Лабораторна робота №36

Тема: Зміна феноритмів в рослинах - інтегральний індикаційний показник. Проведення фенологічних спостережень. Побудова феноспектрів і їх аналіз»

Мета лабораторної роботи: Навчитися будувати феноспектри деревних порід і визначати фенофази середовища.

Теоретичне підґрунтя:

Фенологічні спостереження - це осн ова всіх екологічних прогнозів. Так, зміна мікроклімату в міській екосистемі відразу ж позначиться на термінах сходу снігу, прильоту птиць або їх зимівлі, на зміні видового і популяційного складу міських тварин, на розпусканні листя дерев, протікання вегетації, термінах цвітіння ряду видів.

Під впливом несприятливих змін абіотичних, біотичних і антропогенних чинників середовища в рослин в межах генетично обумовленої норми реакції відбувається зсув фенофаз, інколи - накладка однієї фенофази на іншу, випадіння фенофаз. Так, наприклад, при сильному суховії пшениця, посіяна на полях з полезахисними смугами оптимальної конструкції, проходить послідовно всі фенофази аж до формування повноцінного насіння. А на полях без захисту смуг може бути скорочення термінів проходження фенофаз, їх неповне протікання і в результаті - формування недорозвинутого зерна і його раннє осипання.

При сильній дії антропогенних чинників середовища ( шкідливі викиди підприємств і автотранспорту) в деревних видів появляються пігментні плями, хлоротичні і некротичні зміни і пошкодження листя і плодів, раніше обпадання листової пластинки без повного її розфарбування і головне - скорочення вегетаційного періоду на вельми відчутні величини ( за нашими спостереженнями - інколи до 1-1,5 місяців).

В умовах міських екосистем Чорнозем’я при великому завантаженні вулиць автотранспортом найсильніше на антропогенні дії реагують такі деревні породи, як каштан кінський, всі види липи, клен гостролистий, ялина і сосна звичайні. Вони можуть служити біоіндикаторами, хоча на ряд антропогенних чинників реагують в тій або іншій мірі всі види. І лише комплексна оцінка за рядом ознак у різних видів при великій вибірці принесе бажаний результат.

Розрізняють наступні фенофази рослин.

I. У трав’янистих злакових: сходи, кущіння, вихід в трубку, утворення листя, цвітіння, початок дозрівання плодів, повне їх дозрівання, початок розсіювання плодів і насіння.

II. У деревних рослин:

1.Зимовий спокій. Починається тоді, коли восени майже у всього листя змінилося забарвлення, характерне для літнього стану, сформувалася брунька. Розрізняють стадії спокою: передспокій, глибокий спокій, вимушений спокій.

2. Початок весняного сокоруху - «весняний плач» ( у кленів, беріз, винограду). Ознакою початку фази є поява крапельок соку після проколу кори.

3. Набрякання бруньок. Настає тоді, коли бруньки помітно збільшуються в розмірах, покриваючі лусочки розходяться.

4. Розпускання бруньок. З'являються кінчики найпершого листя (хвоїнок), обпадають луски бруньок.

5. Розгортання листя. З'являються перші листочки, які можуть бути ще дуже маленькими, мати складчасту поверхню, яскраво-зелене забарвлення.

6. Зростання паростків. У одних видів (сосна) починається до появи листя - хвоїнок, у інших (тополя, липа) під час зростання листя, у третьої (вільха, береза, модрина) після появи першого листя.

7. Літня вегетація. Починається тоді, коли перші за часом появи листя придбають характерні для їх літнього стану розміри і забарвлення.

8. Осіннє фарбування листя. Починається з часу появи першого осіннього забарвленого листя. Часто першою ознакою фази служить поява в кронах дерев окремих гілок з повністю пожовклим листям. У вічнозелених рослин фаза характеризується відмиранням найстарішого листя (хвої).

9. Осіннє опадання листя. Зазвичай починається одночасно зі зміною кольору листя. У рослин з роду вільхових, тополевих - з часу опадання першого зеленого листя.

Розрізняють також репродуктивні фази, які можна показати і на окремому феноспектрі. У деревних рослин вони наступні.

1. Бутонізація. Розпізнається при появі перших ознак бутонів ( яблуня, слива, черемха) або розпушуванні сережок (вільха, береза).

2. Цвітіння. Ознака початку фази - розкриття кінчиків у перших квіток ( клен, глід, яблуня), що з'явилися, або висипання пилку ( вільха, береза, ялина, сосна).

3. Дозрівання плодів. Починається з часу досягнення плодами розмірів, характерних для їх зрілого стану.

4. Розсіювання плодів. Ознакою вступу рослини в цю фазу є опадання зрілих плодів і поїдання їх тваринами.

Для рослин за початок масового настання фенофази прийнято рахувати момент, після якого у фазу вступило не менше 40-50% складу узятої під спостереження популяції.

Найбільш інформативною сумарною ознакою впливу антропогенних або інших (абіотичних і біотичних) чинників середовища є довжина вегетаційного періоду. За початок вегетаційного періоду в метеорології умовно приймається момент, коли середньодобова температура повітря перевищує +5С. При цьому треба розрізняти місце проведення спостережень. Так, в Сибіру, при сильному промерзанні ґрунту в зимовий період, навесні, навіть при середньодобовій температурі повітря, що перевищує +5С, вегетація у рослин часто не спостерігається. У районах же з не промерзаючим ґрунтом ( Ставропілля, Краснодарський край) навесні при температурі повітря вище за нуль початися вегетація у деяких рослин.

Біологи за початок вегетації у рослин приймають перші ознаки набрякання бруньок, рідше - поява кінчиків листя. Інші учені за початок вегетації приймають ті весняні зміни в рослинах, при яких обов'язкове надходження води. У багатьох рослин такою ознакою може вважатися настання набрякання бруньок, тобто часу дуже помітного і майже безперервного зростання.

У вічнозелених рослин, окрім відновлення тургору ( якщо він був втрачений), дуже доброю ознакою початку вегетації слід вважати придбання листям типового для літа темного забарвлення. Таке має місце, наприклад, у багульника, брусниці , ялівця, сосни, ялини. У лісах початок весняного плачу в берези, клена є першою ознакою початку вегетації. Такою ж інформативною ознакою є розгортання першого листя у весняних ефемероїдів.

За кінець вегетації метеорологи приймають утворення снігового покриву. Багато дослідників кінцем вегетації вважають опадання листя в деревних порід. Інші приймають за кінець вегетації у літньозеленої рослини того моменту, коли закінчується фаза осіннього забарвлення листя, тобто фактично - руйнування хлорофілу і закінчення фотосинтезу. У вічнозелених рослин за закінчення періоду вегетації вважається за правильне відзначати ту дату, коли починаються зміни літнього зафарблення листя ( часткове руйнування хлорофілу.

Індикаторами осінніх заморозків служать сільськогосподарської культури: картопля, помідори, огірки, на півдні - бавовник, а також декоративні види - жоржини, чорнобривці, на півдні - канни. Відмічаються для кожного виду перші пошкодження і повна загибель рослин від даного виду заморозків.

Фенологічні спостереження за індикаційними об'єктами проводяться або на окремих модельних екземплярах (при цьому зазвичай ускладнений вибір середньої моделі), або на всій популяції або групі особин. Слід зазначити, що всі весняні фенофази проходять в коротші терміни в порівнянні з осінніми. Так, фази облиствення і цвітіння зазвичай проходять досить дружно і завершуються за 9-11 діб і менше, а фази розцвітання листя, осіннього їх опадання, дозрівання плодів можуть бути розтягнуті на 1-1,5 місяця. Приблизно таку ж різницю спостерігають і ми, порівнюючи проходження фенофази в одних і тих самих видів в умовах вуличних насаджень міської екосистеми в порівнянні з чистішою зоною заміських територій.

Цілком очевидно, що спроба характеризувати осіннє пожовтіння листя за випадково вибраним модельним деревом приречена на невдачу. В ряді підручників за початок фази рекомендується приймати добу, коли у фазу вступило 5-10% складу популяції, а за початок масового проходження фенофази прийнято рахувати момент, коли у фазу вступило не менше 40-50 % складу узятої під спостереження популяції.

Обладнання, реактиви, матеріали :

1) міліметрівка; 2) лінійки; 3) кольорові олівці або фломастери; 4) гербарні зразки листя покритосем΄яних деревних рослин різної міри жовтизни з хлорозами і некрозами, зростаючі паростки, паростки з бруньками, що заклалися; 5) розроблений зразок побудови феноспектрів для одних і тих самих видів, що виростають в екологічних умовах, які різко розрізняються; 6) розроблене завдання для студентів.

Хід роботи:

Аркуш міліметрівки розміром 20×30 см ділять навпіл лінією вдовж довжини листка. Лінія поділяється на рівні відрізки, що позначають 12 місяців ( або 6-7 місяців вегетації); кожний місяць поділяється на декади. Під час експерименту подекадно наносять на той самий аркуш графіки: у вигляді стовпчиків – обсяг опадів, а ламаною лінією - коливання температури повітря. Ці дані необхідні для пояснення характеру проходження фенофаз залежно від кліматичних або мікрокліматичних умов (наприклад, рік вологий або посушливий). В разі однакових абіотичних чинників і відмінностей лише в антропогенному впливі показники температури і опадів можна не реєструвати.

Вибирають умовні позначення для окремих фенофаз і згідно легенді та завданню будують графік, що зветься феноспектром. Наприклад, з нижче розміщеного рисунку 1 видно, що кожна фенофаза поступово переходить в іншу фенофазу не одночасно, тому лінії розділу між фенофазами похилі.

Подовження термінів тих або інших фенофаз можливе із-за зміни екологічних умов. Наприклад, перезволоження ґрунту в зимовий період, великої кількості опадів на фоні тривалого теплового літа і ін. Скорочення фенофаз спостерігається в разі стресових умов: раптовий легкий заморозок або суховій, раптові аварійні викиди підприємств. У цих випадках перехід однієї фенофази в іншу може бути різким.

Індивідуальне завдання:

1а). Побудувати і пояснити феноспектри ( проходження фенофаз) для однієї і тієї ж деревної породи ( наприклад, для каштану кінського) при його зростанні в районі водосховища з великою акваторією, розташованого в межах міської екосистеми, і при зростанні цього ж виду в насадженнях центральних вулиць міста (дивись таблицю). При цьому в таблиці 1 і на рисунку 1 не наводяться фенофази 1 ( зимовий спокій) і 2 (початок сокоруху), оскільки для вказаних деревних рослин і для характеру завдання вони мало інформативні.

1б). Побудувати і пояснити феноспектри ( проходження фенофаз) для липи, що зростає на вуличних насадженнях міського середовища і в заміському парку.

2. Нанести на феноспектр довжину вегетаційного періоду деревних порід в умовах середовища, що різко розрізняються.

3. Сформулювати версію, що до пояснення змін феноритмів при проростанні деревних порід в різних екологічних умовах і можливості використання цього інтегрального показника як найбільш інформативного біоіндикатора.

Таблиця 1

Терміни початку і закінчення фенофаз у деревних видів в різних екологічних умовах

№ фенофази	Назва фенофази	Терміни проходження фенофаз
		Завдання 1а (порода – каштан)		Завдання 1б (порода – липа)
		Поблизу водосховища	Центральні вулиці	Парк за містом	Центральні вулиці
3	Початок набухання бруньок	10.IV-30.IV	30.Ш-10.IV	10.IV-25.IV	5.IV-10.IV
4	Початок облиствення	30. IV-5.V	10.IV-20.IV	25.IV-5.V	10.IV-20.IV
5	Розгортання листочків	5.V-20.V	20.IV-15.V	5.V-20.V	20.IV-22.IV
6	Зростання пагонів	20.V-10.IX	10.V-15.VIII	10.V-25.VIII	5.V-30.VII
7	Фаза літньої вегетації: початок - кінець -	10.VI-15.VI 15.IX-20.X	1.V- 20.V 16 - 20VIII	25.V 30.V	20.V-25.V 10-15.VIII
8а	Початок осіннього забарвлення листя	15.IX-20.X	16.VIII-20.VIII	25.VIII-15.IX	10.VII-15.VIII
8б	Повне забарвлення листя	20.X-20.XI	30.VIII-10.IX	25.IX-20.X	25.VIII-30.VIII
9а	Початок осіннього листопаду	20.XI-10.XII	30.VIII-30.IX	10.X-25.x	30.VIII-10.IX
9б	Повне опадання листя	Не відбулося	30.IX-30.X	25.X-25.XI	10.X-20.XI

Рис.1 Зразок побудови фенофази рослин

Контрольні питання до лабораторної роботи 36:

1. Що таке фенологічні спостереження ?

2. Які деревні породи найсильніше реагують на антропогенну дію міських

екосистем ?

3.Які фенофази виділяють у розвиту (житті) рослин і їх види ?

4. Що таке довжина вегетаційного періоду рослин ?

5. Що таке репродуктивна фаза рослин ?