Проект "Фитопатологический мониторинг экологического состояния пришкольной территории"

«Фитопатологический мониторинг экологического состояния пришкольной территории МБОУ СОШ №3»

                                           Выполнили: Абрамовская Екатерина, Копылова Анна,

                                           Суздалов Дмитрий, Мухаммадиева Мария,

                                           Федоренко Алина, учащиеся МБОУ СОШ №3

                                           Научный руководитель: Петренко Елена Николаевна,                    

                                           учитель биологии МБОУ СОШ № 3

г. Сургут, 2018 г.

Содержание

Введение

Сургут – современный северный город. С каждым годом население города растёт, происходит интенсивная застройка высотными домами, площадь асфальтированных дорог и тротуаров увеличивается. Всё меньше и меньше мы видим участков земли, поросших травой, участков с естественными растительными покровами. Город превращается в каменные джунгли с огромным количеством автомобилей, выбрасывающих в окружающую среду  углекислый газ и различные вредные для живых организмов вещества.

Нам повезло больше, так как НГД старый микрорайон, плотность застройки меньше и поэтому растений произрастающих на территории микрорайона и пришкольной территории гораздо больше, чем в новых микрорайонах. Однако, если присмотреться к берёзам, тополям, ивам, соснам, рябине и другим деревьям и кустарникам, можно заметить, как их стволы покрываются плодовыми телами трутовых грибов, или образуются наросты. Хвоинки сосен желтеют на кончиках и засыхают, на рябине часто можно видеть  тлю, листья закручиваются и опадают раньше времени. В летний период 2018 года мы обнаружили множество личинок, поедающих зелень, или листья, окутанные сплошной паутиной. Некоторые растения на пришкольной территории имели эти же поражения.

Нам стало интересно, почему на одних видах растений наблюдаются эти нарушения, а на других нет, что является причиной, и каковы могут быть последствия.

 Цель исследования: выявление причин, приводящих к болезням растений на территории микрорайона и пришкольной территории МБОУ СОШ №3.

Задачи исследования:

1. Выявить в какой части микрорайона наблюдается наибольший процент пораженных растений.

2. Определить причины, вызывающие заболевания растений.

3.Определить видовой состав пораженных растений на территории микрорайона и пришкольной территории.

3. Проконсультироваться в Департаменте по природопользованию и экологии города Сургута, какие виды растений  наиболее целесообразно использовать для озеленения городских улиц.

4. Составить краткосрочный фитопатологический прогноз на 2019 год.

5. Разработать способы защиты растений, которые мы в состоянии осуществить.

Гипотеза: использование в озеленении городских улиц и пришкольной территории МБОУ СОШ №3 газоустойчивых видов растений, будет снижать процент поражения их насекомыми вредителями, предотвращать процесс поражения различными заболеваниями.

Объект исследования: растения, произрастающие на пришкольной территории и территории микрорайона.

Предмет исследования: экологическое состояние растений.

Методы исследования:наблюдение, эксперимент, описание, анализ полученных данных, моделирование.

Актуальность темы: тема исследования является актуальной, так как растения на территории нашего микрорайона, пришкольной территории, городских улицах являются биологическими фильтры и напрямую оказывают влияние на состояние здоровья жителей нашего города.

Практическая значимость исследования: результаты, полученные в ходе  исследования можно использовать в практической деятельности по улучшению состояния растительного покрова микрорайона, где располагается школа, пришкольной территории и в целом растительного покрова города Сургута.

Глава 1. Неинфекционные болезни растений

Болезни растений – это сложный патологический процесс, который возникает под влиянием внешних факторов, протекает во взаимодействии с окружающей средой и проявляется в нарушениях физиологических функций и анатомо – морфологических изменениях всего растения или определенных его органов. Болезнь ведет к отмиранию пораженных тканей, ослаблению, снижению продуктивности или гибели всего растения.

          Неинфекционные болезни возникают без участия фитопатогенных организмов, под влиянием неблагоприятных для нормального развития растений факторов окружающей среды.

          В зависимости от характера и типа воздействия на растения абиотических и антропогенных факторов неинфекционные болезни делятся на следующие основные группы:

1.     Болезни, вызванные антропогенными факторами (наличие в воздухе или почве токсичных для растений веществ).

2.     Болезни, вызванные нарушением режима питания (недостаток или избыток питательных веществ в почве, избыток солей, недостаток кислорода, ph среды).

3.     Болезни, вызванные действием неблагоприятных условий внешней среды (низкая или высокая температура и влажность воздуха, недостаток или избыток воды и света).

4.     Болезни, вызванные механическими повреждениями.

1.1. Неинфекционные болезни растений, вызванные антропогенными факторами

 Промышленные эмиссии и выхлопные газы автотранспорта приводят к значительным стрессам растений. Городские насаждения, находящиеся в зоне атмосферного загрязнения, ослабляются и усыхают.

          Древесные и кустарниковые породы по – разному реагируют на уровень атмосферного загрязнения, так как обладают неодинаковой газоустойчивостью и газочувствительностью к нему.

          Газоустойчивость – это способность противостоять вредному действию газов, сохраняя свою жизнеспособность. Различают три вида газоустойчивости растений: физиологическую, морфологическую, биологическую.

1.     Физиологическая устойчивость определяется низкой окисляемостью клеточного содержимого.

2.     Морфолого – анатомическая газоустойчивость обуславливается особенностями строения листьев, которые препятствуют поступлению газов в растения.

3.     Биологическая газоустойчивость связана со способностью растений быстро восстанавливать пораженные газами органы.

Глава 2. Инфекционные болезни растений

          Инфекционные болезни растений вызываются микроорганизмами (преимущественно грибами, бактериями, вирусами), паразитическими нематодами или цветковыми растениями – паразитами.

          Различают местные и общие болезни. При местных (локальных) заболеваниях поражение ограничивается лишь отдельными участками или органами растения. При общих (диффузных) заболеваниях растение поражается полностью.

            2.1. Заболевания растений, вызванные фитопатогенными вирусами

    Частицы фитопатогенного вируса состоит из одиночной или двойной нити нуклеиновой кислоты (почти всегда РНК), окруженной множеством симметрично расположенных молекул белка. Размеры вирусных частиц чрезвычайно малы (в большинстве случаев – менее 200нм). Форма частиц фитопатогенных вирусов чаще всего шаровидная или палочковидная, реже изогнуто – нитевидная. В настоящее время известно около 600 фитопатогенных вирусов.

         Попав в клетку растения, вирусная частица распадается на белок и нуклеиновую кислоту. Под действием вирусной нуклеиновой кислоты в зараженной клетке начинается синтез новых молекул вирусного белка и вирусной нуклеиновой кислоты, идущих на построение новых вирионов.

     Побеление жилок  и некротические кольца на листьях, которые были замечены нами, появляются в результате повреждения хлоропластов, снижения их фотосинтетической активности, непосредственного разрушения вирусом хлорофилла.

 2.2. Заболевания растений, вызванные фитопатогенными бактериями

     Выделяют следующие основные группы и типы бактериальных болезней растений.

1.     Болезни, связанные с отмиранием тканей.

2.     Болезни, связанные с разрастанием тканей.

3.     Болезни, связанные с поражением сосудов.

         Заболевание интенсивно развивается в условиях повышенной влажности почвы. Проникнув в надземные части растения, бактерии в них быстро размножаются, проникают в сосуды и заполняют их слизистой массой, что и вызывает увядание. Первые симптомы заболевания – увядание листьев на концах ветвей. Увядшие листья становятся палево – зелеными или бронзоватого оттенка, после чего скручиваются и отмирают. Инкубационный период развития заболевания всего 3 – 6 дней при благоприятных условиях.  Бактерии сохраняются в почве и на семенах, при прорастании заражаются всходы, а затем по проводящим сосудам передвигаются в растение и заражают их в период вегетации.

Некоторые виды насекомых также могут являться переносчиками первичной инфекции и большую опасность  в распространении болезни представляют капельки дождя.

2.3. Заболевания растений, вызванные фитопатогенными грибами

         Трутовые грибы являются патогенными, они приводят к разрушению тканей и гибели растений. Данные поражения очень распространены на территории микрорайона и пришкольной территории.

Глава 3. Результаты исследования

1. Древесные и кустарниковые породы, произрастающие на территории нашего микрорайона и пришкольной территори, неодинаково  реагируют на уровень атмосферного загрязнения. Данные, которые мы получили в  Департаменте по  природопользованию и экологии подтвердили данное предположение.                                                                                                                                    Таблица 1.             Степень газоустойчивости растений

 По данным таблицы №1 видно, что наиболее газоустойчивыми растениями являются: тополь берлинский, тополь пирамидальный, ива шаровидная, ива козья, боярышник обыкновенный, шиповник обыкновенный, роза морщинистая, сирень обыкновенная, сирень венгерская, акация желтая. Наиболее уязвимые виды – сосна кедровая, ель обыкновенная, лиственница сибирская.

В озеленении городских улиц в настоящее время используются - 20 древесных видов и 25 видов кустарников.  Преобладающий видовой состав: береза пушистая – 54%, ива и осина – 13%, рябина – 8%, тополь – 5%, сосна – 3%, другие виды – 4%. [ 1].     

           Газоустойчивость древесных пород зависит от химического состава соединений, которые есть в промышленных отходах, от условий внешней среды и характера задымления, оказывающих негативное влияние на растения.

            Мы выяснили, что основными примесями, содержащимися в атмосферном воздухе города Сургута являются соединения серы, фтора, хлора, азота, магния, окислы углерода, фенол, формальдегид, бензапирен [1].  Изучив обзор состояния окружающей среды г. Сургута 2013 - 2017 гг., подготовленный Департаментом по природопользованию и экологии, а также Администрацией города, который осуществляется каждые пять лет, мы узнали, что ежегодно в атмосферу города в среднем выбрасывается до 60 тонн загрязняющих веществ, Значительная часть загрязняющих веществ в воздушный бассейн города поступает от автотранспорта. В отработавших газах двигателей внутреннего сгорания содержит свыше 200 вредных компонентов.                                                   

    Таблица 2

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух г. Сургута

с 2013 – 2017 гг.

Нами была обследована растительность, которая произрастает в непосредственной близости с автомобильными дорогами, на расстоянии 10м, 100м, 200м, 300м мы выяснили, что в удалении от 0 –5м.  прирост молодых побегов был незначительным, наблюдается частое усыхание их усыхание. На расстоянии 10 – 100м у хвойных наблюдается изменение окраски хвоинок на рыже – бурую, окраска изменяется, начиная с концов (Приложение 1).

          Мы предполагаем, что такое действие на растения оказывают отработанные газы двигателей внутреннего сгорания и пылевидные эмиссии, которые оседают на хвоинках, снижая ассимиляцию и эффективность солнечного излучения, способствуют повышению температуры. При попадании на почву пыль изменяет ее кислотность и содержание в ней микроэлементов.

          При исследовании влияния автомобильных дорог на лиственные породы, по видимым повреждениям листьев обнаружили хлорозы у березы пушистой, произрастающей на удалении от автомобильной дороги 0 -10м. Предположительно, такое влияние оказывает этилен, источником которого являются автомобильные выбросы. У боярышника даже на расстоянии 200м замечены хлорозы, а также точечные некрозы (Приложение 1).

          У березы бородавчатой, произрастающего в удалении 0 – 100м замечена асимметрия и изменение формы листа. Указанные выше виды растений, но произрастающие на пришкольной территории были обследованы нами как контрольные. Отмечаем, что хлорозы встречаются значительно реже, некрозы небыли замечены.

            Кроме того мы попытались выяснить влияние выхлопных газов автомобилей на основные структурные единицы листьев и провели эксперимент. Были собраны листья рябины обыкновенной, произрастающей на различных расстояниях от дороги (0 – 300м), а за образец приняты листья тех же растений, взятых на пришкольной территории. Во время эксперимента на всех листьях, собранных на расстоянии 0м от дороги замечен большой слой пыли, у всех листьев система жилкования нарушена.

     Из всего выше представленного делаем выводы:

1.  Влияние автомагистралей на хвойные деревья, произрастающие на территории микрорайона чрезвычайно сильное, так как даже на расстоянии 300м это влияние проявляется;

2. На лиственные растения сильнее всего влияет этилен, окислы азота и двуокись серы.

3. Посадки деревьев и кустарников следует производить на расстоянии 300м от автомобильных дорог, чтобы листья  не видоизменялись и были способны к фотосинтезу.

4. Среди фитопатогенных организмов, вызывающих заболевания растений на обследованных нами микрорайона и пришкольной территории,  на первом месте оказались грибы (Приложение 1). Прослеживалась закономерность поражения спорами грибов ослабленных растений, находящихся в постоянном физиологическом стрессе - это растения, произрастающие в непосредственной близости с автомагистралями, вблизи котельной, бани по улице Губкина рядом расположенной химчистки и прачечной. Заражению подверглись часть растений, у которых были видны не обработанные следы спилов после весенних и осенних обрезок.

            5. Замечены следующие заболевания растений, возбудителями, которых явились грибы: пятнистость на рябине обыкновенной, некрозы коры березы, мучнистая роса на березе пушистой, рак морозобойный на тополях, рак ступенчатый на березе, смоляной рак сосны кедровой, шютте сосны кедровой (Приложение 1).

           6. Большой процент поражения деревьев и кустарников  мы связываем с тем, что микрорайон старый, растения   имеют большой возраст.

          7. Наблюдается  растения, пораженные морозобойным раком.

           8. Опухоли в виде наростов по доле от всего числа болезней растений, связанных с разрастанием тканей занимают второе место вслед за морозобойным раком.

9. Береза пушистая и береза бородавчатая на всех обследованных участках микрорайона имеет поражение ступенчатым раком. Кроме того в середине июня 2018 года во всех  обследованных нами участках микрорайона и на пришкольной территории   было обнаружено поражение берез мучнистой росой. Мы предполагаем, что причиной могло стать резкое колебание температуры воздуха и кроме того отмечаем наличие на почве прошлогодней листвы на некоторых обследованных участках, что также может являться причиной заражения спорами гриба.

          10. Отмечается большой процент поражения деревьев и кустарников трутовыми грибами, относящихся к базидиомицетам, или базидиальным грибам. Все встреченные нами плодовые тела трутовых грибов были сняты с растений и сожжены.

11. На территории обследованных участков  вблизи химчистки, были обнаружены растения, пораженные кольцевой мозаикой листьев. При маршрутном исследовании встречены растения черемухи с побелевшими жилками, пораженные листовой мозаикой. Это вирусные заболевания, которые появляются в результате повреждения хлоропластов, снижении их фотосинтетической активности, непосредственном их разрушение.

             12. На территории микрора наблюдается бактериальное увядание  боярышника обыкновенного - это сосудистый бактериоз.

13. В том, что насекомые самый многочисленный класс мы убедились в ходе нашего исследования, исходя из цели, нас интересовали те представители, которые прямо или косвенно влияют на растения, вызывая их заболевания.

          Обследование растений осуществлялось маршрутным методом. Обследовались древесные и кустарниковые породы произрастающих как   вблизи автодорог, так и в глубине дворов, на пришкольной территории. Результаты нашего исследования показали, что растения, подвергающиеся постоянному антропогенному воздействию, имеют больший процент повреждения насекомыми вредителями.

           В летний период 2018 года на растениях,  произрастающих на территории микрорайона нами было зафиксировано большое количество вредителей, но среди них преобладали: паутинный клещ, четырехногий клещ, тля, розеткообразующая галлица, ивовая пенница, листоеды, трупковерт тополевый, щелкуны, усачи (Приложение 1).

5. Обобщив данные фитопатогенного мониторинга за период с июня по август 2018 г. мы получили следующие результаты:                                                                                                                            Таблица 4.

Поражения растений инфекционными и неифекционными болезнями

Проанализировав данные таблицы, мы пришли к выводу, что в летний периоды  201 г. на первом месте были поражения растений, вызванные трутовыми грибами и насекомыми вредителями, на втором месте – морозобойный рак, а затем болезни бактериального и вирусного происхождения.

Заключение

1. Нами был изучен теоретический материал, который позволил понять, что болезни растений – это сложный патологический процесс, который возникает под влиянием внешних факторов, протекает во взаимодействии с окружающей средой и проявляется в нарушениях физиологических функций и анатомо – морфологических изменениях всего растения или определенных его органов. Неинфекционные болезни возникают без участия фитопатогенных организмов, под влиянием неблагоприятных для нормального развития растений факторов окружающей среды и могут быть вызваны антропогенными факторами, нарушением режима питания, действием неблагоприятных условий внешней среды и механическими повреждениями.

          Инфекционные болезни растений вызываются микроорганизмами (преимущественно грибами, бактериями, вирусами), паразитическими нематодами или цветковыми растениями – паразитами.

2. В ходе исследования растительного покрова на территории района и пришкольной территории нами были зафиксированы, следующие поражения растений: хлорозы у Березы пушистой, побурение и усыхание хвои Сосны обыкновенной,  точечные некрозы у боярышника и рябины, некрозы коры березы, мучнистая роса на Березе пушистой, рак морозобойный на тополях, рак ступенчатый на березе, смоляной рак Сосны кедровой, шютте Сосны кедровой.

Среди фитопатогенных организмов, вызывающих заболевания растений на первом месте оказались грибы, на большей части обследованных участках обнаружена мучнистая роса. Были обнаружены молодые осины, пораженные фитопатогенными бактериями, черемуха, пораженная сосудистым бактериозом. Часто встречаемые поражения насекомыми вредителями: тлей, усачами, щелкунами, листоедами, короедами, паутинным и четырехногим клещами, ивовой пядиницей, трубковертом тополевым.

3. Проанализировав данные, полученные в ходе нашего исследования, мы пришли к выводу, что в первую очередь поражаются, болезнями ослабленные растения, находящиеся в постоянном физиологическом стрессе. Мы выяснили, что на растения оказывают влияние не только отработанные газы двигателей внутреннего сгорания, но и пылевидные эмиссии, которые оседают на листовых пластинках, снижая ассимиляцию и эффективность солнечного излучения, способствуют повышению температуры. При попадании на почву пыль изменяет ее кислотность и содержание в ней микроэлементов, то есть происходит нарушение минерального питания. На наш взгляд это еще одна причина, которая приводит к ослаблению растений и способствует поражению их грибами, вирусами или бактериями.

4. Климатические факторы также оказывают непосредственное действие на растения, произрастающие в черте микрорайона. На открытой территории, с редкими постройками в зимнее время температура более низкая, чем в застроенных участках, это приводит к поражению растений морозобойным раком.

5. Низкая экологическая грамотность населения также оказывает отрицательное воздействие на растительный покров городских улиц.

6. Проанализировав  данные таблицы №1, мы пришли к выводу, что наиболее газоустойчивыми растениями  являются: Тополь берлинский, Тополь пирамидальный, Ива шаровидная, Ива козья, Боярышник обыкновенный, Шиповник обыкновенный, Роза морщинистая, Сирень обыкновенная, Сирень венгерская, Акация желтая. Наиболее уязвимые виды – Сосна кедровая, Ель обыкновенная, Лиственница сибирская.

7. Данные фитопатологического мониторинга за летние период 2018 показал, что на первом месте были поражения растений, вызванные трутовыми грибами и насекомыми вредителями, на втором месте – морозобойный рак, а затем болезни бактериального и вирусного происхождения.

8. По завершению нашего исследования мы составили краткосрочный прогноз на 2019 год, в котором предполагаем, что продолжится проявление инфекционных заболеваний растений, так как антропогенное воздействие на них продолжается. Будет наблюдаться поражение трутовыми грибами, насекомыми вредителями, так как опавшие листья убраны не на всей исследуемой нами территории – это отличное место, где могут перезимовать личинки насекомых вредителей и сами насекомые. При озеленении городских улиц есть вероятность использования нездоровых саженцев, так как признаки заражения на ранних стадиях могут и не проявляться, т. е. быть не видимыми. К тому же очень часто используются саженцы аборигены, т. к. саженцев, выращиваемых в питомниках недостаточно, а аборигенные виды могут произрастать из семян уже зараженных бактериальными или грибковыми заболеваниями.

         Низкая экологическая грамотность населения также будет способствовать возрастанию антропогенного воздействия на растительный покров, и приводить к снижению устойчивости растений различного рода возбудителями  заболеваний.

         9. Мы считаем, что можно способствовать улучшению экологического состояния растительного покрова как на территории микрорайона, если повышать экологическую грамотность населения и учащихся нашей школы, для этого мы планируем провести акцию «Легкие нашего города». Для этого будут изготовлены информационные буклеты и распространены среди горожан, в образовательном учреждении будет проведен единый классный час. Участники волонтерского движения «Мы за зеленый город» приняли участие в субботнике по уборке пришкольной территории от опавшей листвы, закрашены открытые места после осенней обработке деревьев. Весной 2019 года мы планируем обратиться в Департамент по природопользованию и экологии с просьбой помочь нам с саженцами для озеленения пришкольной территории газоустойчивыми видами растений. Волонтерское движение учащихся нашей школы готовы оказать помощь в уборке опавшей листвы на территории микрорайона, чтобы снизить риск заражения растений спорами трутовых грибов.

Список литературы

1.     Богдаков В.Л., Кисляков Г.И. Фитопатология - М., «Колос»,2012. - 224 с.

2.      Журавлев И.И., Соколов Д.В. Лесная фитопатология. – М.: Лесная Промышленность, 2011. -  368с.

3.     Попова К. В. Общая фитопатология. – Дрофа. 2013. – 448 с.

4.     И.В. Тропин, Н.М. Ведерников, Р.А. Крангауз и др. Справочник по защите леса от вредителей и болезней.  – М.: Лесная Промышленность, 1980. - 376 с.

5.     Чебаненко С. И. Практикум по лесной фитопатологии. Учебное пособие. М.: Издательство РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2012. - 102 с.

6.     Чураков Б.П., Чураков Д.Б. Лесная фитопатология. Учебник. - 2-е изд., испр. и доп. - СПб.: Лань, 2012. — 448 с.: ил.

7.     http://www.entomology.ru

Приложение №1

                 Усыхание хвои

Хлороз боярышнека

Листовая мозаика

Трутовые грибы

Трутовые грибы

Трутовые грибы

Трутовые грибы

Мучнистая роса

Рак морозобойный

Рак ступенчатый

Шютте сосны

Паутинный клещ

Четырехногий клещ

Тля

Листоеды

Трупковерт тополевый

Ивовая пенница