XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Растения и гидротермический режим

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Китляр К.А. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение - средняя общеобразовательная школа №3 города Аркадака Саратовской области

Котова Н.П. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение - средняя общеобразовательная школа №3 г. Аркадака Саратовской области

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Экологические проблемы особенно остро стоят в засушливых регионах страны, наиболее подверженных эрозионным процессам, способствующим развитию опустынивания и экологического кризиса. Чаще других регионов, засушливые регионы подвержены действию атмосферной и почвенной засухи, приводящих к потере урожая сельскохозяйственных, овощных и плодово-ягодных культур. Засухи, высокие температуры, пыльные бури, напряженный ветровой режим отрицательно сказываются и на состояние насаждений, составляющих озеленение городов и населенных пунктов, что в целом отрицательно сказывается на окружающей человека среде, его здоровье.

Интенсивное развитие аридных регионов Саратовской области,сопровождается ростом антропогенного прессинга на природныеэкосистемы, что ведет к обострению экологических проблем, исчезновениювидов. Сегодня актуальны вопросы, связанные с выявлением редких инаходящихся под угрозой исчезновения видов, разработкой методов,направленных на восстановление популяций и сохранение биоразнообразия.Реализация этих вопросов особенно важна для аридных регионов,подверженных процессам опустынивания, в т. ч. и для Саратовской области.Методы по восстановлению популяций видов растений должныосновываться на глубоких знаниях экологического спектра вида, еготолерантности к гидротермическому режиму, другим экологическимфакторам.

Объект исследования – травянистые растения. Исследовалась их толерантность к высоким температурам.

Цель исследования заключалась вопределении объективности результатов по определению летальнойтемпературы листьев, существующими методами и определениицелесообразности использования этого показателя для разработки методов, направленных на сохранение биоразнообразия растений.

Задачи исследования:

1. уточнить видовой состав природных и антропогенных экосистем Аркадакского района Саратовской области и его экобиологическую характеристику с целью отбора травянистых растений для проведения экспериментальных исследований;

2. изучить толерантность 28 видов травянистых растений к высоким температурам атмосферного воздуха;

3. исследовать толерантность интродуцентов к высоким температурам атмосферного воздуха;

4. продолжить определение температурного режима природного местообитания видов из разных экологических групп.

Исследования проводились в период c февраля 2023 по февраль 2024 гг. Аркадакском районе Саратовской области.

Основная часть

ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектом исследований являлись представители травянистых растений природной флоры Саратовской области.

В программу исследований были включены следующие вопросы:

1. уточнить видовой состав природных и антропогенных экосистем Аркадакского района Саратовской области и его экобиологическую характеристику с целью отбора травянистых растений для проведения экспериментальных исследований;

2. изучить толерантность 28 видов травянистых растений к высоким температурам атмосферного воздуха;

3. исследовать толерантность интродуцентов к высоким температурам атмосферного воздуха;

4. продолжить определение температурного режима природного местообитания видов из разных экологических групп.

Определение видового состава проводилось путем визуального обследования, сбора гербария, работа с определителями. Для установления видовой принадлежности нами использовался конспект флоры Саратовского Правобережья, составленный и опубликованный в 2000 году Андреем Георгиевичем Еленевским, Валентиной Ивановной Радыгиной и Юрием Ивановичем Буланым. В результате было определено 28 растений из 13 семейств. Однако исследования по этому вопросу необходимо продолжить.

Изучение биоэкологической характеристики, определение физиологического показателя жароустойчивости осуществлялось в с. Мещеряковка Аркадского района. Объектами исследований служили травяные растения различных природных и рукотворных биоценозов. Собранный в результате исследований гербарный материал использовался в учебных целях на занятиях в МБОУ-СОШ №3 г. Аркадака.

Жароустойчивость травянистых растений определялась в пятикратной повторности - в середине мая, июня и августа, методами К. А. Ахматова, В. П. Тарабрина. По методике К. А. Ахматова побеги с листьями срезались и вершинкой погружались в бытовые термосы, наполненные водой с определенной температурой (+ 46, +48,...+ 52⁰ С и т.д.). Далее срезанной частью побеги погружались сосуды с водой, заполненные комнатной температурой и, в течение трех - четырех дней проводились визуальные наблюдения. Изучалось состояние листьев и вегетирующей части побегов. Повреждения листовой пластинки и вегетирующего побега регистрировались. В результате определялась летальная температура для листьев и зеленой части побега. Метод В. П. Тарабрина заключался в том, что побеги не срезались, а наклонялись с растущих растений и верхушкой погружались в бытовой термос, наполненный водой с определенной температурой.

За опытными и контрольными побегами (контрольные побеги выдерживались в термосах, заполненных водой, имеющей комнатную температуру) после их выдерживания в водяной бане, велось визуальное наблюдение, что позволяло выяснить степень повреждения и летальную температуру для листьев и вегетирующей части побегов, непосредственно, на растении (погибшие листья и побеги, или их часть высыхали). Продолжительность экспозиции определялась опытным путем. Листья или вегетирующая часть побегов выдерживалась при одной и той же температуры водяной бани в течение 5, 10, 15 и 20 минут. Оптимальным вариантом оказалась экспозиция в 20 минут для каждого варианта. Толерантность интродуцентов к высоким температурам определялась в зимний период (2023 год) методами К. А. Ахматова, В. П. Тарабрина.

ТОЛЕРАНТНОСТЬ ТРАВЯНИСТЫХ РАСТЕНИЙ К ТЕМПЕРАТУРЕ

Травянистые растения эфемеры и эфемероиды, обладая коротким периодом вегетации, экстремальный период высоких температур и засухи переносят: первые (однолетние) - в виде семян, у вторых (многолетних) надземная часть погибает, но сохраняются корневища, клубни и луковицы (Любимов, 2009, Любимов, Котова, 2012).Методы К. А. Ахматова и В. П. Тарабрина дают вполне объективные результаты, так как диагностика гибельной для листьев температуры основана на прямой констатации летального исхода (листья увядают, скручиваются и засыхают). При этом листья по методу К.А. Ахматова, в отличие от метода Ф.Ф. Мацкова, не отделяются от побега, а по методу В.П. Тарабрина листья не отделяются не только от побега, но и от растения. В связи с этим, нами при определении жароустойчивости травяных растений использовались методы К. А. Ахматова и В. П. Тарабрина, то есть методы, позволяющие получить истинное значение температуры ги­бели зеленой клетки. В эксперимент по изучению жароустойчивости были включены сле­дующие 28 видов из различных семейств. Результаты отражены в табл. 1, рис. 1 (приложение 1)

Зимой 2019 г. нами был проведен эксперимент по определению летальной температуры хвои методом К.А. Ахматова у ели колючей, сосны обыкновенной. Ель колючая и сосна обыкновенная являются интродуцентами для Аркадакского района. Интродуцент - организм (вид), случайно или преднамеренно успешно внедрившийся в местные природные или антропогенные комплексы (сообщества). Контрольные побеги выдерживались в водяной бане при комнатной температуре. Результаты отражены на рис.2 (приложение 2).

Как видим на рис. 2-4 (приложение 2), после выдерживания верхней части побегов ели колючей, сосны обыкновенной в водяной бане при температуре хвоя приобрела рыжеватый оттенок, а при температуре хвоя опала с побегов.

Величина температуры гибели у травянистых растений, и у древесных, в независимости от их видовой принадлежности и естественного местообитания (степные участки, лесные фитоценозы) составляет от + 49⁰ С до +50⁰ С.

Для сравнения полученные результаты по определению летальной температуры для древесных и травянистых растений, в том числе овощных и комнатных культур, подтверждают результаты, полученные для разных природных зон В.Б. Любимовым, К.В. Балиной, С.В. Кабаниной, О.В. Михайловым, Н.П. Котовой и свидетельствующие о том, что температура гибели листьев у изученных древесных и травянистых растений, близка к температуре + 50⁰С.

С целью выяснения влияние солнечной радиации на температуру почвы и приземного слоя нами были проведены исследования по определению температуры в самые жаркие для района исследований (Аркадакский район) периоды на почве и на высоте 5, 10 и 15 см над почвой, то есть высоте сосредоточения основной массы травянистых растений. Результаты исследований отражены в табл. 2.

Из табл. 2 (приложение 3) следует, что максимальная температура атмосферного воздуха на поверхности почвы и на высоте основной массы травяных растений (0-15 см), даже в наиболее жаркое время вегетационного периода, и дня, значительно ниже летальной температуры, зарегистрированной для травянистых растений +49- +50⁰С. 20 и 26 июля 2023 года наблюдалось понижение температурывоздуха от высоты над уровнем почвы на 3⁰С.

Наосновании изученности вопроса исследований и полученных собственныхрезультатов следует сделать заключение о том, что к высоким температураматмосферного воздуха и его сухости травяные растения, как и древесные,адаптировались в процессе эволюции не путем повышенияжароустойчивости клеток и их органелл, а, прежде всего, путем обеспеченияорганизма водой. Циркуляция воды (почва - растение- атмосфера) позволяетподдерживать температуру листьев, побегов, всего организма, близкую ктемпературе окружающей среды, благодаря водному балансу.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОХРАНЕ И ВОССТАНОВЛЕНИЮ БИОРАЗНООБРАЗИЯ

На основании изученности вопроса исследований, а также состояния природной флоры Саратовского региона (Аркадакский район), собственных наблюдений, необходимо сделать вывод об акту­альности разработки комплексной программы и ее реализации, направлен­ной на сохранение и восстановление биоразнообразия в регионе исследо­ваний. С этой целью необходимы дальнейшие исследования по изучению экобиологической характеристики видов, состояния природной флоры, выявлению мест обитания редких и находящихся под угрозой исчезнове­ния видов. Особое внимание должно уделяться разработки агротехнических приемов размножения и содержания, редких и находящихся под угрозой исчезнове­ния хозяйственно ценных видов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ результатов исследований показал, что летальная температура у включенных в экспе­римент видов, значительно выше максимальной температуры атмосферно­го воздуха и почвы. Абиотический фактор (высокие температуры в период вегетации травянистых растений) не может лимитировать их культивиро­вание в условиях района исследований. Вместе с тем, в процессе исследо­ваний было установлена необходимость и целесообразность продолжения исследований, связанных с выявлением реакции особей на воздействие гидротермического режима и, особенно, в состоянии проростков, что важно для моделирования условий при размножении и выращивании этих видов (разработки агро­техники выращивания ценных, редких и находящихся под угрозой исчез­новения видов).

В настоящее время еще не поздно решить проблему по охране и вос­становлению биоразнообразия в районе исследований. Особый интерес представляют лесные экосистемы, в которых сохранилось биоразнообра­зие. Следовательно, необходимы комплексные меры, направленные не только на сохранение отдельных видов, а фитоценозов, биоценозов, в це­лом и, прежде всего, путем пропаганды, снижению рекреационной нагруз­ки на лесные экосистемы, в местах сосредоточения ценных видов созда­ние резерватов, убежищ, создание искусственных коллекций для изучения биологии и экологии растений, получения семенного материала, размно­жения и восстановления популяций в природных местообитаниях.

ЛИТЕРАТУРА

Ахматов, К. А. Методика определения жароустойчивости растений в полевых условиях / К.А. Ахматов. - М: Наука // Бюлл. Гл. ботан. сада, 1966.- Вып. 63.- С. 81- 83.

Еленевский, А. Г. Растения Саратовского Правобережья (конспект флоры) / А.Г. Еленевский, В.И. Радыгина ,Ю.И. Буланый.- Саратов: Пединститут, 2000.- 102 с.

Зиновьев, В.Г. Прогрессивные технологии размножения деревьев и кустарников / В.Г. Зиновьев, Н.Н. Харченко, В.Б. Любимов. – Белгород- Воронеж: БГУ, 2002. – 136 с.

Котова Н.,П. Гидротермический режим содержания интродуцентов/ Н.П. Котова, В.Б. Любимов.-Брянск:РИО БГУ, 2012.- 142 с.

Любимов, В. Б. К вопросу о методах определения жароустойчивости древесных растений / В.Б. Любимов.- Шевченко: МЦНТИ, 1988.- 4 с.

Любимов, В. Б. Актуальность разработки теории интродукции растений, основанной на экологических законах // Международный академический журнал / В.Б. Любимов, К.В. Балина.- Балашов, 2000.- С. 67- 72.

Любимов, В.Б. Биоэкологическая характеристика видового состава дендрофлоры Саратовского региона /В.Б. Любимов, С.В. Кабанина, О.В. Михайлов. - Белгород: Вестник БГТУ, 2004. -С. 79-83.

Любимов, В. Б. Интродукции деревьев и кустарников в засушливые регионы / В.Б. Любимов, В.Г. Зиновьев.- Воронеж: БГУ, 2002. – 224 с.

Любимов, В. Б. Интродукция растений (теория и практика) / В.Б. Любимов.- Брянск: Курсив, 2009. – 364 с.

Тарабрин, В. П. Жароустойчивость древесных растений и методы ее определения в полевых условиях / В.П. Тарабрин // Бюл. Гл. ботан. сада.- М.: Наука, 1969.- Вып. 74.- С. 53-56.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Таблица 1 – Результаты определения летальной температуры для травянистых растений в условиях Аркадакского района

Саратовской области (июль 2023.)

Рисунок 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Рисунок 2

Методика К. А. Ахматова (2023 г.)

Рисунок 3

Определение летальной температуры для хвои ели колючей

в зимний период 2023 г.

Рисунок 4

Определение летальной температуры для хвои сосны обыкновенной

в зимний период 2023 г.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Таблица 2 - Зависимость температуры воздуха от высоты над уровнем почвы (Аркадакский район, 2023 г.)