Биоценоз - лес (исследовательские работы)

Лев Ердаков

В этом номере много статей, в которых говорится о важности леса в природном хозяйстве Земли и для человека. Его можно использовать, можно наслаждаться, но можно и изучать. Леса изучаются специалистами, но если у школьников есть желание, они тоже могут узнать что-то новое о лесах не только из книг. В этой статье вы можете познакомиться с тем, как начать исследования в лесных сообществах.

Лесное сообщество без вмешательства человека развивается вполне гармонично, следуя стадиям экологической сукцессии, характерной для данного ландшафта. Однако человек своей деятельностью корректирует жизнь леса, нередко разрушая сложившиеся лесные комплексы. Вследствие такого вмешательства происходят изменения в следующих направлениях:

- снижение плодоношения крупных деревьев (основы леса),

- перераспределение видов растений и животных в лесу,

- упрощение лесных экосистем.

Все эти процессы негативны, и, зайдя достаточно далеко, они губят леса. На отслеживании любого из этих трех процессов можно построить биоценотические исследования в лесном сообществе, которые дадут возможность прогнозировать грядущие изменения и планировать защитные мероприятия.

Прогнозирование плодоношения хвойных

Главный компонент леса, его основа - деревья. Наиболее ценны и любимы в Сибири хвойные леса. Вот какие работы можно выполнить для прогнозирования плодоношения хвойных в наших лесах:

- осеннее обследование почек хвойных для оценки будущего урожая;

- оценка опыления женских шишек;

- подсчет зрелых шишек в кроне и семян;

- оценка урожая при обследовании упавших шишек на учетных площадках.

Опишем возможный вариант исполнения работы по осеннему обследованию почек хвойных деревьев для оценки будущего урожая семян. Для этого используем методику, разработанную для сосны (Некрасова,1961). Известно, что у хвойных ветки неодинаковы, они имеют комбинированные и вегетативные побеги. Комбинированные состоят из генеративных и ростовых частей, вегетативные - только из ростовых. Мужские и женские шишки закладываются у сосны только на комбинированных побегах.

Первый этап: визуальное, на глаз, определение соотношения генеративных и вегетативных побегов в кроне сосны. Это соотношение создает ажурность ее кроны. Если присмотреться, то сосны неодинаковы. Дело в том, что пока побег сильный и молодой, на нем формируются женские шишки, постарев, он становится вегетативным, а затем - мужским. Внизу кроны (это наиболее старая ее часть) формируются в основном мужские шишки. У молодых деревьев мощные молодые ветви имеются и внизу кроны, и на них, хоть и в меньшем числе, чем наверху, появляются женские шишки. Старые деревья, на ветвях которых образуются в большей мере мужские шишки, выглядят более "прозрачными". Так мы можем оценить вклад деревьев в общее плодоношение по доле в их кроне побегов с женскими шишками.

Контуры почек: 1 - с зачатками вегетативных органов, 2 - с зачатками женских шишек, 3 - с зачатками мужского колоска.

Второй этап: анализ почек, которые закладываются на побегах. Они, как и побеги, могут быть вегетативными и генеративными - мужскими или женскими, причем у последних - легко различимыми по форме. Закладка побегов происходит летом, в конце июля и в августе. В это время можно проводить примерную инвентаризацию будущего урожая, рассчитывая доли почек каждого вида. Будущие побеги представлены в это время на концах молодых веточек в виде маленьких почек, покрытых многочисленными чешуйками. Летом идет их развитие, а уже осенью внимательный наблюдатель может легко различать почки по внешнему виду. Зачатки мужских шишек утолщают почку в нижней части, а почки с зачатками женских шишек расширены вверху. Так что почки можно классифицировать по контуру и рассчитать долю каждого вида: вегетативных, женских, мужских (рис.). Прежде чем начать подсчет, нужно потренироваться в определении. Сняв кроющие чешуйки с почки, определенной как мужская, можно даже без лупы заметить в ее нижней части зернистые клубочки - будущие пыльники. У предполагаемых женских почек при таком же "раздевании" в верхней части у вершины обнаружится крупная почка, имеющая самостоятельную обертку из чешуек.

Формулируем задачу нашего исследования: по соотношению заложенных на будущий год почек сделать прогноз урожая семян сосны на следующий год.

Этапами нашей работы будут:

- закладка в лесу нескольких (5 - 7) квадратных учетных площадок со стороной 10 метров;

- определение доли старых "мужских" деревьев на учетном участке и выключение их из обследования;

- обучение определению почек (вегетативные, мужские, женские) на деревьях, находящихся вне наших учетных площадок;

- определение соотношения различных почек на средней части кроны каждого дерева и пересчет на всю его крону почек в этом соотношении;

- подсчет доли будущих женских почек по каждой учетной площадке и экстраполяция данных на площадь леса.

Точность такого прогноза можно проверить уже в середине мая будущего года. К этому времени быстро разросшиеся почки превращаются в побеги, легко дифференцируемые по внешним признакам. Это либо мужской пыльниковый побег, похожий на маленькую шишечку, либо женский побег - рогулька с двумя будущими шишечками на концах, либо продолговатый, тонкий ростовой побег. Сравнение прогнозных данных с фактическими выявит точность прогноза.

Итак, прогноз будущего урожая сводится к определению доли женских почек среди всех заложенных на будущий год.

Семена сосны как кормовой ресурс

Семена хвойных деревьев - кормовой ресурс для многих жителей леса, и во время плодоношения, точнее, рассеивания семян, можно проводить более сложные исследования. Это биоценотические работы по выявлению доли потребления семян животными и путей рассеивания их по территории леса. Для примера предлагаем несколько тем или направлений исследований по сосне лесной, самого распространенного дерева наших хвойных лесов.

- Расчет доли семян, поступающих в муравейники;

- установление доли семян, оставшихся в опавших шишках;

- выяснение объема семян, съеденных дятлом (обследование "кузницы").

Такие работы возможны с любыми хвойными деревьями, особенно же они интересны и разнообразны в приложении к сосне сибирской или кедру. Ее крупные шишки легко подсчитываются на самих деревьях. По характеру повреждений можно определить потребителя и проследить судьбу шишки от первого потребителя в кроне - кедровки или белки и далее, уже на сброшенных шишках, посчитать доли в сборе урожая у бурундуков и мышей. Все эти животные оставляют на шишке и на орешках очень характерные следы, каждый из них ест кедровые орешки по-своему.

Но сосна лесная все же доступнее, поэтому рассмотрим вариант исследования, связанного с потреблением ее семян дятлами.

I этап. Отметить на учетной площади 10-15 га несколько кузниц дятла. Кузница - это специально выдолбленная ямка в стволе дерева, куда дятел зажимает принесенную шишку и, раздалбливая ее клювом, выбирает семена. Найти кузницу нетрудно, под ней всегда лежит целая гора раздолбленных шишек.

II этап. Собрать и рассмотреть шишки в кузницах. Нужно понять, все ли семена из каждой шишки выбирает дятел. Если в шишках остаются семена, то они могут поедаться другими животными или прорастать. Таким способом для каждой кузницы устанавливаются доли семян, съеденных дятлом и оставшихся в шишке.

III этап. Расчет общего количества шишек, ежедневно поступающего в кузницы на данной территории. Для этого из-под каждой кузницы собираются все шишки, каждый раз пересчитываются. Предполагается, что шишки попадают сюда с учетного участка леса, а не приносятся издалека. Ежедневные сборы шишек составляют определенную долю от всех имеющихся на участке, их количество может варьировать. Ведь у дятлов может изменяться аппетит, а может - и сам корм.

Данные по динамике ежедневного количества шишек в нескольких кузницах, а также средней доли съеденных семян в этих шишках, можно использовать для выяснения:

- причин динамики потребления семян дятлов в летний период;

- доли урожая семян сосны, потребляемых дятлами на данной территории;

- среднего количества шишек и семян, потребляемых на одной кузнице дятла;

- распределения кузниц на обследованном участке леса и соотношения количества шишек в них (возможно, оно зависит от высоты кузницы, а может быть от близости других кузниц и пр.);

- возможности прорастания высыпавшихся или оставшихся в шишках семян (подсчитываются проростки сосны вблизи каждой кузницы)

Выбирая тему исследования, необходимо сформулировать гипотезу, которая и подлежит проверке. Например, приступая к расчетам доли урожая сосны, потребляемой дятлами на данной территории, стоит сделать предположение о том, что дятел - основной потребитель семян и поедает более половины всего их урожая. Если кто-то изучает потребление урожая семян сосны рыжими лесными муравьями, то представится случай сравнить этих потребителей - дятла и муравья, и выявить среди них более эффективного.

Вполне вероятно, что тема возобновления соснового бора с помощью прорастания семян, тема урожайности сосны и обеспеченности этим видом корма обитателей сосняка будет избрана школьным научным обществом как основная. Тогда в исследованиях могут участвовать несколько человек или групп, и появится возможность для более широких и углубленных обобщений.

Перераспределение видов

Вторая крупная проблема связана с происходящим в нашем лесу перераспределением видов растений. Лес - это долгоживущее сообщество, а для долгой жизни нужно не только хорошее плодоношение, но и обильный подрост. Так что, оценивая, насколько много в лесу молодых сосенок, мы определяем, процветает этот лес или медленно гибнет. Многолетние наблюдения за перераспределением растений в лесу начинаются, таким образом, с доминирующего в нем вида деревьев и основываются на измерении соотношения возрастных групп этого вида.

Кроме простого разнообразия видов есть еще и особенности их сочетаний. В хвойных лиственных лесах и кустарниковых пустошах - свои группы травянистых растений. Помня об этом, можно построить свое исследование на подсчете соотношений видов хвойного леса к растениям лиственного или кустарниковой пустоши. Увеличение числа видов, характерных для хвойного леса, подтверждает его хорошее "самочувствие", а вот рост числа чуждых видов подскажет о постепенной смене этой растительной формации, пока еще не заметной нашему глазу.

Лес - это очень сложное сообщество, в котором живут не только растительные, но и животные организмы. Последние также вносят вклад в процветание или оскудение лесного массива. Они могут служить индикаторами благополучия леса, нужно только правильно построить изучение этих животных. Прежде всего, определяют видовой состав и численность лесных животных. Можно выбрать из всего многообразия одну группу, например, насекомые, или еще уже - жуки или, скажем, перепончатокрылые - муравьи, пчелы, пилильщики.

Войдя в лес, мы получаем общее ощущение его "здоровья" не только от замечательных ароматов хвои и чистоты воздуха, но и от шорохов, шелеста, звона насекомых и пенья птиц. Если какой-нибудь составляющей не чувствуется, то с нашим лесом не все в порядке. Невозможно бродить целый день по здоровому лесу, ни разу не услышав стука дятла или шелеста крыльев мелких и средних птиц в кронах. Натуралист-исследователь на экскурсии по лесу отмечает всех лесных жителей, которых он увидел или услышал. Самое раннее представление о том, что в лесу какие-то нарушения, первый диагноз начинающейся лесной хвори, как раз и ставится на основе заметных уклонений в общем описании маршрута. Нужно помнить, что избыток увиденных животных также не хорош для леса, как и их недостаток. Избыток означает либо массовое размножение каких-то видов, либо миграцию их особей с соседних территорий. То и другое, не обеспеченное ресурсами биотопа, приведет к его разрушению.

На этом же строятся исследования повреждений растений, фиксируемые на маршруте. Растения, являясь продуцентами, существуют для того, чтобы производить продукцию, которую поедают животные. Нормальным являются встречаемые повреждения коры, листьев, веточек. Однако количество этих повреждений подлежит учету. Если их становится все больше, это означает, что растет число потребителей или растения в силу того, что они угнетены, не успевают наращивать свои поврежденные части. Рост растений замедлен. Ту и другую гипотезу необходимо проверить.