Диагностика состояния окружающей среды по хвойным деревьям

Лабораторная  работа

Диагностика состояния  окружающей среды по хвойным деревьям

 

Сосна -  важный индикатор  антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за эталон биодиагностики. Информативными по техногенному загрязнению  являются морфологические и анатомические изменения, а также продолжительность жизни хвои.

Используя метод визуальной и количественной оценки хвои сосны, можно определить уровень загрязнения  атмосферы.

 

Оборудование  и материалы

1) весы технохимические; 2) разновесы; 3) линейки; 4) измерительные и простые лупы с увеличением в 4-10 раз; 5) миллиметровка; 6) термостат; 7) ветви одного вида хвойных, произрастающего в городских посадках или в зоне влияния металлургических предприятий, ТЭС и др.; ветви, взятые в относительно чистой зоне загородных территорий.

Ход работы

За неделю до мониторинговых исследований срезают ветви условно  одновозрастных хвойных деревьев, наиболее распространенных в данной местности (например, для городских условий обычны ель обыкновенная и ель голубая колючая). Ветви срезают на высоте 2 м с определенной части кроны, обращенной к зонам с загрязненным воздухом (вблизи автодорог, предприятий, особенно с выбросами в воздух сернистого газа, на который хвойные сильно реагируют). Контролем служат ветви с условно одновозрастных деревьев, собранных в чистой зоне заповедника, зеленой зоне города или в посадках лесных культур.

 

Сбор материала

За неделю до исследований (28 октября) мною были срезаны три ветви Ели обыкновенной (условно одновозрастных). Первые два дерева произрастают на улице Ленина, вдоль дороги. Ветви были срезают с кроны, обращенной к зонам с загрязненным воздухом - вблизи автодороги.

 

Третья ветвь (условно-чистая) была срезана в парке АГТУ (ул. Татищева, 16)

 

 

Изучение хвои различных  хвойных деревьев 

Хвою осматривают при помощи лупы, выявляют и зарисовывают хлорозы, некрозы кончиков хвоинок и всей поверхности, их процент и характер (точки, крапчатость, пятнистость, мозаичность). Чаще всего повреждаются самые чувствительные молодые иглы. Цвет повреждений может быть самым разным: красновато-бурым, желто-коричневым, буровато-сизым и эти оттенки являются информативными качественными признаками.

ИЗМЕРЕНИЯ:

 

Первая ветка (первое дерево в зоне предполагаемого загрязнения, участок №1) – 28 иголок с частичным некрозом желто-коричневого цвета. В основном это пятнышко ближе к конце иглы, кроме двух-трех иголок,  кончик которых бурый. На первой ветке 350 иголок. Таким образом – 8 % некрозов на первой ветке.

Вторая ветка (второе дерево в зоне предполагаемого  загрязнения, участок №2) – 12 иголок с частичным некрозом желто-коричневого цвета. Во всех случаях пятна не ярко-выражены, небольшого размера в середине иглы. На второй ветке 320 иголок, таким образом, процент некрозов на второй ветке – примерно 4%.

Третья ветка (условно-чистая, участок №3) – 3 иголки с частичным некрозом светло-желтого цвета. Пятна едва заметны. Всего иголок 140, таким образом, процент некрозов на третьей ветке – 2,2%.

 

Измеряют длину хвои на побеге прошлого года, а также  ее ширину (в середине хвоинки) при помощи измерительной лупы. Предварительно используя миллиметровку, устанавливают цену деления лупы. Повторность 10-20-кратная, так как биометрические признаки довольно изменчивы.

ИЗМЕРЕНИЯ:

 

На первой ветке (участок №1) средняя длина иголок – 1, 8. Причем чем ближе к конце ветки, тем короче игла.

На второй ветке (участок №2) средняя длина иголок – 2 см. На этой иголки одинаковые на всей протяженности ветки.

На третьей  ветке (условно-чистый участок №3) – 1,6 см.

 

 

Сближенность хвоинок. В результате ухудшения роста побега в загрязненной зоне пучки хвоинок более сближены и на 10 см побега их больше, чем в чистой зоне. Отмеряют 10 см побега прошлого года и подсчитывают число хвоинок. Если побег меньше 10 см, подсчет ведется по существующей длине и переводится на 10 см.

ИЗМЕРЕНИЯ:

 

На 10 см первой ветки (участок №1) – 60иголок

На 10 см второй ветки (участок №2) – 69 иголок

На 10 см третьей  ветке (участок №3, условно-чистый) – 50 иголок

 

Во всех случаях измерений  выводится среднее и записывают в таблицу 5.

 

Таблица 5

Схема записи результатов измерений хвои

Место взятия образца	Длина, мм	Ширина, мм	Число хвоинок на 10см побега, шт.	Некрозы %
1.Ул. Ленина, 1. Ель обыкновенная вдоль дороги.	1,8 см	1мм	60 иголок	12%
2.Ул. Ленина, 10, Ель обыкновенная, вдоль дороги.	2 см	0, 8 мм	69 иголок	4%
3. Парк АГТУ, ул. Татищева, д.16	1,6 см	1,5 мм	50 иголок	2,2%

 

Биоиндикация загрязнения  воздуха по состоянию сосны

1. Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы

Для работы подбирают участки сосновых насаждений, располагающиеся как в условиях сильного загрязнения, так и на мало загрязняемой территории (более удаленной от источника выбросов в атмосферу). На открытом месте подбирают молодые сосны высотой 1-1,5 м, отстоящие друг от друга на 20-25 м. Если деревья на выбранном участке высоки, то обследование можно проводить с использованием одного из боковых побегов четвертой сверху мутовки. При проведении работы внимательно осматривают хвою второго сверху участка центрального побега (участок предыдущего года) и по шкале определяют класс повреждения и усыхания хвои (при оценке степени повреждения хвои не обращают внимание на более светлую окраску самого кончика хвоинки, поскольку он на самом деле более светлый).

Виды повреждения и  усыхания хвои могут быть следующими: а) хвоя без пятен (КП1), нет сухих  участков (КУ1); б) хвоя с небольшим  числом мелких пятен (КП2), нет сухих участков (КУ1); в) хвоя с большим числом желтых и черных пятен (КП3), кончик усох на 2-5 мм (КУ2); г) усохла треть хвоинки (КУ3); д) усохло более половины длины хвоинки (КУ4); е) вся хвоя желтая и сухая (КУ4). КП – класс повреждения ( некрозы), КУ – класс усыхания хвои (рис. 1).

 

 

Риунок 1. Виды повреждения и усыхания хвои:

а — хвоя без пятен (КП1), нет сухих участков (КУ1); б — хвоя с небольшим числом мелких пятен (КП2),нет сухих участков (КУ1); в - хвоя с большим числом черных и желтых пятен (КПЗ), усох кончик 2—5 мм (КУ2); г - усохла треть хвои (КУЗ); д - усохло более половины длины хвои (КУ4); е — вся хвоя желтая и сухая (КУ4);

ИЗМЕРЕНИЯ:

 

Первая ветка (участок №3) – КП2 хвоя с небольшим числом мелких пятен и усох кончик 2—5 мм (КУ2);

Вторая ветка (участок №2) – КП2 хвоя с небольшим числом мелких пятен;

Третья ветка (условно-чистая) – КП2 хвоя с небольшим числом мелких пятен (практически без пятен)

 

При проведении работы для  получения достоверных результатов  обычно отбирают 200—300 хвоинок. Разбор их проводится в лаборатории. Все хвоинки делятся на группы в соответствии с выше приведенными классами усыхания и повреждения. После этого данные нынешнего года сравнивают с предыдущими и находят изменения, либо сравнивают полученные результаты из районов загрязнения и контрольного.

Оценить повреждения  и усыхание хвои в процентах, данные занести в табл. 6.

 

Таблица 6

Определение состояния  хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы (измеряемые показатели — количество хвоинок)

повреждение и  усыхание хвоинок	Номера  ключевых участков
	1	2	Условно-чистая хвоя
количество хвоинок  с пятнами	28	12	3
Общее число обследованных хвоинок	350	320	140
Процент хвоинок с  пятнами	12%	4%	2,2%
Количество хвоинок  с усыханием	1	0	0
Общее число обследованных хвоинок	350	320	140
Процент хвоинок с  усыханием	0,28%	0%	0

При проведении данной работы можно также провести оценку продолжительности жизни хвои. Каждая мутовка сверху – год жизни дерева. Устанавливают продолжительность жизни хвои путем просмотра побегов с хвоей по мутовкам (рис. 2).

Рис. 2. Части ветви  хвойного дерева, служащие биоиндикаторами: А1, А2, А3 -осевые побеги первого, второго и третьего года; Б1, Б2, Б3 - хвоя первого, второго и третьего года; В - мутовка; Г -боковые побеги; Д - почки.

 В исследованиях  определяют, сколько лет сохраняется  хвоя. Причем, если на самом нижнем из охвоенных участков часть хвои опала, то оценивается примерная доля сохранившейся хвои. Следовательно, полный возраст хвои определяется числом участков ствола с полностью сохраненной хвоей плюс доля сохраненной хвои на следующем за ними участке.   

ИЗМЕРЕНИЯ:

 

Первая ветка - 2 года

Вторая ветка – 4 года

Условно-чистая ветка 3 года

 

Определив класс повреждения  и продолжительность жизни хвои, можно оценить класс загрязненности воздуха по таблице 7:

Таблица 7

Определение класса загрязненности воздуха по состоянию хвои сосны

Максимальный возраст хвои	Класс повреждения хвои на побегах 2-го года жизни
	1	2	3
4	I	I-II	III
3	I	II	III--IV
2	II	III	IV
2	-	IV	IV—V
1	-	IV	V—VI
1	-	-	VI

Примечание:  

I- идеально чистый воздух,  

II- чистый,

III - относительно чистый («норма»),  

IV- заметно загрязненный («тревога»),

V - грязный («опасно»),

VI - очень грязный («вредно»),

«-» -  невозможное сочетание. 

 

ИЗМЕРЕНИЯ:

Первая ветка (участок  №1) – класс загрязнения 3 – относительно чистый воздух;

Вторая ветка (участок  №2) – класс загрязнения 2 – чистый воздух;

Третья ветка (участок  №3) – класс загрязнения 1-2 – чистый воздух, практически идеальный.

Вывод: Хвойные деревья являются чувствительными к газодымовым загрязнениям атмосферного воздуха, поэтому в крупных городах плохо растут хвойные деревья.

Источниками газов, на которые реагирует  хвоя, в атмосфере являются промышленные предприятия, котельные, работающие на мазуте, а также автотранспорт.

Так как две первые ветки с 1 и 2 участков растут вдоль дороги, этим и объясняется более поврежденная хвоя на деревьях.

Третья ветка, взятая с участка  №3 (парк) – является практически  идеально чистой, что объясняется  отсутствием загрязнителей такого масштаба.