V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изучение экологии высокогорных растений Оймяконского района
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
На северо-востоке Якутии находятся самые холодный точки Северного полушария – это Верхоянский и Оймяконский районы, где температура достигает: зимой до -69 °С, летом до +25 °С. Площадь Оймяконского района – 92,2 тыс. км². Это 14-й среди наибольших по размеру улусов республики Саха.
Оймяконская впадина закрыта со всех сторон горами, задерживающая выход из неё тяжёлого холодного воздуха. Эти же горы надёжно защищают впадину от влажных воздушных масс, идущих со стороны океанов. Это доказывает, что в Оймяконском районе наиболее экстремально-низкие температуры воздуха. Поэтому изучение экологии высокогорных растений Оймяконского района весьма актуально для прогнозирования изменений фитоценозов.
Цель работы:изучить экологию высокогорных растений и оценить их значимость.
Задачи:
Организовать экспедиции на хребет Сарычева;
Собрать материал по растениям;
Проанализировать полученные данные;
Теоретическое значение.
Исследование высокогорных растений имеет большое теоретическое значение в современной высокогорной экологии, так как эти данные могут быть использованы для создания функциональной классификации высокогорных растений необходимых для понимания механизмов динамики тундровых сообществ.
Практическое значение.
На основании полученных результатов возможна выработка практических рекомендаций по рациональному использованию и сохранению уникального биологического разнообразия высокогорных фитоценозов Оймяконья.
I.Основная часть
1.1Экология высокогорных растений.
В горах на больших высотах для растений создаётся весьма своеобразный комплекс экологических условий (их часто называют «альпийскими», независимо от географического пункта).
Приход «солнечной» радиации в горах увеличен отчасти в связи с некоторой разреженностью атмосферы, но главным образом из-за ее большой прозрачности. В высокогорьях Памира освещенность в дневные часы составляет около 130 тыс. лк, т. е. лишь немногим меньше, чем на границе земной атмосферы. Ультрафиолетовая радиация здесь значительно сильнее, чем на равнинах: так, на высотах 2500—4000 м интенсивность радиации в области
Другие характерные черты высокогорных условий — понижение температуры (в частности, «очные заморозки», действующие на растения в некоторых горных районах в течение большей части или даже всего вегетационного периода), сильные ветры, значительно укороченный вегетационный сезон. На больших высотах снижено содержание углекислоты в воздухе. Что касается режима увлажнения в высокогорьях, то он складывается по-разному в зависимости от общеклиматического фона местности: есть горные районы гумидного характера (Альпы, Западный Кавказ, Карпаты) и высокогорья, где растения живут в условиях большой сухости (области «холодных пустынь» на Памире, Тянь-Шане и в других азиатских горных массивах).
Особо своеобразны условия в нивальном (приснежном) поясе, в непосредственной близости от массивов снега и льда, возле границы вечных снегов, тающих ледников и снежников. В горах на больших высотах для растений создаётся весьма своеобразный комплекс экологических условий (их часто называют «альпийскими», независимо от географического пункта).
Для высокогорных растений характерен приземистый рост. Во всех высокогорных областях земного шара преобладают низкорослые стелющиеся кустарники и кустарнички, подушковидные и розеточные многолетние травы, дерновинные злаки и осоки, мхи и лишайники. Однако есть и более крупные, весьма своеобразные формы.
Низкорослость высокогорных растений, по-видимому, связана как с адаптацией к низким температурам, так и с формообразующим действием радиации, богатой коротковолновой частью спектра, которая тормозит ростовые процессы. Еще в конце прошлого века классические опыты французского ботаника Боннье показали, что многие растения с «обычной» формой роста, имеющие длинные цветоносные стебли, после пересадки в горы приобретали розеточную форму. Впоследствии эти опыты получили многочисленные подтверждения: например, у многих кавказских травянистых многолетников при пересадке из лесного пояса в альпийский высота уменьшалась в 2—4,5 раза, дерновинные злаки становились более кустистыми и «подушкообразными». Интересно, что эта перестройка происходила довольно быстро: уже через три года пересаженные растения приобретали устойчивый облик, характерный для высокогорных аборигенов.
В анатомическом строении высокогорных растений есть ряд черт, которые отчасти способствуют защите от избыточной радиации, отчасти связаны с особенностями водного режима и некоторых сторон обмена веществ в высокогорьях: утолщение покровных тканей, опушение, усиленное развитие механических тканей, придающих устойчивость к сильным ветрам, и т. д. Однако в горах довольно обычны и растения с листьями, лишенными опушения и воскового налета. С увеличением высоты местности, как правило, уменьшаются размеры клеток и возрастает плотность тканей, увеличивается число устьиц на единицу поверхности листа и уменьшаются их размеры; иными словами, наблюдаются изменения в сторону ксероморфоза. Особенно четко они выражены у растений, растущих на скалах; напротив, у видов, обитающих вблизи талых вод или других источников увлажнения, листья крупнее, а ксероморфные черты выражены гораздо слабее.
Низкие температуры и сильная освещенность способствуют образованию больших количеств антоциана, отсюда —глубокие, насыщенные тона окраски цветков. Сочетание крупных яркоокрашенных цветков и небольших листьев при малом (иногда совсем крохотном) росте — характерная черта многих альпийских растений
Основные физиологические процессы у растений в высокогорных условиях характеризуются повышенной интенсивностью. Прежде всего это относится к газообмену. На больших высотах отмечены очень высокие величины фотосинтеза (у некоторых видов до 50— 100 мг на 1 г листа в 1 ч). Правда, в гумидных высокогорьях (Альпы, Гиссарский хребет) фотосинтез довольно умеренный. Тем не менее в целом по мере поднятия в горы прослеживается тенденция к увеличению фотосинтеза. Она отмечается и при сопоставлении интенсивности фотосинтеза разных видов в высотных поясах, у одного и того же вида, растущего (или пересаженного) на разной высоте. Сильнее всего эти высотные различия фотосинтеза и его температурных оптимумов заметны у видов со сравнительно слабой ассимиляцией. В соответствии с сильной освещенностью фотосинтез горных растений имеет высокий уровень светового насыщения. Так, в высокогорьях Памира он составляет 50— 60 тыс. (40—50% от полной освещенности), а у ряда видов световое насыщение отсутствует совсем, и фотосинтез продолжает повышаться с увеличением освещенности до максимально возможной (см. рис. 40). Снижение содержания углекислоты в воздухе, по-видимому, не отражается на фотосинтезе высокогорных растений: согласно теоретическим расчетам, уменьшение парциального давления на больших высотах должно компенсироваться повышением скорости диффузии ее в лист.
2. Практическая часть
2.1 Описание местности
С 2013 года на базе Усть-Нерской гимназии работает научно-исследовательский высокогорный стационар «Эндемик», где проводятся исследовательские, учебные и мониторинговые исследования по экологии растений. Работы проводятся совместно с учеными МГУ, СВФУ, ИБПК СО РАН.
Тас-Кыстабы́т (хребе́тСа́рычева) — горный хребет в Якутии, расположенный в междуречье верхней Индигирки и её правого притока — реки Нера.
Длина хребта составляет около 200 км, высота достигает 2341 м. Хребет сложен алевролитами (твердая осадочная горная порода), аргиллитами (твёрдая, камнеподобная глинистая горная порода), и гранитом (горная порода состоит из кварца, плагиоклаза, калиевого полевого шпата и слюд). В нижней части склонов растут редкостойные лиственничные леса.
2.2 Описание сбора растений.
В 2016 году началось изучение лишайников. Было собрано 43 вида лишайников, из них был определён вид, занесённый в красную книгу – это Asahinea cholandeari (см. прилож.№1).
С 2015 года началось изучение мохообразных. На горной тундре хребта Сарычева было собрано более 50 видов мхов. Особый интерес представляет Grimmia fuscolutea (см. прилож.№2) и Lyellia aspera (см. прилож.№3), как редкие и красно-книжные мхи.
Всего, за годы работы лагеря, начиная с 2013 года и заканчивая 2017 годом (включая экспедицию этого года) было собрано и определенно около 120 видов растений. Некоторые виды занесены в красную книгу, например, Rhododendron aureum (см. прилож.№4) и Anemona sibirica (см. прилож.№5).
Также, наша вторая группа изучала функциональные признаки растений, так-как функциональные признаки растений - являются одним из лучших сравнительных показателей в экологии растений. Оказалось, что наши растения, несмотря на небольшую площадь листьев, производят огромное количество биологически активных веществ.
Эта теория подтвердилась нашей группой химиков. Эта группа провела химический анализ. Также выяснилось, что в наших краях обитает множество лекарственных растений.
Также, наша вторая группа изучала функциональные признаки. Оказалось, что наши растения, несмотря на небольшую площадь листьев, производят огромное количество биологически активных веществ.
В 2014 году нами были заложены трансекты. На следующий год в них были внесены минеральные удобрения. Было это сделано с целью узнать, как растения отреагируют на изменившиеся условия. Было создано 4 опытных и 4 контрольных участка, расположенных на склоне хребта Сарычева.
В 2017 году стало ясно, что растительность на экспериментальных участках стала более обильной и разнообразной. Также, было замечено, что лишайников на опытном участке стало меньше.
В 2017 году нами был заложен питомник лекарственных растений, туда входят такие растения как: Змееголовник дланевидный, Рододендрон золотистый, Тимьян Ползучий и другие лекарственные растения. Работа проводилась совместно с заведующим ботанического сада из Северо-Восточного Университета.
Заключение
После проделанной исследовательской работы, мы можем утверждать, что поставленные перед нами задачи были выполнены.
В Оймяконском районе благодаря благоприятному размещению месторождений полезных ископаемых, развита горнодобывающая промышленность. При этом неизбежное увеличение антропогенной нагрузки может привести к обеднению биологического разнообразия экосистем, впоследствии чего некоторые виды могут исчезнуть прежде, чем они здесь будут выявлены.
Хребет Сарычева имеет огромную природно-охранную значимость, так как на нём произрастают различные красно-книжные растения, которые нужно охранять и беречь. Для этого необходимо сделать хребет объектом заповедной зоны.
Используемая литература
Елумеева Т.Г. Разногодичная динамика и конкуренция на альпийских лишайниковых пустошах и пестроовсяницевых лугах Тебердинского заповедника. // диссертация, Москва, 2006 год.
Шидаков И.И., Онипченко В.Г. Сравнение параметров листового аппарата растений альпийского пояса Тебердинского заповедника// Бюлл. Моск. о-ва испытателей природы. Отд. Биол., 2007,-т. 112, вып. 4,- с.42-49.
Шидаков И.И., Онипченко В.Г. «Бюллетень МОИП», 2007, отд. биол.
www.herba.msu.ru
Пояркова А. И. Род рододендрон – RhododendronL. // Флора СССР.
Рогожин В.В. Методы биохимических исследований:
учеб. пособие. – Якутск, 1999. – 116 с.
Приложения
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5
13