Номинация «Экология лесных растений»

учащийся объединения

«Исследователи Волотовского

края» МАОУСОШ п.Волот

11 класс.

Научный руководитель: педагог

высшей категории

МАОУСОШ п.Волот Новгородской

области Яшина Е.Г.

.

п. Волот

• 
  Актуальность исследования…………………………………….3
  
• 
  Цель исследования……………………………………………….4
  
• 
  Задачи исследования……………………………………………..4
  
• 
  Объект исследования…………………………………………….4
  
• 
  Предмет исследования……………………………………….......4
  
• 
  Гипотеза исследования…………………………………………..4
  
• 
  Методы исследования…………………………………………....4
  

Леса - основной тип растительности России, они занимают 45% ее территории. И в отличие от многих других компонентов природы лес является не только сложной экосистемой, но и мощным стабилизатором других экосистем. Он поддерживает естественный ход природных процессов на планете. Об этой его особенности можно судить хотя бы по той огромной роли, которую играют лесонасаждения в поддержании водного баланса, регенерации воздуха, фотосинтезе органического вещества. В тех районах, где экологическая обстановка особенно сложна, даже временная утрата стабилизирующих возможностей леса может оказаться трагической для других экосистем.

Я являюсь членом экологического объединения «Исследователи Волотовского края». Начиная с 2004 года мы изучаем леса во время прохождения полевых маршрутов, многодневных туристических походов, наблюдений в окрестностях п.Волот. За 5 лет нашей работы мы обнаружили, что в нашем районе растительные сообщества неоднородны, есть и сходство в видовом составе, есть и различия. Исследуя фитоценозы на занятиях объединения, а так же на уроках биологии в школе мы столкнулись со следующей проблемой: в доступной литературе, в материалах Интернета о растительных сообществах, о видовом составе флоры Волотовского района нет почти никаких данных. Только лишь в музее Центра дополнительного образования для детей мы отыскали сведения о походе ребят в 1959 году на озеро Должино, в котором они изучили флору побережья. Больше мы никаких данных не обнаружили, практически биоценозы района никогда не исследовались. Поэтому мы решили заняться изучением флористического богатства наших лесов, начать составление списка растений произрастающих в нашем Волотовском районе, чтобы ребятам-экологам, будущим поколениям, которые придут нам на смену, было на что опереться в своих исследованиях, учитывая не только территориальные различия фитоценозов, но и временной промежуток их существования.

Летом 2009 года я участвовал в работе Всероссийской экологической школы «Медвежата» в Тверской области. В ходе работы мы знакомились с различными методами исследования растительных сообществ, из которых самым точным методом сравнения участков, по моему мнению, является метод швейцарского ученого Жаккара. Данные, собранные при геоботаническом описании участков леса обрабатываются математически для того, чтобы извлечь из них информацию, недоступную «невооруженному глазу». Такая информация может быть очень различной, но чаще всего от обработки ожидают следующих результатов:

1. 
   выяснения общих характеристик
   
2. 
   выяснения идентичности и неидентичности
   
3. 
   выяснения взаимосвязей
   

Определить флористический состав и выявить коэффициент общности видов растений участков лесов Волотовского района.

• 
  Отбор и изучение литературы по исследованию растительных сообществ;
  
• 
  Беседы с местным населением, лесозаготовителями, представителями лесничества Волотовского района;
  
• 
  Освоение метода описания растительных сообществ, математического метода Жаккара;
  
• 
  Определение лесных площадок для описания и их геоботаническое описание;
  
• 
  Анализ флористического богатства и флористического состава растительных сообществ различных участков леса;
  
• 
  Оценка коэффициента общности растительности на основе метода Жаккара;
  
• 
  Составление списка растений, произрастающих в Волотовском районе;
  

• 
  Проведение тематических бесед с младшими школьниками по охране растений.
  

Участки леса Волотовского района

Флористический состав участков леса Волотовского района.

1)Если условия произрастания растительных сообществ на разных участках леса похожи, то коэффициент общности видов на этих участках будет большим.

2) Если положение в рельефе, характер и интенсивность увлажнения на участках различаются, то коэффициент общности видов будет маленьким.
Методы исследования

Эмпирические:

1. 
   изучение теоретических источников, данных Интернета ;
   
2. 
   геоботаническое описание лесных участков;
   
3. 
   математический метод Жаккара ;
   
4. 
   беседы с населением, работниками лесхоза.
   

1. 
   сравнение ;
   
2. 
   обобщение ;
   
3. 
   систематизация ;
   
4. 
   анализ.
   

Наличие или отсутствие леса нередко оказывало непосредственное влияние на ход исторических процессов и судьбы этносов.

Среди некоторых экономистов было высказано мнение, что жизнь первобытного человека в лесах, где собирательство даров леса, производимое преимущественно женщинами, охота и рыбная ловля, чем занимались преимущественно мужчины, стала базой для разделения труда, как одной из важнейших черт человеческого общества. Дальнейшее же развитие орудий и средств производства, связанное с освоением скотоводства и земледелия, означавших существенный прогресс в общественных отношениях, связано с выходом человека из сильной зависимости от леса.

С другой стороны «лес, его близость к жилью существенно влияли на исторически складывающийся образ жизни людей, в частности, на национальную архитектуру»(И.Д.Лаптев, 1981)Так, типичным видом жилья для восточных славян были бревенчатые постройки. Даже в том случае, когда первый этаж здания строился из камня (кирпича), второй этаж и более высокие этажи были деревянными. Этому способствовало убеждение, что жизнь в деревянной постройке полезнее для здоровья, чем в каменной.

Леса оказывают заметное влияние на погоду, климат и процессы, происходящие на земной поверхности и на некоторой глубине под нею.

Лес участвует в круговороте кислорода в природе наиболее активным образом. «Благодаря огромной массе леса значение процессов фотосинтеза и дыхания лесов имеет огромное влияние на газовый состав атмосферы Земли.»( Ю.Н.Гладкий, С.Б.Лавров, 1995)

Солнечная энергия служит одним из главных источников существования леса. Благодаря солнечной энергии лес может осуществлять процесс фотосинтеза, способствующего выделению кислорода, необходимого для жизнедеятельности субъектов животного и растительного мира.

В зимнее время долго не тающие под покровом леса массы снега задерживают воду и тем самым ослабляют интенсивность нередко разрушительных весенних паводков.

В старину на Руси говорили: «Рядом с лесом жить — голодному не быть», «Лес — богаче царя», «Лес не только волка, но и мужика досыта кормит».

Можно выделить следующие основные направления использования леса в хозяйственных целях:

Источник пищи (грибы, ягоды, звери, птицы, мёд) ;

Источник энергии (дрова);

Строительный материал ;

Сырьё для производства (производство бумаги) ;

Регулятор природных процессов (лесопосадки для защиты почвы от выветривания) .

К сожалению, сегодня объём вырубки леса нередко в несколько раз превышает объём его естественного восстановления.
Значение леса для здоровья человека

Лес имеет огромное санитарно-гигиеническое и целебное значение. В воздухе природных лесов присутствует более 300 наименований различных химических соединений. Леса активно преобразовывают атмосферные загрязнения, особенно газообразные. Наибольшей окисляющей способностью обладают хвойные (сосна, ель, можжевельник), а также некоторые сорта лип, берёз. Лес активно поглощает промышленные загрязнения, в частности пыль, углеводороды.

Лес, особенно хвойный, выделяет фитонциды — летучие вещества, обладающие бактерицидными свойствами. «Фитонциды убивают болезнетворные микробы. В определённых дозах они благотворно влияют на нервную систему, усиливают двигательную и секреторную функции желудочно-кишечного тракта, способствуют улучшению обмена веществ и стимулируют сердечную деятельность»(А.Н.Захлебный, 1986).

Многие из них являются врагами возбудителей инфекционных заболеваний. Но только если их немного. Фитонциды почек тополя, антоновских яблок, эвкалипта губительно действуют на вирус гриппа. Листья дуба уничтожают бактерии брюшного тифа и дизентерии.

Леса играют огромную роль в экономике России как источники древесины и многих видов сырья - растительного (смолы, грибы, ягоды, лекарственные растения) и животного (мясо, меха, ценные лекарственные препараты - панты, бобровая и кабарожья струя, медвежья желчь и т.п.). В жизни многих народов России лес - основная жизненная среда, на которой базируется весь уклад (финно-угорские народы, эвенки и др.). Для русского населения лес - важнейший рекреационный ресурс. В отличие от большинства западных народов, любительские сбор грибов, ягод, лекарственных растений и охота - не только экономическое подспорье, но и совершенно необходимая часть жизненного уклада. В пейзажах русской живописи и литературы, как профессиональной, так и фольклорной, леса абсолютно преобладают над другими ландшафтами.

«Россия обладает самыми большими в мире запасами леса. На 1993 г. площадь лесной части лесного фонда составляла 886.5 млн.га, а общий запас древесины - 80.7 млрд. м3, что составляет соответственно 21.7 и 25.9% мировых запасов. Превышение второй цифры над первой говорит о том, что Россия располагает более зрелыми и более продуктивными лесами, чем остальная планета в целом.»(Б.М.Миркин, Л.Г.Наумова, 1996).

Глава 2.

Методика проведения собственных исследований.

Результаты, полученные в ходе исследований
Беседы с представителями лесничества

Основная работа Волотовского лесничества, как указал Михайлов Николай Васильевич (заместитель начальника отдела Волотовского лесничества ), это организация и контроль сельскохозяйственной деятельности на территории района.

Состояние леса на настоящий момент удовлетворительное, так как в Северо-Западном районе нет ярко выраженных вредителей, грибковых заболеваний. Однако, наши леса мало используются, экономический отпад идет большой, и потребляют они кислорода больше, чем выделяют. Территории леса наращиваются, санитарных вырубок практически нет, т. к. финансирование отсутствует.

По словам Васильева Михаила Федоровича (инженера по охране леса), для улучшения состояния леса лесхоз пытается сдавать лесные участки в аренду, чтобы арендаторы отвечали за свои участки, проводили санитарные работы. Но арендаторы в Волотовском районе небогатые, поэтому им пришлось отказаться от своих участков. Лесхоз аукционы, как таковые, отменил.

Каждый год в лесу производятся посадочные работы. Ежегодно сажают 55 гектаров. Своих качественных питомников нет, остались только два временных во Взглядах и Хутынке, они небольшие, по 3 гектара. Поэтому для посадок берут молодые ёлочки с Маревского и Парфинского питомника.

Большая беда для леса – это лесные пожары, которые полностью уничтожают растительность наших лесов. В 2002 году пожар уничтожил около 30 гектар растительности, большой ущерб был нанесен территориям Раглицкого , Сутокского, Должинского леса.

Изучением флористического богатства лесов лесничества не занимаются.
Методика работы
Метод Жаккара в изучении растительных сообществ.

Изучение растительности местности по методу Жаккара должно складывается из ряда отдельных, но связанных друг с другом моментов, из которых можно выделить следующие :

1. 
   определение флористического богатства;
   
2. 
   определение флористического состава;
   
3. 
   определение коэффициента общности видов для различных местностей.
   

1.Под флористическим богатством подразумевается количество видов, встречающихся на данной территории. Название видов в данном случае не принимается в расчет. Это один из элементарных приемов изучения любого участка растительности, но дающий в высшей степени важную часть наших познаний о растительности страны.

2.Характер сообщества или любого участка растительности определяется не только числом видов, но и самими видами. Выясняется флористический состав, то есть другими словами составляется список видов, имеющихся на данной территории, в систематическом (по одной из принятых систем растительного царства) или в алфавитном порядке. Если в первом случае нам важно число, то во втором названия видов.

3.Для точной характеристики растительного покрова необходимо иметь в виду так называемый коэффициент общности видов. Коэффициент флористической общности видов может быть получен тогда, когда на известен растительный состав двух и более участков. Для получения его необходимо:

• 
  В двух сравниваемых участках насчитывают число общих видов,
  
• 
  Складывают число видов первого участка с числом видов второго,
  
• 
  Вычитают из полученной суммы число общих видов, и
  
• 
  Вычисляют в % отношении числа общих видов к числу всех видов двух участков.
  

Определение участков леса для их изучения осуществляли по принципу сторон света. По карте определили 4 участка: в южной, северной, западной, восточной частях Волотовского района.

Участок №1 (восточный) – 1 км от д. Кисляково на запад (Березовый осинник с дубовым подростом - разнотравный);

Участок №2 (северный) – 1 км на запад от д. Язвино (Осиновый березняк с подростом берёзы - разнотравный );

Участок №3 (западный) – 2 км на юг от д. Раменье (Осиновый березняк низинный с ольховым подростом зеленомошник –разнотравный);

Участок №4 (южный) – 1 км на северо-запад от д.Мелочево (берёзово-осиновый ельник с активным еловым подростом зеленомошник- разнотравный).

Исследования проводились на протяжении 2008-2009 г.г.

2). Геоботаническое описание участков леса

Изучение вертикальной структуры леса мы проводили по методике , предложенной А.С.Боголюбовым, Н.С.Лазаревой («Экосистема», 1999), которое включает в себя описание основных характеристик растительных пологов: видового состава и соотношения видов в сообществе по их относительной численности, для древесного и кустарникового ярусов – диаметра стволов, высоты и возраста.

При проведении геоботанического описания мы использовали: бланк описания, рулетку для разметки площадки и измерения длины упавших стволов деревьев, сантиметровую ленту – для измерения диаметров стволов, высотомер, пакет для сбора неизвестных растений, для сбора мхов и лишайников - бумажные пакетики.

Для заложения площадки мы выбирали средний во всех отношениях лес, целью исследования площадки является описание определенного типа растительного сообщества (не сообщества «вообще»), а вполне конкретного, «модельного» его участка.

С помощью рулетки и бечевки отмеряли квадрат размером 10 х 10 метров После разметки площадки приступали собственно к описанию растительности на ней.
в). техника геоботанического описания
Далее начинали заполнять бланки - таблицы с заранее расчерченными графами для каждого параметра описания среды. Бланки заполнялись непосредственно в полевых условиях, на месте проведения описания. Сначала заполнялось административное и местное расположение, положение в рельефе, окружение, название сообщества.

Затем проводилось описание древесного и кустарникового ярусов (Сюда входит определение сомкнутости крон, формулы древостоя, диаметра и высоты стволов, высоты прикрепления крон и возраста растений.)

После оценки видового состава и сомкнутости крон древесного яруса переходили к оценке аналогичных параметров для подроста и подлеска.

Сомкнутость крон определяли для каждого их выделяемых ярусов и пологов леса в отдельности - для спелого древостоя, для подроста и подлеска.

Диаметр стволов измеряли у нескольких типичных для данного леса деревьев на высоте груди. Из-за отсутствия высотомера измерение высоты проводили путем измерения рулеткой одного из упавших деревьев данного полога и методом «подсчета человечков».

Возраст молодых и средневозрастных деревьев, в особенности ели и сосны , определяли по мутовкам. Количество таких мутовок - от основания ствола до его вершины, точно прирастает на одно междоузлие (на одну мутовку). К числу лет, полученному при подсчете мутовок, прибавляли по крайней мере три года, чтобы учесть период укоренения и начала роста.

В бланке описания участка растительного покрова предусмотрено наличие на описываемом участке различных форм микрорельефа - кочек (другими словами возвышенных микроучастков) и межкочий (т.е. понижений), которые обычно различаются между собой по видовому составу и распределению растений.

Собственно описание травяно-кустарничкового яруса включает в себя составление списка видов растений на данном участке с приблизительной оценкой их обилия.

Определение растений вели всеми возможными способами: с помощью научного определителя, атласа, определительных таблиц, более опытных учащихся, преподавателя. Часть видов травянистых растений определяли на площадке, а часть - в кабинетных условиях.

Простейшим показателем обилия травянистых растений является показатель проективного покрытия. Проективное покрытие для травянистых растений - это фактически то же самое, что сомкнутость крон для древесного и кустарникового ярусов.Проективное покрытие выражали в процентах и определяли для каждого вида в отдельности.

Таким же образом как и травяно-кустарничковый ярус, описывали затем мохово-лишайниковый ярус, также указывая названия встречаемых мхов и лишайников (если они есть на почве и возможно их определение) и проективное покрытие каждого из видов.

Встречаемые во время описания неизвестные виды растений отбирались в гербарий и брались с собой для дальнейшего определения.


3)Расчет коэффициента флористической общности
На основе данных геоботанического описания 4 экспериментальных участков далее работали по вышеописанному методу Жаккара.

Сравнивали общность видов растений на ключевых участках. Для сравнения общности видов используется формула Жаккара, вычисляя коэффициент флористической общности.

К = -----------------

(А + В) - С
А – число видов растений на первом ключевом участке;

В – число видов растений на втором ключевом участке;

С – число видов, общих для обоих участков;

К – коэффициент общности выражается в процентах, и чем он выше, тем выше видовое сходство двух сравниваемых сообществ. По результатам коэффициента общности можно делать предположения о причинах различий видового состава изучаемых ключевых участков.

При сравнении двух участков с точки зрения их флористического состава мы нашли у них троякого рода виды :

1. Виды общие обоим участкам, то есть встречающиеся и на первом и на втором участке

2. Виды, встречающиеся только на первом участке и не встречающиеся на втором.

3. Виды встречающиеся только на втором и не встречающиеся на первом участке.

На схемах №2 графически изображены указанные соотношения с показанием флористического коэффициента общности. Виды этих квадратов на схеме обозначены согласно выше сказанному троякого рода значками по числу, заимствованному из таблицы №1. В данной таблице указаны в алфавитном порядке русские наименования видов растений, против каждого вида крестом отмечен тот квадрат, в котором данный вид найден. По числу этих крестиков можно судить о числе видов в каждом квадрате (число крестиков в вертикальном столбце) и о встречаемости каждого данного вида в указанных квадратах (число крестиков в горизонтальном столбце).

При сравнении двух квадратов мы имеем виды троякого рода, при сравнении большего числа квадратов мы получаем и большее число видовых категорий (Таблица №2).

2. Между 1 и 3 квадратом имеется 10 общих видов. Всего видов: 28+30=58. Различных видов: 58-10=48. Коэффициент флористической общности = 10:48 100%= 20,8 %.

При сравнении 4 пробных участков леса в Волотовском районе обнаружилось:

1.Коэффициент флористической общности достаточно большой для участков №1 (березовый осинник с дубовым подростом - разнотравный) и №2 (осиновый березняк с березовым подростом - разнотравный) - 47,2%, растительный покров на этих участках леса довольно однороден, так как условия , прямо влияющие на произрастание растений. однообразные –увлажнение среднее, рельеф равнинный.
2. Коэффициент флористической общности достаточно большой для участков №3 (осиновый березняк низинный с ольховым подростом зеленомошник – разнотравный ) и №4 ( березово-осиновый ельник низинный с активным еловым подростом зеленомошник – разнотравный) - 44,6%.

Между квадратами №3 и №4 условия, прямо влияющие на произрастание растений, достаточно сходны: на этих участках наблюдается рельеф низинный, следовательно, избыточное увлажнение приводит к наиболее благоприятным условиям для обильного произрастания мхов и лишайников.

После геоботанических описаний у нас имелись достаточно разрозненные данные, но с помощью метода Жаккара мы :

- выявили 76 видов растений, произрастающих на данных участках лесов (таблица №1),

- начали составлять перечень растений, произрастающих в Волотовском районе (таблица №1),

- провели в младших классах беседы по охране родного края «Наш лес», «Редкие растения», «Первоцветы».
Перспективы исследования
На будущее планируем:

- продолжить освоение метода Жаккара, расширив его с позиций определения родового коэффициента и определения степени встречаемости видов,

- с помощью данного метода проанализировать изменения в растительных сообществах :

1. 
   в береговой зоне озера Должино после того как прошло 50 лет после первого исследования,
   
2. 
   на лесных территориях Волотовского района, которые ранее испытали действие пожаров.
   

1). Р.В.Бобров Экзамен на лесничего, М., «Просвещение» 1990.

2). Л.В.Гарибова, Ю.К.Дундин, Водоросли, лишайники и мохообразные СССР, М., «Мысль», 1978.

3). Ю.Н.Гладкий, С.Б.Лавров, Дайте планете шанс, М., Просвещение, 1995.

4). И.Р.Голубев, Ю.В.Новиков. Окружающая среда и ее охрана. М., Просвещение,1985.

5). И.А.Губанов, В.С.Новиков, В.Н.Тихомиров, Определитель высших растений средней полосы европейской части СССР, М., Просвещение, 1881

6). Т.А.Демина. «Экология, природопользование, охрана окружающей среды». М.,Аспект Пресс,2000.

7). А.Н.Захлебный. Книга для чтения по охране природы. М.,«Просвещение», 1986.

8). И.Д.Лаптев. Надежды зеленого дома. М., «Детская литература», 1981.

9). Олдо Леопольд. Календарь песчаного графства. М., «Мир», 1983.

10). Л.Матье. Сбережем Землю. М., Прогресс, 1985.

11). Б.М.Миркин, Л.Г.Наумова, Экология России. М., АО МДС,1996

12) .В.С.Новиков, И.А.Губанов, Школьный атлас-определитель высших растений, М., «Просвещение», 1985

13). А.В.Яблоков, С.А.Остроумов, Охрана живой природы, проблемы и перспективы, ,М., «Лесная промышленность» ,1983.

Итого обнаружено 76 видов растений.