Исследовательская работа

 Деревья – пылеуловители,

их значение в оздоровлении окружающей среды

 

Исследовательская работа

 

Выполнена ученицей

11 класса МОУ «Разуменская СОШ №2

Белгородского района Белгородской области»

П.г.т.Разумное

Мелашич Екатериной Александровной

 

Научный руководитель -

учитель биологии и экологии

МОУ «Разуменская СОШ №2

Белгородского района Белгородской области»

Чубайкина Татьяна Петровна

 

Оглавление

Введение ………………………………………………………………………………	3
1. Литературный обзор …………………………………….........................................	4
1.1. Состав дорожной пыли и влияние ее на живые организмы …….......................	4
1.2. Пыль и растения ………………………………………………………………….. Основная часть……………………………………………………………………......	6 7
2. Материал и методика ……………………….............................................................	7
2.1. Место и сроки проведения исследования. Объем собранного материала…….	7
2.2. Методика исследования ………………………………………………………….	7
2.3. Статистическая обработка данных ……………………………………………… Заключение……………………………………………………………………………	8 9
3. Результаты и обсуждение ………………………………………….........................	9
3.1. Первый год исследования ………………………………………..........................	9
3.2. Второй год исследования ………………………………………….......................	11
3.3. Третий год исследования ………………………………………….......................	12
3.4. Сравнение пылепоглощающей способности листьев изученных видов деревьев ………………………………………………………………………………...	14
Выводы …………………………………………………………………………………	16
Практические рекомендации и внедрение …………………………………………..	16
Список использованных источников и литературы ……………………………	17
Приложения …………………………………………………………………………..	18

 

Введение

В настоящее время проблема здоровья человека должна стоять на первом месте. Ведь только умственно и физически здоровый человек может построить вполне здоровое общество, а человек и общество будут здоровыми только тогда, когда будет здорова окружающая среда, недаром говорят, что здоровье населения – лучший показатель среды обитания. И если касаться этой проблемы, то нам нужно обратить внимание на экологию окружающей среды – почву, воздух, воду, растительный и животный мир.

Поэтому проблема загрязнения окружающей среды не случайно стала одной из самых злободневных проблем современности. В связи с интенсивным развитием промышленности и транспорта в атмосферу и почву поступает все большее количество вредных веществ.

Пыль, находящаяся в воздухе, содержит очень много химических веществ, которые опасны для здоровья, и чем больше будет посажено деревьев – лучших пылеуловителей – тем чище станет окружающий воздух и, естественно, положительно изменится здоровье людей поселке Разумное.

Учитывая все сказанное выше, я решила исследовать, какие деревья лучше других очищают воздух от пыли.

Цель работы: изучить пылеудерживающую способность листьев различных деревьев.

Предмет исследования: способность листьев деревьев улавливать пыль из воздуха.

Объект исследования: виды деревьев, используемые для озеленения в поселке Разумное.

Задачи:

1. Разработать методику определения пылеемкости листьев различных деревьев.
2. Выявить виды деревьев, которые являются наилучшими пылеуловителями.
3. Дать рекомендации по озеленению наиболее запыленных территорий поселка Разумное.

1. Литературный обзор

1.1. Состав дорожной пыли и влияние ее на живые организмы

При эксплуатации автомобильных дорог происходит загрязнение придорожной полосы пылью. Эта пыль образуется в результате истирания, измельчения дорожного покрытия, а также заноса на проезжую часть грязи и рыхлого материала с прилегающих территорий и дорог. В ее состав входят продукты истирания автомобильных шин, дорожного покрытия, тормозных накладок, горюче-смазочные материалы, а также твердые выбросы двигателей (сажа). Такая пыль содержит вещества, вредные и опасные для здоровья человека, а также животных и растений. Это соединения тяжелых металлов (например, свинца, цинка, кадмия), асбестовая пыль, бенз(а)пирен и другие [2].

Свинец, согласно современным исследованиям, даже в малых количествах воздействует на человека. Он проникает в организм с водой, воздухом и пищей, поступает в кровь и разносится ею по всему телу, накапливаясь в печени, костях, мышцах, сердце, почках и лимфатических узлах. Свинцовое отравление (сатурнизм) даже на ранних стадиях поражает головной мозг, особенно у детей. В результате снижается интеллект, нарушаются координация движений, слух, память, повышается агрессивность [7, 9]. Растения сравнительно устойчивы к повышенному содержанию свинца. Животные (в т. ч., и человек) гораздо более чувствительны к присутствию этого элемента.

Асбестовая пыль попадает в организм через дыхательные пути, и обладает сильным канцерогенным действием.

Бенз(а)пирен – опасный канцероген. Он содержится в пыли, образующейся при стирании асфальтобетонных покрытий и автомобильных шин. Бенз(а)пирен – устойчивое соединение, оно хорошо растворяется в воде, переносится на большие расстояния, и может накапливаться в водоемах [2].

Кадмий в организме человека в наибольших количествах накапливается  в легких, почках и печени, вызывая в них генетические изменения. Выводится из организма крайне медленно [1].

Запыленность воздуха оказывает также вредное косвенное воз­действие. Снижается прямая солнечная радиация. В центрах городов суммар­ная солнечная радиация обычно на 20-50 % ниже, чем в пригородах. Также суще­ственно уменьшается поступление ультрафиолетовых лучей. Это при­водит к увеличению количества болезнетворных бактерий в воздухе. В запыленном воздухе резко возрастает число ядер конденсации во­ды. В результате этого количество туманных и облачных дней в городах в несколько раз больше, чем за их пределами [3].

Пылевидные частицы, оседающие на листьях растений, оказывают на них разнообразные воздействия. В основном их можно подразделить на физические и химические. Физические воздействия  связаны с образованием чехла, препятствующего нормальному тепло- и влагообмену листа с атмосферой и уменьшающего доступ света к растению. Нарушается работу устьичного аппарата, ограничивается процесс транспирации, температура листьев повышается на 2-4 °С, а иногда на 8-10 °С, по сравнению с незапыленными листьями; ослабляется процесс фотосинтеза. Химическое влияние обусловлено содержанием в пыли водорастворимых соединений. Эти соединения могут поступать в растения и оказывать влияние на обмен веществ [6].

1.2. Пыль и растения

Велика роль зеленых насаждений в очистке воздуха от пыли. Пыль оседает на листьях и ветвях деревьев и кустарников под действием гравитационных и электрических сил, затем смывается осадками в почву. В результате запыленность воздуха значительно снижается.

В лесу пыль практически отсутствует. Например, на расстоянии 3 км от опушки леса число пылевых частиц составляет всего 5 %  от того количества пыли, которое имеется в воздухе у стены леса. Установлено, что один гектар пихтового леса в состоянии задержать за год 32, елового – 30, соснового – 35, дубового – 54, букового - 68 тонн пылевых частиц [6]. В городских парках запыленность воздуха снижается в летнее время на 42 % по сравнению с застроенными и не озелененными территориями, а в зимнее время до 37 % [4]. Из этого всего можно сделать заключение, что деревья играют особую роль в очистке воздуха от пыли. Дело в том, что если площадь листовой поверхности травянистых ландшафтов превосходит занимаемую территорию в 2-6 раз, то лесных в 7-10 раз. Одно дерево тополя высотой 9 метров имеет площадь ствола и ветвей, равную 8,5 квадратных метров, и листовую поверхность, равную 51 квадратному метру [5].

Задержке пыли способствует наличие на листьях деревьев и кустарников опушения. Если в вегетационный период тополь черный, растущий поблизости от цементного завода, способен осадить 44 кг пыли, тополь белый 53 кг, ива белая – 34 кг, клен ясенелистный – 30 кг, то опушенные листья вяза мелколистного задерживают пыли значительно больше [3].

 

2. Материал и методика

2.1. Место и сроки проведения исследования.

Объем собранного материала

Данное исследование проводилось в поселке Разумное Белгородского района Белгородской области.

1 год исследований

Время проведения исследования: август 2009 г.

Использованы листья деревьев: тополя обыкновенного, березы бородавчатой, ивы белой, клена платанолистного, рябины обыкновенной, каштана конского.

2 год исследований

Время проведения исследования: август 2010 г.

Использованы листья деревьев: ольхи черной, тополя дрожащего (осины), липы мелколистной.

3 год исследований

Время проведения исследования: август 2011 г.

Использованы листья деревьев: дуба черешчатого, клена американского, тополя пирамидального, ясеня обыкновенного.

Объем собранного материала.

Исследовано 13 видов деревьев, каждое из них – в четырех повторностях.

2.2. Методика исследования

Для оценки способности листьев деревьев улавливать пыль нами была разработана методика определения удельной пылеемкости листьев.

Оборудование: весы с гирями учебные ВГУ-1, стеклянная колба с пробкой, нитки, влажная губка, тетрадные листы в клетку, калькулятор.

Ход работы:

1. Листья с деревьев аккуратно вытирали влажной губкой; когда листья просыхали, мы взвешивали чистые листья (10 шт.);
2. В химической колбе создавали «пылевую бурю»: В колбу насыпали пыль (2000 мг), опускали в колбу 10 листьев дерева, привязанных за нитку. Горлышко колбы закрывали пробкой, трясли; пыль поднималась и оседала на листьях. После этого листья аккуратно вынимали и взвешивали;
3. Затем из массы пыльных листьев вычитали массу чистых листьев и получали массу пыли, удержанной листьями;
4. Полученное число делили на 10 и получали массу пыли, удержанной одним листом;
5. Операции, описанные выше, проделывали по 4 раза с разными листьями одного и того же вида дерева. Результаты 4-х повторностей заносили в таблицы. Вычисляли среднюю массу удержанной пыли на 1 лист (С.М.У.П.);
6. Листья разных деревьев обладают разной площадью, поэтому для того, чтобы адекватно оценить способность листьев улавливать пыль, мы вычисляли удельную пылеемкость листьев на 1 см^­2. Для этого мы с помощью тетрадного листа в клетку измеряли площадь нескольких листьев дерева, затем вычисляли среднюю площадь. С.М.У.П. делили на среднюю площадь листа и получали удельную пылеемкость листьев на 1 см² (У.П.Л.).

Полученные данные анализировались, оформлялись в виде таблиц и рисунков.

2.3. Статистическая обработка данных

Для статистической обработки данных использовали формулы вычисления относительной ошибки выборочной средней (S_, %):

1. Рассчитывали среднюю арифметическую ().
2. Ошибку выборочной средней вычисляли по формуле:

S=

1. Относительную ошибку вычисляли по формуле:

S_, % = 100 ()

3. Результаты и обсуждение

3.1. Первый год исследования

В первый год исследования было рассмотрено 6 видов деревьев. Полученные нами данные приведены в таблице 1.

Таблица 1

Масса пыли на листьях

Виды деревьев	Масса навески 10 листьев, мг				Средняя масса (10 листьев), мг	Средняя масса (1 лист), мг	S, %
	I	II	III	IV
Тополь обыкновенный	500	300	425	350	394	39,4	6,79
Береза бородавчатая	250	150	300	200	225	22,5	4,98
Ива белая	150	100	110	90	113	11,3	4,86
Клен платанолистный	140	130	110	150	133	13,3	4,73
Рябина обыкновенная	250	220	250	230	238	23,8	4,13
Каштан конский	200	190	210	200	200	20	2,67

На основании полученных данных рассчитаны средняя масса удержанной пыли (С.М.У.П.)  и удельная пылеемкость листьев (У.П.Л.), результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2

Средняя масса удержанной пыли на 1 лист

и удельная пылеемкость исследованных листьев

Виды деревьев	Тополь обыкновенный	Береза бородавчатая	Ива белая	Клен платанолистный	Рябина обыкновенная	Каштан конский
С.М.У.П., мг	39,4	22,5	11,3	13,3	23,8	20
Sср. листьев, см²	12	14	10	146	135	147
У.П.Л., мг/см²	3,3	1,6	1,1	0,1	0,2	0,1

Из таблицы 2 видно, что наибольшей средней массой удержанной пыли на один лист обладают тополь обыкновенный, рябина обыкновенная и береза бородавчатая. Однако листья обладают разной площадью. Следовательно, чтобы адекватно оценить способность листьев разных деревьев улавливать пыль, нужно вычислить удельную пылеемкость на 1 см_­­², что и было сделано.

Из таблицы 2 также видно, что наибольшей удельной пылеемкостью обладают тополь обыкновенный, береза бородавчатая и ива белая. Хотя тополь обыкновенный и является лучшим пылеуловителем из исследованных, известно [8], что он своим пухом засоряет город и вызывает аллергию у многих людей. Следовательно, для озеленения лучше использовать березу бородавчатую и иву белую.

На основании первого года исследований установлено:

1. Наибольшей средней массой удержанной пыли на 1 лист обладают тополь обыкновенный, береза бородавчатая  и рябина обыкновенная.
2. Наибольшей удельной пылеемкостью обладают листья тополя обыкновенного, березы бородавчатой и ивы белой.
3. Тополь обыкновенный не рекомендуется использовать для озеленения, т. к. он образует пух.
4. Относительная ошибка выборочной средней показывает среднюю точность опыта, что мы связываем с инструментальной погрешностью весов, используемых нами.

3.2. Второй год исследования

В 2010 г. продолжены исследования по определению пылеемкости листьев деревьев. Рассмотрены 3 вида деревьев. Полученные данные приведены в таблице 3.

Таблица 3

Масса пыли на листьях

Виды деревьев	Масса навески 10 листьев, мг				Средняя масса (10 листьев), мг	Средняя масса (1 лист), мг	S, %
	I	II	III	IV
Ольха черная	250	230	270	220	243	24,3	5,98
Осина	70	80	50	80	70	7	7,64
Липа мелколистная	230	260	220	250	240	24	4,98

На основании полученных данных рассчитаны средняя масса удержанной пыли (С.М.У.П.)  и удельная пылеемкость листьев (У.П.Л.), результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4

Средняя масса удержанной пылина 1 лист

и удельная пылеемкость исследованных листьев

Виды деревьев	Ольха черная	Осина	Липа мелколистная
С.М.У.П., мг	24,3	7	24
Sср.листа, см²	38	28	50
У.П.Л., мг/см2	0,6	0,3	0,5

 

Из таблицы 4 видно, что наибольшей средней массой удержанной пыли на один лист обладает ольха черная. Однако листья обладают разной площадью. Следовательно, чтобы адекватно оценить способность листьев разных деревьев улавливать пыль, нужно вычислить удельную пылеемкость на 1 см_­­², что и было сделано.

Кроме того, из таблицы 4 видно, что наибольшей удельной пылеемкостью обладает ольха черная. Тем не менее, даже ольха черная значительно уступает по пылеемкости тополю обыкновенному, березе бородавчатой и иве белой, следовательно, она не входит в число лучших пылеуловителей из исследованных за два года деревьев.

На основании второго года исследований установлено:

1. Наибольшей средней массой удержанной пыли на 1 лист обладает ольха черная.
2. Наибольшей удельной пылеемкостью также обладает ольха черная.
3. Изученные за второй год исследования деревья не входят в число лучших пылеуловителей.
4. Относительная ошибка выборочной средней показывает среднюю точность опыта, что мы связываем с инструментальной погрешностью весов, используемых нами.

3.3. Третий год исследования

В 2011 г. продолжены исследования по определению пылеемкости листьев деревьев. Рассмотрены 4 вида деревьев. Полученные данные приведены в таблице 5.

Таблица 5

Масса пыли на листьях

Виды деревьев	Масса навески 10 листьев, мг				Средняя масса (10 листьев), мг	Средняя масса (1 лист), мг	S, %
	I	II	III	IV
Дуб черешчатый	130	140	150	140	140	14	3,82
Клен американский	110	100	90	90	98	9,8	6,41
Тополь пирамидальный	410	460	470	480	455	45,5	4,41
Ясень обыкновенный	130	100	140	120	123	12,3	3,19

На основании полученных данных рассчитаны средняя масса удержанной пыли (С.М.У.П.)  и удельная пылеемкость листьев (У.П.Л.), результаты приведены в таблице 6.

Таблица 6

Средняя масса удержанной пыли на 1 лист

и удельная пылеемкость исследованных листьев

Виды деревьев	Дуб черешчатый	Клен американский	Тополь пирамидальный	Ясень обыкновенный
С.М.У.П., мг	14	9,8	45,5	12,3
Sср.листа, см²	54	46	14	49
У.П.Л., мг/см2	0,2	0,2	3,3	0,3

 

Из таблицы 6 видно, что наибольшей средней массой удержанной пыли на один лист обладает тополь пирамидальный. Однако листья обладают разной площадью. Следовательно, чтобы адекватно оценить способность листьев разных деревьев улавливать пыль, нужно вычислить удельную пылеемкость на 1 см_­­², что и было сделано.

Также из таблицы 6 видно, что наибольшей удельной пылеемкостью обладает тополь пирамидальный. Тополь пирамидальный улавливает пыль так же, как и тополь обыкновенный, то есть лучше, чем все другие исследованные деревья, но при этом не образует пуха. Поэтому его предпочтительнее использовать для озеленения.

На основании третьего года исследований установлено:

1. Наибольшей средней массой удержанной пыли на 1 лист обладает тополь пирамидальный.
2. Наибольшей удельной пылеемкостью также обладает тополь пирамидальный.
3. Из изученных деревьев тополь пирамидальный входит в число лучших пылеуловителей.
4. Относительная ошибка выборочной средней показывает среднюю точность опыта, что мы связываем с инструментальной погрешность весов, используемых нами.

3.4. Сравнение пылепоглощающей способности листьев

изученных видов деревьев

В результате анализа наших данных установлено, что наибольшей средней массой удержанной пыли на один лист обладают тополь обыкновенный, тополь пирамидальный и ольха черная (рис. 1, приложение 1).

Однако листья обладают разной площадью. Следовательно, чтобы адекватно оценить и сравнить способность листьев разных деревьев улавливать пыль, нужно вычислить удельную пылеемкость на 1 см_­­², что и было сделано.

 

Установлено, что наибольшей удельной пылеемкостью обладают тополь обыкновенный, тополь пирамидальный и береза бородавчатая (рис. 2, приложение 2).

Следовательно, наилучшие деревья-пылеуловители – тополь обыкновенный, тополь пирамидальный и береза бородавчатая. Но к недостаткам первого можно отнести то, что он образует пух. Следовательно, для озеленения лучше использовать тополь пирамидальный и березу бородавчатую.

На данный момент на территории школы находятся такие деревья:

• Каштан конский 12шт.
• Рябина обыкновенная 13 шт.
• Берёза бородавчатая 11шт.
• Ива белая 22шт.
• Тополь пирамидальный  5шт.
• Липа мелколистная 8шт.

Они включены в этапы экологической тропы, где ученики  во время экскурсий знакомятся с биологическими особенностями древесных пород.

Выводы

1. Для определения пылеулавливающей способности деревьев разработана оригинальная методика «пылевой бури».

2. Наилучшими пылеуловителями являются тополь обыкновенный, тополь пирамидальный и береза бородавчатая.

3.  В результате исследовательской работы стало ясно, что необходимо проводить посадку  берёз и определённых видов тополей.

 

Практические рекомендации и внедрение

На основании проведенных исследований предлагаю осуществить следующие мероприятия.

1. Для озеленения наиболее запыленных территорий поселка Разумное использовать тополь пирамидальный и березу бородавчатую.

2. Не высаживать тополь обыкновенный, так как он образует пух, который является сильным аллергеном.

3. На организованной школьниками экологической тропе проводить учебные экскурсии и школьные исследования.

4. Продолжить изучение видового состава древесных пород на территории посёлка Разумное. 

 

Список литературы

1. Вронский В.А. Экология и окружающая среда. Словарь-справочник. – М.: Издательский центр «Март», 2008. – 428 с.
2. Евгеньев И.Е., Савин В.В. Защита природной среды при строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1989. – 239 с.
3. Константинов В.М., Чалидзе Ю.Б. Экологические основы природопользования. – М.: Мастерство, 2002. – 206 с.
4. Новиков Ю.В. Природа и человек. – М.: Просвещение, 1991. – 223 с.
5. Овчинников Н.Н., Шиханова Н.М. Зеленый щит нашей планеты. – М.: Просвещение, 1973. – 127 с.
6. Охрана природы / Банников А.Г., Рустамов А.К., Вакулин А.А.  – М.: Агропромиздат, 1985. – 212 с.
7. Павлов А.Н. Экология: рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. – М.: Высшая школа, 2005. – 343 с.
8. Шиманюк А.П. Биология древесных и кустарниковых пород СССР. – М.: Просвещение, 1964. – 479 с.
9. Энциклопедия для детей. Том 19. Экология / Ред. коллегия: М. Аксенова, В. Володин, Г. Вильчек, Е. Ананьева и др. – М.: Мир энциклопедий Аванта+, 2007. – 448 с.