Описание экологической ниши березы

Обновлено: 19.09.2024

В прошлом году в университете были проведены интересные исследования состояния окружающей среды в Красноярске. Изучалась береза в разных частях города. Дело в том, что это растение - идеальный индикатор экологического состояния. В зависимости от степени загрязненности района, где она произрастает, ее листья меняют форму. Такие методы исследования среды называют методами дендроиндикации. Этой темой еще со второй половины 90-х годов прошлого века занимается кафедра технологии и машин природообустройства, а именно Елена Владимировна Авдеева и аспиранты, студенты, научными исследованиями которых она руководит. Продолжаю рассказывать об исследованиях университетом городской среды, в которой мы живем. Листовые пластинки березы как экологический индикатор вместе с Еленой Владимировной изучает Валентин Надемянов.

Оказывается, листья берез (а точнее, березы повислой (латинский вариант названия более чем мил - Betula pendula :)), растущих в неблагоприятных условиях, становятся асимметричными. И чем деревья хуже себя чувствуют, тем больше степень асимметрии. Изучались растения в девяти скверах города. Оказалось, что самые благоприятные экологические условия в скверах в микрорайоне Ботанический, "Серебряный" и "Космонавтов". Их определили как удовлетворительные. Напряженное состояние в скверах "Панюковский", "Энтузиастов" и у проходной ХМЗ. Наиболее же тяжелое состояние среды - "конфликтное" - в скверах "Одесский", "Семейный" и им. В. И. Сурикова.

При этом самый высокий показатель асимметрии листьев - в центре города, в сквере им. В. И. Сурикова! Выходит, здесь окружающая среда наиболее загрязнена.

Эти данные соответствуют результатам замеров стационарных постов наблюдения за качеством атмосферного воздуха. То есть, действительно, там, где обнаружена наибольшая степень асимметрии листьев, воздух наиболее загрязнен. А это значит, что предложенный метод дендроиндикации работает, и его можно использовать в дальнейшем. Метод привлекателен еще и следующими тремя преимуществами: достаточная дешевизна, высокая скорость получения информации, а еще возможность характеризовать состояние среды за длительный промежуток времени.

Исследователи разработали шкалу оценки состояния среды в зависимости от степени асимметричности листьев. За условную норму принято значение 9. Этот коэффициент выявлен у листьев плодово-ягодной станции, где атмосфера загрязнена минимально. Увы, ни один из скверов до нее не дотягивают. У самого "несчастного" сквера им. В. И. Сурикова эта величина равна 13,485. За ним в порядке приближения к норме следут другие в таком порядке: сквер "Одесский" (правый берег, район Причала) (12,800), сквер "Семейный" (перекресток улицы Мичурина и Красноярского рабочего) (12,000), сквер "Энтузиастов" (за Торговым центром на правом берегу) (11,235), сквер у проходной ХМЗ (11,200), сквер в микрорайоне Ботанический (улица Фруктовая) (10,980), сквер "Серебряный" (10,665), сквер "Панюковский" (10,460), сквер "Космонавтов" (10,190).

Как видите, самыми чистыми (относительно, разумеется) местами оказалась территория за администрацией Октябрьского района (там вдоль улицы Крупской протянулся сквер "Серебряный"), район кинотеатра "Эпицентр" на правобережье (рядом с ним расположен сквер "Панюковский") и сквер "Космонавтов", что в Зеленой роще, за ДК "КрАЗа".

Интересны методики исследования листовой пластинки. В этом исследовании использовали две. Одна предполагает вычисление асимметрии по пяти параметрам листьев. Эту мудреную методику разработали ученые в процессе исследований последствий радиоактивного заражения после Чернобыльской аварии (В. М. Захаров и другие).

Вторая методика разработана самими исследователями. Здесь измерялись и сравнивались площади половинок листа. Им удалось добиться точности до одного квадратного миллиметра.

И в том, и в другом случае листики березы сканировались с разрешением 300 dpi. По первой методике использовались известные программы КОМПАС и MS Excel, а кроме них специальная программа LeafProg, разработанная на кафедре технологии машин природообустройства СибГТУ Е. В. Авдеевой и А. А. Карповым, которая так и называется - "Анализ листовой пластины древесных растений". Она применялась и для измерения площади половинок листьев при использовании второй методики.

Подробно результаты этих исследований описаны в следующих публикациях:

Авдеева, Е. В. Оценка состояния городской среды методами дендроиндикации / Е. В. Авдеева, В. Ф. Надемянов ; Сиб. гос. технол. ун-т // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. - 2013. - № 11. - С. 199-205. - Библиогр.: с. 205 (4 назв.).
Авдеева, Е. В. Оценка состояния окружающей среды (на примере скверов г. Красноярска) / Е. В. Авдеева, В. Ф. Надемянов ; Сиб. гос. технол. ун-т // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения . - Красноярск : СибГТУ, 2013. - Т. 1. - С. 84-86. - Библиогр.: с. 86 (4 назв.).
Авдеева, Е. В. Оценка стабильности развития березы повислой (betula pendula) в скверах г. Красноярска / Е. В. Авдеева, В. Ф. Надемянов ; Сиб. гос. технол. ун-т // Технологии и оборудование садово-паркового и ландшафтного строительства. - Красноярск : СибГТУ, 2013. - С. 11-14. - Библиогр.: с. 14 (3 назв.).

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Характерной особенностью современной жизни является ухудшение экологической обстановки. Высокая плотность населения, быстрое развитие промышленности и обилие транспорта отрицательно сказываются на условиях жизни человека: происходит загрязнение воздуха, почвы и воды, повышается шумовой фон, возрастают стрессовые нагрузки. Всё это негативно влияет на состояние здоровья населения, значительная часть которого – школьники.

А в условиях современной жизни ни одно общеобразовательное учреждение не может заявить о полном экологическом благополучии. Школьники имеют слабое представление об экологическом состоянии окружающей среды, но каждому грамотному человеку необходимо знать, в каких экологических условиях он учится, работает, живёт.

Оценка степени антропогенного влияния на зеленые насаждения городов является одной из актуальных задач экологии. Городские растения находятся под влиянием целого комплекса негативных факторов, связанных с антропогенным загрязнением среды обитания и соответствующим образом реагируют на него. По состоянию видов-эдификаторов природного сообщества, от которых зависит его дальнейшее существование, определяется устойчивость экосистемы. Такими объектами для оценки состояния городских и поселковых экосистем являются древесные растения. Наиболее чувствительные к исследуемым факторам биологические системы или организмы выбирают в качестве биоиндикаторов. По степени развития отдельных органов и структур, интенсивности протекания основных процессов, их жизненному состоянию можно судить о соответствии условий среды потребностям живых организмов. Большое внимание при диагностике состояния древесных растений уделяется ассимиляционным органам, и в частности листве и хвое, поскольку они определяют рост и развитие всех других структур растительного организма. Метод мониторинга окружающей среды, основанный на исследовании воздействия изменяющихся экологических факторов на различные характеристики биологических объектов и систем, дает представление о закономерностях и механизмах формирования реакции биологических систем на совместное действие факторов разной природы, биоиндикационные показатели ясно отражают картину состояния самих растительных организмов. Организм в нормальных условиях реагирует на воздействие среды посредством сложной физиологической системы буферных гомеостатических механизмов, поддерживающих оптимальное протекание процессов развития. Эти механизмы, под воздействием неблагоприятных условий, могут быть нарушены, что приводит к изменению развития. Базовые изменения функционирования живых существ отражают изменение гомеостаза развития и находят выражение в процессах, протекающих на разных уровнях, от организменного до молекулярного, и соответственно, могут быть оценены с использованием различных методов по разным параметрам. Прежде всего, уровень гомеостаза развития может быть оценен с морфологической точки зрения [6]. Метод флуктуирующей асимметрии применяется для этой цели. Небольшие ненаправленные (случайные) отклонения от двусторонней симметрии у организмов или их частей (например, листьев березы) называют флуктуирующей асимметрией. Как индикатор состояния среды, степени антропогенного загрязнения величину флуктуирующей асимметрии используют у разных видов организмов.

Актуальность моей работы связана с тем, что методы экологического мониторинга приобрели особую значимость в 21 веке с увеличением антропогенного воздействия на окружающую среду. Основными источниками загрязнения в условиях города являются промышленные предприятия и автомобильный транспорт. Наряду с традиционными методами контроля химического загрязнения путём исследования проб воды, воздуха, почв, существуют методы биоиндикации и в частности, фитоиндикации, основанные на изменении морфологических структур растений под влиянием техногенных загрязнителей. Одним из перспективных подходов для интегральной характеристики качества среды является оценка состояния живых организмов по стабильности развития, которая характеризуется уровнем флуктуирующей ассиметрии морфологических структур .

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие з адачи:

ознакомиться с учебной и научной литературой по рассматриваемой проблеме;

изучить методику и провести исследования флуктуирующей асимметрии листьев березы бородавчатой, собранных в лесопарке в окрестностях района.

вычислить биоиндикационные показатели и определить степень загрязнения среды исследуемой территории.

Материалы и оборудование: линейка, циркуль, транспортир, калькулятор.

Объект исследования : листья березы извилистой.

Методы исследования :

Теоретический – анализ научной литературы;

Математический – расчет флуктуирующей асимметрии.

2. Основная часть.

2.1 История развития методов биоиндикации

Биоиндикация и биотестирование две основные группы методов биологического контроля окружающей среды. Присутствие в окружающей среде того или иного загрязнителя определяется методами биоиндикации, биотестирования по наличию или состоянию определённых организмов, наиболее чувствительных к изменению экологической обстановки, т. е. обнаружением и определением биологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакции на них живых организмов и их сообществ .

Применение биологических методов для оценки среды подразумевает , таким образом , выделение видов животных или растений, чутко реагирующих на тот или иной тип взаимодействия. В определенных условиях методом биоиндикации с использованием подходящих индикаторных организмов может осуществляться количественная и качественная оценка эффекта естественного и антропогенного влияния на окружающую среду.

Русский ученый – почвовед В . В . Докучаев внес самый большой вклад в развитие биоиндикации . Определить типы почв и их изменение под влиянием хозяйственной деятельности человека можно по комплексам почвенных животных [6].

В XIX в , когда быстрыми темпами стали осваивать окраины нашей страны началось самое быстрое освоение биоиндикации . Сейчас целесообразно говорить и о степени влияния фактора на природный комплекс , а не только о его наличии или отсутствии фактора . Степень влияния на окружающую среду различна . Это позволяет ввести шкалу воздействий ( например , сильное – слабое – нетвоздействия ). Это шкала экологического фактора позволяет более верно оценивать исследуемую территорию . В таком случае следует говорить о методе количественной оценки степени воздействия экологического фактора на окружающую природную среду . При помощи биоиндикации определяют интенсивность различных химических (pH, содержание солей и др .) и физических факторов ( радиоактивность ), а также устанавливают содержание в субстрате витаминов , гормонов , антибиотиков и др . биологически активных веществ .

На современном этапе биоиндикациии, биомониторинга , наиболее важные задачи , состоят в разработке теоретических основ и методологии анализа реакции биологических систем на многофакторные воздействия с учетом дифференциальных отличий факторов риска , патогенных агентов , и патологических явлений в зависимости от экологических условий и состояния биоценозов , популяций , организмов и отдельных экосистем .

2.2 Сущность метода биоиндикации .

Метод биоиндикации, в основе которого лежат реакции организмов на воздействие всего многообразия факторов окружающей среды, можно использовать в случаях, когда нет возможности проводить комплексные научные исследования, требующие больших материальных затрат и специального оборудования. В качестве биоиндикаторов могут быть использованы животные, растения, микроорганизмы, жизненные функции которых так тесно коррелируют с определенными факторами среды, что могут применяться при их оценке. Преимущества биоиндикаторов состоит в том, что они суммируют все биологически важные данные об окружающей среде и отражают ее состояние в целом; устраняют трудную задачу применения дорогостоящих методов исследования; указывают пути и места скопления в экосистемах различного рода загрязнений; позволяют судить о степени вредности воздействий для живой природы.[2] В настоящее время для целого класса индикаторных видов растений и животных разработаны шкалы воздействий, которые позволяют выявить разные степени влияния на окружающую природную среду, регистрируемые с помощью этих видов (нет воздействия - слабое - среднее - сильное). Наличие шкалы экологического фактора позволяет намного более верно оценивать исследуемую территорию. Существуют два основных метода биоиндикации: пассивный и активный.

Пассивный метод - это исследования видимых и незаметных повреждений и отклонений от нормы реакции.
Пассивный метод включает следующие исследования:

Определение площади листьев

Определение асимметрии листьев

Уменьшение содержания хлорофилла в листьях растений

Определение влажности листьев и их тургорного состояния

Накопление серы в листьях и коре древесных растений

Изменение цвета пигментов различных цветковых растений

Активный метод - это изучение ответной реакции наиболее чувствительного фактора организма (биотестирование).

Ботаническое описание

Березовый ерник -так этот кустарник называли русские крестьяне, живущие в лесной полосе. Отсюда можно сделать вывод: растет он не только в тундре. Более того, ерником называли и болота, поросшие карликовой березой.

Обычно этот куст невысок: редко он вырастает выше 1,2 м. В тундре и заболоченных местах его ветвей можно и не увидеть, и растение стелется по земле. Отсюда, кстати, второе его название — сланец.

Опознать кустарник на болоте можно по следующим признакам:

молодые побеги сильно опушенные, а старые участки голые, с коричневой корой;
листья находятся на очень коротких черешках – их почти не видно;
форма листа — почти круглая, цвет лицевой стороны более темный, чем изнаночной;
сережки не висят, а стоят, и их размер меньше, чем у других берез;
первоцвет — цветение происходит до вегетации.

Размножается этот вид как семенами, так и вегетативно. Все зависит от условий произрастания и летней погоды. Корневая система у ерника мочковатая, растет вширь, а не вглубь.

Экологическая ниша и расселение

Растение прекрасно приспособлено к жизни в суровых северных условиях. Мерзлота его практически не касается, поскольку глубоких корней у него нет. Зато обилие ветвей — отличная альтернатива семенному размножению. В условиях холодов кустарник стелется по земле, пуская вторичные корешки. Выеденное оленем пастбище он занимает быстро, другую растительность замещает медленнее, но это все равно происходит.

Характерно то, что рост побегов карликовой березы в тундре происходит даже под снегом, хотя на севере процесс этот идет медленно. В условиях, когда семена вызревают не каждый год, это большой плюс. Одно растение, размножаясь исключительно вегетативно, может прожить до 100 лет, и только потом первоначальный корень высыхает; остается поросль, которую дали когда-то побеги.

В лесной зоне березовый сланец растет на болотах, где он может себе позволить быть полноценным кустом, пушистым и объемным. Иногда встречаются целые заросли ерника, которым зарастают вырубки и болота. Передвигаться по таким участкам сложно: во всяком случае, просто погулять в таких местах невозможно. Попадается кустарник и в горах; максимальная высота, где он может произрастать – 2200 метров над уровнем моря.

Встречается этот вид березы по всему северному полушарию. Это тундры и лесная зона России, Канада, Скандинавский полуостров, Исландия, а также горные районы. В сезон листопада он покрывается всеми оттенками желтого и красного, создавая неповторимый колорит осенней тундры.

Украшение сада

В местах, где растет карликовая береза, она часто идет на топливо. Но людям, далёким от северного уклада, этот кустарник может показаться отличным вариантом для оформления садов и альпинариев. Для этой цели даже выведена культурная разновидность ерника, сорт Golden Treasure.

Ерник очень хорошо смотрится в различных сочетаниях. При этом можно использовать все его формы — и дикий сланец, и культурный сорт, представляющий собой круглый кустик высотой до 80 см. Среди композиций, в которые это растение отлично вписывается, есть такие:

каменистые склоны с вересками;
влажные низины, где березовый сланец соседствует с папоротником и клюквой;
кустовые формы около водоема с каменистым берегом;
живая изгородь.

Последний вариант очень практичный. Ветви кустарника сплетаются между собой, образуя плотную стену. Если ее дополнить более высокими кустами, то можно не ставить забор. Огромным плюсом использования ерника будет его вид осенью: когда все цветы уже отцвели, осенняя листва будет радовать глаз. Так, как выглядит карликовая береза осенью, не выглядит больше ни один кустарник.

Посадка и уход

При выборе места для посадки сланца или сортового куста нужно учесть два обязательных условия — место должно быть хорошо освещено и доступно для воды. К воде у ерника особое отношение: весной она ему нужна больше, поэтому скопление талых вод — большой плюс. Но летом избыточное увлажнение может привести к гнили, поэтому глинистых почв нужно избегать. В альпинариях этот вопрос решается высадкой кустика сверху, а в низинах нужно предусмотреть хороший дренаж.

Неоспоримым достоинством ерника является его любовь к кислым почвам. Обычно садовые культуры, а тем более продовольственные, очень плохо переносят закисленность, которая нарастает с каждым съемом урожая. Известкование — очень распространенная процедура в сельском хозяйстве. Но карликовой березе это не нужно, она привыкла расти именно в таких местах.

Вырастить саженец можно из семечка или ветки, оба варианта хороши. В горшочек обязательно нужно положить торф, как и в ямку, куда саженец будет пересажен. Ямка для саженца должна быть глубокой, около метра, потому что внизу будет находиться дренаж. Почва для растения представляет собой смесь из верхнего плодородного слоя, торфа, песка и минеральных удобрений. При этом нужно следить, чтобы корешки соприкасались именно с торфом, а не с азофоской или плодородным слоем.

После посадки кустик нужно слегка утрамбовать и замульчировать поверхность около основания. Обязательно нужно полить ерник, а если саженец был сухим, то корни следует подержать в воде несколько часов.

Весной кустик требуется подкормить разведенным органическим удобрением. Интенсивность полива зависит от количества воды на участке. В низинах, где вода есть, полив не нужен, но необходимо всегда следить, чтобы влага была в достаточном количестве. Ерник на альпинариях необходимо поливать регулярно, причем тем больше, чем суше лето. Подкормку необходимо выполнять ежегодно: осенью минеральными удобрениями. а весной — органическими.

Растет карликовая березка медленно, только культурная форма вырастает на 10 см в год. Но желающим оформить крону хочется дать один совет: высохшие ветки убирать до начала сокодвижения, а придавать форму тогда, когда ветви разрослись — в августе.

Несмотря на то что кустарник этот неприхотлив, вредители его все-таки повреждают. Это могут быть насекомые и грибок, поэтому обрабатывать растение инсектицидами и фунгицидами можно и нужно. Ернику это не повредит.

Тема: Экологическая ниша. Описание экологической ниши организмов.

В природе на одной и той же территории обитают большое количество разных видов организмов. Они уживаются на одной территории благодаря тому, что занимают разные экологические ниши.

Характеристики экологической ниши

Она включает три основных характеристики:

Поведенческая характеристика описывает характер добычи пищи, приемы защиты от врагов, методы борьбы с неблагоприятными абиотическими факторами. Она включает в себя требования к количественному и качественному составу пищи, а также наличие естественных врагов и конкурентов.

Пространственная характеристика описывает местообитания видов. Включает характеристику видов, необходимых непосредственно для проживания или обеспечения строительным материалом, симбионтов и комменсалов.

Временная характеристика описывает суточную, годовую и сезонную активность вида.

Пример описания экологической ниши клевера

Для клевера экологическая ниша будет включать:

Слабокислый или нейтрально-щелочной рН почвы

Отсутствие затеняющих форм растительности

Присутствие азотфиксирующих клубеньковых бактерий

Период вегетации весна-лето

Пример описания экологической ниши рыси

Для рыси экологическая ниша будет включать:

Умеренный холодный климат

Условие хвойного леса

Размещение в древесном и травянистом ярусах

Основа питания: средние копытные (косуля, ), а также зайцы и тетеревиные птицы

Тип охоты: подкрадывание, предусматривающее укрытие среди деревьев и элементов рельефа

Образ жизни: дневной, всесезонный

Естественные враги и конкуренты – волки

В процессе эволюции происходит специализация или универсализация видов по типу питания, использованию пространства, времени активности. Соответственно происходит сужение или расширение экологической ниши.

Сужение экологической ниши в процессе эволюции происходит, как правило, под действием конкурентов.

Практическое задание:

Здесь же вы дублируете ответ на 1 — ое задание из тетради.

Читайте также: