Тема 1. Знакомство с задачами летней учебной практики. Изучение правил работы с гербарием и важнейших методик геоботанических обследований.

Место проведения практики: аудитория 205. Распределение времени: 7 часов – изучение теоретического материала.

Форма отчетности: дневник.

Задания:

1. Изучить правила: сбора, засушивания растений в бумаге, в песке; монтировки гербария, снаряжения и оборудования. Законспектировать.

2. Ознакомиться со списком латинских названий, выучить и сдать зачет (120 видов, см. приложение 4).

3. Ознакомиться с методиками эколого-геоботанического профилирования и картографирования территории.

4. Ознакомиться с методиками анализа геоботанических описаний (обработка по экологическим шкалам).

Ход работы

Задание 1

Значение гербария. Гербарий необходим для знакомства с большим разнообразием культурной и дикорастущей флоры. Гербарный материал в дальнейшем используется на лабораторных занятиях при оформлении стендов и т. д. Большое познавательное значение имеют тематические гербарии, например, «Лекарственные растения», «Сорные растения полей и огородов», «Охраняемые растения».

Экскурсионное снаряжение и оборудование. Перед началом практики группа делится на звенья из 2 – 5 человек. Каждому звену необходим комплект специального оборудования (рисунок 1):

1. копалка для извлечения подземных органов растений из почвы;

2. ботаническая папка, заблаговременно заправленная газетной бумагой, «рубашками», в необходимом количестве;

3. ботанизирка или полиэтиленовый мешочек, в которые укладывают растения, предназначенные для морфологического описания и определения в лаборатории;

4. небольшой блокнот для черновых этикеток;

5. тетрадь с твердой обложкой для записей в полевых условиях – полевой дневник;

6. карманная лупа, перочинный нож, хорошо очиненный простой карандаш.

Для последующей лабораторной обработки собранного материала необходимы: ботанический пресс, пинцет, препаровальные иглы, штативная лупа, коробки для хранения гербария.

Правила сбора растений в природе.

1. В гербарий следует брать сорняки, отдельные побеги кустарников, деревьев и других растений, в изобилии встречающихся в районе практики, а также растения, выращенные на ботаническом участке.

2. Растения для гербария собирают в любое время дня, обычно в сухую погоду, так как растения, собранные в сырую погоду, быстро темнеют.

3. Для гербария берут неповрежденные цветущие растения с подземными органами, не обрывая остатков прошлогодних побегов, пожелтевших листьев. У древесных растений срезают отдельные побеги.

4. Подземные органы растений осторожно освобождают от почвы. Толстые корни или корневища разрезают вдоль, оставляя лишь половину.

5. Выкопанное и освобожденное от почвы растение закладывают в «рубашку». Растение аккуратно укладывают на правой стороне «рубашки» (один лист и цветок переворачивают обратной стороной), затем вкладывают этикетку. Прикрывают растение левой стороной «рубашки», подводя ее под отворот правой (заложенные растения не должны выходить за пределы «рубашки»). Папку затягивают шнуром.

Рисунок 1 – Экскурсионное снаряжение и оборудование для обработки собранного материала: 1 - копалка; 2 - полиэтиленовый мешок; 3 - папка, заправленная «рубашками»; 4 - пресс с заложенными в него для сушки растениями; 5 - штативная лупа; 6 - пинцет; 7 - препаровальная игла; 8 - коробка для хранения гербария.

6. В «рубашку» помещают растения одного вида. Для морфологического описания и определения растения помещают в ботанизирку или полиэтиленовый мешок, а после экскурсии сразу ставят в банку с водой.

7. После определения растения в этикетку заносят род, вид и семейство, к которому они принадлежат на латинском и русском языках (рисунок 2).

Кроме того в этикетке указывают:

1. местонахождение растения (географический пункт, где собрано);

2. местообитание, т. е. растительное сообщество, из которого взято растение (лес, луг и т. д.);

3. фамилия лица, собравшего растение;

4. дата сбора.

Редкие растения не гербаризируют, сохраняют и описывают на месте произрастания.

Засушивание растений в бумаге

Растения, собранные на экскурсии, в лаборатории перекладывают из папки в ботанический пресс, еще раз расправляя их. При налегании листьев друг на друга между ними делают прокладки из кусочков бумаги. Все растение в новую «рубашку» перекладывать не рекомендуется. Между «рубашками» с растениями делают прокладки из «рубашек» без растений.

Для ускорения сушки в один пресс вкладывают не более 15 – 20 «рубашек» с растениями. Сочные растения не рекомендуется сушить в общем прессе. Пресс с растениями туго затягивают и подвешивают в хорошо проветриваемом и солнечном месте. После захода солнца пресс переносят в закрытое помещение, ставят на ребро. Ежедневно растения просматривают и меняют газеты. Влажные газеты просушивают и использую вновь. В теплую солнечную погоду растения высыхают быстро, становятся хрупкими, поэтому их вынимают из пресса и откладывают в папку – они готовы к монтировке на гербарный лист.

Засушивание растений в песке

В песке сушат не все растения, а лишь отдельные части: цветки, соцветия, плоды. Преимущество этого способа в том, что сохраняется окраска и объемная форма частей растения.

Монтировка гербария

Студенты собирают два гербария: систематический и морфологический. Систематический гербарий монтируют на листе формата А4 (29 х 21 см). Со всех сторон листа выполняют рамку по 5 мм. В правом нижнем углу выполняют рамку шириной 8 см и высотой 10 см. Морфологический гербарий выполняют на листе формата А3 (28 х 42 см).

Систематический гербарий монтируют на одном гербарном листе один или несколько экземпляров одного вида (рисунок 2). Растения пришивают белыми или зелеными нитками, делая 2 – 3 стяжка, каждый узел отдельно. Заклеивают узлы небольшими полосками белой бумаги. Край больших листьев приклеивают клеем ПВА.

Рисунок 2 – Оформление систематического гербария (на листе формата А4)

Морфологический гербарий

Образцы монтируют на одном листе, согласно тематике (рисунок 3). Например, типы корневых систем (стержневая, мочковатая двудольных; мочковатая однодольных; смешанная). Образцы приклеивают клеем ПВА. Заголовок и этикетку согласно тематике выполняют на отдельных полосках бумаги на компьютере.

Список морфологического гербария в приложении 1, список систематического гербария в приложении 2, схема описания растений в приложении 3, список латинских наименований в приложении 4.

Хранение и систематизация гербария

Гербарий хранят в сухом помещении, в специальных картонных коробках (45 – 50 см длиной, 30 – 35 см шириной и 28 – 30 см высотой) с открывающимися передними стенками (рисунок 1). Для предохранения от насекомых гербарий пересыпают нафталином или дезинфицируют парами сероуглерода (в вытяжном шкафу).

Гербарные листы, по мере их накопления, систематизируют: по группам растений (отделы, семейства, роды, виды); по морфологическим темам (типы корневых систем, разнообразие побегов, листьев, типы соцветий, плоды и т. д.); по растительным сообществам (растения суходольного луга, прибрежные растения и др.). Гербарный материал по каждому отделу или теме хранят в отдельной папке с заглавием на обложке.

Рисунок 3 – Оформление морфологического гербария (на листе формата А3)

Задание 2.

Список латинских названий, приведенный в приложении 4, следует выучить и сдать в индивидуальном порядке к моменту получения зачета по летней практике.

Задание 3.

Знакомство с методиками оценки обилия видов.

Характеристику травяно-кустарничкового яруса в лесу и на болоте или травяного на лугу начинают с определения общего проективного покрытия – горизонтальной проекции надземных частей растений на поверхность почвы. В данном случае визуально учитывается отношение проекций растений (за вычетом просветов между листьями и ветвями) к общей площади, принимаемой за 100%. Точность учета проективного покрытия может быть значительно увеличена путем дробления пробной площади на более мелкие участки: в каждом полученном квадрате покрытие учитывается отдельно, а затем определяется среднее значение.

Рисунок 4. Сетка Раменского

С этой же целью геоботаниками применяется так называемая сетка Раменского (рисунок 4), представляющая собой небольшую пластинку, в которой вырезано прямоугольное отверстие размером 2 х 5 или 3 х 7,5 см. Отверстие делят белой ниткой или тонкой проволокой на 10 квадратных клеток (ячеек) по 1 или 1,5 см² каждая. Держа сеточку на уровне груди смотрят через неё по вертикали вниз на травостой и сравнивают густоту заполнения растениями квадратов сеточки с фотоэталонами (рисунок 5).

Рисунок 5. Эталоны градаций проективного покрытия (в процентах) травостоя, рассматриваемого в сетку Раменского

При одинаковом проективном покрытии может сильно варьировать задернованность (рисунок 6). Глазомерным способом истинное покрытие определяют, раздвигая травостой руками. Для получения более точных значений используется линейка длиной 1 м, которая кладется на поверхность почвы. Вдоль нее проводится измерение всех попадающих на линию оснований растений в сантиметрах, что и соответствует в данном случае проценту покрытия. Несколько таких измерений дают возможность рассчитать среднюю величину истинного покрытия.

Кроме проективного и истинного покрытий растений определяется аспект, представляющий собой внешний вид (физиономичность) сообщества. При этом указываются окраска и перечень растений, его образующих. Например: аспект зеленый с белыми пятнами цветущего майника; аспект желтый лютика едкого и т.п.

Рисунок 6. Площадь основания стеблей и проективное покрытие: наружные круги (пунктир) – максимальное покрытие листьями, внутренние (сплошная линия) – основания растений

На следующем этапе проводится выявление флористического состава пробной площади. Составление списка видов лучше всего начинать с какого-нибудь одного угла площадки, записывая сначала все растения, попадающие в поле зрения. Далее, медленно передвигаясь по сторонам квадрата, список дополняют новыми видами и только после этого пересекают пробную площадь по диагонали. Многие растения возможно обнаружить лишь при раздвигании травостоя руками и осмотре самых скрытых уголков.

После того, как составление списка видов в целом завершено, можно заняться их отнесением к тому или иному подъярусу. Когда отдельные ярусы хорошо дифференцированы друг от друга, их нумеруют от высшего к низшему и для каждого указывают господствующие виды и высоты развития. Если выделение ярусной структуры затруднительно, то лучше ограничиться только указанием высоты растений и верхнего уровня наиболее густой фитомассы.

Степень участия отдельных видов в травостое определяется методами учета их относительного обилия. Наиболее распространенным из таких методов является использование шкалы Друде (таблица 1), в которой различные степени обилия обозначаются баллами на основе величин наименьших расстояний между особями вида и их встречаемости.

Баллами Сор (copiosae) при этом обозначаются обильные растения, среднее наименьшее расстояние между особями составляет не более 100 см. Вследствие этого растения обладают и высокой встречаемостью – не ниже 75%. Растения крупных и средних размеров при этом обычно играют значительную роль в общем облике (физиономии) фитоценоза или отдельного яруса, становясь фоновыми. В пределах этого балла различаются три ступени:

сор3 – очень обильные, среднее наименьшее расстояние – не более 20 см. Встречаемость, как правило, 100%. Такие растения обычно (за исключением очень мелких растений) образуют основной фон растительности или отдельного яруса;

сор2 – обильные, среднее наименьшее расстояние – от 20 до 40 см. Встречаемость иногда (при несколько неравномерном распределении) бывает немного ниже 100%. Такие растения часто, особенно при отсутствии других, более или столь же обильных, но более крупных, играют основную или значительную роль в физиономии участка ассоциации, создавая сплошной фон;

Таблица 1 - Шкала оценок обилия по Друде (с дополнениями А.А. Уранова)

Обозначение обилия по Друде	Характеристика обилия	Среднее наименьшее расстояние между особями (счетными единицами) вида, см
сор3 (copiosae3)	очень обильно	не более 20
сор2 (copiosae2)	довольно обильно	20–40
cop1 (copiosae1)	обильно	40–100
sp (sparsae)	рассеянно	100–150
sol (solitariae)	единично	более 150

cop1 – довольно обильные, среднее наименьшее расстояние от 40 до 100 см. Встречаемость обычно не падает ниже 75%. Фона такие растения не составляют, но могут существенно влиять на облик растительности, представляя многочисленные вкрапления в массу травостоя, особенно заметные при специфической форме роста или крупных размерах особей.

Баллом Sp (sparsae) отмечаются рассеянные растения, среднее наименьшее расстояние между которыми составляет 1–1,5 м. Встречаются они почти на каждых 1–2 шагах, но фона, как правило, не образуют (за исключением очень крупных растений) и физиономическое значение в травостое имеют только в случае заметного контраста с другими.

Единичные растения обозначаются баллом Sol (solitariae). Они далеко отстоят друг от друга – наименьшее расстояние – всегда более 1,5 м. Встречаемость низкая, не выше 40%. Фонового значения эти растения не имеют, хотя иногда, отличаясь формой роста, яркой окраской и величиной, являются довольно заметными среди остальных.

В случае колебания обилия между двумя ступенями иногда применяют комбинированные оценки, например sol–sp, sp–сop1 и т.д.

Геоботаническое профилирование территории. Одной из важнейших целей, преследуемых учебной геоботанической практикой, является ознакомление учащихся с закономерностями размещения растительных сообществ в пространстве в зависимости от условий местообитания. Такие наглядные данные, демонстрирующие взаимоотношения между растительностью и средой, можно получить при сопоставлении фитоценозов и их характерных признаков (в частности, спектры жизненных форм и экологических групп видов, особенности вертикальной и горизонтальной структур сообществ и т.п.) с экологическими факторами местообитаний, для чего целесообразно заложить комплексный геоботанический профиль, пересекающий основные элементы рельефа территории.

Геоботаническое профилирование, во-первых, облегчает возможность сравнения описываемых фитоценозов с целью выяснения ведущих факторов среды, а во-вторых, помогает воспринимать каждый описываемый фитоценоз не изолированно от соседнего, а во взаимосвязи с другими.

При заложении профиля на конкретной территории необходимо стремиться к тому, чтобы он охватывал участки от поймы реки до водораздельной поверхности и пересекал с одной стороны разнообразные, а с другой – контрастные элементы рельефа (например, склоны пологие или крутые, северной или южной экспозиции). В этом случае выявятся закономерности размещения сообществ на водораздельных пространствах, террасах и речных долинах, включая интразональные и экстразональные явления. Предварительно профиль можно наметить, основываясь на изучении топографических карт.

Рабочая длина профиля не должна превышать 3 км, составляя в среднем 1,5–2 км. Для учебных целей вполне подходит такая точность заложения профиля, при которой расстояния промеряются шагами на местности, а затем, зная длину шага, переводятся в метры.

Профильный ход это не линия, а полоса шириной 5–10 (до 20) м. В районах, где господствует древесная и кустарниковая растительность, целесообразно определять ширину полосы в 20 м, что соответствует размерам пробных площадей в этих типах растительности (20 х 20 м). Профиль картируется в определенном масштабе на миллиметровой бумаге.

Работа на профиле осуществляется в два этапа. На первом осуществляется рекогносцировочный ход по линии профиля (в соответствии с азимутом). На местности фиксируются растительные сообщества с установлением их границ и измерением протяженности. Для этого два человека определяют направление профиля, а два других – измеряют и фиксируют протяженность отдельных растительных сообществ. Все остальные члены группы следят за сменой границ фитоценозов. Каждому выделенному контуру присваивается порядковый номер 1, 2, 3 и т.д. соответственно, а в дневнике делается запись о его протяженности и, по-возможности, краткая характеристика. Пройдя 500–600 метров необходимо в соответствующем масштабе (наиболее приемлемым для наших целей является масштаб 1:1000 – 1:5000, т.е. в 1 см – 10–50 м) перенести границы выделенных фитоценозов на заранее проведенную линию профиля на топографической карте или (при отсутствии такой карты) на миллиметровой бумаге. В последнем случае стрелкой необходимо также указывать и направление профиля (например, ЮЮЗ → ССВ: «с юго-юго-запада на северо-северо-восток»).

Для выполнения второго этапа работ, заключающегося в детальном описании выделенных растительных сообществ, участники разбиваются на звенья по 2–3 человека (в зависимости от их общего числа в группе). После этого каждой группе отводится определенное количество выделенных фитоценозов, в пределах которых необходимо сделать полные геоботанические описания (необходимо следить за тем, чтобы пробные площади закладывались в наиболее типичных местах и подальше от выявленных границ между сообществами). Результатами этого заключительного этапа полевой работы являются заполненные согласно вышеизложенной методике бланки описаний для всех выделенных фитоценозов и нанесенные на карту (схему профиля) точки расположения пробных площадей.

В дальнейшем все собранные материалы обрабатываются, систематизируются и оформляются в определенной последовательности в процессе камеральной работы. Начинать нужно с обработки геоботанических описаний. По доминирующим видам в каждом описании дается название ассоциации.

Присвоение названий ассоциациям. При этом удобнее всего пользоваться их русскими названиями, которые составляются по доминантам каждого яруса, начиная с древесного. Если в одном ярусе таких растений несколько, то в названии они соединяются дефисом (преобладающий ставится на последнее место). Так, например, ассоциация с господством в древостое дуба и несколько меньшим участием липы, с доминированием лещины обыкновенной в подлеске и сныти обыкновенной и осоки волосистой с преобладанием осоки – и в травяном покрове может быть названа липово-дубовой лещиновой снытево-волосистоосоковой.

В названиях травянистых ассоциаций при таком способе наименования обычно не учитывается принадлежность доминантов к выделенным подъярусам, поэтому все они соединяются дефисом в таком порядке, при котором доминант с наибольшим обилием ставится на последнее место. Например, луговая ассоциация с доминированием щучки, лютика едкого и осоки заячьей с явным преобладанием щучки может быть названа осоково-лютиково-щучковой. При господстве в травостое одного вида злака (например, мятлика лугового), отсутствии осок, малочисленности представителей бобовых и невозможности выявления среди видов разнотравья доминантов, хотя в совокупности они играют значительную роль в фитоценозе, сообщество следует отнести к разнотравно-луговомятликовой ассоциации.

Построение легенды к профилю. После того как все описанные фитоценозы отнесены к тем или иным ассоциациям, можно перейти к построению легенды к профилю, характер структуры которой определяется выбранным масштабом, а также природными особенностями картируемой территории и сложностью самого растительного покрова. Структура легенды создается системой подзаголовков. При этом надо стремиться к тому, чтобы наиболее общие признаки растительности или отдельных компонентов среды были отражены в крупных подзаголовках, не повторяясь в нижестоящих. В связи с этим для начала все выделенные ассоциации необходимо сгруппировать по типам растительности. Для территории с разнообразными макро- и мезоформами рельефа желательно, чтобы самые крупные подразделения легенды отражали еще и связи растительности с геоморфологическими условиями. Например, для лесного типа растительности в легенде можно отдельно выделить ассоциации долины реки, крупных оврагов и плакорных участков. Ту же процедуру можно проделать и для лугов, выделив их пойменные и материковые варианты, среди пойменных – луга низкой и высокой поймы, а среди материковых – низинные и суходолы.

При определении последовательности номеров в тексте легенды нужно стремиться к тому, чтобы картируемые единицы располагались последовательно друг за другом по определенным экологическим или эколого-динамическим рядам. Например, луговые ассоциации лучше всего расположить от дренированных к более увлажненным. Лесные ассоциации располагаются по степени их антропогенной нарушенности (от коренных к производным).

Особенности растительности на профиле передаются следующими приемами оформления: цветом, тоном, штриховкой и внемасштабными знаками – в виде неширокой полосы в определенной цветовой гамме, которая дана в легенде, и с той же нумерацией. Полоса может наноситься непосредственно на линию профиля или чуть выше ее. Хотя строгих правил оформления крупномасштабных профилей еще не разработано, все же следует придерживаться тех традиций, которые выработаны в отечественной картографии. Например, темнохвойные леса желательно показывать фиолетовым цветом, сосновые – коричневым или оранжево-коричневым, березовые – бирюзово-зеленым, хвойно-широколиственные – серовато-зеленым, широколиственные – холодным зеленым, болота – голубым, пойменную растительность – бледно-зеленым, для растительности более сухих местообитаний (суходольные луга, растительность песков) лучше использовать теплые цвета (розовый, желтый).

Задание 4.

Наиболее простым и удобным способом оценки экологического пространства местообитаний является обработка геоботанических описаний по индикационным экологическим шкалам, содержащим балловые оценки экологических свойств видов по различным факторам среды. Экологические шкалы позволяют достаточно доказательно осуществлять прямую ординацию геоботанических описаний по факторам среды. Это означает, что каждый найденный на лугу вид может дать исследователю информацию о величине той или иной физической характеристики территории исследования.

Наиболее популярными в геоботанических исследованиях европейской части России являются отечественные экологические шкалы Л.Г.Раменского и Д.Н. Цыганова, а также европейские шкалы Г. Элленберга и Э. Ландольта. Перечисленные методики сходны по сути, но имеют отличия в порядке расчётов, а также по уровню подробности получаемых характеристик территории (см. приложение 5). Для каждого геоботанического описания рассчитываются балловые оценки, по которым и характеризуется местообитания.

Рассмотрим методику определения экологических условий по шкалам Л.Г. Раменского. Всего Л.Г.Раменским изучены пять экологических характеристик («шкал») луговых сообществ: 1) шкала «увлажнения» (далее в таблицах обозначается буквой «У»), 2) шкала «переменности увлажнения» («ПУ»), 3) шкала «активного богатства и засоленности почв» («БЗ»), 4) шкала «аллювиальности» («А»), и 5) шкала «пастбищной дигрессии» («ПД»). Расчет ведется в несколько этапов.

Таблица 2 – Выписка ограничительных ступеней при определении экологических условий злаково-бобово-разнотравного луга (пример)*

Название растений	Обилие растений	Ограничительные ступени по шкалам («от – до»)
		У	ПУ	БЗ	А	ПД
А.	Б.	В.	Г.	Д.	Е.	Ж.
Клевер луговой	cop3	55-68	…	…	…	…
Тысячелистник обыкновенный	cop3	46-67	…	…	…	…
Мятлик луговой	cop2	60-89	…	…	…	…
Овсяница луговая	cop2	51-83	…	…	…	…
Аконит северный	cop1	64-74	…	…	…	…
Люцерна серповидная	cop1	35-53	…	…	…	…
Тимофеевка луговая	cop1	59-74	…	…	…	…
* Примечание – колонки А и Б заполняются по данным обследования растительного покрова, значения В–Ж выписываются из шкал Л.Г. Раменского

1 этап. Выявляется флористический состав обследуемой территории, определяется показатель обилия видов (по Друде или другим способом).

2 этап. Список обнаруженных видов заносится в таблицу 2 с указанием индексов обилия. Затем эти виды отыскиваются в шкалах Раменского (всего в шкалах 1419 видов). С учетом информации о природно-климатической зоне и индекса обилия из шкал выписываются по этим видам ограничительные ступени для каждого фактора и заносятся в другие колонки таблицы.

3 этап. Полученные цифры (без учёта видовой принадлежности) заносятся в таблицу 3 отдельно для каждого фактора, при этом меньшее значение из каждой пары ограничительных ступеней («от») – в нисходящий ряд, а большее («до») – в восходящий ряд. Искомое значение фактора (в баллах) соответствует тому уровню ступеней, при котором восходящий и нисходящий ряд пересекаются.

Полученные значения в баллах могут быть использованы для определения классификационной группы фитоценоза, угодья, или для решения более узких научных задач.

Таблица 3 – Вариационные ряды ограничительных ступеней по экологическим шкалам для описания растительности злаково-бобово-разнотравного луга (пример)

У		ПУ		БЗ		А		ПД
«от»	«до»	«от»	«до»	«от»	«до»	«от»	«до»	«от»	«до»
6 4	5 3	…	…	…	…	…	…	…	…
60	67	…	…	…	…	…	…	…	…
59	68	…	…	…	…	…	…	…	…
55	74	…	…	…	…	…	…	…	…
51	74	…	…	…	…	…	…	…	…
46	83	…	…	…	…	…	…	…	…
35	89	…	…	…	…	…	…	…	…
Решение: У=61*		…		…		…		…

* Примечание – искомый балл по фактору увлажнение (61) получен как среднее от значений, наиболее близких к точке пересечения нисходящего («от») и восходящего («до») ряда. Они выделены жирным шрифтом.