Исследовательская работа "Экологическая индикация краевого эффекта в растительных сообществах на границе контакта «лес-луг»"

Введение

В настоящее время проблема сохранения окружающей среды в целом и в том числе самовоспроизведения лесов концентрирует на себе внимание экологов не только нашей страны, но и всего мира. На территории города Ханты-Мансийска в последнее время происходит активное преобразование естественных ландшафтов и повышение хозяйственного освоения природных зон города и устойчивый рост эмиссии загрязнителей.

Поэтому нас заинтересовал вопрос о ценности краевого эффекта, как явления, которое, возможно, предшествует процессу естественного восстановления леса.

Понятие «экотон» было введено в экологию американским ученым-биологом Фредериком Клементсом в 1905 году. По его представлениям экотон – это относительно резкая переходная зона между сообществами.

Экотоны играют существенную роль в поддержании биологического разнообразия экосистем, за счёт так называемого краевого эффекта — сочетания комплекса факторов, обуславливающих тенденцию к увеличению разнообразия и плотности организмов на окраинах двух соседствующих сообществ и в переходных областях между ними.

Целью исследования является экологическая индикация краевого эффекта в растительных сообществах на границе контакта «лес-луг» на примере лога Холодного.

Гипотеза: Верно ли, что в области контакта сообществ растений луга и леса развивается краевой (опушечный) эффект, проявляющийся в повышении видового богатства растений, более высокой их продуктивности и увеличении активности почвенных ферментов.

Объект исследования: экотон на границе лес-луг на территории лога Холодного.

Предмет исследования: растительность экотона, каталазная  активность почвы.

В соответствии с целью мы решали следующие задачи:

1. Описать видовой состав лесных и луговых растительных сообществ лога Холодного.
2. Охарактеризовать комплексы доминирующих видов в растительных сообществах леса, луга и области их перехода.
3. Проанализировать тенденцию изменения экологических показателей растительных сообществ и ферментативной активности почв в области контакта леса и луга.
4. Определить связь видового богатства растительных сообществ с биологической активностью почвы.

Новизна нашего исследования состоит в том, что на сегодняшний день, подобная работа на территории лога Холодный (Природный парк «Самаровский чугас») не проводилась.

Материалы и методы исследования

Исследование проводили с июля по октябрь 2011 года на модельном участке лога Холодный, расположенном на территории Природного парка «Самаровский Чугас» (Приложение I).

Для выявления краевого эффекта в области контакта растительных сообществ леса и луга заложена трансекта, общая протяженность которой составила 50 м. Пробные площадки с размерами 3×10 м размещены были вдоль трансекты на разном удалении друг от друга (1.0-5.5 м) в соответствии со схемой, представленной на Рис. 1. Такое размещение пробных площадей на трансекте позволило нам при минимальном количестве геоботанических описаний охарактеризовать фоновые (типичные) растительные сообщества луга и леса, а также уловить их изменения в узкой области контакта.

При описании растительности считали, что пробные площадки 1,2 – характеризуют растительность луга, 4-6 – лесолугового экотона, а 8-9 – леса. Принадлежность пробных площадок 3 (луг или лесолуговой экотон) и 7 (лесолуговой экотон или лес) устанавливали при анализе результатов исследования.

Рис. 1. Схема размещения пробных площадей на модельной трансекте в логе Холодном (Природный парк «Самаровский Чугас»).

На каждой пробной площадке определяли состав и проективное покрытие растений (по шкале обилия-доминирования Браун-Бланке), проводили укосы растений с 0,25 м2, металлическим цилиндром с верхнего горизонта (0-10 см) отбирали пробы почвы. Отбор проб осуществлялся с помощью шурфа с глубины 5 см согласно ГОСТ 17.4.4.01-83 «Общие требования к отбору проб почвы»; ГОСТ 17.4.4.02-84 «Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа» на участке лога Холодного. Активность почвенной каталазы определяли в воздушно-сухих образцах почвы газометрическим способом (реакция с H2O2) по методу Галстяна (Минеев, 2001).

Определение надземной фитомассы растений в сухом состоянии и её ферментативной активности выполнены в трех повторностях. Полученные результаты обработаны статистическими методами с помощью пакета Microsoft Office (Excel 2010).

Экологическая индикация краевого эффекта

в растительных сообществах на границе контакта «лес-луг»

 (на примере лога Холодного, Природный парк «Самаровский чугас»)

Лобанова Юлия Алексеевна

Российская федерация

Тюменская область

Ханты-Мансийский автономный округ-Югра

г. Ханты-Мансийск

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №2», 9В  класс

Научная статья

Результаты исследования и их краткий анализ

В результате изучения растительности заложенной трансекты выявлено 47 видов растений, относящихся к 25 семействам (Приложение II). Видовой состав сосудистых растений представлен 45 видами (24 семейства), а мохообразных – 2 видами (1 семейство). Наибольшим видовым богатством отличаются сем. Бобовые (5 видов), Сложноцветные (5 видов) и Розовые (4 вида).

Общими для растительных сообществ леса, луга и лесолугового экотона были 11 видов: клевер луговой, незабудка дернистая, мятлик луговой, овсяница луговая, черноголовка обыкновенная, лютик ползучий, осока, лапчатка гусиная, таволга вязолистная, одуванчик лекарственный и хвощ лесной.

Растительность луга (участки 1-2) представлена 23 видами, из которых 7 видов (клевер ползучий, лисохвост луговой, подорожник большой, мать-и-мачеха обыкновенная, полынь обыкновенная, ястребинка зонтичная, хвощ полевой) отмечены нами только на лугу и не встречаются в лесолуговом экотоне или лесу.

В составе растительности лесолугового экотона (участки 4-6) нами отмечено 33 вида. Из них только 7 видов приурочено к экотону и не встречаются на лугу и в лесу. К таким видам относятся брусника обыкновенная, черника обыкновенная, звездчатка ланцетовидная, подмаренник северный, малина обыкновенная, ситник и осот полевой.

Растительность леса (участки 8-9) представлена 27 видами, из которых 6 видов отмечены только в лесу и не встречаются на лугу и в лесолуговом экотоне. Это горошек лесной, грушанка малая, линнея северная, борец высокий, костяника и мох плевроциум Шребера.

Оценка обилия видов по шкале Браун-Бланке показывает, что сообщества растений леса, луга и лесолугового экотона различаются по набору доминантов (Приложение III). В частности, в луговой растительности доминируют клевер ползучий, лапчатка гусиная и лютик ползучий. Видами-доминантами лесолугового экотона являются гилокомиум блестящий, кислица обыкновенная, хвощ лесной и черника обыкновенная. В лесу преобладают мхи гилокомиум блестящий и плевроциум Шребера, а также кислица обыкновенная и мятлик луговой.

Как видно из Таблицы 1, экологические индикаторы краевого эффекта (ферментативная активность почвы, видовое богатство и биомасса растительных сообществ) изменяются не согласованно. Например, всплеск числа видов растений отмечается на участках 3-7, фитомассы – на участках 2-4, а активности каталазы – на участках 2-8. Всплеск значений всех трех индикаторов краевого эффекта происходит только на участках 3-4 и, по-нашему мнению, они являются истинным экотоном. При этом повышенный уровень видового богатства растений и каталазной активности почвы в лесу, указывает на распространение экотона до участка 7.

Таблица 1. Экологические показатели сообществ растений и ферментативной активности почвы на изученной трансекте.

Таким образом, лесолуговой экотон проявляется на участках 3-7 и распространяется от границы контакта леса и луга на 10.5 м как в сторону леса, так и в сторону луга.

Рисунок 2. График зависимости активности почвенной каталазы от числа видов растений в сообществах.

В области экотона наблюдается увеличение активности почвенной каталазы (Рис. 2). Вероятной причиной этого может являться формирование благоприятных условий для почвенных организмов. Известно, что фермент каталаза поступает в почву с продуктами жизнедеятельности почвенных животных (Самедов П.С., Надиров Ф.Т, 1989). Повышенное видовое богатство растений в области экотона увеличивает кормовое разнообразие, что может привлекать почвенных животных и способствовать более интенсивному поступлению и накоплению каталазы в почве.

Основные выводы

На основе полученных результатов мы можем сделать следующие выводы:

1. Видовой состав растений представлен 47 видами. Наибольшее их число (33 вида) отмечено в лесолуговом экотоне, меньшее (27 видов) - в растительном сообществе леса, а минимальное (23 вида) – в сообществе луга.

2. Растительные сообщества луга, леса и зоны контакта «лес-луг» характеризуются специфичным набором доминантов. В луговом фитоценозе доминирует клевер ползучий, лапчатка гусиная и лютик ползучий, в лесном – мхи гилокомиум блестящий и плевроциум Шребера, а в области контакта сообществ - гилокомиум блестящий, кислица обыкновенная, хвощ лесной и черника обыкновенная.

3. В области контакта сообществ растений луга и леса развивается краевой (опушечный) эффект, проявляющийся в повышении видового богатства растений, более высокой их продуктивности и увеличении активности почвенных ферментов. Это указывает на развитие в этой области экотона, который распространяется на 10.5 м от границы контакта сообществ как в сторону леса, так и в сторону луга.

4. Выявлена тесная прямая связь активности почвенной каталазы с видовым богатством растений, что может быть связано развитием в области экотона благоприятных условий для почвенных организмов, привлекаемых более высоким разнообразием корма.

В последующем мы хотим рассчитать относительное содержание гуминовых кислот, определить содержание общего органического вещества в почве на границе контакта «лес-луг»  лога Холодного и её целлюлозолитическую активность, а также,  выявить связь между данными показателями и видовым многообразием растений на границе контакта «лес-луг».

Практическая значимость работы:

а) Результаты работы позволяют оценить биологическое разнообразие экотона на границе лес-луг на территории лога Холодного и других моделях. Создание и обоснование теоретических и методических основ устойчивого природопользования в зоне экотона «лес-луг», оценка экологического состояния и разработка конкретных практических рекомендаций и схем природопользования – являются актуальными с научной точки зрения и имеют важное лесохозяйственное значение.

б) Материалы исследования могут быть использованы на занятиях элективного курса  в школе

 Рекомендации:

1. Необходима смена принципов ведения хозяйствования в экотоне «лес-луг» лога Холодного, ориентация на рациональное природопользование, в том числе исключить антропогенное влияние.

2. Для разработки и принятия эффективных управленческих решений необходимо:

– активизировать разработку кадастров природных ресурсов лесо-луговых  территорий.

–  детализировать градостроительный, лесной кадастры.

Список литературы

1. Минеев В.Г. и др. Практикум по агрохимии: Учебн. пос. М.: Изд-во МГУ, 2001. 689 с.
2. Самедов П.А., Надиров Ф.Т. Влияние дождевых червей и мокриц на физико-химические и поверхностные свойства почв / Почвоведение, №8, 1989. С.109-115.
3. Зайков Г.И. Учение о растительных сообществах. Омск: Изд-во ОмГПУ, 1971. 154 с.
4. Комиссарова Т.С. Полевые уроки по геоэкологии. СПб: Просвет, 1995. 168 с.
5. Нетрусов А.И., Захарчук Л.М. и др. Практикум по микробиологии: Учеб. пос. для студ. ВУЗов. М.: Издательский центр «Академия», 2005. с. 105-107.
6. Бабьева И.П., Агре Н.С. Практическое руководство по биологии почв. М.: Сельхозлит, 1971. 211 с.

Приложение

1. Приложение I. Карта-схема размещения пробных площадей на модельной

трансекте в логе Холодном (Природный парк «Самаровский Чугас»)

      2. Приложение II. Видовой состав сосудистых растений и мохообразных

      изученного   профиля в зоне контакта сообществ луга и леса.

      3. Приложение III. Обилие видов растений на пробных площадках по шкале Браун-Бланке (баллы).

ПРИЛОЖЕНИЕ II

Видовой состав сосудистых растений и мохообразных изученного профиля в зоне контакта сообществ луга и леса.

ПРИЛОЖЕНИЕ III

Обилие видов растений на пробных площадках по шкале Браун-Бланке (баллы).

ПРИЛОЖЕНИЕ III

Обилие видов растений на пробных площадках по шкале Браун-Бланке (баллы).

Приложение I

Карта-схема размещения пробных площадей на модельной трансекте

в логе Холодном (Природный парк «Самаровский Чугас»)

Обозначения: ▬▬ - контур лога Холодного      ▬ ▬ ▬ - граница раздела леса и луга

ПРИЛОЖЕНИЕ II

Видовой состав сосудистых растений и мохообразных изученного профиля в зоне контакта сообществ луга и леса.