Биоэкология ЙошкарОла, 2005 3 ббк 28. 708
 Скачать 7.87 Mb.
|
|
2.3.1. Определение устойчивости растений к высоким температурам Известно, что разные виды одной жизненной формы неодинаково устойчивы к высоким температурам. В качестве объектов исследования следует выбрать группу древесных растений, встречающихся в озеленительных посадках данной местности. Это даст возможность построить ряд древесных видов по степени устойчивости к высоким температурам, выявить наиболее толерантные из них, что важно для создания озеленительных зон предприятий и уличных посадок в районах с жарким летом. Принцип метода основан на установлении степени повреждения живых клеток от высоких температур. Если подвергнуть листья растений действию высокой температуры, в этом случае разрушающиеся мембраны изменяют свойства полупроницаемости. При погружении листьев в слабый раствор соляной кислоты поврежденные и мертвые клетки побуреют вследствие свободного проникновения в них кислоты, которая вызовет превращение хлорофилла в феофитин (бурого цвета, тогда как неповрежденные клетки останутся зелеными. У растений с кислым клеточным соком феофитинизация может произойти и без обработки соляной кислотой, так как при нарушении полупроницаемости тонопласта органические кислоты проникают из клеточного сока в цитоплазму и вытесняют магний из молекулы хлорофилла. Чем больше повреждены ткани, тем больше образуется бурых пятен. ЗАДАЧА Выявить виды древесных растений наиболее устойчивых к действию высоких температур. Ход работы. Водяную баню нагревают до Си погружают в нее по 5 одинаковых листьев исследуемых растений, скрепив черешки проволочкой. Выдерживают листья в водяной бане в течение 30 минут. По истечении времени берут первую пробу отрывают по одному листу каждого вида растений и помещают в чашку Петри с холодной водой. После охлаждения берут лист пинцетом и переносят в чашку с соляной кислотой. 2. Затем поднимают температуру в водяной бане до Си через 10 мин извлекают из нее еще по одному листу, повторив операцию и перенеся охлажденный вводе лист в новую чашку Петри с HCl. Так постепенно доводят температуру до С, беря пробы через каждые 10 мин при повышении температуры на С. 3. Через 20 мин после погружения листа в HCl определяют степень повреждения листьев по количеству бурых пятен. Результаты записывают в табл. 22, обозначив отсутствие побурения знаком «-», слабое побурение знаком «+», побурение более 50% площади листа знаком «++» и сплошные побурения знаком «+++» (Федорова, Никольская, 2001). 4. Данные оформляют в табл. 22 и делают выводы о степени жаростойкости древесных растений. Таблица 22 Степень повреждения живых клеток от высоких температур Объект Степень повреждения листьев С С С С С Оборудование и материалы 1) водяная баня 2) термометр 3) пинцет 4) чашки Петри (5 шт 5) стакан с водой 6) тонкая проволока 7) карандаш по стеклу 8) свежие листья древесных растений. Реактивы 1) Н раствор соляной кислоты. 63 2.3.2. Влияние низких температур на коагуляцию белков у древесных растений Растения в зимний период времени года подвергаются действию низких температур. Устойчивость к этому фактору определяется генетическими свойствами растений и их физиологическим состоянием. Это выражается в обратимой или необратимой потере листьями тургора, частичной или полной гибели ассимилирующей поверхности. В первую очередь страдают молодые листья и плохо одревесневшие побеги. Это явление сглаживается при наличии в клеточном соке защитных веществ сахаров, свободных аминокислот, солей органических и неорганических кислот. Накопление сахаров смягчает или предотвращает коагуляцию белков. ЗАДАЧА Выявить влияние низких температур на коагуляцию белков и построить ряд устойчивости древесных растений по степени возрастания к низким температурам. Ход работы. Взвешивают 2-3 г молодых листьев неморозостойких пород древесных растений (каштана конского, ореха грецкого, яблони домашней) и морозостойких пород (тополя бальзамического, березы повислой, ольхи черной. Навеску растирают в ступке с 4 мл дистиллированной воды, при смывании добавляют еще 6 мл воды. Содержимое переносят в центрифужные пробирки и центрифугированием (5 мин при 3000 оборотах) отделяют обрывки тканей. Надосадочную жидкость (раствор хлорофилл-протеида) разливают в пробирки. 2. Затем замораживают растворы в пробирках в охладительной смеси, рассматривая их через каждые 5 мини отмечая разницу в замерзании растворов из листьев разных растений. Растопив образовавшийся лед, растворы центрифугируют. После этого отмечают разницу ввели- чине осадка, представляющего собой коагулированный хлорофилл- белковый комплекс. Опыт показывает разное время замерзания растворов и разную степень коагуляции белков у различных растений приза- мораживании. 3. Тоже самое проделывают с другим растертым образцом, приготовленным по схеме, указанной выше, но до замораживания добавляют в пробирку небольшое количество сахарозы и полностью растворяют ее встряхиванием или перемешиванием. 4. Прослеживают коагуляцию белка и защитное действие сахарозы, полученные данные записывают в табл. 23, используя следующие обозначения начало замерзания (гомогенная масса с кристаллами льда) – «+»; 2 – частичное замерзание (множественные кристаллы льда, ноне сплошной слой) – «++»; 3 – полное замерзание (появление сплошного слоя льда при перевертывании пробирки вода не выливается) – «+++». Приготовление охладительной смеси. К трем частям снега или битого льда добавляют одну часть поваренной соли, тщательно перемешивают лопаточкой (температура должна быть -20 С. Лед предварительно готовят в морозильной камере и складывают в литровый широкогорлый термос. 5. Данные оформляют в табл. 23 и делают выводы. Таблица 23 Влияние низких температур на коагуляцию белков Объект Время в минутах Величина осадка, мм 5 10 15 20 25 30 Оборудование и материалы 1) ступки с пестиками 2) центрифуга с центри- фужными пробирками 3) пробирки 4) листья древесных растений. Реактивы 1) охладительная смесь снег-соль (3:1); 2) сахароза 3) дистиллированная вода. Контрольные вопросы 1. Какие приспособления возникают у растений и животных к низким температурам 2. Какие приспособления возникают у растений и животных к воздействию высоких температур 3. Какие экологические группы растений выделяют по отношению к температуре 4. Какие экологические группы животных выделяют по отношению к температуре 5. Какие типы теплообмена выделяют у животных 2.4. ЭДАФИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ К эдафическим факторам относится вся совокупность физических и химических свойств почв, способных оказывать экологическое воздействие на живые организмы. Почва, свойства местности, рельефа являются важными факторами, влияющими на условия жизни наземных организмов. По В.И. Вернадскому, почва представляет собой биокосное вещество (смесь живых и биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения. Биотические и биогенные компоненты составляют относительно небольшую, хотя и очень важную часть почвы, поэтому почва неустойчива, очень сильно зависит от связанного с ней сообщества и восстанавливается после нарушений намного медленнее, чем другие биотические ресурсы. Почва – самый наружный слой земной коры, разрыхленный физическими химическим выветриванием и сформированный при участии живых организмов. В современной биосфере именно почва вместе с ее поверхностью и приземным воздухом является главной средой обитания биоты как по числу видов, таки по биомассе. Основные свойства почвы как экологической среды – это ее физическая структура, механический и химический состав, рН и окислительно-восстановительные условия, содержание органических веществ, аэрация, влагоемкость и увлажненность. Различные сочетания этих свойств образуют множество разновидностей почв и разнообразие почвенных условий – эдафических факторов. В зависимости от особенностей структуры, механического и химического состава все типы почв подразделяются на подтипы, роды, виды и разновидности. Сейчас на Земле по распространенности ведущее положение занимают четыре типологические группы почв 1) почвы влажных тропиков и субтропиков, преимущественно красноземы и желтоземы, для которых характерны богатство минерального состава и большая подвижность органики 2) плодородные почвы саванн и степей – черноземы, каштановые и коричневые почвы с мощным гумусовым слоем 3) скудные и крайне неустойчивые почвы пустынь и полупустынь, относящиеся к разным климатическим зонам 4) относительно бедные почвы умеренного пояса – подзолистые, бурые и серые лесные почвы. В результате разложения растительного детрита, состоящего из опада и отмерших частей растений, образуются гуминовые вещества – слабые органические гуминовые и фульвокислоты – основа почвенного гумуса. Соединяясь с мельчайшими минеральными частицами, они образуют глинисто-гумусовый комплекс, удерживающий на своей поверхности ионы растворимых солей. Этим они обуславливают равновесный ионный обмен с почвенным раствором и тем самым влияют на условия питания растений. Содержание гумуса и мощность богатого гумусом слоя определяют плодородие почвы. Уступая по своему значению климатическим факторам, эдафические факторы играют важную роль в жизни тех организмов, которые тесно связаны с почвой. Это, в первую очередь, растения и организмы, обитающие в почве. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, которое определяется содержанием гумуса, микро- и макроэлементов, таких, как азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, медь, бор, цинк, молибден и др. Каждый из этих элементов играет свою роль в структуре и обмене веществ растения и не может быть заменен полностью другим. Различают растения, распространенные преимущественно на плодородных почвах – эутрофные (эвтотрофные), довольствующиеся небольшим количеством питательных веществ – олиготрофные. Между ними выделяют промежуточную группу мезотрофных видов (табл. 24). Растения, особенно требовательные к повышенному содержанию азота в почве, называют нитрофилами крапива двудомная, полынь горькая, пырей ползучий, хвощ лесной. Кальцефилы – это растения, обитающие на почвах, богатых известью (василек русский, венерин башмачок, дуб пушистый, лиственница европейская, лиственница сибирская на бедных карбонатом кальция почвах обитают кальцефобы (береза бородавчатая, каштан конский, сфагновые мхи, черника. Растения, приспособившиеся к произрастанию на почвах с высоким содержанием солей, называют галофитами (табл. 24). Животные и растения неодинаково относятся к кислотности почвы. Например, дождевые черви не переносят рН ниже 4,4; моллюски предпочитают почвы с рН = 7,0 и выше. Растения, предпочитающие кислые почвы (рН = 3,5-4,5) называют ацидофилами; нейтрофилы – предпочитают почву, имеющую нейтральную реакцию (рН 6,7-7); базифилы – обитают на щелочных почвах (рН более 7); индифферентные виды могут произрастать на почвах с различным значением рН (табл. 24). Особую группу представляют растения, адаптированные к сыпучим пескам – псаммофиты (белый саксаул, песчаная акация. Растения, обитающие на камнях, скалах и каменистых осыпях относятся к литофитам (автотрофные водоросли носток, хлорелла лис- товатые и накипные лишайники, мхи. Под моховым покровом образуется примитивный слой почвы, на который поселяются литофиты из высших растений. Такие растения называют хасмофитами (виды рода камнеломок, можжевельник, сосна) (Степановских, 1999). Таблица 24 Приспособительные реакции растений к эдафическим факторам Экологический фактор Экологические группы растений Приспособительные реакции, вызванные экологическим фактором Представители экологической группы 1 2 3 4 Почва кислотность почвы) Ацидофильные Растут на кислых почвах с рН менее 6,7 Растения сфагновых болот, белоус торчащий Продолжение табл. 24 1 2 3 4 Нейтрофильные Тяготеют к почвам с рН 6,7–7 Большинство культурных растений Базифильные Растут при рН более 7 Ветреница лесная, мордовник обыкновенный Индифферентные Растут на почвах с разным значением рН Ландыш майский, овсяница овечья Почва (валовый состав почвы) Олиготрофные Довольствуются малым количеством зольных элементов Сосна обыкновенная Эвтрофные Нуждаются в большом количестве зольных элементов Дуб черешчатый, про- лесник многолетний, сныть обыкновенная Мезотрофные Требуют умеренного количества зольных элементов Ель европейская Нитрофилы Предпочитают почвы, богатые азотом Крапива двудомная, полынь горькая, пырей ползучий, хвощ лесной Галофиты Растут на засоленных почвах Сведа стелющаяся, со- лерос европейский, солянка южная Поскольку почва – очень рыхлое природное образование, она постоянно находится под угрозой нарушения – эрозии под влиянием потоков воздуха и воды. В нетронутых человеком природных экосистемах, где почва защищена сплошным растительным покровом или естественным опадом, эрозия протекает медленно и обычно уравновешивается постоянно идущим процессом почвообразования. Нотам, где почва лишается естественной защиты в результате распашки, культивации, перевыпаса скота и сведения лесов, возможность эрозии многократно возрастает вплоть до случаев полного сноса почвенного слоя и явлений опустынивания (Перелыгин, 1977). 2.4.1. Определение содержания воды в почвенном образце Почвы значительно различаются по своей структуре и химическому составу. Для получения общего представления о структуре или профиле почвы почвенный разрез делают таким образом, чтобы он был строго вертикальными чтобы были видны отдельные слои. При этом можно непосредственно измерить толщину ясно различающихся по цвету и структуре горизонтов и отобрать из них образцы для проведения различных анализов. При работе с почвенным буром, который представляет собой удлиненный инструмент с пробковым винтом, бур ввинчивается в грунт на нужную глубину и затем вынимается. Почву, попадающую в резьбу винта с разных глубин, раскладывают по отдельным полиэтиленовым пакетам. При отборе почвенных образцов необходимо записывать, на какой глубине взят каждый образец. ЗАДАЧА Определить содержание воды в почве на участках, характеризующихся разной степенью рекреационной нагрузки. Ход работы. Отбирают пробы почвы с различных участков (газоны, пешеходные дорожки и т.д.). На каждом участке закладывают не менее х площадок размером 25 м. На каждой площадке отбирают конвертооб- разно среднюю пробу почвы из 3-5 точек с поверхности на глубине 0- 20 см из каждой точки совком берут 100-150 г почвы, помещают в емкость и тщательно перемешивают. Из этой средней пробы берут 100-150 г и помещают в чашки Петри, которые завертывают в бумагу, снабжают этикеткой или стеклянные банки, которые закрывают притертой или ватно-марлевой пробкой, к банкам приклеивают этикетки. Подготовка проб почвы для анализа. Образцы почвы доводят до сухого состояния, взвешивают, высыпают на лист чистой бумаги. Крупные комки почвы раздробляют пестиком в фарфоровой ступке до комочков не более 5 мм, удаляют корни, гальку, дерево, стекло, уголь и другие включения. Почву тщательно перемешивают, разравнивают в виде квадрата толщиной 2 см, затем образец делят по диагонали линейкой или металлической крестовиной на участки. Две противоположные части соединяют вместе – это лабораторная проба. 2. Для определения содержания воды в почвенном образце взвешивают алюминиевый бюкс и записывают его массу (а кладут в него 80 г размельченной почвы, взвешивают и записывают массу бюкса с почвой (в. Помещают бюкс с почвой нач в сушильный шкаф при температуре 110 С. 3. Вынимают образец из сушильного шкафа и охлаждают его в эксикаторе. Взвешивают остывший образец, записывают его массу. Снова помещают бюкс с почвой нач в сушильный шкаф при температуре 110 С. Повторяют высушивание до тех пор, пока результаты измерений не окажутся одинаковыми (до постоянной массы, записывают эту массу (с. 4. Рассчитывают процентное содержание воды (Х, %) последующей формуле 100 а в с в Х 5. Данные оформляют в табл. 25 и делают выводы Таблица 25 Содержание воды в различных образцах почв Почва Масса пустого бюкса, г Масса бюкса с почвой, г Содержание воды, % Оборудование и материалы 1) алюминиевые бюксы 2) весы с точностью дог) сушильный шкаф 4) термометр с показаниями до 150 С 5) эксикатор 6) щипцы 7) образцы почвы. 69 2.4.2. Определение содержания органического вещества (гумуса) в почвенном образце ЗАДАЧА Определить содержание гумуса в почвенных образцах, отобранных в разных районах исследования и показать различия в содержании органических веществ. Ход работы. Для удаления остатков влаги прокаливают тигель в муфельной печи. Для охлаждения помещают в эксикатор, затем взвешивают и записывают массу тигля (а. В тигель насыпают высушенный почвенный образец и взвешивают, записывают массу тигля с почвой (в. Тигель с почвенным образцом ставят в муфельную печь при температуре 500 Си прокаливают в течение часа до полного сгорания всего органического вещества. 2. Тигель остужают на воздухе 10 мини помещают в эксикатор. Взвешивают остывший тигель с образцом и записывают массу (с. Повторяют операции 3 - 4 раза дополучения постоянной массы. Рассчитают процентное содержание органических веществ (В, %) в сухой почве по формуле 100 а в с в В Данный эксперимент проводят с почвенными образцами, отобранными в разных районах, чтобы показать различия в содержании органических веществ. 3. Данные оформляют в табл. 26 и делают выводы Таблица 26 Содержание органического вещества (гумуса) в почвенном образце Почва Масса пустого тигля, г Масса тигля с почвой, г Содержание органических веществ, % Оборудование и материалы 1) тигель с крышкой 2) муфельная печь 3) эксикатор) щипцы 5) высушенные образцы почвы из разных районов. Контрольные вопросы. Из каких структурных элементов состоит почва 2. Чем характеризуются городские почвы 3. Какие факторы влияют на кислотность почвы 4. Какие экологические группы растений выделяют по отношению к богатству почвы 5. Какие растения относят к нитрофилам и кальциефилам? 6. Какие группы растений выделяют по отношению к субстрату Глава 3. АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ СРЕДЫ Человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, что позволяет выделить этот процесс в особую силу, не имеющую аналогов в классификации естест- венно-экологических явлений. Формы деятельности человека, человеческого общества, которые содействуют изменению природной среды как среды обитания других организмов или непосредственно влияют на их жизнь называют антропогенными факторами. Воздействие человека на природу может быть как прямым, таки опосредованным (косвенным. Прямое воздействие на природу – это непосредственное, не всегда планируемое и желаемое изменение природы в процессе хозяйственной деятельности человека. Опосредованным (косвенным) воздействием на природу называют непреднамеренное изменение природной среды в результате цепи природных реакций, каждая из которых влечет за собой изменение других, связанных с нею первичных или вторичных явлений, вследствие хозяйственных мероприятий. Сумма прямых и опосредованных влияний человека на природную среду называется антропогенным воздействием. Отрицательное воздействие антропогенной деятельности на природную среду проявляется в трех взаимосвязанных формах загрязнении, истощении и разрушении природной среды. Наиболее широкие масштабы в результате антропогенной деятельности приобрело сейчас загрязнение окружающей среды. Под загрязнением понимается привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно нехарактерных для нее химических, физических, биологических агентов и энергетических потоков, повышающих их уровень и приводящих к нарушению функционирования экосистем или их отдельных элементов. Различают природное и антропогенное загрязнение среды. В зависимости от физического состояния загрязнителя и вида его действия на объект они делятся на вещественные и энергетические (физические К вещественным загрязнениям относятся – механическое засорение среды агентами, вызывающими лишь механическое воздействие без физико-химических последствий – химическое – изменение естественных химических свойств среды, превышающее среднемноголетние колебания количеств каких-либо веществ, нормально отсутствующих в ней, или их исчезновение, или появление их в концентрациях, превышающих норму и оказывающих неблагоприятное воздействие на живые организмы, в том числе и на человека – биологическое – проникновение в экосистемы видов животных или растений, чуждых данным сообществами обычно там отсутствующих, атак же чрезмерное размножение микроорганизмов на антропогенных субстратах. Энергетическое (физическое) загрязнение подразделяется на виды – тепловое – возникающее в результате поступления в окружающую среду избыточной тепловой энергии, в том числе в виде нагретых выбросов от источников загрязнения – световое – нарушение естественной освещенности местности в результате появления искусственных источников света или затенения участков местности, территорий, которое приводит к аномалиям в жизни растений, животных, атак же людей – шумовое, вибрационное – увеличение интенсивности и повторяемости шума, вибрации сверх природного уровня – электромагнитное, радиоактивное, ионизирующее – превышение естественного уровня напряженности электрического и магнитного поля, содержания в среде радиоактивных веществ и ионизирующих излучений (например, в результате разрушения озонового слоя. |