3 курс / 2 семестр / Методы изучения экологии животных и растений / metody_polev_ekol_issl_2014

Бланк описания флоры водного объекта

Описание № _________ Дата ___.___. 20__ г. Местоположение: (регион)

___________________________ район ______________________ нас. пункт

______________________. Водоем __________________________________

Характер водоема ________________________________________________

Размеры ________________________________________________________

Вода _________________________ Дно ______________________________

Берега __________________________________________________________

Особенности зарастания ___________________________________________

Флористический состав станции:

Equisetum fluviatile L., E. palustre L., Thelipteris palustris Schott, Salvinia natans (L.) All., Typha angustifolia L., T. latifolia L., Sparganium emersum Rehm., S. erectum L., S. minimum Wallr., Potamogeton acutifolius Link, P. berchtoldii Fieb., P. compressus L., P. crispus L., P. gramineus L., P. friesii Rupr., P. lucens L., P. natans L., P. nodosus Poir., P. pectinatus L., P. perfoliatus L., P. obtusifolius Mert. et Koch., P. trichoides Cham. et Chlecht., Zannichellia palustris L., Najas major All., Caulinia minor (All.) Coss. еt Germ., Triglochin palustre L., Alisma lanceolatum With., A. plantago-aquatica L., Sagittaria sagittifolia L., Butomus umbellatus L., Elodea canadensis Michx., Stratiotes aloides L., Hydrocharis morsus-ranae L., Leersia oryzoides (L.) Sw., Phalaroides arundinacea (L.) Rauschert, Alopecurus aequalis Sobol., A. geniculatus L., Calamagrostis arundinaceus Poir., Beckmannia eruciformis (L.) Host, Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud., Poa palustris L., Catabrosa aquatica (L.) Beauv., Scolochloa festucacea (Willd.) Link, Glyceria fluitans (L.) R. Br., G. maxima (Hartm.) Holmb., G. notata Chevall., Cyperus fuscus L., Scirpus radicans Schkuhr, S. sylvaticus L., Schoenoplectus lacustris (L.) Palla, Sch. tabernaemontani (C.C. Gmel.) Palla, Bolboschoenus maritimus (L.) Palla, Eleocharis acicularis (L.) Roem. et Schult., E. mamillata H. Lindb., E. palustris (L.) R. Br., E. uniglumis (Link) Schult., Carex acuta L., С. acutiformis Ehrh., C. lasiocarpa Ehrh., С. pseudocyperus L., С. riparia Curt., C. rostrata Stokes, С. vesicaria L., С. vulpina L., Calla palustris L., Spirodela polyrhiza (L.) Schleid., Lemna gibba L., L. minor L., L. trisulca L., Juncus alpinoarticulatus Chaix ex Vill., J. articulatus L., J. atratus Krocker, J. bufonius L., J. compressus Jacq., J. filiformis L., Iris pseudacorus L., Rumex aquaticus L., R. hydrolapathum Huds., R. maritimus L., R. ucranicus Bess. ex. Spreng., Polygonum amphibium L.,

P.hydropiper L., P. lapathifolium L., P. minus Huds., Nymphaea candida J. et C. Presl., Nuphar lutea (L.) Smith, Ceratophyllum demersum L., Caltha palustris L., Ranunculus circinatus Sibth., R. flammula L., R. lingua L., R. polyphyllus Waldst. et Kit. ex Willd., R. repens L., R. sceleratus L., Rorippa amphibia (L.) Bess., R. palustris (L.) Bess., Cardamine amara L., Comarum palustre L., Callitriche cophocarpa Sendther, С. hermaphroditica L., С. palustris L., Elatine alsinastrum L., E. hydropiper L., Peplis portula L., Lythrum salicaria L., L. virgatum L., Epilobium hirsutum L., E. palustre L., Trapa natans L. s. l., Myriophyllum spicatum L., M. verticillatum L., Hippuris vulgaris L., Cicuta virosa L., Sium latifolium L., Oenanthe aquatica (L.) Poir., Lysimachia nummularia L.,

L.vulgaris L., Naumburgia thyrsiflora (L.) Reichenb., Menyanthes trifoliata L., Myosotis cespitosa

K.F. Schultz, M. palustris (L.) L., Lycopus europaeus L., L. exaltatus L. fil., Mentha arvensis L.,

M.longifolia (L.) L., Solanum dulcamara L., Limosella aquatica L., Veronica anаgallis-aquatica L., V. beccabunga L., V. scutellata L., Utricularia australis R. Br., U. intermedia Hayne, U. minor L., U. vulgaris L., Galium palustre L., G. uliginosum L., Bidens cernua L., B. frondosa L., B. tripartita L., Senecio tataricus Less., Gnaphalium uliginosum L.

Доминанты __________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Примечания _________________________________________________________________

50

Во избежание почернения и загнивания собранный гербарий водных и прибрежно-водных растений необходимо перекладывать газетной или другой влагоемкой бумагой не менее двух раз в сутки. Также для сушки гидрофитов можно использовать специальные гербарные прессы с рубашками из воздухопроницаемых полимерных материалов. При соблюдении указанного режима высушивания гербарий сушится в течение 2–3 суток.

Под растение в воде подводят плотный лист бумаги (чертежная бумага, пергамент или подпергамент) и осторожно вынимают. Растение при этом расправляется и ложится ровно. Если такой бумаги нет, то растение таким образом можно заложить на газетный лист. При работе на водоеме следует обратить внимание на виды земноводных растений, которые при изменении уровня воды могут образовывать водную и наземную формы. При гербаризации цветущих растений лепестки перекладывают промокательной бумагой или сухими листочками бумаги, пропитанными крепким раствором сахара или соли. Это делается для более быстрого удаления влаги и высыхания цветков.

2.4. Составление картосхем водных объектов

Во время изучения флоры и растительности водного объекта делают подробную схему зарастания.

Для водоемов заранее готовят выкопировку на миллиметровой бумаге с карты местности масштабом 1:200 000, 1:100 000 или космоснимка с помощью программы «Ozi Explorer». Для составления комплексной картосхемы по мере продвижения по водоему на лодке или с берега на выкопировку наносят границы ассоциаций растений в соответствии с масштабом в 1 мм – 1 м. Размеры сообществ измеряют при помощи рулетки, шпагата, GPS-навигатора или после определенной тренировки указывают глазомерно.

При картировании на схеме водного объекта отмечают не только доминирующие виды и сообщества, но также редкие виды и популяции, единично растущие виды растений. Здесь же указывается проективное покрытие каждого вида в сообществе (если оно будет различным в разных участках водоема, то отмечают его изменение). При необходимости на схеме водоема можно записать данные о сырой биомассе каждого вида с укосных площадок. Таким образом достигается наибольшая информативность картосхемы. Кроме того, на картосхеме обязательно записывают местонахождение обследуемого объекта, дату составления, температуру, цвет и прозрачность воды. Встреченные виды отмечают либо определенными знаками (Катанская, 1981), либо записывая их названия целиком.

Картирование рек обычно проводится по методике, предложенной В.Г. Папченковым (2003). Изучение и картирование реки может быть сплошным, когда на лодке проходится вся река или ее основная часть, и фрагментарным, когда русло реки картируется периодически на протяжении 3–5 км с последующим пропуском 10–15 км. В последнем случае, там, где это возможно, вдоль пропускаемого участка необходимо проезжать вблизи от реки, оценивая

51

характер ее долины, поймы и русла, таким образом определяя соответствие их подобным элементам закартированного участка. При обработке полевых материалов результаты подсчетов на картируемых участках интерполируются на пропущенные с учетом этих визуальных наблюдений.

Впроцессе маршрутного обследования на каждый километровый отрезок реки (при сплошном) или на 3–5-километровые ее участки (при фрагментарном обследовании) составляются схемы зарастания русла. Для такой работы перед полевым выездом следует подготовить выкопировки с карты масштабом 1:100 000 или космоснимка с помощью программы «Ozi Explorer». На подготовленных выкопировках русло реки делится на сантиметровые отрезки, равные 1 км

внатуре. Километровые отрезки русла с характерными для них изгибами с выкопировки переносятся в тетрадь в увеличенном масштабе. В поле в пределах этих участков уточняются контуры русла реки и расположение ее излучин. На них указывается ширина русла реки и наносятся контуры растительных сообществ с условным обозначением их доминантов и содоминантов. Густотой штриховки контура отмечается проективное покрытие и (или) обилие растений того или иного вида. Оценка ширины реки и размеров фитоценозов производится глазомерно при условии периодических проверок с помощью прямых измерений. Схемы зарастания выполняются с соблюдением масштаба. При этом масштабы по длине и ширине обычно бывают разными, что позволяет отобразить на схеме все разнообразие сообществ водных растений (Папченков, 2003).

Встационарных условиях во время обработки полевого материала из картосхемы можно узнать о флористическом и фитоценотическом составе водоема или водотока, площади, занимаемой отдельными ассоциациями и видами, запасах сырой биомассы, рассчитать показатели интенсивности и степени зарастания водоемов и водотоков, продукцию водных, прибрежно-водных растений и их сообществ.

2.5. Изучение фитоценотического состава водного объекта

Важный этап полевого изучения высших водных растений – описание ассоциаций. При этом из множества объектов, подлежащих изучению (генеральная совокупность), отбирается исследуемая часть (выборка). В случае описания растений какого-либо водоема или его отдельной части (залива, отрезка реки, водохранилища и др.) генеральной совокупностью является вся растительность этой акватории и прибрежной части. Выборка в данном случае – описание состава растений, их численности, биомассы с ряда площадок. Площадки закладывают во всех фитоценозах, встречающихся на водоеме или водотоке, охватывая от 10% (на водоеме или участке водотока с однотипной растительностью) до 100% (в сообществах с высокой мозаичностью или малой площадью) их площади. На небольших водоемах и участках водотоков используют пло-

52

щадки в 4 м2 в условиях высокого процента мелкоконтурности фитоценозов (Папченков, 2003). На водохранилищах используют площадки в 100 м2 (Катанская, 1981). В зависимости от ширины сообществ, площадки могут иметь раз-

меры 2×2 м, 1×4 м, либо 0,5×8 м (Папченков, 2001).

При описании фитоценозов также составляется картосхема зарастания водного объекта, список встреченных растений. Для каждого вида отмечаются фенофаза, проективное покрытие, максимальная высота и количество побегов, их сырая биомасса. Для определения высоты, количества и биомассы растений, в пределах площадки описания закладывают 4 регулярно распределенные укосные площадки по 0,25 м2. Они ограничиваются квадратной рамкой, сделанной из деревянных или пластмассовых реек, с размером внутренней стороны 0,5 м (0,5×0,5 м = 0,25 м2), на которых у самого дна (если это земноводные растения) и в пределах ограниченного рамкой столба воды (если это погруженные гидрофиты) срезают все растения и, если возможно, выкапывают подземные органы. Каждый укос в отдельности разбирается по видам растений, подсчитывается число побегов (для кувшинковых и стрелолиста – число листьев и цветоносов), измеряется высота, с точностью до 10 г взвешивается их сырая масса, измеряется высота наиболее развитых побегов. Далее полученные из укосов пробы досушивают в лабораторных условиях и используют для определения продуктивности сообществ (Папченков, 2003).

Все полученные данные заносятся в специальный бланк описания, где также отмечаются глубина воды, тип грунта и другие экологические особенности водного объекта.

Описание растительного сообщества дает возможность отнести его к той или иной ассоциации. Ассоциация – основная единица классификации фитоценозов. Наименование ассоциации дается обычно по бинарной номенклатуре: первое слово состоит из родового названия доминирующего вида с добавлением к его корню окончания «etum», а второе – из родового названия содоминанта с добавлением окончания «osum» (например, Polygonetum myriophyllosum, Scirpetum nupharosum, Scolochloetum glyceriosum, Phragmitetum polygonosum). При господстве нескольких видов дается название одного рода (например, Phragmitetum aquiherbosum). Иногда дается видовое название доминирующего вида

(Potamogetonetum perfoliati ranunculosum). Более простой способ наименования заключается в перечислении латинских названий видов, доминирующих в ассоциациях. При этом знак «–» отделяет виды различных экологических группировок (ярусов), а знак «+» объединяет виды одной группировки. Перечень доминирующих видов начинается с прибрежно-водных растений (например, Phragmites australis + Scirpus lacustris – Potamogeton natans – Chara sp. + Elodea canadensis).

53

Характер водной растительности зависит от состава воды, скорости течения, глубины и характера дна водного объекта. Наиболее богата водная растительность в неглубоких озерах, прудах, речных заводях со стоячей и слабо проточной водой. Здесь можно наблюдать смену видового состава от берега к урезу воды и дну водоема или водотока. Прибрежную зону занимают высокотравные и низкотравные гелофиты, а в воде растут прикрепляющиеся ко дну и плавающие (в толще и на поверхности воды) водные растения (рис. 2.2).

Рисунок 2.2. Распределение сообществ макрофитов по ширине русла реки (по: Папченков, 2006)

Наиболее приемлемым методом описания вертикальной поясности водной растительности является метод линейных трансект. Трансекту закладывают, используя лодку. С одного берега на другой натягивают шпагат. Вдоль него через ровные промежутки (1–2 м) измеряют глубину водоема (или водотока) и указывают встреченные виды растений. В это же время полученные на трансекте данные отображают на профиле водного объекта. Для этого на миллиметровой бумаге вырисовывают профиль в масштабе в 1 см – 1 м. В зависимости от целей составления масштаб глубины и ширины водного объекта на схеме профиля можно изменять. Кроме того, профиль водоема или водотока можно получить, используя эхолот со встроенным GPS-навигатором. Перед составлением и описанием трансекты её место расположения отмечают на ранее составленной картосхеме водного объекта. Затем делают описание профиля вдоль трансекты (табл. 2.1).

54

Описание профиля водоема (по: Полевые методы…, 2004)						Таблица 2.1.
Виды растений	Фенофаза	Распределение растений по трансекте
		1м	2м	3м	4м	5м	и т.д.

Бланк описания растительности водоемов (карта-схема прилагается) (Институт озёроведения РАН)

Название сообщества_______________________________________________________________________

№описания______дата_____________автор______________________________________________________

Название и географическое положение водоема__________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________

Экологические особенности местообитания:

Характер берега, уклон дна____________________________________________________________________

Глубина (верхняя и нижняя граница)___________________________________________________________

Прозрачность воды___________________________________________________________________________

Цвет воды___________________________________________________________________________________

Скорость течения_____________________________________________________________________________

Степень защищенности от ветра и волнения_____________________________________________________

Донные отложения: Цвет_______________________________Консистенция_____________________________________________

№пробы____________________________№ образца грунта________________________________________

РАСТИТЕЛЬНОСТЬ

Размер описываемой площади_________________________________________________________________

Общий характер и облик (однородность состава, характер распределения, общая сомкнутость и т.д.)

_________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________

Подъярусы			Высота растений	Проективное покрытие	Доминанты
			(от – до, см)	вида в сообществе, %
		1
Надводные		2
		3
Плавающий (0)
		-1
Погруженные		-2
		-3

Видовой состав

Название	Подъярус	Высота	Обилие	Проективное	Фенофаза	Состояние
растения,				покрытие		(жизненность)
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
….

Влияние человека и животных_________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________

Воздействие загрязнений______________________________________________________________________

Примечание__________________________________________________________________________________

55

Количественный подход к изучению растительности оказывается гораздо более трудоемким, чем обычное описание сообщества. При изучении зарастания водоема часто бросается в глаза большая неравномерность распределения видов по площади фитоценоза. Образование пятен, зарослей, куртин, скоплений вида может быть связано с вегетативным размножением, что обычно и имеет место у высших водных растений, или с неоднородностью среды.

Необходимость сравнения растительных группировок для отнесения сообщества к той или иной ассоциации привела к попыткам количественного выражения степени сходства сообщества. Жаккар (Jaccard, 1901) впервые предложил коэффициент общности (К):

K c 100% , a b c

где a – число видов в первом описании, b – число видов во втором описании, с – число общих видов.

Этот коэффициент является одним из основных показателей отнесения описываемого сообщества к той или иной ассоциации.

2.6. Изучение запасов биомассы макрофитов, процессов зарастания водных объектов и продукции водных растительных сообществ

Изучение запасов биомассы макрофитов и процессов зарастания водных объектов. После или во время составления картосхемы на водоеме закладывают пробные площадки для изучения фитомассы и продуктивности сообществ. Размер площадок и особенности изучения сырой массы растений указаны в п. 2.5 «Изучение фитоценотического состава водного объекта».

Материалы картирования и данные, полученные с укосных площадок, используются для определения запасов водных растений на водоеме или участке водотока. Для подсчета фитомассы водных растений все цифровые данные, полученные при обработке картосхемы, заносят в таблицу со следующими гра-

фами (табл. 2.2) (Папченков, 2003, 2006):

Таблица 2.2.

Обработка данных с картосхемы

Виды растений	S, м2	m, кг/ м2	M=m × S, кг или т

где S – площадь, занимаемая фитоценозами, в сложении которых принимает участие данный вид, м2; m – фитомасса вида на 1 м2, усредненная по данным с укосных площадок, кг/ м2; M = m×S – фитомасса данного вида на водоеме или участке водотока, кг или т.

56

В конце 4-го столбца приводят сумму фитомассы для всех видов макрофитов на исследуемом объекте (Мобщ). При наличии на картосхеме зарастания контуров фитоценозов, в которых какой-либо вид имеет различающиеся величины проективного покрытия, его необходимо занести в таблицу дважды или более и при подсчете фитомассы пользоваться усредненными данными по биомассе вида (Папченков, 2001).

Подсчет площадей фитоценозов на водоеме осуществляют по составленной картосхеме зарастания: 1 мм2 картосхемы равен 1 м2 площади изучаемого водного объекта.

Подсчет площадей фитоценозов на реках производят исходя из картосхемы зарастания километрового участка реки с помощью палетки или миллиметровой бумаги. Для перевода полученной величины площади контура сообщества на схеме в соответствующие натуральные величины пользуются формулой:

S = (1000/Дсх×Шр/Шсх) / 25×n×1 см2

или в более общем виде:

S = (Мд×Мш) / 25×n×1 см2,

где S – реальная площадь измеряемого контура, м2; 1000 – реальная длина участка реки, м; Дсх – длина участка реки на схеме, см; Шр – реальная ширина реки, м; Шсх – ширина русла на схеме, см; 25 – число малых клеток палетки в 1 см2; n – число малых клеток палетки, закрывающих площадь измеряемого контура; 1 см2 – площадь большой клетки палетки; Мд и Мш – соответственно масштабы по длине и ширине участка реки на схеме (Папченков, 2001, 2003).

По окончании обработки данных с картосхемы рассчитывают показатель фитомассы (Пф). Для этого сумму фитомассы макрофитов на объекте (Мобщ) надо разделить на площадь (S):

Пф = Мобщ /S, кг/м2.

По этому показателю определяют интенсивность зарастания водных объектов (табл. 2.3). Применяя данный показатель, можно сравнивать интенсивность зарастания водных объектов различного типа или водных объектов одного типа, или, например, интенсивность зарастания водных объектов естественного и антропогенного происхождения.

По показателю фитомассы определяется интенсивность зарастания как рек в целом, так и их отдельных участков, производится разбивка рек на участки с разной интенсивностью зарастания. Для общей характеристики речной сети региона по приведенным градациям составляются карты интенсивности за-

57

растания рек, на которых выделяются районы с различной выраженностью этого показателя (Папченков, 2003).

Таблица 2.3. Шкала интенсивности зарастания водотоков иводоемов (Пф) (по: Папченков, 2003, 2006)

Баллы интенсивности	Интенсивность	Пф, кг/м2
зарастания	зарастания водоемов и водотоков
0	Не зарастающие	0
1	Почти не зарастающие	менее 0,10
2	Очень слабо зарастающие	0,11–1,00
3	Слабо зарастающие	1,01–2,00
4	Умеренно зарастающие	2,01–3,00
5	Значительно зарастающие	3,01–4,00
6	Сильно зарастающие	4,01–5,00
7	Очень сильно зарастающие	более 5,00

Для водоемов в дополнение к показателям интенсивности зарастания рассчитывают показатель степени зарастания (Пс), представляющий собой отношение площади зарослей на водоеме к площади его акватории, выраженное в процентах (Пс = Мобщ/S×100, %). Для рек подобный показатель мало информативен, поэтому обычно не рассчитывается.

По степени зарастания все водоемы (а при необходимости и водотоки) могут быть разбиты на 8 классов: 1) не заросшие или почти не заросшие – площадь зарослей менее 1% от площади акватории; 2) очень слабо заросшие – 1– 5%; 3) слабо заросшие – 6–10%; 4) умеренно заросшие – 11–25%; 5) значительно заросшие – 26–40%; 6) сильно заросшие – 66–95%; 7) очень сильно заросшие

– 66–95%; 8) сплошь заросшие – 96–100% (Папченков, 2003, 2006).

Изучение продукции водных растительных сообществ. Кроме изучения процессов накопления фитомассы в водоемах и водотоках имеет значение процесс образования фитомассы растений во времени в течение полевого сезона, или продуцирование. Итогом этого процесса является продукция макрофитов. За годовую продукцию принимают относительный прирост фитомассы в течение полевого сезона.

При проведении исследований продуктивности сообществ измеряют и учитывают следующие показатели:

–фитомасса – общее количество живого вещества в растениях, накопленное на определенной площади к данному моменту;

–первичная продукция – количество органического вещества, вносимого автотрофами в биогеоценоз на определенной площади за определенный отрезок времени;

–общая, или валовая, первичная продукция – количество органического вещества, создаваемого автотрофами в процессе общего фотосинтеза на определенной площади за определенный отрезок времени;

–чистая первичная продукция – количество органического вещества, создаваемого автотрофами в процессе видимого фотосинтеза за определенный отрезок времени;ононевключаетвсебянекоторыеколичествавещества,потраченногозаэтовремя продуцентаминаростидыхание;

58

–абсолютно чистая первичная продукция – количество органического веще-

ства, созданного автотрофами на определенной площади за определенное время, за вычетом как потерь, связанных с жизнедеятельностью продуцентов, так и с частичнымопадомиспотреблениемрастенийгетеротрофами.

При этом в полевых условиях можно измерить сырую надземную фитомассу либо воздушно-сухую фитомассу, высушив на открытом воздухе взятые на водном объекте пробы с укосных площадок. Более точные расчеты ведут исходя из значений фитомассы, полученных в лабораторных условиях при досушивании проб в сушильномшкафудопостоянноймассы.

Для расчета продукции вида можно использовать следующие формулы (Распо-

пов,2006):

–для гелофитов и водных растений – Р=1,2×Вмах, где Вмах – максимальная надземная фитомасса (которая обычно бывает приурочена к моменту цветения растений);

–для водныхрастений с плавающими на воде листьями– Р=1,2×В+wn, где В– надземная фитомасса, w – средняя масса плавающего неповрежденного листа, n– числомутовок,лишенныхлистьев.

Необходимо иметь в виду, что коэффициент 1,2, на который умножаетсязначениемаксимальнойназемнойфитомассырастения,взависимостиотрегионаможетнесколькоизменяться.

При проведении балансовых исследований на водоемах и для расчета потоков энергии, проходящих через различные экосистемы, необходимое вычисление годовой продукциивысшихводныхрастенийидетвследующейпоследовательности:

–установлениевеличинысреднейфитомассы,г/м2,

–определениеплощадизарослей,м2,га,

–подсчетобщейфитомассы,кг,ц,т,

–подсчетчистойгодовойпродукции,кг,ц,т,

–подсчетфитопродукцииворганическомвеществе,кг,ц,т,

–подсчетфитопродукциивэнергетическихединицах,кДж,ккал,

–вычисление чистой первичной продукции на единицу площади водоема, выраженнуюввесовых(г/м2)иэнергетическихединицах(кДж/м2).

Для энергетическихрасчетов удобно пользоваться коэффициентом, предложенным Х. Литом (табл. 2.4), который приравнивает 1 г углерода к 10 ккал. Ниже приводимтаблицупереводаорганическоговеществавэнергетическиеединицы.

			Таблица 2.4.
Переводнаятаблицаорганическоговеществавэнергетическиеединицы
	(по:Распопов,2006)
Воздушно-сухоевещество,г	Углерод,г		Тепловаяэнергия,ккал/кДж
1,0	0,4		4,0/16,8
2,5	1,0		10,0/41,9

59