Изучение динамики численности эфемероидов дубравы урочища «Осиновое» под воздействием антропогенного фактора

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Глинновская средняя общеобразовательная школа

Новооскольского района Белгородской области»

Изучение динамики численности эфемероидов дубравы

урочища «Осиновое» под воздействием антропогенного фактора

        Выполнила: Шуваева Мария Владимировна, 9 класс

Руководитель: Комиссарова Светлана Петровна,

учитель биологии МБОУ «Глинновская СОШ»

с.Глинное, 2018.

Содержание

Введение………………………………………………………………………………….3 стр.

1 Обзор литературы………………………………………………………………..……...4

2. Методика исследования………………………………………………………….…….6

3. Результаты исследования……………………………………………………….……..7

3.1. Результаты выявления видового состава………………………………….………..7

3.2. Результаты геоботанических описаний……………………………….……………7

3.3. Изучение биологических характеристик эфемероидов……………….…………..10

3.4. Анализ обилия и встречаемости видов……………………………………….…....11

3.5. Результаты фенологических наблюдений…………………………….…………....11

3.6. Анализ динамики численности………………………………………….………….11

4. Выводы……………………………………………………………………….………...12

Список литературы…………………………………………………................................13

Приложение…………………………………………………………................................14

Введение

На Земле тысячи, десятки тысяч цветущих растений, и у каждого цветка свое назначение, свой характер, своя история. Человеку не хватит, наверное, всей жизни на то, чтобы познать сокровенные тайны волшебного царства Флоры и ее маленькой части – раннецветущих растений, первенцев весны.

Разгар весны в нашей местности продолжается с середины апреля до первой половины мая. В этот период можно увидеть самые разнообразные природные явления, к тому же в средней полосе России все процессы идут настолько быстро, что многие из них можно проследить в динамике, от начала до конца. Весной чрезвычайно полно выявляется экологическое разнообразие сообществ, а некоторые группы организмов только в весеннее время можно и наблюдать.

Особый интерес в нашей местности представляет такая экологическая группа растений, как дубравные эфемероиды. Примером их могут быть различные виды хохлаток, гусиный лук, пролеска сибирская, ветреница лютиковая, чистяк весенний. Их насчитывается в общей сложности до десятка видов. Цветки их имеют яркую красивую окраску – лиловую, голубую, желтую. Первыми у нас зацветают: голубые пролески, сиреневые хохлатки, желтый гусиный лук и чистяк, ветреница. Все эти растения необычайно хороши и после долгих черно-белых красок зимы они радуют нас своим цветением.

Когда таких растений много и все они цветут, получается пестрый красочный ковер. Цветут они недолго. И если придешь в лес в начале лета, их просто не найдешь.

Но последнее время мы все чаще замечаем, как быстро скудеют видами леса вблизи наших сел и городов.

Проблема состоит в том, что истребление раннецветущих растений людьми в период их недолгого цветения привело к резкому сокращению численности эфемероидов дубравы.

Актуальность работы вытекает из необходимости сохранения ареалов и численности раннецветущих растений.

Цель исследования: изучение динамики численности эфемероидов урочища «Осиновое».

Задачи: 1. Выявить видовой состав эфемероидов дубравы.

2. Дать биологическую характеристику отдельным видам.

3. Провести фенологические наблюдения за жизненным циклом раннецветущих растений.

4. Проанализировать обилие и встречаемость видов эфемероидных растений дубравы.

5. Проследить динамику численности первоцветов.

6. Проанализировать причины сокращения численности эфемероидов исследуемых популяций.

Объект исследования: эфемероиды дубравы.

Предмет исследования: динамика численности популяций эфемероидов.

Гипотеза: возможно, причиной сокращения численности первоцветов являются особенности их жизненного цикла и варварское отношение к ним человека.

Сроки проведения исследования: апрель-май 2017 и 2018 г.

Место проведения исследования: урочище Осиновое, расположенное на территории Глинновского сельского поселения Новооскольского района, Белгородской области.

1. Обзор литературы

Эфемероиды (ephemeroida) – многолетние травянистые растения, для которых характерна осенне-зимне-весенняя вегетация. Цветут рано весной. Летом надземные побеги полностью отмирают, остаются лишь подземные запасающие органы с почками - луковицы, клубни, корневища [3].

Время активной вегетации этих растений приходится на тот период, когда еще не распустилась основная масса листьев на листопадных деревьях и кустарниках и потому в этот период эфемероиды могут в полной мере ловить солнце. Позднее сделать это им было бы очень трудно. Все эфемероиды вегетируют (распускают листья) ранней весной, цветут они либо ранней весной, либо поздней осенью. Подобные стратегии выживания в условиях дефицита влаги, тепла и света в окружающей среде свойственны нескольким группам растений: это эфемеры и эфемероиды [6].

Для большинства эфемероидов характерно подснежное развитие, т. е. они являются «подснежниками». Используя питательные вещества, накопленные в луковицах и клубнях, они медленно развиваются под снегом, а с началом снеготаяния выбрасывают цветоносы. Листья появляются позже, так как для их развития и фотосинтетической деятельности требуются более высокие температуры. Эфемероиды сравнительно легко переносят заморозки [4].

Цветки эфемероидов всегда крупные, до нескольких сантиметров в диаметре, и яркие: желтые, фиолетовые, красные. Такие цветки хорошо заметны на большом расстоянии. Вряд ли найдется человек, который никогда не собирал первоцветов. Их яркие венчики видны издалека. Это приспособление для привлечения насекомых-опылителей [7].

Жизнь каждого цветка недолговечна и не каждый из них образует семена. Капризная весенняя погода держит в плену насекомых-опылителей.  Указывая некоторые особенности строения и развития эфемероидов, необходимо выделить те, которые связаны с вопросами охраны природы. В первую очередь это касается биологии возобновления видов. Луковицы и клубни являются не только местом отложения питательных веществ «про запас», но и органами естественного возобновления и вегетативного размножения. Каждый весенний букет - определенное число уничтоженных экземпляров данной популяции. Если бы не вегетативное размножение, то многие виды давно исчезли бы с нашей земли. Вегетативное размножение осуществляется другими луковичками, которые формируются рядом с материнской луковицей. Период вегетативного размножения продолжается несколько лет (до 10 и более). Такой же период развития от семени до первого цветения. Таким образом, развитие эфемероидов осуществляется очень медленно, поэтому мы не каждый год видим обильное цветение первоцветов. Каждый должен помнить, что, срывая цветок ради эмоционального удовлетворения, он наносит непоправимый ущерб природе [3].

Эфемероиды – многолетние растения, их органы являются одновременно и запасающими органами, накапливающими воду и питательные вещества. Клубни и корневища многих эфемероидов, наполненные влагой, во многих случаях похожи на стебли суккулентов. Не удивительно, что на основании этого многие эфемероиды причисляют к группе суккулентов [11].

За короткий вегетационный период, да еще и при прохладной весенней погоде, нельзя накопить большое количество питательных веществ, необходимых для развития высоких и мощных стеблей и крупных листьев. Поэтому все эфемероиды имеют небольшие размеры. После вегетационного периода перед этими растениями встаёт ещё одна проблема - распространение семян. Для этого они «пользуются услугами» почвенных насекомых, и в первую очередь - муравьёв. На плодиках или семенах у этих растений образуются особые мясистые придатки, богатые маслом. Эти придатки называются элайосомами (от греч. Elaion - масло, и soma - тело) и служат для привлечений муравьёв. У хохлатки, например, элайосома выглядит белой шишечкой на чёрном гладком семени. Сами же растения, распространяющие свои семена при помощи муравьёв, называются 10 мирмекохорами. Плоды и семена эфемероидов созревают обычно в начале лета, когда муравьи особенно активны. Они растаскивают семена по своим гнёздам, теряя часть их по дороге. Мирмекохоры, как правило, имеют низкорослые, слабые или полегающие стебли, что облегчает доступ муравьёв к семенам и плодам [4].

В составе напочвенного покрова некоторых участков лесов встречаются эфемероиды, характерные для широколиственных насаждений. Одним из самых устойчивых к уплотнению почвы является чистяк весенний. Ветреница лютиковая может сохраняться в значительном количестве в течение многих лет даже при значительном вытаптывании и уплотнении почвы. Относительной устойчивостью отличается и систематически близкая к ней ветреница дубравная. Хохлатки обычно произрастают только при достаточной влажности почвы. Гусиные луки, особенно малый, довольно быстро поселяются на нарушенных местах, но угнетаются густым напочвенным покровом. Иногда в очень густых насаждениях гусиный лук малый остается единственным представителем напочвенного покрова. Устойчивость таких обычных для лесов эфемероидных видов как ветреницы лютиковая и дубравная, чистяк, хохлатка плотная и гусиные луки подтверждается их широкой распространенностью под пологом лесов и искусственных насаждений.

Присутствие эфемероидов и других раноцветущих растений повышает эстетическую и рекреационную привлекательность ландшафтов, а также является элементом преобразования и реконструкции малоценных сообществ с целью направленного формирования экосистем, устойчивых к рекреационным воздействиям [5].

2. Методика исследования

1. Составление  списка флоры. Составление списка видов растений проводили на заранее намеченном маршруте, охватывающем разнообразные и контрастные место обитания, типичные для данной территории. Маршрут закладывали с использованием топографической карты. В каждом биотопе работа проводилась в следующем порядке:

- в полевом дневнике указывали номер точки;

- описывали особенности место обитания и особенности растительного сообщества (положение в рельефе, окружение точки);

-записывали перечень всех видов растений (Приложение 1, рис 1).

2. Геоботаническое описание площадок. Описание фитоценозов производили на пробных площадках, размеры которых 1*1. На них определяли видовой состав, учет абсолютной численности, обилие и встречаемость растений (Приложение 1, рис 2- 4).

3. Определение обилия растений. Обилие – это показатель, характеризующий количественную представленность вида в данной ассоциации. Эту характеристику мы оценивали визуально по заселению площадки представителями вида, для этого мы использовали шкалу Друде (Приложение 2, Таблица 1)

4. Определение встречаемости растений. Встречаемость – частота обнаружения растений каждого вида в фитоценозе. Эту характеристику мы оценивали визуально на пробных площадках (Приложение 2, Таблица 1).

5. Наблюдение за фенологическим состоянием эфемероидов. Наблюдение за фенологическим состоянием эфемероидов осуществляли с начала апреля до конца мая: определили сроки вегетации до цветения, бутонизацию, зацветание, полное цветение, отцветание, плодоношение, определили  сроки осыпания плодов и отмирание надземной части растений (Приложение 2. Таблица 2 )

3. Результаты исследования

3.1. Результаты выявления видового состава

В результате исследований в нашей дубраве выявлено 7 видов растений эфемероидов:

Семейство Дымянковые

1. Хохлатка плотная (Corydalis solida)

2. Хохлатка Маршалла (Corydalis marschalliana)

3. Пролеска сибирская (Scilla sibirika Andrews)

Семейство Лилейные

4. Гусиный лук желтый (Gagea lutea)

5. Гусиный лук низкий (Gágea mínima)

Семейство Лютиковые

6. Ветреница лютиковая (Anemone ranunculoides L)

7. Чистяк весенний (Ficária vérna).

3.2. Результаты геоботанических описаний

Пробные площадки заложили 1 апреля. Составили геоботанические описания площадок первоцветов в период массового цветения, которое пришлось на середину апреля (Приложение 1, рис 1- 3).

Геоботаническое описание площадки № 1

Дата: 01 апреля 2018г

Географическое положение: 500 м на юго-восток от села Глинное

Размер пробной площадки: 1 х1 м

Тип фитоценоза: дубрава

Характер насаждения: естественный

Окрестности: с северной стороны, в 4 м от урочища расположены пахотные поля Краснояружской зерновой кампании, которые с ранней весны  и в течении лета обрабатываются химическими препаратами, гербицидами, пестицидами и т.п.

Рельеф: склоновый характер поверхности 

Почвы: серые лесные

Увлажнение: среднее

Сомкнутость крон: 50%

Мёртвый покров – прошлогодняя трава и листовой опад мощностью 1-2 см

Аспект: голубой, вызванный массовым цветением Пролески сибирской

         Таблица 1

Из таблицы видно, что раннецветущая флора на площадке №1 состоит из нескольких видов. Доминирующим первоцветом является Пролеска сибирская. Имея диффузный характер распределения, она занимает проективное покрытие до 20% и обилие 18.

Геоботаническое описание площадки № 2

Дата: 01апреля 2018г.

Географическое положение: 550 м на юго – восток от с Глинное

Размер пробной площадки: 1 х1 м

Тип фитоценоза: дубрава

Характер насаждения: естественный

Окрестности: с южной стороны тропинка, вытоптанная крупным рогатым скотом (коровами) и овцами, а также местным населением, ведущая на пастбище.

Рельеф: склоновый характер поверхности

Почвы: серые лесные

Увлажнение: среднее.

Сомкнутость крон: 30%

Мёртвый покров – прошлогодняя трава и листовой опад мощностью 2-3 см

Аспект: голубой, вызванный массовым цветением Пролески сибирской

        Таблица 2

Из таблицы видно, что раннецветущая флора площадки №2 состоит из нескольких видов. Доминирующим первоцветом является Пролеска сибирская. Чаще других встречается Хохлатка плотная, очень редко Гусиный лук низкий. Отсутствует Хохлатка Маршалла и Гусиный лук желтый.

Геоботаническое описание площадки № 3

Дата: 01 апреля 2018г.

Географическое положение:  600 м на юго -восток от с Глинное

Размер пробной площадки: 1 х1 м

Тип фитоциноза: дубрава

Характер насаждения: естественный

Окрестности: с северной стороны  расположен овраг с пологими склонами.

Рельеф: склоновый характер поверхности

Почвы: чернозем типичный среднесмытый

Увлажнение: среднее

Сомкнутость крон: 60%

Мёртвый покров – прошлогодняя трава и листовой опад мощностью 1-3 см

Аспект: голубой, вызванный массовым цветением Пролески сибирской

        Таблица 3

Из таблицы видно, что раннецветущая флора площадки №3 состоит из всех представителей выявленных нами видов. Доминирующим первоцветом является Пролеска сибирская.

3.3. Изучение биологических характеристик эфемероидов

Определив виды растений на учётных площадках, мы с помощью литературы и интернет-ресурсов дали биологическую характеристику эфемероидам (Приложение 2, Таблица 3).

3.4. Анализ обилия и встречаемости видов

Обилие и встречаемость отдельных видов мы определяли в лесу на разном расстоянии от села: 500м и 600м. Мы выявили, что среди раннецветущих видов чаще всего можно встретить Пролеску Сибирскую и Хохлатку плотную, они встречаются часто, особей много, реже встречаются Ветреница лютиковая, Гусиные луки и очень редко – Хохлатка Маршалла. Обилие видов наблюдается на площадке №3, она удалена от села, с/х угодий, здесь редко бывают люди. Она находится на северном, пологом склоне оврага. Хорошо освещена солнцем (Приложение 2, Таблица 1).

3.5. Результаты фенологических наблюдений

Проведённые нами фенологические исследования показали, что эфемероиды имеют своеобразный ритм вегетации. Эфемероидные растения можно наблюдать только в весеннее время. Жизненный цикл у них очень короткий, в среднем 1,5 месяца, Период цветения составляет не более 10 дней, что делает их очень уязвимыми (Приложение 2, Таблица 2.).

3.6. Анализ динамики численности

Проследить динамику численности эфемероидов нам помогли данные исследований на пробных площадках весны 2017 года и весны 2018 года. Мы выяснили, что численность эфемероидов в этом году уменьшилась почти вдвое (Рис. 1.). Причиной этому послужил антропогенный фактор. Наличие рядом с/х угодий, на которых постоянно применяются гербициды, пестициды и ядохимикаты привело к снижению численности насекомых-опылителей, и, как следствие, к резкому снижению численности раннецветущих растений. Сточные воды с вредными веществами стекают с полей по склонам урочища, загрязняя почвы. Неограниченный сбор – все это повлияло на численность изученных нами эфемероидов (Приложение 2, Таблица 4.).

Рис. 1. Динамика численности отдельных видов эфемероидов

4. Выводы

Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. В дубраве урочища «Осиновое» встречается 7 видов эфемероидов.

2. У этих растений короткий жизненный цикл, он продолжался всего 1,5 месяца. Развиваются эфемероиды до начала вегетации основной растительности, что делает их наиболее уязвимыми.

3. Хохлатка плотная и пролеска сибирская встречается в лесу в большом количестве, ветреница лютиковая, чистяк весенний реже и особей много, гусиный лук встречается редко и отдельными экземплярами. Хохлатка Маршалла – наиболее редкий вид, было отмечено всего несколько экземпляров.

4.Основными причинами сокращения численности первоцветов являются: загрязнения сточными водами с сельскохозяйственных угодий; неограниченный сбор населением;  уменьшение количества насекомых-опылителей, весенние пожары по вине человека.

Данные выводы подтверждают выдвинутую гипотезу.

Список использованной литературы

1.Бавтуто Г.А. Учебно - полевая практика по батанике / Г.А. Бавтуто: - Высш. шк., 1990 – 269с

2. Губанов И.А. и Киселёва К.В. Определитель сосудистых растений  

     центра европейской России. М.: «Аргус», 1995.-182 с.

3  Варасова Н.Н. Физиология растений / Н.Н. Варасова, А.П. Шустова. - Ленинград: Изд.    «Колос», 1969. - 224 с.

4. Данилова Н. Времена года / Н. Данилова и A. Кеммерих. - М.: Академия, 1973. - 131 с.

5. Зуев Д.П. Жизнь леса. - М., 1977. - 647 с

6. Комарницкий Н.А. Ботаника. Систематика растений / Н.А. Комарницкий. - М.: Просвещение, 1975. - 608 с.

7  Кузнецов, Вл.В. Физиология растений / Вл.В. Кузнецов, Г.А. Дмитриева: - М.: Высш. Шк., 2005. - 736 с.

8. Парфенов, В.И. Определитель высш. растений Беларуси / В.И. Парфенов, - Минск: Юнипак, 1999. - 472 с.

9. Федорук, А.Т. Ботаническая география. Полевая практика / А.Т. Федорук. - Минск: Высшая школа, 1976. - 224 с.

10. Федорос Е.И., Нечаева Г.А. Экология в экспериментах. М.:       Издательский центр «Вентана-Граф», 2007 – 112 с.

Интернет - ресурсы

11 https://ru.wikipedia.org/wiki/Эфемероиды

12https://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2013/07/28/issledovatelskaya-rabota-izuchenie-vidovogo-raznoobraziya-pervotsvetov-v

13 http://list.dikorosoed.ru/?q=taxonomy/term/25

Приложение 1

Фотоматериалы проведенных исследований

Рис 1. Выявление видового состава  эфемероидов дубравы

Рис 2. Закладка пробных площадок

                            Рис. 3 Геоботанические описания площадок первоцветов

                  Рис 4 Подсчет численности эфемероидов весной 2016 г

Приложение 2

        Таблица 1

Обилие и встречаемость видов ( по шкале Друде)

Таблица 2

Фенологические наблюдения за эфемероидами урочища «Осиновое»

Таблица 3

Характеристика видов эфемероидов дубравы

урочища «Осиновое»

Таблица 4

Динамика численности эфемероидов дубравы урочища «Осиновое»

за 2017, 2018 гг