ПОСТАНОВКА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ШКОЛЬНИКОВ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

ПОСТАНОВКА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ШКОЛЬНИКОВ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ
(на примере изучения лесных экосистем)

Автор - Глушенков Олег Владимирович - педагог дополнительного образования высшей категории
Центра творчества детей и юношества, г.Новочебоксарск Чувашской Республики

На данном этапе состояние образования в России все острее обозначается проблема применения знаний. Учащиеся заканчивающие наши школы насыщены различными знаниями, при этом совершенно не умеют их применять на практике. Отсюда все большее значение приобретает направление, предусматривающее участие школьников в научно- исследовательской и научно-практической деятельности. Именно это направление и формирует у учащихся умение и навыки практического применения теоретических знаний. Как ничто другое развивает мышление, логику, учит постановке целей, задач и поиску способов их достижения, с освоением различных методов. Все это приобретается на основе собственного опыта, что приводит к более глубокому осмыслению.

Понимая преимущество такого подхода к обучению все больше учителей, педагогов обращаются к нему. Но желания не всегда совпадают с возможностями. Часто оказывается, что сам учитель в курсе своей подготовки не совсем освоил методы научно-исследовательской работы. Как следствие он испытывает определенные трудности с постановкой ее с учащимися.

Как не парадоксально, но первым камнем преткновения в большинстве случаев является выбор темы исследования. Но это на первый взгляд, любой исследователь и опытный методист скажет, что в исследовательской работе выбор и формулировка темы и цели работы может занимать до четверти времени затрачиваемой на всю исследовательскую работу. Трудность этого этапа скрыта в ожидаемой перспективности исследований. Умение найти актуальную, т.е. наименее изученную тему, доступно не каждому и предполагает значительные затраты труда и времени при работе с литературой по данной проблеме. Вторым сложным моментом для руководителя является выбор методического обеспечения, не всегда доступного и часто не адаптированного к ученическому уровню. Для того, чтобы работа действительно представляла научный интерес, она должна быть выполнена по общепринятым методикам. Только тогда она сопоставляется с подобными работами и может быть в любой момент проверена. В другом случае возникает необходимость разработки собственной методики, а это трудоемкий процесс.

Исходя из выше указанных трудностей, часто приводящих в тупик начинающих руководителей, нам хотелось бы предложить несколько приемов облегчающих эту задачу, обозначить некоторые темы и продемонстрировать возможности использования стандартных методик в совершенно различных направлениях исследований. Подобный опыт наработан нами в рамках проведения «Школы дикой природы», где, как раз, обучают школьников постановке научно-исследовательских работ в полевых условиях.

Основной принцип Школы дикой природы, проведение ее каждый раз на новом месте. Руководители оказываются в незнакомой местности, известной лишь по карте и перед ними стоит нелегкая задача за два дня определится с подбором исследовательских работ, которые можно выполнить в данных условиях. Выезд в полевые условия ограничивает возможности вывоза научной библиотеки. В таких жестких условиях и был приобретен тот опыт, облегчающий постановку детских научно-исследовательских работ, которым мы хотим поделиться с вами.

При этом просим не воспринимать наши советы и методические рекомендации, как панацею от всех трудностей могущих возникнуть на вашем пути. Тем более это ни в коей мере не освобождает вас от изучения литературы по затрагиваемым вами вопросам. Чтобы работа стала полноценной, вам все равно необходим сравнительный анализ результатов полученных вами сопоставленный с другими исследованиями.

Изучение опубликованных материалов исследований по определенным территориям, как административным, так и территориальным, показало, что обычно ими охватывается очень небольшой их процент. В большинстве своем упор делается на проведение хотя бы одного исследования, но во всех типах биотопов (в каждом из разнообразных местообитаний представленных на территории). Такой подход правомерен и с наименьшей затратой средств и времени позволяет говорить о высокой степени исследованности территории.

Направления, в которых осуществляются исследования, зависят от наличия специалистов, в большей степени местных. Дополнительный охват возможен при экспедиционных заездах иногородних исследователей. Отсюда предполагаемые возможности, что та или иная группа живых организмов, их сообществ остается не охваченной вниманием.

Как правило, научная работа в лесохозяйственной области ведется при условии наличия в административном субъекте высшего учебного заведения лесохозяйственного профиля. Поэтому, например, для Чувашии, при наличии целой армии лесоводов, но при отсутствии профильного ВУЗа, имеется много пробелов в изучении многих вопросов с использованием научного подхода.

Незначительный охват территории исследованиями позволяет проводить их практически в любом месте. При условии уже проведенных в этом месте подобных исследований, сравнительный анализ обеспечивает только плюсы для данной работы. При многократных повторах исследований на одной территории можно будет говорить о мониторинге. Таким образом, любое исследование при правильном подходе будет актуальным.

Методика - это научный труд на основе многих исследований с многократными повторами. Например, для установления экологических формул растений, используемых для экологической оценки среды по шкалам, Л.Г. Раменским было использовано 20 тысяч геоботанических описаний.

Опубликованный вариант любой методики содержит значительный объем материалов, доказывающих ее состоятельность. Подробно описываются приемы ее использования. Руководитель должен быть знаком с методикой в полном объеме, но практическое применение обуславливает использование только основной ее части, а она, как правило, не такая громоздкая.

На примере изучения лесных экосистем, хотелось бы продемонстрировать использование стандартных методик.

Чаще всего исследователи используют классическое геоботаническое описание участка по В.Н.Сукачеву. Разработанная им методика дополнялась многими авторами, но суть ее осталась прежней.

Методикой выполнения полного геоботанического описания должен владеть каждый руководитель, желающий поставить научно-исследовательскую работу с элементами геоботаники, во всяком случае, должен быть знаком с ней (это обязательный компонент учебных программ биологических факультетов вузов). Тем не менее, часто оказывается, что владеют не все, возможно, забыли, а для восстановления в памяти не могут найти соответствующую литературу.

Полное освоение методики юннатами желательно, но не обязательно. Если такая цель поставлена, то ее реализация должна осуществляться во время учебного процесса в течение года, а не при постановке научно-исследовательской работы.

Использование метода геоботанического описания в научных исследованиях

При всей кажущейся объемности метода, применение его на практике не представляет большой сложности. Методы пробных площадей, предназначенные для исследований фитоценозов путем сбора информации о признаках фитоценозов (покрытии проективном, обилии вида, биомассы и пр.), позволяют свободно варьировать формой пробных площадок (квадрат, прямоугольник, круг и т. д.) и их размером, который зависит от целей исследования и может колебаться от размеров «точки» (метод уколов) до нескольких сотен квадратных метров.

Размещение (отбор) пробных площадей в пространстве для методов геоботанического исследования также зависит от ваших целей и может быть типическим или случайным. При типическом отборе определение места заложения пробной площадки производится более или менее субъективно после визуального изучения всей описываемой совокупности растительности. Применяют типический отбор при качественных исследованиях, что позволяет экономить время на стадии полевых исследований. При случайном отборе определение места заложения пробной площадки производится с большим или меньшим элементом автоматичности. Различают: собственно случайный, при котором положение каждой площадки не зависит от положения остальных.; регулярный случайный, положение каждой площадки определяется заранее по некоторому правилу (например, через равные расстояния друг от друга), возможен регулярный отбор со случайным выбором начальной точки, пропорциональный случайный применяется в четко выраженных рядах, типов растительных массивов или в четко разграниченных массивах.

Многими исследователями доказано, что для получения достоверных результатов в геоботанических исследованиях при описании древостоя в пределах каждого типа леса закладывается несколько пробных площадей не менее 0,25 га. Для оценки подроста и подлеска – от 0,025 до 0,1 га; трявяно-кустарничкового покрова достаточно полное описание его на 5 кв. м (раункъеровские площадки), на пробных площадях различного размера - от 100 кв. м. до 10000 кв. м.

Объектом исследований ученых-лесоводов и лесоводов-практиков, чаще всего, является древостой и подрост, меньшее внимание уделяется ими изучению подлеска и травяно-кустарничкового покрова. Тем не менее, практическое выявление взаимного влияния древостоя и нижних ярусов лесной экосистемы очень сложное и трудоемкое дело. Понимание взаимного влияния необходимо для правильной оценки роли живого напочвенного покрова при естественном и искусственном лесовозобновлении. Зная характер формирования травянистого покрова и его роль в изменении почвенных условий, можно предупредить его отрицательное влияние или способствовать положительному воздействию на ход роста самосева главных древесных пород или насаждений основных, лесных культур.

Мы считаем, что эту нишу и должны занять научно-исследовательские работы школьников. При грамотной постановке с соблюдением отработанных стандартных методик они будут иметь научно-практическое значение и будут востребованы в лесном хозяйстве.

Методы геоботанических описаний травяно-кустарничкового покрова менее трудоемки, но требуют кропотливости, что как раз наиболее приемлемо для исследовательских работ, выполняемых школьниками. Кроме того, эта часть метода геоботанического описания лесного объекта наименее громоздка и при этом применима для самых разных направлений научных исследований лесных экосистем.

Поясним наши рассуждения о возможностях применения метода геоботанического описания травяно-кустарничкового покрова на конкретных примерах, заодно познакомим с тематикой юннатских научно-исследовательских работ в этой области.

В большинстве случаев, методика научно-исследовательской работы сводится к следующим практическим действиям в полевых условиях. В пределах каждой пробной площади закладывается по 20 учетных площадок размером 50х50 см, на которых (при необходимости) определяется проективное покрытие видов; затем травостой срезается на уровне почвы, разбирается по видам и взвешивается в свежем виде (при необходимости и в воздушно-сухом виде). С целью получения точных данных по продуктивности укос производят в период максимального развития фитомассы (вторая декада июля).

Этот метод полевых геоботанических исследований мы можем использовать в самых разнообразных направлениях:

1. Для сравнительного анализа фитоценозов различных биотопов (стандартный тип заложения пробных площадок по периметру площади в 100 кв. м (раункъеровские площадки), или пропорциональное случайное по диагоналям пробной площади в 1 га).
Работа на тему: «Многолетняя динамика напочвенного покрова в ельниках Сурской лесной дачи».
Цели исследований: Выявить изменения травяно-кустарничкового яруса в разных типах ельников Присурья, установить их взаимосвязь с микроклиматическими условиями.

2. Для изучения вторичной сукцессии (заложение площадок пропорциональное случайное по диагоналям пробной площади в 1 га).
Работа на тему: «Динамика травянистого покрова на сплошных вырубках вторичных широколиственных лесов».
Цель работы: выяснение роли различных видов и экологических групп травянистых растений на начальных этапах вторичной сукцессии на сплошных лесовосстановительных вырубках широколиственных лесов.

3. Для оценки состояния окружающей среды (рассматриваемая методика является важной составляющей комплекса применяющихся методик; заложение площадок регулярное случайное по диагоналям пробных площадей в 1 га).
Работа на тему: «Оценка экологического состояния особо охраняемых дубрав рекреационной зоны».
Цель работы: выявление степени дигрессии памятника природы «Ельниковская роща» и Округа санитарной охраны месторождения минеральных вод «лесопарк Гузовского».

4. Для фитоиндикационной оценки среды (рассматриваемый метод является составной частью целостной методики; любой тип закладки площадок в зависимости от местности).
Работа на тему: «Взаимовлияние микроклиматических факторов и формирующихся фитоценозов».
Цель работы: Установление методом фитоиндикации взаимовлияния микроклиматических факторов и формирующихся фитоценозов.

5. Для оценки запасов лекарственного сырья (используется часть методики, применительно к одному виду).
Работа на тему: «Урожайность ландыша майского в зависимости от типа и возраста леса»
Цель работы: определить продуктивности ландыша майского в различных типах сосняка (сосняк-зеленомошник и сосняк лещиновый) в зависимости от различных факторов (количество освещенности, возраст древостоя).

На основе примененной методики независимо от направления исследований мы получим сведения о флористическом составе исследуемой территории, о продуктивности каждого из видов, о роли отдельных растений в сложении фитоценоза (проективное покрытие). Этого достаточно для работ описательного характера или использующих этот элемент как главный для дальнейшего анализа.

Проективное покрытие в ельниках с липой кислично-разнотравных в 1999 году составляло около 35% , в 2001 году – 32%, а в 2003 году – 53%. Таким образом, к 2003 году под пологом ельников с липой кислично-разнотравных зафиксировано резкое увеличение общего проективного покрытия травяно-кустарничкового яруса более чем в полтора раза.

Число видов под пологом леса (общее на пробной площади) к 2001 году снижается незначительно (до 94%) и восстанавливается к 2003 году.

Динамика видового состава проявляется в том, что при практически неизменном числе видов после 1999 годы «исчезает» 6 видов (12,5%) и одновременно обнаруживается 6 «новых» видов. Среднее число видов на пробных площадках – 16.

Преобладающие виды под пологом разнотравно-кисличных ельников с липой: в 1999 году это, главным образом кислица, а также майник и осока волосистая; в 2001 году к ним присоединяется зеленчук желтый; в 2003 году – кислица, на 12% пробных площадок преобладает щитовник Линнея и еще на стольких же преобладает недотрога чувствительная, участки с преобладанием осоки волосистой сокращаются до 2,8%

Проективное покрытие в ельниках чернично-кисличных в 1999 году составляло около 28,2% , в 2001 году – 27%, а в 2003 году –40,2%. Таким образом, к 2003 году под пологом зафиксировано увеличение общего проективного покрытия травяно-кустарничкового яруса в полтора раза, но осталось меньшим по сравнению с разнотравно-кисличным ельником с липой.

Число видов под пологом леса (общее на пробной площади) наибольше по сравнению с разнотравно-кисличным ельником с липой; к 2001 году снижается незначительно (до 86,9%) и увеличивается к 2003 году до 112,1% от уровня 1999 года.

Динамика видового состава наиболее адекватно отражается в количестве утерянных сообществом и (или) вновь обнаруженных травянистых и кустарничковых видов. Под пологом древостоя к 2001 году «исчезает» 8 видов, а к 2003 еще 8; и одновременно вновь обнаруживается 6 «новых» видов, а затем еще 13. Среднее число видов на пробных площадках – 17.

Преобладающие виды. На пробных площадях под пологом разнотравно-кисличных ельников с липой: в 1999 году преобладали черника, ландыш и майник. В 2001 годупреобладание этих видов сохранилось только на незначительной части пробных площадок. На большей части из них стали доминировать вейник тростниковидный, кислица, ожика волосистая. В 2003 году возрастает доля кислицы (в среднем на 18%), в доминантах появляется седмичник европейский, снова разрастаются куртины черники.

С выводами такая работа может иметь вполне законченный вид, а данные использоваться для мониторинга динамики всех составных частей лесных сообществ в процессе развития.

Таким образом, динамика травяно-кустарничкового яруса лесных сообществ на пробных площадях с однородным по составу древостоем имеет во многом сходный характер: так увеличение и смену состава травянисто-кустарничковой растительности не зависимо от типа леса мы связываем с изменением количества осадков выпадающих за вегетационный сезон. С другой стороны, внутри групп сообществ с однородным древостоем характер изменений травяно-кустарничковой растительности за период наблюдений в значительной мере различается на разных пробных площадях в зависимости от микроклиматических условий, в том числе, от состояния ярусов древостоя, подроста, подлеска и т.п.

Применение системного анализа флористического состава позволяет подразделить его на экологические группы (по отношению к свету; к влажности и т.п.); выделить на их основе фоновые виды (выделение фоновых видов должно обуславливаться критерием, на основе которого они выделяются); на вырубках есть возможность подразделить все растения на группы по происхождению (из каких биотопов попали туда растения). Проективное покрытие и данные по биомассе позволяют судить о роли отдельных растений в сложении фитоценоза, и провести расчет массовой доли каждого из видов или их экологических группировок. Тогда работа сразу приобретает большую значимость.

В первый год работы нами изучен видовой состав травянистых растений на вырубках широколиственных лесов 2-ого, 3-его, 4-ого годов зарастания. Видовой состав по годам зарастаний представлен 31, 39, 50, 43 и 42 видами соответственно, что говорит о начальном увеличении видового разнообразия, а затем постепенном снижении и стабилизации на определенном уровне.

Процесс постепенного увеличения числа видов с 16 до 32 и относительной биомассы светолюбивых видов с 28 до 73% к шестому году зарастания не вызывает сомнений. Но ход смены видового состава на разных этапах вызывает определенный интерес, как и роль каждого конкретного вида в этом процессе.

В первые годы доминирующую роль в процессе восстановления нарушенного травянистого покрова на вырубках широколиственного дубового леса принадлежит сныти обыкновенной. Она в значительной степени сохраняется на лесосеке и приспосабливается к новым условиям существования, хотя постепенно и сдает свои позиции при развитии процесса зарастания (массовая доля от 45,75% до 20,58 % к щестому году). Остальные виды с прежней экосистемы: борец высокий, звездчатка жестколистная, копытень европейский, купена многоцветковая, щитовник мужской, даже на втором году зарастания еще сохраняющие субдоминирующую позицию, к пятому году ее теряют, а некоторые их них исчезают совсем.

Среди светолюбивых растений, играющих основную роль на первых этапах зарастания вырубок, явно доминирующих видов не наблюдается. Возможно, жесточайшая конкуренция приводит самых активных из них к стабилизации на среднем субдоминантном уровне 5-7%. Для них характерны лишь кратковременные вспышки численности в отдельные годы. Так, например, осока колосистая вошла в число доминантов (12,75%) на второй год, лопух паутинистый на третий (16,56%), осот розовый на четвертый (11,62%), вейник наземный на пятый (12,79%), но затем сразу вернулись к норме.

Таким образом, первоначальные данные по видовому составу и фитомассе травянистых растений на вырубках широколиственных дубовых лесов в Нижнем Присурье свидетельствуют о закономерностях протекания вторичной сукцессии, свойственной и другим регионам:

- происходит постепенное увеличение видового разнообразия, за счет внедрения светолюбивых видов.

- возрастает продуктивность сменяемых травянистых сообществ.

особенности процесса выявляются из степени участия тех или иных видов во вторичной сукцессии:

- доминирующая роль в процессе восстановления нарушенного травянистого покрова на вырубках принадлежит сныти обыкновенной,

- на первые позиции выходят светолюбивые виды с полян, полей, лугов, дорог - осот розовый, иван-чай узколистный, зверобой продырявленный, полынь горькая, вейник наземный, но явного доминирования их не наблюдается в силу жесточайшей конкуренции среди большого числа внедрившихся видов из этой экологической группы.

Отсюда становится ясным, что самым сложным в научно-исследовательской работе являются не методы, а умение трактовать полученные этими методами результаты в зависимости от целей исследований, для чего важно правильно обработать полученные результаты.

Очень важным в научных исследованиях является умение статистической обработки результатов. Применение математической обработки биологических измерений позволяет в обычных результатах увидеть скрытые закономерности и на их основе сделать более глубокие выводы. Например, использование коэффициента сходства Чекановского-Съеренсена и критерия Фишера во второй работе позволили дифференцировать полученные материалы и увидеть процесс смены сообществ совершенно с другой стороны, сразу стал виден не только явный процесс внедрения светолюбивых видов, а прояснилась роль и происхождение тенелюбивых и теневыносливых растений. Появилась возможность по другому взглянуть и на результаты системного анализа.

Математическая обработка полученного материала показала серьезные отличия растительности на вырубке третьего года зарастания по рассматриваемым критериям. Отличия объяснились разными микроклиматическими условиями. Эти материалы исключены из общего анализа в данной работе, тем не менее, результаты второго и третьего года исследований при сходстве микроклиматических условий вырубок 1994 и 1996 гг. позволяют нам рассмотреть процесс смены травянистых сообществ со 2-ого по 6-й год зарастаний как непрерывный.

Коэффициенты сходства рассчитаны по формуле Чекановского-Съеренсена:

Коэффициенты сходства показывают, что с каждым годом происходит смена видового состава на 25-35%. При этом критерий Фишера:

во всех трех случаях оказался близким к табличному (F3-4 = 2,33, Fў=3,96; F2-3 = 1,97, F ў=4; F4-5=1,51, Fў=3,96; F5-6=4,7, F ў=4,0), что позволяет говорить о схожести флористического состава по доле общих видов. Коэффициенты сходства для площадок 2 и 4, 2 и 5, 2 и 6 годов зарастания (Кс2-4 =0,518; Кс2-5 =0, 513, Кс2-6 =0,493) показывают, что доля этих общих видов составляет 50%.

На основе полученных расчетов мы пришли к выводу, что во все последующие годы на вырубках сохраняется группа теневыносливых и тенелюбивых растений с предшествующих экосистем и группа светолюбивых видов с опушек лесных экосистем, заселивших вырубку в первый год зарастания. Именно эти виды мы относим к фоновым (табл. 1).

Утверждаемое выше происхождение фоновых видов доказывается расчетом их массовой доли от общей фитомассы соответствующей группы. Для теневыносливых и тенелюбивых она остается относительно постоянной (82,18,%; 92,19%; 93,4%; 96,8%; 86,8%;) несмотря на значительное сокращение их общей биомассы от 6138,16 кг/га на вырубке 2-ого года зарастания до 2839,5 кг/га на вырубке 6-ого года зарастания. По светолюбивым видам мы наблюдаем постепенное уменьшение участия фоновых видов в их общей доле (от 82,42% до 11,22%). Это свидетельствует о том, что процесс увеличения видового состава в новообразовавшихся условиях осуществляется только за счет светолюбивых видов. Причем происходит постепенное замещение не только теневыносливых лесных видов, но и первопроходцев из группы светолюбивых с опушек лесов светолюбивыми видами с полян, лугов, полей такими как бодяк, кипрей, зверобой, вейник и др.

особенности процесса выявляются из степени участия тех или иных видов во вторичной сукцессии:

- сныть обыкновенная постепенно теряет свои позиции, но не так быстро, как остальные теневыносливые и тенелюбивые виды с прежней лесной экосистемы, она по-прежнему остается в доминантах,

- виды с опушек лесных экосистем (осока колосистая, гравилат городской, вероника дубравная), заселяющие вырубку на самом начальном этапе, в последующие годы как и теневыносливые виды вытесняются светолюбивыми видами с открытых мест обитания, хотя и долгое время остаются в субдоминантах,

Очень важным для выяснения действующего фактора является коэффициент корреляции.

На исследуемой территории возраст древостоя как в сосняке-зеленомошнике, так и в сосняке лещиновом на разных участках варьировал в пределах 18-62 лет. Освещенность в обоих типах сосняка изменялась от 4 до 10,5 баллов. Строгой зависимости степени освещенности участков в лещиновом сосняке от возраста обнаружено не было (коэффициент корреляции (далее КК) равен 0,222). В сосняке-зеленомошнике, напротив, прослеживается тенденция увеличения степени освещенности с изменением возраста леса. Коэффициент корреляции составляет 0,585.

Наибольшая продуктивность ландыша майского наблюдается в сосняке лещиновом и превышает 500 кг/га. В сосняке-зеленомошнике продуктивность несколько ниже. Там максимальная биомасса была обнаружена на площадке № 4 (380 кг/га). Одной из причин этого можно назвать относительную бедность почв сосняка-зеленомошника. Большого влияния на продуктивность ландыша возраст древостоя не оказывает. Для обоих типов леса КК не превышает 0,5.

С зависимостью продуктивности ландыша от освещенности дела обстоят несколько иначе. Освещенность участков в обоих случаях играет не последнюю роль. Однако если в сосняке-зеленомошнике продуктивность находится в довольно сильной зависимости от освещенности) коффициент корреляции составляет 0,757), то количество освещенности в разнотравном сосняке) играет несколько меньшую роль (КК = 0,541). Мы считаем, что это могло быть связано с высоким и густым травянистым покровом, хорошо развитым в лещиновом сосняке, который в свою очередь создает дополнительную затененность и влияет на продуктивность ландыша.

1. Зависимости освещенности от возраста древостоя в сосняке лещиновом обнаружено не было, а в зеленомошнике наблюдается, но слабо выражена.

2. Для двух типов сосняка продуктивность является максимальной при следующих условиях:
Сосняк лещиновый: Возраст: 40-50 лет; освещенность: от 6 до 9 баллов
Сосняк-зеленомошник: Возраст: 40 лет; освещенность: от 8-9 баллов.

3. Возраст древостоя большого влияния на продуктивность ландыша в обоих случаях не оказывает.

4. В сосняке-зеленомошнике освещенность оказывает довольно сильное влияние на продуктивность ландыша майского. Подобная зависимость наблюдается и в орляковом сосняке, но несколько в меньшей степени.

В остальных работах данные по геоботаническому описанию являются основой фитоиндикационной методики (экологическая оценка среды осуществлена по шкалам Элленберга).

В геоботаническом описании для каждого вида проставляют баллы изучаемого фактора или же группы факторов. Бальные оценки, показывающие общие виды по шкале Браун-Бланке (при этом балл + принимается за 1) перемножаются на баллы, характеризующие отношение видов к экологическим факторам. Полученные цифры суммируются. Сумму, полученную от перемножения баллов делят на сумму бальных оценок с видов на обилия по шкале Браун-Бланке и получают средний балл выраженности фактора.

Пример расчета среднего балла выраженности экологических факторов по шкалам Г.Элленберга

Название видов	Обилие по Браун- Бланке	Значение по шкалам Элленберга			КХ
Название видов	Обилие по Браун- Бланке	F	R	N	F	R	N
Лисохвост луговой	3	6	6	7	18	18	21
Мятлик болотный	4	9	8	7	36	32	28
Щучка дернистая	1	7	Х	3	7	-	3
Полевица собачья	1	9	3	2	9	3	2
Жгун-корень сомнительный	2	8	6	Х	16	12	-
Подмаренник северный	2	7	9	4	14	18	8
Осока ранняя	+	3	Х	Х	3	-	-
Клевер луговой	1	Х	Х	Х	-	-	-
Погремок весенний	2	7	Х	2	14	-	4
Фиалка собачья	1	4	3	2	4	3	2
Василистник светлый	+	8	8	Х	8	8	-
Василек луговой	+	Х	Х	Х	-	-	-
Лапчатка гусиная	+	6	Х	7	6	-	7
Подмаренник топяной	+	8	Х	Х	8	-	-
Одуванчик лекарственный	+	5	Х	7	5	-	7
Кульбаба осенняя	1	5	Х	7	5	-	7
Осока лисья	+	9	Х	5	9	-	5
Осока заячья	+	7	3	4	7	3	4
Лютик ползучий	2	7	Х	Х	14	-	-
Лютик едкий	+	Х	Х	Х	-	-	-

Сумма КХ = 183 97 96
Сумма К = 26 15 19
Средний балл выраженности фактора 7,0 6,5 5,0

Примечание: F влажность почвы; R кислотность почвы; N - обеспеченность минеральным азотом

Полученный результат характеризует местообитание как влажное (F=7,0), слабокислое (R=6,5) со средним содержанием минерального азота в почве (N=5,0).

Экологическая оценка среды по шкалам Элленберга позволяет на основе геоботанических исследований выявить степени освещенности, влажности, обеспеченности минеральным азотом, реакции почвы исследуемых участков. Использование этого метода в ботанических работах позволяет достоверно определять сходство или различие исследуемых участков, что очень важно при сравнительном анализе;

Как и ожидалось, характеристики почвенных условий, выявленные методами фитоиндикации (табл. 1), оказались достаточно близкими на обоих участках и контроле (нейтральные, свежие, богатые минеральным азотом почвы). Изначально более разреженный древостой в лесопарке Гузовского обеспечивает более высокую степень проективного покрытия и продуктивность растительного покрова. В Ельниковской роще подобное увеличение произошло лишь на одной из окраин (участок 1 «У Орбиты»), в связи с вырубкой значительного количества суховершинных дубов (156 пней/га) и сильным повреждением кустарников.

Таблица 1.Степень действия микроклиматических факторов на различных участках

Оценка местообитаний по экологическим шкалам позволяет выявлять ежегодные изменения условий (очень важно для мониторинговых исследований), ибо они отражаются на растительности. Это дает возможность объективно и детально изучать изменения условий при флуктуациях и сукцессиях.

Для сравнения сукцессионных процессов в разных микроклиматических условиях нами в 1998 году были заложены пробные площади на двух вырубках третьего года зарастания. Одна из них располагалась на возвышении рельефа, а другая в его понижении, исходя из предположения о различии в их степени увлажнения. Анализ биотопов методом фитоиндикации с использованием шкалы Элленберга дал следующие результаты:

	В понижении				На возвышенности
год зарастания/ факторы	L	F	R	N	L	F	R	N
3 год	6,0	6,2	6,6	5,8	6,4	5,1	7,1	6,4
4 год	6,8	8,0	6,4	4,7	6,1	5,7	6,6	6,1
5 год	6,2	7,0	6,6	6,3	5,9	5,2	7,2	6,7

Где L – отношение к свету, F влажности, R реакция почвы, N богатство почвы минеральным азотом.

Они характеризуют местообитание в понижении рельефа, как получающие достаточное освещение на слабокислых почвах со средним содержанием минерального азота, где к 4-му году средние условия увлажнения сменились на влажные непросыхающие.

На возвышении рельефа местообитание характеризуется средними условиями увлажнения сохраняющимися на протяжении всего периода исследований, нейтральной реакции; с содержанием азота в почве чуть выше среднего значения.

Таким образом, предположение о различии участков по степени увлажнения полностью подтвердилось и оказалось основным. Это позволило нам на детальном изучении зависимости между изменениями этого микроклиматического фактора и сменой растительности на участке сделать попытку для достижения главной цели исследований.

Полное геоботаническое описание участков на третий год зарастания показало наличие на возвышении 39 видов растений и 30 видов в понижении. Их общая сырая биомасса составила 8556,7 кг/га и 10021,12 кг/га соответственно. Коэффициент сходства, рассчитанный по формуле Чекановского-Съеренсена Кс = 2с / а + в (где а – число видов на площадке а, в – число видов на площадке в; с – число видов встречающихся на обоих площадках) составил 50% (Кс = 0,506).

Таблица 2.Спектры экобиоморф травянистой растительности в процессе смены сообществ в разных микроклиматических условиях, (в %).

ЭКОБИОМОРФЫ знак	Годы зарастания (на возвышенности и в понижении рельефа)
ЭКОБИОМОРФЫ знак	3н	3в	4н	4в	5н	5в
Геломорфные	14	-	9	-	11.4	-
Гелогигроморфные	3.1	-	9	-	5.5	-
Гигрогеломорфные	0.1	-	1	0.57	0.2	-
Геломезоморфные	4.1	5.26	19	4.76	37.4	0.7
Мезогеломорфные	-	-	4.4	-	0.6	-
Ксерогеломорфные	12	-	45	2.2	10.4	0.4
Гигроморфные	13.3	30.6	0.7	27.7	9.3	24.7
Гигромезоморфные	16.4	1.96	7.2	7.84	2.41	11
Мезогигроморфные	13.0	3.48	2	8.39	7	6.8
Мезоморфные	6	22	1.4	12.86	3.38	9.72
Мезоксероморфные	-	10.37	-	4.47	-	6.03
Ксеромезоморфные	18.0	17.4	0.4	19.6	10	18
Ксероморфные	-	0.11	-	1.95	-	12.87
Неопределенные -	-	8.88	0.9	9.86	2.31	9.78

Анализ спектра экобиоморф обоих участков (таблица 2) показал, что сходство обуславливалось 19-ю видами гигроморфной (42,7%), ксеромезоморфной (24,0%) группировок. Представителей именно этих группировок, со все возрастающим значением участия в последующие годы ксеромезоморфной и ксероморфной экобиоморф, играют основную роль в сукцессионных процессах на возвышенном участке. Доля представителей геломорфной группировки на возвышенном участке во все годы исследования совершенно незначительно – 5-8%. Напротив, именно произрастание на низинном участке 10-ти видов растений входящих в группировку геломорфного типа с долей участия 33,3% (по массовой доле ) обуславливает различие участков. При этом 9-ю видами представителей мезогигроморфной экобиоморфы также не встречающимися в этот год на возвышенности можно пренебречь – доля участия всего 2,25%. Явного доминирования какой-либо из экобиоморф на низинном участке в этот год не наблюдалось. А максимум разнообразия экобиоморф в спектре определяют средние условия увлажнения (Булохов, 1996).

На 4-ый год зарастания на возвышенном участке обнаружено 50 видов, на низинном 29 видов. Сырая биомасса в связи с засухой составила всего 5707,7 кг/га и 5089,1 кг/га соответственно, Кс = 0,303. Несмотря на засуху полное доминирование в низине геломорфной группировки (87,5%) при участии гигромезоморфной группировки в 10% (К/m=2,5%) показывает повышение влажности участка, характеризуя его как сырое местообитание.

На 5-ый год экосистемы оправлялись от засухи, их продуктивность снова взросла и составила 7899 кг/га на возвышенности и 7411,7 кг/га в низине. Снова возрос и коэффициент сходства до 43%, за счет внедрения восьми новых и возвращения девяти прежних видов мезоморфной группировки на низинный участок. При этом роль мезоксероморфной экобиоморфы несколько возросла (10%). Но геломорфная группировка в значительной степени сохранила свое превосходство на участке (65,5%) ,что по-прежнему характеризует местообитание как влажное, с высокой степенью влажности воздуха.

Исследования показали высокую степень сходства сукцессионных процессов в разных микроклиматических условиях на первых этапах восстановления лесных экосистем. По нашему мнению, оно определяется относительно равными стартовыми условиями, в т.ч. и увлажнением, не зависящим от микрорельефа при сильнейшей регуляторной функции леса и осушающем воздействии прямого солнечного излучения в первый год после вырубки. Что подтверждается серьезным участием в начальных процессах зарастания общих для обоих участков видов гигро- и ксеромезоморфной группировок, имеющих происхождение с прежней, лесной экосистемы.

Несущественное отличие в процессах первого этапа вызвано наличием в низине небольшой геломорфной группировки. Возможно, в первый год зарастания ее участие было незначительным.

Дальнейший ход сукцессии, приводит к сплошному покрытию участка травянистыми растениями, среди которых в низине начинает возрастать роль геломорфных видов. Они создают условия к повышению влажности участка и внедрению новых видов из геломорфной группировки, которые в свою очередь еще более усиливают влажность местообитания.

Таким образом, доказывается взаимовлияние микроклиматических условий и формирующихся фитоценозов в условиях сукцессии.

Выводы о взаимовлиянии косвенно подтверждают и процессы, вызванные засухой. Благодаря засушливому году стало возможным увидеть, что фитоиндикаторы опаздывают на год в своих показаниях в условиях смены сообществ. Так в засушливый 1999 год растительное сообщество характеризовало условия произрастания в низине, как влажные с не просыхающей почвой и высокой степенью влажности воздуха, тогда как местообитание в этот год высохло полностью. Это объясняется тем, что состав растительности сформировался за счет семян и вегетативных частей растений, внедрившихся в биотоп в предыдущем году в условиях развивающейся влажности. В весенний влажный период они полностью заглушили все нехарактерные для данного местообитания виды.

В угнетенном состоянии засушливого лета они вновь позволили внедриться ксероморфным видам, которые и проявились в 2000 году, но уже существенно повлиять на общую характеристику биотопа они не смогли.

С применением прогнозирования как метода диалектического анализа мы можем совершенно изменить трактовку результатов и поднять их значимость.

Подобный анализ позволил сделать и другой, касающийся целей этой работы, вывод, необходимый для дальнейшего использования примененной нами методики. При использовании метода экологических шкал в рамках фитоиндикационной оценки среды, для выявления ежегодных изменений условий в процессе сукцессии, необходимо делать поправку на год, так как сообщество, служащее индикатором в большей степени формируется в условиях предыдущего года.

Данная работа имеет большие перспективы. Изучение последующих стадий растительной сукцессии на вырубках широколиственных лесов даст возможность получить целостную картину процесса. Возможно, в результате подобных исследований будут поняты причины гибели дубрав и преодолены трудности, возникающие при их восстановлении.

Четвертая работа демонстрирует возможности обработки тех же результатов, что и в третьей работе с использованием других методов и способов анализа. Для сравнения взяты результаты исследований участка вырубки, исключенные из третьей работы, как отличающегося по микроклиматическим условиям. В работе использованы расчеты коэффициента сходства Чекановского – Съеренсена и не примененный в других анализ спектра экобиоморф по А.Д. Булохову (1996).

Применение разных методов исследований значительно расширяют возможности работы, что очень важно для комплексной оценки экологического состояния объектов, для изучения рекреации.

Булохов А.Д. Экологическая оценка среды методами фитоиндикации. – Брянск, 1996. – 104 с.

Кузнецова М.А., Ибрагимов А.К., Неручев В.В., Юлова Г.А. Полевой практикум по экологии. М., “Наука”, 1994, 73 с.

Лавриенко Е.М., Ларин И.В., Сукачев В.М. «Краткие программы тематических исследований». СССР. М. Изд-во АН СССР, 1952, с.5-52.

Миркин Б.М., Розенберг Г.С., Наумова Л.Г. Словарь понятий и терминов современной фитоценологии. – М.: Наука, 1989. – 222 с.

Неронов В.В. Полевая практика по геоботанике в средней полосе Европейской России: методическое пособие. - М.: Изд-во Центра охраны дикой природы, 2002.– 139 с.

Рысин Л.П., Золотова Ф.Н. К методике определения продуктивности надземной части травянистого покрова // Сложные боры хвойных и широколиственных лесов и пути ведения лесного хозяйства в лесопарковых условиях Подмосковья. М. 1968, с. 138-144.

Степаненко И.И. Лесная типология. Методическое пособие по проведению учебно-исследовательской работы в системе дополнительного образования. – М.: Изд-во МНЭПУ, 1998 – 96 с.

Сукачев В.Н. Руководство к исследованию типов леса // Избранные труды. М. 1972, т. 1. С.15-141.

Шапочкин М.С., Киселева В.В., Обыденников В.И., Ломов В.Д., Лямеборшай С.Х., Кураев В.Н. Комплексная методика изучения влияния рекреации на экосистемы городских и пригородных лесов. // Научные труды национального парка «Лосиный остров», вып. 1 – М.: «КРУК-Престиж», 2003, с. 12 – 28.

____________
* Опубликована в журнале: Исследовательская работа школьников №3(17) 2006 с.50-68.

Список статей, посвященных проблемам экологического образования школьников в природе:

Исследовательская работа (проектная деятельность):

Опыт детских экологических коллективов и юннатских кружков:

Внимание! На нашем сайте мы готовы публиковать статьи по вопросам организации экологического образования детей в природе, которые могут быть полезны коллегам по всей стране. Это могут быть проблемные статьи, авторские образовательные программы, методические пособия, нормативно-инструктивные документы и материалы, фотографии, отчеты и т.п. по таким тематикам как:

О Вас и Вашем опыте узнает вся Россия, а главное - Вы сможете принести пользу системе экологического образования нашей страны, "вложить свою лепту" в совершенствование форм и методов работы с детьми!

Если Вы готовы поделиться своим опытом с коллегами по всей стране - присылайте свои предложения (кратко опишите свои материалы), мы рассмотрим их и вместе обсудим наиболее оптимальную форму их публикации на нашем сайте.

Не забывайте, что публикации в Интернете приравниваются к публикациям в СМИ!