для учета фитомассы и видового состава травянистых растений применяют

Для учета фитомассы и видового состава травянистых растений применяют

Простейшие методики геоботанического описания фитоценозов

Это задание составлено на основе методички А.С. Боголюбова и А.Б. Панкова.

Срок приема материалов с 5 до 30 сентября 2016 г.

Такие работы основаны на методах описания и наблюдения, они не представляют большой сложности, могут выполняться группой школьников, и дают интересные и полезные результаты.

При геоботанических исследованиях основным объектом изучения является фитоценоз.

В отечественной геоботанической литературе наиболее широко используется определение, данное В.Н.Сукачевым: «Под фитоценозом (растительным сообществом) надлежит понимать всякую совокупность растений на данном участке территории, находящуюся в состоянии взаимозависимости и характеризующуюся как определенным составом и строением, так и определенным взаимоотношением со средой. «.

Фитоценоз — это не случайное собрание видов растений, а закономерная совокупность видов, приспособившихся в ходе эволюции к совместному существованию в определенных условиях внешней среды. Совокупность всех фитоценозов определенной территории называют растительностью, или растительным покровом данной территории.

Для описания фитоценозов используют следующие основные признаки:

1) видовой (флористический) состав;

3) структура — вертикальное и горизонтальное расчленение фитоценоза;

Существование и развитие фитоценозов напрямую зависит от комплекса физико-географических факторов, в первую очередь — от особенностей рельефа, почв и почвообразующих пород данной территории. В свою очередь растения и сформированные ими фитоценозы изменяют среду своего обитания и поэтому могут быть использованы как индикаторы (особенно виды и фитоценозы с узкой экологической амплитудой) различных особенностей природных условий.

Данная методика предлагается для использования в учебных целях с юными геоботаниками.

Материалы и оборудование

При проведении простейшего геоботанического описания Вам понадобятся:

Может также потребоваться полиэтиленовый пакет или гербарная папка для сбора неизвестных растений и бумажные пакетики ( конверты) для сбора мхов.

Техника геоботанического описания

Задание 1. Заложение и разметка пробной площади.

Для проведения геоботанического описания выбирается более или менее однородная территория размером (в лесу) 20х20 метров (классический вариант).

После разметки пробной площади на ней проводят стандартное описание с использованием бланка и методики, которая будет описана далее.

ПОРЯДОК ЗАПОЛНЕНИЯ БЛАНКА ОПИСАНИЯ ФИТОЦЕНОЗА.

Заполнение шапки бланка

Сначала необходимо внести в бланк общие данные об описании и месте его проведения: дата, автор, номер описания.

Примечание. Если выбрать участки с различным уровнем антропогенной нагрузки и провести описания, то вы получите одновременно и работу по экологии – оценку уровня антропогенного воздействия.

Задание 2. Как правильно назвать описываемый фитоценоз.

Методика предполагает, что участники работы уже знают произрастающие в выбранном фитоценозе виды растений. Однако, если не все они вам известны, то сначала надо провести определение растений до вида с помощью определителей или проконсультироваться с учителем, чтобы в дальнейшем опознавать каждый вид без проблем.

Название сообщества формируется из названий доминирующих видов (или экологических групп) растений в каждом из ярусов фитоценоза. При этом названия видов в пределах каждого яруса перечисляются в порядке возрастания их относительной численности.

Леса с наличием развитого мохово-лишайникового покрова обычно подразделяют на три типа, соответствующие преобладающим экологическим группам этого яруса: беломошные (с покровом из лишайников), долгомошные (с покровом из сфагнумов и политрихумов) и зеленомошные.

Задание 3. Описание древесного и кустарникового ярусов леса.

После заполнения шапки бланка (общих сведений о биотопе) надо провести описание древесного и кустарникового ярусов.

Определение сомкнутости крон

После оценки видового состава и сомкнутости крон древесного яруса надо оценить эти показатели для подроста и подлеска.

Обратите внимание на значение этих терминов: подростом называют молодые деревья основных лесообразующих пород данного леса высотой до 1/4 основного полога (спелого и приспевающего древостоя).

Подрост выделяется как самостоятельный полог древесного яруса.

Определение формулы древостоя.

Посмотрите примеры формул для полога спелого древостоя:

Отличие формулы древостоя от показателя сомкнутости состоит в том, что в формулу включаются все без исключения виды древесных и кустарниковых растений, даже редкие и единично встречающиеся. А при оценке сомкнутости эти виды не учитываются вовсе, как несущественные в общем пространстве крон (т.к. практически невозможно оценить количественно сомкнутость крон далеко стоящих друг от друга деревьев или единичных экземпляров).

В таблице ниже приведен образец записи. Она означает: в описываемом лесу густой сомкнутый полог спелых и приспевающих деревьев. 80% пространства в верхней части леса занята кронами. При этом преобладает ель, меньше и в равном количестве встречаются сосна и береза. В лесу довольно густой подрост ели (идет интенсивное возобновление). Подлесок разреженный и состоит из крушины и лещины в примерно равном соотношении с отдельными вкраплениями малины.

По таким формулам можно сразу представить, как выглядит лес.

Проведите оценку данных показателей на пробных площадках и заполните аналогичную таблицу.

Если у вас есть время и желание, то вы можете провести дополнительные исследования для более подробного описания фитоценоза.(см. информацию ниже).

Задание 4. Определение диаметра стволов, высоты древостоя и возраста растений.

В описание древесного и кустарникового ярусов включаются также такие важные сведения об их строении как диаметр стволов (D 1,3), высота древостоя (Нд) и возраст растений.

Диаметр стволов измеряют у нескольких типичных для данного леса деревьев на высоте груди (

На рисунке показано устройство такой мерной вилки, ее можно сделать самостоятельно.

Измерение высоты проводится обычно одним из четырех способов: 1) на глаз (что требует большого опыта), 2) путем измерения рулеткой или метром одного из упавших деревьев данного полога, 3) путем подсчета «человечков» и 4) измерения тени.

Существуют и более точные приемы измерения высот с использованием эклиметра или высотомера. Подробные характеристики устройства этих приборов и проведения с их помощью измерений можно получить в руководствах, прилагаемых к отдельным моделям.

Средняя высота породы в конкретном фитоценозе определяется как среднее арифметическое нескольких стволов со средним диаметром.

Возраст растений определять надежнее всего по годовым кольцам спиленных деревьев, которые при желании можно найти практически в любом лесу. Кольца следует считать как можно ближе к основанию дерева. Можно также воспользоваться свежим пнем, если таковые в лесу имеются. Ни в коем случае ( даже ради науки) не следует самим рубить дерево. Постарайтесь найти пни соответствующего диаметра. Если лес был посажен, то можно узнать, когда это происходило и определить примерный возраст деревьев.

Задание 5. Описание травяно-кустарничкового и мохово-лишайникового ярусов в лесу или травяного яруса на лугу.

Размеры пробных площадок в фитоценозах с травянистой растительностью обычно составляют 10м х 10 м, а на верховых болотах иногда всего несколько м2.

Характеристику травяно-кустарничкового яруса в лесу и на болоте или травяного на лугу также начинают с определения общего проективного покрытия. В данном случае визуально учитывается отношение проекций растений (за вычетом просветов между листьями и ветвями) к общей площади, принимаемой за 100%. Точность учета проективного покрытия может быть значительно увеличена путем дробления пробной площади на более мелкие участки: в каждом полученном квадрате покрытие учитывается отдельно, а затем определяется среднее значение.

Эталоны градаций проективного покрытия (в %) травостоя, рассматриваемого в сетку Раменского

При заполнении бланка в графе «травяно-кустарничковый ярус» названия растений пишут в одну колонку, или в несколько, если в одной колонке весь список не умещается. Желательно при этом, первыми в списке указывать кустарнички (черника, брусника и пр.), а затем травянистые растения в порядке убывания их численности (проективного покрытия). Редкие растения, с проективным покрытием менее 5 %, объединяют фигурной скобкой, напротив которой ставят суммарное значение их проективного покрытия. Единичные растения, также как и в случае с древесно-кустарниковым ярусом, помечают значком «ед.».

Таким же образом, как и травяно-кустарничковый ярус, описывают затем мохово-лишайниковый ярус, также указывая названия встречаемых мхов и лишайников (если они есть на почве и возможно их определение) и проективное покрытие каждого из видов.

Встречаемые во время описания неизвестные виды растений отбираются в гербарий и берутся с собой для дальнейшего определения. При этом в бланке описания им придается определенный номер (индекс), который после проведения определения заменяется на видовое название.

После выполнения общей характеристики травяного покрова фитоценоза переходят к выявлению флористического состава пробной площади и характеристике каждого вида растений. Составление списка видов лучше всего начинать с одного угла площадки, записывая сначала все растения, попадающие в поле зрения. Далее, медленно передвигаясь по сторонам квадрата, список дополняют новыми видами и только после этого пересекают пробную площадь по диагонали. Следует очень внимательно просматривать травостой, поскольку с высоты человеческого роста удается разглядеть далеко не все растения. Многие из них, более мелкие, хорошо скрыты под листьями и стеблями крупных трав и обнаружить их возможно лишь при раздвигании травостоя руками и осмотре самых скрытых уголков.

После того, как составление списка видов в целом завершено, можно заняться их отнесением к тому или иному подъярусу. В некоторых случаях выделение ярусной структуры травянистого покрова представляет собой достаточно трудное дело, и тогда можно ограничиться только указанием высоты растений и верхнего уровня наиболее густой фитомассы. В случаях же, когда отдельные ярусы хорошо дифференцированы друг от друга, их нумеруют от высшего к низшему и для каждого указывают господствующие виды и высоты развития.

Степень участия отдельных видов в травостое определяется методами учета их относительного обилия. Наиболее распространенным из таких методов является использование шкалы Друде (табл. 1), в которой различные степени обилия обозначаются баллами на основе величин наименьших расстояний между особями вида и их встречаемости.

ТАБЛИЦА 1. Шкала оценок обилия по Друде (с дополнениями А.А. Уранова)
Обозначение обилия по Друде Характеристика обилия Среднее наименьшее расстояние между особями (счетными единицами) вида, см

Баллами Сор (copiosae) при этом обозначаются обильные растения, среднее наименьшее расстояние между особями составляет не более 100 см. Вследствие этого растения обладают и высокой встречаемостью – не ниже 75%. Растения крупных и средних размеров при этом обычно играют значительную роль в общем облике фитоценоза или отдельного яруса, становясь вполне или отчасти фоновыми. В пределах этого балла различаются три ступени:

сор3 – очень обильные, среднее наименьшее расстояние – не более 20 см. Встречаемость поэтому, как правило, 100%. Такие растения обычно (за исключением очень мелких растений) образуют основной фон растительности или отдельного яруса;

сор2 – обильные, среднее наименьшее расстояние – от 20 до 40 см. Встречаемость иногда (при несколько неравномерном распределении) бывает немного ниже 100%. Такие растения часто, особенно при отсутствии других, более или столь же обильных, но более крупных, играют основную или по крайней мере значительную роль в физиономии участка ассоциации, создавая сплошной фон;

cop1 – довольно обильные, среднее наименьшее расстояние от 40 до 100 см. Встречаемость обычно не падает ниже 75%. Роль таких растений в облике участка меньшая, фона они не составляют, но могут существенно влиять на облик растительности, представляя многочисленные вкрапления в массу травостоя, особенно заметные при специфической форме роста или крупных размерах особей.

Баллом Sp отмечаются рассеянные растения, среднее наименьшее расстояние между которыми составляет 1–1,5 м. Встречаются они почти на каждых 1–2 шагах, но фона, как правило, не образуют (за исключением очень крупных растений) и физиономическое значение в травостое имеют только в случае заметного контраста с другими.

Единичные растения обозначаются баллом Sol. Они далеко отстоят друг от друга – наименьшее расстояние – всегда более 1,5 м. Встречаемость низкая, не выше 40%. Фонового значения эти растения не имеют, хотя иногда, отличаясь формой роста, яркой окраской и величиной, являются довольно заметными среди остальных.

В случае колебания обилия между двумя ступенями иногда применяют комбинированные оценки, например sol–sp, sp–сop1 и т.д.

Шкала Друде чрезвычайно проста и легка в использовании. Но этот метод пригоден только для схематичного, в значительной мере субъективного, определения соотношения между видами и выделения основных видов из общей массы. Представление о том, как соотносятся результаты, полученные с использованием шкалы Друде, и с помощью других, более точных методов, можно получить, рассмотрев табл. 2.

ТАБЛИЦА 2. Значение баллов шкалы Друде

Задание 6. Определение фенофаз растений.

Под фенофазой или фенологическим состоянием растения подразумевается та или иная фаза его развития. Для их обозначения при описании фитоценоза наиболее часто применяется система, предложенная В.В. Алехиным (1925) – табл. 3.

ТАБЛИЦА 3. Система обозначений фенофаз по В.В. Алехину (с дополнениями)

Если вы проведете такое исследование несколько раз за лето, то получите график смены фенофаз растений. Если видовое разнообразие велико, выберите несколько наиболее интересных для вас видов. Можно также отмечать температуру воздуха в дни наблюдений. В итоге, если вести мониторинг несколько лет, то можно выяснить, что более влияет на развитие растений – длина дня или температура. Но это уже тема отдельной работы.

При характеристике мохово-лишайникового покрова отмечается процент покрытия почвы мхами – общий и по видам. Очень важно также показать характер размещения мхов и лишайников, которое зависит от микрорельефа, влияния крон деревьев и кустарников, упавших стволов и т.д., а также субстрат, на котором они произрастают.

Задание 7. Заполнение бланка описания фитоценоза.
Бланк описания участка растительного покрова
Описание №:
Автор:
Дата:
Географическое и местное положение:
Положение в рельефе:
Окружение:
Описываемая площадь (м х м):
Название сообщества (по доминантам основных ярусов):

Травяно-кустарничковый ярус
Кочки:
Межкочья:
Моховой ярус
Кочки:
Межкочья:

Желаем всем совместить приятное с полезным – гулять по прекрасным лесам и лугам и одновременно делать исследовательскую работу.

Источник

Для учета фитомассы и видового состава травянистых растений применяют

Способ испытания относится к учету фитомассы травостоя, находящегося на лугах и пастбищах, лесах и полезащитных полосах, полях однолетних и многолетних трав, газонах и других территориях растительного покрова. С учетом видового разнообразия растений способ может быть использовано для учета общей массы с данной территории, продуктивности почвы или урожайности с единицы площади не только травяных растений, но и злаковых растений, например, сельскохо-зяйственных культур.

Метод испытания травяного покрова

Сущность способа заключается в том, что существенными признаками раскрывается неопределенность в так называемых «характерных местах». Они становятся вполне определенными. При этом практически оказывается достаточным взятие всего пяти проб, вместо 10 по прототипу. Лучше всего серию из последующих пяти проб следует брать через некоторое время после первой серии. Это позволяет изучить влияние вегетационного периода на динамику роста и развития травяного покрова. Поэтому за вегетационный период на крупном фитоценозе может быть взято проб не с 10, а с более 35-40 учетных площадок.

Положительный эффект достигается тем, что с введением дополнительных признаков на пяти уровнях качества появляется возможность выявления количественных закономерностей изменения массы срезанной травы в ходе сушки и одновременно эти данные можно будет принять как урожайность травы в виде зеленого корма (по массе срезанной травы с 1 м 2 ) или же в виде сена (массе сухого сена с единицы площади).

Существенной новизной предложенного метода испытаний в научном плане является соединение эмпирических умений и навыков в оценке качества травы для будущего сена с динамикой изменения фитомассы проб травы с единицы участка фитоценоза. Шкала качества является простой и удобной для практического применения на любом сельскохозяйственном предприятии, в том числе и в фермерском хозяйстве.

Материал для испытания травяного покрова

В сельской местности на каждом приусадебном участке выделяются несколько соток земли для посева и роста травы и заготовки корма. Вместе с тем, растущая трава неоднородна по качеству даже на таких малых и хорошо ухоженных земельных участках.

Естественная сушка травяных проб, срезанных ножницами с 1 м 2 учетной площадки, выполнялась в бумажных пакетах на веранде без попадания солнечных лучей.

По внешнему виду растущей травы селяне вполне определяют кормовое качество. Поэтому пять проб были распределены (ранжированы) по качеству травы следующим образом:

Результаты и их обсуждение

Динамика фитомассы луговой травы. По результатам сушки травы были получены следующие статистические модели (табл. 1).

— проба № 1; q = 552,95exp(-0,0052622t 0,88481 ) + 64,56 (1)

— проба № 2; q = 288,39exp(-0,00082647t 1,29140 ) + 46,30 (2)

— проба № 3; q = 495,22exp(-0,0063524t 0,83261 ) (3)

— проба № 4; q = 349,76exp(-0,014388t 0,72184 ) (4)

— проба № 5; q = 1006,21exp(-0,00068046t 1,30800 ) (5)

Как видно из уравнений, существует общий закон динамики массы биологической пробы, в данном случае травы, в виде зависимости

(6)

Формула (6) имеет ограничения по значениям влияющей переменной (от нуля до t₁), а также по значениям изучаемого показателя (от q₀ до q₁). Поэтому она становится математической моделью динамики фитомассы.

Влияние качества травы. Категории качества травы до срезки в сыром виде определялись визуально, качественным категориям задавались номера проб от единицы до пяти.

Преобразуем эти номера в ранги от нуля до четырех. Это позволило получить статистические модели как закономерности изменения массы пробы (урожайности травы в различном состоянии влажности по срезам времени) в зависимости от рангов качества фрагмента растительного покрова, то есть изучаемого фитоценоза.

Таблица 1. Динамика массы проб сенокосной травы с пробных площадок, г/м 2

Для нескольких «срезов времени» были получены статистические уравнения (табл. 2):

— изменение фитомассы по рангам проб непосредственно после срезания травы, то
есть при условии t=0 непосредственно после взятия проб

q = 620,00exp(-1,09585r) +1604,53r 5,48351 exp(-2,57034r) +0,00028958r 10,7691 (7)

— изменение фитомассы по пробам в процессе естественной сушки t=25,0 часов

q = 570,00exp(-0,92946r) +1803,03r 6,02407 exp(-2,89223r) +0,00015695r 11,2044 (8)

— значения фитомассы проб после сушки через 48,2 часов

q = 535,00exp(-0,99064r) +1904,46r 6,02407 exp(-2,93354r)+ 0,00014819r 11,2044 (9)

— фитомасса проб травы по рангам качества через 72,8 часа

q = 505,00exp(-0,98314r) +1691,77r 6,02407 exp(-2,92198r) + 0,00014007r 11,2044 (10)

— масса проб травы после 83,5 часа естественной сушки

q = 490,00exp(-1,05112r) +1923,00r 6,02407 exp(-2,96933r)+ 0,00013220r 11,2044 (11)

Общая закономерность изменения фитомассы травы по рангам качества, причем ранг равен категория качества минус единица, проявляется по закономерности

(12)

Примечание: * Абсолютная и относительная погрешности равны нулю

Из-за того, что до замеров массы проб через 96,5 часов проба № 5 сгнила, не удалось проследить закономерности изменения травы по качеству будущего сена. К тому же из такой травы, похожей на пробу № 5, сена не получится. Поэтому выход готового сена определится суммой первых четырех проб, а абсолютная масса сухого сена определится умножением фитомассы каждой пробы из первых четырех учетных площадок на значения площади той части фитоценоза, которая занята первыми четырьмя категориями качества травы.

Первая составляющая выражения q_k = q_k1+q_k2+q_k3 из формулы (12) является е с тественной закономерностью и показыв а е т с пад фитомассы пробы из-за потери влаги клетками срезанных растений. Вычислениями продолжением рангов можно определить предел разделения качества на категории. По всем моделям оказалось, что минимальное значение примерно 0,1 г/м 2 достигается на восьмом ранге. По существу, экспоненциальный спад массы показывает ухудшение качества за счет снижения по категориям проб количества п итательных для КРС веществ (каротина и пр.), то есть экспоненциальной потери кормовых единиц с ухудшением качества травяного покрова.

Третья составляющая, по-видимому, показывает увеличение доли клетчатки в растениях с ухудшением их качества как корма для животных. Питательные вещества становятся незначительными, поэтому с увеличением номера или ранга качества происходит рост массы непитательных клеток по показательному (аллометрическому) закону.

Испытания фитомассы травяного покрова позволяют оперативно измерять состояние и динамику по категориям и рангам качества травы. Причем качество травяного покрова понимается по отношению к зеленому корму и готовому сену, то есть как потребительские свойства для домашних животных. Это позволяет значительно повысить точность измерения фитомассы травы во времени роста и звития травы и пространстве распределения частей фитоценоза по качеству. При этом такое повышение точности позволяет не только объективно оценивать урожайность травы и продуктивность участка земли, занятой лугами и пастбищами, но и дать прогнозы по рационализации землепользования.

Статья опубликована при поддержке гранта 3.2.3/4603 МОН РФ

Источник