Контрольная работа по "Ботанике". 32

Вариант №1 

1. Фитоценология как основной раздел геоботаники и  предметы ее изучения.

   Фитоценология — сравнительно молодая наука. Она  стала интенсивно развиваться только с начала XX столетия (само понятие «фитоценоз» и производное от него название «фитоценология» были введены в научный обиход в 1918 г. австрийским исследователем Хельмутом Гамсом). Большой вклад в развитие фитоценологии внесли отечественные ученые Леонтий Григорьевич Раменский, Василий Васильевич Алёхин, Александр Петрович Шенников, Владимир Николаевич Сукачёв, Тихон Александрович Работнов и др. Значительную роль сыграли и зарубежные ученые, в особенности Жозья Браун-Бланке (J. Braun-Blanquet) (Франция), Фредерик Клементе (F. Clements) (США), Роберт Хардинг Уиттекер (R. Whittacker) (США) и ряд других.

   Фитоценология – это раздел геоботаники изучающий растительные сообщества (фитоценозы), их состав, структуру и функционирование, обусловленные взаимоотношениями растений в условиях совместного произрастания.

   Предметом изучения фитоценологии  являются:

   1. естественные фитоценозы (лесные, луговые, болотные, тундровые и др.);

   2. искусственные фитоценозы (например, посевы и посадки культурных растений).

   Фитоценология относится к числу биологических  наук, изучающих живую материю  на ценотическом уровне, т.е. на уровне сообществ организмов.

   Задачи  фитоценологии:

1. Исследование растительных сообществ с разных точек зрения (состав и структура сообществ, их динамика, продуктивность, изменения под влиянием деятельности человека, взаимосвязи с окружающей средой и т.д.). При исследовании фитоценозов используют качественные и количественные методы учета различных признаков фитоценоза (например, доли участия отдельных видов растений в составе сообщества).
2. Классификация фитоценозов. Классификация является необходимой основой для изучения растительного покрова, для составления карт растительности различных территорий.

   Фитоценология — не только описательная наука, она  использует также экспериментальные  методы. Объектом эксперимента служат растительные сообщества. Воздействуя определенным образом на фитоценоз (например, внося удобрения на луг), выявляют реакцию растительности на это воздействие. Экспериментальным путем изучают также взаимоотношения между отдельными видами растений в фитоценозе и т.д.

   Фитоценология имеет важное народнохозяйственное значение. Данные этой науки необходимы для рационального использования естественного растительного покрова (лесов, лугов, степей, тундр и др.), для планирования хозяйственных мероприятий в сельском и лесном хозяйстве. Фитоценология имеет непосредственное отношение к землеустройству, охране природы, мелиоративным работам и т.д. Данные фитоценологии находят применение даже при геологических и гидрогеологических изысканиях (в частности, при поисках грунтовых вод в пустынных районах). 
 

   2.  Методы оценки  проективного покрытия.

   Проективное покрытие - показатель, определяющий относительную площадь проекции отдельных видов или их групп, ярусов и т.д. фитоценоза на поверхность почвы. Проективное покрытие является одним из основных показателей обилия в фитоценологии.

   Проективное покрытие может определяться в количественных или в балльных величинах. Для  определения количественных характеристик  проективного покрытия применяют ряд  методов:

   1. Определение на глаз. Проективное покрытие можно определять по визуальной шкале с 10 градациями: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 ,90, 100%. Глаз человека вполне может определить степень проективного покрытия с точностью 10% .

   2. Метод уколов. Предложен в 1933 году новозеландскими геоботаниками. Суть его состоит в том, что для определения проективного покрытия растений используют рамку, на которой укрепляются 10 металлических игл через каждые 5 см. При опускании игл на почву отмечаются виды, которых коснулась игла. На основе данных, получаемых этим методом можно определить следующие величины:

   а) покрытие отдельных видов, определяющееся как процент точек, на которых  отмечено присутствие того или иного  вида;

   б) участие вида в травостое (частное  проективное покрытие); если принимать  во внимание все касания, учитывая, что при одном опускании иглы вид может коснуться её несколько раз, отношение числа касаний данного вида к общему числу касаний даст величину, показывающую участие вида в травостое по объему наземных частей.

     Точечный метод не освобожден от ошибок и субъективизма, но все же он может давать достаточно точные данные, особенно при относительных измерениях.

     3. Сеточка Раменского. Сеточка Раменского представляющая собой небольшую пластинку, в которой вырезано прямоугольное отверстие размером 2х5 или 3х7,5 см. Отверстие делят на 10 квадратных клеток по 1 или 1,5 см² каждая. Затем рассматривают травостой через этот прибор и мысленно скучивают пространство, покрытое растениями к одному концу сеточки, а непокрытое - к другому, определяя сколько ячеек занимает покрытая площадь. Повторяя такую процедуру несколько раз, можно добиться достаточной для целей исследования точности определения проективного покрытия.

   Для менее точных измерений применяют  балльные шкалы проективного покрытия. Их делят на асимметричные (неравнодистанционные) и симметричные (равнодистанционные).

   Примером  равнодистанционной шкалы является шкала Браун-Бланке: 1 балл - до 5%, 2 - 5-25%, 3 - 25-50%, 4 - 50-75% и 5 - 75-100%.

   Примером  неравнодистанциооной шкалы является шкала Б.М. Миркина: + - до 1%, 1 - до 5%, 2 - 5-15%, 3 - 15-25%, 4 - 25-50%, 5 - 50-100%. 
 

3. Смены фитоценозов во времени (сукцессии). Внутренние и внешние  причины сукцессий.

   Сукцессии - это необратимые изменения фитоценозов во времени, имеющие определенную направленность. В ходе сукцессии происходит последовательная смена одних сообществ другими. Различают два основных типа сукцессии: первичные и вторичные.

   Первичные сукцессии - это процесс формирования фитоценоза на территории, где никогда не было растений (застывшая лава после извержения вулкана, откосы свежей выемки вдоль трассы железной дороги и т.д.). Такой тип сукцессии наблюдается на сравнительно небольших по площади участках земной поверхности. В ходе первичных сукцессий происходит поселение растений, их приживание, взаимодействие между собой и т.д. Образуется растительный покров, сначала редкий, а затем все более и более сомкнутый. Формируются фитоценозы, которые сменяют друг друга. В ходе первичных сукцессий под воздействием растений изменяются условия местообитания (накапливается органическое вещество в выветривающейся материнской породе, изменяется рН субстрата, формируется почва и т.д.).

   Первичная сукцессия начинается с того, что  на обнаженную поверхность грунта попадают зачатки различных растений (семена, споры и др.). Чаще всего их приносит ветер. Из семян и спор вырастают молодые растения. Видовой состав первых поселенцев бывает различным, и какой-либо закономерности здесь заметить нельзя. Прорастают те семена и споры, которые случайно попали на рассматриваемую территорию. С течением времени часть молодых растений погибает, потому что для них непригодны условия местообитания (например, слишком сухая почва). Остаются только те виды, которые могут существовать в данных условиях среды. Растительный покров постепенно становится все более густым, растения начинают контактировать друг с другом. С этого времени вступает в силу фактор конкуренции. Одни виды оказываются более слабыми в конкурентной борьбе и погибают, другие, более сильные, выживают. В итоге остаются лишь те виды, которые не только хорошо приспособлены к условиям местообитания, но и могут существовать совместно друг с другом. Именно они и сформируют фитоценоз со всеми его характерными особенностями.

   В разработку теории первичных сукцессии большой вклад внес американский фитоценолог Ф. Клементс. Согласно его представлениям, первичная сукцессия завершается образованием устойчивых, самовозобновляющихся растительных сообществ, которые почти не изменяются со временем. Эти сообщества Клементс назвал климаксовыми, или климаксом. Сообщества, предшествующие образованию климакса, получили название серийных. В ходе первичной сукцессии они последовательно сменяют друг друга, а совокупность таких сообществ составляет серию.

   Вторичные сукцессии - это процесс формирования фитоценоза на территории, где был уничтожен естественный растительный покров (на лесных пожарищах, вырубках и т.д.). Сукцессии такого типа широко распространены, они наблюдаются на обширных территориях и протекают значительно быстрее, чем первичные.

   Примером  вторичной сукцессии может служить  восстановление елового леса после  сплошной вырубки. На месте вырубленного ельника сначала образуется березняк. Под его пологом вскоре поселяется еловый подрост (на открытом месте для него неблагоприятны условия среды). Затем молодые деревья ели постепенно растут и со временем вытесняют березу, которая не выносит затенения. В результате восстанавливается еловый лес исходного типа. В данном случае после вырубки елового леса в ходе вторичной сукцессии сначала образуется березняк и лишь затем ельник. Березняк представляет собой кратковременную, промежуточную стадию восстановления исходного типа леса. Такие фитоценозы называют вторичными, или производными. Ельник же является фитоценозом коренным (климаксовым). Таким образом, завершающей стадией вторичной сукцессии является коренной (климаксовый) фитоценоз.

   Различают коротко-производные и длительно-производные  фитоценозы. Первые существуют относительно короткое время и скоро сменяются коренными сообществами (например, березняк с подростом ели, образовавшийся после вырубки елового леса и вновь сменяющийся ельником). Длительно-производные сообщества существуют неопределенно долгое время и не сменяются коренными типами (например, березняк в том случае, если нет поступления семян ели).

   Таким образом, вторичная сукцессия не всегда завершается коренным фитоценозом. Если нет необходимых условий, в частности поступления семян растений, свойственных коренному фитоценозу, сукцессия останавливается на стадии длительно-производного сообщества.

   Причины, вызывающие сукцессии, обусловленные  внешними и внутренними, природными и антропогенными факторами. Рассмотрим их.

   Внутренние  причины сукцессий:

1. Всегда имеется избыток семян и плодов, приносимых на данную территорию.
2. Всегда между населяющими растениями идет конкуренция и биологически более приспособленные вытесняют более слабые.
3. Сама среда (местообитание) постоянно меняется в результате жизнедеятельности растений (отложение гумуса, изменение рН почвы и др.); возникают новые условия для появления новых видов.

   Внешние причины:

1. Изменение климата.
2. Изменение почвенно-грунтовых условий.
3. Влияние животных.
4. Воздействие человека.

   4. Классификационные категории (фитохорионы), применяемые во флористическом районировании. Флористические царства земного шара и их территориальное положение.

   Флористическое  районирование - это районирование поверхности Земли на соподчинённые регионы, отличающиеся особенностями флористического состава.

   В настоящее время во флористическом районировании суши земного шара разработана и применяется система  соподчиненных категорий разного  ранга (фитохорионов):

   1. Флористические царства.

   2. Флористические области.

   3. Флористические провинции.

   4. Флористические округа.

   5. Флористические районы.

   6. Элементарная флора.

   Большинство современных исследователей подразделяют флору суши земного шара на шесть  флористических царств: Голарктическое, Палеотропическое, Неотропическое, Капское, Австралийское, Голантарктическое.

   Голарктическое флористическое царство (голарктис) - самое крупное флористическое царство, охватывающее всю Европу, внетропическую Северную Африку, всю внетропическую Азию, почти всю Северную Америку и Гренландию, т. е. всю внетропическую сушу северного полушария, составляющую Vi территории нашей планеты.

   Некоторые семейства растений приурочены почти  исключительно к этому царству: сосновые (Pinaceae), березовые (Betullaceae), кленовые (Асеrасеае) и др. Только в некоторых случаях представители этих семейств входят в другие фитохорионы.

   Территория  России целиком находится в пределах голарктиса. Голарктическое флористическое царство делится на 3 подцарства: бореальное (северное), древнесредиземноморское, мандреанское (сонорское).

   Палеотропическое флористическое царство (палеотропис) охватывает тропические страны - тропическую Африку, Индию, тропики Юго-Восточной Азии, Индонезию. Филиппины.

   Исключительно благоприятные природные условия - сочетание большого количества осадков (от 2000 до 14000 мм в год) с постоянно высокой температурой (25 - 27° С) - способствуют колоссальному разнообразию не только видов и родов, но и семейств растений. Для этого царства характерно наличие тропической флоры с широким представительством семейств: пальмы (Palmae), ароидные (Аrасеае), непентовые (Nepentaceae), пандановые (Pandanaceae), бобовые (Fabaceae), аноновые (Апопасеае), стеркулиевые (Stercnliaceae), саговниковые (Cycadaceae), орхидные (Orchidaceae), миртовые (Myrtaceae) и др.

   Палеотропическое флористическое царство является вторым по величине после голарктического.

   Неотропическое  флористическое царство (неотропис) занимает тропические части Центральной и Южной Америки, Антильские и Галапагосские острова. Здесь представлено большое разнообразие эндемичных, т. е. встречающихся только в этом флористическом царстве семейств: кактусовые (Cactaceae) - около 1,5 тыс. видов; бромелиевые (Bromeliaceae), канновые (Саппасеае), настурциевые (Tropaeolaceae) и др.

   Видовой состав растений здесь очень богат. Флора Бразилии, например, насчитывает более 40 тыс. видов, из них около 25 % - эндемичных.

   Капское флористическое царство занимает очень небольшую территорию - самую южную нетропическую часть Южной Африки - и характеризуется своеобразной, так называемой капской флорой. Здесь произрастает около 12 тыс. видов, многие из которых являются эндемичными (3 тыс. видов). Из жизненных форм господствуют травянистые многолетники и жестоколистные вечнозеленые кустарники. Здесь произрастают древовидные папортники (Todea barbata).

   Южные африканские пустыни препятствуют смешению флоры Капского царства с палеотропической флорой Африки. Капское флористическое царство бедно пищевыми растениями, но богато декоративной флорой. Здесь родина около 1000 видов садовых и комнатных декоративных растений, относящихся к семействам лилейные (Liliaceae), гераниевые (Geraniaceae), маковые (Papaveraceae) и др.

   Австралийское флористическое царство охватывает Австралию и о. Тасманию. Здесь произрастают свыше 12 тыс. своеобразных видов растений, из которых большая часть - эндемы (более 9 тыс.) По количеству эндемичных видов это флористическое царство занимает первое место в мире. Такие эндемичные растения, как эвкалипты (.Eucalyptus, 600 видов), казуарины (Casuarina), акации (Acacia, свыше 500 видов), так называемые "травяные деревья" (Xanthorrhoea), цикадовые (Cycadaceae) и др., не встречаются в диком виде за пределами Австралии.

   Голантарктическое флористическое царство занимает южную оконечность Южной Америки, Огненную Землю, Фолклендские острова, Антарктиду и примыкающие к ней острова. Флора этого региона включает около 1 600 видов, из которых 75 % эндемичные; например, виды древовидных папортников (Blechnum), трава туссок (Poaflobellata), виды южного бука (Nothofagus) и др. Господствующими семействами являются сложноцветные (Compositae) и злаки (Graminae). 
 

5. Индикационное значение растений. Растения-индикаторы. Лихеноиндикация.

   Индикационное значение растений:

1. Определение свойств почвы (механический состав, засоленность и др.) и ее различных таксонов (т. е. типов, подтипов, родов и видов почв).
2. Изучение горных пород. Многие растительные сообщества имеют значение индикаторов выветривания горных пород ранних стадий почвообразования на них (например, сообщества литофильных лишайников и водорослей). Растительные индикаторы могут указывать на трещиноватость пород (за счет преимущественного развития растительности в трещинах), на определенные химические особенности пород (гипсоносность, ожелезненность, карбонатность и др ), на их гранулометрический состав (обозначая глины, пески, супеси, суглинки, галечники).
3. Определение уровня грунтовых вод, основывается на способности многих растений развиваться лишь при связи их корневой системы с водонасыщенными горизонтами.
4. Служат для распознавания разных типов загрязнения окружающей среды.

   Растениями-индикаторами называют растения, тесно связанные с определенными экологическими условиями. По их присутствию узнают о содержании определенных микроэлементов и веществ. На изменения окружающей среды растения-индикаторы реагируют изменением внешнего вида и химического состава; количество их может резко возрасти или, наоборот, уменьшиться.

   Растениями-индикаторами пользуются при оценке механического  и химического состава почвы, в поисках пресных вод в  пустыне и при разведке полезных ископаемых. Им отводится важная роль в индикационной геоботанике, экологии, физиологии и биохимии растений, биогеографии, геологии, геохимии, гидрогеологии и других науках. Видовой состав растений свидетельствует о кислотности почвы, степени ее плодородия, наличии или нехватке тех или иных химических элементов. Умение увидеть и прочитать ту информацию, которой обладают растения, помогает найти уран и золото, узнать новое об окружающей природе, иногда даже спасти жизнь.

   Растения  способны указать на рудные месторождения для металлургической промышленности, залежи драгоценных металлов, нефти. Некоторые из них в своих органах аккумулируют редкие металлы, повышая их концентрацию в сотни и тысячи раз больше по сравнению с их содержанием в почве. Иногда оказывается выгоднее организовать добычу редких металлов, извлекая их из золы растений, чем добывать их на традиционных рудоперерабатывающих предприятиях. Растения - помошники геологов указывают на подземные залежи полезных ископаемых на глубинах до 20-50 м.

   Не  каждое растение может быть индикатором. Лучшими индикаторами являются так  называемые стенобионты - виды, приспособленные к существованию в строго определенных условиях и не выносящие больших колебаний окружающей среды по сравнению с видами, существующими при значительных изменениях или в различных условиях окружающей среды. Численные соотношения различных видов и популяций часто служат лучшим индикатором, чем численность одного вида, так как целое лучше, чем часть, отражает общую сумму условий. Это особенно явственно проявляется при поисках биологических индикаторов разных типов загрязнения.

   Лихеноиндикация – это направление в индикации  окружающей среды с использованием лишайников для определения качества воздуха.

  Высокая чувствительность лишайников к загрязнениям вызвана тем, что взаимодействие его компонентов легко нарушить. Из воздуха или с дождём поступают без всяких препятствий в лишайник вместе с питательными и токсичные вещества, это происходит потому, что лишайники не имеют никаких специальных органов для извлечения влаги из субстрата, а поглощают её всем талломом. Поэтому они особенно уязвимы к загрязнению воздуха.

  Первые  сообщения о массовой гибели лишайников в областях промышленно развитых городов появились во второй половине XIX века. Основной причиной являлось увеличение содержания диоксида серы в воздухе.

   При «пассивном мониторинге» учитывается  частота встречаемости лишайников в какой-то местности, по которой  делается вывод о качестве воздуха  здесь. При «активном мониторинге» наблюдают конкретный вид лишайника (часто это Hypogymnia physodes), который высаживают в исследуемом месте и по воздействию на него окружающей среды (понижение жизнеспособности, изменение окраски таллома, гибель) судят о её качестве. Лихеноиндикация предназначена для длительных исследований.

   Лишайники служат также показателями наличия  в воздухе токсичных тяжелых  металлов, накапливающихся в тканях, которые в итоге могут привести к гибели лишайника. Накапливают  лишайники и радиоактивные вещества. Поэтому они могут быть использованы для контроля за радиоактивными осадками после атмосферных ядерных испытаний.