Одной из составных частей профессиональной подготовки учителя-биолога является умение грамотно организовать исследовательскую работу со школьниками, привлечь их к изучению родного края с целью развития биоцентрического мышления, т. е. осознанно-грамотного отношения ко всему живому. Контроль за состоянием популяций редких видов растений и выполнение режима их охраны должны осуществлять не только работники лесоохраны, научных учреждений, но и студенты, школьники, энтузиасты-любители природы.
На основе многолетнего опыта работы со школьниками нами разработаны методические рекомендации по организации научных исследований по изучению редких видов растений. В зависимости от времени, которым располагает исследователь, можно воспользоваться следующими примерными вариантами программ [ 6] :
- однократное изучение маршрутным способом одного вида растений включает (в течение одного дня): геоботаническое описание сообщества, в состав которого входит данная ЦП; определение плотности ЦП и возрастного спектра на трансекте с определением мощности растений (глазомерная оценка по трехбалльной шкале); сбор небольшого количества материала по семенной продуктивности с дальнейшим ее определением в лабораторных условиях;
- полустационарные наблюдения в течение одного или нескольких месяцев: детальные геоботанические описания; определение плотности особей и возрастного спектра видов в разных ЦП; определение уровня семенной продуктивности и выявление иных способов самоподдержания ЦП; определение мощности особей, учет числа всходов;
- стационарные мониторинговые исследования (в течение ряда лет) предполагают, кроме вышеизложенных положений, наблюдения на постоянных площадках с картированием, детальное изучение пространственной структуры и ее динамики, определение семенной продуктивности на постоянных площадках. Также при таких исследованиях становится возможным выявление ценотической роли исследуемого вида в сообществе, его консортивных связей и зависимости от биотопических, экотопических и антропогенных факторов, на основании чего появляется возможность определения причины сокращения численности популяции (вида).
Исходя из предлагаемых вариантов можно выполнить программу школьных исследований по изучению популяций редких видов растений [ 2, 3] :
1. Выбор объекта исследования.
Прежде всего надо выбрать конкретный вид растения и по литературным данным изучить его:
- систематическое положение;
- историю названия вида;
- морфологические особенности;
- биологию опыления;
- особенности размножения;
- условия обитания;
- встречаемость на изучаемой территории;
- лимитирующие факторы распространения вида;
- существующие меры по охране популяции в районе исследования (нормативные акты, имеющие юридическую силу).
2. Изучение внешнего вида растения по гербарному образцу.
Исследователь должен четко представлять изучаемый вид растения. Для этого желательно собрать иллюстративный материал (фотографии, рисунки) и познакомиться с гербарными образцами в вузе биологического профиля или Краеведческом музее.
3. Проведение фенологических наблюдений.
Для проведения геоботанических описаний растительных сообществ необходимо научиться определять изучаемый вид растения в природе, в различных фазах развития. Для этого желательно в течение одного сезона провести фенологические наблюдения за растением, чтобы установить время наступления, т. е. календарную дату конкретной фенофазы и описать внешний облик растения на различных стадиях онтогенеза в это время. Особенно важно знать наступление фазы цветения в условиях конкретного района исследований, поскольку в литературе приводятся приблизительные сведения, которые могут не совпасть с реальными [ 5] .
4. Геоботаническое описание растительного сообщества.
Независимо от выбранного объекта и варианта программы исследований, обязательно предполагается проведение геоботанических описаний растительных сообществ. Для этой цели необходимо воспользоваться специально разработанными бланками геоботанических описаний растительности леса или травянистой растительности.
5. Определение плотности популяции.
Во время проведения исследований следует обязательно вести учет плотности ценопопуляции, т. е. числа особей редкого вида на единице площади. В зависимости от жизненной формы и встречаемости вида это могут быть учетные площадки для травянистых растений от 0,25 га до 4 м2, для деревьев и кустарников от 100 м2 до ? га. Для получения достоверных результатов необходимо, чтобы плотность была не менее 3 – 4 экземпляров на площадку. Размещение площадок в пространстве может быть различным, но желательно, чтобы оно было экологически обоснованным, т. е. находилось в зависимости от какого-либо экологического фактора (рельефа, освещенности, увлажнения, антропогенного воздействия и т. д.). Сравнимы могут быть только данные, получаемые на одинаковых по величине площадках [ 4] .
6. Изучение семенной продуктивности растения.
Необходим сбор данных по семенной продуктивности растения, поскольку они позволяют судить о способности популяции к самоподдержанию. Семенная продуктивность определяется из расчета на особь или побег. Важно определение реальной семенной продуктивности, т. е. числа полноценных семян, развитых и неповрежденных. Семенная продуктивность на особь определяется перемножением средней продуктивности на цветок, числа цветков на побег, числа побегов на особь.
7. Изучение структуры популяции.
В структуру популяции входят несколько показателей – возрастные периоды и жизненность, а также пространственная структура. Возрастные периоды (покоя, прегенеративный, генеративный, постгенеративный) намного труднее определить для многолетних травянистых растений, чем для однолетних. Существуют специальные диагностические признаки возрастных состояний для конкретных видов растений. Для определения пространственной структуры популяций используется метод картирования особей на метровках. Желательно уточнить пространственное распределение особей ценопопуляции в зависимости от экотопических характеристик (рельефа, влажности, характера грунта, антропогенного фактора и т. д.) [ 1] .
8. Выводы по состоянию, мерам охраны и восстановлению популяции.
Выполнение предыдущих разделов программы позволит выявить реальную картину состояния ценопопуляции в районе исследования, зависимость распределения ценотических комплексов от экологических факторов. Предлагаемая программа исследований, проводимая в течение нескольких лет, позволяет осуществлять мониторинг состояния динамических процессов растительности с целью выявления нарушенных и антропогенно трансформированных участков. Данные мониторинга являются основанием для разработки дифференцированных методов охраны и восстановления популяций редких видов растений.
9. Оформление отчета о проведенных исследованиях.
Это заключительный и столь же ответственный этап работы, зависящий от правильности выполнения предыдущих пунктов программы. Он предусматривает камеральную обработку полевого материала, обобщение результатов исследования и изложение выводов или заключения. Материалы подкрепляются описаниями, табличными данными, рисунками, схемами, фотографиями или киноматериалами. Всю использованную литературу необходимо свести в общий список по алфавиту авторов работ. С результатами отчета следует познакомить научных сотрудников и получить от них рецензию или рекомендации и замечания по проведению исследований. Желательно, чтобы с самого начала работа осуществлялась под научным руководством ученых Самарского государственного педагогического университета, Самарского государственного университета или сотрудников Ботанического сада.
Проведенные нами исследования современных популяций первоцвета весеннего, рябчика русского (Красная книга РСФСР, 1988), шпажника черепитчатого позволили изучить конкретные экологические условия, в которых они находятся, и определить степень благоприятности для них окружающей среды.
Литература:
- Варлыгина Т. И. Проблемы региональной охраны растительного покрова (на примере Подмосковья) / Т. И. Варлыгина, Г. Г. Куликова, В. Н. Тихомиров // Научные основы охраны живой природы Подмосковья. – М.: Наука, 1988.
- Воронцова Л. И. О подходах к изучению ценопопуляций растений / Л. И. Воронцова, Л. Б. Заугольнова // Ботанический журнал. – 1979. – Т. 64 (№ 9). – С. 1296 – 1311.
- Соловьева В. В. Изучение феноритма популяций редких видов растений / В. В. Соловьева, Т. С. Старкова // Исследования в области биологии и методики ее преподавания: Межкафедр. сб. науч. тр. Вып. 2. – Самара: Изд-во СамГПУ, 2003. – 392 с.
- Стойко С. М. Экологические основы охраны редких, уникальных и типичных фитоценозов / С. М. Стойко // Ботанический журнал. – 1983. – Т. 69 (№11). – С. 1574 – 1583.
- Ценопопуляции растений: (Очерки популяционной биологии) / Л. Б. Заугольнова, Л. А. Жукова, А. С. Комаров и др. – М.: Наука, 1988. – 184 с.
- Широков А. И. Изучение ценопопуляций растений: Метод. рекомендации для студентов-биологов / А. И. Широков, В. П. Воротников, А. К. Ибрагимов. – Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 1994. – 38 с.