Институт управления в промышленности и энергетике

Раздел 1.Введение в общую экологию

Тема 4. Методы экологических исследований (все УИР)

Определение растений

Сбор растений производится в полевых условиях. По возвращении на базу все собранные неизвестные растения определяются. Как было сказано в начале, для определения понадобится специальная литература – атласы и определители, мощная лупа или бинокуляр и препаровальная игла. Для определения растений используется два варианта пособий. Во-первых, это атласы, т.е. иллюстрированные цветные пособия с определительными таблицами или без них. Определение с помощью атласов ведется по явным, хорошо заметным внешним признакам растений, таким как внешний облик, цвет и форма цветов и листьев и т.д. Такие атласы-определители выпускаются, в основном, для нужд любителей природы и определить по ним растение до вида как правило нельзя (для многих растений определение заканчивается, обычно, на уровне родов). Кроме этого, при определении растений «по картинкам» очень легко ошибиться, т.к. ни рисунки, ни фотографии часто не бывают похожи на реальные растения той или иной местности (внешний вид растений может сильно изменяться в разных частях ареала и в разных условиях). Помимо этого, атласы-определители составлены, в основном, для цветущих растений (т.е. определение ведется по цветам), а большинство реально встречаемых в короткий момент времени растений той или иной местности находится в «нецветущем» состоянии и определить их по атласу «цветов» невозможно.

Другими словами, определение растений по атласам возможно только с учебными целями (и, в общем, подходит для выполнения данной работы), но при выполнении реального научного исследования не обойтись без применения настоящего научного «дихотомического» определителя.

Точно определить растение, т.е. найти его научное название можно только при пользовании определителями, в который ключи для определения строятся на основании морфологических признаков растений. Для работы с ними нужно, во-первых, уметь ими пользоваться, а во-вторых – знать основные морфологические признаки растений.

Технические приёмы определения сводятся к следующему. В определителях обычно имеются три таблицы: 1) для определения семейств, 2) для определения родов и 3) для определения видов.

Все определительные таблицы построены по дихотомическому принципу (дихотомия – ветвление) и поэтому называются дихотомическими. Таблица содержит ступени, обозначенные порядковыми номерами. Каждая ступень обязательно состоит из двух частей. В первой указываются какиелибо признаки растения и она называется тезой (от греческого thesis – положение, утверждение). Она начинается порядковым номером. Вторая часть ступени - антитеза - содержит иные, обычно исключающие (или отрицающие) тезу, признаки. Антитеза идёт без номера и помечается каким-либо условным знаком - крестиком, тире, нулём. В конце каждой тезы и антитезы стоит число, указывающее номер очередной ступени, к которой следует перейти если описанные признаки подходят для определяемого растения или описание найденного растения (на заключительном этапе определения). Проводя определение, следует внимательно прочитать тезу и антитезу, сравнить описанные в ней признаки с признаками определяемого растения и выбрав, какое из описаний подходит – следовать к следующей ступени, на которую отсылает теза или антитеза. Определив семейство, к которому относится данное растение, приступают к определению рода и вида по аналогично построенным таблицам. Научное название любого организма, включая растения, строится из двух слов. Первое – это название рода. Оно представляет собой существительное. Второе – даётся как определение. Чаще всего это прилагательное, отражающее какой-либо морфологический признак данного вида, его географическое распространение или местообитание; иногда видовое название даётся в честь какого-либо лица. Этот способ наименования вида получил название бинарной номенклатуры и введён в употребление со времён Линнея.

Все систематические единицы, в том числе и виды растений, имеют не только русское (национальное), но и латинское название. Русские (национальные) названия неудобны по целому ряду причин: далеко не все известные науке растения имеют народные названия, так как население их часто не различает; многие из них имеют только местное значение или одно и то же название даётся разным растениям, и наоборот, одно и то же растение носит разные названия в разных местностях. Например, «ромашкой» называются виды не только рода Matricaria, но и Leucanthemum, Anthemis, Pyrethrum. С другой стороны, растение, известное в науке под названием Leucanthemum vulgare, называют по-разному: ромашка, нивяник, поповник. После латинского названия растения ставится фамилия автора (сокращённо), описавшего данный вид. Указание автора позволяет избежать путаницы, возникающей иногда из-за большого количества синонимов. Например, два разных автора дали одно и то же название «осока ранняя» - Carex praecox - двум разным видам осоки и, таким образом, Carex praecox Schreb. и Carex praecox Jacq. - разные растения. С другой стороны, одно и то же растение разными авторами называлось различно: так, куколь обыкновенный по Линнею называется Agrostemma githago L., по Ламарку – Lychnis githago Lam., а по Дефонтену - Githago segetum Desf. Определение некоторых групп растений может вызывать сложности, причём не только у школьников, но и у учителей и даже специалистов-ботаников. К таким растениям относятся, например, злаки, осоки, ивы. Естественно, такие растения надо попробовать определить самим, но если не получается – гербарий можно показать специалистам. Это ещё один повод по ходу выполнения работы собирать гербарий.

Сушка растений

По прибытии домой растения из гербарной папки перекладываются в гербарную сетку, по возможности сразу же. Укладываются они в тех же рубашках, в которые были заложены на экскурсии. Между рубашками прокладывается по 2-3 газеты или специальные матрасики. Матрасики делаются из тонкого слоя ваты, обернутого папиросной или фильтровальной бумагой и прошитые или проклеенные клейстером по краям.

Размер их такой же, как и у рубашек - 35 х 50 см. В сетку закладывают 15-20 листов с растениями. Сетка сильно затягивается веревкой так, чтобы половинки ее нельзя было сдвинуть руками друг относительно друга, а веревка звенела.

В первые 2-3 дня прокладки меняются как можно чаще, не реже 2-х раз в день, лучше даже 3-4 раза, а в последующие дни - 1 раз в сутки до полного высыхания растений. Если сетки нет, то можно сушить растения просто под грузом, прижав фанерой или чем-либо подобным, но тогда растений надо класть меньше, а прокладок – больше и менять их чаще.

В условиях повышенной влажности прокладки и растения можно сушить утюгом. Только что собранные растения могут потемнеть, впрочем, некоторые растения темнеют от утюга всегда, так что, прежде, чем гладить, надо проверить реакцию растения. Готовность растения можно проверить, приподняв его за стебель: листья и концы побегов не должны резко изгибаться вниз. Еще можно прикоснуться губами к растению - не до конца просохшее растение холодит губы.

Монтирование гербария

Готовые растения, высушенные и определенные, монтируются на листе плотной бумаги (типа чертежной, 1/4 листа ватмана, формат А-3), размером примерно 30 х 45 см.

Стандартность нужна для обмена образцами между гербариями, а в каждом конкретном гербарии надо только следить, чтобы листы были одного размера - так их удобнее хранить. Растения прикрепляются к листу тонкими полосками бумаги, смазанной клеем. Обычно используют резиновый, казеиновый, столярный клеи, но не силикатный, от которого коробится и желтеет бумага. Крупные части растения пришиваются к листу нитками. Каждый стежок завязывается отдельно, над растением. Петель снизу не должно быть, они могут повреждать лежащие ниже листы гербария в стопке. Нельзя мазать клеем само растение, оно от этого портится. Хорошо ли прикреплено растение, можно проверить, перевернув лист - оно не должно отходить от бумаги.

Растение должно заполнить весь гербарный лист, поэтому некрупных экземпляров на одном листе надо монтировать несколько. Если они совсем маленькие, то их должно быть не меньше шести штук (иначе лист, по общепринятым у ботаников правилам, не считается гербарным образцом). Очень крупные растения, не влезающие на один лист, монтируются на нескольких, - эти листы вкладываются в общую рубашку.

Один вид растения лучше монтировать на нескольких листах (в нескольких экземплярах) - на случай порчи или для обмена с другими гербариями.

В правом нижнем углу листа приклеивается этикетка (см. образец на рис.1). На этикетке указываются:

точное латинское название (рода и вида);

местообитание - лес, луг, болото (какие, достаточно подробно), микрорельеф, высота местности над уровнем моря, положение относительно русла реки (пойма, терраса и т.д.), тип почвы (если возможно);

местонахождение (географический пункт) - республика, область (край), район, ближайший населенный пункт, если есть река - положение относительно нее;

дата сбора;

Ф.И.О. собравшего растение;

Ф.И.О. определившего растение;

Семейство: Leguminosae - Бобовые

Название растения: Клевер луговой

Trifolium pratense L.

Местообитание: Пойменный луг р.Клязьмы,

прирусловая часть

Географический пункт: Московская обл., Мыти-

щинский р-н, окр. п.Пирогово

Дата сбора: 15.06.2011

Собрал: Иванов П.А. Определил: Иванов П.А.

Рис.1. Образец заполненной гербарной этикетки

Хорошо еще указать, каким растение является в данной местности - диким, одичалым или разводимым.

Этикетка пишется тушью. Правило это не обязательно, но предполагается, что гербарий хранится долгие годы, иногда столетия, а тушь, в отличие от пасты и чернил, не выцветает.

Общепринятый размер этикетки - 12 х 7 см (1/18 листа писчей бумаги). Хорошо, если бланки для этикеток будут стандартными, заранее отпечатанными - их удобнее заполнять.

Хранение гербария

Готовый гербарий складывается в пачки по 15 - 20 листов, причем укладывать их лучше корнями в разные стороны, чтобы пачка была одинаковой толщины и листы гербария не перегибались.

Пачки удобно хранить в картонных папках. Папка делается из двух листов толстого картона или даже фанеры, скрепленных через прорези тесемками. Для удобства работы с гербарием в папку целесообразно складывать растения согласно какой-либо системе, по группам (например, семействам) и делать на папке соответствующую надпись. Растения из одного рода складываются в общую рубашку.

Гербарий хранится в шкафах в сухом помещении, регулярно проветриваемом. Шкафы должны плотно закрываться. Хорошо хранить гербарий в специальных картонных коробках (45-50 см длины, 32-35 см ширины и 28-30 см высоты), с открывающимися передними стенками.

Надо следить, чтобы в гербарии не завелись насекомые (особенно подвержены повреждениям сережки и соцветия молочаев).

Обычно рекомендуется класть в коробки нафталин, но опыт показывает, что это не слишком помогает. В больших хранилищах гербарии обрабатывают парами сероуглерода, но это средство не очень доступно. При обнаружении заражения можно попробовать обработать любым средством от бытовых насекомых. При просмотре гербарные листы не перевертывают, а перекладывают.

Сделайте вывод.

Дополнительная информация

Часть 1. Грибы.

В данном разделе приводится методика организации исследования видового состава и численности грибов в различных биотопах. Изложена техника маршрутного учета численности грибов, способы организации полевой работы и лабораторной обработки собранного материала, включая определение, расчет запаса грибов, а также классификация грибов по пищевой ценности и ядовитости.

Введение

Грибы – большая группа организмов (около 65 000 видов), которую выделяют в отдельное царство живой природы: Царство Грибов Fungi (Mycota, Mycetalia). Грибы сочетают в себе признаки как растений (неподвижность, неограниченный рост, способность к синтезу витаминов, клеточные стенки, питание путем всасывания пищи), так и животных (наличие хитина в клеточных стенках и мочевины в обмене веществ, запасание углеводов в виде гликогена, а не крахмала, отсутствие крахмала и гетеротрофный тип питания, т.е. получение углерода, необходимого для развития и роста, из готового органического вещества).

Царство Грибов состоит из двух отделов: Слизневики, или Миксомицеты Myxomycota, и Настоящие грибы Eumycota. Настоящие грибы включают 8 классов, и по строению вегетативного тела (мицелия) подразделяются на Низшие грибы, у которых мицелий состоит из одной (порой очень длинной, до нескольких десятков сантиметров) многоядерной клетки, и Высшие грибы - с многоклеточным мицелием. На данном учебном занятии речь пойдет об изучении именно этой группы грибов.

Подавляющее большинство грибов – микроскопического размера и разглядеть ихневооруженным глазом нельзя. Такие грибы называют микромицетами. Результаты их деятельности – разрушение различных материалов, порча пищевых продуктов, различные гнили, мучнистая роса и ржавчина растений. Другая, меньшая часть грибов, образует заметные плодовые тела – такие грибы называют макромицетами. Именно о них и пойдет речь.

Прежде чем приступать к описанию методики их изучения, кратко остановимся на некоторых особенностях строения и развития грибов. Вегетативное тело высших грибов, которое растет и выполняет функции питания, дыхания и размножения, называется мицелий, или грибница и представляет собой густое сплетение тонких ветвящихся нитей ( гифов ) толщиной 5-10 микрон. Мицелий разрастается радиально по всем направлениям со скоростью 10-50 см в год. Продолжительность жизни грибницы у высших макромицетов достигает 10-25 лет и даже более (до нескольких сотен лет). Мицелий развивается из спор или отдельных кусочков мицелия, попавших в благоприятную среду, в почве на глубине 5-15 см, или в другом субстрате, например в древесине. Из плотного сплетения гифов образуются плодовые тела – то, что в обиходе и называют собственно грибами. Плодовое тело – это выставленный наружу, над поверхностью субстрата орган размножения, предназначенный для развития, защиты и распространения спор. Плодовые тела образуются на активно растущих концах грибницы не поодиночке, а группами, поэтому, когда центральная часть грибницы отмирает, у некоторых видов грибов образуются хорошо заметные кольца из плодовых тел – «ведьмины круги», диаметром от 3 до 50 м.

Техника проведения учета

Группа двигается «цепью» по лесу на определенном расстоянии друг от друга, например 3 метра. Это расстояние зависит от «просматриваемости» биотопа и численности грибов. Если в лесу развит густой травяной покров или много подроста (молодых деревьев) и подлеска (кустарников), и грибы поэтому плохо заметны – расстояние между учетчиками нужно сократить. Если наоборот – лес мертвопокровный и грибы видны издалека – дистанцию можно увеличить. Главное – определиться с дистанцией между учетчиками и строго придерживаться ее в процессе всего учета. За этим должны следить сами учетчики. Итак, цепочка исследователей отправляется по произвольному, по возможности прямолинейному или слегка извилистому маршруту в пределах избранного биотопа и поначалу собирает все встречающиеся на их пути плодовые тела грибов – каждый учетчик – отдельно, только в пределах «своей» полосы учета. Во избежание двойного учета одних и тех же грибов, учетчики, идущие «цепью», должны согласовывать свои действия друг с другом – идти в одну линию не заходя вперед и не отставая, а также решать между собой, кто заносит в учет «спорные», пограничные между двумя учетчиками грибы. Если названия грибов незнакомы – им можно давать условные названия (лучше, чем номера), например – «синька», «синюшка», «подъёлка», «моховушка», «сопляк» и т.п. смешные и неправильные названия. Бояться этого не надо, главное, чтобы Вы узнавали их в процессе своего учета и различали их потом при реальном определении в лабораторных условиях (это даже интересно – в конце можно провести конкурс «новых» названий грибов). Итак, несколько первых встреченных экземпляров грибов (2-3 экз.) складываются в пакет, сразу давая им название и записывая его в полевой дневник (каждый делает это самостоятельно, независимо от своих «соседей» по учету). Запись в полевом дневнике ведется в форме таблицы 1.

Все повторно встречающиеся грибы данного вида не собираются, но их число отмечается в соответствующей графе таблицы точкой по стандартной накопительной, «библиотечной» системе, где одна точка соответствует одной встреченной особи ( - 1, - 2, - 3, -4), а черточки, соединяющие точки – каждой последующей ( -5, - 6, - 7, - 8, - 9, -10). При такой системе легко приплюсовывать новые числа к уже имеющимся и быстро подсчитывать полученную в итоге сумму при перенесении данных из полевого дневника в итоговую выборку учета (законченные квадратики, " конверты" - соответствуют десяткам).

В графе «Особенности произрастания» следует описывать типичные места обнаружения грибов данного вида, если таковые можно вообще выявить. Попытаться в любом случае следует. Для начала, следует записать – под каким деревом найден гриб, на каком расстоянии от ствола, какой тип напочвенного покрова его окружает. Если это был мертвый покров, то из чего он состоял (хвоя, листва каких деревьев, гниющие ветви и т.п.), если травянистый или мохово-лишайниковый покров – какие виды преобладают. Хорошо бы отметить примерный уровень освещенности и увлажнения места обнаружения гриба. Места под эту графу в полевом дневнике следует, поэтому, оставить побольше. Таким образом, вначале собирая, а затем, только подсчитывая все встречающиеся экземпляры грибов и описывая места их обнаружения, учетчики проходят по выбранному типу леса определенное расстояние. Минимальное учетное расстояние определяется произвольно – в зависимости от численности грибов и размеров биотопа. Если грибов мало – пройти следует побольше, и наоборот. В любом случае, это должна быть дистанция в пределах от 500 м до 2 км. Все грибы, найденные каждым из участников, приносятся в лабораторию, где начинается процесс их определения и всех остальных расчетов.

Часть 2. Лишайники

В качестве самостоятельного объекта исследования лишайники избраны потому, что они являются уникальными симбиотическими организмами, существующими «на грани двух миров» - грибов и водорослей. Лишайники обладают весьма специфическими свойствами: обладают отличной от других организмов биохимией, широко распространены по разным типам субстратов, начиная со скал и кончая корой и листьями деревьев, реагируют на изменение состава атмосферы. На примере лишайников разработано множество интересных исследовательских задач, как по биологии этих организмов, так и по проблемам биологического мониторинга состояния окружающей среды (изучение лишайников как биоиндикаторов чистоты воздуха).

Как известно, лихенологи разделяют все виды лишайников на четыре основные экологические группы - в зависимости от типа предпочитаемого ими субстрата:

эпифитные - растущие на коре деревьев и кустарников;

эпиксильные - растущие на обнаженной древесине (стволах без коры, деревянных строениях и т.д.);

эпигейные - растущие на почве;

эпилитные - растущие на камнях.

Особый интерес (в качестве самостоятельного объекта исследований) представляет мало изученная экологическая группа лишайников «переходных» ассоциаций - «прикорневых воронок», т.е. переходных участков между почвой и стволом дерева. В этой зоне одновременно сосуществуют виды эпилитных, эпигейных и эпифитных лишайников, а также многочисленные мхи и водоросли.

Наибольшей численностью в средней полосе России (в лесной зоне) обладают эпифитные лишайники, т.е. обитающие на коре стволов и ветвей деревьев и кустарников. Именно эпифитные лишайники чаще всего попадаются на глаза в лесу. В условиях с относительно чистым воздухом эпифитные лишайники представлены, обычно, наибольшим числом видов и в большом количестве.

Целью работы является изучение и описание флоры лишайников и лишайниковых сообществ в окрестностях базы.

Данная тема может быть подразделена на три составляющих:

1) составление флоры (изучение видового состава) лишайников в окрестностях базы,

2) изучение пространственного распределения видов лишайников (по субстратам, древесным породам и биотопам),

3) описания лишайниковых сообществ из различных экологических групп.

Изучать одну, две или все три темы данной работы, - зависит, как обычно, от местных условий (обилия лишайников и разнообразия их местообитаний), наличия времени на исследование и «трудовых ресурсов». Наиболее удачные исследования могут быть проведены в регионах с относительно чистым воздухом - здесь будут, вероятнее всего, представлены не менее 20 основных видов лишайников.

В качестве самостоятельного объекта исследования лишайники избраны потому, что они являются уникальными симбиотическими организмами, существующими «на грани двух миров» - грибов и водорослей. Лишайники обладают весьма специфическими свойствами: обладают отличной от других организмов биохимией, широко распространены по разным типам субстратов, начиная со скал и кончая корой и листьями деревьев, реагируют на изменение состава атмосферы. На примере лишайников разработано множество интересных исследовательских задач, как по биологии этих организмов, так и по проблемам биологического мониторинга состояния окружающей среды (изучение лишайников как биоиндикаторов чистоты воздуха). Кроме того, по лишайникам имеется довольно много проблемной и информационной литературы. Все эти особенности лишайников предопределяют большой интерес к их изучению в сфере экологического образования школьников и выделение этой темы в отдельное учебно-исследовательское занятие.

Как известно, лихенологи разделяют все виды лишайников на четыре основные экологические группы - в зависимости от типа предпочитаемого ими субстрата:

эпифитные - растущие на коре деревьев и кустарников;

эпиксильные - растущие на обнаженной древесине (стволах без коры, деревянных строениях и т.д.);

эпигейные - растущие на почве;

эпилитные - растущие на камнях.

Особый интерес (в качестве самостоятельного объекта исследований) представляет мало изученная экологическая группа лишайников «переходных» ассоциаций - «прикорневых воронок», т.е. переходных участков между почвой и стволом дерева. В этой зоне одновременно сосуществуют виды эпилитных, эпигейных и эпифитных лишайников, а также многочисленные мхи и водоросли.

Наибольшей численностью в средней полосе России (в лесной зоне) обладают эпифитные лишайники, т.е. обитающие на коре стволов и ветвей деревьев и кустарников. Именно эпифитные лишайники чаще всего попадаются на глаза в лесу. В условиях с относительно чистым воздухом эпифитные лишайники представлены, обычно, наибольшим числом видов и в большом количестве.

Целью работы является изучение и описание флоры лишайников и лишайниковых сообществ в окрестностях базы (школы, учебного центра).

Данная тема может быть подразделена на три составляющих:

1) составление флоры (изучение видового состава) лишайников в окрестностях базы (школы),

2) изучение пространственного распределения видов лишайников (по субстратам, древесным породам и биотопам),

3) описания лишайниковых сообществ из различных экологических групп.

Изучать одну, две или все три темы данной работы, - зависит, как обычно, от местных условий (обилия лишайников и разнообразия их местообитаний), наличия времени на исследование и «трудовых ресурсов».

Успешность выполнения данной исследовательской работы сильно зависит от двух факторов: наличия самих лишайников в исследуемой местности и наличия хороших определителей лишайников.

Естественно, наиболее удачные исследования могут быть проведены в регионах с относительно чистым воздухом - здесь будут, вероятнее всего, представлены не менее 20 основных видов лишайников.

Методика сбора и учёта, лабораторная обработка лишайников идентична данным процедурам, рассмотренным выше по отношению к грибам.

Введение

При изучении степени загрязнения окружающей среды промышленными объектами важна реакция биологических объектов на поллютанты (загрязняющие вещества). Система наблюдений за реакцией биологических объектов на воздействие поллютантов называется биологическим мониторингом.

Биологический мониторинг включает в себя наблюдение, оценку и прогноз изменений состояния экосистем и их элементов, вызываемых антропогенным воздействием. Одним из основных объектов глобального биологического мониторинга выбраны лишайники. Напомним, что лишайники представляют собой весьма своеобразную группу споровых растений, состоящих из двух компонентов - гриба и одноклеточной, реже нитчатой, водоросли, которые живут совместно как целостный организм. При этом функция основного размножения и питания за счет субстрата принадлежит грибу, а функция фотосинтеза - водоросли.

Лишайники чутко реагируют на характер и состав субстрата, на котором они растут, на микроклиматические условия и состав воздуха. Объектом глобального мониторинга лишайники избраны потому, что они распространены по всему Земному шару и поскольку их реакция на внешнее воздействие очень сильна, а собственная изменчивость незначительна и чрезвычайно замедленна по сравнению с другими организмами.

Из всех экологических групп лишайников наибольшей чувствительностью обладают эпифитные лишайники (или эпифиты), т.е. лишайники, растущие на коре деревьев. Изучение этих видов в крупнейших городах мира выявило ряд общих закономерностей: чем больше индустриализирован город, чем более загрязнен воздух, тем меньше встречается в его границах видов лишайников, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев, тем ниже " жизненность" лишайников.