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

ИЗУЧЕНИЕ РЕДКОЙ И РАННЕЦВЕТУЩЕЙ ФЛОРЫ ГОРОДСКОЙ РОЩИ
Атаманова П.С., Павлова Е.В., Печникова Я.В.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

О составе сообщества судят, прежде всего, по видовому разнообразию. Под разнообразием понимают видовое богатство сообщества. В любом сообществе, как правило, сравнительно мало видов, представленных большим числом особей или большой биомассой, и сравнительно много видов, встречающихся редко. Виды с высокой численностью играют огромную роль в жизни сообщества, особенно так называемые виды- средообразователи. В лесных экосистемах, например, к ним относятся виды преобладающих древесных растений; от них зависят условия, необходимые для выживания других видов растений и животных – трав, насекомых, птиц, зверей, мелких беспозвоночных лесной подстилки и других.

В то же время редкие виды часто оказываются лучшими показателями состояния сообщества. Это связано с тем, что для поддержания жизни редких видов требуются строго определенные сочетания различных факторов (например, температуры, влажности, состава почв, определенных видов пищевых ресурсов и других). Поддержание необходимых условий во многом зависит от нормального функционирования экосистем, поэтому исчезновение редких видов позволяет сделать вывод о том, что функционирование экосистем нарушилось. К числу уязвимых видов относят раннецветущие растения такие как: Адонис весенний, пион степной, подснежник белый.

Вышеназванные обстоятельства и определяют актуальность данной тематики.

Целью нашего исследования является изучение видового и количественного состава раннецветущих растений городской рощи.

Для реализации поставленной цели ставились и решались следующие задачи:

1. Изучить биологические особенности видов раннецветущих растений городской рощи.

2. Изучить видовой состав раннецветущих растений рощи.

3. Провести количественный учет.

4. Сравнить показатели на разных участках.

Объектомисследования является основной лесной массив города Ефремова- городская роща.

Предмет исследования – раннецветущие растения городской рощи.

Место и сроки проведения исследования: исследование проводилось в марте-апреле 2017 года.

Характеристика объекта исследования.

Наши исследования мы провели на территории городской рощи, которая располагается в юго-западной части города на площади 8,5га. Максимальная единовременная мощность рощи определена 5тыс. человек. Территория рощи находится в низменности и только отдельные участки несколько возвышаются . с южной стороны рощи находится овраг, характеризующийся глубиной от 2 до 5м. с других сторон рощу ограничивает автомобильная дорога, жилые дома, рыночная площадь и здания больничных корпусов.

Территорию рощи образует серая лесная почва, которая состоит из трех слоев : верхний – гумусовый, средний- переходный и нижний- почвообразующий, или материнская порода, представленная известняковыми отложениями верхнедевонского периода.

Климат местности умеренно- континентальный. Годовое количество осадков 630мм. Большая часть осадков выпадает в теплое время года, а примерно третья часть- зимой в виде снега. Климат местности благоприятен для произрастания лесной растительности.

В центре рощи находится стадион «Химик» и тренировочная база спортивного клуба «Меч», а так же спортивная школа.

  1. Обзор литературы

  1.  
    1. Особенности первоцветов

Первоцветами называют растения ранневесенней флоры, цветущие сразу после схода снегового покрова. В средней полосе России эти растения цветут уже в апреле (в отдельные теплые годы - с конца марта) до середины мая [2].

В чем биологический смысл столь раннего цветения этой группы растений?

Первая и главная причина - солнечный свет. Всем известно, что именно на свету в зеленых органах растений происходят процессы фотосинтеза, когда из неорганических веществ (воды и углекислого газа) образуются органические вещества - углеводы, которые потом растения используют для своего развития. Таким образом, достаточное количество солнечного света является необходимым условием нормального развития растений.

Именно ранней весной леса умеренного климатического пояса наиболее богаты светом. Деревья и кустарники еще не оделись листвой, и ничто не мешает солнечному свету беспрепятственно проникать до самой земли. Это обстоятельство и является основной причиной того, что многие виды растений в процессе эволюции «выбрали» для своего цветения именно раннюю весну. Недаром первоцветов больше всего в лиственных, особенно широколиственных, «темных» лесах.

«Прозрачность» свободного от листьев весеннего леса используется растениями еще по одной причине. В весеннем лесу без листвы легче происходит опыление. В первую очередь это касается ветроопыляемых раннецветущих растений, таких, как всем знакомые березы (различные представители рода Betula), осина (Populus tremula), ольхи (серая и черная - представители рода Ainus), лещина, или орешник (Corylus avellana).

Ранней весной ничто не мешает ветру переносить пыльцу с мужских цветков этих растений (собранных в «пылящие» сережки) на женские, состоящие из одних маленьких липких пестиков. Когда на деревьях и кустарниках распустится листва, она уже помешает ветру свободно гулять в кронах деревьев.

Насекомоопыляемые растения также, по-своему, используют это время года. Они привлекают первых насекомых яркими цветками желтых, голубых и розовых оттенков.

В сумраке летнего леса цветы низкорослых растений заметны гораздо хуже (кстати, цветки растений, обитающих в нижнем ярусе леса и цветущих летом - кислицы, седмичника, майника и др. - имеют белую окраску, наиболее ярко выделяющую их в условиях недостаточного освещения).

Еще одна причина раннего цветения растений – это наличие влаги. Земля после схода снега насыщена влагой, которая также необходима для нормального развития растений [6].

Эфемероиды.

Наиболее полно благоприятные весенние факторы (достаточные освещенность и увлажненность) используют небольшие растения, выделяемые в группу эфемероидов [3].

Это наиболее специфическая, узко приспособленная к раннему цветению группа первоцветов.

Слово «эфемерный» ассоциируется с чем-то красивым, но мимолетным, недолговечным. В полной мере это относится к ранневесенним эфемероидам. Они отличаются необычайной «торопливостью» - появляются на свет тотчас же после схода снега и быстро развиваются, несмотря на весеннюю прохладу. Через неделю-другую после появления на свет они уже цветут, а еще через две-три недели у них появляются плоды с семенами. Сами растения при этом желтеют и полегают на землю, надземная их часть засыхает. Происходит все это в самом начале лета, когда, казалось бы, условия для жизни лесных растений самые благоприятные - достаточно тепла и влаги. Но эфемероиды имеют свой особый «график развития», не такой, как у многих других растений. Они всегда активно развиваются - растут, цветут и плодоносят - только весной, а к лету совершенно исчезают из растительного покрова. Во время весеннего достатка света они успевают «взять свою долю», не-обходимую для того, чтобы отцвести, отплодоносить и накопить запас питательных веществ для будущего года.

Все эфемероиды - многолетние растения. После того, как в начале лета их надземная часть засыхает, они не погибают. В почве сохраняются живые подземные органы - у одних клубни, у других - луковицы, у третьих - более или менее толстые корневища.

Эти органы служат вместилищем запасных питательных веществ - главным образом, крахмала. Именно за счет заранее запасенного «строительного материала» так быстро и развиваются у эфемероидов весной стебли с листьями и цветками. Разумеется, за такой короткий вегетационный период (время, в течение которого растения активно развиваются), да еще и при низких весенних температурах, 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 раннецветущими растениями встает еще одна проблема - распространение семян. Вспомним, что деревья и кустарники к этому времени уже одеваются листвой и летние травы заглушают последние желтеющие листочки эфемероидов. Ветра в лесу уже практически нет, поэтому распространение семян с его помощью (как, например, у одуванчиков) в это время года здесь не будет эффективным. Для того чтобы семена распространялись с шерстью животных (как, например, у репейника или череды), растения должны быть достаточно высокими. Низкорослым эфемероидам до шерсти «не дотянуться». Для того, чтобы вызрели сочные ягоды, которые могли бы потом распространяться лесными птицами и зверями (как у костяники, волчьего лыка, жимолости лесной и т.д.) у эфемероидов просто нет времени, ведь ягоды созревают у лесных растений только во второй половине лета. Высыпать семена просто рядом? Но в этом случае молодым растеньицам, которые прорастут из семян, не выдержать конкуренции со взрослыми родительскими растениями, которые уже прочно заняли здесь место под солнцем. Как быть?

Растения-эфемероиды решили эту проблему очень оригинальным способом. Для распространения семян они «пользуются услугами» почвенных насекомых, и в первую очередь - муравьев. На плодиках или семенах у этих растений образуются особые мясистые придатки, богатые маслом. Эти придатки называются элайосомами (от греческих слов elaion - масло, и soma - тело) и служат для привлечения муравьев. У хохлатки, например, элайосома выглядит белой шишечкой на черном гладком семени. Сами же растения, распространяющие свои семена при помощи муравьев, называются мирмекохорами.Плоды и семена мирмекохоров созревают обычно в начале лета, когда муравьи особенно активны. Они растаскивают семена по своим гнездам, теряя часть из них по дороге. Помимо эфемероидов к мирмекохорам относятся многие другие травянистые растения нижних ярусов леса (до 46% от общего числа характерных для этих мест видов). Это - показатель того, что такой способ распространения семян в данных условиях является весьма эффективным. Мирмекохоры, как правило, имеют низкорослые, слабые или полегающие стебли, что облегчает доступ муравьев к семенам и плодам.

  1.  
    1. Биологические особенности видов раннецветущих растений

  1. Пролеска сибирская (Scilla sibirica)– это луковичное многолетнее растение из семейства лилейных, голубые, фиолетовые или белые цветочки которого собраны в кисть или щиток на коротком безлистном стебельке [4].

Размножается пролеска самосевом и дочерними луковками. Пролеска относится к числу растений – эфемероидов. Она очень рано зацветает, быстро отцветает и затем образует плоды – коробочки. К моменту созревания стебель, несущий коробочку, ложиться на землю, а сома коробочка раскрывается. Зрелые семена пролески растаскивают муравьи (приложение №2 рис. 3).

  1. Гусиный лук (Gagea lutea) – первоцвет. Внутренняя сторона листочка околоцветника желтая, наружное – желтовато-зеленое. Соцветие 1-7 цветков; иногда до 10. Околоцветник 6 листочков. Тычинок 6. Пестик 1. Завязь верхняя. Прикорневой лист линейно-ланцетный, около 0,8 см ширины. Стеблевые листья сближены к соцветию. Растение с 1 луковицей. Цветет с середины апреля до начала мая. Рост 8-15 см. Растет по лесам, паровым полям, склонам [4].

Свое научно родовое название Cagea растение получило в честь ученого Фомы Гаге, ездившего в 1648 г в Америку. Видовое название Lutea означает «желтый».

В сумерки и плохую погоду цветки закрываются. Если дождь продолжается несколько дней, то цветки не раскрываются и в них происходит самоопыление.

Листочки гусиного лука обладают способностью производить почки.

Медоносное растение – дает нектар (приложение №2 рис. 4).

  1. Ветреница лютиковая (Anemone ranuculoides) - небольшое травянистое растение, интересное по особенностям своего развития. Это один из наиболее распространенных дубравных эфемероидов. Цветки ветреницы яро-желтые, немного напоминающие цветки лютика. Само растение имеет имеет прямой стебель, поднимающийся от земли, на конце его - три листа, направленные в разные стороны и сильно рассеченные, еще выше – тонкая цветоножка, которая заканчивается цветком. Когда ветреница цветет, лесные деревья и кустарники едва начинают распускаться [4].

После того как деревья оделись листвой и в лесу стало темно, развитие ветреницы заканчивается. Она начинает желтеть, стебель с листьями вянет и ложится на землю. В начале лета никаких следов растения уже не остается. Только в почве сохраняется живое корневище, которое на следующую весну дает начало новому побегу.

  1. Копытень европейский (Asarum europaeum). Листья этого растения имеют очень характерную форму: листовая пластинка округлая, но с той стороны. где к ней подходит черешок, она глубоко вырезана. Ботаники называют такой лист почковидным [4].

Листья копытеня крупные, довольно плотные, сверху темно-зеленые и лоснящиеся. Они зимуют под снегом живыми. Если взять свежий лист и растереть, вы почувствуйте специфический запах, как у черного перца.

Стебель копытеня никогда не поднимается над поверхностью почв, он всегда распростерт по земле и кое-где прикрепляется к ней корнями. Листья располагаются один против другого.

Осенью на самом конце стебля, в развилке между листовыми черешками, можно видеть крупную почку, которая снаружи одета тонкими полупрозрачными покровами. Под этим пленками скрыты зачатки двух будущих листьев. В центре почке небольшой шарик,похожий на дробинку. Если аккуратно разложить его, увидеть внутри крохотные тычинки. Это бутон. Следовательно, у копытеня бутоны формируются задолго до цветения – уже с осени. Весной копытень цветет очень рано, вскоре поле схода снега.

  1. Медуница неясная (Pulmonaria obseura). Медуница в широколиственном лесу цветет, пожалуй, раньше всех других растений [4].

На одном и том же стебельке некоторые цветки темно-розовые, другие василькового-синие. Если присмотреться внимательно, нетрудно заметить, что розовую окраску имеют бутоны и более молодые цветки, а синюю – более старые, отцветающие. Каждый цветок на протяжении жизни меняют окраску.

Смена окраски в процессе цветения объясняется особыми свойствами красящего вещества, которое содержится в лепестках. Это вещество напоминает химический индикатор лакмус: раствор его меняет окраску в зависимости от кислотности среды. Содержимое клеток в лепестках медуницы в начале цветения имеет слабокислую реакцию, а позже – слабощелочную. Именно это и вызывает смену окраски лепестков.

Медуница получила свое название потому, что в цветках ее содержится много нектара.Это – один из наших самых ранних медоносов.

  1. Хохлатка Галлера (Corydalishalleri) Относится к числу эфемероидов. Цветет ранней весной. Вскоре после того как сойдет снег, мы уже видим ее невысокие стебельки с нежным кружевными листочками и плотным соцветием из сиреневых цветков. Хохлатка – растение миниатюрное, хрупкое и очень изящное. Цветки ее приятный запах и богаты нектаром. Если стоит теплая погода, хохлатка отцветает очень быстро – через несколько дней. И вместо цветков уже виднеются мелкие стручковые плоды. Немного позже из них высыпаются черные блестящие семена [4].

Плоды у хохлатки созревают раньше, чем у всех других лесных растений. А когда деревья и кустарники оденутся молодой листвой, хохлатка желтеет, ложится на землю и вскоре засыхает. Под землей у нее остается сочный живой клубенек – небольшой желтоватый величиной с вишню. Здесь хоронятся запасы питательных веществ в основном крахмала, необходимые для быстрого побега на следующую весну.

Хохлатка относится к числу таких растений, которые всю свою жизнь остаются на одном и том же месте, так как у нее нет надземных побегов, которые распространяются в стороны.

  1. Методика изучения видового состава раннецветущих растений

Материалом для данной исследовательской работы послужили результаты исследований городской рощи. При описании растительности использовали доминантный принцип. Определение растений осуществлялось при помощи определителей.

Мы использовали методику А. С. Боголюбова, Ю. А. Буйнова, М. В. Кравченко «Изучение экологии первоцветов» (2002 год).

Методика определения встречаемости растительных видов в изучаемом сообществе:

1. На ключевом участке заложить четыре пробных площадок размером 1 м2 для подсчета травянистых видов.

2. Определить на каждой из четырех площадок наличие интересующих видов. Полученные данные по каждой площадке занести в полевой дневник.

3. Вычислить в процессе встречаемость изученных видов в обследуемом природном сообществе. Для этого разлиновать большой лист бумаги, где в горизонтальных строчках написать название отдельных видов растений, а в вертикальных рядах обозначить площадки, на которых проводились подсчеты [8].

4. Переписать все виды, отмеченные на первой площадке, и в первом вертикальном ряду крестиками отметить против каждого вида его присутствие на площадке. Если на второй площадке встретятся те же виды, что и на предыдущей, отметить их крестиками во втором ряду. Если попадется новый вид, дописать его ниже в горизонтальном ряду и поставить крестик только на второй вертикали (на первой останется пропуск, поскольку вид не встречается на первой площадке).

  1. Результатыизучения видового состава раннецветущих растений городской рощи

В роще нами были заложены четыре пробные площадки, на которых мы провели геоботанические исследования [7], результаты которых свели в таблицу №1.

Таблица №1

Результаты количественного учета растений на пробных площадках (количество/ обилие).

п/п

Вид

учетной площадки

1

2

3

4

1

Класс Однодольные - Monocotyledoneae, Семейство Лилейные - Liliaceae,

Род Пролеска - Scilla L.

Пролеска сибирская — Scilla sibiricaHaw.

88/4

5/2

15/3

7/3

2

Род Гусиный лук - Gagea Salisb.

Гусиный лук желтый — Gagea lutea (L.) Ker-Gawl.

48/3

8/2

6/2

12/2

3

КлассДвудольные - Dycotyledoneae,

Семейство Лютиковые - Ranunculaceae,

Род Ветреница - Anemone L.

Ветреница лютиковая — AnemoneranunculoidesL. (Anemonoidesranunculoides(L.) Holub)

11/3

5/2

23/3

17/3

4

Семейство Кирказоновые - Aristolochiaceae,

Род Копытень - Asarum L.

Копытень европейский — Asarum europaeum L.

54/4

37/4

44/4

39/4

5

Семейство Бурачниковые - Boraginaceae,

Род Медуница - Pulmonaria L.

Медуница неясная - Pulmonaria obscura Dum.

-

-

4/2

3/2

6

Семейство Дымянковые - Fumariaceae,

Род Хохлатка - Corydalis Vent.

Хохлатка Галлера — Corydalissolida (L.) Clairv. (Corydalis halleriWilld.)

-

-

8/2

-

По результатам исследования мы выяснили, что на первой пробной площадке встречаются пролеска сибирская в количестве – 88 штук, ветренница лютиковая – 11 штук, гусиный лук – 48 штук, копытень европейский – 54 штуки.

На второй пробной площадке первоцветов встречается в количестве: ветреница лютиковая – 5 штук, пролеска сибирская – 5 штук, гусиный лук – 8 штук, копытень европейский 37 штук.

На третьей пробной площадке: ветреница лютиковая – 23 штуки, пролеска сибирская – 15 штук, гусиный лук – 6 штук, копытень европейский - 44 штуки, медуница неясная – 4 штуки, хохлатка Галлера – 8 штук.

На четвертой площадке: ветреница лютиковая – 17 штук, пролеска сибирская – 7 штук, гусиный лук – 12 штук, копытень европейский - 39 штук, медуница неясная – 3 штуки.

Сопоставляя результаты исследования на пробных площадках, мы выяснили, что на первой площадке встречается всего четыре вида растений, но показатели по этим растениям здесь самые высокие. На второй площадке встречается четыре вида растений и показатели самые низкие. На третьей пробной площадке показатели невысокие, но на этой площадке видовой состав больше, чем на остальных. На четвертой площадке показатели невысокие, а видовой состав выше, чем на первой площадке, но ниже, чем на третьей площадке.

  1.  
    1. Изучение рекреационной нагрузки.

С ростом городов и изменением городской среды неизбежно повышается рекреационная активность горожан. Она приобретает такие масштабы, что начинает угрожать состоянию и существованию зеленых территорий. Предотвратить такую тенденцию может реальное знание состояния парков, а также процессов, влияющих на распределение нагрузки и особенности ответной реакции лесопарка. Рекреационной нагрузке подвержена и городская роща.

1. густота сети тропинок оценивается в 3 балла, т.е. средняя (две-три дополнительные тропинки) кроме той , на которой стоит наблюдатель).

2. обилие мусора оценивается в 2 балла- незначительное количество мусора.

Однако с приближением к центральной части рощи (стадион «Химик») наблюдается увеличение не только грунтовых, но и асфальтовых тропинок и дорожек. А также наблюдается увеличение наличия бытового мусора. Это связано с количеством пребывающих здесь человек.

Рекомендации по сохранению первоцветов

С первых дней весны Министерство природных ресурсов и экологии России каждый год объявляет о начале ежегодной операции «Первоцвет». Проходит она обычно с 20 марта по 20 мая с целью сохранения раннецветущих растений. Наступает весна, и в городах снова появляются торговцы дикорастущими цветами. "Купите букетик подснежников", - предлагают вам на рынках, в переходах, да и просто на улицах. Недорого, и это чудо окажется у вас в руках. Правда, ненадолго. Сорванные дикорастущие цветы, а в особенности первоцветы увядают очень быстро. Знайте, что, покупая эти цветы, вы подталкиваете браконьеров к ещё более масштабному сбору в последующие годы. Откажитесь от этого маленького удовольствия, помогите сохранить живую природу!

Все первоцветы большую часть жизни проводят в состоянии покоя. Луковицы, клубни, или корневища сохраняются в почве, поэтому важно, чтобы не уничтожались привычные места произрастания первоцветов.

Для того, чтобы жителями была осмыслена необходимость в сохранении первоцветов и для того, чтобы хотя бы в будущем получить личность, стремящуюся к сохранению видового многообразия и чтобы люди будущего могли увидеть эти чудеса необходимо:

  • использование мониторинга наблюдений за состоянием первоцветов;

  • наглядная агитация: проведение выставок, конкурсов, плакатов, рисунков и фотографий на тему «Берегите первоцветы»

  • методы убеждения и внушения: чтение лекций по проблеме. беседы на неделях и часах экологии в школах и других учреждениях на тему «Берегите первоцветы»

  • анкетирование, распечатка и расклейка тематических листовок призывающих отказаться от сбора и покупки первоцветов.

Выводы

В результате исследования, проводимого в городской роще, было выявлено шесть видов раннецветущих растений относящихся к двум классам (однодольные и двудольные). Наибольшей численностью обладают популяции копытня европейского и пролески сибирской.

Заключение

Для сохранения видового разнообразия раннецветущих растений в городской роще необходимо усилить контроль за варварское уничтожение раннецветущих растений, вести разъяснительную работу среди населения.

Список использованной литературы

  1. Ашихмина Т. Я. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие. – М.: АГАР, 2008 г.

  2. Компьютерный иллюстрированный определитель объектов природы средней полосы России. - Ассоциация «Экосистема»: Московский полевой учебный Центр, 2004 г.

  3. Петров, В.В. Растительный мир нашей Родины: Кн. для учителя – 2-е изд.,- М.: Просвещение, 2006 г.

  4. З.М. Куданова. Определитель высших растений. Москва, 2007 г.

  5. В.В. Неронов. Полевая практика по геоботанике в средне полосе европейской России; стр. 139. Издательство Центра охраны дикой природы. Москва, 2002 г.

  6. И.И. Степаненко. Лесная типология. Москва, 2004 г.

  7. Методы биологических и экологических исследований в работе с учащимися. Москва, 2003 г.

  8. Буйволов Ю.А., Кравченко М. В., Боголюбов А.С. Изучение экологии первоцветов: Методическое пособие. – М.: Экосистема, 2002. – 35 с.

Пролеска сибирская — Scilla sibirica

Хохлатка Галлера, или плотная — Corydalis halleri Wild

Медуница неясная (Pulmonariaobscura)

Ветреница лютиковая (Anemone ranunculoides)

Копытень европейскийAsarum europaeum L

Гусиный лук, желтоцвет, желтый подснежник (Gagea lutea)