчивость – анатомическую, физиологическую, биохимическую, габитуальную, феноритмическую, анабиотическую, регенерационную, популяционную и ценотическую. Общая устойчивость формируется из комплекса интегрированных результатов, отражающих приспособительные реакции. Преадаптация может рассматриваться как возможность проявления структурных изменений в функционировании растительного организма, которые в прошлом не участвовали в процессе обеспечения жизненно важных функций, но в новых антропогенных условиях имеют возможность помочь растительному организму приобрести устойчивость.
Имеет место и вариант постадаптации, который заключается в том, что в прошлом полезные признаки утратили свое значение в настоящем, однако, в последующем данные признаки закрепились в рецессивном состоянии. В таком состоянии они хранились и передавались из поколения в поколение, соответственно растения имеют рецессивный потенциал применить данные рецессивные признаки для выработки адаптивных реакций.
Для понимания адаптивных реакций используется широко распространенный метод исследования «фактор-эффект», который заключается в понимании ответной реакции растительного организма на действие отдельно взятого фактора (Николаевский, 1979). Указывается, что «... рычагом осуществления адаптивных перестроек служит система координации метаболизма, контролируемая в конечном итоге центром генной регуляции – ядерной ДНК, реализуемая через деятельность ферментативных систем и лимитируемая энергетическим потенциалом клетки и всего организма в целом. В то же время возможности растений не беспредельны. Если экстремальный фактор превышает по своей силе границы «зоны адаптации», то его координационные системы не в состоянии устранить вызываемые внешними воздействиями расстройства метаболизма. Происходит все углубляющаяся дискоординация последнего, что приводит к неизбежной гибели организма» [2].
В своих многолетних исследованиях, С.А. Мамаева поясняется, что в основе понимания изменчивости находится понимание процессов роста и развития вида и его отношение к факторам среды обитания. Результаты исследования дают возможность понять роль экологических и генетических факторов в процессе формирования устойчивости организма. Можно отдельно рассмотреть пять видов изменчивости: географическую, экологическую, хронографическую, половую и индивидуальную [7].
Находясь в условиях загрязнения естественной природной среды многие виды растений повышают уровень устойчивости. Адаптационные процессы, происходящие в организме растения затрагивают все уровни его организации, начиная от молекулярно-генетического и заканчивая экосистемным уровнем. Особо важным механизмом является процесс изменения популяционной структуры вида. Изменения направлены в сторону сохранения тех генотипов, которые обеспечивают большую резистентность вида в действию отдельно взятого значимого фактора или совокупности негативных факторов [9].
Совокупность факторов урбанизированной среды произрастания древесных растений приводят к повреждению листовой пластинки. При этом растительный организм имеет ряд приспособительных возможностей, которые спасают растение от гибели. Используя регенерационные возможности растения образуют новые листья, а от поврежденных избавляется. С каждым последующем уровнем организации растительного организма, можно наблюдать возрастание числа адаптационных механизмов к условиям антропогенной среды. Организменный уровень адаптации характеризуется наличием принципиально новых механизмов, которые были не свойственны клеточному уровню. В пределах организма отдельные его органы нуждаются в различных физиологически активных веществах. На данном уровне проявляется трофический фактор. В ходе жизнедеятельности растительный организм испытывает различные колебательные движения, которые формируются в рамках внутренних и внешних. На организменном уровне включаются специфические регуляторные механизмы, которые нивелируют высокий уровень колебаний. В результате нарушения границы толерантной зоны, различные виды воздействия на организм растений, включается совокупность биохимических и физиологических изменений. За счет включения дополнительных защитных механизмов у древесных растений, у них появляется возможность остаться в состоянии стабильного равновесия с нормальным уровнем метаболизма [11].
Степень устойчивости растений в условиях урбанизированной среды достигается за счет перестройки физиолого-биохимических процессов. Оценка влияния различных составляющих биотопа на химизм и уровень метаболических процессов листьев особо важна с позиций познания механизмов, обеспечивающих реализацию адаптивных стратегий растений.