Методы индикационных исследований

Биогенные компоненты — растительность и животный мир и биокосный компонент — почвы отличаются от ранее рассмотренных компонентов природы тем, что черты их в значительной мере определяются такими особенностями живых организмов, как способностью воспроизводить себе подобных, перемещаться в пространстве, приспосабливаться к условиям существования, образовывать сообщества.

Закономерности распространения отдельных групп живых организмов в почвах. Индикационная геоботаника и ее возможности для проведения почвенно-геохимических изысканий.

ЛЕКЦИЯ № 4,5

ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ

ТЕМА:

Живые организмы чутко реагируют на изменение условий своего существования, т.е. экологических условии, прежде всего на изменения климата.

Теплый и достаточно влажный климат палеогена и начала неогена способствовал существованию в Северной Евразии пышной и богатой лесной растительности. На большей части территории нашей страны были распространены бореальные листопадные широколиственные леса с участками вечнозеленых растений (господствовала тургайская флора) с соответствующим комплексом животных и типами почв. Юг европейской части (примерно до широты Волгограда) занимали субтропические леса (полтавская флора), в составе которых преобладали вечнозеленые растения (болотный кипарис, мирт, вечнозеленый дуб, магнолия и др.); среди них встречались и листопадные деревья (грецкий орех и др.). В состав животного населения входили субтропические и тропические виды (тапиры, саблезубый тигр и др.).

В течение неогена усиливалась дифференциация климатических условий, что отразилось на почвах, растительности и животном мире. Усиление сухости климата во внутренних районах материка в связи с поднятием горных сооружений Альпийско-Гималайского пояса обусловило появление степной растительности и ее распространение на север, так как травы испаряют и потребляют меньше влаги, чем древесная растительность. Под степной растительностью формируются почвы, в образовании которых ведущую роль играет дерновый процесс, а населяли степи животные открытых пространств.

Дальнейшее похолодание климата в плиоцен-четвертичное время, повлекшее за собой образование ледниковых покровов, вызвало выпадение теплолюбивых растений из тургайского комплекса, в котором участвовали и хвойные. Это привело к образованию типичных таежных лесов, близких к современным. Центром формирования темнохвойной тайги явились южные районы Сибири. Позднее сибирские хвойные древесные породы распространились на запад в пределы Восточно-Европейской равнины и на юг Дальнего Востока, а вместе с ними — и комплекс животных, связанных с хвойными лесами.

К началу четвертичного периода на территории России уже существовали аналоги всех основных природных зон, кроме тундр и арктических пустынь.

Продолжавшееся в четвертичное время похолодание климата повлекло за собой образование ледниковых покровов. Однако находки ископаемой флоры и фауны, а также спорово-пыльцевой анализ отложений показывают, что на протяжении всего четвертичного периода в Центральной Якутии произрастали таежные леса с характерным для них комплексом животных. В относительной близости от края ледника были распространены участки хвойных и даже смешанных лесов и на территории Восточно-Европейской равнины. Это свидетельствует о том, что представление о резком похолодании вряд ли соответствует действительности. Похолодание было достаточно постепенным (плавным), поэтому даже при большом диапазоне снижения температур многие растения и животные сумели (успели) приспособиться к изменившимся условиям существования и не покинули своих мест обитания либо переместились на небольшие расстояния.

Похолодание климата в высоких широтах привело к появлению и здесь в начале четвертичного периода травянистой растительности. Травы не только довольствуются меньшим количеством влаги, чем деревья, но и лучше переносят зимние холода, вегетация их протекает в меньший отрезок времени, а отсюда и при меньшем количестве тепла за весь период вегетации. В то же время травы дают много семян. В ледниковые периоды травянистые пространства ("холодные степи") располагались вблизи границ ледника.

Важным центром распространения и сохранения обширных травянистых пространств (степей или тундро-степей) была Берингия — огромная, лишенная льда суша, существовавшая в ледниковые эпохи на месте шельфов морей Берингова, Чукотского и Бофорта, а также приморских низменностей Якутии и Аляски. Она имела сухой и холодный климат: средняя температура января была ниже -40°С, июля — не выше 10°С, а годовая сумма осадков — не менее 150 мм. Здесь господствовала травянистая растительность и холодолюбивая фауна — бизоны и верблюды, овцебыки и сайгаки, северные олени и яки, лемминги и узкочерепные полевки, песцы и арктические суслики.

Ледниковые эпохи — время формирования тундр. По мнению А.И. Толмачева (1927, 1954), родиной флоры тундр следует считать горы Северо-Востока. Зоологи тоже считают этот район родиной тундровой фауны. В периоды отступания ледников в приморских районах достаточно низкие температуры воздуха сочетались с более значительным увлажнением, что обусловило смену травянистых сообществ мохово-лишайниковыми и кустарничковыми тундрами.

С периодами наступания и сокращения ледника, с эпохами оледенений и межледниковий, отражающими климатические изменения, связаны миграции живых организмов, обусловившие горизонтальные перемещения границ различных сообществ, в том числе и сообществ высокого ранга (типов растительности и связанных с ними комплексов животных), а также смешение представителей различных флор и фаун, сохранение реликтов и новое видообразование. Шла миграция видов не только в меридиональном направлении, но и с запада на восток, либо с востока на запад. Живые организмы постепенно осваивали новые, освободившиеся от ледников или во время регрессии морей участки.

Все это обусловило достаточно большое разнообразие и пестроту почв, растительного покрова и животного мира нашей страны.

Уже говорилось о реакции живых организмов на изменение условий обитания, или экологических условий. Они же определяются климатом, прежде всего соотношением тепла и влаги, меньше — степенью континентальности, а также литогенной основой, т.е. субстратом, характером рельефа. Литогенная основа перераспределяет тепло и влагу, кроме того, она служит источником минеральных элементов питания живых организмов. Следовательно, на размещение почв, растительности и живых организмов в наибольшей степени влияют климатические условия, изменение которых подчинено широтной зональности, а в горах — высотной поясности.

В связи с этим основной закономерностью размещения почв, растительного покрова и животного мира является широтная зональность, а в горах — высотная поясность.

В то же время изменение континентальности климата при движении с запада на восток, а также различная геологическая история (в том числе четвертичная история) крупных тектонических структур привели к секторности (провинциальности) в размещении почвенно-растительного покрова и животного мира.

Зональность и секторность (провинциальность) — две основные закономерности в размещении этих компонентов. Все три рассматриваемых компонента тесно связаны между собой, все три в чрезвычайно сильной степени зависят от климата. Они нередко рассматриваются вместе, как это сделано и в данном разделе при обзоре их изменения в неоген-четвертичное время. Часто мы говорим о почвенно-растительном покрове, при этом называя лишь растительность, но подразумевая и сформировавшийся под ней тип почв, и соответствующий ей комплекс животных. Однако между ними есть и весьма существенные различия: животный мир — наиболее подвижный компонент, в наибольшей степени связанный с растительностью и, в основном, через нее и с другими компонентами; почвы — наиболее зависимы от литогенной основы; растительность — самый яркий индикатор всего комплекса природных условий, создающий его зрительный образ.

Каждый из трех компонентов имеет и свои особенности, свои индивидуальные черты, каждый является самостоятельным компонентом природы.

Индикацио нная геобот а ника (от лат. indicatio — указание), раздел геоботаники, изучающий растительность в определённых экологических условиях и разрабатывающий способы использования растительного покрова как индикатора условий среды. Теоретическая основа И. г. — представление о тесной взаимозависимости всех компонентов географического ландшафта. Растительность — наиболее доступный непосредственному наблюдению его компонент, чутко реагирующий на все изменения почв, горных пород, подземных вод, полезных ископаемых и др. В качестве индикаторов используются растительные сообщества, а также отдельные виды растений. И. г. тесно связана с экологией, физиологией и биохимией растений, биогеографией, географией почв, геологией, геохимией, инженерной геологией и гидрогеологией. Наиболее развитые направления И. г. — индикация подземных вод, горных пород и почв. Индикация полезных ископаемых по растительности ведётся обычно в тесной связи с биогеохимическими исследованиями.

Индикаторные растения, растения-индикаторы, растения, приуроченные к определённым условиям места произрастания и используемые в качестве показателя этих условий. И. р. могут быть представлены отдельными видами, внутривидовыми формами и растит, сообществами (фитоценозами). Индицирующая способность растит, сообществ обычно точнее, чем отдельных видов растений, и проявляется в изменении относит, обилия характерных видов. По отдельным представителям растений индикацию проводят на основании морфологии (в т. ч. по аномальным формам — к ним относят гигантизм, карликовость, иную окраску цветков и др.), физиол. особенностей, а также по содержанию химич. элементов в тканях. Индикационное значение имеют также ритмы развития растений и сроки фенология, фаз. Объектами индикации могут служить почвы, определяемые по растительности, в т. ч. по составу лесов (напр., в притундровых лесах хорошо развитые насаждения лиственницы даурской приурочены к пескам, галечникам и продуктам выветривания скальных пород); нек-рые горные породы, тяжёлые металлы и др. химич. элементы (напр., нек-рые фиалки служат индикаторами повышенного содержания цинка). Индикаторами подземных вод, особенно в пустынных р-нах, могут служить чёрный саксаул и тамарикс. И. р. важны для контроля за состоянием окружающей природной среды и за уровнем её загрязнения (так, для определения степени загрязнения атмосферы часто используют лишайники, а также разл. мхи и др. дикорастущие и культурные растения). В водных биоценозах чувствит. индикатором загрязнения служит ряска. Применяют И. р. и при поисках полезных ископаемых. Распознавание И. р. и их сообществ — один из приёмов дешифрирования аэрофотоснимков при геологич. и геоботанич. картировании. В лесной типологии по И. р. выделяют типы лесораститель-ных условий. И. р. имеют большое значение при диагностике типов вырубок. Изучает И. р. индикационная геоботаника.

Геоботанические исследования для индикационных целей складываются из ряда этапов:
1) установление индикационного значения растительности;
2) использование индикационных данных в пределах того или иного района для решения определённых хозяйственных задач.

Осуществление индикационных исследований на первом этапе является задачей геоботаника, т.к. требует специальных знаний в области систематики, экологии и географии растений. Работы на 2-м этапе могут осуществляться и другими специалистами в зависимости от направления исследований. Методика индикационных исследований складывается из нескольких приёмов: в камеральных и полевых условиях.

Для того чтобы выявить связи сообществ с экологическими условиями, необходимо в первую очередь произвести обобщение литературных данных; и, если данные обнаружены в достаточном количестве, то целесообразно на их основе до выезда в поле составить справочную таблицу, в которой указать известные для данного района индикаторы и условия. Сбор дальнейших материалов производится уже в полевых условиях. Общим приёмом для выяснения индикационного значения растительности, при всех видах индикации является метод эталонирования и метод профилирования. Для индикационного значения растительности на эталонных участках, кроме общего описания растительности необходимо дополнительное изучение её с помощью специальных приёмов, из которых можно указать следующие:

Приёмы общие для всех видов исследований:
1)метод эталонирования
2)метод профилирования.

Некоторые частные приёмы для отдельных видов исследований:
1) гидроиндикационные – изучение структуры сообщества и характера распределения основных видов индикаторов сообщества, изучение жизненности видов, интенсивности транспирации сообществ и видов гидроиндикаторов, морфологии корневых систем и фенологические наблюдения.
2) Геоиндикационные и галоиндикационные исследования – изучение характера распределения видов-индикаторов в пределах различных почв и пород, изучение внутривидового полиморфизма, обусловленного влиянием материнских почв и пород.
3) Индикационные исследования связанные с поиском полезных ископаемых; изучение аномальных форм растений, изучение флюктуации видов (отклонение от среднего значения) и выделение центров флюктуации.
Наилучшие результаты при изучении индикационного значения растительности даёт комплексное применение основных и вспомогательных методов.

Метод эталонов.
Под эталонным участком при индикационных исследованиях подразумевается участок с естественным растительным покровом, служащий как бы образцом определённых условий и сопряжённых с этими условиями растительных сообществ.

Два случая выбора эталонных участков:
1)выбирается на месте, где заранее известны условия для которых следует установить растительные индикаторы.
2)Участок выбирается по характеру растит покрова, т.е. выбирается типичный участок какого-либо сообщества индикационные значения которого следует установить.

Участки, где индуцируемые условия известны заранее, обозначаются как участки 1-го рода, а выбранные по геоботаническому описанию – 2-го. Эталонные участки и 1-го и 2-го рода используются для различных целей. Участки 1-го рода применяются в тех случаях, когда необходимо выявить виды или сообщества, являющиеся индикаторами такого объекта, которые не имеют сплошного и повсеместного распространения в исследуемом районе, а встречаются эпизодически. Эталонные участки 2-го рода чаще используются для выявления связи растительности с таким объектом, развитие которого в данном районе является сплошным и повсеместным. Наилучшим примером подобных взаимоотношений является тот случай, когда перед исследователем стоит задача индикации почв по характеру растительности.

Размеры эталонного участка 1-го рода чаще всего обуславливаются естественными границами, но если участок занимает очень большую площадь, на нём выделяется и описывается наиболее типичные площади (S=100 кв. м). Раз-меры участков 2-го обычно устанавливаются в травянистых сообществах S=100 кв. м, а для лесных 205 кв. м.
Для определения равномерности сложения и распределения растительности на эталонном участке, закладывают размером 1, 4, 10, 16 или 25 кв. м. На эталонном участке должно быть заложено от 10 до 20 площадок.

Участок 1-го рода:
- индуцируемые условия известны заранее;
- следует установить растительные индикаторы;
- применяется для выявления видов или сообществ, являющихся индикаторами такого объекта, который не имеет сплошного и повсеместного распространения, а встречается эпизодически;
- размеры обуславливаются естественными границами, и выделяются площадки по 100 кв. м.

Участок 2-го рода:
- выбирается по геоботаническим признакам, т.е. по характеру растительного покрова;
- следует установить индикационные значения какого-либо сообщества;
- индуцированные условия определяются уже после описания растительности;
- используются для выяснения связи растительности с таким объектом, развитие которого в данном районе является сплошным и повсеместным;
- размеры устанавливаются в травянистых сообществах 100 кв. м, а в лесных – 250. многочисленные пробные площадки

Дата добавления: 2014-01-07