Изучение Орхидных как объекта охраны на уроках биологии в средней школе

Гидрология и гидрография

Водные ресурсы региона, за исключением немногочисленных карстовых озер, представлены водотоками: ручьями и реками. Абсолютное число водотоков принадлежит к категории малых рек. Орография района такова, что все водотоки стекают с его поверхности. Это определяет малую зависимость от антропогенных источников сопредельных территорий. Но густота речной сети делает район уязвимым в отношении атмосферного загрязнения со стороны промузлов Башкирии, Оренбургской и Челябинской областей.

В связи с сильным развитием трещиноватых и карстующихся пород Инзерско-Бельская подпровинция входит в область активной циркуляции подземных вод (атмосферная влага подземные воды источники), здесь преобладают трещинные и трещинно-карстовые воды (Ляхницкий, Чуйко, 1999). Наибольшей обводненностью отличаются карбонатные породы, значительно меньшей - песчаники и кварциты и самой малой - алевролиты и сланцы. Наиболее крупные водотоки - река Белая и р. Нугуш. Белая образует здесь обширную широтную излучину. Пойма её фрагментарна, чаще всего выделяется ее прирусловый и центральный (луговой) участок. Нугуш, крупный правый приток р. Белой, имеет узкую, стиснутую скалами, долину, русло местами порожистое.

Речной сток района формируется за счет снеговых (60-80 %) и дождевых (2-12 %) осадков, а также подземных вод. Около 60-70 мм осадков выпадает в жидкой фазе. Средняя величина испарения составляет около 51 % от выпавших осадков, то есть образуется избыток влаги, что создает предпосылки для накопления подземных вод и их оттока на соседние площади (Ляхницкий, Чуйко, 1999). Реки Белая и Нугуш, имея преимущественно снеговое питание, отличаются высоким весенним половодьем, умеренным осенним подъёмом от дождей и сравнительно маловодной летней и зимней меженью. Для текущих вод района характерно высокое содержание растворенного кислорода и достаточно высокая скорость течения. По гидрохимическим характеристикам реки относятся к группе повышенной минерализации (500-1000 мг/л гидрокарбонатного класса (группа кальция). Грунты и породы хорошо перемыты и обеднены легкорастворимыми хлоридами и сульфидами, ионный состав вод генетически связан с известняками (Физико-географическое..., 1964).

Половодье имеет многопиковую форму за счет прерывистого характера снеготаяния и дождевых подъемов. Ледостав на р. Белой устанавливается поздно: в среднем 15-24 ноября, самые поздние даты - начало второй декады декабря. Вскрытие рек происходит в среднем 15-17 апреля. Половодье продолжается 22-30 дней. В многоводные годы сток рек превышает норму в 1,2-1,3 раза, а в засушливые - снижается до 50-70 % нормы. Сезонная неравномерность речного стока определяется участием в его формировании талых и дождевых вод, а также подземным стоком. Наибольшая доля годового стока формируется в весенний период, наименьшая - в зимний.

Почвы

Горный рельеф района вызывает образование почвенного плаща небольшой мощности. Для почв Южно-Уральской зоны горной Башкирии характерно неглубокое химическое выветривание (Мукатанов, 1982). Элювий же представляет собой в большей части продукт физического измельчения пород. Аллювиальные отложения на высоких террасах представлены галечниками. Почвенный покров района исследований чрезвычайно пестрый. На песчаниках, кварцитах и сланцах преобладают горно-лесные почвы, на доломитах и известняках - дерново-карбонатные выщелоченные. Все они тяжелосуглинистые и лишь на песчаниках - супесчаные. Большая часть территории занята горно-лесными светло-серыми и темно-серыми почвами, которые в верхних участках гор сменяются горно-лесными и горно-степными черноземовидными. Под пологом хвойных лесов встречаются слабо- или скрытооподзоленные почвы. На свободных от леса местах развиты луговые, реже лугово-черноземные почвы, речные долины покрыты аллювиальными почвами. Почвы характеризуются кислой и слабокислой реакцией среды, которая по профилю увеличивается к нижним горизонтам. На вершинах увалов и крутых берегах рек часто встречаются примитивные органо-щебнистые почвы.

На нижних и средних участках склонов, особенно северной и восточной экспозиций, преобладают горные серые лесные почвы; в логах и долинах рек - гидроморфные луговые и пойменные почвы большой мощности (до 1-2 м). Под липово-кленовыми и дубовыми лесами выражен дерново-лесной процесс, а под луговыми и лугово-степными сообществами - дерново-луговой, которые приводят к накоплению гумуса. Под сосновыми лесами наблюдаются процессы выщелачивания (Мукатанов, 2002).

Крутые склоны одеты большей частью лишь тонким покровом щебнистого делювия. Верхние склоны гор покрыты маломощным (до 10 см) плащом примитивных горнолесных почв, щебнистых и малогумусных.

Растительность

По результатам многолетних исследований растительности заповедника «Шульган-Таш» силами лабораторий Института биологии УНЦ РАН и Башкирского государственного университета была опубликована монография (Мартыненко и др., 2005), в которой приводится характеристика сообществ следующих синтаксонов растительности заповедника:

Класс Querco-Fagetea Br.-Bl. et Vlieger in Vlieger 1937 (порядки Quercetalia pubescentis Klika 1933 и Fagetalia sylvaticae Pawlowski in Pawlowski et al. 1928);

Класс Brachypodio pinnati-Betulitea pendulae Ermakov, Koroljuk et Latchinsky 1991 (порядок Chamaecytiso ruthenici-Pinetalia sylvestris Solomeshch et Ermakov in Ermakov et al., 2000);

Класс Molinio-Arrhenatheretea R. Tx. 1937 em. R. Tx. 1970 (порядки Carici macrourae-Crepidetalia sibiricae Ermakov et al. 1999; Arrhenatheretаlia R. Tx. 1931; Molinietalia Koch 1926 и galietalia veri Mirk. et Naumova 1986);

Класс phragmiti-Magnocaricetea Klika in Klika et Novбk 1941 (порядок magnocaricetalia Pignatti 1953).

Помимо перечисленных выше синтаксонов в районе исследований представлены: естественная растительность класса Trifolio-Geranietea sanguinei T. Mьller 1961, синантропные сообщества (классы Plantaginetea majoris R.Tx. et Preising in R.Tx. 1950, Galio-Urticetea Passarge 1967, Agropyretea repentis Oberd. et al. 1967), Chenopodietea Br.-Bl. 1952 em. Lohmeyer, J. Tx. et R.Tx. 1961 ex Matuszkiewicz 1962 и Artemisietea vulgaris Lohmeyer et al. in R.Tx. 1950.

2.2 Материалы и методы исследования

орхидный охрана биология урок

Объектом исследования является ценопопуляция Cypripedium calceolus расположенная на левом берегу р. Каран в каньоне Каповой пещеры заповедника «Шульган-Таш». Исследования проводились в июле - августе 2011 г.

Были использованы следующие методы:

Метод определения растения. При определение растения используется определитель дихотомическими ключами. Ход определения состоит из движения по ступеням, которые состоят из тезы и антитезы. Ход определения записались по традиционной методике.

Были использованы «Определитель высших растений Башкирской АССР, 2-х том» (1988), «Популярный атлас определитель. Дикорастущие растения» (2002), «Школьный атлас-определитель высших растений: Книга для учащихся» и др. справочные источники.

Для уточнения результат определения использовались ссылки на источники, где имеются классические иллюстрации из зарубежных и российских литературных источников.

Метод наблюдение - описательный исследовательский метод, заключающийся в целенаправленном регистрации поведения изучаемого объекта, с целью их изучения в определённых условиях.

В наряду классическими методами регистрации тех или иных признаков изучаемых растений. Предполагаются изучение популяций и сообществ в естественной среде (в природе) и позволяют установить воздействие на объект комплекса факторов, изучить общую картину развития и жизнедеятельности изучаемого объекта.

Ведется запись результатов наблюдения в специальных документах. В целях последующей обработки и анализа результаты наблюдения были зафиксированы в форме карточки, таблицы наблюдения.

Возрастное состояние определяли по совокупности морфологических признаков.

При изучении демографических признаков учитывалась численность побегов в ценопопуляции, соотношение возрастных групп. По общепринятым методикам (Ценопопуляции…, 1976, 1988) выявлены следующие возрастные состояния: имматурные, виргинильные и генеративные. Проведена оценка условий произрастания данного вида по шкалам Элленберга (Ellenberg, 1979).

Для исследования морфометрических особенностей ценопопуляции, измеряли следующие показатели: высоту растения, число листьев, число жилок, длину и ширину листа, длину соцветия,шпорца и губы и другие признаки растения.

Для изучаемых морфометрических признаков определяли среднее арифметическое значение (М), ошибку среднюю(m)и коэффициент вариации (СV).

Эколого-биологический анализ Cypripedium calceolus L.

Подсемейство Cypripedioideae Lindl.

Триба Cypripedieae Lindl. Род Cvpripedium L. - башмачок.

Виды: Cypripedium calceolus L. - башмачок настоящий.

Венерин башмачок известен как самой декоративной европейской орхидеей. Характерной чертой его сравнително крупных цветков является расширенная губа, по форме несколько напоминающая туфельку или башмачок. Свое название род Cypripedium L получил по форме губы, напоминающей женский башмачок. Так по-гречески "педале" означает башмачок или туфельку. На большинстве европейских языков, как и на латинском, этот род называется башмаком леди, башмачком Венеры, дамской туфелькой.

Cypripedium calceolus L. - Венерин башмачок настоящий евразиатский лесной вид сокращающейся численностью. Включен в Приложение II к Конвенции СИТЕС (Конвенция…, 1995). Рекомендован к охране в ряде регионов России, в том числе и на Южном Урале (Кучеров и др., 1987; Мамаев и др., 2004). На территории Башкортостана по статусу редкости относится к III категории - редкий вид (Красная книга…, 2011). Охраняется во всех трёх заповедниках республики - Башкирском (Жирнова, Алексеев, 1981), "Шульган-Таш" (Жирнова и др., 1993; Железная, 1999) и Южно-Уральском.

C. calceolus - травянистый многолетник с толстым ползучим корневищем, усаженным длинными извилистыми корнями. Стебель круглый 25-50 см высоты, при основании с буроватыми влагалищами (чешуйчатыми листьями), с короткими железистыми волокнами, на вершине немного загнут. Стеблевых листьев 3-4, эллиптических или широкоэллиптических, заостренных 10-17 см длины, 3,5-7 см ширины, с обеих сторон и по краю немного волосистые, сверху светло-зеленые, а снизу бледные. Первый (нижний) чешуйчатый лист частично разрушается и несет в пазухе почку, из которой разовьется впоследствии симподиальное корневище. Два других несут кроме обычных еще и по спящей почке Верхний чешуйчатый лист обычно зеленый. Первый настоящий лист более или менее влагалищный, следующие листья имеют меньшую влагалищную часть. Цветки венерина башмачка диаметром 60-80 мм с листовидным ланцетным прицветником (Zieqenspeck, 1936). Листочки околоцветника красновато-бурые, губа светло-желтая, внутри с красноватыми крапинками. Иногда цветки бывают лимонного цвета, горячем на одном и том же растении в течение нескольких лет (Фуллер, 1970), а также чисто-белого, желтого или зеленовато-желтого (Тахтаджян,1996). Необычная форма губы является одним из приспособлением этих растений к перекрестному опылению. Яркая окраска и запахов цветков привлекают насекомых, которые в поисках нектара забираются в расширенную губу. Однако выбраться оттуда не так-то просто - завернутые внутрь края губы и ее гладкая поверхность не позволяют насекомым покинуть губу. Однако в задней ее стенке имеются участки прозрачной ткани - "окна", к которым насекомые устремляются в поисках выхода. В задней части губа не завернута внутрь, так что насекомые могут вылезти наружу, но при этом они сначала должны проползти мимо выпуклого рыльца, на котором они оставляют принесенную с собой пыльцу, а затем на пути опылителей оказывается одна из двух фертильных тычинок, после контакта с которой порция липкой пыльцы приклеивается к телу насекомого. При посещении следующего цветка эта пыльца попадает на его рыльце.

Несмотря на то, что насекомые затрачивают много сил, прежде чем они могут выбраться из "башмачка", они не получают за это никакого вознаграждения - цветки не содержат ни нектара, ни других питательных веществ. Верхний листочек околоцветника эллиптически-ланцетный, реже яйцевидный, заостренный, снаружи при основании немного железисто-опушенный, с многими жилками, 3,5-5 см длины, 1,2- 2,5.см ширины, нижний листочек сходен с верхним, но немного уже и на верхушке двузубчатый; боковые листочки горизонтальные, неравнобокие, линейно-ланцетные, заостренные, 4-6 см длины, 0,5-0,8 см ширины, слегка скрученные, губа около 3 см длины. Иногда наблюдается недоразвитие отдельных частей околоцветника, в связи с чем изменяется обычная форма цветка. Стаминодий беловатый с пурпурно-фиолетовыми крапинками на верхней стороне или по краям, широко продолговатый, тупой, при основании слегка сердцевидный и суженный в короткий ноготок; тычинки и столбики с рыльцами бледно-желтые, завязь веретенообразная, железисто-опушенная, одногнездная. Плод имеет длину 3 см, по форме напоминает огурец, содержит несколько тысяч семян. Венерин башмачок по сравнению с другими северными орхидеями имеет самые крупные семена - до 1-1,3 мм в длину.

C.calceolus - по жизненной форме - мезофит, предпочитает средневлажные почвы, по К.Раункиеру - геофит. Способен обитать в широком диапазоне кислотности почвы - от умеренно кислых до слабощелочных, как увлажненные местообитания с богатой кальцием, магнием и гумусом почвой в разреженных лесах различного состава (чаще сосновых и сосново-березовых). Жизненная форма, по И.В. Татаренко (1996), - короткокорневищная. Встречается на лесных лугах, полянах и опушках, в сосновых и широколиственных лесах.

В пространстве синтаксонов эколого-флористической классификации (метод Браун-Бланке) лесной растительности заповедника установлена фитоценотическая приуроченность вида в сообществе сосновых и смешанных сосново-березовых лесов Brachypodion - Betuletea и Querco-Fagetea лесной растительности, ассоциаций Ceraso-Pinetum, Bupleuro-Pinetum и Violo collini-Piceetum.

В заповеднике "Шульган-Таш" - один из диагностических видов ассоциации Ceraso fruticis-Pinetum sylvestris Solomeshch et al. 2002субассоциации C.f.-P.s. inuletosum hirtae, которая объединяет остепненные сосновые леса, приуроченные к крутым обрывистым склонам гор южных экспозиций, сложенных известняками и доломитами. Ассоциация относится к союзу остепненных сосновых и сосново-лиственничных лесов Caragano fruticis-Pinion sylvestris Solomeshch et al. 2002 порядка Chamaecytiso ruthenici-Pinetalia sylvestris Solomeshch et Ermakov in Ermakov et al. 2000 класса Brachypodio pinnati-Betuletea pendulae Ermakov, Korolyuk et Lashchinsky 1991. Например, в картале 13 правый берег река Кужа проективное покрытие составляет от 11 до 20 %. и отмечен также в сообществах ассоциации Violo collinae - Piceetum obovatae союза Aconito septentrionalis - Piceion obovatae Solomeshch et al. 1993, где встречается единично в квартале 25 по левом берегам рек Кужа и Нугуш.

Страница Красной книги Республики Башкортостан (2011).

Венерин башмачок настоящий - Cypripedium calceolus L.

Рис. 6 - Категория и статус, редкий вид

Включен в Красную книгу РФ охраняется во многих субъектах РФ, в том числе в оренбургской, Челябинской, Свердловской обл., Пермском крае, а также в Республике Татарстан и Удмуртской Республике. Внесен в Приложение II к Конвенции СИТеС.



Рис. 7

Краткая характеристика. Многолетнее травянистое короткокорневищное растение 20-50 см выс. листья эллиптические или овальные, сидячие, в количестве 3-5. цветки обычно одиночные, редко - 2-3. один из листочков околоцветника (губа) мешковидно-вздутый, имеет светло-желтую окраску, достигает 3,5 см дл. остальные листочки околоцветника красновато-бурые, заостренные, 4-6 см дл. цветет в июне. опыляется насекомыми. Плодоносит в августе. Размножение семенное и вегетативное. Семена способны прорастать только при наличии в почве специфических грибов. В симбиозе с грибом существует в течение всей жизни.

Распространение. евразиатский лесной вид. В РБ известен в 28 р-нах. наибольшее число местонахождений - в горно-лесной зоне Южного Урала. В Башкирском Предуралье чаще встречается на Уфимском плато и в Месягутовской лесостепи.

Особенности экологии и фитоценологии. Мезофил, предпочитает средневлажные почвы. Способен обитать в широком диапазоне кислотности почвы - от умеренно кислых до слабощелочных [12]. Часто популяции вида приурочены к кальцийсодержащим подстилающим породам. Растет в лесах различного типа: в сосняках, березняках, смешанных сосново-березовых лесах, иногда в широколиственных лесах, по опушкам, по окраинам лесных болот.

Численность. Популяции обычно малочисленные, насчитывающие не более десятка побегов. Известны лишь единичные популяции, в которых численность достигает естественные: очень слабое семенное размножение, длительный период развития от прорастания семени до цветения (до 15-17 лет), низкая конкурентоспособность; антропогенные: рубка лесов, выпас скота, рекреация, сбор на букеты, выкапывание антропогенные воздействия, в зависимости от формы и интенсивности, приводят к снижению численности или полному уничтожению популяций [10, 13].

Принятые меры охраны охраняется во всех 3 заповедниках РБ, в нП «Башкирия», природных парках «Зилим» и «Мурадымовское ущелье», Усень-Ивановском заказнике, в 6 памятниках природы («Популяция венерина башмачка» в Туймазинском р-не, «Кв. 73 Чишминского лесничества», «Каракулевское болото», «гора Куркак хр. Куркак» и др.) [15]. Необходимые меры охраны. Учреждение проектируемых ооПТ [16], на которых встречается вид: природного парка «Крыкты» (абзелилов-ский р-н) и памятников природы («гора яшильтюбе» в Белокатайском р-не, «Кирябинское болото» в Учалинском р-не и др.). Контроль за состоянием популяций. ограничение хозяйственной деятельности в местах произрастания вида.

Возможности культивирования. Интродуцирован во многих ботанических садах РФ, в том числе в екатеринбурге и Уфе. При создании соответствующих условий обитания в культуре устойчив, может успешно размножаться вегетативно [17, 18].

Фитоценология и популяционные характеристики Cypripedium calceolus на территории заповедника.

Из материалов «Летописи природы…» (1988) известно, что впервые Cypripedium calceolus был отмечен для территории заповедника 25.05.1983 г. ботаником Башкирского заповедника Т.В. Жирновой. Этот вид встречается в квартале 1, на левом берегу реки Нугуш, на горном склоне западной экспозиции, покрытом смешанным хвойным лесом и в квартале 51 в каньоне Каповой пещеры.

Популяционные исследования C. calceolus проводились в 1996-1997 гг. Е.Л. Железной (1998), изучались фитоценотические характеристики, возрастной спектр и изменчивость признаков.

При изучении демографических признаков учитывалась численность побегов в ценопопуляции, соотношение возрастных групп. По общепринятым методикам (Ценопопуляции…, 1976, 1988) выявлены следующие возрастные состояния: имматурные, виргинильные и генеративные. Проведена оценка условий произрастания данного вида по шкалам Элленберга (Ellenberg, 1979).

Пpоизpастает C. calceolus в лиственных, смешанных (сосново-березовых) и разреженных темнохвойных лесах (Определитель …, 1988).

Изучаемая ценопопуляция C. calceolus расположена на левом берегу р. Каран в каньоне Каповой пещеры заповедника «Шульган-Таш». Особи произрастают на замшелом склоне северно-западной экспозиции в разреженном березняке.

Оценка экологических условий местообитания C. calceolus в каньоне Каповой пещеры по шкалам Элленберга (Ellenberg, 1979) показала, что это полутеневое растение, которое растёт в условиях умеренного тепла и менее 50 % освещенности. Вид обитает на свежих почвах, с реакцией почвы от слабокислой до слабощелочной.

Возрастное состояние особи выделяется на основе ряда морфологических и биологических признаков (Ценопопуляции растений, 1976).Основными отличительными признаками возрастного состояния надземной части видов орхидных являются: число жилок, число листьев, высота побега, длина соцветия, число цветков в соцветии и другие; в подземной части - число клубней, тубероидов, их размеры, а также число придаточных корней* и их размеры (Вахрамеева, Денисова; 1983; Быченко, 1999,2008).

Однако, в настоящее время; все чаще появляются работы, где описывается «что о возрастном состоянии особи можно судить только по ее надземной части, так как коэффициент корреляции между морфологическими признаками» подземных и надземных органов; по крайне мере, у формирующих тубероиды орхидных, достаточное высок: r =0.7».

C. calceolus - редкий вид, занесенное в Красную Книгу Российской Федерации и республики Башкортостана, поэтому при выдылении возрастных групп используется наземная часть растения. Рассмотрим возрастные группы выделенные Варлыгина Т.И.:

Проросток ведет подземный образ жизни в течение 3-4 лет, развивается только в присутствии гриба. Сначала имеет округлую форму,затем вытягивается, образуя корни чешуевидные листья.

Ювенильные растение образует надземный побег высотой 1-4 см с 1 листом, иногда имеется еще один чешуевидный лист. Число жилок 1-3. Рост корневища происходит плагиотропно и симподиально.

Имматурные растение имеет 1 побег высотой 3-7 см с 2- мя, реже 3- мя листьями. Третий лист чаще чешуевидный. Число жилок на листьях 3-5.Корневище кароткое до 1 см длиной с 1 почкой возобновления, располагащейся на уровне почвы.

Молодые виргинальные растения достигают высоты 7-15 см, имеютот 1 до 2-3 побегов с 3-4 листьями (реже их 2). Число жилок 7-9. Листья заметно крупнее, чем у ювинильных и имматурных растений. Для корневищ от 1 до 6 см.

Взрослые виргинильные растения достигают 14-28 см в высоту, число побеговсильно колеблется в зависимости от мощности особи от 1-3 до 6-8. Число листьев 3-4, число жилок 8-12. Размеры корневища среднее 8-13 см, крупные особи достигают 15-20 см в длину точек роста, сильно ветвится и имеют несколько точек роста. Генеративные растения достигают 28-40 см высоты. Число листьев на генеративных побегах 5, иногда 6, если побег с 2-мя цветками. Число цветков 1-2. Число жилок на листе 12-16. Число может быть представлено только 1 или несколькими генеративными побегами или же сочетать генеративные и вегетативные побеги, число которых зависит от возраста и мощности особи и в некоторых случаях может быть очень значительны. Размеры корневища также зависят от возраста и мощности растений. Средние размеры 15-30 см, максимальные известные могут достигать до 50-80 см, сильно ветвистые с большим число надземных побегов.

Сенильные растения своей надземной частью очень похожи на молодые виргинильные, а иногда и на ювенальные и имматурные растения, но число листьев 3-4 при маленькой высоте побегов(5-6 см в среднем) и число жилок 7-11 являются отличительными чертами. Корневище гнилое в средней части, по периферии остаются небольшие живые участки до 3-5 см длиной.

Популяционные исследования венерина башмачка настоящего были проведены в разные календарные сроки, в различных фенологических фазах. В 2007 году ценопопуляция была обследована в разгар цветения, в 2008 году - в конце цветения, в 2009 -цветения. В этих исследованиях мы принимали участие в 2011 году в исследование популяции C.calceolus, который проводилось в течение с 28.06 по 7.07 во время цветения. Присутствовали все возрастные группы, что свидетельствует о стабильности состояния вида и оптимальных для роста и развития условий среды. Антропогенное воздействие на ценопопуляции отсутствует в течение года.

Демографические характеристики ценопопуляции Cypripedium calceolus в каньоне Каповой пещеры заповедника «Шульган-Таш»

Годы	Возрастные состояния, %	Общее число побегов, шт.
	im	v	g
2007	5,51	27,97	66,52	236
2008	0,59	6,51	92,90	169
2009	7,07	17,93	75,00	184
2011	24	31,8	44,2	217

Сравнение В 2008 году были найдены 5 особей вида, насчитывалось 169 побегов в нормальном состоянии. Кроме них 4 побега венерина башмачка были повреждены, очевидно, поздними весенними заморозками в первой декаде июня. В 2011 году найдены 10 особей, и насчитывалось 217 побегов, который из них 2 прошлогодние (сухие) растения с коробочками, 1 сломанном стебельем, высыхает по неизвестным причинам, где следов вытаптываний нет. Интересное явление,что 1 из них с гибридным цветком, образованным как зеркальное отображение друг друга и есть 1 растение с 2 бутонами.

Возрастной спектр ценопопуляции C.calceolus неполночленный, отсутствуют проростки, ювенильные и постгенеративные особи. Это объясняется тем, что проростки ведут подземный образ жизни, а отсутствие ювенильных растений связано с переходом в следующее имматурное состояние или преобладанием вегетативного размножения. Сенильные растения (s) очень похожи на молодые виргинильные, а иногда на ювенильные и имматурные растения.(Кильдиярова.., 2008)

Цветение C.calceolus в условия данной местности приходится в начале июля. Типичная окраска цветка ярко-желтый.Формы губы и листочков околоцветника варьирует по величине и конфигурации.

В природных условиях мы неоднократно наблюдали, что у C.calceolus хорошо выполненные коробочки с пылевидными семенами по какой-то причине не раскрывались и сохранились еще до цветения следующего года.

Морфометрические характеристики возрастных состояний Cypripedium calceolus

Признаки	Статистические параметры
	Возрастные состояние
	im	v	g
Высота побега, см	2,6-12,5 (5,9±0,7)	7,3-17,0 (13,2 ± 0,6)	22,1- 40,5 (31,2 ± 1,1)
Число листьев, шт.	2-3	3-5	3-5
Число жилок, шт.	3-5	5-9	7-9
Длина листа, см	3,9-10,4 (6,8 ± 0,5)	8,5-13,7 (11,8 ± 0,3)	9,5-15,9 (13,6 ± 0,3)
Ширина листа, см	1,7-4,7 (2,8 ± 0,2)	3,6-6,8 (5,5 ± 0,2)	5,4-9,8 (7,4 ± 0,2)
Индекс листовой пластинки. длина / ширина	1,8-3,5	1,6-3,5	1,3-2,8
Форма листовой пластинки	от продолговато-яйцевидной до продолговатой и ланцетной	от продолговато-яйцевидной и овальной до продолговатой и ланцетной	от обратно- яйцевидной и овальной до продолговатой и продолговато- яйцевидной

В таблице представлены диагностические признаки и морфометрические характеристики вида различных возрастных состояний. Признаками возрастных состояний являются размеры и число листьев, число жилок на листе, размеры побега, наличие репродуктивных структур на побеге. Подземная часть растения не исследованы.

Имматурные особи характеризуются наличием побега и несут два листа с 3-5 жилками. Высота побега до 12,5 см. Индекс пластинки листа от 1,8 до 3,5. Форма листовой пластинки от продолговато-яйцевидной до продолговатой и ланцетной.

Виргинальные (вегетативные) особи характеризуются наличием побега несущего 2-5 листа с 5-9 жилками. Высота побега в среднем 13,2 см. Индекс пластики листа от 1,6 до 3,5. Форма листовой пластики от продолговато-яйцевидной и овальной до продолговатой и ланцетной.

Генеративные особи характеризуются с побегами высотой до 40,5,

3- 5 листьями с 7-12 жилками. Форма листовой пластики от обратно-яйцевидной и овальной до продолговатой и продолговато- яйцевидной, индекс от 1,3-2,8.Число цветков 1-2,встречаются и с тремя цветками.

Хорошо выявлены плотное скопление крупной особи данного вида на исследуемой территории, так как возрастные состояния зависит от местообитания. На склоне создается затененность участка, совместно высокой растительной покрытие, дает оптимальные условия для произрастания вида.

Оценка экологических условий местообитания Cypripedium calceolus в каньоне Каповой пещеры по шкалам Элленберга (Ellenberg, 1979) показала, что это полутеневое растение, которое растёт в условиях умеренного тепла (5,57 ступень шкалы) и менее 50 % освещенности (5 ступень шкалы). Вид обитает на свежих почвах (5,26 ступень шкалы), с реакцией почвы от слабокислой до слабощелочной (6,66 ступень шкалы).

Таким образом, состояние ценопопуляции Cypripedium calceolus в каньоне Каповой пещеры заповедника «Шульган-Таш» является хорошо распрастраненном видом, так как в последние годы антропогенное влияние на ценопопуляцию башмачка уменьшилось, почти полностью прекратилось посещение каньона экскурсантами.

В целом, Cypripedium calceolus устойчив к умеренному антропогенному воздействию, такому как слабый выпас и рекреация (Ишмуратова и др., 2006). Поэтому мы считаем, что на численность и на состояние ценопопуляции вида в основном влияют погодно-климатические условия.

Лимитирующие факторы распространени вида Cypripedium calceolus в заповеднике «Шульган-Таш»

Однако в исследованиях очень сложно выявить роль одного фактора, как биотического (конкуренции, аллелопатии, плодородия почв), так и абиотического (тепло, влаги, света, засоления, кислотности почв), тем более, что все факторы функционально связаны друг с другом.(Наумова,Миркин 2011)

Cypripedium calceolus влияет лимитирующие факторы, как естественные: очень слабое семенное размножение, длительный период развития от прорастания семени до цветения (до 15-17 лет), низкая конкурентоспособность; так и антропогенные: рубка лесов, выпас скота, рекреация, сбор на букеты, выкапывание. антропогенные воздействия, в зависимости от формы и интенсивности, приводят к снижению численности или полному уничтожению популяций. В связи дейсвующих факторов использован метод определение лимитирующих факторов вид Orchidaceae заповедника «Шульган-Таш»

В качестве таковых рассматриваются как экзогенные (природные и антропогенные), так и эндогенные (определяемые особенностями биологии вида - темпы онтогенеза, способы воспроизводства, симбиотрофизм и т.п.) факторы. Выделение последних важно для выявления причин естественной редкости видов. Лимитирующие природные факторы определяются по оценкам экологических валентностей по отношению к климатическим и экотопическим факторам. Для выявления лимитирующих факторов антропогенного характера и их дифференциации от природных лимитирующих факторов оцениваются показатели жизненности особей и популяций и их динамика на градиентах природных и антропогенных факторов на охраняемых (заповедники) и иных территориях.

Во флоре среди «краснокнижников» заповедника преобладают орхидные (33,3 %). Для «краснокнижников» по экологическим шкалам Д.Н. Цыганова (1983), которые содержат диапазонные оценки по 10 факторам. Это позволило выделить лимитирующие климатические (4) и экотопические (6) факторы. Экологической валентностью называют диапазон способности вида существовать в разнообразных условиях среды. Стеноваленты могут выдерживать лишь незначительные колебания различных условий среды; обычно такие факторы являются лимитирующими. Стеноваленты занимают диапазон от 0 до 0,33, мезоваленты - 0,34-0,67, эвриваленты - всю остальную часть шкалы (Жукова, 2004). По общим данным подсчёта экологической валентности у редких видов, у большинства из них была выявлена стеновалентность по отношению к факторам увлажненности и солевому режиму почв. Именно эти факторы для вида Orchidaceae заповедника являются лимитирующими. По режиму континентальности климата ровно половину составляют эвриваленты, другую - мезоваленты, что свидетельствует о достаточно широком ареале распространения этого редког вида.

Нами рассматривалась толерантность по отношению к двум группам факторов: климатическим и экотопическим. Для этого вычислялись индексы толерантности для вида Cypripedium calceolus

Экологическая валентность и толерантность заповедника «Шульган-Таш»

№
1	общий терморежим климата	0,53
2	континентальность климата	0,87
3	влажность климата	0,47
4	морозность	0,73
5	увлажнение почвы	0,3
6	обобщенный солевой режим почвы	0,26
7	кислотность почвы	0,38
8	богатство почв азотом	0,64
9	режим затенения.	0,78
	It кл	0,65
	It экотоп	0,47



По отношению к климатическим факторам вид оказался мезобионтом.

Широкий диапазон толерантности к факторам среды может являться значительным преимуществом в межвидовой конкуренции и определяет стрессоустойчивость растения. Узость диапазона экологической валентности, с другой стороны, вызывает высокую специализацию к данному фактору среды.

Таким образом, по результатам анализа данных таблицы ясно, что представитель этого семейства требовательны к условиям увлажнения и солевому режиму почвы, но является эвривалентом по режиму континентальности, что определяет их широкий ареал распространения.



Глава 3. Использование материалы исследования при изучение биоразнообразия в биологии школьных уроках

Информация о редких видах орхидных, а также полученные данные по экологии видов орхидных могут быть использованы в учебных курсах биологии в средний школы. В рамках школьной программы семейство Орхидные не изучают. К сожалению, об этих удивительных растениях имеется очень мало информации. Интернет-проект, создаваемый педагогами и учениками школы и имеющий целью привлечь внимание к проблеме редких и охраняемых видов, поможет исправить это положение.

Это возможность дает поближе узнать и проявить интерес к данному семейству в научной деятельности ученика, может быть будущего работника в области ботаники, а так же решить и распространять сохранения прекрасного семейства во флоре в целом. Так ведь сохранение биоразнообразия - важнейшая проблема современности. Одна из ее составляющих - сохранение отдельных видов и групп растений. Семейство Орхидные, занимающее одно из первых мест в мире по количеству видов среди цветковых растений, имеет в своем составе много редких и исчезающих видов (Белоусова и др.,1983).

3.1 Уровни охраны

Говоря о возможных вариантах развития экологической ситуации на планете, самым благодарным и, само собой, наиболее осмысленным, кажется разговор о некоторых из существующих сегодня направлениях природоохранной деятельности. Охрана природы это система мер, направленных на поддержание взаимодействия между деятельностью человека и окружающей природной средой, обеспечивающих сохранение и восстановление природных ресурсов, предупреждающих прямое и косвенное влияние результатов деятельности общества на природу.

Естественные экосистемы являются основными хранителями биологического разнообразия. Рационального природопользования зачастую оказывается недостаточно для их сохранения. Поэтому необходима специальная система охраны экосистем.

Различают два уровня охраны природы: популяционно-видовой и экосистемный. На популяционно-видовом уровне охрана популяций или видов реализуется в рационально используемых экосистемах. На экосистемном уровне охраняются целые экосистемы в составе особо охраняемых природных территорий (ООПТ).

Охрана биоразнообразия может осуществляться на разных уровнях.

В табл. 6 показана схема разделения биоразнообразия растений на уровни - видов и сообществ и два принципиальных подхода к охране биоразнообразия растений. Первый подход - охрана в узком смысле, при которой запрещается использование охраняемых элементов: видов или сообществ, при втором подходе эти составляющие биоразнообразия продолжают использоваться в режиме, выражаемом девизом «охраняй, используя, и используй, охраняя». При рациональном использовании он подчиняется экологическим нормативам, т.е. специально определенным предельно допустимым антропогенным нагрузкам, которые не подрывают самовосстановительного потенциала популяций и сообществ.

Формы и уровни охраны биоразнообразия

Формы охраны	Уровни охраны
	Популяционно-видовой	Экосистемный
Собственно охрана	Уточнение списка флоры паетковых, создание списков Составление Красных книг. Интродукция и реинтродукция редких видов. Запрет на использование редких видов. Создание гербария, коллекций мхов и лишайников.	Создание СОПТ. Изучение репрезентативности СОПТ по отношению к альфа- и бетаразнообразию РБ. Мониторинг БР на территории заповедников. Изучение возможности встраивания СОПТ в социально-экономическую структуру регионов.
Рациональное использование	Экологическое нормирование использования популяций ресурсных растений.	Экологическое нормирование использования лесных естественных экосистем. Экологическая оптимизация сельскохозяйственных экосистем. Восстановление нарушенных экосистем.

Следует отметить, что это разделение на «охрану в узком смысле» и «рациональное использование» - относительно.

Экосистемный уровень охраны природы более эффективен. Для охраны экосистем создаются разные ООПТ - экосистемы, где полностью прекращено хозяйственное использование или оно жестко нормируется и не превышает порогов, гарантирующих сохранение экологического равновесия. Общая площадь ООПТ в РБ составляет 7 % территории. По решению ЮНЕСКО охраной природы должно быть охвачено не менее 30 % территории, а в РФ - 4 %.

Возможности охраны флоры на видовом уровне ограничены. Тем не менее, на уровне видов проводится инвентаризация флоры и выявляются виды для включения в Красную книгу. Наиболее эффективным вариантом охраны флоры на этом уровне является интродукция редких видов в культуру и их последующая реинтродукция в естественные сообщества.

Сегодня в Башкортостане реализуются два основных подхода. Первый подход осуществляется применительно к биоразнообразию растений в Уфимском ботаническом саду-институте УНЦ РАН, в котором интродуцировано около 150 видов редких («краснокнижных») растений. Есть опыт возвращения (реинтродукции) некоторых видов в естественные сообщества, однако этот подход к сохранению биоразнообразия очень дорог. В республике, как и во всем мире, преобладает способ сохранения биоразнообразия в естественных условиях, при этом основным способом является создание ОПТ.

В настоящее время на территории Башкортостана функционируют 3 заповедника, 2 национальных парка, 2 природных парка, 30 заказников и 151 памятник природы. Однако организация ОПТ, к сожалению, была стихийным процессом, поэтому все три заповедника расположены в горнолесной зоне, там же функционируют два парка. В то же время в степной зоне, где сконцентрирована большая часть флоры Башкортостана, до сих пор нет ни одного заповедника. Два парка - «Аслы-Куль» и «КандрыКуль» в какой-то мере способствуют сохранению остатков степей Предуралья, однако защищенность биоразнообразия в парках ниже, чем в заповедниках.

Одна из задач ОПТ - это охрана редких видов растений, включенных в Красную книгу РБ (2011). На сегодняшний день вследствие концентрации ОПТ в горнолесной зоне наиболее надежно обеспечены охраной виды высокогорий, а также виды широколиственных, смешанных и хвойных лесов. В удручающем состоянии находится охрана степных, солончаковых, водно-болотных и луговых видов. Еще хуже обстоит дело с охраной редких видов животных. Достаточно отметить, что из 151 памятника природы только 4 являются по профилю зоологическими.

Начиная с 2002 года, в республике осуществляются мероприятия по формированию системы охраняемых природных территорий. Система охраняемых природных территорий Республики Башкортостан (СОПТ) - это комплекс функционально и территориально взаимосвязанных территорий, который проектируется с учетом природных, социально-культурных и национальных особенностей республики. Одной из составляющих правовой базы СОПТ является «Концепция развития системы охраняемых природных территорий в Республике Башкортостан», утвержденная постановлением Правительства Республики Башкортостан.

Для успешного функционирования ООПТ важно обеспечить не только государственную поддержку их деятельности, но и активное участие общественных организаций и граждан республики в процессе их формирования.

Общественные организации, юридические лица, пользуясь правом инициативы по созданию ООПТ, могут оказать действенную помощь в организации, охране, использовании ООПТ, а также оказать финансовую поддержку целевых природоохранных программ по развитию сети ООПТ.

Так в республике Башкортостан структура особо охраняемых природных территорий следующая: государственные природные заказники - 43 %, государственные природные заповедники - 35 %, национальные парки - 14 %, памятники природы - 5 %, природные парки - 3 %. Кроме того, к ООПТ отнесены дендрологические парки и ботанические сады, лечебно-оздоровительные местности и курорты, зеленые (охранные) и водоохранные зоны.

В разных природных зонах Башкортостана охраной охвачены разные доли территории. Наиболее обеспечена охраной горнолесная зона, и наименее - зауральская лесостепь.

Содержание биологического образования для средней школы тесно связано с развитием биологической науки, характеризует современный уровень ее развития, отражает в учебном предмете основы наук о живой природе. В отборе содержания биологических знаний (теорий, понятий, закономерностей, научных фактов) и определении глубины раскрытия научного материала в учебном предмете большую роль играет принцип научности в тесной взаимосвязи с принципом доступности.

Изучение природы родного края даёт нам возможность отслеживать взаимосвязи между окружающей средой и различными видами растительности. Так как ознакомление учащихся с многообразием растительного мира с учетом данных современной систематики позволит сделать акцент на значении биологического разнообразия в поддержании устойчивости и целостности природы, на необходимости его сохранения как основы сохранения жизни на Земле.

Анализируя наиболее часто используемые в школах программы курса «Биология», можно определить, что объем часов, выделенных школьной программой, не позволяет охватить объем информации, которую необходимо усвоить по теме «Разнообразие растений. Охрана растений»

При изучении курса ботаники по программам под редакцией И.Н. Пономаревой или В.В. Пасечника возможна изучение основ экологии растений, а именно формирование таких важных экологических понятий как: окружающая среда, экологический фактор, взаимодействие организмов, взаимодействие организмов с окружающей средой и другие, объясняются на конкретных примерах растений.

В процессе формирования знаний о покрытосеменных растениях, как высшей ветви эволюции растительного мира, раскрываются вопросы анатомии, морфологии и физиологии растений. В содержании учебного материала следует обратить внимание на развитие понятия о воде, как экологическом факторе. При ознакомлении со строением листьев различных местообитаний, как экологическом факторе, а также формируется понятие о чертах приспособленности растительных организмов, обусловленных их связью с окружающей средой. Демонстрация комнатных растений и гербарного материала растений, засушливых и влажных мест и сопоставления их свойств способствует формированию глубоких и прочных экологических понятий.

Однако в новом стандарте сокращено время на изучение вопросов биоразнообразия. Для изучения многообразия растительного мира необходимо использовать натуральные объекты, обращая внимание на наиболее типичных представителей местной флоры. Изучение растений флоры своего края позволяет не только углубить и расширить представления обучающихся в целом о растительном организме, но и показать приспособленность организмов к среде обитания, способствует формированию исследовательских умений и навыков, бережного отношения к природе.

В учебниках В.В. Пасечника «Биология. Бактерии, грибы, растения. 6 класс» и А.А. Каменский «Биология. Общая биологи. 9 класс» рассматривается темы по охране растительности, где можно дать общие представление по биоразнаобразие данного семейства и вопросы охраны природы.

Для орхидных проблема сохранения биоразнообразия растительности и в том числе растений красной нитью через содержание учебников биологии. Кроме того должно быть специальные особые темы посвященные охраны растений.

Рассмотрим как это проблема отражена в учебнике В.В. Пасечника «Биология. Бактерии, грибы, растения. 6 класс».

Необходимо при изучение на уроках биологии темы более подробно рассматривать редких видов растений нашего края и страны.

Проблема сохранения биологического разнообразия растений имеет приоритетное значение среди комплекса научных и обще гуманитарных проблем, от решения которых зависит дальнейшая судьба общества. Фундаментальные исследования, направлены на сохранение биоразнообразия флоры родного края.

При изучении вопросов классификации цветковых растений большое внимание уделяется изучению приспособленности как наиболее распространенных видов растений разных семейств, так и растений одного вида, рода, семейства к различным условиям среды. 

В заключительной теме «Растительные сообщества» ведущими понятиями являются растительность и растительное сообщество. Непосредственное общение с природой, осуществляемое на экскурсии, способствует не только усвоению данных понятий, но и оказывает влияние на воспитание любви и бережного отношения к природе, вызывает у учащихся желание оказывать помощь взрослым в охране и приумножении природных богатств родного края.

В типовой и авторских программах в различных темах всех учебных курсов названы темы экскурсий (в природу, на производство, сельскохозяйственную выставку). При этом для таких экскурсий выделяется определенное учебное время, их проведение является обязательным. Нередко программа предлагает несколько тем экскурсий для выбора по желанию учителя.

В программе также перечислены летние задания, практические работы, которые учитель использует при планировании учебных занятий.

Выбор формы организации обучения определяется спецификой контингента учащихся конкретного класса.

Таким образом, выбор форм организации обучения биологии обусловлен взаимодействием нескольких объективных факторов: целями, задачами и учебной программой по биологии, спецификой условий учебного процесса, спецификой контингента учащихся. Однако решающая роль в выборе форм обучения биологии принадлежит содержанию учебного материала, очень важен также творческий подход учителя к своей работе.

Экскурсии входят в систему уроков по темам учебных курсов с 6 по 11 класс. Проведение экскурсий на уроках биологии является неотъемлемой частью реализации деятельностного подхода в обучении, особенно в рамках перехода к новым образовательным стандартам. Цикл экскурсий для учащихся 6 класса является целостной разработкой, направленной на формирование практических навыков работы с природными объектами.

Проведение экскурсий всегда вызывает ряд затруднений. В основном трудности связаны не столько с самой методической разработкой практического занятия, с только с тем, что можно показать детям и какую практическую пользу это может принести. Поэтому учитель заранее в перспективном плане определяет сроки проведения экскурсий, а на соответствующих уроках перед экскурсиями создает ситуацию необходимости ознакомления с данными явлениями непосредственно в самой природе. Учитель также предусматривает и обратную связь - включение материалов экскурсии в последующие уроки, рекомендует учащимся вспомнить то, что видели и узнали на экскурсии, использует на практических работах и в качестве демонстрационного материала природные объекты, собранные во время экскурсии.

Особенностью экскурсий является возможность активного познания живых объектов, входящих в природные сообщества. Знания об объектах живой природы, полученные на уроках, расширяются и углубляются во время экскурсии. Создаются условия для формирования умений ориентироваться на местности, выявлять сложные связи в природе, а также изучать сезонные изменения в природе. Школьники учатся находить в природе объекты по заданиям учителя, анализировать, сравнивать и сопоставлять явления природы, приобретают навыки натуралистической работы, навыки элементарного научного исследования природы.

Например, преподаватель может составить маршрут экскурсии - экологическая тропа «Удивительное рядом».

Цели и задачи учебной экологической тропы «Удивительное рядом».

Данная экологическая тропа, как и любая другая, преследует ряд целей и задач.

а). Образовательную - расширение у экскурсантов знаний об объектах и процессах окружающей нас природы.

Научить школьником наблюдать и замечать явления природы, видеть прекрасное и удивительное в самых обычных живых объектах, заинтересовать их и побудить к дальнейшему самостоятельному изучению биологии и экологии, научить замечать различные проявления антропогенного фактора и уметь правильно их оценивать.

б). Воспитательную - способствовать воспитанию экологической культуры поведения человека, развивать экологическую сознательность, разъяснять правила поведения на природе и важность коренного изменения взаимоотношений Человечества и Природы.

в) Развивающую - помимо образовательной и воспитательной целей, экологическая тропа может и должна использоваться для организации активного отдыха учащихся на природе как в период школьных занятий, так и во время летнего отдыха.

Кроме того, данная тропа может использоваться для прохождения маршрута с дополнительного образования в целях методической помощи по проведению экскурсий и уроков на открытом воздухе, знакомства с наиболее интересными представителями флоры данной местности, наглядной демонстрации принципов исследовательской работы с учащимися, помощи в выборе тем проектов.

Кроме того, как источник биологического материала, может использоваться для сборов коллекций, в том числе тематических: гербария, плодов и семян, грибов и лишайников, галлов, насекомых, пресноводных ракообразных, моллюсков и других беспозвоночных. Собранный здесь материал может в дальнейшем использоваться на уроках и дополнительных занятиях как наглядное пособие. Существует возможность сбора природного материала (сухоцветы, коряги и т.п.) для изготовления в дальнейшем разного рода поделок.

Тексты рассказов составляется самими преподавателями, ведущими экскурсию или урок на открытом воздухе. При проведении тех или иных индивидуальных работ по исследовательским проектам преподаватель сам должен выбирать тему и объекты исследований, согласуя их с желаниями и возможностями учащегося.

Например, рассмотрим примерные темы для проведения уроков по программе 6 класса:

Тема: «Типы листьев»

Формы листовых пластинок: округлая - осина, подорожник большой; эллиптическая - жимолость, дерен; продолговатая - ива, подорожник ланцетный

линейная - злаки, осоки; яйцевидная - тополь, сирень; обратнояйцевидная - ильм.

Формы основания листовых пластинок: сердцевидная - сирень, липа; копьевидная - вьюнок, повой; клиновидная - ива; округлая - жимолость.

Рассеченность листовых пластинок: пальчатолопастные - дикая мальва; пальчаторараздельные - герань, виды клена; пальчаторассеченные - некоторые лютики; перистолопастные - дуб, одуванчик; перистораздельные - маки; перисторассеченные - тысячелистник, валериана.

Сложные листья: тройчатые - клевер, люцерна; пальчатосложные - конский каштан, девичий виноград; непарноперистосложные - робиния лжеакация, эспарцеты; парноперистосложные - дикий горошек; дважды перистосложные - гледичия.

Листорасположение: очередное - герань, ива, Бобовые, большинство Сложноцветных; супротивное - жимолость, клены, валериана, Губоцветные; мутовчатое - подмаренники; в розетке - подорожники, одуванчик, коровяки.

Прилистники: мелкие, опадающие - яблоня, груша; крупные - Бобовые, шиповник; листовидные - чина; колючие - робиния, сросшиеся - конский каштан.