Изучение фитоценозов

Планирование эксперимента при изучении лесных растительных сообществ

1. Метод закладки линейной и ленточной трансект,
2. Закладка пробной площадки (метод квадрата)

Изучение растительного покрова – самая важная часть экологических исследований. Видовой состав, физиономический облик, структура, жизненное состояние растений и продуктивность растительных сообществ отражают все особенности условий обитания (климат, почвы, положение в рельефе), историю развития и связи между элементами сообщества, как в пространстве, так и во времени. С изучения растительности и начинается изучение экосистем.

Основной классификационной единицей растительного покрова служит ассоциация. Согласно определению, разработанному отечественными геоботаниками во главе с В.Н. Сукачевым, ассоциация представляет собой совокупность однородных фитоценозов с одинаковой структурой, одинаковым составом и жизненными формами растений, со сходными взаимоотношениями организмов как друг с другом, так и со средой. Сходные ассоциации (лиственничник разнотравно-вейниковый, Л. хвощово-разнотравный и т.д.) составляются в группы (лиственничники травяные), сходные группы – в формации (лиственничная), последние – в группы формаций (горные лиственничники, долинные лиственничники), затем следуют классы формаций (хвойных лесов) и типы растительности (лесной).

Оценку флористического состава фитоценозов начинают с того, что составляют список видов, в который включают все растения произрастающие на данном исследуемом участке. В список вносят названия лишь тех растений, в видовой принадлежности которых нет сомнения. Остальные вносят под порядковыми номерами и собирают в гербарий для последующего определения.

Для получения объективных характеристик и количественных показателей ассоциации в ее самых типичных фитоценозах закладывают пробные площади и на них определяются все характеристики. Закладке пробных площадей предшествует очень тщательный выбор участков на основе обстоятельного изучения материалов лесоустройства и маршрутного обследования районов исследований.

Минимальный ареал ассоциации – это минимальный размер площади, на которой выявляются все виды (константы) ассоциации;

Условия при установлении размера пробных площадок:

1. Минимальная площадь выявления та, на которой выявляются все особенности изучаемого сообщества.
2. При закладке пробных площадей обычно соблюдается второе условие, чтобы число особей эдификаторных ценопопуляций на них составляло не менее 200 экземпляров и были представлены все виды растений и все структурные элементы ценоза.

Минимальный размер пробных площадей в лесу – 50х50 м², максимальный – 50-100 м². Для травяных сообществ размер пробных площадей меньше, чем для лесных (до 100 м²).

Для пробных площадей детально описываются местоположение, состояние окружающих территорий, выявляется видовой состав, дается характеристика каждой ценопопуляции, отмечается ее фенологическая фаза. Обязательно изучаются вертикальная и горизонтальная структура сообщества.

Пробные площади могут быть временными и постоянными. На временных пробных площадях проводятся разовые учетные работы и не столь детально, как на постоянных пробных площадях (ППП). Именно последние служат для многолетнего изучения разных процессов и закономерностей развития растительности, т. е. для мониторинговых исследований. Желательно чтобы ППП были заложены во всех редких и в девственных сообществах каждой природной зоны.

При детальном изучении пространственной структуры ППП в натуре разбиваются на квадраты 10х10 м². На каждом из них выполняется сплошной перечет древостоя и крупного подроста с указанием жизненного состояния особей. Впоследствии выбираются квадраты, наиболее отражающие строй того или иного структурного и по их данным рассчитываются показатели:

таксационные – для древостоя (средние диаметр и высота, сумма площадей сечения стволов, разряды высот, запас древесины, относительная полнота, классы бонитета и товарности) и биометрические – для подлесочного яруса.

Показатели численности видов и их динамика являются основными в экологических исследованиях.

Численность определяется визуально и инструментально, но чаще визуально. Всегда на учетной единице: площади (дм, м², км², га,), длины (м, км), объема (м³, 10 дм³), времени (час, сутки) и т.д.

Основные показатели численности видов

Встречаемость (частота встречаемости, коэффициент встречаемости) – это относительное число выборок, в которых встречается вид. Если выборка состоит из 100 учетных площадок, а вид отмечен на 43, то и встречаемость равна 43%. При встречаемости 25%, вид встречается в каждой четвертой площадке учета и он случайный. Высокая встречаемость, если вид отмечен более, чем на 50% уч. пл. Обычно закладывается 50 уч. пл., но не менее 25.

Обилие – это количество особей вида на единице площади или объема. Наиболее часто используются шкалы обилия Друде и Хульта:

Бытует мнение, что шкала Друде дает лишь общие безмасштабные, нередко субъективные оценки, тем не менее она до сих пор используется многими ботаниками.

Покрытие – процент площади, покрываемой надземными частями растений. Процент площади, занятой основаниями растений – истинное покрытие, верхними частями – проективное. Проективное покрытие – обязательный показатель при изучении напочвенного покрова.

При изучении древесно-кустарниковых ярусов синонимом проективного покрытия служит сомкнутость – отношение площади проекций крон к площади занимаемого участка; в отличие от пр. покр. сомкнутость измеряется в долях от единицы. Истинное проективное покрытие для древостоя – сумма площадей поперечного сечения стволов и полнота, определяется расчетным путем по данным перечета древостоя.

Жизненностью, или жизненным состоянием, называют степень развитости (или степень подавленности) вида в фитоценозе. В.В. Алехиным с соавторами (1925) и В.Н. Сукачевым (1964) была модифицирована четырехбалльная шкала Браун-Бланке и Павийара. В соответствии с этой модифицированной шкалой растения в фитоценозе описываются по следующей схеме:

3 а - вид проходит полный цикл развития и нормально развивается, включая плодоношение;

3 б - вид, хотя и проходит все стадии развития, но не достигает обычных размеров;

2 - вид вегетативно развит неплохо, но не плодоносит;

1 - вид не плодоносит и очень сильно угнетен, вегетирует слабо.

Этими значками жизненность вида обозначается при маршрутных и полустационарных исследованиях для большей части его особей. Более детальный анализ жизненности и состава популяций применяется только при детальных стационарных исследованиях.

Следует иметь в виду, что при однократном описании не всегда можно установить степень жизненности вида. Это возможно только в тех случаях, когда растения данного вида цветут и плодоносят или когда они заметно угнетены. Если же растения находятся в вегетативном состоянии и не угнетены, то при однократном описании трудно сказать, чем это вызвано: тем ли, что сейчас не время плодоношения растения, или тем, что в данном фитоценозе условия для его роста и развития неблагоприятны. Поэтому жизненность всех растений в том или ином фитоценозе может быть установлена только при многократных наблюдениях в течение всего вегетационного сезона.

Классификация синантропной растительности по Браун-Бланке.

1 класс.

Сообщества с преобладанием однолетников на нормально увлажненных почвах. Распространены на нарушенных местообитаниях в первый год после нарушения, а также на полях, в особенности с пропашными культурами.

Основные виды: марь белая, дескурайния Софии, мальва приземистая, лебеда татарская, ярутка полевая, мелколепестник канадский, липучка обыкновенная, щетинник зеленый.

2 класс.

Сообщества с преобладанием однолетников на переувлажненных местообитаниях. Распространены по берегам рек и озер, где поверхность почвы на­рушается выпасом.

Основные виды: череда поникшая, череда трехраздельная, ежовник обыкновенный, лютик ядовитый, горец перечный, горец щавелелистный.

3 класс.

Сообщества двулетних и многолетних высокорослых рудеральных растений на нормально увлажненных и сухих почвах. Распространены на залежах и пустырях, в ходе восстановительной сукцессии сменяют сообщества однолетников.

Основные виды: полынь обыкновенная, полынь горькая, лопух войлочный, чертополох курчавый, бодяк обыкновенный, пустырник пятилопастный, крапива двудомная, цикорий обыкновенный, синяк обыкновенный, нонея русская, чернокорень лекарственный, пастернак посевной, коровяк метельчатый.

4 класс. Заросли рудерального высокотравья в сырых затененных местах с почвами, богатыми азотом. Распространены вблизи жилья — по дворам, неухоженным паркам.

Основные виды: чистотел большой, подмаренник цепкий, гравилат городской, хмель обыкновенный, недотрога обыкновенная, ежевика, крапива двудомная, сныть обыкновенная, купырь лесной.

5 класс.мСообщества низкорослых, устойчивых к вытаптыванию и выпасу луговых видов. Распространены на пастбищах и на интенсивно вытаптываемых мес­тообитаниях — сельские школьные дворы, стадионы и др.

Основные виды: подорожник большой, горец птичий, лапчатка гусиная, клевер ползучий, одуванчик лекарственный, девясил британский, мятлик однолетний, хамомил-ля ароматная.

6 класс.мСообщества вырубок и гарей. Представляют собой первые стадии восстановления растительности после рубки леса или пожара.

Основные виды: иван-чай, малина, бузина черная, бузина красная, лопух дубравный, вейник наземный, зверобой волосистый, земляника лесная.

Покрытие – процент площади, покрываемой надземными частями растений. Процент площади, занятой основаниями растений – истинное покрытие, верхними частями – проективное. Проективное покрытие – обязательный показатель при изучении напочвенного покрова. При изучении древесно-кустарниковых ярусов синонимом пр. покр. служит сомкнутость –отношение площади проекций крон к площади занимаемого участка; в отличие от пр. покр. сомкнутость измеряется в долях от единицы. Истинное пр. покр. для древостоя – сумма площадей поперечного сечения стволов и полнота, определяется расчетным путем по данным перечета древостоя.

Биомасса – общие запасы органического вещества, накопленные к моменту учета. Выражаются в массе абсолютно-сухого, воздушно-сухого или сырого вещества. Биомасса растений – растительная масса, фитомасса; биомасса животных – зоомасса. Биомасса, ее фракционная структура, скорость накопления (продукция – прирост биомассы за определенный промежуток времени) являются важнейшими – интегральными, показателями жизнедеятельности организмов. Они дают возможность оценить роль каждого фактора и популяции в формировании биогеоценоза, оценить запасы биологических и пищевых ресурсов, сделать кратко- и долгосрочные прогнозы развития сообществ, предсказать пути их трансформации и разработать мероприятия по охране и рациональному использованию любого из ресурсов.

При экологических исследованиях очень важна и хозяйственная оценка исследуемых территорий: запасы древесины, лекарственного сырья, пищевых и промысловых ресурсов.

В целом же часто необходимо сочетание всех перечисленных методов.

Древостой. На временных пробных площадях жизненное состояние растений и особенности ярусов (древостоя, подроста, кустарников, трав), описываются глазомерно; замеры диаметров (перечет) у деревьев ведутся с точностью до 4 см, высоты измеряются у 20-30 деревьев. На постоянных пробных площадях каждому дереву присваивается порядковый номер и у диаметр измеряется с точностью до 0, 1 см, указывается категория, отражающая жизненное и качественное состояние дерева.

Например, по следующей шкале:

I А – господствуют в первом ярусе, лучшие по развитию, с прямыми ровными, хорошо очищенными от сучьев стволами;

I Б – растут в первом ярусе, хорошего развития, здоровые, но могут иметь незначительные изъяны ствола;

II А – растут в первом и втором ярусах, здоровые, но отстают в росте или, в силу своей молодости, еще не вышли в класс господствующих;

II Б – здоровые, с сильно развитыми кронами, суковатыми стволами;

III А – перестойные, но без признаков усыхания; самые большие;

III Б – фаутные, сомнительной жизнеспособности, усыхающие.

Для более полной информации о развитии древостоя проводится анализ хода роста модельных деревьев главной породы, определяется возраст.

Подрост выше 2 м на пробных площадях учитывается полностью. Он разбивается по группам высот с градацией 0, 25 или 0, 5 м. Одновременно с перечетом указываются порода и жизненное состояние растущих особей.

• очень хорошей жизненности – деревце густооблиствено (густоохвоено), прирост в высоту максимальный для данной группы высот, стволик без изъянов, кора гладкая;
• жизнеспособный (благонадежный) – деревце здоровое, нормально развито, но могут быть небольшие изъяны у стволика: смены вершинок, кривизна; прирост побегов снижен, кора гладкая;
• сомнительной жизненности – деревце сильно угнетено, прирост по высоте очень слабый или отсутствует, кроны редкие, нередко состоят из 1-2 ветвей; много сухих побегов, частые смены вершинок, кора шершавая;
• нежизнеспособный (неблагонадежный) – прироста текущего года нет, живые ветви единичны, вершинки усохшие, кора шершавая, отслаивается.

Для всех пород отбираются модельные деревца – по одному для каждой группы высот. У них определяются возраст и приросты в высоту по годам за последние пять лет, измеряются диаметры стволика на уровне шейки корня и на высоте 1, 3 м, высота стволика и диаметр кроны.

Для подлеска (кустарников) определяются видовой состав, состояние и сомкнутость ценопопуляции каждого вида. Он разделяется на редкий (сомкнутость < 0, 3), средней густоты (0, 3-0, 5) и густой (сомкнутость > 0, 5). Для определения биометрических показателей в выделенных градациях у 50 особей всех видов измерялись длина и диаметр побегов на уровне шейки корня. У кустарников подсчитывалось количество побегов в кусте и у всех побегов измерялись диаметр и длина побега.

Подрост ниже 0, 25 м, всходы и самосев древесных и кустарниковых пород учитываются по площадкам 2х2 м. Учетные площадки закладываются на пробной площади равномерно по диагонали в верхнем правом (или левом) углу каждой 10-метровой клетки. На этих же площадках учитывается и возобновление лиан. Перечет самосева подроста и кустарников ведется по высоте с точностью до 5 см с указанием жизненности особей.

Напочвенный покров отличается большой неоднородностью структуры, особенно в северных лесах и редколесьях. Как фитоценоз может состоять из нескольких ярусов, так ярус напочвенного покрова – из нескольких подъярусов, образованных растениями разных жизненных форм: кустарничками, мхами, лишайниками, травами.

Травы, в свою очередь, можно разделить на группы: злаки и осоки, мелко- или низкотравье (высота до 15-20 см, разнотравье (травы средних размеров – до 50 см), крупнотравье (выше 50 см) и папоротники. Для каждой пробной площади составляется таблица со списком видов и показателями их численности отдельно для травяно-кустарничкового подъяруса и мохово-лишайникового подъяруса (покрова). Описание напочвенного покрова нередко выполняется одновременно с картированием микрогруппировок. Названия микрогруппировкам, как и всему ценозу, присваиваются по доминирующим видам и (или) группе видов со сходными экологией и жизненной формой. Например, " разнотравно-осоковая" означает, что в группировке высоко обилие смеси из разных трав среднего размера, но обилие осоки выше. Если проективное покрытие трав было ниже 60, но выше 40% – к названию добавлялось " разреженная", если ниже 40% – редкопокровная.

Планирование эксперимента при изучении лесных растительных сообществ