IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Особенности произрастания опунции в Восточном Крыму
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время одним из наиболее опасных инвазионных растений - то есть занесенных извне, не характерных для флоры Крыма, – является опунция. Род Opuntia Mill. – один из крупнейших родов семейства кактусовых, включающий большое количество (до 250) видов. Одним из наиболее широко распространенных в настоящее время, как в культуре, так и в одичавшем состоянии в Крыму, видов опунций является опунция распростертая.
В работе дана оценка современного состояния и особенностей распространения в Восточном Крыму кактуса опунции. Приведено морфологическое описание формы, дичающей в Крыму. Выявлены и охарактеризованы локальное местообитание спонтанного произрастания опунций в лесной зоне Восточного Крыма, а также три локалитета в городской среде (г. Керчь). Обсуждаются опасности этого кактуса как для человека, так и для лесной зоны, а также и тенденции его дальнейшего распространения.
Исследования проводили в 2019 году. Были сделаны попытки подсчета количества растений. Определены основные особенности произрастания отдельных групп (куртин) растений. По результатам наблюдений была выполнена исследовательская работа на тему «Особенности произрастания опунции в Восточном Крыму».
Исследуемая гипотеза состояла в том, что инвазионные растения быстро и широко распространяются и способны принести вред человеку.
Объект исследования – популяции и единичные особи кактуса опунция.
Актуальность работы обусловлена тем, что инвазионные виды растений снижают биологическое разнообразие и представляют опасность для человека
Цель исследовательской работы заключалась в изучении распространения опунций, изучении особенностей этого растения.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
- выявить локальные участки произрастания опунции на территории Восточного Крыма и города Керчь;
- описать особенности морфологии;
- дать характеристику этого растения;
- показать опасность опунции для человека и роль опунции в снижении биологического разнообразия.
Предмет исследований – особенности произрастания опунции.
Методы исследования:
- наблюдения за растениями в естественной среде обитания;
- наблюдения за растениями в городской среде;
- фото- и видеосъемка;
- поиск литературы в городской библиотеке, ее изучение и анализ.
Для выявления мест произрастания популяций опунции применялся метод маршрутных исследований, также была использована информация из литературных источников, сети Интернет и устные сообщения других специалистов. Морфологические параметры растений изучались традиционными методами изучения растительности.
Личный вклад автора исследовательской работы заключается в проведении наблюдений за растением опунция в естественной среде, и выявлении отдельных локальных мест произрастания, изучении большого количества литературных источников, отбор материала по теме исследования и ее анализ, создании собственного фото- и видеоархива, изучении возможности работы на компьютере при оформлении исследовательской работы.
Практическая ценность: материалы могут быть использованы при проведении уроков по предмету «Окружающий мир» в начальных классах и уроков биологии в старших классах.
ГИПОТЕЗЫ ПОЯВЛЕНИЯ ОПУНЦИИ В КРЫМУ
Сознательная интродукция опунции
В Крыму опунции были введены в культуру в начале XIX века Никитским ботаническим садом. В середине XIX века произошла их натурализация. Однако при этом кактусы находились под постоянным контролем со стороны человека. Они произрастали в строго отведенных местах. Это была так называемая сознательная интродукция, проводимая садовниками, которая продолжалось более ста лет. После проведения в 1930 – 1960 гг. Никитским ботаническим садом научно-исследовательских работ по выращиванию и внедрению в практику зеленого строительства различных зимостойких видов опунций в парках многих здравниц и в населенных пунктах Крыма появились интродукционные популяции этих растений [1].
Опунция как наследие Крымской войны
До середины двадцатого века одичавшие кактусы обнаруживались в некоторых локальных местах Крыма. Это были практически исключительно места расположения иностранных воинских захоронений времен Крымской войны. Вероятно, это было связано с существующей у некоторых народов Европы традицией высаживать эти вечнозеленые, практически не нуждающиеся в уходе растения на кладбищах. Первые сведения об одичании опунций и их спонтанном произрастании в Крыму приводятся в научных работах первой половины XX века [1, 2].
Натурализация и внедрение в естественные биотопы
Опунция была признана чужеродным растением во флоре Крыма. Часть опунций натурализовались и стали распространяться за пределы мест первоначального культивирования, в том числе внедряться в естественные биотопы. Тем самым они перешли в категорию адвентивных, а в отдельных случаях и инвазионных растений.
МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ РАСТЕНИЯ
Изучение опунции распростертой позволило выявить некоторые особенности в морфологии и биологии. Побеги растения членистые, состоящие из плоских и мясистых сегментов. Сегменты крупные, плоские, почти округлые. Размеры от 2 до 8 см в диаметре, 0,5 – 0,8 см толщиной. Цвет - светло-зеленый или тускло-зеленый. Поверхность сегмента - поперечно-морщинистая. Глохидии относительно немногочисленные, неравномерно расположенные Их длина от 1 до 2 мм, на нижних сегментах они более многочисленные и длинные, желтовато-коричневые. Иглы (колючки) размещаются по одной в верхней части и по ободу сегмента [1].
Цветение наблюдается в конце мая – середине июня. Цветки ярко-желтые или лимонно-желтые, иногда лепестки при основании оранжевые, 2 – 3 см длиной (вместе с завязью). Они крупные, 7 – 8 см в диаметре, и очень эффектные. Плоды созревают в октябре – ноябре. После созревания большинство плодов опадает, но поздно завязавшиеся плоды часто остаются на растениях всю зиму вплоть до следующего цветения. Плоды варьируют по форме от почти округло-грушевидных до удлиненно-кеглевидных, но на одном растении форма плода достаточно стабильна, Размеры плодов зависят от условий произрастания. Они могут значительно изменяться: от 2 до 5 см в длину и от 1 до 2,5 см в диаметре в утолщенной части. Окраска плодов от серовато-розовой до пурпурно-бордовой, мякоть от светло-розовой до темно-розовой или розово-пурпурной окраски. На одном плодоносящем сегменте располагается от 1 до 12 плодов, в среднем 5 – 6. На одном растении, имеющем 20 – 25 сегментов, может быть до 70 – 100 плодов [1,2].
Растения обильно цветут и плодоносят (в среднем 7 – 10 цветков и столько же плодов на сегменте). Плоды, как правило, многочисленные, дружно созревающие, округло-грушевидной формы. Считаются лекарственными. Изредка используются населением в пищу.
ОПУНЦИЯ В ВОСТОЧНОМ КРЫМУ
В районе Нового Света в октябре 2019 года обнаружено локальное произрастание опунции распростертой. Наблюдали произрастание как единичных растений, так и их групп, образующих куртины разной величины. Площадь отдельных участков составляла от 100 до 300 м2. Во многих местах отдельные куртины сливались в почти сплошные заросли. Наиболее часто встречаются куртины от 1 до 3,5 метров в диаметре, сформированные родственными особями (рис.5.1.,5.2).
Растения опунции распростерты по поверхности почвы или приподнимаются на высоту 5 – 10 см над ней (рис. 5.3).
Некоторые растения были с созревшими плодами, которые обычно созревают в октябре – ноябре (рис. 5.4). После созревания большинство плодов опадает. Поздно завязавшиеся плоды часто остаются на растениях всю зиму вплоть до следующего цветения (рис. 5.5). Посадки опунции выявлены как в антропогенно нарушенных (г. Керчь), так и в не нарушенных природных биотопах (Новый Свет).
Рис. 5.1. Отдельные куртины (фото слева) сливаются в почти сплошные заросли (фото справа). 21.10.2019 г. Новый Свет
Рис. 5.2. Куртины от 1 до 3,5 м в диаметре, сформированные родственными особями. 21.10.2019 г. Новый Свет
Рис. 5.3. Растения опунции распростерты по поверхности почвы или приподнимаются на высоту 5-10 см над ней. 21.10.2019 г. Новый Свет
Рис. 5.4. Окраска плодов опунции от серовато-розовой до пурпурно-бордовой. 21.10.2019 г. Новый Свет
Рис. 5.5. Плоды созревают в октябре – ноябре, после созревания большинство плодов опадает. 21.10.2019 г. Новый Свет
Для человека опунции представляют большую опасность. При неосторожном поведении или случайном соприкосновении оставляет на теле человека впившиеся колючки (глохидии), а затем долго не заживающие раны. Кроме того, куртины опунций образуют непроходимые заросли в крымских лесах. Это препятствует развитию пешего туризма, который весьма популярен в этом районе Крыма.
Исследованное местообитание дичающей опунции находится в Восточном Крыму, в лесной зоне недалеко от пос. Новый Свет. Климатические особенности района благоприятны для дальнейшего неконтролируемого расселения опунции. В системе физико-географического районирования этот район относится к субсредиземноморью. Климат района засушливый, жаркий, с умеренно-теплой зимой. Средняя годовая температура воздуха 12-14°C. Температура самого теплого месяца (июля или августа) 23-25°C, самого холодного (февраля) +2,5-+4,5°C. Абсолютный минимум – 15-17°C. Годовое количество осадков 550 мм, большая их часть выпадает в холодное время года [1,2].
Жители Крыма, привлеченные эффектными цветами кактуса, часто высаживают на своих приусадебных участках и палисадниках взятые в диких условиях отростки. В г. Керчь существует несколько локальных произрастаний, площадь которых колеблется от 2 до 10 м2. Несмотря на более холодный климат, растения дают полноценные плоды (и, соответственно, семена) и способны распространяться самостоятельно. Так как естественных врагов у растения в регионе нет, это может привести к бурному неконтролируемому расселению и даже к экологической катастрофе (Приложение А).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Факт увеличения в последние годы инвазионной активности кактусов рода Opuntia подтверждают многие специалисты, литературные данные и наши исследования. Несмотря на то, что в настоящее время большинство популяций способны принять в свой состав чужеродные виды, внедрение именно опунции в естественные фитоценозы представляет существенную угрозу и для растительных сообществ, и для человека. В первую очередь это угроза сохранения параметров растительного покрова в целом, а также для популяций отдельных редких и охраняемых видов. Практически во всех сообществах опунция конкурирует с охраняемой в Крыму асфоделиной, гвоздикой травянкой и другими видами растений. Распространение опунции может привести к сокращению численности и даже исчезновению ряда аборигенных видов, характерных для этих фитоценозов.
Растения опунции преодолели географический, экологический и биологический барьеры. Они проявляют высокие адаптационные способности. В большинстве локалитетов отличаются высокой жизненностью, образуют как куртины до 1,5 – 3,5 м в диаметре, так и местами сплошные заросли. В случае намеренного или непреднамеренного заноса опунции в подходящие для нее условия можно ожидать ее широкое распространение и натурализацию.
Таким образом, растения опунции в крымском регионе отличаются достаточно высокими показателями жизненности. Нами отмечено обильное цветение, плодоношение и вегетативное размножение, а также – семенное возобновление. Таким образом, гипотеза, выдвинутая для проведения данного исследования, подтверждена.
Научно подтверждены факты [1,2] существенного увеличения численности некоторых популяций и занимаемой ими площади за последние 20 – 30 лет, появления новых мест натурализации и активного внедрения этого вида как в антропогенно нарушенные, так и в естественные сообщества. Все это свидетельствует о высокой инвазионной активности опунции в Крыму, наличии тенденции к ее дальнейшему распространению. С учетом этого, необходимо проводить разъяснительную работу с населением, повышать экологическую грамотность жителей полуострова, не допускать преднамеренного расселения опунции, а также осуществлять мониторинг поведения и распространения этого кактуса в регионе.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Багрикова Н.А. Структурный анализ адвентивной фракции флоры Крымского полуострова (Украина) // Укр. ботан. журн. – 2013. – Т. 70, № 4. – С. 489 – 507.
2. Багрикова Н.А., Резников О.Н. Адвентивные растения в природном заповеднике «Мыс Мартьян»: история и перспективы их дальнейшего изучения // Научные записки природного заповедника «Мыс Мартьян». – 2014. – Вып. 5. – С. 48 – 87.
3. Сетевая ссылка: https://shkolazhizni.ru/world/articles/28329/
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ КАТАСТРОФА В АВСТРАЛИИ
Опунция попала в Австралию в 1787 году, когда один из бразильских переселенцев привез на новую родину этот кактус. Кактус быстро прижился, начал плодоносить. Климат ему вполне подошел. Живой изгородью бразильца заинтересовались соседи и упросили хозяина дать им отростки. Так опунция начала свое триумфальное шествие по Австралии. Спустя 150 лет лучшие пастбища страны были самозасеяны опунцией. Сочные зеленые растения охотно поедали коровы и овцы. Однако при этом среди парнокопытных происходил самый настоящий мор - они гибли сотнями. Желудки коров и овец оказались буквально запрессованы колючками опунции, которые разрывали рубец в клочья. При этом также оказалось, что большинство пастбищ превратились в непроходимые заросли, кактусы выросли до восьми метров высотой и так переплелись, что миллионы гектаров земли были изъяты из сельхозугодий. К началу ХХ века площадь произрастания опунции составляла примерно несколько миллионов гектаров. Фермеры решили бороться со зловредной колючкой с помощью широких и острых ножей. Они срубали опунции под самый корешок, но все это приводило к увеличению площадей, занятых кактусами. Тогда опунцию начали серьезно изучать, чтобы защитить фермеров, несущих огромные убытки. Однако не помогли и ядохимикаты, которые распыляли над посадками опунции. Экологическую катастрофу удалось преодолеть только через две сотни лет с помощью бабочки-огневки - естественного врага опунции - привезенной из Южной Америки [3].