Методичні підходи до вивчення кругообігу речовин на луках

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 574.4:581.526.45

МЕТОДИЧНІ ПІДХОДИ ДО ВИВЧЕННЯ КРУГООБІГУ РЕЧОВИН НА ЛУКАХ

Лариса Орлова

Постановка проблеми. Знання про біокругообіг речовин у екосистемах, зокрема лучних фітоцено зах, відносяться до основних природничо-наукових понять, якими повинні оволодіти студенти-біоло- ги у процесі професійної підготовки, що можливо лише при комплексному підході до їх вивчення, з урахуванням результатів наукових і практичних досліджень у цій галузі.

Рушійною силою біокругообігу речовин є су купність живих організмів. Відомо, що за функ ціональним значенням вони поділяються на три групи -- продуценти, консументи, редуценти. Усе редині структурних підрозділів біосфери кругообіг визначається живою речовиною, однак істотну роль при цьому відіграють також і фактори непрямої дії (клімат, рельєф), які регулюють окремі потоки кругообігу (деструкція органіки, стікання речо вин, випаровування тощо). Для такого кругообігу правильніший термін «біогенний» -- народжений життям. Залежно від рівня можна виділити біо- геоценотичний, біогеохімічний і геохімічний кругообіги. У біогеоценозі зі спряжено діючою системою «ґрунт-рослинність-тварини-природні води-атмо сфера» здійснюється біогеоценотичний кругообіг. Оскільки цей кругообіг не є замкнений між сусід німи біогео ценозами, існують потоки речовин, які зумовлюють біогеохімічний кругообіг [17].

Лучні фітоценози, як і всі інші, піддаються по стійним змінам. Ці зміни, особливо сезонні та річ ні, можна розглядати як ознаки їх організації [12; 14]. Водночас на луках відбувається заміна одних фітоценозів іншими -- сукцесії. Усі основні види динаміки проходять одночасно. Зміни біологічного кругообігу речовин і енергії в лучних біогеоцено зах інтенсивно вивчаються в різних напрямках. До них, у першу чергу, потрібно віднести еколого-біо- сферні аспекти біогеохімічної циклічності, біоенер гетики, керування біогеохімічними циклами, вико ристання потоків речовин і енергії в господарстві. Обговорюються типи біогеохімічних кругообігів у природних і антропогенно змінених екосистемах тощо [2]. Одним із показників цих процесів є накопичення на поверхні ґрунту мертвих залишків рослин, тобто підстилки й опаду та встановлення опадо-підстилкового коефіцієнту, а на його основі інтенсивності гругообігу речовин.

Аналіз останніх публікацій. Л. Є. Родін та Н. І. Базилевич [13] розуміють під системою біоло гічного кругообігу надходження елементів з ґрун ту й атмосфери в живі організми, перетворення в них елементів, що надходять, на нові складні спо луки та повернення їх у ґрунт і атмосферу в проце сі життєдіяльності зі щорічним опадом органічної речовини або з повністю відмерлими організмами, що входять до складу біогеоценозів. Вони вказали, що біологічний кругообіг речовин є однією з най важливіших проблем взаємовідношень між рослин ністю і ґрунтом та висвітлили методичні прийоми обліку органічної маси в різних фітосистемах, за пропонували принципи побудови балансу біокруго- обігу, виклали деякі методи кількісного визначен ня речовин. Н. І. Базилевич і Л. С. Родін [1] також охарактеризували методи вивчення біологічного кругообігу в різних природних рослинних угрупо ваннях та в агроценозах.

В останні десятиліття в Україні значний унесок у вивчення підстилки, опаду, кругообігу речовин зробили вчені Дніпропетровського національного університету імені Олеся Гончара. Серед них по трібно назвати О. Л. Бельгарда, А. П. Травлєєва, Н. М. Цвєткову, А. О. Дубіну, М. М. Носовську, А. Ф. Кулик та ін. [17]. Вони, в основному, вивчали біологічний кругообіг у лісових насадженнях степо вої зони. Дослідники відзначили, що при вивчен ні окремих ланок біологічного кругообігу особливу увагу треба приділяти підстилці, що виступає як поєднувальна ланка між рослинністю та ґрунтом і є проміжною субстанцією між живим і неживим.

Останнім часом детально досліджуємо мортмаси лучних фітоценозів. З'ясовані запаси підстилки, вплив на їх накопичення погодних умов, зменшен ня господарського навантаження на заплавних [8], суходільних [10], низинних луках [5], проведений моніторинг накопичення мертвих залишків [11] в умовах Лівобережного Лісостепу України. Визначе ний енергетичний потенціал підстилки різних ти пів лучних травостоїв [6; 7] та показники індексу інтенсивності біологічного кругообігу на луках [9].

Виклад основного матеріалу. Головною відмін ністю біологічного кругообігу від будь-якого іншо го, у тому числі й від кругообігу води, є те, що він відбувається на всіх рівнях у результаті стій кої взаємодії протилежних процесів: синтезу та де струкції молекул, народження та загибелі особин, появи і відмирання видів [4].

Кругообіг живої речовини відрізняється від кру гообігу неживої: жива речовина біосфери оновлює ться в середньому за 8 років, світового океану -- за 33 доби, фітомаса океану -- щоденно, фітомаса сухо долу -- за 14 років. Оскільки в біосфері відбувається безперервний обмін речовин, усі хімічні елементи земної кори, атмосфери та гідросфери багато разів входять до складу різних організмів [7].

Біологічні кругообіги можуть бути безперервни ми (угруповання, у функціонування яких не втру чається людина) та перериваними (культурні луки, сади й поля, де щорічно вилучається частина орга- но-мінеральної речовини -- урожай) [15; 16].

Вивчення біологічного кругообігу хімічних еле ментів у біосфері дає можливість оцінити дефіцит того або іншого елемента, його надлишковість, сту пінь токсичності в природних умовах, порушення в механізмі його міграції, викликані інтенсивною господарською діяльністю людини. Знання законо мірностей біогеохімічних циклів у кінцевому ре зультаті дозволяє дати прогноз їх змін у сучасній біосфері Землі й розробити практичні рекомендації та заходи щодо запобігання порушенням у природ ному кругообізі речовин.

А.А. Титлянова [15; 16] запропонувала методи ку вивчення біологічного кругообігу, що дозволило розчленувати потоки, що входять до блоку і ви ходять із нього. Вона представила характеристику біологічного кругообігу азоту і зольних елементів у трав'яних екосистемах, розглянула запаси та по токи речовин у їхніх компонентах, географічні за кономірності та екологічні особливості біологічної продуктивності трав'яних екосистем.

До важливих характеристик біологічного кру гообігу можна віднести його інтенсивність. Показ ником, який дає уявлення про інтенсивність, можна вважати коефіцієнт утилізації органічної речови ни -- опадо-підстилковий коефіцієнт (ОПК) [17]. Термін, уведений німецьким ученим Ебермайером у 1953 р., застосовується для оцінки швидкості роз кладу мертвих органічних залишків. Цей показник об'єктивно оцінює початкову швидкість деструкції та мінералізації свіжовідмерлої фітомаси.

Швидкість розкладу органічних залишків зале жить від сукупності чинників, які можна об'єднати в три групи. Перша група характеризує якісний склад рослинного опаду. Вона включає видовий і фракційний склад опаду, вік, особливості хімічно го складу рослин у різних умовах існування, се зонні зміни тощо. До другої групи можна віднести діяльність живих організмів, які розкладають май же всі органічні речовини. Серед них особливої ува ги заслуговують бактерії, гриби, ґрунтові безхре бетні тощо. Третя група чинників показує вплив умов середовища, зокрема, температури, вологості тощо. Усі перелічені чинники впливають разом і часто зумовлюють один одного. біологічний кругообіг лучний екосистема

Опадо-підстилковий коефіцієнт (ОПК), або ін декс інтенсивності біологічного кругообігу, дає можливість із певною долею вірогідності виміряти швидкість біокругообігу речовин у конкретному біогеоценозі, у тому числі і лучному. Цей коефіці єнт становить відношення запасів лучної підстилки до запасів опаду зеленої маси за Н. І. Базилевич і Л. Е. Родіним [1]:

загальний запас підстилки (ц / га)

ОПК -- загальний запас опаду (ц / га)

Загальні запаси підстилки та опаду рекомен дується вивчати за методикою Л. Є. Родіна та Н. І. Базилевич [13]. При відборі зразків опаду та підстилки можна використовувати метод «шабло ну». Проби потрібно відбирати в типових місцях у 10--20-кратній повторності в чотирьох напрямках:

на захід, схід, північ і південь від центру ділянки. Потім визначаться вага після висушування.

Л. Е. Родін та Н. І. Базилевич [13] для того, щоб оцінити сукупність параметрів динаміки розкладу рослинної органо-мінеральної речовини фітоценозів і хімічних елементів, запропонували класифіка цію типів біологічного кругообігу зольних речовин та азоту між ґрунтом і рослинами. Для вільного користування названими показниками для біогео- ценозів різних ґрунтово-кліматичних поясів і зон вони запропонували 10-бальну шкалу, кожному балу ці°ї шкали відповідають певні кількісні інтер вали обраних показників (табл. 1):

Нами з'ясовано, що на досліджених луках індекс інтенсивності біологічного кругообігу (за Л. Е. Ро діним та Н. І. Базилевич) [13] у період вивчення знаходився в інтервалі 0,1--1,8.

Середній показник ОПК за роками вивчення на низинних луках був 0,5±0,0. На заплавних фітоце нозах він був мінливішим і змінювався від 0,9±0,3 до 0,5±0,3, на суходолах знаходився в інтервалі 0,5--0,8. Середній показник за всі роки вивчення був 0,6±0,2. Фактичні середні значення показника по роках коливалися в межах 0,5--09.

Виходячи з наведеного, видно, що ОПК на луках в основному був інтенсивним. При переведенні у 10-бальну шкалу (за [564]) отриму°мо бал 7--8.

Висновки

Індекс інтенсивності біологічного кру гообігу на луках регіону був у інтервалі 0,1--1,8, при середньому показникові 0,6±0,2. Виходячи з цього, швидкість розкладу органічної речовини в лучних фітоценозах можна вважати інтенсивною (бал 7--8). Показник залежить від типу фітоценозу і, в основному, корелю° з погодними умовами.

Перспективи подальших розвідок у напрямку дослідження. За результатами моніторингових до сліджень біологічного кругообігу речовин можливе прогнозування розвитку лучних біогеоценозів, на дання практичних рекомендацій стосовно догляду за існуючими екосистемами і створення агроцено- зів різного призначення в умовах України. Саме тому потрібно проводити постійні дослідження стану травостоїв на луках та їхніх змін із подаль шим з'ясуванням причин і виявлення шляхів від новлення і покращення. Такі роботи мають стати важливим напрямком навчання майбутнього вчи теля біології. З ці°ю метою в подальшому необхід не розроблення системи дидактичних завдань для студентів вишів природничого спрямування, яка забезпечить поетапне, комплексне засво°ння біоло гічних знань -- підґрунтя глибокого фахового розу міння °диної природничо-наукової картини світу.

Література

1. Базилевич Н. И. Тип биологического круговорота зольных элементов и азота в ос новных природных зонах Северного полушария / Н. И. Базилевич, Л. Е. Родин // Генезис, классификация и картография почв СССР. - М.: Наука, 1964. - С. 134-145.

2. Базилевич Н. И. Типыбиологическогокруговорота зольних элементов и азота в ос новных зонах Северногополушария / Н. И. Базилевич, Л. Е. Родин. - М., 1965. - С. 101 - 121.

3. Биогеохимический круговорот веществ в биосфере. - М. : Наука, 1987. - 144 с.

4. Білявський Г. О. Основи екології : підручник / Г. О. Білявський, Р. С. Фурдуй, І. Ю. Костіков. - К. : Либідь, 2006. - 408 с.

5. Камшилов М. М. Биотический круговорот /М. М. Камшилов. - М.: Наука, 1970. - 160 с.

6. Орлова Л. Д. Динаміка накопичення підстилки на низинних луках Лівобережного Лісостепу України / Л. Д. Орлова // Промислова ботаніка. - 2011. - Вип. 11. - С. 129-134.

7. Орлова Л. Д. Енергетичний потенціал підстилки лучних фітоценозів Лівобережного Лісостепу України / Л. Д. Орлова // Питання степового лісознавства та лісової ре культивації земель : зб. наук. праць. - 2011. - Вип. 40. - С. 53-58.

8. Орлова Л. Д.Запасенергіїу надземній частині лучнихфітоценозів Лівобережного Лі состепу України / Л. Д. Орлова // Промышленнаяботаника. - 2012. - Вып. 12. - С. 177-183.

9. Орлова Л. Д. Запаси підстилки на заплавних луках ЛівобережногоЛісостепуУкраїни/ Л. Д. Орлова // Український ботанічний журнал. - 2012. - Т. 69, № 5. - С.652-662.

10. Орлова Л. Д. Кореляційнізв'язкизапасівмортмаси з погоднимиумовамина луках Пол тавщини / Л. Д. Орлова / Інтродукція, селекція та захистрослин : матер. ііміжнарод наук. конф. (м. Донецьк, 25-28 вересня 2012 р.). - Донецьк, 2012. - С. 215.

11. Орлова Л. Д. Формування запасів підстилки на суходільних луках Лівобережного Лісостепу України/ Л. Д. Орлова // Вісник Дніпропетровського університету. Серія «Біологія. Екологія». - 2011. - Вип. 19, т. 1. - С. 130-136.

12. Орлова Л.Д. Динаміка мортмаси на луках околиць с. Чутівка Оржицького району Полтавської області / Л.Д. Орлова, Г.В. Каць / Біорізноманіття в світлі ноосфер- ної концепції В.І. Вернадського: матер. Всеукр. наук.-практ конф. (Полтава, 18-19 квітня 2013 р.) / За заг. ред. проф. М.В. Гриньової. - Полтава : Астрая, 2013. - С. 148-151(0,2 др.ар.)

13. Работнов Т. А. Экология луговых трав / Т. А. Работнов. - М. : Изд-во МГУ, 1976. - 176 с.

14. Родин Л. Е. Динамикаорганическоговещества и биологический круговорот в основ них типах растительности / Л. Е. Родин, Н. И. Базилевич. - М.;Л.: Наука, 1965. - 247 с.

15. Сукачев В. Н. Основные понятия лесной биогеоценологии / В. Н. Сукачев // Основы лесной биогеоценологии. - М. : Наука, 1964. - С. 5-46.

16. Титлянова А. А. Биологический круговорот азота и зольных элементов в травяных биогеоценозах / А. А. Титлянова. - Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1979. - 152 с.

17. Титлянова А. А. Изучение биологического круговорота в биогеоценозах : метод. руководство / А. А. Титлянова. - Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1971. - 136 с.

18. Цветкова Н. М. Біокругообіг речовин у біогеоценозах Присамар'я Дніпровського : навч. посіб. / Н. М. Цветкова, М. С. Якуба. - Дніпропетровськ : РВВ ДНУ, 2008. - 112 с.

Анотація

Розглядається поняття біологічного кругообігу речовин у біогеоценозах, зокрема в лучних екосистемах. Наводяться методичні рекомендації, по визначенню кругообігу речовин на прикладі опадо-підстилкового коефіцієнту. Вказуються резуль тати визначення індексу інтенсивності біологічного кругообігу на луках. Наголошується на необхідність таких досліджень у процесі підготовки вчителя природничого спрямування.

Ключові слова: біологічний кругообіг речовин, підготовка вчителя біології, лучні фітоценози, опад, підстилка, опадо-підстилковий коефіцієнт.

Рассматривается понятие биологического круговорота веществ в биогеоценозах, в частности в луговых экосистемах. При водятся методические рекомендации по определению круговорота веществ на примере опадо-подстилочного коэффициента. Указы ваются результаты!, определения индекса интенсивности биологического круговорота на лугах. Отмечается необходимость та ких исследований в процессе подготовки учителя естественного направления.

Ключевые слова: биологический круговорот веществ, подготовка учителей биологии, луговые фитоценозы, опад, подстилка, опа- до-подстилочный коэффициент.

Размещено на Allbest.ru