Оценка экологического состояния леса

Конкурс научно-исследовательских работ «Лицом к природе»
Номинация: Лесоведение
Тема: Оценка экологического состояния леса
Выполнили: Васильева Полина, Кудиевский Артур,
Ларионова Ольга, Соболев Дмитрий, Скрипачева
Надежда, ученики 8а и 8б классов МОУ СОШ №1
Научные руководители: Малеева В.Ф., учитель
химии МОУ СОШ №1, Соболева Л.А., учитель
биологии МОУ СОШ №1
г. Окуловка
2010 г.
Научно-исследовательская работа в номинации
«Лесоведение»
Оценка экологического состояния леса
Основной целью экологического образования является становление экологической
культуры и экологически целесообразного поведения.
Задачи учебной и внеклассной работы в школе отвечают целям:




создание оптимальных условий для развития учащихся и педагогов;
формирование интереса к исследовательской работе;
обеспечение просвещения населения по вопросам экологического образования;
формирование способности к самостоятельным действиям, практической помощи
самому себе и окружающей природе.
Основные направления работы школы по экологическому образованию:




учебно-исследовательская работа;
сбор и анализ информации об экологической обстановке в месте проживания;
просветительская и пропагандистская деятельность;
охрана природы и практическая деятельность в решении местных экологических
проблем.
Одной из образовательных задач является формирование бережного отношения к
богатствам природы и навыков культурного общения с ней. Поскольку лес является самой
распространенной экосистемой и главным природным богатством нашего края, то
основные формы, методы и приемы образовательной деятельности направлены на
изучение, исследование и оказание помощи лесным сообществам.
В этой работе принимают участие школьники, которые разделены на несколько групп.
Первая группа называется "Лишайники". Главная цель этой группы - провести
лихенодиагностику трех опорных площадок: экосистем леса в районе деревни Перестово
вдоль шоссейной дороги и в глубине леса; собрать коллекцию лишайников, определить их
видовой состав, сделать выводы.
Вторая группа - "Лесная экосистема". Основное содержание работы - описание
вышеуказанных участков леса по ярусам, сбор гербариев, травянистых растений, сбор
коллекции повреждений шишек, побегов и древесины.
Третья группа - "Лес и человек". Основная цель ее работы - определить формы и
степень антропогенной нагрузки и их влияние на экосистему леса.
Четвертая группа - "Муравейник". Основная цель ее работы – использование муравьев в
качестве биоиндикаторов загрязнения окружающей среды, изучение границ охотничьих
территорий муравьев, изучение питания муравьев, исследование суточной активности муравьев,
изучение защитных реакций муравьев, изучение и проверка неинструментальных методов
определения сторон света.
Оценка экологического состояния окружающей среды
методом лихеноиндикации
Организуя и проводя исследования в рамках школьного экологического
мониторинга, мы решаем, главным образом, образовательные и воспитательные задачи.
Поэтому методики, используемые школьниками должны быть простыми, логичными и
максимально демонстративными. Но простота не должна достигаться в ущерб научной
грамотности, а отражать основные особенности изучаемых объектов и явлений
необходимо без искажений. Всем этим требованиям полностью соответствует такой метод
оценки состояния окружающей среды, как лихеноиндикация.
Она может носить временной и пространственный характер: в первом случае
анализируется изменение состояния лихенофлоры на исследуемой территории за
определенный период времени, во втором – сравнивается состояние лихенофлоры разных
участков (например, расположенных на различном расстоянии от источника загрязнения).
Очевидно, что для школьного экологического мониторинга более подходит второй
вариант, как более простой и показательный.
В настоящее время одной из основных проблем в биологии является то, что
наблюдения вносят в наблюдаемый объект слишком большие изменения. Это в равной
степени относится и к школьным методикам лихеноиндикации. Анализ видового
разнообразия лихенофлоры изучаемых участков предполагает сбор и определение
образцов лишайников. Но если работа будет выполняться на исследуемой территории
неоднократно, систематический сбор образцов неизбежно нанесет ощутимый ущерб
лихенофлоре в районе исследований.
Лишайники относятся к числу наиболее ценных биоиндикаторов атмосферного
загрязнения и всё чаще привлекаются к получению информации, характеризующей
степень загрязнения воздуха в городах и промышленных районах, где сосредоточены
предприятия, загрязняющие своими выбросами атмосферу.
Цель исследования: выявление относительной загрязненности атмосферного воздуха на
разных участках методом лихеноиндикации.
В ходе этой работы решаются следующие задачи:

знакомство с окружающей природой;
расширение знаний о лишайниках;
развитие навыков визуального определения основных древесных пород;
практические навыки исследовательской работы;
правильная интерпретация полученных данных в соответствии с теоретическими
знаниями;
формирование экологического (природоохранного) мировоззрения.




выявить видовой состав лишайников, встречающихся в лесу.
вычислить индексы палеотолерантности для двух учётных площадок.
сделать вывод о степени загрязнённости воздуха.
составить лехеноиндикационную карту.





Методы лихеноиндикационных исследований подразделяются на две большие группы –
активную и пассивную лихеноиндикацию. Основным методом пассивной
лихеноиндикации является наблюдение за изменениями относительной численности
лишайников. Для этого проводятся измерения проективного покрытия лишайников на
постоянных или переменных пробных площадях и получают средние значения
проективного покрытия для исследуемой территории.
Методика. Для измерения собственно численности лишайников на деревьях
используется, в основном, две методики - методика оценки проективного покрытия, и
методика линейных пересечений.
Мы использовали метод измерений проективного покрытия. Одним из наиболее
распространенных способов оценки относительной численности лишайников на стволах
деревьев является определение показателей проективного покрытия, т.е. процентного
соотношения площадей, покрытых лишайниками, и площадей, свободных от лишайников.
Подсчёт лишайников производят следующим образом.
Сначала считают число квадратов палетки, в которых лишайники занимают на глаз
больше половины площади квадрата (а), условно приписывая им покрытие, равное 100%.
Затем подсчитывают число квадратов, в которых лишайники занимают менее половины
площади квадрата (b), условно приписывая им покрытие, равное 50% . Данные
записывают в рабочую таблицу.
Общее проективное покрытие в процентах (R) вычисляют по формуле:
R = (100 a + 50 b) / C,
где С - общее число квадратов сеточки (например, при использовании сеточки 10 х 10 см.
с ячейками 1 х 1 см., С = 100).
Оценка проективного покрытия даётся по 10-балльной шкале:
Балл
1
Покрытие, % 1-3
2
3-5
3
4
5
6
7
8
9
10
5-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-80 80-100
При использовании методики сеточек-квадратов измерения на одном стволе производят с
четырёх сторон света: рамку прикладывают и производят подсчёта четыре раза - с севера,
востока, юга, запада.
Использование лихеноиндикационных индексов. Индекс палеотолерантности (IP, ИП)
вычисляется по формуле: где n - количество видов на описанной пробной площади, Ai класс полеотолерантности вида (от 1 до 10, см. табл. 2), Ci - проективное покрытие вида в
баллах, Cn - сумма значений покрытия всех видов (в баллах).
Значения ИП скоррелированы со среднегодовым содержанием SO2 в воздухе.
Таблица индексов палеотолерантности (ИП) и годовые концентрации SO2:
IP
Концентрация SO2 (мг/м3)
Условная зона
1–2
Менее 0,01
Нормальная
2–5
0,01 - 0,03
Малого загрязнения
5–7
0,03 - 0,08
Среднего загрязнения
7 – 10
0,08 - 0,10
Сильного загрязнения
10
0,10 - 0,30
Критического загрязнения
0
более 0,3
Лишайниковая пустыня
Характеристика района исследования.
Мы исследовали разные части леса с целью оценки качества воздуха методом
лихеноиндикации. Согласно методике, на сравниваемых площадях модельные деревья
должны быть приблизительно одновозрастными, принадлежать к одной из основных
пород, образующих фитоценоз. Поэтому в качестве объекта исследования мы выбрали
одновозрастные деревья в различных частях леса и обследовали лихенофлору данных
деревьев.
Площадка №1: Расположена на территории Окуловского района вблизи деревни
Перестово. Непосредственно около нее дорога с интенсивным транспортным потоком.
Площадка №2: Расположена на территории Окуловского района вблизи деревни
Перестово. В глубине леса.
Результаты работы.
1. При проведении исследований мы обнаружили четыре вида эпифитных лишайников:




Фисция звездчатая (Phiscia stellaris)
Ксантория настенная (Xanthoria parietina)
Пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata)
Пармелиопсис сомнительный (Parmeliopsis ambigua).
2. Индексы палеотолерантности на исследуемых площадках равны:


Площадка №1 – 6
Площадка №2 – 2
Выводы. По результатам работы мы выяснили, что:


площадки №1, №2, находятся в смешанной зоне, т.е. годовая концентрация SO2
составляет 0,03-0,08мг/м2
Оценивая качество атмосферы исследуемой территории можно сделать вывод, что
степень её загрязнения - средняя.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БИОИНДИКАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Метод
использования
живых
организмов
в
качестве
индикаторов,
сигнализирующих о состоянии природной среды, называется БИОИНДИКАЦИЕЙ, а сам
живой организм, за состоянием которого проводятся наблюдения, называют
биоиндикатор.
Биоиндикация экологического состояния природных комплексов является одним из
наиболее перспективных методов изучения влияния различного рода загрязнений на
живые организмы. В основном методы биоиндикации НЕ ТРЕБУЮТ значительных затрат
труда, сложного и дорогостоящего оборудования, а поэтому могут широко использоваться
в школьном экологическом мониторинге.
Известно, что на загрязнение среды наиболее сильно реагируют хвойные
древесные растения. Это обуславливает выбор СОСНЫ как важнейшего индикатора
антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики».
Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические и
анатомические изменения, а также продолжительность жизни хвои. Например, при
хроническом загрязнении лесов диоксидом серы наблюдаются повреждения и
преждевременное опадание хвои сосны. В зоне техногенного загрязнения отмечается
снижение массы хвои на 30-60% в сравнении с контрольными участками.
Выбор Pinus sylvestris L. в качестве основного вида-биоиндикатора не случаен.
Сосна как нельзя лучше подходит в качестве модельного вида-биоиндикатора.

Во-первых, сосна очень чутко реагирует на малейшее изменение
условий произрастания, в том числе и загрязнение среды.

Во-вторых, сосна широко распространена на большей части лесной
зоны территории России, следовательно, проблема поиска участков для
исследования сведена к минимуму.

Упрощается и проблема сравнимости данных из разных регионов.

В-третьих, сосновые леса весьма ценны как для целей рекреации, так
и для лесной промышленности.

Удобство выбора сосны для проведения исследования связано еще и
тем, что сосна – вечнозеленое растение и дает один побег в год, что существенно
облегчает наблюдение.
Характерными признаками неблагополучного состояния окружающей среды и
особенно газового состава атмосферы служат появление разного рода ХЛОРОЗОВ и
НЕКРОЗОВ, уменьшение размеров ряда органов (длины хвои, побегов текущего года,
прошлых лет, их толщины, размера шишек, сокращение величины и числа заложенных
почек). Последнее является предпосылкой уменьшения ветвления. В виду меньшего роста
побегов и хвои в длину в зараженной зоне наблюдается сближенность расстояния между
хвоинками (их больше на 10 см побега, чем в чистой зоне). Наблюдается утолщение самой
хвои, уменьшается продолжительность ее жизни (1-2 года в загрязненной зоне и 3-5 в
чистой). Влияние загрязнений вызывает также стерильность семени (уменьшение их
всхожести). Все эти признаки не специфичны, однако в совокупности дают довольно
объективную картину.
Некроз растений – омертвление участка тканей растений, чаще отмирание листьев,
является признаком повреждения вследствие воздействия загрязняющих веществ.
Положение и цвет некроза иногда позволяет сделать заключение о степени и виде
воздействия загрязняющих веществ.
Признаки повреждения голосеменных растений при остром воздействии пороговых
концентраций газов в атмосферном воздухе: двуокись серы – красно-коричневая
суховершинность; двуокись азота – красно-коричневый дистальный некроз хвои и веток;
озон – дистальный некроз, прекращение роста хвои; пероксиацетилнатрат – хлороз,
раннее старение хвои; фториды, редкие металлы, кислотный дождь (pH < 3,0), аммиак –
дистальный некроз; этилен – низкорослость, сброс хвои.
Под действием загрязнения воздуха возникает еще одно явление, называемое в
зарубежных странах «гибель лесов», характеризующееся осветлением (ДЕФОЛИАЦИЕЙ),
т.е. изреживанием кроны в результате потери хвои.
Использование хвойных дает возможность проводить биоиндикацию на
ОГРОМНЫХ территориях. Хвойные – основные индикаторы, которые применялись для
оценки состояния лесов Евразии. Их использование также весьма информативно на
МАЛЫХ территориях (например, влияние автодороги на прилегающую зону, если она
примыкает к хвойному лесу; состояние окружающей среды в городских экосистемах
разного ранга и характера).
Оценка жизненного состояния леса по сосне
Целью этой работы является оценка успешного произрастания подроста на примере
сосны — одного из самых распространенных древесных пород.
Задачи работы:



1. Провести измерения подроста в пяти различных биотопах.
2. Сделать геоботаническое описание биотопов.
3. Выявить зависимость высоты подроста от его возраста.
Методика оценки экологического состояния лесов на основе анализа морфологического
состояния деревьев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.).
Данная методика относительно проста и надежна в использовании и может быть с
успехом применена в практике экологического образования школьников. Она базируется
на проведении исследований на постоянных площадях и может быть использована как
для долговременного мониторинга, так и для разовых исследований.
Представляемая методика изучения, мониторинга и оценки жизненного состояния леса
базируется на методе биоиндикации. Суть подхода заключается в том, что по различным
признакам исследуемого вида живого организма (в данном случае - хвойного дерева) мы
судим о состоянии окружающей среды (общем жизненном состоянии леса).
Другими словами, индикаторный вид своим состоянием информирует нас о
неблагополучии внешних условий. Какие именно внешние условия вызывают ту или
иную реакцию дерева на неблагоприятные воздействия - особый, достаточно сложный
вопрос, который при выполнении данного учебного задания не рассматривается.
При проведении данной работы предполагается использовать в качестве основного видабиоиндикатора сосну обыкновенную (Pinus sylvestris L.). Сосна как нельзя лучше
подходит в качестве модельного вида-биоиндикатора. Во-первых, это дерево очень чутко
реагирует на малейшие изменения условий произрастания, в том числе и загрязнение
среды. Во-вторых, сосна широко распространена на большей части лесной зоны Евразии,
следовательно, проблема поиска участков для исследования сведена к минимуму.
Упрощается и проблема сравнимости данных из разных регионов.
Удобство выбора сосны для проведения исследований со школьниками связано и с тем,
что сосна - вечнозеленое растение и дает один побег в год, что существенно упрощает
наблюдения. Кроме того, в методическом плане сосна проработана в наибольшей степени.
Работа по выполнению данного задания включает три этапа:
1) Выбор площадок и отбор деревьев для проведения измерений.
2) Описание общего жизненного состояния (ОЖС) деревьев.
3) Оценка и интерпретация данных, представление результатов исследования.
Для выполнения работы понадобятся: компас, рулетка (по одному на группу), бинокли,
бланки описаний – по одному на 2-3 учащихся.
Выбор площадки и отбор деревьев для проведения измерений
Как правило, все долговременные исследования, а особенно мониторинг, проводятся на
постоянных площадках. Более того, даже если Ваше исследование и разовое, то
необходимо его проводить на конкретных, фиксированных природных объектах, выбор
которых максимально случаен. Тем самым мы снижаем фактор произвола исследователя и
создаем возможность для внешнего контроля и оценки правильности и достоверности
получаемого материала.
Выбор места для площадки
Первая площадка для изучения жизненного состояния деревьев должна находится в
достаточно обширном массиве леса, площадью не менее 1 га (участок 100 на 100 м)
должна располагаться в глубине лесного массива и не граничить с опушками, лесными
дорогами или тропинками. Вторая площадка должна находиться вдоль дороги.
На каждой площадке проводили замер диаметра ствола каждого дерева на высоте 1,3 м с
помощью мерной вилки в двух взаимноперпендикулярных направлениях с точностью до
0,5 см. На основании полученных данных вычислили средний диаметр насаждений. По
вычисленному среднему диаметру выбрали и маркировали 5 МОДЕЛЬНЫХ (средних)
деревьев, на которых производились все виды оценок (степень дефолиации, степень
потери естественной окраски кроны и т.д.).
Степень дефолиации кроны определяли визуально при помощи бинокля. При ее
определении осматривали ветки в средней части кроны. Дефолиацию оценивали по
четырем основным классам, где каждому классу соответствовал определенный процент
потери хвои.
Степень потери естественной окраски оценивали также визуально при помощи бинокля по
четырем классам.
Для сбора образцов хвои из средней части кроны срезали с помощью секатора 3 ветки с
темновой хвоей (т.е. со стороны, куда не попадают прямые солнечные лучи), выбирали
хвою второго года жизни.
Измерение морфометрических параметров и степени некротического поражения хвои
проводились при помощи лупы, линейки: измеряли размеры хвоинок, после чего
проводили их сравнение. Также проводили оценку размеров пораженных участков хвои.
Для оценки состояния хвои использовали шкалу классов повреждения и усыхания хвои.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ВЫВОДЫ
В результате проведенных анализов было установлено, что на двух пробных площадях
состояние деревьев отличается. На площадке№1 преобладает средняя степень дефолиации
кроны, в том время как на площадке №2 большинство деревьев не отличаются от нормы.
На площадке №1 преобладает средняя степень потери естественной окраски кроны. Под
воздействием загрязнений окраска хвои деревьев изменяется в большей степени, чем на
контрольной площадке.
Поскольку хвоя является наиболее чувствительной к загрязнениям частью растения,
оценка ее повреждения позволяет оперативно оценить степень воздействия загрязнений.
МАТЕМАТИЧЕСКИЙ анализ частоты встречаемости хвоинок различной длины в
площадке №1 и в площадке №2 показал, что в «чистой» зоне чаще всего встречаются
хвоинки длиной 50-60 мм, а в «загрязненной» - 30-40 мм. Для выявления сходства
выборок использовался показатель Р. При значении Р<0,05 – вероятность сходства между
выборками минимальна, при Р>0,05 – сходство между выборками наиболее вероятно. По
результатам вычислений с помощью компьютерной программы «Математическая
статистика» Р=0, что свидетельствует о том, что разница между выборками ярко
выражена. Из этого можно сделать выводы: длина хвои является информативным
показателем индикации загрязнения Pinus sylvestris L.
Наибольшее количество поврежденных хвоинок встречается у деревьев на площадке №1,
однако на площадке №2 повреждения также имеют место, что может быть связано с
влиянием естественных факторов.
Более чувствительной характеристикой является степень потери естественной окраски. В
зоне сильного поражения большая часть хвоинок значительно повреждена, в то время как
в контроле (площадке №2) подавляющее их большинство не имеет явных признаков
поражений.
Таким образом, можно сформулировать следующие выводы:
1. Использование методик позволяет установить наличие негативного воздействия на
хвою сосны.
2. Наиболее чувствительной характеристикой является изменение естественной
окраски, как кроны в целом, так и отдельных хвоинок в частности.
3. Остальные характеристики являются вспомогательными, и в большей степени
зависят от естественных экологических факторов.
Использованный методы позволяют дать ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКУ состояния сосновых
насаждений в зоне интенсивных транспортных загрязнений.
В результате проведенных исследований нами было выявлено, что состояние сосны
обыкновенной на исследуемых участках РАЗЛИЧНЫ. Пробная площадь за пределами
зоны поражения транспортными выбросами отличается по степени дефолиации и окраски
кроны.
Нами АПРОБИРОВАНА и АДАПТИРОВАНА методика оценки жизненного состояния
лесов на основе морфологического состояния сосны. Результаты работы позволяют
сказать, что данная методика достаточно универсальна и информативна с точки зрения
школьного экологического мониторинга.
Считаем, что для расширения и углубления изученной проблемы необходимо продолжить
учебно-исследовательскую работу следующим образом:



увеличить количество пробных площадей для создания локальной сети
мониторинга окружающей среды.
тиражировать опыт работы в данном направлении
привлечь внимание общественности к экологическим проблемам Родного края.
Представленная учебно-исследовательская работа является частью пролонгированного
экологического эксперимента, связанного с мониторинговыми наблюдениями лесных
фитоценозов.
Оценка экологического состояния леса по асимметрии
В основу методики, используемой при выполнении данной исследовательской работы,
положена теория «стабильности развития» («морфогенетического гомеостаза»),
разработанная российскими учеными А.В.Яблоковым, В.М.Захаровым и др. в процессе
исследований последствий радиоактивного заражения, в том числе после Чернобыльской
аварии. Эти ученые доказали, что стрессирующие воздействия различного типа вызывают
в живых организмах изменения гомеостаза (стабильности) развития, которые могут быть
оценены по нарушению морфогенетических процессов.
Главными показателями изменений гомеостаза морфогенетических процессов являются
показатели флуктуирующей асимметрии - ненаправленных различий между правой и
левой сторонами различных морфологических структур, в норме обладающих
билатеральной симметрией. Такие различия обычно являются результатом ошибок в ходе
развития организма. При нормальных условиях их уровень минимален, возрастая при
любом стрессирующем воздействии, что и приводит к увеличению асимметрии.
Особенностью стабильности развития является то, что она в большой степени зависит от
общей генетической перестройки организма, что особенно важно при оценке
последствий радиационного воздействия.
Оценка флуктуирующей асимметрии билатеральных организмов хорошо зарекомендовала
себя при определении общего уровня антропогенного воздействия. Традиционные
методы, оценивающие химические и физические показатели, не дают комплексного
представления о воздействии на биологическую систему, тогда как биоиндикационные
показатели отражают реакцию организма на всё многообразие действующих на него
факторов, имея при этом биологический смысл.
Оптимальным объектом биоиндикации антропогенных воздействий данным методом
являются растения. Животные, особенно высшие, подходят для биоиндикации подобного
рода в меньшей степени. Во-первых, они намного сложнее организованы и стабильность
их развития зависти от большего числа факторов. Во-вторых, они находятся на более
высоких ступенях пищевой пирамиды и менее подвержены загрязнению почвенной и
воздушной сред. Наконец, животные подвижны и в меньшей степени связаны с
конкретным участком территории.
Растения же, как продуценты экосистемы, в течение всей своей жизни привязаны к
локальной территории и подвержены влиянию почвенной и воздушной сред, наиболее
полно отражающих весь комплекс стрессирующих воздействий на экосистему.
В рамках данного учебного занятия учащимся предлагается оценить стабильность
развития (степень флуктуирующей асимметрии) на примере листьев одного из
листопадных деревьев своей местности.
Данная работа не сложна в плане техники ее выполнения и объема необходимых знаний,
но очень скурпулезна. Для ее выполнения понадобится минимум оборудования:
циркуль-измеритель и линейка, транспортир, бланки для записей результатов измерений и
счетное оборудование (калькулятор или компьютер).
Проверка неинструментальных методов определения
сторон света
Актуальность исследования.
С давних времен люди пользовались приметами, которые помогали определять стороны
света без использования компаса.
После долгих наблюдений люди заметили некоторые особенности в окружающей природе
— приметы помогающие ориентироваться на местности. Известно несколько гипотез,
связанных с определением сторон света:





мхи и лишайники растут с северной стороны дерева.
кора деревьев с северной стороны темнее и грубее, чем с южной.
у муравейников, расположенных не около дерева, южная сторона всегда пологая.
муравейники, расположенные около дерева с южной стороны.
у отдельно стоящих деревьев с южной стороны крона гуще и ветви длиннее.
Целью работы являлось изучение и проверка неинструментальных методов определения
сторон света.
Задачи.





1. Проверить гипотезу о распределении лишайников на соснах.
2. Проверить гипотезу о распределении лишайников на березах.
3. Выяснить справедливость метода определения сторон света по пятнам на
березах.
4. Узнать, справедлива ли гипотеза о муравейниках.
5. Выяснить справедлива гипотеза о строении кроны.
Методика
В работе мы проверяли некоторые методы для распознания сторон света. Это оценка
густоты лишайников с той или иной стороны света, оценка сочетания белых и черных
пятен на березе и густота кроны деревьев с различных сторон света, а так же строение
муравейников.
Для этого мы использовали специальный инструмент — трафарет. Его мы изготовили в
виде рамки прямоугольной формы, с размером 300 х 150, разделенной ниткой на квадраты
со стороной 30 мм. В результате образуются 50 квадратов, каждый из которых составляет
2% от всей площади рамки.
Чтоб определить густоту кроны, середина рамки совмещалась со стволом дерева, и
проекция кроны переносилась на заранее приготовленный бланк.
Для определения площади проективного покрытия лишайников на стволах деревьев или
чистоту кроны у берез, данное приспособление ставилось поочередно с северной и с
южной сторон и оценивалось проективное покрытие лишайников и пятен в процентах,
причем рамка ставилась горизонтально, чтобы проекция дерева занимала весь трафарет.
У муравейников мы определяли крутизну северного и южного склонов, местоположении
относительно опоры с помощью компаса. Крутизна вычислялась при помощи угломера,
представлявшегося из себя транспортир с отвесом.
Результаты
В ходе работы было осмотрено 260 деревьев, а так же 30 муравейников.
Для проверки гипотезы лишайников было обследовано 50 сосен и 50 берез.
Для проверки гипотезы о распределении пятен на коре берез было обследовано 100
деревьев.
Для проверки гипотезы о муравейниках осмотрено 13 опорных и 17 безопорных
муравейников.
У берез с диаметром до 18 см проективное покрытие лишайников с юга составляет 13%, с
севера 16%. Проективное покрытие с диаметром более 18 см составляет 9% с юга и 10% с
севера.
У сосен с диаметром до 22 см проективное покрытие составляет с юга 7% , с севера 15%.
Проективное покрытие с диаметром более 22 см составляет с юга 3% , с севера 10%.
То есть проективное покрытие лишайников с северной стороны больше, чем с южной для
всех обследованных групп деревьев. Наиболее заметная разница выявлена у сосен обеих
групп, а у берез различие в проективном покрытии с северной и южной части отсутствует.
При проверке приметы связанной с пятнами на коре березы, получились следующие
результаты: проективное покрытие с южной стороны дерева при диаметре до17 см
составляет 10%, с севера 10% . При диаметре более 17 см составляет на юге 13%, на
севере 15%.
Из полученных данных видно, что черные пятна на коре березы распределены равномерно
по всей поверхности ствола, то есть различий между количеством пятен с северных и
южных сторон дерева не обнаружено.
У опорных муравейников относительно дерева среднего азимута равен 193,1 градуса.
Муравейники распределяются по сторонам света следующим образом: 46% направлены
на север, 8% на северо-восток, 8% на юг, 16% на юго-запад и 22% на запад.
Из этого следует, что доминирует северное направление. По уклонам распределяться так:
у опорных уклон с севера 44 градуса , а с юга 50 градуса, у безопорных с севера 73,4
градуса, а с юга 44. В этом случае у безопорных преобладает север, а опорных юг. Еще мы
вычислили средний диаметр подошвы муравейников для севера 31 см, для юга 41см.
Из полученных данных видно, что у безопорных муравейников северные склоны более
крутые, а южные — пологие, что подтверждается и результатами измерения радиуса
подошвы с разных сторон. Так же нами оценивалась густота кроны с северной и южной
сторон отдельно стоящего дерева. В среднем густота кроны с юга составляет 30%, с
севера 25%, то есть у отдельно стоящих деревьев с юга крона более густая, но разница
почти не заметна.
Выводы
1. У сосен с северной стороны проективное покрытие лишайников больше, чем с южной.
2. У берез разница в проективном покрытии лишайников между северной и южной
сторонами не видна.
3. Различий между количеством пятен на коре березы с северной и южной сторон не
выявлена.
4. У безопорных муравейников северные склоны более круче, чем южные, а при
распределении опорных муравейников преобладает северное направление.
5. Разница в густоте кроны с севера и с юга практически незначительна
Простейшие методы исследования муравьев
*
Использовать муравьев в качестве биоиндикаторов загрязнения окружающей среды
можно следующим образом. В начале необходимо обследовать участки леса, луга, степи и
пересчитать количество муравейников на определенной площади (к примеру, на 100 кв.
м.) каждого из участков. Желательно учесть объемы надземной части муравейников или
хотя бы их высоту и диаметр у основания. Сравнивая участки, на чистоту которых
оказывают отрицательное воздействие промышленные предприятия, с экологически
чистыми территориями, можно собрать материалы о влиянии на муравьев различных
загрязнений. Анализ полученных данных позволит в дальнейшем определять степень
чистоты исследуемой территории, исходя из количества и размеров муравейников.
*
Изучение границ охотничьих территорий муравьев следует начать с поиска
муравейника, расположенного на большом расстоянии от других гнезд этих насекомых.
Лучше всего для исследования подходят гнезда крупных видов, таких, как рыжий лесной
муравей, среднеспинки которых легче пометить цветным лаком для ногтей. После отлова
и аккуратной окраски среднеспинки 30-50 экземпляров муравьев их следует отпустить и,
через определенное время, исследовать окрестную территорию на расстоянии до 40 м от
муравейника с целью обнаружения помеченных экземпляров. Для упрощения и ускорения
опыта целесообразно расставить небольшие емкости со сладкими приманками (сахарный
сироп, мед, варенье и т.п.) на различном расстоянии от муравейника с тем, чтобы
учитывать в этих точках меченых муравьев. В случае, если на исследуемой территории
расположено несколько гнезд муравьев, метить представителей каждой семьи нужно
различным по цвету лаком. Описанный опыт позволит собрать материал о
взаимоотношениях между отдельными семьями муравьев, а также о характере границ
охотничьих территорий (четко очерченная или с пересекающимися участками). Можно
также поискать связь между высотой и диаметром надземной части муравейника с
площадью охотничьей территории.
* Изучение питания муравьев следует начинать с подсчета количества беспозвоночных, перетаскиваемых в муравейник в качестве пищи. Для этого нужно расположиться рядом с муравейником, наблюдать и записывать все случаи передвижения
муравьев, несущих добычу по одной из дорог, построенных этими насекомыми. Даже
кратковременные учеты (по 10 минут) утром, в полдень и вечером могут дать богатый
материал о составе отлавливаемых муравьями беспозвоночных или иных пищевых
продуктах, поступающих в муравейники, а также об их относительном количестве. В
случае проведения планомерных учетов на муравьиных дорогах, ведущих в разные
биотопы (опушка, лес, берег водоема и др.), количество и ценность собранных данных
значительно возрастут. Для изучения сезонных изменений аппетита муравьиной семьи
нужно в течение каждого из месяцев исследования выбрать период (2 - 3 дня), во время
которого утром, в полдень и вечером необходимо проводить следующие учеты. На
поверхность муравейника нужно поместить каплю сахарного сиропа, меда или варенья.
Время, за которое сладкая капля будет съедена, характеризует степень аппетита
муравьиной семьи.
* Для исследования суточной активности муравьев нужно в разное время в течение
дня (желательно с периодичностью в 3 часа) проводить 10-ти минутные учеты количества
проходящих по дороге (в сторону муравейника и обратно) муравьев. Кроме того, можно
вычислить скорость движения этих насекомых, для чего следует отметить колышками
участок дороги определенной длины, к примеру, 30 или 50 см, и учесть время
прохождения отдельными экземплярами муравьев этого участка. Для получения более
полных данных необходимо учесть скорость движения муравьев в обоих направлениях по
отмеченному участку, а также влияние на скорость переносимых грузов. Целесообразно
отмечать время возрастания и снижения суточной активности муравьев (утром и вечером),
а также динамику изменения этого времени на протяжении сезона. Для этого будет
достаточно 2-3-х учетных дней в течение каждого из теплых месяцев года.
*
Изучение защитных реакций муравьев лучше начать с определения расстояния, на
которое способны "выстреливать" яд крупные виды муравьев (к примеру, рыжий лесной
муравей). Для этого следует побеспокоить насекомых, осторожно постучав тонкой
веточкой по поверхности муравейника. Затем нужно взять небольшой кусок стекла и
медленно приблизить к возбужденным муравьям. При этом следует периодически
осматривать стекло, чтобы отметить первые капли муравьиного яда, которые легко
обнаружить на гладкой поверхности стекла. Интересный материал о поведении муравьев
в периоды опасности можно получить при проведении следующих опытов.
1. Необходимо изготовить из картона фигуры различной формы (круги, треугольники и т. п.), цвета и размера. Далее, осторожно поднося эти фигуры к поверхности
муравейника, нужно следить за изменением активности насекомых. Таким образом будут
выделены закономерности реакций муравьев на определенные фигуры, что поможет
выявить типы поведения этих насекомых в случае приближения к муравейнику различных
врагов: птиц, млекопитающих и др. Не лишен смысла опыт с приближением к
муравейнику предметов с гладкими, шероховатыми или ворсистыми поверхностями.
2. Рядом с муравейником следует установить железную или керамическую емкость,
внутри которой нужно зажечь кусочек бумаги, ваты, пучок соломы и т.п. для создания
небольшого задымления участка. Любые проявления активности следует подробно
записывать, что позволит выделить закономерности защитных реакций муравьев на
пожар.
3. На поверхность муравейника можно помещать капли различных жидкостей: воду,
сладкий сироп, отвар различных видов растений, ароматические растворы и т.п. Реакцию
муравьев на каждое вещество также следует подробно записывать.
Муравейник в разрезе
Рыжий лесной муравей
В настоящее время известно около 6 тыс. видов муравьев, в действительности их
существует в природе больше (ежегодно ученые-энтомологи открывают новые виды). В
России обитает примерно 125 видов муравьев, из них самый обычный — рыжий лесной
муравей, который населяет всю лесную зону.
Общеизвестны так называемые муравьиные кучи, имеющие вид беспорядочного
нагромождения лесного мусора. Однако это ошибочное впечатление рассеивается при
ближайшем рассмотрении куч. Изучение показало, что они являются жилищами муравьев,
их гнездами, имеющими довольно сложное строение.
Каждое гнездо состоит из двух частей — надземной и подземной. Надземная
часть возвышается над почвой в виде кучки (купола или конуса) высотой до 1—1,5 м и
шириной до 2—2,5 (в поперечнике у основания). Эта часть построена из хвоинок, чешуек
древесных почек, кусочков коры, комочков почвы и различных растительных остатков. На
поверхности кучи виден ряд отверстий, ведущих в подземную часть гнезда.
Подземная часть состоит из внутренних помещений, занимающих более или
менее глубокий слой почвы и представляющих целую систему галерей и камер в
несколько этажей, соединенных между собой узкими ходами, пронизывающими весь
муравейник. В больших муравейниках живет по нескольку десятков тысяч особей. Из года
в год их число увеличивается за счет образования новых гнезд в соседстве со старыми,
которые превращаются в целые муравьиные колонии, состоящие обычно из 10 — 15
гнезд. Нередки и одиночные муравьиные кучи.
В каждом гнезде население состоит из особей трех групп с различными
функциями и особенностями строения: 1) рабочие муравьи мелких размеров (длина 4—9
мм), с сильными челюстями и большой головой; 2) более крупные самки (длиной 9— 11
мм) с толстым брюшком и 3) самцы с очень маленькой головой.
Больше всего в гнезде рабочих муравьев. Это бескрылые, недоразвитые самки,
выполняющие все работы по муравейнику. Главным орудием во всех работах им служат
жвалы (грызущий аппарат верхних челюстей). Этим муравьям приходится не только
добывать жвалами строительный материал для гнезда и пищу, но и ухаживать за
личинками и куколками, перетаскивая их из одной камеры в другую, из нижнего этажа в
верхний (в зависимости от изменения температуры и влажности).
Типичный муравейник, в котором обитает семейство рыжего лесного муравья,
имеет сложное многокамерное устройство. В таком сооружении, возведенном на старом
пне, могут жить до полутора миллионов муравьев.
1. Покрытие из иголок и веточек. Защищает жилище от превратностей погоды,
ремонтируется и обновляется рабочими муравьями.
2. "Солярий" - камера, нагреваемая лучами солнца. Весной обитатели забегают сюда
погреться.
3. Один из входов. Охраняется солдатами. Служит вентиляционным каналом.
4. "Кладбище". Сюда рабочие муравьи относят умерших собратьев и мусор.
5. Зимовальная камера. Насекомые собираются здесь, чтобы пережить холода в состоянии
полуспячки.
6. "Хлебный амбар". Здесь муравьи хранят зерна.
7. Царская камера, где живет матка, откладывающая до полутора тысяч яиц в день. За ней
ухаживают рабочие муравьи.
8. Камеры с яйцами, личинками и куколками.
9. "Коровник", где муравьи содержат тлей.
10. "Мясная кладовка", куда фуражиры приносят гусениц и другую добычу.
Результативность экологического образования
Результативность экологического образования в школе можно определить не только по ее
активному участию в районных, областных мероприятиях, но и по социальноэкологическим действиям школьников.
Разнообразная экологическая деятельность школьников является важным условием
изучения лесных сообществ в общеобразовательной школе. Мы считаем, что организация
школьного экологического центра может быть отнесена к инновационному
образовательному средству, так как ведет к повышению эффективности работы.
Литература
1. Алехин В.В. Методика полевого изучения растительности. М.: 1993
2. Буйволов Ю.А. и др. Методика оценки жизненного состояния леса по сосне. М.:
1996.
3. Длусский Г. М. Муравьи рода формика. М.: Наука, 1997.
4. Захаров А. А. Внутривидовые отношения у муравьев. М.: Наука, 2002.
5. Кастлер Г. Возникновение биологической организации. М.: Мир, 1997.
6. Сетров М. И. Организация биосистем. Л.: Наука, 1971.
7. Халифман И. А. Муравьи. М.: Молодая гвардия, 1997.