Определение плотности популяции травянистых растений

Методика школьных научных исследований популяций редких видов растений

Одной из составных частей профессиональной подготовки учителя-биолога является умение грамотно организовать исследовательскую работу со школьниками, привлечь их к изучению родного края с целью развития биологического мышления, воспитания осознанного и грамотного отношения ко всему живому. Контроль состояния популяций редких видов растений и соблюдение режима их охраны должны осуществлять не только работники лесоохраны, научных учреждений, но и студенты, школьники, энтузиасты-любители природы.

На основе многолетнего опыта работы со школьниками нами разработаны методические рекомендации по организации изучения редких видов растений. В зависимости от времени, которым располагает исследователь, можно воспользоваться следующими примерными вариантами программ:

– однократное изучение маршрутным способом (в течение одного дня) одного вида растений включает: геоботаническое описание сообщества, в состав которого входит данная популяция; определение плотности популяции и возрастного спектра на трансекте с определением мощности растений (глазомерная оценка по трехбалльной шкале); сбор небольшого количества материала по семенной продуктивности с дальнейшим ее определением в лабораторных условиях;

– полустационарные наблюдения в течение одного или нескольких месяцев: детальные геоботанические описания; определение плотности популяции и возрастного спектра видов в разных популяциях; определение уровня семенной продуктивности и выявление иных способов самоподдержания популяций; определение мощности особей, учет числа всходов;

– стационарные мониторинговые исследования (в течение ряда лет) предполагают, кроме вышеизложенных положений, наблюдения на постоянных площадках с картированием, детальное изучение пространственной структуры и ее динамики, определение семенной продуктивности на постоянных площадках. Также при таких исследованиях становится возможным выявление ценотической роли исследуемого вида в сообществе, его консортивных связей и зависимости от биотопических, экотопических и антропогенных факторов, на основании чего появляется возможность определения причины сокращения численности популяции (вида).

Любой вариант программы включает в себя следующие этапы проведения исследований.

1. Выбор объекта исследования

Прежде всего надо выбрать конкретный вид растения и по литературным данным изучить:

– его систематическое положение;
– историю названия вида;
– морфологические особенности;
– биологию опыления;
– особенности размножения;
– условия обитания;
– встречаемость на изучаемой территории;
– лимитирующие факторы распространения вида;
– меры по охране популяции, которые осуществляются в районе исследования (нормативные акты, имеющие юридическую силу).

2. Изучение внешнего вида растения по гербарному образцу

Исследователь должен четко представлять изучаемый вид растения. Для этого желательно собрать иллюстративный материал (фотографии, рисунки) и познакомиться с гербарными образцами в вузе биологического профиля или краеведческом музее.

3. Проведение фенологических наблюдений

Для составления геоботанических описаний растительных сообществ необходимо научиться определять изучаемый вид растения в природных условиях в различных фазах развития. Для этого желательно в течение одного сезона провести фенологические наблюдения за растением, чтобы установить время наступления (календарную дату) конкретной фенофазы и описать внешний облик растения на различных стадиях онтогенеза. Особенно важно знать наступление фазы цветения в условиях конкретного района исследований, поскольку в литературе приводятся приблизительные сведения, которые могут не совпасть с реальными.

4. Геоботаническое описание растительного сообщества

Независимо от выбранного объекта и варианта программы исследований, обязательно предполагается составление геоботанических описаний растительных сообществ. Для этой цели необходимо воспользоваться специально разработанными бланками геоботанических описаний растительности леса или травянистой растительности.

5. Определение плотности популяции

В ходе исследований следует обязательно вести учет плотности ценопопуляции, т.е. числа особей редкого вида на единице площади. В зависимости от жизненной формы и встречаемости вида это могут быть учетные площадки для травянистых растений от 4 м 2 до 0,25 га, для деревьев и кустарни-
ков – от 100 м 2 до 7 га. Для получения достоверных результатов необходимо, чтобы плотность была не менее 3–4 экземпляров на площадку. Расположение площадок может быть различным, но желательно, чтобы оно было экологически обоснованным, т.е.зависело от какого-либо экологического фактора (рельефа, освещенности, увлажнения, антропогенного воздействия и т.д.). Сравнивать можно только данные, получаемые на одинаковых по величине площадках.

6. Изучение семенной продуктивности растения

Данные по семенной продуктивности растения, позволят судить о способности популяции к самоподдержанию. Семенная продуктивность определяется из расчета на особь или побег. Важно определение реальной семенной продуктивности, т.е. числа полноценных семян, развитых и неповрежденных. Семенная продуктивность на особь определяется перемножением средней продуктивности на цветок, числа цветков на побег, числа побегов на особь.

7. Изучение структуры популяции

Структура популяции определяется по нескольким показателям: возрастные периоды и жизненность, пространственная структура. Возрастные периоды (покой, прегенеративный, генеративный, постгенеративный) намного труднее определить для многолетних травянистых растений, чем для однолетних. Существуют специальные диагностические признаки возрастных состояний для конкретных видов растений. Для определения пространственной структуры популяций используется метод картирования особей на метровках. Желательно уточнить пространственное распределение особей ценопопуляции в зависимости отэкотопических характеристик (рельефа, влажности, характера грунта, антропогенного фактора и т.д.).

8. Выводы по состоянию, мерам охраны и восстановлению популяции

Выполнение предыдущих разделов программы позволит выявить реальную картину состояния ценопопуляции в районе исследования, зависимость распределения ценотических комплексов от экологических факторов. Предлагаемая программа исследований, проводимая в течение нескольких лет, позволяет осуществлять мониторинг динамики состояния растительности с целью выявления нарушенных и антропогенно трансформированных участков. Данные мониторинга являются основанием для разработки дифференцированных методов охраны и восстановления популяций редких видов растений.

9. Оформление отчета о проведенных исследованиях

Это заключительный и столь же ответственный этап работы, зависящий от правильности выполнения предыдущих пунктов программы. Он предусматривает камеральную обработку полевого материала, обобщение результатов исследования и изложение выводов или заключения. Материалы подкрепляются описаниями, табличными данными, рисунками, схемами, фотографиями или киноматериалами. Всю использованную литературу необходимо свести в общий список, расположив ее в алфавитном порядке по фамилиям первых авторов работ. С результатами отчета следует ознакомить научных сотрудников и получить от них рецензию или рекомендации и замечания по проведению исследований. Желательно, чтобы с самого начала работа осуществлялась под руководством научных сотрудников профильных институтов или ботанического сада.

Проведенные нами исследования современных популяций первоцвета весеннего, рябчика русского (Красная книга РСФСР, 1988), шпажника черепитчатого позволили определить степень благоприятности для них окружающей среды.

Источник

2 Численность и плотность популяций

Основ­ными параметрами популяции, прежде всего, являются ее численность и плотность.

Численность популяции – это общее количество особей на данной территории или в данном объеме.

Численность никогда не бывает постоянной и зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. В процессе размножения происходит рост популяции, смертность же приводит к сокращению ее чис­ленности.

Плотность популяции определяется количеством особей либо биомассой на единицу площади или объема.

Например, 150 растений сосны на 1 га или 0,5 г циклопов в 1 м 3 воды характеризуют плотность популяции этих видов. Плотность по­пуляции также изменчива и зависит от числен­ности. При возрастании численности плотность не увеличивается лишь в том случае, если воз­можно расселение популяции, расширение ее ареала. Любой популяции свойственна тенден­ция к расселению. Расселение продолжается до тех пор, пока популяция не встретится с какой-либо преградой.

В связи с размерами особей того или иного вида и, следовательно, ареалов его популяций варьируется и численность особей в каждой из них. У насекомых, мелких травянистых растений она может достигать сотни тысяч и более. Популяции же крупных животных и больших древесных растений чаще всего бывают небольшими по численности. Но так как размеры ареала популяции непостоянны, то и численность особей, ее слагающих, претерпевает раз­личные изменения. Нередко эти изменения свя­заны с деятельностью человека. Но основными причинами их являются изменения условий су­ществования. Как известно, динамика популяций белок, зайцев, многих птиц в большинстве случаев зависит от урожая кормов. Иногда причины динамики популяций не ясны. Но в природе не отмечено ни одной популяции, которая бы ос­тавалась стабильной даже на протяжении корот­кого отрезка времени. Это связано, прежде всего, с воздействием абиотических факторов на интенсивность роста и размножения, на смерт­ность, скорость развития. Немалую роль в дан­ном процессе играют уничтожение хищниками жертв, конкурентные взаимоотношения, вли­яние паразитов на жизнедеятельность хозяев и т. д.

Однако, несмотря на изменчивость, числен­ность популяции колеблется не беспредельно. Популяция, как и любая биологическая система, обладает способностью к саморегуляции. Для популяции каждого вида всегда имеются верхние и нижние пределы плотности, за границы которых она выходить не может. При благопри­ятном сочетании всех условий плотность популяции удерживается на каком-то оптимальном уровне, незначительно отклоняясь от него в ту или другую сторону. Такие колебания численно­сти обычно носят правильный, регулярный характер и четко отражают реакцию популяции на конкретные условия среды. Тем не менее, сезонные колебания численности, особенно у мелких животных (мышевидные грызуны, насекомые, некоторые птицы), могут быть весь­ма значительны. Так, численность мышевидных грызунов в течение одного сезона иногда уве­личивается в 300 — 500 раз, а некоторых насеко­мых в 1300 — 1500 раз. Причины вспышек мас­сового размножения бывают самыми различ­ными. Они, как правило, сменяются резким сокращением численности.

Падение плотности ниже оптимальной приво­дит к ослаблению защитных реакций популяции, снижает ее плодовитость и вызывает ряд других отрицательных явлений. В популяциях с минимальной численностью нередко складываются весьма сложные ситуации. Изменяющиеся совокупности ее легко могут быть сведены к нулю. Это неизбежно приводит к вымиранию популяции. У двуполых видов, например, доста­точно, чтобы до нуля сварьировал один из по­лов. Вот почему популяции с очень малой чис­ленностью особей длительно существовать не могут. Такие случаи известны даже в заповед­никах со строгим режимом.

Повышение плотности сверх оптимальной так­же неблагоприятно сказывается на популяции, поскольку при этом иссякает кормовая база, сокращается жизненное пространство, появля­ются эпизоотии и т. д.

Источник