Изучение условий существования замкнутой экосистемы

Моделирование процессов, протекающих в экосистемах, способствует пониманию взаимосвязей ее структурных компонентов. Современные условия окружающей среды ухудшаются, все чаще ученые рассуждают о совершенствовании искусственных экосистем. Потребность в искусственных экосистемах, в том числе и в замкнутых экосистемах может возникнуть по разным причинам. Вот некоторые из них.

1. Демографическая ситуация.

Хотим ли мы этого или нет, но население Земли будет расти еще долгое время. В шестидесятые годы, когда население на Земле было меньше, чем 3 миллиарда человек, предсказание, что в 2000 году население увеличится вдвое, до 6 миллиардов, казалось фантастикой. Теперь видно, что предсказание было удивительно точным.

2. Следствием роста народонаселения является недостаток продовольствия.

3. Потребность в замкнутых экосистемах может возникнуть и как результат последствия ядерной войны.

4. Для полетов на ближайшие планеты важно знать, как протекают процессы в замкнутых экосистемах.

Мы перед собой поставили следующую цель: выявить продолжительность жизни проростков разных растений и описать изменения, происходящие с ними в условиях замкнутой экосистемы.

Работа выполнена в Ватутинской школе, Московской области, в 2006-2007г. Продолжительность каждой серии опытов 4-8 недель.

Объектом исследования являлись проростки растений фасоли (Phaseolus vulgaris), бобы (Faba bona) семейство бобовых, огурца (Cucumis sativus) сем. тыквенных, укроп пахучий (Anethum graveolens) сем. зонтичных, чеснок посевной (Allium sativum) сем. луковых, овса (Avena sativa) сем. злаки. Прежде чем ставить эксперимент партия семян предназначенных для опыта проверяется на всхожесть. Нормой считается прорастание 90-95% семян в течении 3-4 суток. Процент проросших семян, от числа посеянных называется всхожестью.

Сборка модели экосистемы показана на рисунке 1.

Серия опытов 1. Использовали воды 150 мл, почвы 200г, семена разных растений фасоль, бобы, огурцы, укроп, чеснок.

Серия опытов 2. Брали семена огурцов и разное соотношение воды и воздуха (рис. 2).

Серия опытов 3. В одной системе три семейства растений.

В последующие дни вели наблюдения за прорастанием семян, измеряли высоту проростков. Статистическая обработка данных проведена по методике описанной в книге «Школьный экологический мониторинг», автор Т. Я. Ашихмина.

Результаты и их обсуждение.

Для прорастания семян нужно: свет, тепло, вода, воздух. В нашей замкнутой системе сохраняются основные абиотические факторы. Следовательно, сходство будет проявляться в наличие ресурсов и источников энергии.

Мы наблюдали интересное явление. Проростки фасоли вели себя не так как проростки других растений. Из семян фасоли в условиях нашей замкнутой системы на поверхность почвы выходили первыми корни, а не семядоли, как в обычных условиях. Эти корни сохраняли свою жизнеспособность несколько дней. В условиях нашего опыта 10 - 13 дней. Вероятно, продолжительность жизни этих корней зависела от запаса питательных веществ.

В таблице 1представлены данные продолжительности жизни проростков. У разных растений она разная. В среднем от 9 дней до 21. Это объясняется физиологическими особенностями растений. Кроме того, мы наблюдали в некоторых системах высокую влажность в верхней камере, где находиться само растение. На внутренней стороне банки собирались пары воды.

Продолжительность жизни проростков растений

Проростки огурец фасоль бобы укроп чеснок растений Cucumis Phaseolus Faba Anethum Allium sativus vulgaris bona graveolens sativum

(корни на воздухе) сутки 21 + 2,2 11+ 4,0 21+ 4,0 9+ 5,3 21+ 7,5

В условиях замкнутой системы мы наблюдали явление гуттации, через водяные устьица – гидатоды вода выделяется в виде капель на кончике листа. Среди наших растений это явление лучше всего проявлялось на злаковых растениях (овес). Гуттация проявилась у трех дневных проростков, длина проростков была в среднем 9 см. Значение гуттации видимо в том, что растение избавляется от избытка воды. Интересно то, что почва в опыте не соприкасается с водой.

В опытах скорость прорастания семян в замкнутой системе выше, чем в контрольных вариантах (табл. 2). Это связано с тем, что почва имеет постоянное увлажнение.

Скорость прорастания семян

Количество проростков

1 сутки 2 сут 3 сут. 4сут. 5 сут. 6сут. 7сут. 8сут. 9сут. 10сут

Растение

Овес 1 3 5

К-ль - 1 2 2 4 5

Огурцы - - - 5

К-ль - - - - 2 2 3 5

Семена овса прорастают быстрее, чем огурцов, но огурцы показали дружную всхожесть. На третьи - четвертые сутки в замкнутой системе наблюдалась 100% всхожесть семян, что нельзя сказать про контрольные варианты.

В серии опытов мы рассматривали влияние соотношения воды и воздуха на скорость прорастания семян (табл. 3).

Влияние соотношения воды и воздуха на прорастание семян

Количество проростков семян огурца

1 сутки 2 сутки 3 сутки 4 сутки 5 сутки

50мл 1 2 2 3 5

100мл 2 2 2 4 5

150 мл 2 2 2 5

200мл 4 4 5

Наиболее оптимальными оказались условия в системе с большим количеством воды. Вероятно, вода быстрее попадала в почву, где находились семена, в данной системе воды было больше, и она была ближе к камере с почвой.

1. Продолжительность жизни проростков сохранялась 9 – 21день.

2. Причиной гибели в отдельных случаях была высокая влажность в верхней камере, в других недостаток пространства.

3. Скорость всходов проростков растений в условиях замкнутой системы выше, чем в контрольных вариантах.

4. Проростки разных растений в условиях замкнутой системы ведут себя по – разному: при прорастании фасоли на поверхности появляются не семядоли, а корни. На листьях некоторых растений наблюдалось явление гуттации.

5. Замкнутую систему можно использовать для изучения транспирации и гуттации.

Практическое использование результатов

Модели замкнутых экосистем используются на уроках экологии, как демонстрационный материал. Результаты исследований используются в беседах на уроках экологии.