Влияние выхлопных газов автомобилей на размер прироста, биомассу и жизнеспособность пыльцы хвойных растений

И С С Л Е Д О В А Т Е Л Ь С К А Я    Р А Б О Т А

                                    П О     Б И О Л О Г И И      

                                 

         





       « Влияние выхлопных газов автомобилей на размер прироста, биомассу и жизнеспособность пыльцы хвойных растений памятника природы «Комсомольская роща».











Руководитель: учитель                         Выполнил: ученик 11-Б класса,

биологии Ярлыкова Н.А.                      школы № 15 Кирюшин Олег 



































                                                     г. Тверь

                                                       1999

Введение:

 Глобальное загрязнение атмосферы, воздуха сказывается на состоянии природных экосистем, собственно на зелёном покрове нашей планеты. Одним из самых наглядных показателей состояния биосферы служат леса, их самочувствие. 

  Деревья, произрастающие в «Комсомольской роще» вдоль трассы  Москва - Санкт-Петербург  (М-10) подвержены вредным влияниям автотранспорта. Большой вред наносит пыль (распыляемый в воздухе асфальт и бетон дорог, резина покрышек автомобилей)  и сажа  сильно ослабляют газообмен, процессы дыхания и ассимиляции, вызывает угнетение растений и ослабления их роста.

Около дороги выкидывают мусор из проезжающих машин, проникающий постепенно в землю долго разлагающейся твердый мусор препятствует росту корневой системы. Счищаемый  с дороги   снег вместе с солью, которой посыпают дороги, попадает прямо под корни деревьев, нанося тем самым огромный вред их корням и около земной  части  ствола. Тяжёлые - грузовые, да пожалуй и легковые машины вызывают тряску почвы, а следовательно и её уплотнение. Уплотнение же почвы сопровождается ухудшением её структуры, уменьшением влажности на 30-60% и скважности (на18-20%). В таких почвах резко уменьшается количество полезных микроорганизмов, показателем этого является снижение (в 2-3 раза) интенсивности выделения Co2  в единицу времени. В результате замедляются процессы перевода питательных веществ в питательное для растений состояние. На уплотнённых почвах ослабляется также интенсивность дыхания корней. Уплотнение почвы уменьшает её водопроницаемость, воздухопроницаемость и воздухообмен; коэффициент водопроницаемости почвы на уплотненных участках более чем в семь раз ниже, чем в неуплотнённых. На уплотненных почвах увеличивается глубина промерзания. Хвойные деревья менее устойчивы к  уплотнению почвы. Наблюдения В.Д. Зеликова и В.Г. Пшеновой  показали, что ухудшение водно-воздушного режима почв (уменьшение количества  влаги и кислорода )  и нарушение минерального питания деревьев, вызывающие резкое ослабление их роста, возникаю при уплотнении  верхнего  почвенного слоя, причём в первую  очередь от уплотнения почв страдает ель, затем сосна и берёза.

 Но все эти факторы, какими злыми они бы не казались, мало сопоставимы  с влиянием продуктов работы двигателя. В выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания  содержатся: окись углерода, окислы азота, углеводороды, альдегиды, сажа и многое другое. К этому надо добавить канцерогенные вещества (такие, как бензапирен), а также соединения свинца (оседающие вдоль дорог) вследствие использования этилированного бензина.

В идеальном случае при сгорании топлива должны получаться только углекислый газ и пары воды, например:



C9 H20 +1402=9CO2 +10H2 O

Однако из-за неполного сгорания (и разного рода добавок) образуются различные химические вещества:



C9 H20 +9.502 = 9CO +10H2 O



C8 H18 +2.502 =4CH3–COH+H2 O



PB(C2 H5 )4 +2CH3 CH2 Bг+14.502 = PB Bг2 +12CO2 +15H2 O

И ещё многое другое.

Очень опасен ФОТОХИМИЧЕСКИЙ ТУМАН (смог Лос – Анджелесского типа), возникающий при действии солнечной радиации на газовые выбросы (преимущественно автотранспорта). В сложной смеси углеводородов и окислов азота автомобильных выбросов протекают фотохимические превращения: в результате образуются различные продукты (свободные радикалы, альдегиды, перекиси и многое другое), значительно превышающие по своей токсичности  исходные загрязнители. Так, в фотохимическом смоге обнаружен ПЕРОКСИАЦЕТИЛНИТРАТ (ПАН), который повреждает  растения, различные соединения вызывающие кислотные дожди. Исследователи в Европе и США обнаружили, что кислотные осадки вредят деревьям как непосредственно, так и косвенно, выщелачивая из почвы и хвои  необходимые для их роста биогены. Эксперименты подтвердили, что дожди и облака с высокой кислотностью могут вымывать магний, калий и кальций как из хвои деревьев, так и из почвы, на которой они растут. Когда эти питательные элементы удаляются из хвои, деревья пытаются возместить потерю, усилив их всасывание из почвы. Если почва уже выщелочена кислотными осадками, растения не могут компенсировать утраченные биогены, и у них появляются признаки «голодания», например пожелтение хвои. Когда деревья ослаблены загрязнением, они становятся чувствительны к естественным стрессам типа насекомых-вредителей, болезней, колебаний климата (засух, заморозков, и т.п.), которым способны были противостоять до этого. Значение ущерба, причиняемого лесам, не исчерпывается гибелью повреждённых деревьев. Когда воздействие загрязнения воздуха усиливается, может нарушатся вся экосистема в целом. В отличие от здоровой, обычно выдерживающей периодические пожары и нашествия насекомых, она при хронической экспозиции атмосферному загрязнению, постепенно теряет способность справляться с природными стрессами. Некоторые учёные считают, что любая экосистема в этих условиях рано или поздно прекратит своё существование.  

       Воспроизведение себе подобных – общее свойство любого организма. В индивидуальном развитие высших цветковых растений репродуктивный период связан с глубоким изменениями обмена веществ, физиологии, анатомии и морфологии отдельных органов и организма в целом. Ч. Дарвин в работе «Действие перекрёстного опыления и самоопыления» указывал на большую чувствительность генеративных элементов цветков к внешним условиям. Он отмечал, что вряд ли существует в природе что либо более удивительное, чем чувствительность половых элементов к внешним влияниям и утончённость их взаимного сходства. Некоторые небольшие изменения внешних условий или опыление собственной пыльцой могут привести  к их полной стерильности и сделать растения фертильными при опылении пыльцой любой особи того же вида. Таким образом, Ч. Дарвин характеризовал женские и мужские генеративные элементы как очень реактивные и чувствительные  к различным влияниям.         



 

                                            Цель работы



	Определить влияние выбросов автомобильного транспорта на размер прироста, биомассу и жизнеспособность пыльцы хвойных деревьев «Комсомольской рощи».







 Методика Для определения бокового и верхушечного прироста и биомассы.

Выберите 3 сосны и 3 ели одного возраста, растущих на однородном участке, но на разном удалении от дороги

Измерьте у них величину верхнего и бокового прироста последнего года

Выборочно соберите из кроны хвою в целлофановые пакеты с каждой сосенки отдельно (1000 шт.)

Измерьте длину 100 шт. хвоинок из каждого пакета и вычислите ср. величине длину хвои:

                

                  Vх р)

   М =             п 





М – средняя величина

V – варианта, длина хвои

Р – частота  встречаемости

n- общее число вариантов

знак суммирования



Взвесить 1000 хвоинок из каждого пакета отдельно.

Определите биомассу сырого вещества

Высушите 1000 хвоинок на батарее из каждого пакета отдельно и определите биомассу сухого вещества путем взвешивания

Полученные данные сведите в таблицу

Проанализируйте полученные результаты и сделайте выводы







    Практическая часть: 



 Были выбраны три сосны и три ели примерно одного возраста, произрастающие в «Комсомольской роще», вблизи микрорайона «Юность» в мае 1999 года:

сосна и ель вблизи авто шоссе (С-Петербургское ш.)

сосна и ель на расстоянии 100 метров от шоссе.

сосна и ель на расстоянии 200 метров от шоссе.

	С каждого из шести деревьев была собрана хвоя (по 1000 хвоинок),  измерена величина верхнего и бокового прироста последнего года, измерена длина 100 штук хвоинок с каждого дерева.

1)	По формуле:

                  

                      Vх р)

	М =        п           ,

где,



М – средняя величина длины хвои,

знак суммирования,

V   -  длина хвои,

р -  частота встречаемости,

п – общее число вариантов,

найдена средняя длина хвоинок всех опытных деревьев.



	



Средняя  величина длины хвоинок приведена в таблице  №1



        Вариант

    Сосна (ср. длина)

        Ель (ср. длина)

  1          Вблизи

           5,3

            0,9

  2          100 м

           6,5

            1,2

  3          200 м

           6,7

            1,4







Взвешенно 1000 хвоинок с каждого из шести деревьев в сыром и сухом виде.

Данные исследования приведены в таблице № 2



Объект

 исслед.

Удале-ние от дороги

При-

Рост

Вверх

(см)

При-

рост

в бок

(см)

Ср.дли-

 на хвои

  (см)

Биомасса (г.)











Сырое

Сухое

Сосна

Вблизи 

 13,0

12,0

  5,3

   9,5

  6,7

Сосна

100 м

 15,0

16,0

  6,5

  30,74

 10,8

Сосна

200 м

 21,0

19,6

  6,7 

  31,62

 11,0

Ель

Вблизи

 25,0

 7,5

  0,9 

    4,0

 2,3

Ель

100 м

 20,0

12,5

  1,2

    4,76 

 2,24

Ель

200 м

 20,0

16,0

  1,4 

    5,6

 3,4 



Сосна 



Ель 





Выводы: 

По мере удаления от дороги у деревьев увеличивается боковой и верхушечный прирост, так же длина хвои. Опыт показал так же, что биомасса вещества (хвои) в сыром и сухом видах увеличивается прямо пропорционально расстоянию до дороги. По этому можно сделать вывод: «дорога» крайне негативно влияет на посадки находящиеся по её обочинам. Они одни из первых принимают «удар» автотранспорта по окружающей среде.  









         

   Методика исследования жизнеспособности пыльцы.



	Под жизнеспособностью пыльцы обычно понимают ее способность прорастать на рыльце пестика при наличии всех необходимых благоприятных условий. Жизнеспособная (т.е.живая) пыльца физиологически очень активная. Это используется в практике для определения жизнеспособности пыльцы.

	Разработано много методов определения жизнеспособности пыльцы. Для исследовательской работы подойдет метод влажной камеры Ван Тигеля.

	Камера Ван Тигела состоит из стеклянного цилиндрического кольца, которое прикреплено к предметному стеклу парафином, а сверху кольцо накрыто покровным стеклом. Внутри кольца помещают каплю воды. На нижнюю поверхность покровного стекла наносят каплю искусственной среды для проращивания пыльцы. Покровное стекло прикрепляют к стеклу вазелином.

	В качестве среды для проращивания пыльцы обычно служит 1% раствор агар-агара на дистиллированной  воде с добавлением сахарозы или глюкозы. Сахарозы или глюкозы необходимо от 5 до 40% в зависимости от вида растений. Температура капли среды имеет большое значение. Она должна быть примерно равна температуре цветка, которая бывает на 2-50 выше температуры окружающего воздуха в период массового цветения растений в естественных условиях.

	На каплю высеивают исследуемую пыльцу и ,перевернув покровное стекло, накрывают им кольцо камеры Ван-Тигеля. Процент проросших пыльцевых зерен определяют не менее, чем для 5-20 полей зрения микроскопа. За проросшие зерна принимаются те, у которых длина пыльцевой трубки превышает диаметр пыльцы не менее, чем в два раза. Этот метод дает заниженные результаты.

	При проращивании пыльцы использовалась следующая среда:

20% глюкозы + 1% агар-агара

20% сахарозы + 30% глюкозы + 1% агар-агара

30% глюкозы

1% агар-агара

	Подсчет количества проросших зерен проводится через час для 5-20 полей зрения в течение 6 часов. Среднее количество проросших пыльцевых зерен подсчитывают по следующей формуле:

       х i             х i      - сумма всех видов вариантов совокупности

х =----  , где     --------,

       n                   n         - число вариантов (Рокицкий, 1964)





	При изучении прорастания пыльцы в разных средах интересно сравнить жизнеспособность зерен, хранившихся в эксикаторе при комнатной температуре и в холодильнике в 50% сахарном сиропе при температуре –20 , -30. Методика хранения пыльцы в холодильнике описана у Венгеровской С.И. и Джелали Н.И. (1970 г.), которые работали с пыльцой зернобобовых культур. По их данным пыльцы, хранившаяся во вполне сформировавшихся бутонах, которые погружались в 50% сахарный сироп, оказались по своей оплодотворяющей способности вдвое  выше, чем  пыльца, хранившаяся в эксикаторе.

	



 Практическая часть:

  

Были выбраны 10 сосен, 5в непосредственной близости от дороги и 5 в гуще рощи. С них собрана пыльца. Пыльца с каждого дерева пророщена в питательном растворе: 10% глюкозы, + 20% сахарозы, и немного желатина вместо агар-агара. В соответствии с методикой был подсчитан средний процент прорастания пыльцы с каждого дерева. Полученные результаты  приведены в таблице № 3.





                                                Таблица №3

                    № дерева

     средний % прорастания

1сосна у дороги 

5%

2сосна у дороги

15%

3сосна у дороги

7%

4сосна у дороги

10%

5сосна у дороги

3%

Средн. % прорастания пыльцы деревьев у дороги

8%

1сосна в гуще рощи

10%

2сосна в гуще рощи

50%

3сосна в гуще рощи

35%

4сосна в гуще рощи

48%

5сосна в гуще рощи

29%

Средн. % прорастания пыльцы деревьев в гуще рощи

34,4%



        



Вывод: 

 Анализируя полученные результаты, приходим к выводу: «дорога» крайне плохо влияет на жизнеспособность пыльцы, и как следствие из этого на способность обновления популяции. 











Выводы: 

 

По мере удаления от дороги у деревьев увеличивается боковой и верхушечный прирост, жизнеспособность пыльцы, и так же длинна хвои. Опыт показал так же, что биомасса вещества (хвои) в сыром и сухом видах увеличивается прямо пропорционально расстоянию до дороги. По этому можно сделать вывод: «дорога» крайне негативно влияет на посадки находящиеся по её обочинам на  жизнеспособность пыльцы, и как следствие из этого на способность обновления популяции. Деревья  одни из первых принимают «удар» автотранспорта по окружающей среде. 

















































Список литературы:

Природопользование 10-11 учебное пособие (ав. Н.Ф. винокурова; Г.С. Камерилова; В.В. Николина; В.И. Сиротин; В.М. Смирнова.) 1995г.

Охрана природы: (Факультатив. курс). Пособие для учащихся/ А. В. Михеев, К.В. Пашканг, Н.Н. Родзевич.

Просвещение 1983.

Библиотека «РОДНИЧКА» – приложение к газете «Родник» №3,4 – 1997г. серия «Биолог»

Город и природа (городские природные насаждения) Ав. Л.О. Машинский   стройиздат  Москва 1973г.

Наука об окружающей среде: как устроен мир: в 2 томах. Т 1. 

Ав. Б. Небель.   «Мир»1993г

Экологические очерки о природе и человеке  «прогресс» – 1988

 Ч. Дарвин «Действие перекрёстного опыления и самоопыления»

 





 







      







































Содержание:



                                                                                                      Ст.

Введение_________________________________________1

Цель раработы____________________________________3

(боковой и верхушечный прирост, биомасса)

Методика ________________________________________3

Практическая часть________________________________4

Выводы _________________________________________6

(исследования жизнеспособности пыльцы)

Методика________________________________________6

Практическая часть________________________________8

Выводы__________________________________________8

Общие выводы____________________________________9

  Список литературы_______________________________10

  Содержание_____________________________________11  





                                                                     0