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
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
Изучение
влияния антропогенной нагрузки на травянистую растительность Лабинского района
Работу выполнила
Д. Б. Курилова
Научный руководитель,
профессор, д-р биол. наук,
профессор
С.Б. Криворотов
Краснодар 2015
РЕФЕРАТ
Дипломная работа выполнена на 50 страницах машинописного текста. Содержит введение, 4 главы, заключение с выводами, список использованных при написании работы литературных источников, объемом в 85 наименования. Работа проиллюстрирована 6 таблицами и 3 рисунками.
Ключевые слова: ТРАВЯНИСТЫЕ РАСТЕНИЯ, ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА, УРБАНОФЛОРА, СИСТЕМАТИЧЕСКИЙ СОСТАВ, ЖИЗНЕННЫЕ ФОРМЫ, ЭКОМОРФА, АТОМНО-АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ.
В результате проведенной работы изучено влияние
загрязняющих веществ на травянистые растения города Краснодара на примере
polygonum aviculare, выявлен систематический состав, жизненные формы и экоморфы
травянистых растений города Краснодара. В работе приведены данные по
загрязнению атмосферного воздуха города Краснодара на трёх экспериментальных точках,
приводятся результаты анализов почвенных проб. Определено содержание тяжёлых
металлов в органах растения Polygonum aviculare.
Содержание
Введение
. Аналитический обзор
.1 Основные загрязняющие вещества, влияющие на травянистые растения
.2 Влияние загрязняющих веществ на морфо-физиологические показатели травянистых растений
Физико-географическая характеристика города Краснодара
.1 Почва
.2 Климат
.3 Растительность
Материал и методы исследования
.1 Объект и методы исследования
.2 Методика исследования
.2.1 Методы изучения загрязнения атмосферного воздуха на территории города Краснодара
.2.2 Методы изучения загрязнения почв на территории города Краснодара
.2.3 Методы изучения влияния загрязняющих веществ на органы травянистых растений города Краснодара на примере Polygonum aviculare
Изучение влияния загрязняющих веществ на травянистые растения города Краснодара
.1 Систематический состав и жизненные формы травянистых растений города Краснодара
.2 Экологический анализ травянистых растений города Краснодара
.3 Оценка загрязнения атмосферного воздуха города Краснодара
.4 Оценка загрязнения почв города Краснодара
.5 Определение содержания тяжёлых металлов в тканях органов Polygonum aviculare
Заключение
Библиографический список
Приложение А Систематический состав травянистых растений города Краснодара
антропогенный загрязняющий
растительность polygonum aviculare
Введение
Оболочки планеты Земля обладают мощной способностью к самоочищению от загрязняющих веществ, но в настоящее время объём ежегодно выбрасываемых вредных веществ резко возрос, составляет многие миллионы тонн и превышает пределы способности оболочек к самоочищению. Остановить процессы антропогенного воздействия на биосферу невозможно, поэтому сейчас, как никогда, актуальны исследования на тему изучения и минимизирования влияния загрязняющих веществ на окружающую среду.
Растения, из-за своей ограниченности в передвижении, являются хорошими объектами для наблюдения за влиянием, которое оказывает на них загрязнение окружающей среды, а изучая реакцию растительности на антропогенные воздействия, можно попытаться снизить или предупредить негативные последствия этих воздействий.
И если раньше растения справлялись с определённой массой загрязняющих веществ, то сейчас разница между загрязнением и очисткой несопоставимо выше. Ведь растения не обладают сформировавшейся в ходе эволюции системой адаптации к вредным газам. Газы и взвеси достаточно легко проникают в ткани, органы растений через устьица, приобретая возможность влиять на обмен веществ клеток, вступая в химические взаимодействия на уровне клеточных мембран и клеточных стенок. Пыль, оседая на поверхности растения, закупоривает устьица, что ведёт к ухудшению газообмена, нарушению водного режима, а также затрудняет поглощение света [Полевой, 1989].
К большинству природных неблагоприятных факторов среды биологические системы способны приспосабливаться, адаптироваться, избегая или снижая негативный эффект.
Опасность антропогенных нагрузок состоит, прежде всего, в том, что биологические система - будь то организмы, популяции или биоценозы недостаточно адаптированы к ним.
Антропогенное воздействие создаётся с такой скоростью, что растения не успевают активизировать соответствующие адаптационные процессы. Многие антропогенные факторы среды потому и становятся опасными для живого, что они крайне отличны по величине, интенсивности, продолжительности и моменту воздействия от той, обычно существующей в природе нормы, к которой адаптированы биологические системы. В результате они часто влияют на диапазон толерантности, что нередко приводит к превышению допустимой нагрузки на организмы и к распаду биологической системы [Шуберт, Шакилова, 1988].
Кроме того, в природе на растение воздействует не один стрессор, а всегда наблюдается целый комплекс нарушающих факторов. При этом отдельный фактор может временно или постоянно доминировать. В связи с этим реакции травянистых растений на стрессоры в лабораторных условиях не всегда совпадают с таковыми в естественных условиях.
Определяя перспективные направления развития флористических наук Б.А. Юрцев [2000] отметил, что неизбежно ещё большее внимание исследователей будет привлекать изучение флор антропогенных экотопов и ландшафтов.
Проблема изучения экологического состояния городской среды жизни чрезвычайно актуальна, поскольку неотъемлемыми признаками современного мира являются концентрация населения в городах, увеличение площади урбанизированных территорий и усиление негативного воздействия на компоненты урбоэкосистем [Луканин, Буслаев, Трофименко, 1998].
Цель работы - изучить влияние загрязняющих веществ на травянистые растения города Краснодара.
Задачи исследования:
изучить влияние загрязняющих веществ на морфо-физиологические показатели травянистых растений г. Краснодара;
установить систематический состав и жизненные формы травянистых растений города Краснодара;
провести экологический анализ травянистых растений города Краснодара;
определить содержание тяжёлых металлов в тканях
Polygonum aviculare.
1. Аналитический обзор
.1 Основные загрязняющие вещества, влияющие на
травянистые растения
Среди отраслей экономики России транспортный комплекс является крупнейшим загрязнителем окружающей среды.
В выхлопных газах содержатся углеводороды - несгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива. К несгоревшим газам относят и обычную окись углерода, образующуюся в том или ином количестве повсюду, где что-то сжигают. В выхлопных газах двигателя сдержатся оксиды углерода, альдегиды (акролены, формальдегид), двуокись азота, которая играет большую роль в образовании продуктов превращения углеводородов в атмосферном воздухе [Евгеньев, Каримов, 1997]. В выхлопных газах автомобиля присутствуют также неразложившиеся углеводороды топлива. Среди них особое место занимают непредельные углеводороды этиленового ряда, в частности гексен и пентен, свинец, бенз(а)пирен, летучие углеводороды [Иванов, Сторчевус, 1989].
В целом, при определённом уровне интенсивности выхлопов автомобилей на территории города появляются устойчивые накопления двух типов загрязнений:
аэрозоли автотранспортного происхождения, задерживающиеся в атмосфере на длительный срок, адсорбирующие канцерогенные вещества, попадающие с воздухом в дыхательные пути. Наиболее опасными, как для природы, так и для человека являются тяжёлые металлы, которые негативно воздействуют на растения, входящие в фитоценоз города, вызывая их старение, преждевременное пожелтение и опадание листьев, при загрязнении почвы солями таких тяжёлых металлов как медь, цинк, свинец нередко наблюдается полное отмирание растительности;
соединения свинца, образующиеся при сгорании этилированного бензина. В придорожном пространстве примерно 50 % выбросов свинца в виде микрочастиц сразу распределяются на прилегающей поверхности. Остальное количество в течение нескольких часов находится в воздухе в виде аэрозолей, а затем также осаждается на землю вблизи дорог [Иванов, Сторчевус, 1989]. Накопление свинца в придорожной полосе приводит к загрязнению экосистем и делает близлежащие почвы непригодными к сельскохозяйственному использованию. Добавление к бензину присадки P-9 делает его высокотоксичным. Соединения свинца способны аккумулироваться растениями, попадая в него не только через устьица, но и проникая через мембрану [Алексеева-Попова, 1986].
Негативное воздействие на экосистемы оказывают не только рассмотренные компоненты отработавших газов двигателей.
Нефть и нефтепродукты являются приоритетными загрязнителями всех компонентов биосферы - почвенного покрова, растительности, поверхностных вод и атмосферного воздуха. Экологические последствия загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами зависят от параметров загрязнения, свойств почвы и характеристик внешней среды [Пиковский, 1993; Трофимов, 2000; Колесников, 2007]. Загрязнённая почва, в результате резкого снижения биологической продуктивности и физико-химических свойств, не способна выполнять свои экологические функции.
Литературные источники, содержащие сведения о характере влияния нефти на семена растений немногочисленны и в значительной степени противоречивы: одни авторы считают, что нефть не влияет на прорастание семян растений [Blankenship, Larson, 1978], тогда как по наблюдениям других исследователей нефть, а именно нефтяное ростовое вещество, оказывает благоприятное влияние на прорастание семян и рост проростков [Гюльхамедова, 1956; Комиссаров, 1962; Данилова, 1967, 1972; Седых, Тараканов, 2001, 2004]. В экспериментах большинства других исследователей [Гусейнов, Гвозденко, 1973; Невзоров, 1976; Абдуев, Аскеров, 1979; Митчелл, 1979; Гайнутдинов, 1979, 1982a, 19826; Алиев, 1981; Седых, 1996] прорастание семян резко падало при воздействии нефти.
Влияние разливов нефти на основные местные виды растений может продолжаться от нескольких недель до 5 лет в зависимости от типа нефти, обстоятельств разлива и видов, которые пострадали.
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)
оказывают большое влияние на главный депортирующий фактор в системе почва-
растение. Так как растения - наиболее уязвимый компонент бионты, они более
подвержены действию глобального и локального загрязнения, и выполняют основную
роль в поглощении разнообразных поллютантов из почвы. Различные виды растений
могут служить биоиндикаторами при обнаружении загрязнителей, определении
мутагенного фона территорий, претерпевших антропогенную трансформацию. Изучение
ПАУ в системе почва-растение позволяет установить механизмы их образования,
оценить вероятность поглощения растениями, определить биологические эффекты,
вызываемые ПАУ у растительного организма и почв, что позволит в перспективе
использовать растения в качестве индикаторов загрязнения среды полиаренами [Крестовская,
1979; Норкина, 1979].
.2 Влияние загрязняющих веществ на
морфо-физиологические показатели травянистых растений
В связи с особенностями почв, валовых и подвижных форм основных тяжёлых металлов, включая свинец и кадмий, пестицидов и углеводородов в почвах г. Краснодара, исследования физиологических параметров показали, что разные виды растений обладают разной чувствительностью к действию загрязняющих веществ. Прежде всего, чувствительность или устойчивость растения определяется степенью его экологической пластичности и способности к адаптации.
Экологически пластичными и устойчивыми к разным уровням техногенного воздействия оказались виды с широким географическим распространением (ежа сборная, овсяница луговая), и наиболее восприимчивыми однолетние декоративные растения (амарант багряный, календула лекарственная). Так, степень антропогенного воздействия на растения разных жизненных форм зависит от видовой принадлежности, этапа онтогенеза растений, сезона года, концентрации загрязняющего вещества и продолжительности воздействия [Воскресенская, 2009].
Накопление тяжёлых металлов в почвах ведёт к повышению их количества в биомассе травянистых растений. У многолетних травянистых растений в условиях городской среды отмечены особенности аккумуляции тяжёлых металлов в зависимости от этапа онтогенеза. По мере усиления загрязнённости среды обитания, увеличивается суммарное содержание тяжёлых металлов и изменяется их соотношение в листьях и корнях растений. Содержание Pb, Zn и Cu возрастает в экологическом ряду местообитаний, отражая увеличение степени антропогенного загрязнения [Алексеева-Попова, 1986]. Доказано, что тяжёлые металлы оказывают негативное влияние на многие стороны жизнедеятельности растений. Так, при избытке цинка в среде произрастания на начальных этапах онтогенеза у овса посевного обнаружено нарушение барьерной и транспортной функций клеточных мембран и изменение путей дыхательного метаболизма, а именно активирование цианидрезистентного пути дыхания (до 70 %), уменьшение доли основного цитохромного пути (на 50 %) [Воскресенская, 2007].
Данные, полученные в результате исследований [Воскресенская, 2007] вносят определённый вклад в расшифровку механизма токсического действия тяжёлых металлов на растения и разработку теории устойчивости растений к неблагоприятным факторам внешней среды.
Прегенеративный период однолетних трав характеризуется хорошо развитым цианидрезистентным путём дыхания, который по мере роста растений в нормальных условиях сменялся основным цитохромным путём.
Избыток цинка изменял соотношение путей транспорта электронов, поддерживая высокий уровень цианидрезистентного пути дыхания на начальных этапах онтогенеза и уменьшая вклад основного цитохромного пути, что является примером функциональной поливариантности дыхательного метаболизма у растений [Борисова, 1991; Воскресенская, 2007].
Влияние тяжёлых металлов в модельных опытах на физиологические процессы на начальных этапах онтогенеза растений показало чёткие изменения в структурных функциональных свойствах клеточных мембран проростков овса посевного [Воскресенская, 2007] в динамике нарастания цинкового токсикоза, имеющих двухфазный характер: l-я фаза незначительные и обратимые изменения процесса; 2-я деструкция клеточных мембран [Устойчивость растений к тяжёлым металлам, 2007].
Наряду с тяжёлыми металлами, негативное воздействие на жизнедеятельность травянистых растений оказывает загрязненность почв нефтью и нефтепродуктами.
Нефтепродукты ухудшают агрофизические и агрохимические свойства почв, структурный и агрегатный составы. А почвы, являясь главным депонирующим фактором в системе почва-растение, загрязнённые нефтью и нефтепродуктами, обладают очень низкой биологической активностью и продуктивностью фитоценоза [Ермакова, 2011].
Биологическая активность в верхнем слое загрязнённых почв после первого года вегетации трав составляла 2,9 - 4,6, в незагрязнённых почв 22,7 - 28,2 мг СО на 100 г почвы. Почвы с разной давностью загрязнения и рекультивации сохраняют токсичность более 25 лет. При остаточном содержании нефтяных компонентов в почвах выше 1,0 г/кг изменяется видовой состав растительности, выпадают из фитоценозов наименее устойчивые виды (разнотравье) и снижается проективное покрытие нефтезагрязнённых земель. Луговые травы (вика, овсяница, тимофеевка) являются концентраторами нефтяных углеводородов [Корнева, 2006; Ермакова, 2011].