Автор работы:
Паршакин Александр Владимирович,
учащийся 9 класса МОУ Ново-Харитоновской СОШ
Раменского городского округа
Введение
В последнее время в связи с нарастанием экологических проблем, обусловленных как загрязнением окружающей природной среды, так и климатическими изменениями на планете, происходит исчезновение многих видов живых организмов, уменьшается биоразнообразие планеты, возникают новые болезни и, как следствие, возрастает риск потери воссозданного генофонда. Проблема усугубляется недостаточно ответственным отношением человека к природе, что во всем мире принимает угрожающий характер. Связано это не столько с трудностями, обусловленными теми вопросами, решение которых требует больших капиталовложений (внедрение новых технологий, использование альтернативных источников энергии и др), сколько с безответственным отношением к природе. Образующиеся в результате хозяйственной деятельности отходы требуют утилизации, что представляет собой серьезную технологическую проблему, труднорешаемую местными органами власти, и создает условия для возникновения несанкционированных свалок. Свалки загрязняют атмосферный воздух, почву, воду, негативно влияя на здоровье и работоспособность населения.
В связи с этим, актуальной становится проблема восстановления природных сообществ, нарушенных деятельностью человека, таких как свалки мусора. Опасность свалок не только в их токсичности. Если это свалки промышленных материалов, особенно строительных, то в этом случае отходы толстым слоем накрывают верхний слой почвы, практически изолируя его от внешней среды.
Последствия этого могут быть следующими:
1. Нарушаются процессы гумификации. Аэробные бактерии почвы попадают в анаэробные условия и погибают. Сохранение их – необходимое условие существования полноценных экосистем. На застроенных участках города образуется новый тип почв, так называемый «урбанозем».
2. Образуются «запечатанные» территории под покрытием, непроницаемым для водного и воздушного обмена. Семена растений, оказываются похороненными под неплодородным слоем. Всходы многих из них не могут пробиться на поверхность, а те которые все-таки взошли, скорее всего, погибнут, так как степень заглубления их корневой системы превышает допустимые значения.
3. Верхний слой оказывается совершенно непригодным для развития растений, так как неплодороден и состоит в большинстве своём из ксенобиотиков.
В таких условиях могут выжить только растения, имеющие специальные приспособления, что бы переносить неблагоприятные условия (пример – сорняки). Одним из природных механизмов восстановления деградации почв, загрязнённых ксенобиотиками, является деятельность определённых растений. В роли таких растений выступают рудеральные растения.
Цель проекта : Исследовать влияние сорных растений на восстановление экологического благополучия территории, показать воздействие рудеральных растений на восстановление почвенного покрова, его химического состава и структуры.
Задачи проекта:
1)Дать определение понятию «рудеральные растения».
2)Объяснить, почему рудеральные(сорные) растения не всегда наносят отрицательное воздействие и даже могут приносить пользу.
3)Доказать на конкретном примере восстановительные свойства рудеральных растений.
Основная часть
Теоретическая часть
1) Что такое рудеральные растения.
Рудеральные растения – это сорные растения, растущие на мусорных свалках, вдоль дорог. А.А. Мулдашов в книге «Флора и растительность» даёт описание приспособлений у сорных растений в выживанию в неблагоприятных условиях. Он указывает, что как правило, такие растения имеют защитные приспособления — шипы, жгучие волоски, ядовитые вещества, относятся к синантропным организмам. Большинство рудеральных растений – археофиты и неофиты. Первые обычно встречаются на старых пустырях. Так, к числу археофитов относятся лопух большой (Arctium lappa), белокудренник черный (Ballota nigra), синяк обыкновенный (Echium vulgare), крапива жгучая (Urtica urens), пустырник обыкновенный (Leonurus cardiaca), просвирник пренебреженный (Malva neglecta) и многие другие.
Вторые же являются новыми видами для местной флоры и приурочены главным образом к рудеральным сообществам, существующим непродолжительное время, например к зарослям гулявника или лебеды. Представители неофитов: подсолнечник клубненосный или топинамбур (Helianthus tuberosus), золотарник канадский (Solidago canadensis), рейнаутрия японская (Reynoutria japonica), недотрога железконосная (Impatiens glandulifera)и др.
А.С. Злыгостев в своей статье «Влияние человека на мир растений», анализируя результаты наблюдений, приходит к выводу, что большинство «новоселов» центрально-европейской флоры связано с созданными человеком местообитаниями, дальнейшее существование которых зависит непосредственно от него: либо человек постоянно заново создает такие местообитания (кучи мусора, отбросов и т. П.), либо в результате его хозяйственной деятельности устраняется конкуренция со стороны растений местной флоры. Пока лишь немногим занесенным видам удалось надолго войти в состав растительных сообществ, близких к естественным, и тем самым стать практически постоянными компонентами местной флоры. Согласно последним сведениям, в Центральной Европе насчитывается не более 115 таких видов. Характерно, что в этих случаях речь, прежде всего, идет о сравнительно неустойчивых растительных сообществах, видовой состав которых в разные годы меняется в определенных пределах.
Особую группу рудералов составляют придорожные растения. К.Д. Бальмонт в своей поэме «Придорожные травы» в лирической форме обозначил особенности условий жизни таких сорняков
Спите, полумертвые увядшие цветы,
Так и не узнавшие расцвета красоты,
Близ путей заезженных взрощенные. Творцом,
Смятые невидевшим тяжелым колесом.
В час, когда все празднуют рождение весны,
В час, когда сбываются несбыточные сны,
Всем дано безумствовать, лишь вам одним нельзя,
Возле вас раскинулась заклятая стезя.
Вот, полуизломаны, лежите вы в пыли,
Вы, что в небо дальнее светло глядеть могли,
Вы, что встретить счастие могли бы, как и все,
В женственной, в нетронутой, в девической красе.
Спите же, взглянувшие на страшный пыльный путь,
Вашим равным — царствовать, а вам — навек уснуть,
Богом обделенные на празднике мечты,
Спите, не видавшие расцвета красоты.
Однако, как указывает С.А. Павлович в книге «Знай и умей», придорожные растения обладают характерными приспособлениями, позволяющими им сравнительно безболезненно переносить сильное уплотнение почвы и всякие механические воздействия. Обычно это низкорослые травянистые растения, стебли которых часто стелятся по поверхности почвы (например, у спорыша, клевера ползучего, лапчатки гусиной, а листья нередко собраны в прижатые к земле розетки (у подорожника большого – Plantago major, одуванчик лекарственного – Taraxacum officinalе и др.). Почва выполняет по отношению к таким растениям роль упругой защитной подстилки: понятно, что лежащее на земле растение труднее раздавить или сломать, чем растущее вертикально. Плоды и семена придорожных растений разносятся ветром либо, благодаря различным колючкам и прицепкам, распространяются с помощью животных и человека. Иногда они переносятся вместе с дорожной грязью или, образуя при намокании обильную слизь, прилипают к колесам транспорта, обуви человека или ногам животных. Мусорные (рудеральные) растения поселяются на пустырях, у заборов, среди развалин, на межах и залежах. Почва в таких местах довольно плодородна. Нередко мощные и труднопроходимые заросли этих растений образованы высокими грубыми травами: лопухом, полынями, крапивой и т, д. Среди них часто встречаются и колючие растения: чертополох, бодяк, дурнишник . Такие растения, будучи приспособленными к неблагоприятным условиям у дорог, легко выживают на пустырях.
Рудеральные растения в современных биогеоценозах, которые испытывают на себе постоянно увеличивающееся неблагоприятное влияние человека, занимают все большее пространство. Они постепенно, особенно на урбанизированных территориях, вытесняют естественные природные сообщества и поэтому требуют большего внимания с точки зрения изучения и понимания их дальнейшего влияния на восстановление почвы – компенсационного механизма. До недавнего времени этой группе растений уделялось недостаточное внимание. Их скорее рассматривали как ненужный, вредный элемент, требующий уничтожения подобно сорнякам. Однако в современном мире под их влиянием происходит изменение ландшафтов, изменение соотношения видового разнообразия растительных сообществ. Они заселяют территории, лишенные растительности под воздействием хозяйственной деятельности человека, укрепляя тем самым почву и одновременно обеспечивая ее структурированность и повышение плодородия, перегнивая и увеличивая слой гумуса. Они участвуют в очищении атмосферного воздуха, восстановлении процесса фотосинтеза. Важным критерием оценивания качества почвенного покрова является обилие биомассы, произрастающей на нём ,биоразнообразие. При восстановлении структуры почв происходит возобновление растительных сообществ – сукцессия.
М.Ф. Маршалкин описывает результаты эксперимента, в котором было установлено, что рудеральные растения хвощ полевой (Equisetumarvense L.), полынь горькая (Artemísiaabsínthium), дурнушник обыкновеный (Xánthiumstrumárium), крапи́ва жгу́чая (Urtícaúrens) лопух большой (Arctiumlappa), сурепка обыкновенная (Barbareavulgaris) в сравнении с растениями естественных природных сообществ более устойчивы к неблагоприятным факторам среды обитания. Изучение подобной устойчивости заслуживает особого внимания и является весьма актуальным в связи с быстрым изменением условий внешней среды в современном мире и необходимостью живых организмов приспосабливаться к ним, что является проблематичным. В связи с этим на одно из важнейших мест, с нашей точки зрения, встает вопрос изучения механизма устойчивости растений к неблагоприятным экологическим факторам. Рудеральные растения, возможно, могут помочь в изучении данной проблемы.
В 2008-2013 на территории Ставропольского края проводилось исследование, суть которого заключалась в оценке биоразнообразия опытного, расположенного близ мусорной свалки около поймы реки Юцы, и контрольного, расположенного на расстоянии 100 от неё, участков. В 2008 году на опытном участке биомасса составляла 466 г/м3, произрастало 10 видов растений. На контрольном же участке биомасса составляла 700 г/м3, произрастало 16 видов. Такое различие вызвано загрязнением территории опытного участка. В 2013 году биомасса контрольного участка в сравнении с 2008 годом изменилась лишь на 29 г/м3, биоразнообразие не изменилось. На опытном участке биомасса из-за деятельности рудеральных растений изменилась на 184 г/м3, биоразнообразие пополнилось новыми несвойственными для данной экосистемы растениями из группы различных сорных растений. Таким образом, на опытном участке произошла сукцессия.
В.А Вронский (Экология. Словарь-справочник) утверждает, что антропогенная трансформация растительности иногда приводит к увеличению роли рудеральных видов, но они, возникая на первых стадиях сукцессии, иногда оказываются не только эффективным средством восстановления (на смену приходят луговые или степные сообщества), но и полезным источником растительного сырья (пустырник, мать-и-мачеха, череда, лопух большой, полынь обыкновенная).
2) Примеры сорных растений местности
Галинзога мелкоцветковая
Дескурайния
Дрема белая
Дурнишник обыкновенный
Колючеплодник
Латук татарский
Лебеда
Метлица
Мятлик однолетний
Одуванчик
Осот полевой, огородный, шероховатый
Плевел многолетний
Пикульник обыкновенный
Полынь обыкновенная
Сурепка обыкновенная
Хвощ
Щирица
Череда
Чистец однолетний
Яснотка белая
3) . Места произрастания сорняков
В результате мощного воздействия человека на условия среды экологи стали выделять такой тип сообщества как сорно-рудеральный, характеризующийся своими особенностями.
В соответствии с биологическими особенностями, биоценозы, где рудералы являются доминантными видами были найдены на территории сельского поселение Новохаритоновское и сельского поселения Гжельское в местах, где брошены стройки, на территории стихийных свалок, на территории школьного стадиона (насыпь скалодрома).
Карьеры, котлованы, отвалы пустой породы (терриконы) в районе кирпичного завода представляют собой ландшафт, практически лишенный жизни. Естественное возрождение в таких местах идёт медленно, надолго задерживаясь на стадии рудеральной растительности (крапива, лопух, белена и др.). Газовые выбросы из труб кирпичного завода, завода по производству парфюмерии, окон пород часто ядовиты для растений и препятствуют формированию сложных растительных групп. А вот сорняки выживают.
4 ) Экологическая польза сорной растительности
Жизнедеятельность рудеральных сорняков приводит к
1. Заселение бесплодных территорий. Семена сорняков оснащены приспособлениями для быстрого распространения. Плоды и семена одуванчика, бодяка, иван-чая, имеют «летательные аппараты» и распространяются ветром. У других видов плоды имеют прицепки и липучки, например, у лопуха, череды. Семена рудеральных растений долгое время сохраняют всхожесть и накапливаются в почвенном банке семян десятки и даже сотни лет и при наличии малейшей влаги они приступают к «ремонту» нарушенного растительного покрова.
2. Предотвращение почвенной эрозии: быстро покрывают поверхность почвы зеленым ковром и препятствуют ее распылению. В засуху травы затеняют почву, препятствуя ее пересыханию.
3. Формирование гумусового слоя: плодородный слой почвы образуется именно благодаря тому, что отмершие растения, перегнивая, обогащают верхний слой органикой.
4. Улучшение структуры почвы и её минерального состава: корни разрыхляют почву, снабжая ее кислородом. Благодаря развитой глубокой корневой системе они способны доставать минералы и полезные элементы из самых глубоких слоев почвы.
5. Индикационное значение. Растения сигналят о состоянии почвы. Хвощ полевой и подорожник сигналят, что почва закислена. Мокрица, мать-и-мачеха, пырей, осот – показатели здоровой кислотности. Они живут на слабокислых и нейтральных почвах. Наличие большого числа сорняков, цветущих поздним летом и осенью, говорит о слабой плодородности грунта и нехватке гумуса.
Практическая часть
Целью практической части является подтверждение гипотезы о том, что рудеральные растения положительно влияют на восстановление почвенного покрова, его химического состава и структуры. В качестве доказательства могут быть использованы результаты химического анализа почвы на участке местности, а также оценка биоразнообразия на данной территории.
Для исследования была выбрана свалка, расположенная в селе Речицы, Раменского городского округа. В данный момент, основная часть свалки расчищена, но остаются места, где также можно наблюдать обилие мусора.
Для оценивания химического состава и структуры почвы были взяты несколько проб грунта с расчищенного участка свалки, на котором произрастают рудеральные растения. Затем в химической лаборатории методом рентгеноспектрального микроанализа был проведён анализ грунта на содержание в нём химических элементов. Также с помощью данного метода была построена модель строения почвы в местах сбора.
1) Структура почвы
Структура почвы нормальная, слегка неоднородная с включением крупных комков, что является типичным для почвенного покрова местности.
2) Химический анализ почвы
После получения результатов рентгеноспектроскопии был проведён сравнительный анализ содержания химических элементов в пробе грунта , взятого на исследуемом участке, и среднего содержания химических элементов в почве (А.П. Виноградов, 1950).
В результате сравнительного анализа было выявлено некоторое повышение или понижение содержания химических элементов в грунте. Ввиду некоторой неоднородности почвы, такие изменения являются допустимыми. Однако высокое содержание углерода(C) и железа(Fe) можно объяснить наличием хозяйственных отходов (мусора), который до расчистки территории находился в месте, в котором была взята проба грунта. Именно такую почву для произрастания предпочитают рудеральные растения, замещая другие погибшие виды растений, ранее произраставшие на данной территории, что является ярким примером сукцессии.
3)Оценка биоразнообразия
На исследуемой территории обильно произрастают некоторые виды растений, которые по общепринятым классификациям являются рудеральными: полынь обыкновенная, полынь эстрагонная, амарант запрокинутый, череда раздельная, белладонна обыкновенная и др. Данные растения обычно произрастают на загрязнённых почвах, постепенно улучшая структуру и химический состав грунта. Доказательством улучшения является то, что также на данном участке были найдены плодоносные растения томата, подсолнечника, арбуза, которые не произрастают на загрязнённых почвах.
Выводы
Обидным словом «сорняк» мы привыкли называть всю растительность, которая, по нашему мнению, мешает культурным растениям на грядках и клумбах, а потому подлежит безусловному и полному уничтожению.
Человек постоянно создаёт что-то новое - пластиковые упаковки, посуду, бутылки и так далее. Но не придумывает способы уничтожения всего этого. В результате - горы мусора повсюду, не только в нашей стране, с которым человек справиться не может. Природа знает лучше – один из законов экологии, провозглашенный американским экологом Барри Коммонером. И проявлением этого закона является восстановительная деятельность сорных растений.
Исследовав суть вопроса, можно с полным основанием утверждать, что сорные растения, являются ненужными лишь условно. Еще раз подтверждается закон природы о том, что
Нет лишнего в Природе ничего.
Что от самой Природы происходит.
Всё лишнее бывает от того.
Что человек "разумный" производит.
(Вячеслав Чаплинский)
Список литературы
Флора и растительность Башкортостана, Наумова Л.Г., Миркин Б.М., Мулдашев А.А., 2011
А.С. Злыгостев «Влияние человека на мир растений»
К.Д. Бальмонт «Придорожные травы»
С.А. Павлович в книге «Знай и умей»
В.А Вронский (Экология. Словарь-справочник)
М.Ф. Маршалкин «Роль рудеральных растений в восстановлении природных растительных сообществ , нарушенных несанкционированными свалками мусора»