Самые интересные работы первой Лесной олимпиады в Московском регионе

Номинация: Кот ученый

«Эфемероиды как показатель состояния экосистемы»

Автор: Быстрова Вероника, 11кл. Зобкова Анастасия, 8 кл. Растунцева Татьяна,8 кл. школы № 3, г. Пущино.
Руководитель: Зеленская Надежда Николаевна — канд. геогр. наук, науч. сотр. ИФПБ, Соколова Виктория Викторовна — канд. пед. наук, учитель школы №3

Организация: Школа № 3, г. Пущино

Резюме

В работе было исследовано состояние широколиственного леса, находящегося вблизи г. Пущино и испытывающего сильную антропогенную нагрузку. В качестве показателя устойчивости фитоценоза использовали видовое разнообразие растений — эфемероидов, а также редких раннецветущих травянистых растений. Из литературных источников известно, что в окрестностях Пущино произрастает 12 видов эфемероидов. Нами было обнаружено 5 видов эфемероидов и 6 видов редких растений. Изучая видовой состав и обилие этих растений, мы пришли к выводу о незначительных нарушениях и пока ещё благоприятном состоянии лесного сообщества.

Актуальность темы

Эфемероиды — многолетние травянистые растения, надземные органы которых развиваются с осени до весны и летом отмирают, а подземные (луковицы, клубни) сохраняются несколько лет. Они характерны для степей, полупустынь, а также для широколиственных лесов (виды пролески, анемоны, хохлатки). Зацветают эфемероиды ранней весной ещё до распускания листьев на деревьях. Эфемероиды можно использовать как индикаторы устойчивости и благополучия экосистемы. Если эти растения имеют полноценный жизненный цикл — цветут и плодоносят — значит, такая экосистема довольно устойчивая.

Цель работы

Определить с помощью разнообразия эфемероидов состояние широколиственного леса в ближайших окрестностях г. Пущино.

Задачи работы:

• научиться определять раннецветущие растения, используя разнообразные атласы, справочники, определители;
• исследовать видовое разнообразие эфемероидов, произрастающих в широколиственном лесе вблизи г. Пущино;
• исследовать видовое разнообразие редких раннецветущих растений, произрастающих в непосредственной близости от города;
• сделать вывод о состоянии фитоценоза в связи с антропогенной нагрузкой;
• сравнить полученные данные с опубликованными ранее в научной литературе.

Методика оценки состояния растительности

Для оценки состояния растительности на определённой территории выбирают пробные площадки размером 5х5 м для луга и 10х10 м для леса в количестве 5 (3) штук для каждого участка, подлежащего оценке. Такое количество пробных площадок необходимо для того, чтобы уменьшить ошибку пестроты растительного покрова, усреднить показатели общего состояния растительности. Лучшим временем для проведения наблюдений по оценке растительности считается середина лета (июнь-июль), когда большая часть растений цветёт и легко узнаваема. Наблюдения за раннецветущими растениями следует проводить в апреле — мае.

Основными показателями для оценки состояния растительности являются следующие: Для лесных экосистем — видовой состав леса (формула леса), высота и диаметр стволов каждого вида деревьев на уровне груди человека, степень сомкнутости крон деревьев, общее количество стволов на пробной площадке, количество экземпляров подроста, его видовой состав и жизненное состояние. Для травянистых экосистем — видовой состав сообщества и обилие каждого вида, его проективное покрытие, средняя высота, фенологическая фаза, жизненное состояние.

Чтобы провести весь комплекс работ по оценке состояния растительности необходимо обладать минимальным объёмом знаний и навыков. Поэтому лучше всего заранее научиться пользоваться справочниками, атласами, определителями или выполнять эти работы под контролем учителя биологии, а также при консультации специалиста геоботаника.

По значимости в функционировании конкретного фитоценоза виды подразделяются на следующие категории: Эдификаторы — виды, определяющие среду обитания фитоценоза, его микроклимат. Чаще всего по эдификатору даётся название фитоценоза — дуб в дубраве, ель в ельнике, ковыль в степи и т. д.

Содоминанты — виды, преобладающие в фитоценозе, спутники эдификатора. Клён, липа, ясень в дубраве, типчак в ковыльной степи и т. д.

Доминанты — виды, преобладающие в травостое по обилию или проективному покрытию. Для оценки обилия каждого вида в фитоценозе используется шкала визуальной оценки, общепринятая в мировой практике геоботанических исследований:

• сор 3 — очень обильное число экземпляров
• сор 2 — обильно
• сор 1 — довольно обильно
• sp — много
• sol — немногочисленные экземпляры
• un — единичные экземпляры

Описание растительности производится на заранее подготовленных бланках, где обозначены обязательные показатели, характеризующие растительную ассоциацию. На основе анализа основных и второстепенных признаков дать оценку общего состояния фитоценоза. К числу признаков, характеризующих нормально вегетирующий ненарушенный фитоценоз можно отнести следующие: Все виды — эдификаторы в лесном фитоценозе и все виды — доминанты и содоминанты травянистого фитоценоза занимают первый ярус и проходят все фазы жизненного цикла: вегетация, цветение, плодоношение. Около 10-15 % содоминантов и до 25% сопутствующих видов могут не достигать фазы цветения. Признаки незначительных нарушений состояния фитоценоза следующие: Один или несколько видов — эдификаторов в лесных фитоценозах не проходят фазу цветения или плодоношения. Около 15-25% содоминантов не проходят фазу цветения. До 50% сопутствующих видов не проходит фазу цветения.

Все количественные показатели, превышающие упомянутые выше значения указывают на серьёзные нарушения растительного сообщества и должны вызвать сигнал тревоги. Объектом исследования явился широколиственный лес, пролегающий вблизи Пущинской усадьбы, деревни Пущино, Пущинского водопада и выходящий к берегу реки Оки. Этот лес подвержен наибольшей антропогенной нагрузке, т. к. является одним из излюбленных мест отдыха жителей.

Характеристика лесного фитоценоза.

Окрестности г. Пущино относятся к району широколиственных лесов, для которого наиболее типичными являются широколиственные леса с господством дуба, участием липы. Среди лесов нашего района в настоящее время по площади преобладают вторичные осинники на месте широколиственных лесов. На втором месте — широколиственные леса, главным образом липовые, и затем по мере уменьшения роли в растительном покрове — вторичные березняки, сосняки, заболоченные ольшаники и ивняки.

Среднерусская возвышенность, Заочье — древний очаг земледельческой культуры, поэтому от господствующих здесь в доагрикультурный период широколиственных лесов остались лишь небольшие участки. Процесс сведения лесов неуклонно продолжается и в настоящее время. В доагрикультурноый период исходными на водоразделах и склонах речных долин были широколиственные леса, главным образом дубово-липовые, с участием ясеня, вяза, клёна остролистного. В нашем районе, где широколиственные леса занимают ничтожную площадь и несут на себе следы неоднократного вмешательства человека, правильнее было бы рассматривать их как единую формацию. (Алексеев, Карпухина Прилепский, 1992).

Характерной особенностью формации дубово-липовых лесов является сравнительно лёгкое проникновение в её среду мелколиственных пород — осины и берёзы — даже при небольшом нарушении коренного древостоя. Более глубокие нарушения приводят к их значительной примеси, а ряд повторных рубок — к смене господствующего яруса на берёзу и осину.

Широколиственные леса образованы такими породами, как липа сердцевидная, дуб черешчатый с явным преобладанием липы и с участием деревьев клён остролистный, вяз гладкий, вяз шершавый, ясень. Во втором ярусе обычны яблоня лесная, рябина обыкновенная и гораздо реже и только в южных, повышенных частях района, клён равнинный. Подлесок состоит главным образом из лещины обыкновенной, бересклета бородавчатого, жимолости обыкновенной, часто к ним добавляются калина обыкновенная, кизил кроваво-красный, а в более влажных местах и черёмуха обыкновенная. По преобладанию под пологом леса отдельных видов травянистых растений можно судить о том, какие основные типы широколиственных лесов здесь были распространены ранее.

Состав травянистого покрова широколиственных лесов окрестностей г. Пущино довольно однороден — практически всюду встречаются осока волосистая, осока лесная, мятлик дубравный, зеленчук жёлтый, сныть обыкновенная, ветреница лютиковая, пролесник многолетний, медуница неясная, колокольчик широколиственный, колокольчик крапиволистный, копытень европейский, ландыш майский, щитовник мужской, щитовник шартрский, кочедыжник женский, дремлик широколистный. Растений — эфемероидов в наших лесах обнаружено 12 видов (Алексеев, Карпухина, Прилепский, 1992) Исследуемый нами лес в ближайших окрестностях г. Пущино (Пущинская усадьба, деревня Пущино, родник, Пущинский водопад, побережье реки Оки) соответствует приведенной выше характеристике.

Результаты исследований и их анализ

На первом этапе нашей работы мы решили изучить состояние широколиственного леса по видовому разнообразию эфемероидов и раннецветущих редких растений, которые можно использовать как индикаторы состояния фитоценоза. Мы выбрали маршрут следования, по ходу которого визуально отмечали обилие каждого вида растения, фотографировали с помощью фотоаппаратов — «мыльниц».

Нами было обнаружено 5 видов эфемероидов, достигших фазы цветения, т. е. имеющих полный жизненный цикл, а также 6 видов редких раннецветущих растений, которые могут также служить показателем состояния лесного сообщества:

1 — Ветреница лютиковая (Anemone ranunculoides) — эфемероид. Высота растения 8-25 см. Очень обыкновенна по лесам, кустарникам, опушкам, тенистым оврагам. Цветёт в апреле — мае. Околоцветник обычно из 5, реже из 6-8 листочков жёлтого цвета. В наших лесах встречается часто. На нашем маршруте мы встречали ветреницу в виде куртинок в затемнённых местах под кронами деревьев.

2 — Хохлатка плотная (Corydalis solida) — эфемероид. Высота растения 15-30 см. Растёт в лесах, кустарниках и оврагах, на богатой перегноем почве. Цветёт в апреле — мае. Растение с плотными толстыми клубнями, которые служат вместилищем запасных питательных веществ. Надземные побеги способны к подснежному росту; в течение зимы и ранней весны под толщей снегового покрова на них окончательно формируются заложившиеся ещё с осени листья и цветки. Нижний лист чешуевидный, цветки крупные. В окрестностях г. Пущино встречается в виде отдельных куртиночек, нередко.

3 — Чистяк весенний (Ficaria verna) — эфемероид. Высота 8-20 см. Растёт на богатой почве по оврагам, сырым лесам, берегам ручьёв, у ключей. Цветёт очень рано — в апреле — мае. Чистяк относится к числу так называемых«подснежников». В феврале — марте легко можно наблюдать энергичный рост молодых жёлтых побегов под толщей снегового покрова. В цветках чистяка имеется 3 чашелистика, 6-14 удлинённых ярко-жёлтых лепестков. В наших лесах мы встретили его в виде обильных куртинок. Особенно много было чистяка в районе Пущинского водопада по дороге к р. Оке.

4 — Вероника весенняя (Veronica verna) — эфемероид. Высота растения 10-40 см. В окрестностях нашего города встречается часто, преимущественно на опушках лесов, а также на лугах, пустырях и полях. Мы обнаружили веронику весеннюю на опушке леса вблизи от деревни Пущино и Пущинской усадьбы.

5 — Гусиный лук жёлтый (Gagea lutea) — эфемероид. Высота 10-25 см. Обыкновенное растение, встречающееся на богатой перегноем почве по лесам, кустарникам, оврагам. Цветёт в апреле — мае. В глубине почвы скрыта небольшая яйцевидная луковица, от которой отходит один широколинейный лист и тонкий стебель, оканчивающийся рыхлым зонтиком цветов. Гусиный лук относится к числу«подснежников»: его цветки закладываются ещё с осени, а в течение зимы происходит окончательное формирование и рост побегов. В нашем исследовании мы его встречали в зарослях кустарников, нечасто.

6 — Лютик кашубский (Ranunculus cassubicus) — редкое растение. Высота 20-60 см. Встречается в тенистых, преимущественно дубовых и липовых лесах. Цветёт в мае. Имеет очень крупные, обычно одиночные округло-почковидные прикорневые листья, стеблевые листья ланцетные или ромбически-ланцетные. Мы встретили отдельные экземпляры, произрастающие на солнечных полянках и опушках леса.

7 — Петров крест чешуйчатый (Lathraea squamaria) — редкое растение. Высота 8-25 см. Растёт в лиственных лесах и кустарниках, встречается нередко. Цветёт в апреле — мае. Растение лишено зелёной окраски и ведёт паразитический образ жизни. Чаще всего петров крест паразитирует на орешнике, осине, липе, ольхе. Большую часть своей жизни он проводит под землёй. Только ранней весной появляются его недолговечные цветоносные побеги. В изучаемом фитоценозе петров крест мы обнаружили во влажных оврагах вблизи Пущинского водопада. Встречается изредка.

8 — Селезёночник очереднолистный (Chrysosplenium alternifolium) — редкое растение. Высота 5-15 см. Часто встречается по сырым местам у ручьёв и ключей, по окраинам болот, берегам водоёмов. Цветёт с апреля до начала июня. Прикорневые листья с длинными черешками. Верхние листья зеленовато-жёлтые, собраны под соцветием в виде розетки и окружают многочисленные мелкие жёлтые цветки. На нашем рабочем маршруте мы встретили селезёночник вблизи ручьёв и водопада, родника. Нечасто.

9 — Первоцвет весенний (Primula veris) — редкое растение. Высота 10-35 см. Обыкновенен по опушкам, кустарникам, светлым лесам, склонам холмов, лугам. Цветёт с апреля до июня. Морщинистые сизоватые листья с крылатыми черешками собраны в розетку. Безлистный цветущий стебель несёт на вершин зонтик из нескольких поникших в одну сторону цветов. На маршруте нашего следования мы часто встречали в солнечных местах куртины примулы, а также, к сожалению, выброшенные отдыхающими жителями букеты этих растений. (см. фотографию) 10 — Звездчатка дубравная (Stellaria nemorum) — редкое растение. Высота 30-70 см. Обыкновенное растение тенистых сырых лесов и оврагов, где нередко образует целые заросли. Цветёт с мая по июль. Стебель слабый, приподнимающийся, в верхней части густо опушён простыми и железистыми волосками. Листья крупные, яйцевидные, заострённые. Соцветие очень рыхлое. Лепестки вдвое длиннее чашелистиков, почти до основания раздвоенные. Звездчатку мы встречали часто, в виде небольших зарослей под кронами деревьев.

11 — Медуница неясная (Pulmonaria obscura) — редкое растение. Высота 10-30 см. Очень обыкновенна, растёт преимущественно по лиственным лесам, рощам, опушкам, оврагам. Цветёт с апреля до начала июня. Корневище толстое, горизонтальное, ветвистое. Надземные побеги живут два года. В первый год образуется розетка крупных яйцевидных заострённых листьев с длинными черешками, а весной следующего года развивается цветоносный стебель с гораздо более мелкими листьями. Цветок правильный. Чашечка колокольчатая. Венчик с длинной трубкой и воронковидным отгибом; сначала он розовый, а у более старых цветков синеет. В одном соцветии встречаются цветки разной окраски. Мы встречали медуницу часто, и в лесу — на полянках, опушках, — и в лесных оврагах. Медуница — одно из самых собираемых в букеты ранневесенних растений.

В исследованиях Алексеева с соавтор. (1992) в растительном покрове окрестностей г. Пущино были обнаружены следующие эфемероиды: Адокса мускусная (Adoxa moschatellina), песчанка тимьянолистная (Arenaria serpyllifolia), кардария крупковая (Cardaria draba), хохлатка Маршалла (Corydalis marschalliana), веснянка весенняя (Erophila verna), чистяк степной (Ficaria stepporum), гусиный лук краснеющий (Gagea erubescens), гусиный лук малый (Gagea minima), причём среди них песчанка тимьянолистная и кардария крупковая, хохлатка Маршалла считаются редкими растениями. Таким образом, при сравнении полученных нами и опубликованных ранее (1992) данных следует, что почти половина видов эфемероидов были зафиксированы в нашем исследовании. Кроме того, были обнаружены 6 видов редких раннецветущих растений, которые являются типичными доминантами широколиственных лесов (медуница, примула, звездчатка, петров крест и т. д.).

Заключение

Исходя из полученных данных и используя шкалу визуальных наблюдений, мы можем прийти к следующему выводу: изученный нами широколиственный лес, находящийся в непосредственной близости от города и подвергающийся наибольшей рекреационной нагрузке, характеризуется как пока ещё незначительно нарушенный фитоценоз.

В дальнейшем мы планируем более подробное изучение видового состава, жизненного состояния не только травянистых растений, но и деревьев, кустарников с помощью пробных площадок, изучения степени сомкнутости крон, высоты и диаметра стволов и т. д. Кроме того, в качестве наглядного материала мы составим гербарий цветковых лесных растений, листьев деревьев и кустарников, используя современные компьютерные технологии.

После более детального исследования выбранного нами лесного сообщества мы планируем опубликовать данные в местной газете«Пущинская среда», а также обращение к жителям и Администрации г. Пущино.

Литература

1. Аблеева В.А., Литкенс Е.С., Зеленская Н.Н., Розанов С.И., Керженцев А.С., Снакин В.В. Экологические тесты для общественного экологического мониторинга — Окский экоцентр, Пущино, 1998
2. Алексеев Ю.Е., Карпухина Е.А., Прилепский Н.Г. Растительный покров окрестностей Пущино — МГУ, Пущинский научный центр, Пущино, 1992
3. Ассеева Т.В., Тихомиров В.Н. Школьный ботанический атлас — Просвещение, М., 1964
4. Лесные травянистые растения. Биология и охрана: Справочник / Алексеев Ю.Е.,Вахрамеева М.Г., Денисова Л.В., Никитина С.В. — М.: Агропромиздат, 1988