Исследовательские проекты

«Дачный участок как экосистема».

Колесниченко Анна Николаевна

Россия, Краснодарский край, станица Павловская, средняя школа № 3, 9 класс

Научный руководитель: Курилова Елизавета Григорьевна, учитель МБОУ СОШ № 3.

ВВЕДЕНИЕ

        Актуальность темы. С каждым годом растет число пригородных дачных участков. Постепенно осваивая природное пространство, искусственные ландшафты вытесняют участки естественных экосистем. Проработанная мною многочисленная литература по ведению садово-огородного хозяйства содержит в основном информацию аграрного характера: как вырастить урожай овощей или фруктов.  

        Какова устойчивость дачного участка, как искусственного биоценоза? Как влияет характер растительности на структуру и плодородие почвы? Ответ на эти вопросы я решила найти сама, ведя в течение нескольких  лет наблюдения на своем участке.  (В этом году только начала свои наблюдения.)

        Кроме того, из литературных источников я узнала о проблеме потребительского отношения людей к природе, когда изымаются почвенные и растительные ресурсы без проведения мер по их восстановлению. И я поняла, чтобы природоохранные мероприятия были действительно эффективными, они должны основывать на глубоких биологических знаниях. Важно, чтобы каждый человек понимал проблемы окружающей среды, и осваивая ее для своей пользы,  наносил как можно меньше вреда.

        Цель работы - изучить на примере дачного участка структурные особенности искусственной экосистемы и оценить ее равновесный потенциал.

        Для достижения поставленной цели я решила следующие задачи:

        1) составить план-схему участка;

        2)определить тип почвы, характер увлажнения, степень комфортности климата для выращивания растений в летний период;

        3) определить видовой состав растительности участка и характер адаптации культурных и дикорастущих видов;

        4) определить видовой состав животного мира, обитающего на территории участка в летнее время;

        5) определить характер взаимоотношений между доминирующими организмами, входящими в состав экосистемы участка.

Схема исследования для решения проблемы

1. Дикорастущие травы / Насекомые

↓

                                      Враги»              ←          ?        →        «Союзники»

                                 Сорняки                                        Нектароносы

↓

Определение рода, вида

↓

Решение

(оставить / уничтожить)

↓

Меры

(поддержание/ борьба)

  Практический выход своего исследования я вижу в разработке многолетнего перспективного плана рационального освоения и использования  своего участка.

1. Надорганизменные уровни организации жизни   (Литературный обзор).

        Разнообразие живого на Земле велико. Для понимания взаимосвязи всех форм проявления жизни современные ученые применяют систему уровней организации живой материи. Так, сходные по строению и физиологии особи образуют вид. Представители любого вида, обитающие группами на изолированной территории, образуют популяции. Популяции разных видов, имеющих общее местообитание и взаимодействующих между собой, объединяются в биоценозы. Это надорганизменные уровни организации жизни [Захаров, Сонин, 2000].

1.1. Биоценоз и экосистема

        Понятие «биоценоз» было предложено в 1877 г. немецким зоологом       К. Мебиусом. Он изучал строение устричных банок и пришел к выводу, что каждая из них представляет собой сообщество тесно взаимосвязанных живых существ [Алексеев, 1999].

        Это сообщество разных видов микроорганизмов, растений и животных, заселяющих определенные места обитания и поддерживающие биогенный круговорот веществ (основная функция биоценоза). Биоценоз развивается и функционирует в тесной связи с окружающей средой – атмосферой, гидросферой, литосферой, почвой.

        Основной принцип устойчивости экосистем – круговорот вещества, поддерживаемый потоками энергии. Он обеспечивает бесконечное существование жизни на Земле. По этому принципу функционируют и созданные человеком искусственные экосистемы – парки, сельскохозяйственные угодья, пруды и пр.

Экосистема динамична. Внутри нее постоянно происходят изменения  состояния и соотношения основных компонентов. Различают суточную, сезонную и многолетнюю динамику экосистемы.

Суточная динамика заключается в том, что разные группы организмов различны по активности в разное время суток. Одни активны в ночное время, другие – днем.

Сезонная динамика выражается в изменении не только активности видов в разные сезоны года, но и в изменении количественного соотношения видов, что связано с   циклами их размножения, сезонными миграциями.

Многолетняя динамика экосистемы зависит от изменений комплекса абиотических и биотических факторов [Алексеев,2000].

1.2. Биотоп и биогеоценоз

        Кроме перечисленных выше уровней организации живой материи, отдельно выделяют экологическое понятие - «биотоп». Это пространство с более или менее однородными условиями, заселенное тем или иным сообществом организмов. Любой биоценоз образует с биотопом целостность, единство, биологическую систему более высокого ранга – биогеоценоз. В природе различают биогеоценозы разного масштаба. Это  моховая кочка, луг, болото и др. [Алексеев, 1999].

        Биогеоценозы отличаются друг от друга не только качеством видового состава живых организмов, но и видовой численностью. Так, самые богатые видами тропические леса. Кроме того, виды, входящие в биоценоз, не равноценны по численности. Одни из них массовые, другие малочисленные, третьи совсем редкие. Наиболее массовые виды биоценоза определяют как доминантные. Некоторые доминанты выполняют средообразующую функцию, чем сильно влияют на условия жизни других видов. Малочисленные виды составляют резерв сообщества. Численное соотношение видов создает видовую структуру биоценоза [Чернова, 2000].

                Члены биоценоза связаны между собой прямыми или косвенными пищевыми связями. Между ними постоянно происходит борьба за существование. Это регуляторный природный механизм, иначе неограниченное размножение видов на ограниченных запасах жизненных ресурсов привело бы к катастрофе.

        В процессе борьбы за существование происходит естественный отбор организмов, в результате которого выживают особи с полезными для данного биотопа признаками. Таким образом, из поколения в поколение виды изменяются в направлении большей приспособленности к условиям среды [Захаров, Сонин, 2000].

1.3. Трофические взаимодействия организмов

Все организмы экосистемы связаны в трофическую цепь или сеть питания, где подразделяются на продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты – это организмы-автотрофы, синтезирующие органическое вещество из неорганических соединений. Прежде всего, это зеленые растения нашей планеты.

Консументы – организмы-гетеротрофы, потребляющие органические вещества, создаваемые продуцентами. К ним относятся животные, большинство микроорганизмов и насекомоядные растения.

Редуценты – организмы, разлагающие органические вещества в неорганические, усваиваемые другими организмами. Это микроорганизмы, почвенные животные  [Дедю, 1990].

Зеленые растения занимают первый трофический уровень, травоядные – второй, первичные хищники, поедающие травоядных животных – третий, вторичные хищники – четвертый.

        Совокупность этих факторов, сложившихся в процессе эволюции, обеспечивает устойчивость систем, их гомеостаз. За меру стабильности систем принимают их видовое разнообразие – чем оно выше, тем надежнее поддерживается экологическое равновесие [Гиляров и др. 1986].

1.4. Организация агробиоценозов

«Если дикая природа отступает, - писал Ч. Элтон, - мы должны научиться передавать часть ее стойкости и богатства ландшафтам тех земель, с которых снимаем наши урожаи».

В искусственно созданных человеком биотопах (агроценозах) действуют те же законы, что и в естественных экосистемах. Только агроценозы уступают по разнообразию видов и основной механизм их существования – искусственный отбор.

Отдельный организм или группа одинаковых организмов (вид, популяция) в процессе жизнедеятельности ухудшают условия своего обитания. Поддержание жизненных условий и даже их улучшение можно достичь разнообразием организмов (видов) с разным типом обмена веществ [Шилов, 1997].

Доминантами искусственного сообщества являются культурные растения. Большинство из них не могут самостоятельно воспроизводиться и длительное время противостоять конкурентам и вредителям. Агроценозы поддерживаются человеком посредством больших затрат энергии (мускульной энергии людей и животных, связанной энергии удобрений, затрат на дополнительный полив).

     Занимаясь борьбой с сорняками и вредителями культурных растений нужно помнить про «эффект бумеранга». В современном сельском хозяйстве в изобилии применяют разнообразные химические средства защиты растений – пестициды. Большинство пестицидов не обладает избирательным действием и подавляет не только те виды, против которых применяются, но и их естественных паразитов и хищников. Нарушаются естественные регуляторные связи. Выжившие вредители дают новую, еще более высокую вспышку численности. Из этого положения есть только один выход – регуляция в агроценозах численности определенных видов. Так, если в цепи питания «растение – растительноядное насекомое – паразит», усилить последнее звено, то это приведет к сохранению урожая [Чернова, 2000].

      Таким образом, агроценозы - это новая экосистема, возникшая на технологической основе и существующая по экологическим законам. Задача сознательного управления экосистемой с целью повышения продуктивности, проектирование и конструирование устойчивых антропогенных ландшафтов различного целевого назначения актуальна и значима на сегодняшний день.

2. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

2.1.Состав растительности дачного участка

        Целевое назначение участка – выращивание плодово-ягодных растений (кустарники), травянистых однолетних и многолетних культур (овощи), фруктовых деревьев. Их состав остается постоянным, ежегодно меняется только схема посадки овощей.

        Хотя участок ухожен, по всей его территории растут сорняки. Прежде чем заняться простым искоренением этих растений я решила определить их название и прочитать о биологии определенных видов.

        Количество сорняков разных видов зависит от того, насколько они мешают росту целевых культур, от мер борьбы с ними, а также от вносимого в почву удобрения, например, навоза. Так, растения семейства бобовых и злаков структурируют верхний слой почвы и не растут сплошным ковром, вытесняя посадки. А вот осот или одуванчики «пригревают» на своих корнях личинок жуков щелкунов проволочников, которые сильно поражают клубни картофеля. Эти растения мы стараемся удалять с корнем, а затем закладываем их в компостную кучу.

        После внесения в почву в качестве удобрения кроличьего помета на грядах в большом количестве появились новые сорные виды: клевер луговой, клевер ползучий и др. На малом пространстве грядки они начинают вытеснять культурные корнеплоды – морковь, свеклу – за счет большей скорости роста надземной части и густой корневой сетки. Их удаляем с корнем и также отправляем на образование биомассы в компосте.

        На своем участке я выделила две основные группы растений: культурные и дикорастущие. Как показали результаты определения дикорастущие растения представлены следующими семействами: злаки, сложноцветные, бобовые. Это доминантные группы. Валериановые, гречишные, губоцветные, подорожниковые имеют подчиненное значение.

        К семейству бобовых принадлежало 9 определенных мною видов:  клевер луговой, клевер люпиновый, клевер ползучий, клевер седой, люпин многолистный, люцерна серповидная, донник лекарственный,  горошек посевной, горошек мышиный. 9 видов оказались из семейства сложноцветных: ,  девясил высокий, тысячелистник обыкновенный, ромашка пахучая, пижма обыкновенная, полынь горькая, полынь обыкновенная, лопух войлочный,  бодяк полевой, осот полевой. Из семейства злаков я определила 4 вида:, мятлик луговой, лирохвост луговой,  пырей гребневидный, осока пузырчатая.

        Из семейства губоцветных – 6 видов: душица обыкновенная, иссоп меловой, мята длиннолистая, мята полевая, шандра обыкновенная, змееголовник тычиночноцветковый. Гораздо меньше растений я встретила из семейств: гречишных – 3 вида:, щавель курчавый, щавель конский, щавель пирамидный;        крестоцветных - 4 вида: пастушья сумка, ярутка полевая, гулявник лекарственный, сурепка обыкновенная; валериановых - 2 вида: валериана возвышенная, валериана липолистная;  подорожниковых - 2 вида: подорожник ланцентный, подорожник большой.

        Таким образом, я определила 39 видов травянистых дикорастущих растений, принадлежащих к 9 семействам. Некоторые из них представлены на фотографиях (приложение). Так как за этим состав я наблюдала первый год,  не могу точно сказать, эти  растения  являются постоянными элементами биоценоза дачного участка, или нет.

3. 2. Животные, обитающие на участке

        Поскольку территория дачного участка не очень большая, оседлых животных здесь мало. Наибольшее количество летних видов характерно для группы насекомых. Почему насекомые преобладают на участке? Во – первых, присутствие человека отпугивает птиц, грызунов и других позвоночных животных, обитающих в окрестностях участка. Во вторых – мы не используем ядохимикаты. Мы стараемся применять биологические и механические методы борьбы с нежелательными насекомыми.         В третьих, большое количество разнообразных растений является естественной средой для их обитания.

        На участке представлены разные жизненные формы растений: деревья, кустарники, травы. Они образуют ярусы, что создает условия для проживания разных животных. У каждого растения есть своя «свита». С разведением яблони появилась яблонная плодожорка; на сирени – шпанская мушка; на картофеле – колорадский жук; на морковнике – итальянский клоп; на хрене – рапсовый жук. Появились и естественные враги этих насекомых.

        Я заметила, что культурные растения сильнее поражаются насекомыми, чем их дикорастущие родственники. Например, только на деляне с картофелем я обнаружил 6 видов насекомых, среди которых есть и вредители. Это коровка семиточечная, клоп степной, тля крушинная, цикадка, колорадский жук, жужелица медная. Кроме картофеля колорадский жук обитает и на близкородственных картофелю растениях, например баклажанах. Картофель и баклажан относятся к одному семейству – пасленовых.

        За летнее время своего наблюдения на участке я встретила виды из 48 семейств животных. Самое большое число было из класса насекомых –15 семейств.

        Постоянные обитатели моего участка – дождевые черви, улитки  (моллюски), слизни. На участке довольно много укрытий, под которыми они прячутся. С одной стороны они наносят вред урожаю, с другой являются редуцентами, поддерживая круговорот веществ в саду.

        Важную роль в поддержке равновесия в экосистеме участка играют позвоночные млекопитающие и птицы. Они редко гнездятся в саду, только в зарослях сирени. Они едят семена и плоды черемухи, рябины, ловят насекомых. Птиц мы стараемся привлекать, делая кормушки. Как я заметила, чаще других на кормушки прилетают воробьи,. Но все же они редкие гости. Судя по пению птиц, их достаточно много в округе, но видовое разнообразие не велико.

        На влажных, затененных участках около ручья живут жабы, лягушки, ужи. В самом ручье много дафний, личинок комаров.

3.3 Оценка уровня  антропогенного воздействия.

       Мои наблюдения показали, что если меня ( с моей семьей) не бывает на участке в течение недели, то почва покрывается сорняками, и они начинают вытеснять культурные растения. Таким образом, можно сделать вывод, что биотоп дачного участка может существовать только при поддержке и контроле человека.

      В течение года на участке выпадают осадки в виде дождя, снега, росы, тумана, инея, града. Я заметила, что в осадках присутствуют посторонние компоненты. Так, я провела простой опыт со снегом: я растопила немного снега, и определила его кислотность с помощью лакмусового индикатора. рН оказалась 5,5. Была взята также проба на содержание примесей: на первый взгляд снег оказался совершенно чистым, однако когда он растаял, и я пропустил воду через бумажный фильтр, на нем оказалось большое количество сажи. Возможно, я обнаружила сажу потому, что дачники отапливают свои дома углем. Летом я аналогичным способом оценила чистоту дождевой воды. Примесей в ней оказалось гораздо меньше.

       Для уничтожения своих пищевых конкурентов – насекомых, грызунов, люди пользуются ядохимикатами. На своем участке мы  в течение нескольких лет старались не использовать пестициды. Вместо них применяем  биологические и механические способы борьбы с вредителями. Среди земляники высаживаю чеснок, среди капусты бархатцы. Эти растения богаты фитонцидами, которые отпугивают насекомых. Кроме того, мы  обрабатываем  растения настоями пижмы, ботвы томатов, махорки. Гряды посыпаем золой, вредителей и их личинок собираем  вручную.

        Часть органических отходов (пищевые продукты, сорные растения, ботву) использую для биокомпоста. Перегной вносим  под культуры. Таким образом, в почву возвращается часть веществ, которые мы  забираем  с урожаем . Отходы за пределы участка не выбрасываем.

        Таким образом, я считаю, что мой дачный участок может служить примером бережливого, и в какой – то мере экологически  грамотного подхода к организации хозяйства.

Выводы

       Для того чтобы создать на своем участке более менее устойчивую экосистему, в первую очередь нужно понимать, что нельзя полностью уничтожать какие бы то ни было виды насекомых или растений. Исчезновение вредителя приведет к гибели полезных насекомых, которые им питаются. Но вредитель вскоре вновь расплодится, а вот его враг оправится не скоро. Поэтому на даче нужно выделить участки для среды обитания полезных насекомых. Посадив на участке ягодные кусты, вы привлечете птиц, которые уничтожают вредителей.

Залог устойчивой экосистемы – здоровые растения. Для того чтобы этого добиться, необходимо улучшить качество почвы. Правильно вскопать, не нарушая и не перемешивая слои почвы, внести компост и необходимые минеральные удобрения для данного растения. Нужно учитывать, что каждое растение потребляет из почвы определенные, необходимые именно ему вещества, а некоторые растения, например бобовые, наоборот, обогащают почву. Поэтому очень важно соблюдать севооборот.

       Сформировать экологическую культуру каждый должен сам в себе. Каждый должен понимать и осознавать последствия вмешательства человека в экосистему. Человек должен уважительно относиться к природе и её законам, соблюдать их и главное минимизировать его негативное влияние на окружающую среду.

Литература.

Миллер Т. Жизнь в окружающей среде. Т. 1. М.: Прогресс, 1993

Сергеев В. Азбука садовода. М.: Агропромиздат, 1989.

Захаров, Сонин, 2000   М. Дрофа

Чернова, 2000  М.: Агропромиздат