Методические материалы для выполнения практических работ и самостоятельных исследований (стр. 1 )

Методические материалы для выполнения

практических работ и самостоятельных исследований.

Одним из аспектов практической деятельности биологов и экологов являются синэкологические исследования, то есть изучении как экосистем в целом, так и их отдельных компонентов. Именно такие исследования позволили открыть многие законы биологии и экологии.

Прежде чем приступить к любому исследованию экосистем - необходимо четко определить его цель и задачи, а также требуемую степень точности. Это в свою очередь позволит выбрать необходимые методы исследования и обеспечит сбор данных, достаточных для получения обоснованных выводов.

В любом случае биолог и эколог, изучающий природные комплексы должен иметь представление об основных методах изучения экологических систем и их компонентов.

Исходя из определения экологии как науки о взаимодействии организмов и их сообществ с окружающей средой, наиболее важным представляется изучение биотического компонента экологических систем. Но для того чтобы дополнить анализ биотического компонента, необходимо изучить основные факторы окружающей среды – эдафические, топографические, климатические, а при исследовании водных экосистем и гидрологические.

Организацию экологических исследований начинают с выбора территории, на которой они будут проводиться. Необходимо определить границы исследуемой территории и наметить площадки для локальных исследований.

Оценка экологической обстановки по всей исследуемой территории дается на основе показателей полученных, для нескольких ключевых участков наиболее характерных для данной экосистемы.

I. Физико-географическая характеристика района исследования:

1. Географическое положение

Исходным показателем географического положения любого объекта являются его координаты (градусы и минуты широты и долготы). Их можно определить по карте или с помощью спутникового навигационного прибора GPS.

Второй компонент географического положения исследуемого объекта - его принадлежность к определенному природно-территориальному комплексу (ПТК): природной зоне, подзоне, физико-географической стране, физико-географической провинции, типу местности (как таксономической единице районирования ландшафтов) и т. д. Эти сведения можно найти в краеведческой литературе.

При составлении этикеток для собранного материала и паспортизации экосистем необходимо указывать страну, область, район, расстояние до ближайшего населенного пункта, нанесенного на карту. Эти данные очень важны для построения экологических карт и картографического анализа полученных данных.

2. Рельеф местности

Следующим этапом физико-географической характеристики является описание рельефа местности, в пределах которой находится исследуемая экосистема. Различают следующие основные формы рельефа:

·  равнины (уклон не свыше 0,50)

·  холмы (до 200 м относительной высоты)

·  горы (высота более 500 м)

·  склоны: пологие (уклон 2-70); покатые (уклон 7-150), крутые (уклон 15-450) и обрывистые (уклон свыше 450).

Как правило, в бланке описания района исследования последовательно отмечаются основные формы рельефа, согласно их пространственной размерности. При этом выделяют макрорельеф, мезорельеф и микрорельеф (Неронов, 2002).

Макрорельеф (горизонтальное простирание от 200 м до 10 км и более) - один из факторов, влияющих на миграцию загрязнения поверхностных текучих вод и почвенного покрова. К типичным формам макрорельефа относятся

·  плоские водораздельные возвышенности (плакоры);

·  водораздельные гряды (обычно с покатыми склонами);

·  холмисто-увалистые водоразделы;

·  низменности различного происхождения;

·  речные долины;

·  нагорья (плато);

·  горы.

В пределах перечисленных форм макрорельефа выделяется мезорельеф. Поперечник мезорельефа измеряется десятками метров, а разность высот - метрами.

К наиболее распространенным формам мезорельефа относятся: овраги, балки, лощины, надпойменные террасы рек, речные поймы, вершины (гребни) и склоны водораздельных возвышенностей.

При описании этих форм отмечаются их морфометрические показатели: относительная высота (глубина), ширина, длина, форма склона (прямой, выпуклый, вогнутый) и, что особенно важно, экспозиция склона (северная, южная, западная, восточная).

Мезорельеф играет большую роль в распределении тепла и влаги на поверхности. Микроклиматические (и даже обычные визуальные) наблюдения демонстрируют отчетливые различия теплового режима склонов северной и южной экспозиции, что, в свою очередь, влияет на развитие почвы и вегетацию растительности. Еще в большей мере от мезорельефа зависят распределения водотоков и уровень залегания грунтовых вод, т. е. в конечном итоге водный режим почвы. Наконец, с формами мезорельефа связано распространение и, в значительной степени, интенсивность эрозионных процессов.

На поверхности форм мезорельефа может выделяться микрорельеф. Это наиболее мелкие формы рельефа, размеры которых не превышают нескольких метров. Обычно его отмечают лишь при описании почвенных разрезов на ключевых участках.

К микрорельефу относят едва заметные бугорки, кочки, блюдцеобразные западинки (микропонижения), небольшие уступы, промоины. При описании микрорельефа желательно установить размер микроформ и частоту встречаемости на определенной площади (10 м2, 100 м2).

3. Направление и скорость ветра

С экологической точки зрения важна не столько скорость ветра в местообитании в данный момент времени, сколько степень открытости местообитания для ветров. Следовательно, важна частота ветров, их интенсивность и направление.

Поэтому для исследуемой территории необходимо составить розу ветров, так как она определяет миграцию воздушного загрязнения местности. Для этого можно воспользоваться материалами ближайшей метеостанции или книгами местного издательства, например, «Атласом Калужской области».

Для построения розы ветров нужно прочертить через одну точку линии, соответствующие восьми румбам (север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад). На каждой из них отложить из центра в принятом вами масштабе повторяемость ветров в течение года; концы полученных отрезков соединить между собой.

4. Характеристика гидротермического режима.

Гидротермический режим является одной из наиболее важных составляющих климатических условий географического района. Этот фактор является определяющим для многих процессов, происходящих в экосистемах. Поэтому при проведении любых биологических и экологических исследований природных комплексов либо дается характеристика гидротермического режима, составленная на основании метеосводок или справочной литературы, либо проводятся специальные исследования изменения относительной влажности воздуха, изменения количества осадков, температуры и др. Все эти измерения в настоящее время проводятся с помощью специальных приборов, наиболее простыми из которых являются обычные термометры, психрометры и др.

5. Микроклимат

Даже в пределах территории одной экосистемы под влиянием местных условий (мелких форм рельефа, экспозиции склона, почвенно-грунтовых особенностей, характера растительного покрова) создаются особые условия, получившие название микроклимата.

Для проведения микроклиматических наблюдений необходимо регулярное одновременное измерение температуры и влажности воздуха на двух уровнях:

- в приземном слое на высоте 0-20 см от поверхности почвы;

- на высоте человеческого роста 150-200 см от поверхности почвы.

При всех температурных измерениях термометр должен находиться в тени. Как правило, в приземном слое более высокая влажность, зато температура, даже в середине дня, на 2-5°С ниже.

На микроклимат, во-первых, оказывают большое влияние разные фитоценотические условия: лес, луг, засеянный агроценоз, паровое поле и т. д. В этих условиях особенно четко прослеживается влияние растительности на микроклимат приземного слоя воздуха. Особенно велико влияние леса на микроклиматические условия (гасится ветер). Сохраняется высокая влажность.

Во-вторых, большое воздействие на микроклиматические условия оказывают мезорельеф и экспозиция склонов. В летние дни понижения мезорельефа более прогреты в сравнении с возвышенностями, чаще наблюдаются туманы и росы. Зимой при ясной погоде в низинах температура ниже, чем на возвышенностях. Наконец, различие в температурном режиме склонов северной и южной экспозиций общеизвестны. Эти микроклиматические различия в рамках одной и той же формы мезорельефа отражаются даже на структуре фитоценозов.

II. Характеристика эдафических факторов

Почвы являются одним из основных абиотических факторов, которые определяют возможности на формирование биотического компонента экосистемы. Поэтому изучение их структуры, физических и химических характеристик является одним из ключевых моментов в полевых эколого-биологических исследованиях.

В первую очередь определяется тип почвы.

1. Исходной основой для подразделения почв на типы служит сочетание почвообразующих факторов. К главным из них относятся:

- литогенная основа (геологическое строение), от которой зависят механический состав и геохимические особенности почвы;

- растительность, обеспечивающая органическую часть почвы;

- гидротермические (климатические) условия, определяющие тепловой и водный режим почв.

2. В процессе развития почвы под воздействием перечисленных факторов формируются горизонты вертикального почвенного профиля. К ним относятся:

- А0 - неразложившиеся остатки растений (хвоя, мхи, дернина);

- А1 - горизонт накопления гумуса;

- в агроценозах А0+ А1 образуют Ап (пахотный горизонт);

- А2 - горизонт вымывания коллоидов;

- В — горизонт вмывания минеральных и, иногда, органических коллоидов;

- С — почвообразующая порода, т. е. горная порода (литогенная основа), измененная химическими процессами почвообразования. Кроме того, во многих случаях выделяются переходные (промежуточные) горизонты А1А2; А1В; А2В; ВС.