IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ЛИСТОПАД И ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЕГО ПРОТЕКАНИЕ
Богачева А.А.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Мы зайдем в осенний лес,

Сколько здесь вокруг чудес!

Велика связь всего живого с климатом и погодой, а они изменчивы. Смена времен года вызывает смену сезонных явлений в природе, одним из которых является листопад. Погодные условия в разные годы складываются неодинаково, что определяет различные сроки наступления сезонных изменений в природе. Потребность в их изучении возникла давно, занимается этим наука фенология. Фенология – это система знаний о сезонном развитии природы (по-гречески phaeno - являю, logos - учение) [4], а наблюдения за сезонными явлениями называются фенологическими.

Осень – красивое время года. Богатой и нарядной становится природа в эту пору. Мягким и теплым ковром сухих листьев укрывает землю листопад.

Наблюдение за данным явлением мы вели в течение 3-х лет. На первом этапе исследований установили сроки наступления листопада и его продолжительность у разных видов растений, но подметили и другие особенности. Исходя из этого, выдвинули гипотезу: «Листопад - явление динамичное. В его ход коррективы вносят неустойчивые погодные условия и климатические факторы».

Цель: установить влияние на листопад погодных условий и отдельных климатических факторов, определяющих особенности его протекания.

Объект исследования: листопад.

Предмет исследования: факторы, определяющие особенности хода листопада.

Задачи: 1. Провести многолетние наблюдения за состоянием деревьев и кустарников в осенний период.

2. Зафиксировать погодные условия в период прохождения листопада.

3. Выявить факторы, определяющие особенности хода листопада.

4. Подтвердить установленные закономерности фоторепортажем.

5. Провести обработку и анализ первичного материала, сделать выводы.

Точки исследования: школьный двор, городской сквер, улицы Садовая, Дорожная, полевые лесополосы.

Период исследования: осень 2014г. – 2017г.

Методы исследования: 1. Библиографический - работа с литературой, интернет - источниками.

2. Маршрутный метод - перемещение по точкам исследования, поездки в лес.

3. Наблюдение за погодой, состоянием деревьев и кустарников.

4. Ведение дневника наблюдений.

5.Камеральная обработка данных статистическим, расчетным, аналитическим и графическим методами.

6. Фоторепортаж.

Есть множество народных примет, которые учитываются земледельцами, пасечниками. Этот факт убеждает нас в практической значимости наблюдений за листопадом, в актуальности наших исследований. Научность работы определяется тем, что нами проведены многолетние наблюдения за ходом листопада в конкретной точке, установлены отличительные особенности протекания листопада за 3 года с обоснованием причин, использованы научные методы - наблюдение и метод пробных площадок.

1. Обзор источников информации

Из ряда учебников: «Биология. 6 класс» авторов Корчагина В.А., Пасечник В.В., Серебрякова Т.И. и др.[7], хрестоматии «Книга для чтения по ботанике» Трайтак Д.И.1985г.[10], энциклопедии «Википедия»[11], книги «Времена года» Балбышева И.Н. 1971г.[1] я узнала, что такое листопад, каковы его причины, что ему предшествует старение листьев, почерпнула интересные факты о листопаде.

Каждый живой организм имеет внутренние биологические часы, определяющие его сезонный ритм жизни. Они настроены на изменение продолжительности дня - фотопериодизм (Лемеза Н. А. и др. « Пособие по биологии» 2001г. [6].

Используя книги: Д. Кайгородов «Беседы о русском лесе» [5],

Я. Покорны «Деревья вокруг нас» 1980г. [9], В. В. Петров «Растительный мир нашей Родины» 1991г. [8], определили научное название деревьев, за которыми велось наблюдение. Знания о правилах сбора растений и составления гербария были почерпнуты из книги Зориной Т.Г. «Школьникам о лесе» 1971г. [4]. Здесь же раскрывается понятие фенологии.

Методика пробных площадок описана в пособии Бухвалов В. Н. Богданова Л. З. « Методы экологических исследований» 1995г. [2].

Народные названия осенних месяцев, приметы даны в «Календаре российского земледельца» Гришина В.Д. 1991г.[3], интересные факты, связанные с листопадом, приведены в хрестоматии «Книга для чтения по ботанике» Трайтак Д.И. 1985г.[10], в энциклопедии «Википедия» [11].

2. Листопад - этощедрость тонов и необычность красок

(Результаты первого этапа исследования)

В ходе первого этапаисследования, проведенного в 2014 - 2015г., установили следующее:

1. Листопаду предшествует изменение окраски листьев на яркую осеннюю, которая бывает разной (Приложение 7), что отражают данные таблицы 1.

Таблица 1

Осенняя окраска листьев

п/п

Окраска листьев

Пигмент

Виды растений

1

Желтые золотистые

ксантофилл

Липа сердцевидная,

береза белая, каштан конский

2

Оранжево-красная, желтая

Ксантофилл, каротин, антоциан

Вяз мелколистный, клен остролистный

3

Пурпурная, багрянец

Каротин, антоциан

Рябина обыкновенная, вишня домашняя, ирга полевая, скумпия

4

Зеленая

Хлорофилл

Сирень садовая, шелковица белая, орех грецкий

Вывод: 1. Цвет осеннего листа зависит от того, какое красящее вещество-пигмент находится в стареющем листе.

2. На одном дереве или кустарнике одновременно листья могут быть окрашены в разные цвета.

3. Возможна разная окраска листовых пластинок с двух сторон – у скумпии, кизильника блестящего.

4. Сроки наступления листопада различны, о чем свидетельствуют данные таблицы 2.

Таблица 2

Сроки сезонных изменений листьев у отдельных видов растений

Вид растения

Изменение окраски листьев

Листопад

начало

окончание

Клен

первая половина сентября

середина сентября

середина октября

Липа

середина сентября

конец сентября

начало октября

Береза

середина сентября

конец сентября

середина октября

Рябина

вторая половина сентября

конец сентября – начало октября

20-е числа октября

Шелковица, грецкий орех

не изменяется

массово листья опадают после заморозка

Примечание: сроки указаны по наблюдениям 2014г. Анализ данных таблицы 2 позволяет сделать вывод:

1. Изменение окраски листьев и начало листопада по времени не совпадают: листья начинают опадать в среднем на две недели позже (сопоставление 2-й и 3-й колонок таблицы 2).

2. Интенсивность листопада у одного и того же дерева в разное время неодинакова. Это показал учет опавших листьев на пробной площадке

1м x 1м в 2014г. у березы повислой, в 2015г. – у тополя пирамидального.

Таблица 3

Динамика листопада у тополя

Фазы

Начало листопада

Массовый листопад

Окончание листопада

Дата

23.09.2015

14.10.2015

16.10.2015

Количество листьев

Отдельные листья – 18 шт.

Вся площадка усыпана листьями – 59 шт.

Отдельные листья – 14 шт.

Данные, приведенные в таблице 3, позволяют подтвердить выделение учеными [10] 3 фаз листопада.

3. Установили: листопад происходит по определенному алгоритму: в листьях разрушается хлорофилл → накапливаются ненужные вещества→ лист меняет цвет→ лист отделяется от ветки→ лист опадает.

3.Осень - пора интересных исследований и наблюдений

3.1 Методика второго этапаисследования

Основной метод исследования - наблюдение, при проведении которого соблюдались следующие правила:

  1. Для наблюдения выбирать растения, растущие вблизи дорожек.

  2. Не ломать ветки.

  3. Не срывать листья с деревьев.

  4. Не лазать по деревьям.

Задачи наблюдения за листопадом:

  1. Зафиксировать дату начала изменения окраски листьев в разные годы.

  2. Установить начало листопада у деревьев и кустарников и его окончание в разные годы.

  3. Выявить связь особенностей протекания листопада с погодными условиями.

  4. Выделить основные особенности листопада, связанные с климатическими факторами.

Точки наблюдения: школьный двор МКОУ Калачеевская СОШ №1, городской сквер, ул. Садовая, ул. Дорожная, полевые лесополосы.

Благодаря дедушке Богачеву В.Г. были совершены неоднократные поездки в лес, посещение лесных полос.

Для установления связи особенностей протекания листопада с погодными условиями велись наблюдения за ними.

Задачи наблюдений за погодой:

а) Зафиксировать температуру воздуха днем и вечером (ежедневно).

б) Рассчитать среднюю суточную температуру воздуха за месяц.

в) Установить число облачных и пасмурных дней; обильность осадков.

В ходе исследования:

а) систематически велась фиксация полученных данных;

б) осуществлялось подтверждение установленных фактов фотосъемкой;

в) велся сбор осенних листьев для гербария. Гербарий (по латыни «herba» - трава) - коллекция засушенных растений с сохранением формы и естественной окраски [4].

3.2 Листопад - явление динамичное

Основным фактором, определяющим наступление листопада, является фотопериодизм - реакция на продолжительность дня. Каждый год в одни и те же даты соотношение длины дня и ночи - показатель постоянный, но наши наблюдения показали, что протекание листопада в разные годы не одинаково.

Свои поправки в ход листопада вносит погода, что мы наблюдали в 2015- 2016 г., сопоставляя с 2014 годом. В 2014 г. ежедневные наблюдения за погодой нами не велись, но были просмотрены дневники наблюдений по географии. Записи говорят о том, что осень в тот год была среднестатистической. Результаты наблюдений за погодой в 2015-2016 годах отражены в таблице 4 и в приложении 1 - 2.

Таблица 4

Динамика погодных условий в осенний период

п/п

Показатели

2014 г.

2015 г.

2016 г.

сентябрь

октябрь

сентябрь

октябрь

сентябрь

октябрь

1

Ясные дни

18

13

23

16

8

12

2

Облачные дни

   

3

2

5

1

3

Пасмурные дни

3

12

4

13

17

18

4

Число дней с осадками

3

4

0

5

3

3

5

Средняя t ̊ С воздуха за месяц

17,0

10,5

21,5

8,2

13,8

6,9

6

Число дней – t ̊ > 20 ̊ С

16

3

25

4

10

5

7

Дни с заморозками

0

10

0

8

0

8

Анализ данных наблюдения позволяет сделать выводы об осенней погоде в нашем городе в последние годы.

1. Осень 2015 г. может войти в историю наблюдений, как сезон длительного отсутствия осадков: их не было в течение 3 - х месяцев и первый дождь выпал 23.10. 2015 г.

2. Сентябрь 2015г. отличался высокими температурами, особенно дневными, большим числом ясных дней. Таким же был и предшествующий август.

3. Погода в сентябре 2016г. была весьма прохладной, с малым количеством ясных дней - всего 8 (в 2015 г.- 23дня) и большим числом пасмурных и облачных дней – 17 за месяц.

4. Погодные условия октября были сходными.

В природе все взаимосвязано. Считаем, что такая связь существует между погодными условиями и листопадом. Общие результаты по срокам листопада приведены в таблице 5.

Таблица 5

Сроки сезонных изменений листьев

Вид растения

Год

Изменение окраски листьев

Листопад

начало

окончание

Клен

2014

первая половина сентября

середина сентября

середина октября

2015

конец августа, начало сентября

начало сентября

засыхание листьев без явления листопада

2016

середина сентября

вторая декада, конец сентября

начало октября

Липа

2014

середина сентября

2 декада сентября

конец сентября -начало октября

2015

начало сентября

середина сентября

3 декада сентября

2016

2 декада сентября

3 декада сентября

начало октября

Береза

2014

середина сентября

конец сентября

середина октября

2015

начало сентября

середина сентября

начало октября

2016

конец сентября

2 декада октября

Конец октября, начало ноября

Рябина

2014

вторая половина сентября

конец сентября –начало октября

20-е числа октября

2015

первая половина сентября

середина сентября

начало октября

2016

2 декада сентября

конец сентября

2 половина октября

Шелковица, грецкий орех

2014, 2015

не изменяется

массово листья опадают после первого заморозка за 2-3 дня

2016

не изменяется

Листопад затянулся, листья опали после 2-3 заморозков

Изменение окраски листьев начинается постепенно со второй декады сентября в 2014г., в начале сентября в 2015г., в отдельных случаях - в августе, в третьей декаде или в конце сентября 2016 г. Осенью 2015г. изменение окраски листьев у клена началось на первой неделе сентября, т.е. раньше, а затем они засохли, не опав на землю. Аналогичное явление зафиксировано с каштаном конским, растущим при входе в школу (Приложение 3).

Лето 2015г. было жаркое, сухое, такой была и осень. В этих условиях - повышенной температуры, резкого недостатка влаги, листопад приобрел ряд особенностей.

1) Листья стали желтеть на 7-15 дней раньше, что отражено в таблице 5 дневника наблюдений.

2) Процесс листопада затянулся, так как для протекания активных процессов в клетках листьев не хватало влаги.

3) Теплой осенью, какой она была в 2014 г. и 2015 г., раскраска листьев должна быть более яркой, о чем я прочитала в пособии Трайтак. Д. И. «Книга для чтения по ботанике»[10]. В 2015г. 2016г. все происходило иначе (Приложение 4).

4) Наблюдалось засыхание листьев на деревьях без явления листопада.

5) Массовый листопад, изменение окраски листьев у березы отмечены после выпадения дождей.

6) В первой фазе листопада у тополя листья опадали желтыми, а потом прекратили желтеть и массово опали зелеными, а в 2014 году - только желтыми (Приложение 5).

Лето 2016 г. было жарким, с недостаточным выпадением осадков в августе, а вот осень выдалась прохладной, с поздними заморозками (вторая декада октября), ранним выпадением снега (16 октября). Солнце редко пробивалось сквозь облака (Приложение 1,2). Отреагировал ли на это листопад?

1) Сроки наступления листопада в сравнении с 2014г. (он выступает в роли контрольного) сдвинулись на две и более недели.

2) Деревья и кустарники медленно меняли свой наряд на осенний. Это объясняется тем, что осенью хлорофилл постепенно исчезает, причем в ясные дни быстрее, в пасмурную погоду – медленнее (Приложение 7).

3) Многие из них покрылись снегом, не успев сбросить листву.

4) У шелковицы белой и грецкого ореха в прошлые 2 года отмечена минимальная продолжительность листопада - 2-3 дня, связана она с понижением температуры, заморозками. В 2016 году листопад затянулся на две недели и что удивительно - после первого заморозка, как было прежде, листья не опали.

5) В книгах [1, 10] написано, что холодной осенью листья окрашены в неяркие тона. Прошедшей осенью ярких красок было больше, чем в 2015 году, даже дуб порадовал нас своим веселым нарядом (Приложение 7).

Трехлетние наблюдения позволили нам выделить другие факторы, определяющие особенности протекания листопада. Деревья и кустарники одного вида, растущие рядом или в разных местах, могут иметь разную окраску листьев и разные сроки листопада по разным причинам.

1) Влияние освещения на явление листопада (Приложение 9):

а) Изменение окраски листьев начинается с верхних ветвей (Приложение10).

б) На листопад оказывает влияние искусственное освещение. Например, рядом с фонарями деревья (вяз мелколистный в школьном дворе СОШ № 1), дольше остаются зелеными (Приложение 10).

2)Влияние возраста растений на сроки листопада: у молодых деревьев он наступает позже, чем у зрелых (Приложение 11).

3) Немаловажное значение имеет местообитание: у берез, кленов, растущих в населенных пунктах, листопад наступает позже, чем у лесных собратьев.

Листопад принадлежит к числу наиболее ярких явлений в жизни осенней природы. Каждый год повторяется он, радуя наш глаз щедростью тонов и необычностью красок, своей неповторимостью.

4. Заключение. Выводы

Осень считается скучной порой, наводя невольную грусть шорохом опавшей листвы. Для натуралиста осень - интереснейшее время в году, пора интересных исследований и наблюдений. В это время многое удается подметить в природе, объяснить непонятное, что мы постарались сделать в ходе нашего исследования.

1. В ходе первого этапаисследования, проведенного в 2014-2015г., установили:

● листопад происходит по определенному алгоритму;

● цвет осеннего листа зависит от вида красящего вещества - пигмента;

● на одном дереве или кустарнике одновременно листья могут быть окрашены в разные цвета;

●сроки наступления, продолжительность листопада у растений разных видов различны;

● по интенсивности листопад подразделяют на 3 фазы.

2. Листопад - это сезонное явление в жизни растений. Основным фактором, определяющим его наступление, является изменение продолжительности светового дня – фотопериодизм.

3. Соотношение длины дня и ночи - показатель постоянный, но наши наблюдения показали, что протекание листопада в разные годы отличается.

Причина в том, что в природе все взаимосвязано.

4. Трехлетние наблюдения показали, что основные поправки в ход листопада вносят погодные условия:

а) они сдвигают сроки начала и окончания листопада;

б) изменяют его продолжительность;

в) определяют яркость осенних красок и цвет опадающего листа.

Наибольшее влияние на течение листопада оказывают температура, недостаток влаги, соотношение ясных и пасмурных дней.

5. Осенняя погода каждый год отличалась, соответственно менялся характер протекания листопада.

6.Установили влияние естественного и искусственного освещения на явление листопада:

а) изменение окраски листьев начинается с верхних ветвей;

б) растения, хорошо освещаемые солнечными лучами, быстрее одеваются в яркий наряд, листопад у них протекает быстрее (Приложение 11);

в) такая же ситуация наблюдается, если деревья растут вблизи уличных фонарей.

7. Деревья и кустарники одного вида могут иметь разную окраску листьев и разные сроки листопада: а) у молодых и зрелых растений; б) немаловажное значение имеет местообитание: в городе листопад наступает позже.

8. В ходе исследований полностью подтверждена выдвинутая гипотеза о динамичном характере листопада. Все годы за период 2014 - 2016 г. листопад проявлял свою индивидуальность.

9. Пришли к выводу: основным фактором, определяющим наступление листопада, является фотопериодизм. Свои поправки в его ход вносит ряд других факторов: погодные условия - температура, недостаток влаги, соотношение ясных и пасмурных дней; естественная и искусственная освещенность; возраст растений; местообитание.

В народе есть приметы, связанные с изменением окраски листьев и с листопадом [3]. По нашим наблюдениям часть из них подтвердилась.

*Пока лист с вишен не опал, сколько бы снегу не выпало, оттепель его сгонит.

*Поздний листопад – к суровой и продолжительной зиме. Данная примета подтверждена не полностью: в 2016 году отмечен поздний листопад, зима была холоднее предыдущих, но весна пришла в наши края рано.

*Лист хотя и пожелтел, но отпадает слабо - морозы наступят не скоро (2014г.)

*Если осенью листья березы начнут желтеть с верхушки, то будущая весна будет ранняя, а если снизу – то поздняя (2016 г.)

*Безвременно на деревьях появятся желтые листья - к ранней осени (2015 г.)

Перспективы: Приметы убеждают нас в значимости наблюдений за листопадом. Необходимо многолетнее наблюдение, поэтому свое исследование я продолжу и проверю результативность действия примет. Проведены наблюдения осенью 2017 года. Так как явление листопада наблюдалось во второй половине октября начале ноября, данные обрабатываются.

Считаем возможным использование данных материалов на уроках биологии, экологии, при проведении внеклассных мероприятий.

5. Использованные источники информации

  1. Балбышев И. Н. Времена года. - Ленинград: Лениздат, 1971. -182 с.

  2. Бухвалов В. Н. Богданова Л. З. Методы экологических исследований. М. 1995 - 152с.

  3. Гришин В. Д. Календарь российского земледельца. - М. : Изд. МСХА, 1991 – 96с.

  4. Зорина Т. Г. Школьникам о лесе. М.: Издательство «Лесная промышленность» - 1971- 220с.

  5. Кайгородов Д. Беседы о русском лесе. – М.: Белый город. - 304с.

  6. Лемеза Н. А. и др. Пособие по биологии. – Минск: Юнипресс, 2001. - 576с.

  7. Пасечник В. В. Биология 6 класс. - М.: «Дрофа» 1999 - 272с.

  8. Петров В. В. Растительный мир нашей Родины М.: «Просвещение» 1991 г.- 207с.

  9. Покорны Я. Деревья вокруг нас. - Прага: Артия, 1980 -192 с.

  10. Трайтак. Д. И. Книга для чтения по ботанике М.: «Просвещение» 1985 - 223с.

  11. Интернет - сайт Википедия

Приложение 1

Пасмурные дни за сентябрь – октябрь (2014-2016 г.)

Ясные дни за сентябрь – октябрь (2014-2016 г.)

Приложение 2

Средняя tо С воздуха за месяц (2014-2016 г.)

Число дней с toвоздуха выше 20о С (2014-2016 г.)

Приложение3

Влияние недостатка влаги на листопад

Каштан конский.Школьный двор

Листья засохли, не изменив окраски, не опадая. 10.10. 2015 г.

Листья, изменив окраску, дружно стали опадать.12. 10. 2016 г.

Приложение 4

Яркость осенних красок зависит от погодных условий

Городской сквер. Клен остролистный. 27.09. 2015 г.

Городской сквер. Клен остролистный. 01. 10. 2016 г.

Приложение 5

Листопад у тополя. Улица Садовая

Листья опали, изменив окраску на желтую. 2014г.

Листья опали зелеными, не изменив окраски. 2015г.

Приложение 6

Сроки листопада корректируются погодой

Рябина обыкновенная. Городской сквер

01.10.2015 г.

01.10.2017 г.

Приложение 7

Яркость осенних красок

Улица Садовая. 03.10. 2016 г.

Липа. Улица Степная. 03. 10. 2016 г.

Приложение 8

Влияние освещения на явление листопада

27.09.2015 г.

Солнечная сторона лесопосадок раньше теряет листву

30.10. 2017г.

Приложение 9

Изменение окраски листьев начинается с верхних ветвей

Клен остролистный. Городской сквер. 01.10. 2016г.Скумпия. Городской сквер. 01.10.2016

Приложение 10

Влияние на листопад искусственного освещения

Школьный двор. Вяз мелколистный рядом с фонарем. 10.2014г.

Приложение 11

Влияние возраста растений на сроки листопада

Тополь пирамидальный. Район аграрного техникума.15.10. 2016 г.