Работа Чернышевой Елены "Флора известняков. Реликтовая флора с. Ольшанец"

9

I. Введение.

Среди сосудистых растений есть особая группа растений, которая предпочитает расти на известковой почве. Такие растения называются кальцефилы. Среди кальцефилов встречаются растения, произрастающие на лугу, в лесу, в агроценозах и других местах.

Целью моей работы было выяснить, какие растения предпочитают известковую почву, а какие встречаются повсеместно, а также выяснить условия выживания данных растений.

Задачи:

1 – выяснить видовой состав растений, произрастающих на известковой почве;

2 – рассмотреть особенности почвы и климата на данной территории;

3 – выяснить влияние современных условий на выживаемость кальцефилов.

Объект исследования – флора известняков.

Методы исследования – наблюдение, анализ растительного покрова, эксперимент, работа с литературой.

Оборудование – блокнот, простой карандаш, фотоаппарат, школьный атлас – определитель высших растений, 2 колбы, 2 стеклянные палочки, фильтровальная бумага, универсальный индикатор, воронка, пипетка, пластинка для капельного анализа, дистиллированная вода, пробирки, совок, емкости для грунта.

Гипотеза – если растения могут выжить на данной территории, значит, современные условия схожи с теми условиями, в которых происходила идиоадаптация растений в момент образования данной экологической ниши.

Проблема – почему кальцефилы встречаются в селе Ольшанец в настоящее время?

Ход исследования: сбор информации и обработка данных.

Актуальность выбранной темы заключается в том, что ценность растений определяется не только их красотой и как источника пищи для живущих на Земле, но и тем, какую роль они выполняют, являясь частью биосферы. По растениям можно судить, как формировался облик нашей планеты на протяжении многих веков, как происходила смена растительного покрова в результате изменения климата и плодородия почвы. Сохранность растений разных групп может указывать на то, что климат и почвы на территории исследования менялись в ходе исторического развития незначительно.

Кальцефилы [ лат. calx (calcis) известь + греч. phileo люблю] - растения, произрастающие главным образом на щелочных почвах, богатых известью. [9]

На территории села огромное количество выходов известняка, местами отложения очень мощные и местное население с давних пор использует месторождения для постройки помещений для скота, фундамента жилых зданий и других целей. На нетронутых участках много растительности и меня очень заинтересовало, как в таких, казалось бы непригодных для жизни условиях, прекрасно растет такое разнообразие цветковых растений.

Исследование флоры известняков проводилось в период с мая по сентябрь на территории села Ольшанец Липецкой области Задонского района на правом берегу реки Снова. Территория исследования называется «Вислое». Приблизительная площадь территории – 2 га и она располагается к югу от села, в 2 км от центра села. Было проведено геоботаническое описание территории 20 × 20 кв. м. Территория включает равнинный участок и пологий склон. (Приложение 1)

Впервые название села Ольшанец упоминается с 1779 года, свое название получило по ольховым кустам в долине реки Снова. Село находится в южной части Задонского района Липецкой области и имеет географические координаты : 52 градуса 15 минут с.ш. и 38 градусов 47 минут в.д. Оно удалено на 5 804 км. от экватора и на 4212 км от северного полюса. Областной центр г. Липецк находится на расстоянии 115 км. от села. На расстоянии 23 км. находится районный центр г. Задонск. Республиканская трасса Москва – Дон расположена на расстоянии 17 км. от села. Ближайшая железнодорожная станция Улусаровка находится на расстоянии 43 км. [1]

Село расположено в южной части Средне - Русской возвышенности на правом берегу реки Снова. Современный рельеф территории образован в результате взаимодействия внутренних и внешних сил природы. Окрестности села представляют собой возвышенно-волнистую равнину, сильно расчлененную долиной реки, ручьев, оврагов и балками. Здесь наиболее интенсивно протекают карстовые и эрозионные процессы. Село Ольшанец расположено на абсолютной высоте 120 метров над уровнем Балтийского моря. В геологическом строении кристаллического фундамента принимают участие архейские и протерозойские гнейсы, сланцы и граниты. Их образование происходило более 1,5 млрд. лет назад и охватывает широкий интервал от архея до протерозоя. Докембрийский фундамент перекрыт толщей морских отложений девонского периода, состоящих из известняков и мергелей. Отложения четвертичного периода распространены повсеместно. Они представлены серией континентальных отложений связанных главным образом с материковым оледенением. Отложения, связанные с деятельностью ледникового периода, представлены светло-серыми среднезернистыми песками и прослойками темно-серых глин и моренными отложениями в виде разбросанных песчаников. Современные тектонические движения представлены поднятием местности до 2мм в год. [1] [8]

Климат территории села умеренно-континентальный, с теплым летом и умеренно-холодной зимой.

На территории, прилегающей к с. Ольшанец, распространены следующие типы почв: слабо выщелоченные, выщелоченные и типичные черноземы, также серые лесные почвы. [1] [8]

II. Исследование флоры известняков.

Растительность, произрастающая на всей исследуемой территории, чрезвычайно разнообразна. Разнообразие обусловлено типами почв, а также особенностями формирования рельефа и уникальностью географического положения села. Анализ флоры исследуемого участка показал, что на данной территории встречаются растения из разных групп: луговые, сорные, растения известковых почв, лесные растения и степные. (Приложение 2). [7]

Среди этих растений есть виды, которые одновременно являются лесными, степными и луговыми, например: мятлик, лютик едкий, свербига, клевер горный, виды лапчатки, василистник, шалфей и др. Я считаю, что такая особенность позволяет растениям выжить в ходе естественного отбора. Условия обитания степных и луговых растений похожи, поэтому их ареалы обитания могли перекрываться и растения приспособились к совместному обитанию. Растения лесных опушек и окраин лесов тоже могли иметь схожие условия обитания. После исчезновения лесного покрова эти растения легко приспособились к условиям луга или степи. Растения исследуемых групп принадлежат разным семействам. Больше всего встречается растений из семейств – Крестоцветные, Злаковые, Сложноцветные. Растения семейства Крестоцветные вообще считаются самыми приспособленными к среде обитания, с самой высокой выживаемостью и скоростью размножения. Среди растений встречаются виды, которые могут расти в сухих степях, на песчаном грунте, на каменистых россыпях. [2] [7]

Основная жизненная форма растений – многолетние травы. Многолетние растения класса Однодольные и класса Двудольные чаще всего имеют видоизмененный побег корневище. Встречаются растения с видоизмененными корнями – ветреница лесная, сон-трава. Среди двулетних (лук скорода) встречается видоизмененный побег луковица. Все эти приспособления позволяют растениям лучше закрепиться на каменистом грунте и какое - то время выжить при недостатке влаги. У однолетних растений сильная корневая система, это тоже способствует закреплению в почве. У растений семейства Крестоцветных, не имеющих видоизмененных корней и побегов, короткий вегетационный период и обилие семян. Такая биологическая особенность – залог выживания в условиях жесткой конкуренции. Среди однолетних могут выжить только те, которые дают много семян и всхожесть семян сохраняется длительное время. В процессе выживания на данном участке остались растения сухих мест обитания. Растения с видоизмененными корнями и побегами вытесняют другие группы растений. На сложные условия выживания указывает тот факт, что на исследуемом участке вообще не обнаружены мхи на почве. Лишайники встречаются на камнях. На почве мхи не могут выжить, так как их смоет весенним паводком, дождями. На склоне почва глинистая, она не может задерживать влагу, столь необходимую мхам для размножения. Лишайникам для жизни почва не требуется, а влаги им достаточно. Это симбиотические организмы, возникшие самыми первыми на Земле. Единственное, что может их погубить – загрязнение атмосферы. Лишайники чувствуют себя превосходно, значит, условия существования их устраивают. Малочисленной группой встречаются растения семейства Бобовых: представители рода клевер, вязель обыкновенный. На отдельных участках есть скопления ракитника русского, дрока красильного, люцерны серповидной. Более обильно бобовые встречаются на равнинном участке. В весенний период на участке в большом количестве встречаются земляника лесная, ветреница лесная. Ветреница лесная и различные виды лютиков, водосбор являются представителями древнего семейства Лютиковых. (Приложение 3)

Многообразие растений на данном участке связано с особенностями формирования флоры в доледниковую и послеледниковую эпохи. Возможно, часть семян растений попало на данную территорию с языками льда, остальные семена принесли птицы и ветер. Определенную роль в распространении семян растений сыграли и воды реки, особенно во время паводка. Данное сообщество сформировалось в результате сильной конкуренции за выживание, слабые растения просто не могут выжить в критических условиях с минимумом плодородного слоя и влаги. Выживаемость растений связана и с паводком. На высоких участках отложений известняка плодородный слой смывается водами реки или дождем. На таких участках самая высокая конкуренция за выживание. На равнинных участках воды паводка наносят ил, песок, чернозем. В этих условиях растениям можно закрепиться. Семена попадают в более благоприятные условия и это способствует выживанию вида. Между различными участками территории постоянно идет обмен семенами, что способствует поддержанию видового разнообразия. Данный обмен семенами стал возможен в более современных условиях существования кальцефилов и позволил им дожить до настоящего времени. Я предполагаю, если исключить более плодородные участки с растительностью из оборота семян, то кальцефилы выживут и в этих критических условиях, конкуренция за выживание просто усилиться. Часть растений в ходе конкуренции погибнет, но выживут наиболее приспособленные. Возможно, что выжившими будут представители семейств Злаковые, Лютиковые, Крестоцветные.

Из геоботанического описания территории видно, что встречающиеся растения с разным сроком вегетации. Это позволяет растениям лучше приспособиться к условиям существования. Одна группа растений сменяется другой группой, что уменьшает конкуренцию на данной территории, где и так мало влаги и минеральных веществ. Много видов, у которых цветение продолжается с мая по июль или в течение всего периода вегетации. В основном это представители семейства Крестоцветных, Губоцветных и Сложноцветных. Основные сроки цветения приходятся с середины мая по июнь включительно. (Приложение 4)

С северной стороны к исследуемому участку примыкают сельскохозяйственные угодья. Благодаря агроценозу в сообществе растений известняков появилась сорная растительность: крапива двудомная, полынь, пастушья сумка. Растения угнетены, кроме полыни. Количество сорняков, вполне вероятно, будет увеличиваться, но возможен и второй вариант, когда злаковые вытеснят сорную растительность.

При анализе растительного покрова я заметила, что одни и те же растения на разных участках исследуемой территории выглядят по – разному. Все это натолкнуло меня на мысль, что не только бедность почвы минеральными веществами влияет на условия существования растений, но и качество почвенного раствора. Конкуренцию с сорняками любым растениям выдержать тяжело, но на склоне данной территории сами сорняки испытывают угнетение. Уменьшение биомассы сорняков может быть связано только с составом почвы. Карбонат кальция, который входит в состав известняка, легко реагирует с почвенными кислотами, поэтому можно предположить, что почвенный раствор имеет щелочную, кислую или нейтральную среду. Бедность почвы, недостаток влаги и щелочная или нейтральная среда почвенного раствора будут тем фактором, который ограничит распространение сорной растительности и появление растений, требовательных к плодородию почвы. Накопление гумуса вызывает подкисление почвы, а это также повлияет на видовой состав растений, появятся растения более современные.

Я взяла почву на анализ в двух местах исследуемого участка: на склоне, где известняковые отложения лежат открыто и на равнинном участке, где выходы известняка прикрыты наносной почвой на глубине 30 – 40 см. в 2 местах. Залила почву дистиллированной водой так, чтобы вода покрыла всю почву и оставила на сутки. Профильтровав почвенный раствор, подействовала на него универсальным индикатором. После исследования почвенного раствора индикатором, обнаружила разную кислотность почвы. Кислотность почвенного раствора зависит от содержания ионов водорода и обозначается рН.

Таблица №1. Результаты исследования почвенного раствора.

После исследования почвенного раствора я внимательнее присмотрелась к растениям и поняла причину угнетения многих растений – им не нравилась почва, на которой они произрастают. Состав почвы – мощный средообразующий фактор, именно поэтому видовой состав растений на исследуемой территории качественно отличается. В почве преобладают соединения ионов кальция.

Существуют растения – биоиндикаторы состава почвы. Для данных растений характерна приуроченность к определенным условиям существования. Растения своим внешним видом, условиями вегетации сигнализируют о состоянии почвы. Известно, например, что бушмены обнаруживают воду в пустыне именно по произрастанию определенных растений на данном участке. В нашей местности о близком залегании воды говорят заросли крапивы. Индикаторами могут быть только хорошо развитые растения или группы растений. Клевер указывает на недостаток азота и большое количество калия. Полевой хвощ сигнализирует о заболоченности участка, щавель и подорожники – о кислой почве. Полынь говорит о том, что данная территория бедна минеральными веществами. О наличии щелочной почвы говорит клоповник обыкновенный и шалфей луговой. Заросли крапивы появляются только на очень плодородной почве. Кошачья лапка предпочитает бедные почвы, да и корни у нее не длинные, но сильно разветвленные, чтобы захватить большую площадь для питания. [2,6,10]

Таблица №2. Видовой состав растений - биоиндикаторов на исследуемой территории.

Почвы с открытыми известняковыми отложениями не только щелочные, но и с малым содержанием влаги. К суровым условиям обитания могут приспособиться растения с коротким сроком вегетации, такие как пастушья сумка или засухоустойчивые, такие как ковыль перистый, цмин песчаный, ястребинка волосистая, коровяк, бодяк, полынь и лишайники, прострел. На исследуемом участке много растений, относящихся к реликтовой флоре. Среди этих растений есть степные виды, горные виды, росшие в хвойных и широколиственных лесах. [3, 4]

Таблица №3. Реликтовая флора исследуемого участка.

Из таблицы видно, что растительный покров формировался поэтапно. Вначале растения освоили известняковые отложения и осыпи, затем, сухие степи и только потом начала формироваться растительность лугов и типичных степей. Климат на большой территории был схожий и плодородие почвы приблизительно одинаковое, поэтому видовое разнообразие растений так же было схожим. Разорван ареал был ледником, но растения смогли выжить в послеледниковый период. Плодородие почвы изменялось, и рядом появлялись новые растения. В условиях конкуренции за минеральные вещества и воду растения известняков оказались более приспособленными к среде обитания, поэтому они дожили до настоящего времени. (Приложение 5)

III. Заключение.

Проанализировав результаты работы, я пришла к следующим выводам:

1. Флора известняков многообразна и включает виды с разными сроками вегетации.

2. Растения имеют приспособления к жестким условиям существования.

3. Условия существования флоры, произрастающей на известняках схожи с теми условиями, в которых происходила идиоадаптация растений в момент образования данной экологической ниши, что полностью подтверждает нашу гипотезу.

4. Выдвинутую гипотезу подтверждает факт наличия реликтовой флоры и флоры, специфичной для известняковых отложений.

5. Изменения, связанные с видовым составом, происходят потому, что изменяется структура почвы, ее плодородие.

6. На видовой состав растений существенное влияние оказывает деятельность человека, на исследуемом участке обнаружены сорные растения. Антропогенный фактор оказывает сильное влияние на формирование видового состава, особенно на сохранность красивоцветущих растений. Спасти флору известняков можно разъяснительными мероприятиями среди населения и уменьшив выпас скота.

7. Мое исследование имеет будущее. Оно может явиться средством экологического воспитания на уроках экологии и биологии.

8. Работая над проблемой флоры известняков, я предполагаю провести исследовательскую работу по повышению сохранности реликтовой флоры.

Мне очень понравился удивительный мир растений известняковых отложений. Очень интересно изучать свидетелей наступления ледникового периода, смотреть на крохотное растение и представлять, как оно боролось за выживание, выжило и подарило нам свою первозданную красоту. Неинтересных и некрасивых растений нет, каждое уникально по - своему и имеет право на жизнь. Людям нужно помнить об этом и стараться сохранить природное наследие. Я благодарна учителю биологии Рублевой Ирине Ивановне за то, что она помогла увидеть эту красоту и приоткрыть тайну этих удивительных растений. Большое спасибо одноклассникам за помощь в описании растений.

Ценность этой работы заключается в изучении условий произрастания кальцефилов и условий, влияющих на эту группу на современном этапе развития биосферы, чтобы осуществить прогноз возможных изменений и при необходимости дать рекомендации для исправления уже имеющихся отрицательных последствий антропогенного воздействия на кальцефилы.