Исследовательская работа Индикация состояния почв по частотам встречаемости фенов белого клевера

Межрегиональная научно-практическая конференция «Сохранение природного и культурного наследия»

Бюджетное общеобразовательное учреждение города Омска

«Гимназия № 88»

Индикация состояния почв по частотам встречаемости фенов белого клевера.

Автор работы:

Назаренко Анна Владимировна

ученица 9 «А» класса

БОУ г. Омска «Гимназия № 88»

Руководитель:

Бедаш Наталья Николаевна

учитель биологии

БОУ г. Омска «Гимназия № 88»

г. Омск-2014

Содержание:

Введение………………………………………………………………3

Глава I. Литературный обзор……………………………………………..4

1. Клевер Ползучий
1.1 Видовое многообразие растений рода Клевер

1.2 Среда обитания

1.3 Морфологическое строение
1.4 Значение

1.5 Интересные факты

2. Почва.

2.1 Морфология

2.2 Пространственная организация

2.3 Почвообразование

2.4 Классификация почв

2.5 Значение почв в природе

Глава II. Практическая часть……………………………………………..9

1. Методика «Экологический мониторинг»

2. Оборудование

1 этап - 2012 год

2 этап - 2013 год

Выводы и перспективы работы…………………………............................14

Список литературы…………………………………………….....................15

Приложение………………………………………........................................15-16

Введение.

Актуальность работы
Загрязнение почв - один из опаснейших видов деградации почв и экосистемы в целом. Антропогенные факторы оказывают негативное влияние на почву, и ставит под угрозу количественный и качественный показатель различных видов живых организмов.

Цель:

Оценить состояние почв с помощью фенотипического биоиндикатора - Клевера белого.

Задачи:
1.Изучить биологическую характеристику клевера, как объект фенотипического биоиндикатора.
2. Определить фенотипы образцов клевера белого на изучаемом участке.
3. Рассчитать частоты встречаемости его форм.

4. Оценить и сравнить состояние почвы на данных участках.

Гипотеза:

По величине ИСФ при достаточно большом количестве пробных площадок на исследуемой территории можно выделить наиболее антропогенно-нагруженные участки. Если величина ИСФ не превышает 30%, то территория чистая. Если ИСФ достигает 70-80%, то территория загрязнена.

Объект исследования:

Почвы Омска и Омской области,

Клевер Белый.

Время исследования:

20 мая 2012г. - 15 сентября 2013г.

I. Литературный обзор.

1. Клевер Ползучий.
1.1 Видовое многообразие растений рода Клевер

Существует около 245 видов. Вот некоторые из них:

-Trifolium africanum - Клевер африканский;

-Trifolium alexandrinum - Клевер александрийский;

-Trifolium ambiguum - Клевер сходный;

-Trifolium amoenum - Клевер индийский;

-Trifolium lupinaster - Клевер люпиновый, или Клевер пятилистный;

-Trifolium repens - Клевер ползучий, или Клевер белый;

1.2 Среда обитания
Распространён в зоне умеренного климата - в Северной Африке, Малой, Передней и Средней Азии, Пакистане, практически повсюду в Европе и Закавказье. Широко натурализовался на юге Африки, в тропических районах Азии, в Австралии и Новой Зеландии, в Северной и Южной Америке.
В России встречается в Европейской части, на Кавказе, в Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке и Камчатке.
Растёт по полям и лугам, берегам водоёмов и обочинам дорог, на пастбищах и возле жилья. Часто сорничает в посевах. Хорошо развивается на полевых и пойменных землях, на нормально увлажненных, суглинистых, богатых гумусом и хорошо дренированных почвах, а также на достаточно осушенных болотах и известкованных почвах. Плохо развивается на очень кислых почвах.

1.3 Морфологическое строение
Корневая система мочковатая. Корень многоглавый, главный корень укороченный.
Стебель ползучий, стелющийся, укореняющийся в узлах, ветвистый, голый, часто полый.
Листья длинночерешчатые, трёхраздельные, их листочки широкояйцевидные, на верхушке выемчатые. Черешки восходящие, до 30 см длиной.
Цветочные головки пазушные, почти шаровидные, рыхлые, до 2 см в поперечнике; цветоносы длиннее черешков листьев, длиной 15-30 см, после отцветания отгибаются вниз, тогда как молодые или цветущие торчат вверх. Венчик белый или розоватый, по отцветании буреют; цветки слегка ароматные. В цветке 10 тычинок, девять из них сросшиеся нитями в трубочку, одна - свободная. Нектароносная ткань расположена на дне венчика вокруг завязи. Цветёт с мая до глубокой осени. Цветки в головке распускаются от периферии к центру.
Пыльцевые зёрна трёхбороздно-оровые, эллипсоидальной формы. Текстура пятнистая. Пыльцевые зёрна жёлтого цвета.
Плод - боб продолговатый, плоский, содержит от 3 до 4 почковидных или сердцевидных семян серо-жёлтого или оранжевого цвета. Начало созревания семян - июнь-июль.
Размножается как семенами, так и вегетативно.

1.4 Значение
Прекрасное кормовое пастбищное растение. Охотно поедается всяким скотом. Устойчиво к вытаптыванию и стравливанию, быстро отрастает.
Почвоулучшающее растение.
В смеси со злаками часто высевается на культурных пастбищах.
Один из важнейших медоносов центра и севера Европейской части России: медопродуктивность достигает 100 кг с гектара при сплошном произрастании. Всё лето выделяет много нектара и буроватой пыльцы. Пчёлы отлично посещают это растение, собирая с него много мёда и пыльцы. Мёд белый, ароматный.

1.5 Интересные факты
Трилистник - традиционный символ Ирландии и ирландцев. История возникновения символа восходит к Святому Патрику, который использовал лист клевера для объяснения догмата Святой Троицы.

Цветки клевера наряду с цветками льна присутствуют на государственном гербе Белоруссии.

Четырёхлистный клевер в западной традиции считается символом удачи.

Трилистник символизирует веру, надежду, любовь. Каждый лепесток имеет свое значение. Но еще одно значение трилистника - это тройственное единство души, тела и внутреннего духа. Клевер с четвертым листком во все времена считался символом удачи.

Индусы как одна из стариннейших культур считают, что листья клевера символизируют восток, север, запад и юг. Друиды клевер воспринимали как символ весеннего солнцестояния. В древнегреческих мифах упоминается изображение клевера на головных уборах богов.

Обилие цветков клевера на кладбище привело к принятию трилистника как символа утраты и расставания навсегда с дорогими и близкими людьми.

2. Почва.

2.1 Морфология

Термины по ГОСТ 27593-88:
Почвенный профиль - совокупность генетически сопряжённых и закономерно сменяющихся почвенных горизонтов, на которые расчленяется почва в процессе почвообразования.
Почвенный горизонт - специфический слой почвенного профиля, образовавшийся в результате воздействия почвообразовательных процессов.
Почвенный покров - совокупность почв, покрывающих земную поверхность.

В процессе почвообразования, прежде всего под действием вертикальных (восходящих и нисходящих) потоков вещества и энергии, а также неоднородности распределения живого вещества исходная порода расслаивается на генетические горизонты.

Горизонты рассматриваются как однородные (в масштабе всей почвенной толщи) части почвы, взаимосвязанные и взаимообусловленные, отличающиеся по химическому, минералогическому, гранулометрическому составу, физическим и биологическим свойствам. Комплекс горизонтов, характерный для данного типа почвообразования, образует почвенный профиль.

Для горизонтов принято буквенное обозначение, позволяющее записывать строение профиля. Например, для дерново-подзолистой почвы: A₀-A₀A₁-A₁-A₁A₂-A₂-A₂B-BC-C.

Выделяются следующие типы горизонтов:

• Органогенные - (подстилка (A₀, O), торфяной горизонт (T), перегнойный горизонт (A_h, H), дернина (A_d), гумусовый горизонт (A) и т. д.) - характеризующиеся биогенным накоплением органического вещества.

• Элювиальные - (подзолистый, лессированный, осолоделый, сегрегированный горизонты; обозначаются буквой E с индексами, либо A₂) - характеризующиеся выносом органических и/или минеральных компонентов.

• Иллювиальные - (B с индексами) - характеризующиеся накоплением вынесенного из элювиальных горизонтов вещества.

• Метаморфические - (B_m) - образуются при трансформации минеральной части почвы на месте.

• Гидрогенно-аккумулятивные - (S) - образуются в зоне максимального накопления веществ (легкорастворимые соли, гипс, карбонаты, оксиды железа и т. д.), приносимых грунтовыми водами.

• Коровые - (K) - горизонты, сцементированные различными веществами (легкорастворимые соли, гипс, карбонаты, аморфный кремнезём, оксиды железа и др.).

• Глеевые - (G) - с преобладающими восстановительными условиями.

• Подпочвенные - материнская порода (C), из которой образовалась почва, и залегающая ниже подстилающая порода (D) иного состава.

2.2 Пространственная организация

В природе практически не бывает таких ситуаций, чтобы на много километров простиралась какая-нибудь одна почва с неизменными в пространстве свойствами. При этом различия почв обусловлены различиями в факторах почвообразования.

Закономерное пространственное размещение почв на небольших территориях называется структурой почвенного покрова (СПП). Исходной единицей СПП является элементарный почвенный ареал (ЭПА) - почвенное образование, внутри которого отсутствуют какие-либо почвенно-географические границы. Чередующиеся в пространстве и в той или иной степени генетически связанные ЭПА образуют почвенные комбинации.

2.3 Почвообразование

Почвообразующие факторы:

• Элементы природной среды: почвообразующие породы, климат, живые и отмершие организмы, возраст и рельеф местности,

• а также антропогенная деятельность, оказывающие существенное влияние на почвообразование.

Разделяют первичное и вторичное почвообразование.

2.4 Классификация почв

Единой общепринятой классификации почв не существует. Наряду с международной (Классификация почв ФАО и сменившая её в 1998 году WRB) во многих странах мира действуют национальные системы классификации почв, часто основанные на принципиально разных подходах.

В России к 2004 году специальной комиссией Почвенного института им. В. В. Докучаева, руководимой Л. Л. Шишовым, подготовлена новая классификация почв, являющаяся развитием классификации 1997 года. Однако российским почвоведами продолжает активно использоваться и классификация почв СССР 1977 года.

Термины по ГОСТ 27593-88(2005):

Классификация почв - система разделения почв по происхождению и (или) свойствам.

• Тип почвы - основная классификационная единица, характеризуемая общностью свойств, обусловленных режимами и процессами почвообразования, и единой системой основных генетических горизонтов.

• Подтип почвы - классификационная единица в пределах типа, характеризуемая качественными отличиями в системе генетических горизонтов и по проявлению налагающихся процессов, характеризующих переход к другому типу.

• Род почвы - классификационная единица в пределах подтипа, определяемая особенностями состава почвенно-поглощающего комплекса, характером солевого профиля, основными формами новообразований.

• Вид почвы - классификационная единица в пределах рода, количественно отличающаяся по степени выраженности почвообразовательных процессов, определяющих тип, подтип и род почв.

• Разновидность почвы - классификационная единица, учитывающая разделение почв по гранулометрическому составу всего почвенного профиля.

• Разряд почвы - классификационная единица, группирующая почвы по характеру почвообразующих и подстилающих пород.

2.5 Значение почв в природе

Почва как среда обитания живых организмов.

Почва обладает плодородием - является наиболее благоприятным субстратом или средой обитания для подавляющего большинства живых существ - микроорганизмов, животных и растений.

Геохимические функции.

Свойство различных почв по-разному аккумулировать разнообразные химические элементы и соединения, одни из которых необходимы для живых существ (биофильные элементы и микроэлементы, различные физиологически-активные вещества), а другие являются вредными или токсичными (тяжёлые металлы, галогены, токсины и пр.), проявляется на всех живущих на них растениях и животных, включая и человека. В агрономии, ветеринарии и медицине такая взаимосвязь известна в виде так называемых эндемических болезней, причины которых были раскрыты только после работ почвоведов.

Почва оказывает существенное влияние на состав и свойства поверхностных, подземных вод и всю гидросферу Земли. Фильтруясь через почвенные слои вода извлекает из них особый набор химических элементов, характерный для почв водосборных территорий. А поскольку основные хозяйственные показатели воды (её технологическая и гигиеническая ценность) определяются содержанием и соотношением этих элементов, то нарушение почвенного покрова проявляется также в изменении качества воды.

Регуляция состава атмосферы.

Почва является главным регулятором состава атмосферы Земли. Обусловлено это деятельностью почвенных микроорганизмов, в огромных масштабах продуцирующих разнообразные газы - азот и его оксиды, кислород, диоксид и оксид углерода, метан и другие углеводороды, сероводород, ряд прочих летучих соединений. Большинство из этих газов вызывают «парниковый эффект» и разрушают озоновый слой, вследствие чего изменение свойств почв может привести к изменению климата на Земле. Не случайно происходящий в настоящее время сдвиг в климатическом равновесии нашей планеты специалисты связывают в первую очередь с нарушениями почвенного покрова.

ll. Практическая работа.

Методика "Экологический мониторинг" учебно-методического пособия под редакцией Т.Я.Ашихминой :

Фены - это чётко различающиеся варианты какого-либо признака или свойства биологического вида. Под воздействием антропогенных факторов в популяции увеличивается частота встречаемости специфических фенотипов у различных видов растений и животных. Таким образом, частота встречаемости некоторых фенов является биологическим индикатором воздействия антропогенных факторов, в том числе загрязнения.
В качестве фенотипического биоиндикатора можно использовать широко распространённый белый клевер Trifolium repens (клевер ползучий). Форма седого рисунка на пластинках листа и частота встречаемости может использоваться как индикатор загрязнения среды. Наблюдения осуществляется путём подсчёта форм с различным рисунком и без него и последующего расчёта частоты их встречаемости в процентах. Диагностику желательно проводить на разных пробных площадках, различающихся антропогенной нагрузкой и положением в ландшафте.
Сначала задаётся направление движения, по которому будет производиться исследование. Обнаружив экземпляр (обычно в виде куртинки), определяют фенотип, к которому он относится, и делают отметку в соответствующей графе рабочей таблицы.
Отсчёты фенов следует проводить не чаще, чем через два-три шага. Эта процедура повторяется в заданном направлении до конца пробной площадки. После этого направление движения меняется, и подсчёт продолжается до тех пор, пока не будет сделано не менее 200 отсчётов. Если в какой-либо точке площадки обнаруживается два разных фена, то данный результат не учитывается в виду переплетения куртинок.
При обнаружении на пробной площадке неизвестных фенов, результаты вносятся в графу "новые формы". Отдельно отмечается наличие растений с какими-либо уникальными фенами (например, с рисунками красного цвета), растения-мутанты с четырьмя, пятью и более листьями и т.д., делается их гербарий с описанием места и даты обнаружения.
Для популяции белого клевера на каждой пробной площадке рассчитываются частоты встречаемости отдельных фенов Pi, а также суммарная частота всех форм с рисунком (индекс соотношения фенов ИСФ) в процентах: Pi = 100*ni/N ИСФ=100*(n2+n3...)/N
где Pi - частота i-фена
ni - количество учтённых растений с i-м рисунком на листовой пластинке (n1 - число растения без "седого рисунка")
N - общее количество учтённых растений. Результаты расчётов заносятся в таблицу.

Оборудование:

фотоаппарат, ручные лупы (увеличение в 40 раз), блокнот с записями, карта местности, планшет

Статистическая обработка

2012 год.

ПКиО им. 30-летия ВЛКСМ (пробная площадка №1)

Таблица 1: «Виды фенотипов клевера белого»

Количество растений

фен 1

фен 2

фен3

фен4

фен5

фен6

фен7

фен8

фен9

фен10

фен11

фен12

н.формы

всего

76

74

24

4

-

22

2

-

-

-

-

-

-

202

Частота 1-ого фена: 100*76/202=37,6
Частота 2-ого фена: 100*74/202=36,6
Частота 3-его фена: 100*24/202=11,88
Частота 4-ого фена: 100*4/202=1,98
Частота 6-ого фена: 100*22/202=10,89
Частота 7-ого фена: 100*2/202=0,99
ИСФ=100*(37,6+36,6+11,88+1,98+10,89+0,99)/202=49,47%
Пос. Чкаловский (пробная площадка №2)

Таблица 2: «Виды фенотипов клевера белого»

Количество растений

фен 1

фен 2

фен3

фен4

фен5

фен6

фен7

фен8

фен9

фен10

фен11

фен12

н.формы

всего

95

50

36

15

-

20

-

-

-

-

-

-

-

216

Частота 1-ого фена: 100*95/216=43,98
Частота 2-ого фена: 100*50/216=23,1
Частота 3-его фена: 100*36/216=16,7
Частота 4-ого фена: 100*15/216=6,94
Частота 6-ого фена: 100*20/216=9,25
ИСФ=100*(43,98+23,1+16,7+6,94+9,25)/216=46,28%

Посёлок городского типа Чернолучие (пробная площадка № 3)

Таблица 3: «Виды фенотипов клевера белого»

Количество растений

фен 1

фен 2

фен3

фен4

фен5

фен6

фен7

фен8

фен9

фен10

фен11

фен12

н.формы

всего

69

90

18

18

-

6

6

-

-

3

-

18

-

228

Частота 1-ого фена: 100*69/228=30,3
Частота 2-ого фена: 100*90/228=39,5
Частота 3-его фена: 100*18/228=7,89
Частота 4-ого фена: 100*18/228=7,89
Частота 6-ого фена: 100*6/228=2,6
Частота 7-ого фена: 100*6/228=2,6
Частота 10-ого фена: 100*3/228=1,3
Частота 12-ого фена: 100*18/228=7,89
ИСФ=100*(30,3+39,5+7,89+7,89+2,6+2,6+1,3+7,89)/228=43,84%

2013 год.

ПКиО им. 30-летия ВЛКСМ (пробная площадка №1)

Таблица 4: «Виды фенотипов клевера белого»

Количество растений

фен 1

фен 2

фен3

фен4

фен5

фен6

фен7

фен8

фен9

фен10

фен11

фен12

н.формы

всего

76

73

6

-

-

18

-

-

-

-

-

36

-

209

Частота 1-ого фена: 100*76/209=36,36
Частота 2-ого фена: 100*73/209=34,9
Частота 3-его фена: 100*6/209=2,87
Частота 6-ого фена: 100*18/209=8,6
Частота 12-ого фена: 100*36/209=17,22
ИСФ=100*(36,36+34,9+2,87+8,6+17,22)/209=47,82%

Пос. Чкаловский (пробная площадка №2)

Таблица 5: «Виды фенотипов клевера белого»

Количество растений

фен 1

фен 2

фен3

фен4

фен5

фен6

фен7

фен8

фен9

фен10

фен11

фен12

н.формы

всего

102

72

12

-

-

48

-

-

-

-

-

-

-

234

Частота 1-ого фена: 100*102/234=43,6

Частота 2-ого фена: 100*72/234=30,76
Частота 3-его фена: 100*12/234=5,1
Частота 6-ого фена: 100*48/234=20,5
ИСФ=100*(43,6+30,76+5,1+20,5)/234=42,7%

Посёлок городского типа Чернолучие (пробная площадка № 3)

Таблица 6: «Виды фенотипов клевера белого»

Количество растений

фен 1

фен 2

фен3

фен4

фен5

фен6

фен7

фен8

фен9

фен10

фен11

фен12

н.формы

всего

88

84

8

4

-

16

-

-

-

-

-

4

-

204

Частота 1-ого фена: 100*88/204=43,1
Частота 2-ого фена: 100*84/204=41,1
Частота 3-его фена: 100*8/204=3,9
Частота 4-ого фена: 100*4/204=1,96
Частота 6-ого фена: 100*16/204=7,8
Частота 12-ого фена: 100*4/204=1,96
ИСФ=100*(43,1+41,1+3,9+1,96+7,8+1,96)/204=48,93%

Состояние почв на исследуемых участках по годам.

Выводы:

1. По литературным источникам изучила биологические особенности Клевера белого.

2. Используя методику "Экологический мониторинг" учебно-методического пособия под редакцией Т.Я.Ашихминой определила фенотипы клевера белого на исследуемых участках: ПКиО им. 30-летия ВЛКСМ, посёлок Чкаловский, посёлок городского типа Чернолучие.

3. Наибольшая величина ИСФ - 49,47% (ПКиО им. 30-летия ВЛКСМ, 2012 год)

Наименьшая величина ИСФ - 42,7% (посёлок Чкаловский, 2013 год)

4. Более нагруженным участком является ПКиО им. 30-летия ВЛКСМ, что связано с большим влиянием антропогенного фактора, по сравнению с участками: посёлок Чкаловский, посёлок городского типа Чернолучие .

Перспективы:

Продолжить изучение состояния почв исследуемых территорий по фенотипам клевера белого для установки антропогенного воздействия на них.

Список используемой литературы:

1. Энциклопедия для детей Аванта +, биология, 7-е издание, исправленное, М.Аксёнова, А.Голосовская, Г. Вильчек, И.Кудрявцева, Е. Дубровская

2. Методика "Экологический мониторинг" учебно-методического пособия под редакцией Т.Я.Ашихминой

3.ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BB%D0%B5%D0%B2%D0%B5%D1%80_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B7%D1%83%D1%87%D0%B8%D0%B9

4. ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D1%87%D0%B2%D0%B0

Приложение

Клевер белый в ПКиО им. 30-летия ВЛКСМ

Определение фенотипа клевера белого в ПКиО им. 30-летия ВЛКСМ

Поиски клевера белого в посёлке городского типа Чернолучие

16