Пособие по теме: "Фенонаблюдения ".

Тема: Фенологические наблюдения за деревьями.

Целью наблюдений является ознакомление учащихся с содержанием, методикой и организацией фенологических наблюдений за деревьями и кустарниками. Фенологические наблюдения позволяют познакомиться с сезонными изменениями растений, таким образом углубить свои знания по морфологии растений. Самостоятельная работа учащихся по ведению наблюдений за сезонными изменениями растений позволяет углубить знания, навыки и умения при изучении курса ботаники, а также весьма значительную помощь в написании исследовательских работ.      

Изучение динамической по сезонам морфологии развивает навыки эколого-морфологического анализа, что необходимо понимания экологических особенностей видов и их «поведения» в различных условиях.

Сезонные явления у растений.

Одним из свойств географической оболочки Земли являются закономерно чередующиеся ежегодные изменения, воспринимаемые как смена времен года. В умеренном климатическом поясе сезонные изменения принимают форму смены холодной зимы и теплого лета. Наибольшего разнообразия сезонные изменения достигают в биосфере – мире растений и животных, вся жизнедеятельность которых определяется приспособлениями к сезонной  ритмике абиотических и биотических компонентов  оболочки Земли.

Система знаний о сезонных явлениях природы, о сроках их наступления и причинах, определяющих эти сроки, называется фенологией. Этот термин был предложен в 1653 году бельгийским ботаником Ш.Мораном.

Широкое развитие фенологии как отдельной отрасли знаний стало возможным благодаря практике. Фенология приобретает новые функции благодаря созданию экологического мониторинга – комплексного решения проблем охраны и улучшения природной среды обитания человека в конкретном районе.

Всем организмам свойственна периодичность жизненных процессов. Она проявляется в погодичном, сезонном, и суточном ритмах.  Периодическая смена времен года в умеренном климате наложила глубокий отпечаток на жизнь растений, которые в неблагоприятное время  года резко снижают жизнедеятельность, впадая в относительный покой. Чередование активной жизни и покоя вызывает изменения облика растений по сезонам. Цикл сезонного развития растений состоит из закономерно сменяющихся друг друга морфологически различных этапов. Рост побегов и его прекращение, появление и опадание листьев, цветение, плодоношение, рассеивание плодов – все это хорошо заметные в природе явления обуславливают изменения картины окружающего нас мира. Кроме этих хорошо видимых явлений, происходят трудно уловимые глазом процессы внутрипочечного роста, формообразования, накопления надземной и подземной массы и ее отмирания, которые тоже идут ритмично и составляют собственно жизнь растений и их сообществ.

           Количество ритмически меняющихся явлений в жизни растений огромно. Фенология отбирает такие из них, которые можно достаточно регистрировать и использовать в качестве сигналов годичного круга природы. Такие объекты наблюдений называют феноиндикаторами. Целями феноиндикации служит, например, регистрация цветения некоторых растений.

Фенологические сезоны и фенофазы растений

Каждому сезону свойственны свои сезонные явления. Качественно отличные этапы годичного круга природы с взаимосвязями между ее компонентами и со специфическими сезонными явлениями называются фенологическими сезонами.

Для растений характерен период активной жизнедеятельности, который иначе называется вегетационным периодом. Для многолетних растений используют понятие период активной вегетации, так как у них начало и конец вегетационного периода трудно установить. Период активной вегетации определяется началом и концом видимых ростовых процессов, массовым отмиранием зеленых частей и других легко регистрируемых процессов. Сезонные изменения растения на протяжении активной жизнедеятельности рассматривают как смену визуально различимых фенологических фаз.

Задачи и организация фенологических наблюдений и исследований

Принципы организации фенологических наблюдений определяются поставленными задачами. Проведение систематических многолетних фенологических наблюдений выходит за рамки задач организации работы учащихся на уроках биологии и экологии. Основной задачей при проведении фенологических наблюдений за растениями является изучение сезонной динамики растений, детальное ознакомление с ритмом их сезонной вегетации.

Помимо этой основной задачи в ходе проводимых наблюдений учащиеся решают целый ряд дополнительных задач, направленных на приобретение дополнительных знаний, расширение и их детализацию по биоморфологии растения. Так, наблюдения за выбранным растением осенью предполагает полное ознакомление с морфологическими и анатомическими особенностями листа, что позволяет как расширить знания учащихся об этом вегетативном органе растения, так и закрепить полученные знания в курсе ботаники.

Задачи фенологических наблюдений

1.     Ознакомление с ритмом сезонной вегетации растения.

2.     Определение и анализ жизненной формы растения.

3.     Подробное изучение морфологии листа, почки, годичного побега, цветка и соцветия, плода у наблюдаемого объекта.

Список растений для наблюдения

Для наблюдения предлагается список следующих растений.

1.     Береза повислая, бородавчатая – Betula pendula Roth.

2.     Клен остролистный или платановидный – Acer platanoides.

3.     Клен ясенелистный или американский – Acer nequndo L.

4.     Клен татарский - Acer tataricum L.

5.     Дуб черешчатый – Quercus robur L.

6.     Ясень обыкновенный – Fraximus excelsior.

7.     Вяз шершавый или горный – Ulmus qlarbanus.

8.     Осина или тополь дрожащий – populus tremolo.

9.     Липа сердцевидная – Tilia cordata.

10.  Боярышник кроваво-красный – Crataequs sanquinea pall.

11.  Яблоня домашняя – malus domestica borkh.

12.  Рябина обыкновенная – Sorbus aucuparia.

13.  Груша обыкновенная – Pyrus communis.

14.  Шиповник или роза – Rosa.

15.  Вишня обыкновенная или садовая – Cerasus vulqaris.

16.  Черемуха птичья или обыкновенная- Padus arium Mill.

(Prunus padus).

17.  Каштан конский – Aesculus hippocasta.

18.  Орешник или лещина обыкновенная – Corylus avellana.

19. Тополь - |Polulus.

20. Лиственница сибирская – Larix sibirica ledeb.

21. Ель европейская – Picea abies.

22. Сосна обыкновенная – Pinus sylvestris.

Кроме предложенного списка можно остановить свой выбор на другом растении.

На мой взгляд, фенологические наблюдения за деревьями и кустарниками проводить для школьника несколько легче, чем за травянистыми растениями.

Рассмотрим признаки осенних фенологических фаз и методы их регистрации у древесных растений.

Листопад как фенологическая фаза регистрируется тогда, когда   у наблюдаемых деревьев опадает около половины листьев. В позднеосеннем состоянии деревьев следует обращать   внимание и на изменение окраски молодых побегов.

Фаза созревания плодов охватывает период от окончания цветения до того, как начнут опадать первые плоды или семена. Фаза рассеивания плодов (семян или других зачатков) начинается с момента полного созревания плодов до их опадания с дерева или поедания животными. Нередко эта фаза бывает очень растянутой и захватывает у дерева и кустарников всю зиму и часть весны.

После того, как учащийся выбрал вид растения, за которым будет проводиться наблюдение, необходимо определить и выбрать место наблюдения. Место произрастания растения должно быть типичным для изучаемого вида (лес, сад, парк и т.д.), а экземпляр растения должен находиться в условиях типичных для этого вида в данной местности. Следует выбирать растение не поврежденное и вступившее в пору половой зрелости.

Регистрация наблюдений

Для записей всех наблюдаемых явлений и данных о сроках их протекания, а также о строении растения необходимо завести дневник фенологических наблюдений. Для коррекции своих наблюдений необходимо сравнивать получаемые данные с данными, содержащимися в различных фенологических справочниках, календарях природы и пособиях по ботанике и фенологии, список которых приводится.

Кроме словесного описания наблюдаемых явлений и хода изменения фенофаз у растения, желательно давать рисунки – схемы и подробные рисунки, а также фотографии. Ведение дневника следует начать с указания вида наблюдаемого растения и полной его систематики. Затем указывается ареал изучаемого вида, долгота и широта местности, где проводится наблюдение.

Наблюдение за растениями осенью

Работу по наблюдению за растением необходимо предварить изучением литературы по данному виду растения. Начиная с сентября необходимо фиксировать сроки наиболее характерных изменений, происходящих с растением. В течение осени (сентябрь – ноябрь) необходимо отметить следующие, визуально легко наблюдаемые изменения или фазы вегетации у растения:

1.                          Появление первых признаков осеннего расцвечивания листвы в кронах.

2.                          Полное осеннее расцвечивание листьев.

3.                          Начало листопада и поредение крон.

4.                          Массовый листопад.

5.                          Окончание листопада.

6.                          Изменение окраски молодых побегов.

7.                          Созревание плодов.

8.                          Рассеивание плодов (или семян у голосеменных).

Осенняя окраска листьев.

По первым двум пунктам необходимо указать не только время начала и конца расцвечивания листьев, но и указать основной доминирующий цвет и всю имеющуюся цветовую гамму, характерную для данного вида. Уместно будет описание дополнить рисунками или цветными фотографиями как отдельных листьев, так и всей осенней кроны растения. Кроме этого следует объяснить причины изменения окраски листьев от зеленой до осенней происходящими в них процессами на уровне клеток.

Осенняя окраска листьев обычно предшествует листопаду: листья, расположенные внутри кроны, желтеют раньше, чем листья на внешней стороне деревьев, куда полностью доходит свет. Листья, которые друг друга затеняют, также часто желтеют раньше, чем незатененные. На ветке пожелтение листьев обычно происходит в такой последовательности: сначала желтеют нижние листья. Затем следуют средние и, наконец, самые молодые, расположенные на верхушке.

Осенью, кроме пожелтения листьев, наблюдается появление желто – красных, красно – лиловых и других оттенков листвы. Изменение цвета вызвано разрушением зеленого пигмента – хлорофилла и выявлением желто – красных пигментов – ксантофилла и каротина. Красно – лиловые тона обусловлены образованием антоциана и увеличением его количества в клеточном соке. Количество антоциана резко увеличивается с понижением температуры. Следовательно, в зависимости от осенних температур оттенки осенней листвы у одного и того же вида могут варьировать по годам.

Листопад.

После того, как листья достигнут предельных размеров, начинаются процессы их изнашивания, ведущие к старению и, в конце концов, к отмиранию. Видимый признак старения листа – это его пожелтение или покраснение. В тканях старых листьев накапливаются некоторые соли, откладываются во множестве кристаллы оксалата кальция. Из старого листа оттекают пластические вещества – углеводы, аминокислоты; лист «опустошается» перед опадением. Отток веществ, их перераспределение к центрам новой мобилизации можно считать одной из причин старения и опадения листьев.

У листопадных деревьев и кустарников опадение листьев на зиму имеет важное приспособительное значение. Сбрасывая листья, растения сильно уменьшают испаряющую поверхность. Листопад, или сбрасывание листьев, а иногда и целых листоносных побегов, большей частью укороченных (у тополя и ивы), представляет собой нормальный физиологический процесс, которому предшествует  образование отделительного слоя. Отделительный слой формируется близ основания листа и состоит из легко расслаивающихся клеток паренхимы. По этому слою лист и отделяется от стебля, причем на поверхности будущего листового рубца заранее образуется защитный слой пробковой ткани. Лист временно держится на жилках – листовых следах, но они в конце концов разрываются под действием тяжести листа и порывов ветра, и тогда лист падает на землю.

Не всегда деревья сбрасывают все листья, в особенности часто удерживаются на зиму засохшие листья молодых дубков у которых эти листья опадают лишь весной. Из хвойных деревьев только лишь одна лиственница ежегодно теряет осенью свою хвою; у ели она остается на ветках в течение 5 – 7 лет, у сосны- 2 – 3 года.

Подготовка к листопаду идет уже с лета. Причины образования при листопаде отделительного слоя до конца не выяснены, но известно, что биологическими часами, сигнализирующими о приближении осени, оказывается изменение длины дня.

Как показали исследования русского ученого Б.С.Машкова, не только листопад, но и все процессы так называемого осеннего созревания побегов, как остановка роста и переход верхушечной почки в состояние покоя, развитие на поверхности ветвей слоя пробки, накопление запасных веществ и т.п., в очень большой степени регулируются соотношением продолжительности дня и ночи.

Осенью  можно изучить лист и составить полное морфологическое описание, указав тип листорасположения, форму листовой пластинки 9цельная она или расчлененная), форму ее края, жилкование, опушение и т.п. Для морфологического описания листа можно использовать пособие по ботанике авторов: Васильева А.В.. Воронина Н.С., Еленевского А.Г. и др. [1] – cтр. 204-208. Кроме изучения морфологических особенностей листа наблюдаемого растения, можно исследовать особенности анатомического строения эпидермы листа и определить тип устьичного аппарата. Для изучения строения эпидермы и определения типа устьичного аппарата необходимо приготовить временный микропрепарат эпидермы. Эпидерма в виде бесцветной однослойной пленки снимается препаровальной иглой или срезается лезвием и помещается в каплю воды под покровное стекло. Под микроскопом изучается форма и размеры основных эпидермальных клеток и определяется тип устьичного аппарата. Рисунки и возможные типы устьичных аппаратов и их описание содержатся в 4 томе книги «Жизнь растений» [2]-cтр. 14-15.

Изменение окраски молодых побегов

Очень важным является наблюдение за изменением окраски молодых побегов осенью, что связано с образованием перидермы на поверхности побега взамен первичной эпидермы. Побег темнеет, приобретая оттенки характерные для перидермы конкретного вида растения. «Вызревшие» побеги, защищенные пробкой, подготовлены к зиме. На поверхности побега становятся четко видны чечевички. Форма, размеры и распределение чечевичек по поверхности стебля являются очень характерными для определенных видов растения. При визуальном осмотре годичного побега осенью необходимо отметить в фенологическом дневнике цвет и форму побега, размеры и число чечевичек.  Путем исследования приготовленных временных препаратов поперечного среза стебля годичного побега можно изучить строение перидермы и замыкающего слоя клеток в области чечевички. При этом следует отметить число рядов клеток в феллеме и их форму, а также мощность (число слоев) замыкающего слоя клеток в чечевичке. Описание строения перидермы необходимо дополнить рисунком.

Созревание плодов. Рассеивание плодов.

Как было отмечено ранее, фаза созревания плодов охватывает период от окончания цветения до момента начала опадения первых плодов или семян. Время наступления этой фазы и ее продолжительность необходимо зафиксировать в дневнике наблюдений. Далее фиксируется время поступления и продолжительность фазы рассеивания плодов или семян. Начало этой фазы совпадает с моментом полного созревания плодов, а конец – с опадением или поеданием животными. Кроме этого плод исследуемого растения следует охарактеризовать, дав его полное морфологическое описание [1].

Литература

1.                          Воронин А.Г. и др. Ботаника. Анатомия и морфология растений. М., 1988.

2.                          Жизнь растений. – Собр.соч. М.. Просвещение.