Флора как сложная биологическая система

Метод экологического профилирования. Метод экологического (эколого-фитоценотического) профилирования широко используется при изучении отношения видов и растительных сообществ к факторам среды, их ординации, при выявлении и изучении экологических рядов и экологических групп растений, составлении экологических шкал и фитоиндикационных таблиц, изучении сукцессий: зарастания гарей, вырубок и других пионерных или нарушенных фитоценозов, заболачивания, деградации естественных сообществ и т.д. [6, 8].

Суть метода заключается в закладке одного или нескольких профильных ходов, располагаемых в определенной последовательности и характеризуемых путем закладки на них ПП. Профильный ход закладывается в типичных ландшафтах изучаемого региона в направлении изменения одного или нескольких экологических факторов и связанных с этим изменением растительности. Профильные ходы должны в максимальной степени охватывать весь градиент условий экологического ряда.

Работа на профиле заключается в следующем:

1. выделяются растительные сообщества, пересекаемые профильным ходом, устанавливаются их границы и измеряется протяженность;
2. описываются растительные сообщества путем заложения ПП по вешкам основного хода, либо, при более беглой работе, описывается растительность в ее естественных границах, либо делаются только ссылки на аналогичные, ранее сделанные описания;
3. характеризуются экологические условия экотопа путем закладки почвенных разрезов, шурфов, взятия образцов для последующего анализа и т.д.

Традиционно изучение лесных фитоценозов начинают с яруса древостоя – основного элемента лесного сообщества. Древесная растительность обычно описывается с использованием различных методов таксации насаждений. К основным таксационным показателям древостоя относятся: происхождение (искусственное, естественное, семенное, порослевое); форма (простой, или одноярусный, сложный или многоярусный древостои); диаметр; состояние; высота; бонитет (показатель условий произрастания); возраст; полнота (плотность стояния деревьев); запас древесины (количество древесины на единицу площади); состав (соотношение древесных пород) [10, 11].

Изучение нижних ярусов лесного сообщества (подлеска, подроста и живого напочвенного покрова) на ПП обычно проводят с помощью учетных площадок (УП) и профилей (или их сочетания).

Учетные площадки закладываются чаще всего квадратной формы, площадью до 1 м2 при изучении живого напочвенного покрова или 4 м2 и более при исследовании подлеска и подроста [6, 8, 9].

Располагают УП регулярными (на равном расстоянии друг от друга по диагонали или всей площади ПП) или случайным образом (например, пользуясь таблицей случайных чисел). В зависимости от формы ПП учетные профили закладывают в виде лент по диагонали ПП, параллельно друг другу на равном расстоянии, или размещают в направлении максимального визуального варьирования растительности или факторов среды (например, от вершины склона к его основанию). Ширина профилей обычно составляет 1-2 м. На них проводят сплошной перечет изучаемых объектов [6, 8, 9].

При описании живого напочвенного покрова вначале выявляется его видовой состав и характер размещения видов на ПП (рисунок 2). Количество УП планируется таким образом, чтобы их общая площадь составляла не менее 2% площади ПП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Типы распределения особей ценопопуляции в пространстве

а – регулярное; б– случайное; в – групповое; г – случайно-клинальное;

д – контагиозно-клинальное

 

На каждой УП отмечается [6, 10]:

– видовая принадлежность растений подлеска и напочвенного покрова;

– проективное покрытие вида;

– общее проективное покрытие подроста, травянисто-кустарничкового и мохово-лишайного ярусов;

– общее проективное покрытие всех видов.

 

1.3 Методы изучения луговой растительности

 

Изучение луговой растительности наиболее целесообразно проводить в период максимального развития травостоя до начала первого укоса, после спада полых вод (на пойменных лугах). Исследования начинаются с рекогносцировочного изучения всего разнообразия луговых сообществ, приуроченности их к определенным элементам рельефа, способов хозяйственного использования. В ходе этого этапа проводят выбор участков для последующего более детального изучения и описания [2, 3, 6, 7].

Луговые сообщества обычно изучаются методом экологического (эколого-фитоценотического) профилирования и ПП. Для охвата и изучения всего разнообразия луговых фитоценозов профильный ход (трансект) закладывается в направлении смен основных элементов рельефа от уреза воды поперек речной долины по направлению к водораздельной территории (плакору) или вне речных долин – от самого нижнего элемента рельефа в сторону его максимального повышения. Строго по линии профиля, представляющего собой прямую полосу, одновременно с нивелированием местности и закладкой пикетов проводятся комплексные описания всех отмеченных растительных сообществ [2, 6]. В качестве примера на рисунке 3 представлено строение эколого-фитоценотического профиля в пойме реки Западная Березина, проведенное И.М. Степанович [12].

Рисунок 3 – Строение эколого-фитоценотического профиля в пойме

реки Западная Березина

 

Для характеристики лугового сообщества в границах выделенной ассоциации выбирают наиболее типичный ее участок (опорную точку) на которой закладывают ПП в 100 м2. Для более точного определения некоторых аналитических признаков древестоя в пределах ПП регулярным способом закладывают пять или более УП в 1м2 или 4 м2 [2, 6].

В связи с полидоминантностью, сезонной и годовой изменчивостью луговых фитоценозов для классификации растительных сообществ этого типа растительности часто используют шкалу Друде или шкалу Браун-Бланке. Классификация обилия вида по шкалам Друде и Браун-Бланке представлена в таблице 1 [13].

 

Таблица 1 - Классификация обилия вида по шкалам Друде и Браун-Бланке

 

Следует отметить, что  метод Браун-Банке стал использоваться в странах СНГ в основном в 90-х годах 20-го века, так как именно в это время начали создаваться глобальные базы данных, в том числе и ботанические. Базы данных выполняли задачу каталогизации растительности в разных странах и на планете в целом. Описание растительных ассоциаций по методу Браун-Бланке как нельзя лучше подходило для составления таких реестров, так как по определению включало большое число видов растений [13, 14].

 

1.4 Методы изучения болотной растительности

 

Болотные сообщества обычно изучаются методом экологического (эколого-фитоценотического) профилирования и ПП [2, 6].

Картирование и полевые исследования лесных болот проводят в соответствии с методиками по изучению лесной растительности, а открытых болот – по методике изучения луговой растительности.

 

1.5 Методы изучения водных растений

 

Общий план исследования водных растений включает [2, 6]:

– изучение размещения растительности в водоеме;

– геоботаническое описание фитоценоза;

– определение фитомассы и продуктивности;

– изучение биологии и экологии высших водных растений;

– изучение динамики растительности в ходе сукцессии.

Прежде чем приступить к изучению ассоциации водной растительности и проводить описание зонального распределения растений, необходимо привести общие сведения по тому водоему, который исследуется (ширину, глубину, скорость течения, характер береговой линии). В закрытых водоемах принято указывать протяженность всей береговой линии. После этого требуется:

– установить площадь зарастания путем промера по береговой линии и характер растительных группировок;

– дать описание растительных группировок по профилю, при этом следует обращать внимание на приуроченность отдельных растений к глубинам, характеру дна, прозрачности и температуре воды в зарослях и вне их;

– определить биомассу растений на разных глубинах (в чистых зарослях и в ассоциациях) с 1м2.

1.6 Сбор и гербаризация растений

 

В полевой период флористического исследования производится сбор и гербаризация растений. Сбор растений желательно проводить в сухую погоду.

При гербаризации берутся растения средних размеров, наиболее типичные для данного вида, в количестве, достаточном для заполнения всей площади одного или нескольких гербарных листов (лист формата А3). Перед сбором необходимо осмотреть несколько растений, чтобы выбрать из них в гербарий экземпляры с цветами, плодами, спорангиями, шишками и др. Травянистые растения выкапывают с корнем и очищают от земли. При этом нельзя обрывать подземные побеги (корни, корневища, столоны, луковицы) и нижние листья, даже засохшие, так как они часто необходимы для точной идентификации растений. Крупные травянистые растения разрезают на части, которые сушатся в отдельных газетных листах. У древесных растений (деревья, кустарники) в гербарий берется побег с хорошо развитыми листьями и по возможности с цветками, плодами или шишками [2, 6, 7].

Охраняемые виды включают в общий список растений, но в гербарий не собирают (их фотографируют и в списке указывают точное нахождение).

Правила сбора гербария стандартны – в поле растение помещают в гербарную папку. Собранные в гербарий растения сразу снабжаются этикеткой. На черновой этикетке в сокращенном виде указываются: точное местонахождение (географическая привязка к тому месту, где было обнаружено растение); местообитание (название фитоценоза, экологические условия), встречаемость или обилие, дата сбора, фамилия сборщика. Собранные растения укладывают в гербарные папки, вмещающие 60–120 листов любой непроклеенной бумаги, в том числе газетной и оберточной [2, 6, 7].

Сбор и гербаризация водных растений имеет свои особенности. Погруженные растения и растения с плавающими листьями с тонкими корневищами или без корней достают водяными грабельками или якорьками-кошками.

После сбора растения отмывают от грязи и помещают в полиэтиленовые мешочки. Закладка большинства плавающих растений в папки, как это делается при сборе наземных растений, нежелательна, так как растения в папках подсыхают, у них деформируются листья и т.д. Водные растения, предварительно завернутые в матерчатые или марлевые салфетки, отдают излишнюю воду и легко раскладываются.

Следует отметить, что изучение флоры, в какой бы сезон года оно не проводилось, не может быть полноценным при одноразовом проведении данного исследования, поскольку не все растения заметны в течение всех сезонов года.

При проведении флористических исследований существует понятие «аспекта» – когда в данное время на местности лучше всего заметны определенные растения (чаще всего потому, что они массово цветут). Поэтому, в случае, если данная работа проводится с реальными исследовательскими целями, целесообразно проводить обследование местности несколько раз в течение вегетационного сезона, например, начать в мае и продолжить далее раз в месяц до сентября [7].

 

 

2 Камеральный период  работы по флористической тематике

2.1 Определение растений

 

Собранный в полевых условиях материал подлежит дальнейшей обработке. В первую очередь все собранные либо описанные растения определяются.

Для определения используется специальная литература – атласы и определители, мощная лупа или бинокуляр и препаровальная игла [6, 7, 8].

При определении растений используется два варианта пособий. Во-первых, это атласы, т.е. иллюстрированные цветные пособия с определительными таблицами или без них [15]. 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.

Поэтому при выполнении серьезных научных исследований необходимо пользоваться «дихотомическими» определителями [16]. В определителях данного вида для идентификации растений используются их морфологические признаки. Схема морфологического анализа растений представлена в Приложении А. 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 какие либо 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) [7, 16].