исследовательская работа Изучение процесса вторичной сукцессии на примере леса в с.Павелка Лебедянского района Липецкой области. лес женя. Отдел образования администрации Лебедянского муниципального района Липецкой области Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение сош с. Куймань Лебедянского муниципального района Липецкой области учебноисследовательская работа
 Скачать 5.52 Mb.
|
 Отдел образования администрации Лебедянского муниципального района Липецкой областиМуниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение СОШ с.Куймань Лебедянского муниципального района Липецкой области учебно-исследовательская работа "Изучение процесса вторичной сукцессии на примере леса в с.Павелка Лебедянского района Липецкой области"  автор – Первушин Евгений Александрович, 10 класс, МБОУ СОШ с.Куймань руководитель – Пенькова Ольга Анатольевна, учитель биологии МБОУ СОШ с.Куймань. Куймань – 2021 План: Введение……………………………………………………………………3 1. Основная часть…………………………………………………………4 1.1. Суть понятия сукцессия..................................................................……4 1.2. Виды сукцессии.........................………………...................………..4 1.3. Причины сукцессии в природе………………...................................5 1.4. Этапы сукцессии...........................................………………………….6 2. Практическая часть…………………………………………………… 6 2.1. Физико-географическая характеристика района исследования…6 2.2. Причины уничтожения естественных сообществ района исследования и их современное состояние............................................................................7 2.3. Выделение этапов сукцессии в районе исследования……….8 2.4. Описание экосистемы леса и выявление типов взаимодействия разных видов в районе исследования...................................................................10 2.4.1. Выделение ярусов леса...................................................................10 2.4.2. Распределение животных по ярусам леса........................................11 2.4.3. Типы взаимоотношений между живыми организмами в лесу......12 2.5. Прогноз дальнейшего течения процесса сукцессии в районе исследования...............................................................................................13 3.Выводы……………………………………………………………………13 Заключение…………………………………………………………………14 Список литературных и Интернет-источников…………………………...15 Приложение.......................................................................................................16 Введение. Лес всегда играл огромную роль в жизни человека. На сегодняшний день важность лесов только усиливается за счет того, что их количество заметно уменьшается. Объект исследования: территория к северо-востоку от с.Куймань, в районе с.Павелка Предмет исследования: процесс вторичной сукцессии на территории к северо-востоку от с.Куймань в районе с.Павелка Гипотеза: на исследуемой территории протекает процесс вторичной сукцессии — восстановление участка лесной растительности Цель: исследовать процесс вторичной сукцессии — восстановление участка лесной растительности на территории к северо-востоку от с.Куймань в районе с.Павелка Задачи: 1. Определить суть понятия «сукцессия» 2. Выяснить, какие существуют виды сукцессий 3. Найти информацию о причинах сукцессий в природе 4. Познакомиться с этапами процесса сукцессии 5. Дать физико-географическую характеристику района исследования 6. Описать естественные сообщества района исследования 7. Выделить этапы сукцессии в районе исследования 8. Описать экосистему леса с выявлением типов взаимодействия разных видов в районе исследования 9. Дать прогноз дальнейшего течения процесса сукцессии в районе исследования 10. Сделать вывод о состоятельности выдвинутой гипотезы. Актуальность: Восстановление лесов не только позволит замедлить скорость глобального потепления, увеличить объем выпадающих осадков, обеспечить чистоту воды и снизить загрязнение воздуха. Оно снизит объем углекислого газа, попадающего в атмосферу, на 37%. Это сопоставимо с выбросами, которые производят сельскохозяйственные предприятия по всему миру. И пусть исследуемое мной лесное сообщество имеет небольшую площадь, но оно тоже является важным в деле сохранения природы Земли. Практическая значимость: работа может быть интересна школьникам, студентам, учителям биологии и экологии, работникам лесных хозяйств Методы исследования: Работа с интернетом, фотографирование, работа с определителем растений и грибов, описание сообщества по плану, составление таблиц и схем, беседы с местными жителями. 1. Основная часть 1.1. Суть понятия сукцессия. Сукце́ссия (от лат. Succesio — преемственность, наследование) — последовательная закономерная смена одного биологического сообщества (фитоценоза, микробного сообщества и т.д.) другим на определённом участке среды во времени в результате влияния природных факторов (в том числе внутренних сил) или воздействия человека. Теорию сукцессий изначально разрабатывали геоботаники, но затем стали широко использовать и другие экологи. Одним из первых теорию сукцессий разработал Ф. Клементс и развил В.Н. Сукачёв, а затем С.М. Разумовский. Термин введён Ф. Клементсом для обозначения сменяющих друг друга во времени сообществ, образующих сукцессионный ряд (серию), где каждая предыдущая стадия (серийное сообщество) формирует условия для развития последующего. Если при этом не происходит вызывающих новую сукцессию событий, то ряд завершается относительно устойчивым сообществом, имеющим сбалансированный при данных факторах среды обмен. Такое сообщество Ф. Клементс назвал климакс. Единственным признаком климакса в смысле Клементса — Разумовского является отсутствие у него внутренних причин для изменения. Время существования сообщества ни в коем случае не может являться одним из признаков. [1] 1.2. Виды сукцессии Сукцессии подчиняются одним и тем же правилам, но причина этих изменений может быть различная. В связи с этим, выделяют несколько видов сукцессий: По скорости развития изменений: быстрая, средняя, медленная, очень медленная сукцессия. По обратимости: обратимая или необратимая. По равномерности развития изменений: равномерная (или постоянная) и неравномерная (непостоянная). По первоначальному уровню развития сообщества на данной территории: первичная и вторичная. По направлению развития сообщества: прогрессивная и регрессивная. По степени влияния человека на развитие изменений: антропогенная и природная. По преобладающим изменениям растительного или животного сообщества: автортофные или гетеротрофные. [2] Чаще всего рассматривают первичную и вторичную сукцессии. Первичная сукцессия является исходной отправной точкой, так как возникает на безжизненных участках. В наше время практически вся суша уже занята различными сообществами, поэтому возникновение свободных от живых существ участков имеет локальный характер. Примерами первичной сукцессии являются: заселение сообществами на скалах; заселение отдельных территорий в пустыне. В наше время первичная сукцессия довольно редкая, однако в какое-то время каждый участок суши прошел этот этап. Вторичная или восстановительная сукцессия происходит на ранее заселенном участке. Такая сукцессия может возникать везде и проявляться в различных масштабах. Примеры вторичной сукцессии: заселения леса после пожара; зарастание заброшенного поля; заселение участка после схода лавины, что уничтожила на почве все живое. Причинами вторичной сукцессии выступают: лесные пожары; вырубка леса; вспашка земли; наводнения; извержение вулканов. Полный процесс вторичной сукцессии длится около 100-200 лет. Конечным этапом становится появление деревьев. Растут осина, ель, сосна и дуб, которым заканчивается процесс сукцессии. Это означает что восстановление естественной экосистемы на этом участке полностью завершено. [3] 1.3. Причины сукцессии в природе Начальным фактором, запускающим сукцессионный процесс, обычно выступает появление незанятой экосистемами территории, или уничтожение на этой территории ранее существовавших там природных сообществ. Как правило, это происходит в результате деятельности человека или каких-либо природных катастроф. Примерами антропогенного начала сукцессий является, например: зарастание вырубок, пашен, заброшенных поселений. Естественные факторы – это извержения вулканов, продуцирующие лавовые покровы или засыпающие территорию толстым слоем пепла, наводнения, образование новых аллювиальных отложений и т. д. [4] Сукцессионные смены обычно связывают с тем, что существующая экосистема (сообщество) создает неблагоприятные условия для наполняющих ее организмов (почвоутомление, неполный круговорот веществ, самоотравление продуктами выделения или разложения и т. п.). Такие явления реальны, но не объясняют всех случаев смен экосистем. Например, в северных лесах внедрение под полог лиственных древесных сообществ ели связано прежде всего с тем, что последняя использует биологические свойства первых по слабому притенению почвы. Сами же почвенные условия остаются не только благоприятными для лиственных древостоев, но и постепенно улучшаются для них ( идет накопление питательных веществ, уменьшается кислотность и т. п.). [5] 1.4. Этапы сукцессии Этапы экологической сукцессии следуют одна за другой, поскольку это направленный процесс. Преемственность проходит через последовательные стадии, начиная с стадии новаторства и заканчивая стадией кульминации. [6] Основные этапы сукцессии: 1) появление незаселенного живыми организмами пространства — фаза обнажения; 2) заселение территории первыми поселенцами (пионерами) — фаза миграции; 3) колонизация пространства и приспособление живых организмов к новым условиям жизни; 4) вытеснение части первых видов и обратное воздействие сообщества на условия проживания и биотоп — фаза формирования климаксового биоценоза (исторически сложившаяся совокупность живых организмов, заселивших однородную среду обитания). [7] Главные закономерности сукцессии: На начальном этапе разнообразие видов незначительно, с течением времени оно увеличивается. С развитием процесса взаимосвязи между организмами увеличиваются. Возрастает также симбиоз, усложняются цепи питания. В процессе закрепления сукцессии уменьшается количество отдельных свободных видов. С каждым этапом развития усиливается и укореняется взаимосвязь организмов в существующей экосистеме. Преимущество полностью сформированного сообщества экосистемы над молодым, состоит в том, что оно способно противостоять негативным изменениям в виде перепадов температур и изменения влажности. [3] 2. Практическая часть 2.1. Физико-географическая характеристика района исследования Село Павелка расположено в центральной части Лебедянского района (52°54′50″ с.ш. 39°18′14″ в.д.), относится к Куйманскому сельскому поселению, которое граничит с Большепоповским, Покрово-Казацким, Большеизбищинским, Докторовским сельскими поселениями. Описываемый район находится на северо-восточных отрогах Среднерусской возвышенности, рельеф равнинный с развитой овражно — балочной сетью, самая большая балка — Павелка, большую часть года являющаяся суходолом. Приложение 1. Климат умеренного пояса (атлантико - континентальный) с умеренно холодной зимой и теплым летом, с четко выраженными сезонами года: зима - 140-143 дня, весна - 47 дней, лето - 109-114 дней, осень - 63 дня. Средняя температура самого холодного месяца - января - -9,5 °C. Средняя температура самого теплого месяца - июля - +19,5°С. Средняя годовая температура в Лебедянском районе составляет +4,5°C. Годовое количество осадков составляет 500 мм, 65-70% из них приходится на теплое полугодие. В теплый период преобладают дожди средней интенсивности, нередко бывают и ливни с грозами или градом. На территории района проявляются весенние засухи и суховеи, пыльные бури. Через каждые 3-4 года случаются засухи средней интенсивности, а раз в 10 лет – сильной интенсивности. Средняя высота снежного покрова - 25-35 см. В течение зимы она изменяется под влиянием снегопадов, оттепелей и метелей и достигает наибольшей высоты в конце февраля - начале марта. Почва промерзает в среднем на глубину 80-85 см. Среднегодовые скорости ветров - в пределах 3,8-4,6 м/с, но в то же время летом шквалистые ветра могут достигать 15-20 м/с и более. Преобладающими ветрами являются юго-западный, западный и северо-западный. На большей части территории района исследования распространены черноземы выщелоченные; в междуречье рек Павелка и Куймань серыми поверхностно — алювиально - глеевыми почвами представлены почвы суффозионных впадин. Почвы подвержены эрозии, прежде всего водной и ветровой. Отмечается снижение плодородного слоя почвы. По исследуемой территории протекает река Павелка, которая наполняется преимущественно в весеннее время, большую часть года русло представляет собой небольшой ручей, а в особо жаркие периоды пересыхает совсем. Река Павелка — левый приток Дона. 2.2. Причины уничтожения естественных сообществ района исследования и их современное состояние. Расположение по градусной сетке между 52–54 ° северной широты и 38–40 ° восточной долготы позволяет нам отнести территорию Липецкой области к лесостепной зоне. Но в настоящий момент распаханность территории превышает 80 %. Липецкая область наименее облесенная среди пяти областей Центрального Черноземья. Меня удивил этот факт, и я решил узнать причины малого количества лесов. Оказалось, что их сведение началось еще в 18 веке, в петровские времена, когда лес нужен был для производства древесного угля для железоделательных заводов. Леса свели в то время на радиус 80 верст от Липецка (Павелка попадает в эти границы). В источниках есть сведения о том, что леса в то время состояли преимущественно из дуба, сосны и липы. Потом территорию распахали. Земли исследуемого района в советское время принадлежали совхозу «Андреевский» и активно использовались под пашню. Приложение 2. Все изменилось в 90-е годы 20 века, когда совхоз обанкротился и обрабатывать землю стало некому и не на что. С этого момента началось восстановление естественной растительности на описываемой территории. По рассказам местных жителей, сначала бывшие поля заросли сорняками, потом появились березы. На сегодняшний момент, по истечении почти 30 лет, участок, изученный мной, представляет собой полноценное лесное сообщество. Приложение 3. Вокруг леса и на небольших открытых полянах внутри него можно наблюдать луговую растительность. Древесные породы: берёза бородавчатая, дуб черешчатый, ива ломкая, клён татарский, осина. Луговая растительность: донник лекарственный, зверобой, земляника лесная, клевер луговой, крапива двудомная, мать-и-мачеха, мятлик луговой, пижма обыкновенная, подорожник средний, тимофеевка степная, тысячелистник обыкновенный, фиалка, чистотел. Все чаще в последние годы стал встречаться ковыль. 2.3. Выделение этапов сукцессии в районе исследования Как было сказано выше, начиная с 90-х годов 20 века, когда совхоз обанкротился и обрабатывать землю прекратили, началось восстановление естественной растительности на описываемой территории. Данный процесс я определил, как вторичную сукцессию. Она началась с того, что на освобожденном участке почвы - бывшем поле появились однолетние травянистые растения. Это были типичные сорняки: одуванчик, осот, мать-и-мачеха и другие. Их преимущество в том, что они быстро разрастаются и производят семена, приспособленные к распространению на далекие расстояния с помощью ветра или животных. Подобные земли называют залежью. Залежь - сельскохозяйственные угодья, которые раньше использовались, как пашни. Однако уже через два-три года сорняки были вытеснены конкурентами — многолетними травами. Таким образом появилось сообщество - сукцессионный луг, основу которого составляли представители семейств Злаки и Осоковые, кроме них были представлены Сложноцветные, Бобовые, Лютиковые. По рассказам, я попытался восстановить видовой состав луговой растительности - донник лекарственный, зверобой, земляника лесная, клевер луговой, крапива двудомная, мать-и-мачеха, мятлик луговой, пижма обыкновенная, подорожник средний, тимофеевка степная, тысячелистник обыкновенный, фиалка, чистотел, ромашка, василёк, колокольчик, осока, ежа сборная, одуванчик, мышиный горошек, сурепка. На следующем этапе, примерно в 2008 году, появились кустарники и деревья, прежде всего осина и береза. Эти породы затеняют землю, а их обширные корневые системы забирают из почвы всю влагу, так что проросткам видов, первыми попавших на поле, становится трудно расти. Эти виды деревьев являются быстро растущими, поэтому уже через 10 лет, к 2018 году, сообщество представляло собой лес. К сегодняшнему моменту к указанным выше березе и осине добавились и другие деревья и кустарники - дуб черешчатый, ива ломкая, клён татарский, шиповник, жимолость, крушина, терн. На основе собранной информации я составил таблицу, для большей наглядности. Таблица 1. Этапы сукцессии в районе исследования
2.4. Описание экосистемы леса и выявление типов взаимодействия разных видов в районе исследования 2.4.1. Выделение ярусов леса Описывать экосистему леса я начал с выделения в нем ярусов. Исследуемый объект можно отнести к простым лесам, т.к. ярусность выражена слабо, доминирующая древесная порода - берёза бородавчатая, которая составляет 1 ярус, вместе с дубом черешчатым, ивой ломкой, клёном татарским. Береза – мелколиственная порода, светолюбивая, морозостойкая, нетребовательна к почве, высотой 25 – 30 м. Ветви у взрослых деревьев повислые, что определило одно из названий вида, в результате возникают «плакучие» формы берез. Стебли молодых побегов бурые, голые, со смолистыми бородавочкками (отсюда и название – бородавчатая). Ствол и крупные ветви сверху белые из – за бетулина – вещества белого цвета в клетках пробки, у основания ствол черный и изрезан глубокими трещинами. Кора большинства видов березы белая, прекрасно отражает лучи света, рассеивая их вокруг ствола, поэтому в березовом саду светло даже в пасмурные дни. Приложение 4. 2 ярус кустарниковый (подлесок) представлен шиповником, жимолостью, крушиной, терном, а также молодыми деревьями. Приложение 5. 3 ярус — травянистый, растения образуют плотное 100% покрытие. Наиболее часто встречаемые виды: кислица, костянка, звездчатка, майник, седмичник, овсяница, мятлик лесной. Большая часть травянистых лесных растений относится к числу тенелюбивых и теневыносливых. Цветки травянистых растений часто белые, хорошо заметные на фоне темной зелени. Это способствует перекрестному опылению их немногочисленными насекомыми – опылителями в лесу. Однако семенное размножение у многих растений подавлено вследствие недостатка насекомых-опылителей. У большей части растений преобладает вегетативное размножение. Приложение 6. 4 ярус — мохово — лишайниковый, не образует сплошного покрова, растения встречаются рассеянно. В лесу было найдено 2 вида мхов — кукушкин лен и единичные экземпляры сфагнума. Лишайники представлены пармелией и ксанторией. Приложение 7. 5 ярус — грибы. В описываемой экосистеме встречаются следующие виды грибов — подберезовики, подосиновики, свинушки, грузди, сыроежки, мухоморы, отмечены единичные экземпляры трутовиков. Приложение 8. По результатам данной части исследования я составил таблицу: Таблица 2. Ярусность леса.
Ярусность леса зависит от степени биоразнообразия его видов, количества и потребности видов в солнечной энергии, наличия или отсутствия существенно выраженной конкуренции за указанный выше ресурс. В описываемой экосистеме сформирована лесная подстилка. 2.4.2. Распределение животных по ярусам леса Животный мир леса представлен всеми классами позвоночных животных, а также беспозвоночными (по собственным наблюдениям и свидетельствам очевидцев): Таблица 3. Распределение животных по ярусам леса.
2.4.3. Типы взаимоотношений между живыми организмами в лесу Я попытался выделить типы взаимоотношений между организмами в описываемой экосистеме, результаты занес в таблицу: Таблица 4. Типы взаимоотношений между организмами в лесу.
Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что по шкале, приведенной в приказе «О санитарных правилах в лесах и местах плотных зеленых насаждений» Министерства природных ресурсов Российской Федерации, подписанного 27.12.2005, березовый лес в с.Павелка соответствует I категории (здоровые – не имеющие признаков ослабления) – листа зеленного оттенка, крона дерева густая, присутствует прирост листвы текущего года стандартного для типа дерева и размеров. Кроме этого, наличие разветвленных пищевых сетей — тоже признак хорошего состояния биоценоза. 2.5. Прогноз дальнейшего течения процесса сукцессии в районе исследования В связи с сукцессией изменился фитоклимат данного участка: возросло затенение припочвенного горизонта, изменился тепловой режим и влажность воздуха (суточные колебания температуры воздуха снижаются), изменилось распределение энергии, поступающей с солнечной радиацией по вертикали (к поверхности почвы проникает всё меньшее количество солнечной радиации). Лес находится в хорошем экологическом состоянии, имеет хорошо развитый подрост. В лесу развитая пищевая сеть. Все это дает основание прогнозировать дальнейшее развитие экосистемы. Учитывая, что в исследуемом лесу кроме березы имеются и подрастающие клены и дубы, то целесообразно выдвинуть гипотезу о смене березового леса дубравой. Необходимо также указать информацию о том, что прилегающий к лесу участок земли, площадь. 40 га (в будущем планируется довести до 100 га), с кадастровым номером 48:11:1440201:1769 выделен ГАУ «Данковский лесхоз» для создания и выращивания защитных лесных насаждений на период до смыкания крон культивируемых деревьев и кустарников, о чем подписан соответствующий акт от 26 ноября 2018 г. Уже высажены сосны и березы. Это обстоятельство также дает основание предположить, что в районе исследования будет увеличиваться площадь лесных насаждений. 3. Выводы По результатам своего исследования я пришел к выводам о том, что: 1. Сукцессия — это последовательная закономерная смена одного биологического сообщества другим под влиянием природных факторов или воздействия человека. 2. Существуют несколько видов сукцессии, но чаще всего рассматривают первичную и вторичную сукцессии. 3. Причинами сукцессии в природе выступает появление незанятой экосистемами территории или изменение условий в существовавших природных сообществах. 4. К основным этапам процесса сукцессии относятся фаза обнажения; фаза миграции; фаза колонизация и фаза формирования климаксового биоценоза 5. Район исследования находится на северо-восточных отрогах Среднерусской возвышенности и соответствует лесостепной зоне. 6. К естественным сообществам района исследования относят степные и лесные биогеоценозы 7. К этапам сукцессии в районе исследования можно отнести поле, залежь, сукцессионный луг, березняк с примесью осины, лиственный лес 8. Березовый лес в с.Павелка соответствует I категории зеленых насаждений - здоровые – не имеющие признаков ослабления, в нем сформированы разветвленные пищевые сети 9. Прогноз дальнейшего течения процесса сукцессии в районе исследования положительный — возможно развитие дубравы на месте березового леса 10. Выдвинутая гипотеза - на исследуемой территории протекает процесс вторичной сукцессии — восстановление участка лесной растительности — нашла свое подтверждение в ходе работы. Заключение. Лес играет в жизни человека тройную роль. С одной стороны, лес, являясь одной из главных составляющих частей окружающей среды человека, в большой степени влияет на климат, наличие чистой воды, чистого воздуха, защищает сельскохозяйственные земли, обеспечивает места для комфортного проживания и отдыха людей, сохраняет разнообразие живой природы. С другой стороны, лес - источник множества материальных ресурсов, без которых человечество пока не может обойтись и вряд ли сможет обойтись в обозримом будущем - древесины для строительства, производства бумаги и мебели, дров, пищевых и лекарственных растений и других. С третьей стороны, лес - часть той культурно-исторической среды, под воздействием которой формируются культура и обычаи целых народов, источник работы, независимости и материального благополучия значительной части населения, особенно тех, кто живет в лесных деревнях и поселках. Восстановление лесов позволит замедлить скорость глобального потепления, увеличить объем выпадающих осадков, обеспечить чистоту воды, снизить загрязнение воздуха и объем углекислого газа, попадающего в атмосферу. Тот факт, что на территории моего села происходит процесс лесовосстановления, меня очень радует. Мы всей семьей часто бываем в лесу и стараемся вести себя там правильно — не шумим, не оставляем мусор, стараемся ходить очень аккуратно. Мы любим и бережем наш лес, который, я надеюсь, будет прирастать с каждым годом. Список литературных и Интернет-источников https://ru.wikipedia.org/wiki/Сукцессия https://nauka.club/biologiya/chto-takoe-ekologicheskie-suktsessii-vidy-etapy-i-primery.html https://ecoportal.info/sukcessiya/ https://spravochnick.ru/ekologiya/razvitie_i_evolyuciya_ekosistemy/prichiny_sukcessii/ https://bank.nauchniestati.ru/primery/referat-na-temu-sukcessii-i-ih-formy/ https://animalib.ru/drugoe/ekologiya/ekologicheskaya-sukcessiya/ https://na5.club/biologiya/glavnaya-osobennost-ekologicheskoj-sukczessii-i-harakteristika-proczessa.html Приложение 1. Карта с.Павелка и окрестностей.  Приложение 2. Информация о совхозе «Андреевский»  Приложение 3. Павельский лес.   Приложение 4. Береза бородавчатая.  Приложение 5. Кустарниковый ярус.  Приложение 6. Травянистый ярус. П  риложение 7. Мохово — лишайниковый ярус.  Приложение 8. Грибы Павельского леса.  |