Главная Коллекция "Revolution" Экология и охрана природы Изучение влияния загрязнения тяжёлыми металлами на травянистую растительность урбоэкосистемы города-курорта Кисловодска

Изучение влияния загрязнения тяжёлыми металлами на травянистую растительность урбоэкосистемы города-курорта Кисловодска

Изучение влияния тяжёлых металлов на растения. Морфо-биологические особенности Cichorium intybus. Краткая физико-географическая характеристика города-курорта Кисловодска. Определение накопления тяжёлых металлов в тканях растений, минеральный состав почв.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 10.11.2015
Размер файла 3,6 M
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Кафедра биологии и экологии растений

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА СПЕЦИАЛИСТА (ДИПЛОМНАЯ РАБОТА)

Изучение влияния загрязнения тяжёлыми металлами на травянистую растительность урбоэкосистемы города-курорта Кисловодска

Работу выполнила Д.С. Половинкина

Краснодар 2015

РЕФЕРАТ

Дипломная работа выполнена на 68 страницах машинописного текста. Содержит введение, 4 главы, заключение с выводами, список использованных при написании работы литературных источников объёмом в 44 наименования и приложение на 20 страницах. Работа проиллюстрирована 13 таблицами и 3 рисунками в тексте работы и 1 таблицей и 16 рисунками в приложении.

Ключевые слова: ТРАВЯНИСТАЯ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ, ТАКСОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ, БИОМОРФА, ЭКОМОРФА, ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ, АССОЦИАЦИЯ.

Целью работы является изучение влияния загрязнения тяжёлыми металлами на травянистую растительность урбоэкосистемы города-курорта Кисловодска.

В результате исследования установлено, что флора урбоэкосистемы города-курорта Кисловодска насчитывает 66 видов, относящихся к 15 семействам и 56 родам, проведён таксономический анализ. Выделены экологические группы и биоморфы растений, установлены основные растительные ассоциации, определено содержание тяжёлых металлов в тканях вида-индикатора и почве, а так же определено содержание минеральных веществ в почве.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Аналитический обзор

1.1 История изучения влияния тяжёлых металлов на растения

1.2 Морфо-биологические особенности Cichorium intybus L

2. Краткая физико-географическая характеристика города-курорта Кисловодска

2.1 Географическое положение

2.2 Рельеф

2.3 Климат

3. Материал и методы исследования

3.1 Объект исследования

3.2 Экологические методы

3.3 Геоботанические методы

3.4 Общий анализ почвы

3.5 Методика определения содержания тяжёлых металлов в почве

3.6 Определение накопления тяжёлых металлов в тканях растений

4. Изучение влияния тяжёлых металлов на травянистую растительность урбоэкосистемы города-курорта Кисловодска

4.1 Таксономический анализ

4.2 Экобиоморфный анализ

4.2.1 Экоморфы

4.2.2 Биоморфы

4.3 Геоботанический анализ

4.4 Анализ минерального состава почв

4.5 Определение содержания тяжёлых металлов в почве

4.6 Оценка степени накопления тяжёлых металлов в тканях вида-индикатора

Заключение

Библиографический список

Приложение 1. Травянистая растительность урбоэкосистемы города-курорта Кисловодска

Приложение 2. Карта-схема районов исследования травянистой растительности города-курорта Кисловодска

Приложение 3. Геоботанический анализ травянистой растительности урбоэкосистемы города-курорта Кисловодска

ВВЕДЕНИЕ

Проблема окружающей среды является одной из наиболее актуальных, поскольку от её решения зависит жизнь на Земле. Эта проблема обострилась в XX в., когда интенсивное развитие промышленности и транспорта, а также несовершенство технологических процессов привели к загрязнению атмосферы, воды и почвы. Ежегодно мировое хозяйство выбрасывает в атмосферу 350 млн т окиси углерода, более 50 млн т различных углеводородов, 150 млн т двуокиси серы. В атмосфере накапливается углекислый газ, уменьшается количество кислорода [Болбас, 1993].

В последние десятилетия одной из актуальных экологических проблем планеты является увеличение выбросов автотранспорта и другой мобильной техники в атмосферу, которые содержат оксид углерода (наиболее характерный для бензиновых двигателей), оксиды азота, различные углеводороды (включая бензопирен), альдегиды, диоксид серы [Черноусов, 2005]. тяжелый металл растение почва

Бензиновые двигатели, кроме того, выделяют соединения свинца, хлора, брома, а дизельные - значительные количества сажи и частичек копоти. Свинец и нефтепродукты оседают как в непосредственной близости от дороги, так и на значительном расстоянии от неё и загрязняют придорожную почву, поверхностные воды и растительность. Основная часть загрязнителей поступает от автомобилей в виде отработавших газов - 99% всех выбросов, картерных газов, испарений углеводородов от топлива из бака, карбюратора и трубопроводов. Кроме того, на придорожные территории попадают продукты износа шин (цинк, кадмий, медь, свинец), тормозных колодок (медь, свинец, хром, никель, цинк), материалов дорожных покрытий (кадмий, свинец) [Черноусов, 2005].

Токсичные вещества нарушают рост растений, способствуя снижению урожаев, потерям в животноводстве, постепенной гибели деревьев. В растениях может аккумулироваться значительное количество свинца [Экологическая безопасность автомобильного транспорта, 1999].

У чувствительных растений в определённых условиях окружающей среды

и при достаточно высоких концентрациях загрязняющих веществ возникают повреждения листьев, в случае воздействия высокой концентрации загрязняющего вещества в течение короткого периода времени, возможно сильное повреждение растения [Чернусов, 2005].

По данным исследования ООО «Нарзан-гидроресурсы», город-курорт Кисловодск, который славится не только своей целебной водой, климатом, но и чистотой воздуха, в последние годы сильно сдал, как курорт для лечения органов дыхания - атмосферный воздух в нём загрязнён оксидами углерода, азота, серы, органическими соединениями (в том числе таким опасным соединением, как бензопирен), тяжёлыми металлами. Только за 2008 г. на каждый квадратный километр города было выброшено 235,2 т загрязняющих веществ (в 1999 г. - 54,7 т), причём 96% валовых выбросов в атмосферу приходится на автотранспорт [СМИ. Кисловодск: экология курорта в опасности, 2013].

По данным ГИБДД города-курорта Кисловодска на учёте состоит около 35 тыс. единиц автотранспорта, к которым ежедневно добавляется 2 тыс. иногородних автомобилей. Большинство из них не отвечает никаким экологическим стандартам. Так же загрязняют атмосферу 18 промышленных предприятий и предприятий энергетики города, выбросы которых поступают в атмосферу практически без очистки [СМИ. Кисловодск: экология курорта в опасности, 2013].

Почва отлично депонирует загрязнения, её элементный состав отражается на химическом составе растений, которые становятся основным источником поступления тяжёлых металлов в организм человека и животных. По данным ОАО «Гипрогор» на локальных участках почв города-курорта Кисловодска (в основном в промышленной зоне) содержание тяжёлых металлов в почве во много раз превышает предельно-допустимые концентрации. В других местах состояние почв оценено как умеренно опасное [СМИ. Кисловодск: экология курорта в опасности, 2013].

В связи с возрастающим загрязнением окружающей среды приобретают актуальность исследования, связанные с накоплением в растениях загрязняющих веществ, опасных для здоровья человека, которые также оказывают губительное влияние на сами растения.

Целью данной работы стало изучение влияния тяжелых металлов на травянистую растительность урбоэкосистемы города-курорта Кисловодска.

Цель определила следующие задачи:

1. Установить видовой состав травянистой растительности и провести таксономический анализ;

2. Выделить основные экологические группы;

3. Провести биоморфологический анализ;

4. Выявить основные ассоциации и провести фитоценотический анализ;

5. Проанализировать минеральный состав почв;

6. Определить наличие тяжёлых металлов в почве района исследования;

7. Выявить содержание тяжёлых металлов в тканях вида-индикатора.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 История изучения влияния тяжёлых металлов на растения

Охрана окружающей среды в настоящее время это одна из важнейших задач человечества. Еще В.А. Звонов [1981] говорил, что: «Борьба с загрязнением атмосферы токсичными веществами являлась побудительной силой для проведения работ по уменьшению токсичности транспортных энергетических установок». Благодаря науке и технике, человек получил в свои руки мощное орудие воздействия на природу, при помощи которого ему удалось вовлечь в процесс производства почти всю приповерхностную оболочку Земли. Направляя свою деятельность, прежде всего на разумное преобразование природы, человечество достигло выдающихся успехов. Но, с другой стороны, вторгаясь с помощью техники в природные процессы, человек нередко нарушает закономерности их протекания [Лархер, 1978].

Антропогенное воздействие на окружающую среду от применения нефтяных топлив в автотранспортных средствах определяется огромным количествам вредных веществ, таких, как шестивалентный хром, который попадает в окружающую среду в результате деятельности человека. Он образуется при промышленном окислении хрома, добывании и сжигании топлив, полученых из нефти, бумаги и т.д. [Черноусов, 2005].

Отработанные газы автомобиля содержат более 200 соединений, 170 из которых представляют опасность для биоты, в первую очередь тяжёлые металлы, накапливающиеся в почве вдоль автодорожного полотна, прежде всего, свинец. Выделяют различные источники загрязнения атмосферного воздуха: стационарные источники (сжигание топлива), подвижные источники, нефтеочистительные заводы, добыча неметалических полезных ископаемых, чёрная металлургия, цветная металлургия, химическая промышленность (неорганика), целюлозно-бумажная промышленность, пищевая и фуражная промышленность [Мэннинг, Федер, 1985].

Изучением влияния тяжёлых металлов на растения занимались П.Н. Листов [1990], В.Е. Лоташ [2001], Н.В. Пахарьков [2001], М.В. Агеенко [2004], Е.В. Михеева, О.А. Жигальский, В.П. Мамина [2005], Ю.А. Гравель [2008].

B качестве модельного вида для оценки накопления тяжёлых металлов в растениях использовался доминант травянистого яруса аномального участка вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea Roth). Отбор проб надземной фитомассы растений осуществлялся в четырёх повторностях с использованием квадратных пробных площадок. В результате анализа было установлено, что содержание никеля и хрома в надземной фитомассе вейника на аномальном участке достоверно выше по сравнению с фоновым [Михеева, Жигальский, Мамина, 2005].

Согласно литературным данным [Алексеев, 1987] известно, что в наибольшей степени растительность накапливает цинк. Его содержание в ряде фракций деревьев, кустарничков и трав в несколько раз выше, чем меди, свинца и кадмия. Значительное поглощение цинка растительностью в техногенно- аномальных условиях отмечают и другие исследователи [Муравьёв, 1981; Качур, 1985; Кабата-Пендиас, 1989; Попов, 1990; Егоров, 1991; Елпатьевский, 1993]. По сравнению с медью значительная доля цинка, сорбируемого почвой, может легко десорбироваться при изменении рН почвенного раствора. В.С. Безель и Т.В. Жуйковой [1998] проводилась оценка участия растений в выносе химических элементов. По данным В.Ф. Меньшикова [2009] в период экономического роста с 1999 по 2008 гг. показатели загрязнения окружающей среды ухудшились: суммарные выбросы в атмосферу от стационарных источников за этот период выросли более чем на 10%, а от автотранспорта на 30%.

Борьба с загрязнением атмосферы токсичными веществами явилась побудительной силой для проведения работ по уменьшению токсичности транспортных и энергетических установок. Работы проводятся по двум основным направлениям: уменьшение токсичности двигателей внутреннего сгорания и создание малотоксичных транспортных энергетических установок другого типа. В качестве возможных малотоксичных двигателей рассматриваются: газотурбинные двигатели, двигатели внешнего сгорания, электрические установки с аккумуляторными батареями, с топливными элементами [Звонов, 1981].

Концентрация загрязняющих веществ и их распространение зависят от метеорологических условий, от количества поступающей от Солнца энергии и от сложной комбинации химических процессов, проходящих в атмосфере в результате поступления в неё продуктов сгорания. Выделяют первичные и вторичные (производные) загрязняющие вещества, а также газообразные и в мелких частицах. В силу характера рассеяния и динамики химических процессов загрязнения, воздействию загрязняющих веществ подвержены как сельские, так и городские районы [Мэниниг, Федер, 1985].

Т.С. Улиговой [2007] проводилось определение уровня содержания тяжёлых металлов. Для оценки уровней накопления тяжёлых металлов в экосистеме были рассмотрены различные её компоненты: почва (как биокосная субстанция и источник микроэлементов для растений), доминирующий вид злака Puccinellia dolicholepis V. и малые лесные мыши Apodemus uralensis P.

Интересен метод определения загрязнения среды, основанный на выявлении нарушений симметрии листовой пластинки древесных форм растений под действием антропогенных факторов, описанный В.М. Захаровым [1996].

Н.Ф. Лапина [1989] предлагает использовать для определения загрязнения среды тяжёлыми металлами метод, основанный на изменении скорости роста отрезков колеоптиле.

1.2 Морфобиологические особенности Cichorium intybus L

Многолетнее (для диких форм) или двулетнее (у культурных сортов)

травянистое растение с длинным стержневым корнем и млечниками во всех органах [Киселёва, 1993; Губанов, 2002].

Стебель прямостоячий, прутьевидный, зелёный или сизовато-зелёный, более-менее разветвлённый, шершавый, высотой 15 - 150 см. Ветви часто сильно отклоняющиеся, несколько утолщяющиеся к верхушке, щетинистые или курчавоволосистые, нередко голые или почти голые, кажутся наверху почти безлистными, так как листья здесь мелкие [Киселёва, 1993; Губанов, 2002].

Прикорневые листья от струговидно-перистораздельных до цельных, более-менее зубчатые по краю, у основания постепенно суженные в черешок; стеблевые - относительно немногочисленные, сильно уменьшенные, от ланцетно-яйцевидных до ланцетных, стеблеобъемлющие [Киселёва, 1993; Губанов, 2002].

Корзинки одиночные, многочисленные или скученные по несколько на верхушке стебля, боковых ветвей и в пазухах верхних и средних стеблевых листьев. Цветки язычковые. Венчик длиной 15 - 25 мм, разных оттенков голубого или белого цвета [Киселёва, 1993; Губанов, 2002].

Плод - трёх-пятигранная семянка, длиной 2 - 3 мм, светло-коричневая, продолговатая. Cichorium intybus широко применяют в медицине и кулинарии [Киселёва, 1993; Губанов, 2002].

В связи с лечебными свойствами и применением в пищу, был выбран Cichorium intybus в качестве вида-биоиндикатора.

2. КРАТКАЯ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРОДА-КУРОРТА КИСЛОВОДСКА

2.1 Географическое положение

Свое название город получил благодаря изобилию источников знаменитой по всему миру лечебной углекислой воды «Нарзан» (от кабардинского «Нарт Санэ» - напиток богатырей в переводе) [Кавказские Минеральные Воды. Путеводитель, 2002].

Город расположен в 234 км от города Ставрополя, в 64 км от станции Минеральные Воды, в северных предгорьях Большого Кавказа на высоте 750 - 1200 м над уровнем моря [Кавказские Минеральные Воды. Путеводитель, 2002].

Город-курорт Кисловодск находится на юге Ставропольского края, практически на границе с Карачаево-Черкессией и Кабардино-Балкарией, в 65 км от горы Эльбрус. Город расположен в долине, окружённой склонами Главного Кавказского хребта и образованной ущельями двух сливающихся рек - Ольховки и Березовки, впадающих в реку Подкумок. Протяженность долины с юго-востока на северо-запад составляет около 7 км [Кавказские Минеральные Воды. Путеводитель, 2002].

2.2 Рельеф

Рельеф местности гористый, изрезан оврагами и балками. Районы города находятся на разной высоте над уровнем моря. Самая низкая точка города-курорта Кисловодска 750 м над уровнем моря на выезде из города, а самая высокая 1409 м на Большом седле в кисловодском парке [Кавказские Минеральные Воды. Путеводитель, 2002].

Город окружают песчаные и меловые горы, образующие многочисленные террасы с глубокими пещерами и гротами. Отдельные глыбы красных песчаников приняли достаточно причудливую форму в результате выветривания. С востока город огорожен холмами, связанными между собой небольшими возвышенностями, и цепью меловых гор, составляющих вместе среднюю часть Джинальского хребта (высота до 1500 м). С севера долина города-курорта Кисловодска ограничена цепью террасообразных меловых гор Боргустанского хребта, достигающего высоты 1200 м над уровнем моря. Боргустанский и Джинальский хребты являются отрогами Пастбищного хребта, одного из северных хребтов Большого Кавказа. С юга и юго-востока долина города-курорта Кисловодска ограничена куэстами Скалистого хребта - Кабардинским хребтом высотой до 1600 м и Бермамытским плато, изрезанным ущельями рек Аликоновки, Березовки и Ольховки [Кавказские Минеральные Воды. Путеводитель, 2002].

2.3 Климат

Горы, окружающие город-курорт Кисловодск, защищают его от ветров и туманов, обеспечивая ему особенный микроклимат. Несмотря на то, что город расположен в глубокой долине среди гор, воздух здесь никогда не застаивается, так как долина непрерывно вентилируется свободным потоком свежего горного воздуха, идущего по ущельям рек. Город-курорт Кисловодск располагается значительно выше других курортов Кавказских Минеральных Вод и защищён цепью гор, достигающих высоты от 1200 до 1600 м над уровнем моря, тогда как низкая слоистая облачность, идущая с востока и юго-востока поднимается только до высоты 1000 - 1200 м [Кавказские Минеральные Воды. Путеводитель, 2002].

Климат - умеренно-континентальный с большим количеством солнечных дней. В среднем за год количество ясных дней в городе-курорте Кисловодске составляет около 150, в то время как в Пятигорске - 98, в Железноводске - 112, а в Ессентуках - 117. Среднегодовая температура составляет около плюс 8 °C, среднегодовое количество осадков - 650 мм, из них большая часть выпадает весной и в начале лета. Город-курорт Кисловодск выделяется среди других курортов Кавказких Минеральных Вод своей в основном тихой, без сильных ветров погодой и низкой влажностью, которая колеблется от 56 до 70. Курорт отличается постоянством атмосферного давления, к тому же давление воздуха в городе-курорте Кисловодске относительно низкое - 690 мм рт. ст. (нормальное давление - 760 мм рт. ст.) [Кавказские Минеральные Воды. Путеводитель, 2002].

Зима в городе-курорте Кисловодске умеренно мягкая, сухая, с неустойчивым снежным покровом, холода наступают обычно во второй половине ноября. Снегопад обычно небольшой, хотя выпавший снег может лежать 1 - 1,5 месяца. Самые холодные дни бывают в январе (минус 4 °C), но при вторжении холодного воздуха температура может понизиться даже до минус 25 °C, а при оттепелях бывает повышается до 18 - 19 °C. Зимой много солнечных дней, в течение дня солнце светит не менее 4 ч, сильные ветры бывают редко, хотя иногда может всю неделю дуть холодный и сильный (до 20 м/с) юго-восточный ветер [Кавказские Минеральные Воды. Путеводитель, 2002].

Весна наступает позже, чем в других городах Кавказских Минеральных Вод, погода изменчива, особенно в апреле, ветрена, наблюдается смена дождей снегопадом, теплой погоды - холодной. В апреле количество пасмурных дней около 6 за месяц [Кавказские Минеральные Воды. Путеводитель, 2002].

Лето продолжительное (до 5 месяцев), никогда не бывает жарким, вечером и ранним утром всегда прохладно, средняя температура июля - августа 19 °C, дожди кратковременные, с мая по июль довольно частые и обильные [Кавказские Минеральные Воды. Путеводитель, 2002].

Устойчивая осень начинается с сентября. Солнечная сухая погода держится обычно до ноября. Осадков немного, безветренно и солнечно.

Среднегодовая температура воздуха - 6,5 °C на взгорье, а в долине выше - 7,7 °C. Относительная влажность воздуха - 76,2%. Средняя скорость ветра - 2,4 м/с [Кавказские Минеральные Воды. Путеводитель, 2002].

3. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Объект исследования

Объектом наших исследований является травянистая растительность урбоэкосистемы города-курорта Кисловодска.

Материалом для написания работы являются гербарные образцы, полевые записи и дневники, фотографии, результаты лабораторных исследований, а также литературные данные.

Видовая принадлежность определялась по «Определителю высших растений Северо-Западного Кавказа» И.С. Косенко [1970] и «Флоре Северо-Западного Кавказа» А.С. Зернова [2006].

3.2 Экологические методы

Экологические группы по отношению к влажности определялись по системе, предложенной А.П. Шенниковым [1964]:

1. Гигрофиты - растения влажных местообитаний, онтогенез которых проходит при благоприятных условиях водоснабжения;

2. Ксерофиты - растения засушливых местообитаний, способные переносить продолжительную засуху;

3. Психрофиты - растения влажных и холодных местообитаний севера или высокогорий;

4. Криофиты - растения сухих и холодных местообитаний севера или высокогорий;

5. Мезофиты - растения средних по увлажнённости местообитаний, занимающие промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами.

Каждой из этих групп свойственна та или иная степень выраженности морфологических признаков.

Способом приспособленности растений к комплексу внешних факторов является его жизненная форма. Существует много систем жизненных форм, поскольку разные исследователи при их классификации используют различные классификационные признаки. При выявлении жизненных форм придорожных травянистых растений нами использовалась одна из наиболее известных биоморфологических классификаций [Raunkiаer, 1934]. Она включает в себя 4 класса жизненных форм растений:

1. Фанерофиты - почки возобновления, открытые или закрытые, расположены на вертикально растущих побегах высоко над землей;

2. Хамефиты - почки возобновления близко к поверхности, не выше 20 - 30 см. В умеренных широтах побеги этих растений зимуют под снегом и не отмирают;

3. Гемикриптофиты - почки возобновления на поверхности почвы или в самом поверхностом слое, под подстилкой;

4. Криптофиты - почки возобновления на подземных органах (клубнях, корневищах), скрыты в почве (геофиты) или под водой (гидрофиты и гедатофиты)

3.3 Геоботанические методы

В качестве основной таксономической единицы была принята ассоциация. Ассоциация выделяется в общепринятом объёме по общности состава доминирующих и содоминирующих видов, по флористическому ядру сопряжённых видов и рассматривается в качестве единицы низшего ранга. Ассоциация объединяет участки растительного покрова с одними и теми же видами господствующего яруса, общим набором характерных видов и одной и той же сукцессионной тенденцией.

В работе использовалась терминология и система обозначений широко принятая в геоботанической литературе [Воронов, 1973]. Геоботанические площадки 1 м2 закладывали случайным методом и методом трансект [Алёхин, 1926]. На этих площадках были изучены вертикальные и горизонтальные проекции. Проективное обилие травостоя оценивалось глазомерным методом прямого учёта по шестибалльной шкале численности О. Друде [Нагалевский, 1987]:

Soc (socialis) - растения смыкаются надземными частями, образуя фон;

Cop3 (copipsae) - растение встречается очень обильно;

Cop2 - растение обильно;

Cop1 - особей довольно много;

Sp (sparsae) - растение встречается редко;

Sol (solitare) - растение встречается единично;

Un (unicum) - вид встречается в единичных экземплярах.

Разделение фитоценозов на ярусы проводилось по способу, предложенному В.В. Алёхиным [1938], который сводится к зарисовке или фотографированию вертикального разреза фитоценоза. Каждому ярусу присваивается буквенный индекс:

А - древесный ярус;

В - кустарниковый ярус;

С - травяной ярус;

D - ярус полога.

Для травянистой растительности урбоэкосистем этот метод не приемлем т.к. ярусность в них не выражена или выражена слабо. По А.П. Шенникову (1964), следует различать четыре яруса: «1-й ярус, или ярус верховых злаков и других растений первой величины (высокотравье); 2-й ярус, или ярус злаков и других растений второй величины (мелкотравье); 3-й ярус, или подсед, -- ярус злаков и других растений третьей величины (низкотравье); 4-й ярус, или ярус приповерхностных стелющихся или очень мелких растений, включая мхи, когда они имеются».

3.4 Общий анализ почвы

Химический анализ состава почвенного покрова начинали с приготовления почвенной вытяжки, так как растениями в первую очередь поглощаются хорошо растворимые соединения. Накопление избыточного количества растворимых солей приводит к повышению концентрации ионов в почвенном растворе, что в свою очередь снижает плодородие почв. [Экологический мониторинг, 2006].

Приготовление почвенной вытяжки. Брали 20 г воздушно-сухой просеянной почвы и помещали ее в колбу на 100 мл, добавляли 50 мл дистиллированной воды, взбалтывали в течении 5 - 10 минут и профильтровывали [Экологический мониторинг, 2006].

Количественное определение химических элементов в почве

N-NH4. 5 мл фильтрата помещают в мерную колбу на 50 мл, разбавляют дистиллированной водой. После этого прибавляют 2 мл сегнетовой соли и хорошо перемешивают. Затем колориметрируют с синим светофильтром [ГОСТ 26428-85].

N-NO3. Пипеткой берут 20 мл и помещают в небольшую фарфоровую чашку и на водяной бане выпаривают досуха. В охлажденную чашку по каплям

из пипетки добавляют 1 мл дисульфофеноловой кислоты. Остаток тщательно растирают с кислотой. Чашку оставляют в покое на 10 минут. Затем в нее добавляют пипеткой 25 мл дистиллированной воды, смесь перемешивают и доводят до щелочной реакции, прибавляя раствор едкой щелочи (проба с лакмусовой бумажкой). При этом в присутствии нитратов жидкость окрашивается в желтый цвет. Жидкость должна приобрести устойчивую желтую окраску, а лакмусовая бумажка посинеть, тогда прекращают добавление щелочи. Окрашенный раствор с помощью воронки переносят в мерную колбу на 100 мл. Чашку и палочку обмывают водой из промывалки. Эту воду добавляют в мерную колбу. Колбу закрывают пробкой и хорошо перемешивают. Определяют оптическую плотность раствора на фотоколориметре [ГОСТ 26428-85].

Фосфор и калий. Из фильтрата берут пипеткой 5 мл помещают в мерную колбу вместимостью 50 мл, разбавляют дистиллированной водой до 40 - 45 мл, прибавляют пипеткой 2 мл 2,5%-ного раствора молибденовокислого аммония, тщательно перемешивают и вносят 3 капли раствора хлористого олова. Содержимое колбы доводят до метки и вновь тщательно перемешивают. Через 5 - 10 мин. приступают к колориметрированию [ГОСТ 26428-85].

Кислотность. Для определения кислотности в водной вытяжке почву заливают водой (25 мл). Для лучшего диспергирования почвы в водном растворе колбы взбалтывают в течение 10 мин. Приготовленные почвенные болтушки оставляют на 24 часа. По истечении срока проводят определение кислотности почв на рН-метре [ГОСТ 26428-85].

Кальций и магний. Отбирают дозатором или пипеткой 10 см3 анализируемой вытяжки в химический стакан или в коническую колбу. Стакан или колбу помещают на магнитную мешалку и при перемешивании приливают 50 см3 дистиллированной воды, 0,5 см3 раствора гидроксиламина гидрохлорида с массовой долей 5%, 2 см3 раствора гидроокиси натрия концентрации 2 моль/дм3, несколько кристаллов диэтилдитиокарбамата натрия и 5 капель раствора хрома кислотного темно-синего с массовой долей 0,5%. Титруют кальций раствором трилона Б до перехода окраски от розовой к сиреневой и регистрируют расход титранта по бюретке. Затем нейтрализуют оттитрованный раствор соляной кислотой, разбавленной 1:4, до перехода окраски в исходную (розовую) так, чтобы избыток кислоты не превышал 1 - 2 капель. Прибавляют 5 см3 хлоридно-аммиачного буферного раствора и титруют магний раствором трилона Б до перехода окраски от розовой к синей. По окончании титрования регистрируют расход титранта. Содержание Ca и Mg вычисляют по формуле (2):

(2)

где V - объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование кальция или магния, см3;

V1 - объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование кальция или магния в холостой пробе, см3;

c - концентрация раствора трилона Б c (1/2 ЭДТА), ммоль/см3;

500 - коэффициент пересчета на 100 г почвы;

V2 - объем пробы анализируемой вытяжки, см3 [ГОСТ 26428-85].

3.5 Определение содержания тяжёлых металлов в почве

Химический анализ на определение тяжёлых металлов в почвах урбоэкосистем города-курорта Кисловодска проводили в НИИ прикладной и экспериментальной экологии ФГБОУ ВПО «КубГАУ».

Содержание кадмия, свинца, меди и мышьяка определяли в вытяжках 1 M азотной кислоты. К пробе почвы массой 2 г приливали 10 см3 азотной кислоты и выдерживали при температуре 90єС, перемешивая в течении 3-х часов. Затем пробу фильтровали при помощи сухого складчатого фильтра «белая лента» в колбу объемом 100 см3. После чего раствор доводили до метки бидистилированной водой. Полученный раствор исследовали на приборе. Массовую долю исследуемого элемента в почве вычисляли по формуле (3):

(3)

Где Xi - массовая концентрация определяемого металла в почвенной пробе, мг/кг;

Cmi - массовая концентрация элемента в анализируемом растворе, найденная по градировочной характеристике, мг/дм3;

Cx - массовая концентрация элемента в холостой пробе, найденная по градировочной характеристике, мг/дм3;

V - объем анализируемого раствора;

К - коэффициент разбавления;

М - масса навески пробы, г. [М-МВИ-80-2008]

Лабораторные исследования на содержание хрома, кобальта, никеля, цинка проводились по стандартной методике ПНДФ 16.1.42-04, ртути - ПНДФ 16.1;2;2.2.80-2013 согласно внесённым в Государственный реестр методик количественного химического анализа.

3.6 Определение накопления тяжёлых металлов в тканях растений

Для определения наличия тяжёлых металлов в тканях растений нами использовался атомно-абсорбционный метод. Была проведена минерализация раcтительных проб [Ефремов, 1992].

Тяжёлые металлы в растительных пробах определялись в их зольных растворах на атомно-абсорбционном спектрофотометре. Использовались следующие аналитические линии: для цинка - 213,8 нм, свинца - 217,0 нм, кадмия - 228,8 нм. Для атомизации элементов использовали воздушно-ацетиленовое пламя. Минерализацию проводили методом сухого озоления [Ефремов, 1992].

Содержание металлов в исследуемых пробах растений рассчитывается по формуле (1):

(1)

где x - массовая концентрация определяемого металла в растительной пробе, млн -1;

V - объём исследуемого раствора золы, см3;

A1 - концентрация металла в растворе золы, мг/дм3 (определена по градуировочному графику);

A0 - концентрация металла в холостой пробе, мг/дм3 (определена по градуировочному графику);

m - масса воздушно-сухой пробы растений, г;

K - коэффициент, учитывающий уменьшение массы навески растительной пробы [Ефремов, 1992].

4. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ТРАВЯНИСТУЮ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ УРБОЭКОСИСТЕМЫ ГОРОДА-КУРОРТА КИСЛОВОДСКА

4.1 Таксономический анализ

В результате таксономического анализа было выяснено, что флора урбоэкосистемы города-курорта насчитывает 66 видов, относящихся к 15 семействам и 56 родам (таблица 1).

Таблица 1 - Видовой состав травянистой растительности города-курорта Кисловодска

Семейство

Представители

Класс Magnoliatae - Магнолиевые

Acтровые

(Asteraceae)

1. Амброзия полыннолистная

Ambrosia artemisiifolia L.

2. Полынь горькая

Artemisia absinthium L.

3. Девясил британский

Inula britanica L.

4. Лопух репейник

Arctium lappa L.

5. Одуванчик лекарственный

Taraxacum officinale Wigg.

6. Ромашка аптечная

Matricaria recutita L.

7. Тысячелистник обыкновенный

Achillea millefolium L.

8. Цикорий обыкновенный

Cichorium intybus L.

9. Череда трёхраздельная

Bidens tripartite L.

Acтровые

(Asteraceae)

10. Чертополох колючий

Carduus acanthoides L.

Бурачниковые

(Boraginaceae)

11. Незабудка полевая

Myosotis arvensis L.

Зонтичные

(Umbelliferае)

12. Купырь лесной

Anthriscus silvestris Hoffm.

13. Морковь дикая

Daucus carota L.

14. Синеголовник полевой

Eryngium campestre L.

Бобовые

(Fabaceae)

15. Донник лекарственный

Melilotus officinalis L.

16. Люцерна хмелевидная

Medicago lupulina L.

17. Клевер ползучий

Trifolium repens L.

18. Клевер луговой

Trifolium pratense L.

19. Солодка голая

Glycyrrhiza glabra L.

Крапивные

(Urticaceae)

20. Крапива жгучая

Urtica urens L.

21. Крапива двудомная

Urtica dioica L.

Розовые

(Rosaceae)

22. Репешок аптечный

Agrimonia eupatoria L.

23. Гравилат городской

Geum urbanum L.

Лютиковые

(Ranunculaceae)

24. Лютик ядовитый

Ranunculus sceleratus L.

Яснотковые

(Lamiaceae)

25. Мелиса лекарственная

Melissa officinalis L.

Яснотковые

(Lamiaceae)

26. Пустырник пятилопастный

Leonurus quinquelobatus Gilib.

27. Мята перечная

Mentha piperita L.

28. Яснотка белая

Lamium album L.

29. Яснотка пурпурная

Lamium purpureum L.

30. Чистец германский

Stachys germanica L.

31. Шалфей мутовчатый

Salvia verticillata L.

Подорожниковые

(Plantaginaceae)

32. Подорожник большой

Plantago major L.

33. Подорожник ланцетолистный

Plantago lanceolata L.

Пасленовые

(Solanaceae)

34. Пузырница восточная

Physochlaina orientalis (Bieb.) G.Don Fil

Гвоздичные

(Caryophyllaceae)

35. Звездчатка средняя

Stellaria media L.

Амарантовые

(Amaranthaceae)

36. Щирица запрокинутая

Amaranthus retroflexus L.

37. Щирица белая

Amaranthus albus L.

Капустные

(Brassicaceae)

38. Ярутка полевая

Thlaspi arvense L.

39. Ярутка крупноцветковая

Thlaspi macranthum (Lipsky) N. Bucsh

40. Пастушья сумка обыкновенная

Capsella bursa-pastoris L.

Класс Liliatae - Лилиевидные

Ситниковые

(Juncaceae)

41. Ожика волосистая

Luzula pilosa L.

Мятликовые

(Poaceae)

42. Куриное просо обыкновенное

Echinochloa crus-galli L.

43. Просо посевное

Panicum miliaceum L.

44. Ковыль красивейший

Stipa pulcherrima K.

45. Бор развесистый

Milium effusum L.

46. Тимофеевка луговая

Phleum pratense L.

47. Тимофеевка степная

Phleum phleoides L.

48. Тимофеевка горная

Phleum montanum K.

49. Лисохвост луговой

Alopecurus pratensis L.

50. Полевица плосколистная

Agrostis planifolia K.

51. Овсюг пустой

Avena fatua L.

52. Овсец опушённый

Helictotrichon pubescens (Huds.) Pilg.

53. Свинорой пальчатый

Cynodon dactylon L.

54. Трясунка южная

Briza elatior Sibth.

55. Ежа сборная

Dactylis glomerata L.

Семейство

Представители

Мятликовые

(Poaceae)

56. Мятлик лесной

Poa sylvicola Guss.

57. Мятлик обыкновенный

Poa trivialis L.

58. Мятлик узколистный

Poa angustifolia L.

59. Овсяница луговая

Festuca pratensis Huds.

60. Овсяница высокая

Festuca altissima All.

61. Кострец безостый

Bromopsis inermis Leyss.

62. Кострец пёстрый

Bromopsis variegata M. Bieb.

63. Костёр растопыренный

Bromus squarrosus L

64. Коротконожка лесная

Brachypodium sylvaticum Huds.

65. Пырей ползучий

Elytrigia repens L.

66. Ячмень заячий

Hordeum leporinum L.

Таксономический анализ (рисунок 1) показал, что политипными являются 3 семейства: Asteraceae - 10 видов (Ambrosia artemisiifolia, Arctium lappa и др.); Lamiaceae - 7 видов (Leonurus quinquelobatus, Mentha piperita и др.); Poaceae - 25 видов (Hordeum leporinum, Bromus squarrosus и др.).

К олиготипным относятся 7 семейств: Fabaceae - 5 видов (Melilotus officinalis, Medicago lupulina и др.); Urticaceae - 2 вида (Urtica urens, Urtica dioica); Rosaceae - 2 вида (Agrimonia eupatoria, Geum urbanum); Plantaginaceae - 2 вида (Plantago major, Plantago lanceolata); Amaranthaceae - 2 вида (Amaranthus retroflexus, Amaranthus albus); Brassicaceae (Thlaspi arvense, Capsella bursa-pastoris, Noccaea makrantha ); Umbelliferae - 3 вида (Anthriscus silvestris, Daucus carota, Eryngium campestre).

Рисунок 1 - Таксономический анализ травянистой растительности урбоэкосистемы города-курорта Кисловодска

К монотипным относятся 5 семейств: Ranunculaceae (Ranunculus sceleratus); Caryophyllaceae (Stellaria media); Boraginaceae (Myosotis arvensis); Solanaceae (Physochlaina orientalis); Juncaceae (Luzula pilosa).

4.2 Экологический анализ

4.2.1 Экоморфы

В ходе проведения экологического анализа были выделены следующие экологические группы (рисунок 2):

- мезофиты (34 вида): Elytrigia repens, Poa sylvicola, Festuca altissima и др., что составляет 51% от общего числа видов;

- ксерофиты (6 видов): Poa angustifolia, Salvia verticilata, Stipa pulcherrima и др., что составляет 9% от общего числа видов;

- ксеромезофиты (17 видов): Phleum montanum, Panicum miliaceum, Ambrosia artemisiifolia и др., что составляет 26% от общего количества видов;

- гигрофиты (4 вида): Glyceria fluitans, Rununculus sceleratus и др., что составляет 6% от общего количества видов;

- гигромезофиты (5 видов): Menta arvensis, Milium effusum, Phleum pretense и др., что составляет 8% от общего количества видов.

Рисунок 2 - Экологический анализ травянистой растительности урбоэкосистемы города-курорта Кисловодска

Результаты экологического анализа показывают, что преобладают растения, предпочитающие места обитания с достаточным увлажнением. Такое распределение объясняется особенностями нанорельефа и водным режимом почв.

4.2.2 Биоморфы

Биоморфологический анализ показал, что преобладают гемикриптофиты (Cynodon dactylon, Sesleria alba, Briza elatior и др.), которые составляют 71% от общего числа видов (рисунок 3). Криптофиты составляют 5% флоры (Brachypodium sylvaticum, Anthericum ramosum и др.). Терофитов - 24% (Echinochloa crusgalli, Panicum miliaceum и др.).

Рисунок 3 - Биоморфологический анализ травянистой растительности урбоэкосистемы города-курорта Кисловодска

4.3 Геоботанический анализ

Для проведения анализа нами были взяты 3 участка (рисунок Б.1) в разных частях города и различной загруженностью автомобильным транспортом. 1-й участок расположен в районе улицы Калинина, которая находится в спальном районе города и минимально загружена автотранспортом, 2-й участок наоборот находится при въезде в город, в районе улицы Проспект победы, характеризующейся большой загруженностью не только легковым автотранспортом, но и грузовым. В качестве контрольного был взят 3-й участок, расположенный в курортном парке. В результате было выявлено 15 основных ассоциаций, их доминанты и содоминанты.

Участок № 1.

Разнотравно-яснотковая ассоциация (рисунок В.1). Рельеф спокойный. Почвы черноземные, малогумусные, песчаные. Доминантом является яснотка белая. Содоминанты гравилат городской и одуванчик лекарственный. Общее проективное покрытие составляет 53%, на долю одуванчика лекарственного приходится 9%, на долю яснотки белой - 36%, а на долю гравилата городского - 8%. Структура ассоциации представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Строение разнотравно-яснотковой ассоциации

Название растения

Ярус

Высота растения, см

Обилие по Друде

Одуванчик лекарственный

1

10 - 15

Cop1

Гравилат городской

1

10 - 15

Sp

Яснотка белая

2

20 - 25

Cop3

Злаково-костровая ассоциация (рисунок В.2). Рельеф спокойный. Почвы черноземные, малогумусные, песчаные. Доминантом является костёр растопыренный. Содоминанты - ячмень заячий, пырей ползучий. Ассектаторами являются яснотка белая и люцерна хмелевидная. Общее проективное покрытие составляет 68%, на долю костра растопыренного приходится 29%, а на долю ячменя заячего - 17%, яснотки белой - 5%, пырея ползучего - 11%, люцерны хмелевидной - 6%. Структура ассоциации представлена в таблице 3.

Таблица 3 - Строение злаково-костровой ассоциации

Название растения

Ярус

Высота растения, см

Обилие по Друде

Костер растопыренный

1

30 - 40

Cop3

Яснотка белая

2

20 - 25

Sp

Пырей ползучий

1

30 - 35

Cop1

Люцерна хмелевидная

2

20 - 25

Sp

Ячмень заячий

2

25 - 30

Cop2

Пырейно-крапивная ассоциация (рисунок В.3). Рельеф спокойный. Почвы черноземные, малогумусные, песчаные. Доминантом является крапива двудомная. Содоминант - пырей ползучий. Общее проективное покрытие составляет 71%, на долю крапивы двудомной приходится 59%, а на долю пырея ползучего - 12%. Структура ассоциации представлена в таблице 4.

Таблица 4 - Строение пырейно-крапивной ассоциации

Название растения

Ярус

Высота растения, см

Обилие по Друде

Крапива двудомная

2

50 - 60

Cop2

Пырей ползучий

2

40 - 60

Sp

Пырейно-цикориевая ассоциация (рисунок В.4). Рельеф спокойный. Почвы черноземные, малогумусные, песчаные. Доминантом является цикорий обыкновенный. Содоминант - пырей ползучий. Общее проективное покрытие составляет 71%, на долю цикория обыкновенного приходится 61%, а на долю пырея ползучего - 10%. Структура ассоциации представлена в таблице 5.

Таблица 5 - Строение пырейно-цикориевой ассоциации

Название растения

Ярус

Высота растения, см

Обилие по Друде

Цикорий обыкновенный

3

60 - 80

Cop3

Пырей ползучий

2

40 - 60

Sp

Яснотково-злаковая ассоциация (рисунок В.5). Рельеф спокойный. Почвы черноземные, малогумусные, песчаные. Доминантом являются злаки. Содоминант - яснотка белая. Ассектатор - гравилат городской. Общее проективное покрытие составляет 65%, на долю пырея ползучего приходится 19%, на долю мятлика обыкновенного - 19%, яснотки белой - 17% и гравилата городского - 10%. Структура ассоциации представлена в таблице 6.

Таблица 6 - Строение яснотково-злаковой ассоциации

Название растения

Ярус

Высота растения, см

Обилие по Друде

Гравилат городской

1

10 - 15

Sp

Яснотка белая

2

20 - 25

Soc

Мятлик обыкновенный

1

10 - 15

Soc

Пырей ползучий

2

25 - 30

Cop2

Участок № 2.

Подорожниково-одуванчиковая ассоциация (рисунок В.6). Рельеф спокойный. Почвы черноземные, малогумусные, песчаные. Доминантом является одуванчик лекарственный. Содоминант - подорожник большой. Ассектатор - цикорий обыкновенный. Общее проективное покрытие составляет 37%, на долю одуванчика лекарственного приходится 18%, на долю подорожника большого - 14%, а на долю цикория обыкновенного - 5%. Структура ассоциации представлена в таблице 2.

Таблица 7 - Строение подорожниково-одуванчиковой ассоциации

Название растения

Ярус

Высота растения, см

Обилие по Друде

Одуванчик лекарственный

1

10 - 15

Cop3

Подорожник большой

1

5 - 10

Cop1

Цикорий обыкновенный

2

40 - 60

Sp

Цикориево-яснотковая (рисунок В.7). Рельеф спокойный. Почвы черноземные, слабогумусные, каменистые. Доминантом является яснотка белая, содоминант - цикорий обыкновенный. Общее проективное покрытие составляет 76%, на долю цикория обыкновенного приходится 12%, а на долю яснотки белой - 54%. Структура ассоциации представлена в таблице 8.

Таблица 8 - Строение цикориево-яснотковой ассоциации

Название растения

Ярус

Высота растения, см

Обилие по Друде

Цикорий обыкновенный

2

60 - 80

Cop1

Яснотка белая

1

20 - 30

Cop3

Клеверово-одуванчиковая ассоциация (рисунок В.8). Рельеф спокойный. Почвы черноземные, слабогумусные, каменистые. Доминантом является одуванчик лекарственный, содоминант - клевер луговой. Общее проективное покрытие составляет 75%, на долю одуванчика лекарственного приходится 56%, а на долю клевера лугового - 19%. Структура ассоциации представлена в таблице 9.

Таблица 9 - Строение клеверово-одуванчиковой ассоциации

Название растения

Ярус

Высота растения, см

Обилие по Друде

Одуванчик обыкновенный

1

20 -30

Cop3

Клевер луговой

1

20 - 30

Cop1

Яснотково-тясячелистниковая ассоциация (рисунок В.9). Рельеф спокойный. Почвы черноземные, слабогумусные, каменистые. Доминантом является тясячелистник обыкновенный, содоминант - яснотка пурпурная. Ассектатор - мятлик обыкновенный. Общее проективное покрытие составляет 68%, на долю на долю тысячелистника обыкновенного приходится 27%, на долю яснотки пурпурной - 26%, мятлика обыкновенного - 15%. Структура ассоциации представлена в таблице 10.

Таблица 10 - Строение яснотково-тысячелистниковой ассоциации

Название растения

Ярус

Высота растения, см

Обилие по Друде

Тысячелистник обыкновенный

2

20 - 30

Cop3

Яснотка пурпурная

2

15 - 20

Cop2

Мятлик обыкновенный

1

10 - 15

Sp

Мятликово-пырейная (рисунок В.10). Рельеф спокойный. Почвы черноземные, слабогумусные, каменистые. Доминантом является пырей ползучий, содоминант - мятлик обыкновенный. Общее проективное покрытие составляет 49%, на долю пырея ползучего приходится 36%, а на долю мятлика обыкновенного - 13%. Структура ассоциации представлена в таблице 11.

Таблица 11 - Строение мятликово-пырейной ассоциации

Название растения

Ярус

Высота растения, см

Обилие по Друде

Пырей ползучий

2

40 - 50

Cop3

Мятлик обыкновенный

1

10 - 20

Sp

Участок №3

Мятликово-гравилатная ассоциация (рисунок В.11). Рельеф спокойный. Почвы черноземные, малогумусные, каменистые. Доминантом является гравилат городской. Содоминант - мятлик обыкновенный. Ассектатором являются одуванчик обыкновенный. Общее проективное покрытие составляет 86%, на долю гравилата городского приходится 50%, а на долю мятлика обыкновенного - 35%, одуванчика обыкновенного - 1%. Структура ассоциации представлена в таблице 12.

Таблица 12 - Строение мятликово-гравилатной ассоциации

Название растения

Ярус

Высота растения, см

Обилие по Друде

Гравилат городской

2

20 - 25

Cop3

Мятлик обыкновенный

1

10- 15

Soc

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены