shkolageo.ru 1



Дендрофенологические исследования последствий


аномальных погодных условий лета и осени 2010 г.

( экологическая экспертиза )


Выполнил:

Белобровец Даниил Владимирович

ученик 6 «А» класса

Самарской государственной областной

Академии ( Наяновой )

Научный руководитель:

Куцева Ирина Константиновна,

преподаватель биологии

Самарской государственной областной

Академии ( Наяновой )


Самара, 2011г.


Оглавление

Стр.

1. Введение 3

2. Основная часть 4-11

2.1. Фенологическое развитие древесных

растений

2.2. Материалы и методы исследования

феноаномалий 2010г.

2.3. Описание сдвигов сезонного развития

растений, произрастающих на обследованной

территории и их взаимосвязь с аномальными

погодными условиями лета и осени 2010г.


3. Выводы 11

4. Заключение 11


5. Список литературы 11-12


6. Приложения 13-14


1.Введение.


Одно из ярких проявлений жизни растений в сезонном климате – это последовательная смена фенологического состояния, отражающего интенсивность ростовых процессов, в связи с закономерными изменениями окружающей среды.

Наука, синтезирующая в себе всю систему знаний о сезонном развитии природы получила название фенологии.

Факторы и закономерности, определяющие сроки наступления сезонных явлений изучает экологическая фенология.

В течении года, начиная с раскрывания почек, растение проходит следующие основные этапы - фенофазы: начало вегетации, цветение, плодоношение, окончание вегетации, покой. При необычных условиях внешней среды отдельные фенофазы годового цикла могут повторятся- вторичный рост побегов, цветение, плодоношение [11]. Эти феноаномалии неблагоприятны для растений и их дальнейшего развития и вегетации[8].


Ситуация. Осень 2010 года. У многих деревьев и кустарников, произрастающих на территории Ленинского района г. Самары наблюдались аномальные сроки наступления фенофаз набухания почек, образования годичных побегов и цветения.

Целью нашей работы явилось определение причин аномальных изменений очерёдности фаз сезонного развития древесных растений на обследованной территории.


Для реализации поставленной цели предполагалось решить ряд задач.

1.Ознакомиться с фенодендрологической литературой, необходимой для проведения экологической экспертизы.

2. Исследовать и определить видовой состав древесных насаждений.

3. Сделать экспертизу фенологического состояния деревьев и кустарников.

4.Выяснить причины и возможные последствия феноаномалий.

Новизна и научная ценность работы.

Несомненно, что аномальные погодные условия 2010 года и вызванные ими изменения в сезонном развитии растений будут изучены и получат объяснения в трудах фенологов. Но на данный момент таких исследований в доступной нам литературе мы не нашли. В классической фенологической литературе подобные явления отнесены к разряду крайне редких, и потому описаны недостаточно.

Практическое значение работы в том, что изучение и объяснение сезонных аномалий может уменьшить негативные последствия и сохранить городские зеленые насаждения.

Прикладное значение фенологических наблюдений становится еще более актуальным в условиях изменяющегося климата с резкими колебаниями местных погодных условий. Только ежегодные наблюдения за текущими сезонными процессами в конкретной местности дадут возможность проследить тенденции изменения природных процессов, что позволит грамотно планировать сроки проведения сезонно - зависимых работ. Вопросы, связанные с озеленением не могут быть успешно решены без фенологического компонента исследований.[2]



2.Основная часть.


2.1.Фенологическое развитие древесных растений.


Под фенологическим развитием растений понимают закономерное чередование и ежегодное повторение одних и тех же фенологических циклов (вегетации и покоя, роста побегов и его прекращения, цветения, созревания плодов и семян и др.), а в пределах циклов – последовательный ход наступления и прохождения фенологических фаз роста и развития. Фенологическая фаза(фенофаза) - это такой этап в годичном цикле развития растения в целом или его отдельных органов, который характеризуется чётко выраженным внешними морфологическими изменениями (появлением всходов, распусканием семядолей, набуханием и распусканием почек, развёртыванием листьев, началом и окончанием роста побегов, цветением и созреванием плодов, осенним расцвечиванием и опаданием листьев и др.). Календарное время наступления той или иной фенофазы называют фенодатой, а временной интервал между определёнными фенодатами составляет межфазный период, или фенологический цикл .[11]

В основе фенологического развития растений лежит наследственно закреплённая ритмичность и периодичность физиологических процессов , получившая название биологических, или физиологических часов. Однако динамика наступления фенофаз, сроки начала, окончания и продолжительность фенологических циклов у растений находятся под постоянным и мощным воздействием сезонных изменений географической среды(природы) и прежде всего сезонности климатических условий (закономерного чередования на Земле сезонов с различной продолжительностью дня и ночи, тёплых и холодных, дождливых и сухих), приспосабливаясь к которым растения существенно изменяют ритмику процессов роста и развития, своё фенологическое состояние. В теплые или дождливые сезоны растения вегетируют, в холодные или сухие впадают в покой. Под влиянием сезонных изменений погодных условий у растений резко изменяется динамика их ростовых процессов. Поэтому фенологическое развитие растений понимают как их сезонное развитие .


Раздел фенологии, изучающий сезонное развитие растений и образуемых ими сообществ, определяют как фитофенологию, а раздел о сезонном развитии древесных растений и их сообществ- как дендрофенологию.[11]

В нашей работе мы руководствовались программой фенологических наблюдений над древесными растениями, в частности, той ее частью, которая касается развития побегов из почек.

Наблюдения за вегетативными побегами.

Растение в состоянии покоя, почки не имеют признаков роста (Пбº). Рост вегетативных материнских почек: набухание почек (Пб¹),- почки увеличиваются в размере, появляются светлые просветы между чешуями, распускание почек(Пб²) - появляется конус зелёных листочков.

Рост и формирование побегов продолжения: начало(Пб³) и окончание(Пб ) роста побегов в длину, опробковение побегов у основания(Пб ) и по всей длине(Пб ).

Формирование и отмирание листьев: распускание листьев (Л¹), расцвечивание отмирающих листьев (Л³), опадание листьев (Л ).

Формирование почек возобновления: обособление на побегах почек в виде мелких зелёных бугорков(Пч²), опробковение с поверхности наружных чешуи почек (Пч³).

Наблюдение за генеративными и генеративно-ростовыми побегами. Генеративные почки находятся в состоянии покоя (почки не имеют признаков роста) - (Ц°). Рост генеративных почек: набухание почек (Ц¹), распускание почек (Ц²).

Бутонизация и цветение: бутонизация (Ц³), начало цветения (Ц ), окончание цветения (Ц ).

Последовательность прохождения фенофаз вегетативными и генеративными побегами в целом соответствует последовательности, указанной выше. Исключение составляют следующие случаи.

1.У большинства видов древесных растений распускание и рост листьев происходят параллельно с ростом побегов; у представителей рода Сосна распускание молодой хвои начинается перед окончанием их роста.

2.Обособление и последующее формирование материнских почек происходят в период роста побегов, процессы формирования почек возобновления обычно завершаются после окончания роста побегов. У целого ряда древесных пород (кипариса, туи, платана, белой акации, актинидии) фенологические фазы формирования почек внешне не выражены.


3. Генеративные, а у таких родов древесных растений, как рябина, боярышник, калина, и генеративно - ростовые почки весной трогаются в рост раньше вегетативных. [9]


2.2. Материал и методы исследования.


Материалом для исследований послужили следующие виды деревьев и кустарников, прорастающих на территории Ленинского района г. Самары:


  • ель обыкновенная (Picea abies)

  • ель колючая (Picea pungens)

  • липа мелколистная, или сердцелистная (Tilia cordata)

- боярышник обыкновенный (Crataegus hippocastanum )

- робиния ложноакциевая, или белая акация (Robinia pseudoacacia)

- каштан конский (Aesculus hippocastanum)

- туя западная (Thuja occidentalis)

- береза повислая, или бородавчатая (Betula pendula)

  • берёза опущенная (Betula pubescens)

- лиственница европейская (Larix decidua)

- тополь чёрный (Populus nigra)

- клён ясенелистный, или американский (Acer negundo)

- клён остролистный, или платановидный (Acer platnoides)

- вяз шершавый (Ulmus scabra)

- ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior)

- рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia)

- яблоня ягодная (Malus baccata)

- сирень обыкновенная (Syringa vulgaris)

- спирея (Spirea sp.)

- снежноягодник белый (Simphocarpos alba)

- барбарис обыкновенный (Berberis vularis)

- чубушник венечный (Philadelphus coronarius)

- шиповник (Rosa rugosa) [10]

Исследовались зелёные насаждения общего пользования (скверы около Оперного театра и музея им. Алабина), ограниченного пользования (выборочно во дворах улиц Никитинской, Красноармейской, Льва Толстого, Арцыбушевской, Бр. Коростелевых ), специальные насаждения- посадки вдоль дорог по ул. Л.Толстого, Красноармейской, Арцыбушевской, Бр. Коростелёвых.


В нашей работе мы использовали два основных метода, рекомендуемых для феномониторинга в условиях урбанизированного ландшафта:

- классический метод фенологических наблюдений ( регистратор срока). Сущность его в нахождении даты наступления сезонного явления в данном месте.

- первичный описательный метод фенологических наблюдений. Он заключается в том, что фенологическое состояние объекта с его помощью характеризуется без каких- либо подсчётов. [1]

Регистрируемые явления – фенофазы развития вегетативных и генеративных органов фотографировали и делали записи в дневнике наблюдений.

Наблюдения проводились в течении 3-х месяцев (сент.,окт.,нояб. 2010 года).


2.3. Описание сдвигов сезонного развития растений, произрастающих на обследованной территории и их взаимосвязь с аномальными погодными условиями лета и осени 2010 г.


Фитофенология дает подробное описание состояния деревьев и кустарников в летний и осенний периоды.

Летом большинство древесных растений пребывает в фазе роста побегов.

Раннее лето (с 0.7.06 до 27.06), среднесуточная температура + 15°С… + 20°С.

Вегетативный цикл: ростовые процессы замедлены, листва деревьев и кустарников полностью развернута, идет рост побегов; в генеративном цикле - цветение.

Полное лето(28.06-25.07) среднесуточная температура +18°С.

Вегетативный цикл: все виды в фазе летней вегетации, признаков отмирания нет, летняя «стагнация»

Спад лета (5.08- 22.08). Среднесуточная температура +15°С

Первые признаки завершения вегетации растений. Вегетативный цикл: появляются первые признаки отмирания. Единичные желтые листья в кронах берёз незаметны на зелёном фоне.

Осень имеет 3 фенологических подсезона.

Ранняя осень (17.08-09.09). Среднесуточная температура +10°С … +15°С. 50% деревьев и кустарников имеют признаки отмирания.


Золотая осень (10.09-30.09). Среднесуточная температура +5°С… +10°С. Первые заморозки .

Окончание периода активной вегетации. Более 50% листопадных деревьев имеют осеннюю окраску.

Поздняя осень 0.1 10 – 15.10 среднесуточная температура +5°С.

Основной процесс- листопад. Процессы отмирания практически завершены. Кроны деревьев и кустарников голые. Редкие зелёные пятна - сирень и калина, коричневые - берёза, рябина, жёлтые - ива, малина.

Предзимье 16.10-30.10 среднесуточная ≈ 0°С, у хвойных растений - зимний облик (побуревшая и поблекшая хвоя). [1]

Такие явления ежегодно наблюдаются в природе у древесных растений. Но лето и осень 2010 года характеризуются аномально высокими температурами воздуха, отсутствием осадков летом.

Воспользовавшись данными с сайта www/gi smeteo.ru, мы составили графики среднесуточных температур лета и осени 2010г.(см. Приложение 1)

Дожди в мае были 2, 26, 28 и 29, в июне - 14 июня (гроза), в июле осадков не выпадало, в августе - 25 августа, в сентябре - 5 и 23 сентября, в октябре - 13, 14, 21, 22, 28 октября . Такие погодные условия называются засухой. Засуха считается биогидрометеологическим явлением, заключающемся в резком нарушении соответствия между притоком влаги к растениям и её расходом. Формирование засухи на территории России связано с циркуляцией атмосферы, приводящий к установлению длительного периода антициклонической погоды.

Летняя атмосферно-почвенная засуха отличается высокой температурой, суховеями, вызывающими повышенное испарение воды из почвы и транспирацию растений. [3]

Как известно, с водой поступают и перемещаются по растению питательные вещества, а при испарении стабилизируется температура растения. Когда влаги становится мало возникают серьёзные физиологические расстройства. Большинство растений средней полосы не имеют дополнительных приспособлений для получения труднодоступной влаги. В первую очередь замедляется рост, подавляется интенсивность фотосинтеза. В результате растение не способно накапливать пластические вещества, необходимые для роста, закладки почек на будущий год, успешной перезимовки. В жару процессы распада преобладают над процессами синтеза, при этом образуются ядовитые вещества. Для растений средней полосы оптимальная температура не превышает +28°С, при +35.. +40°С происходит угнетение физиологических процессов, а при +50°С - отмирание тканей.[12]


Особенно страдают от жары растения в городе. Даже в обычные в температурном отношении периоды, города по условиям увлажнения сравнивают с полупустынями и даже пустынями. Покрытие асфальтом делает воздух сухим, относительная влажность воздуха в городе составляет 20-22%, это условия атмосферной засухи. Кроме того растения в городе растут изолированно (в естественной обстановке - кроны сомкнуты и создаётся микроклимат с повышенной влажностью). [2]

В конце июля 2010 у некоторых древесных растений начался листопад(берёза, липа, клён, каштан). Так растения пытались спастись от недостатка влаги. По словам Сергея Саксонова, заместителя директора Института экологии Волжского бассейна РАН «почва абсолютно пересохла, сухость воздуха не позволяет формироваться умеренной росе, которая способна хоть немного компенсировать затраты влаги, которые переносят растения ».

Фенологи отмечают, что после сухого и жаркого лета, сдерживающего рост деревьев, часто выпадают обильные осадки, вследствие чего деревья могут дать вспышку роста и затянуть его. При сильной затяжке роста побеги плохо подготавливаются к зиме, не вызревают и зимой вымерзают.[4]

Осенняя погода так же была аномальной, среднесуточная температура сентября и октября была выше нормы. Дожди в октябре и повышенная температура воздуха спровоцировали начало вегетации растений .Осенью растения вступают в фазу покоя, сбрасывают листья, вступают в завершение процесса одревеснения побегов.

В соответствии с природным циклом растения должны пройти две стадии закаливания, вторая при температурах -1°С… -5°С [12]. Вторая стадия не могла начаться из-за аномально тёплой осени, поэтому растения выходили из состояния покоя и начиналось набухание почек. Набухание почек обычно происходит в тот момент, когда температурный градиент переходит «плюс 5°С».Из-за теплой погоды деревья и кустарники вынуждено выходят из состояния покоя. Проснулись почки и образовались годичные побеги у березы повислой (Betula pendula), каштана ( Aesculus hippocastanum ), ели обыкновенной ( Picea abies ), лиственицы европейской (Larix decidua ), тополя чёрного ( Populs nigra ), барбариса обыкновенного ( Berberis vularis ), липы ( Tilia cordata ), чубушника венечного ( Philadhus coronarius), робинии ( Robinia pseudoacacia ).


Образовавшимся побегам для полного формирования, обособления почек возобновления, опробкования наружных чешуек почек нужно от 5 до 6 недель. Поэтому нормальная сезонная вегетация у таких деревьев и кустарников не завершалась, питательные вещества, предназначенные для зимовки частично были израсходованы.

Нами было замечено, что частота встречаемости аномалий зависит от того, к какой категории относятся зелёные насаждения. Меньше всего пострадали деревья и кустарники территорий ограниченного пользования (во дворах, на территории школ, больниц). Это связано с определённым микроклиматом, и с тем, что на этих территориях осуществлялся полив растений. В парках (садики Оперного театра), где кроны деревьев сомкнуты, а следовательно и влажность выше, растения с годичными осенними побегами встречаются реже. Кроме того, деревья получали некоторую влагу при поливе цветочных клумб.

Самым неблагоприятным местом для растений оказались территории вдоль дорог. Деревья около автострад окружены асфальтом. Температура воздуха на уровне крон по литературным данным [3] может достигать 40-45°С. В результате каштаны, липы раньше сбросили листья , по нашим подсчётам примерно 2/3 деревьев. Но это не самое страшное. Древесина у деревьев из-за жары сформировалась раньше времени, почки тоже, что и спровоцировало набухание почек возобновления и рост годичных побегов.

Для хвойных растений последовательность прохождения фенофаз такая: 1) набухание вегетативных почек 2) разверзание почек 3) начало обособления хвои 4) завершение роста годичных побегов 5) начало одревеснения побегов 6) обособление верхушечной зимующей почки 7) окончание роста побегов 8) полное одревеснение 9) расцвечивание и опад хвои [6].

Наиболее стойкой оказалась туя западная, и хотя нами не отмечен вегетативный рост побегов, в кроне огромное количество шишек, а это свидетельство влияния неблагоприятных условий на растения. Декоративный эффект таких растений снижен. Считается , что ель колючая менее капризна. Но у растений, растущих в окружении асфальта, проснулись верхушечные почки. У растений ели обыкновенной, растущих вдоль дороги по ул. Рабочей, наблюдалось начало обособления хвои из верхушечных почек. Больше всего из хвойных пострадали лиственницы – начался рост побегов из боковых и верхушечной почки. Этому способствовало и местоположение деревьев – аллея вдоль асфальтового покрытия площади Куйбышева.


В целом, по визуальным наблюдениям , больше всего пострадали берёза, липа, каштан, а это главные породы, назначением которых является выполнение средообразующих, санитарно-гигиенических функций. Сокращение их количества ведёт к прямому ухудшению условий жизни человека в городе.

Пострадали даже отдельные деревья, пожалуй, самого пластичного в этом отношении, тополя чёрного: набухли почки и появился конус зелёных листочков.

По нашим наблюдениям самыми стойкими оказались боярышник, яблоня , рябина, клён ясенелистный, вяз шершавый , ясень обыкновенный , сирень, снежноягодник, шиповник. На наш взгляд, одним из вероятных объяснений стойкости к аномальным условиям у рябины и боярышника может являться тот факт, что у них вегетативные почки трогаются в рост позже генеративных.

Одной из видимых причин неодинаковой реакции на аномальные условия является западноевропейское происхождение (клён, липа) деревьев, которые нуждаются в повышенной влажности почв.

Из газетных сообщений и интернета известно о повторном цветении некоторых растений во многих городах России. Нами зарегистрировано повторное цветение в октябре 2010 робинии (на пересечении улиц Л. Толстого и Арцыбушевской, во дворах улиц Рабочей и Никитинской).

Вторичное цветение растений – одно из наиболее заметных и потому давно отмечаемых фенологических наблюдений (известно явление со средних веков). Иногда у растений происходит вторичное цветение – преждевременное зацветание в конце лета или осенью цветков, заложенных в почках для будущего года (ива козья, конский каштан, слива, вишня, яблоня).

Вторичному цветению способствует очень сухое лето, а затем тёплая дождливая погода. Учёные объясняют это тем, что период осеннего похолодания наступил, но минусовых температур не было, поэтому обманутые осенью растения зацветают.

Считается, что цветение даже одиночных почек ослабляет растение, т.к. не даёт полноценно подготовиться к зиме [5].


В начале ноября мы зарегистрировали цветение травянистых растений – календулы и маргаритки.

Таким образом, информация, собранная нами в ходе экологической экспертизы и по литературным данным, позволяет считать отклонения в сезонном развитии растений следствием аномальных погодных условий. Но есть ещё одна важная причина этого – отсутствие хозяйственно-административных защитных мероприятий по сохранению деревьев в городе. Поливальные машины появились на пешеходной части ул. Ленинградской в конце лета, когда уже осыпалась большая часть листьев у каштана конского. Вероятно, с этим и связано появление на нём в октябре годичных побегов.

Можно предположить, что вторичное развитие деревьев не дало им возможности нормально подготовиться к зиме, частично погибли почки возобновления, и растения будут ослаблены к началу «законной» весенней вегетации.

Подытоживая вышеизложенное, необходимо выделить 3 основных этапа проведенной нами экологической экспертизы.

Первый этап – исследовательский, включивший постановку проблемы, выбор методики и проведение дендрофенонаблюдений.

Второй этап – аналитический, в ходе которого нами проанализированы изменения в сезонном развитии растений, их зависимость от абиотических

( температура воздуха ) и антропогенных факторов, сделан прогноз возможных последствий.


Прогноз последствий дендрофеноаномалий.


Элементы городских Факторы Возможные


экосистем последствия



естественные:

температура


антропогенные:

отсутствие защитных

мероприятий по

сохранению деревьев

в городе.













Гибель почек

Деревья и возобновления

кустарники

ослабление

растений к

началу весенней

вегетации.


- отрицательное воздействие

Третий этап – проектный, предполагает разработку предложений по изменению возникших ситуаций или их предупреждению.

Мы не можем изменить или устранить отрицательное влияние абиотического фактора – температуры, связанного с изменениями климата, но можем снизить негативные влияния антропогенных факторов. Поэтому наши рекомендации сводятся к необходимости обратить внимание административно-хозяйственного аппарата на обеспечение полива древесных насаждений. Думаем, что и сами жители должны принять участие в спасении деревьев и кустарников вокруг своих домов, ведь от состояния зеленых насаждений напрямую зависит здоровье и жизнь человека в городе.


3.Выводы.


Проведенная дендрофенологическая экспертиза 23 видов деревьев и кустарников позволила сделать следующие выводы :

1.Сдвиг в последовательности фенофаз роста и развития древесных растений произошёл вследствие аномальных погодных условий лета и осени 2010 года.

2.Феноаномалии ( вторичное распускание почек, рост побегов ) наблюдались у главных пород городских насаждений, таких как липа, береза, каштан, ель. Наиболее стойкими оказались рябина, боярышник, яблоня, клен ясенелистный, ясень, вяз.

3.Частота встречаемости феноаномалий зависит от места произрастания : наиболее уязвимыми оказались растения, растущие вдоль дорог и в окружении асфальтового покрытия.


4.На территориях ограниченного пользования, где осуществлялся полив деревьев и кустарников, аномалий вегетативного роста практически не выявлено.


4.Заключение.


В 2008 году впервые был опубликован Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации, в котором, в частности, указывается на «увеличение повторяемости засух (в первую очередь, почвенных)» [7].

В этих условиях особую значимость приобретают фенологические наблюдения в практике озеленения городов. Важно знать, какова чувствительность растений и возможности их адаптации к меняющемуся климату. Эти знания необходимы не только при подборе растений для озеленения и оценки их эстетических и санитарно-гигиенических свойств, но и для проведения мероприятий, обеспечивающих появление биологической устойчивости городских насаждений.


5.Список литературы.


1. Булыгин Н.Е. Фенологические наблюдения над древесными растениями. Пособие по проведению учебно- научных исследований. – Л.: ЛТА, 1979, 96 с.

2. Бухвалов В.А., Богданова Л.В. Экологическая экспертиза. – М.: Варяг, 1995, 190 с.

3. Грингоф И.Г., Пасечнюк А.Д. Агрометеорология и агрометеорологические наблюдения. – СПб.: Гидрометеоиздат, 2005, 552с.

4. Елагин И.Н. Времена года в лесах Росси. – Новосибирск: Наука, 1994, 216 с.

5. Куприянова М.К. Сезонные наблюдения в природе: методическое пособие для учителей. – Екатеринбург, 1992.

6. Минин А.А. Фенология Русской равнины. – М.: АВГ/АБФ, 2000, 160 с.

7. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. т.2, 2008.

8. Серебряков И.Г. Соотношение внешних и внутренних факторов в годичном ритме развития растений. // Ботанический журнал, 1996, т.51.

9. Серебряков И.Г. Экологическая морфология вегетативных органов растений. – М., 1962.

10. Федоров А.А., Кирпичников М.Э. Атлас по описательной морфологии растений. – М.: АН.СССР, 1962.


6.Приложения.


гистограмма среднесуточных температур