Зона пустынь
Степная зона
Лекция 2
Тема 4
Геоботаника
Cамостоятельная работа
Тема: Интегрирование с помощью подстановки.
Пусть подынтегральная функция в интеграле непрерывна на Х и функция дифференцир-е. на промежутке Т и имеет на нем обратную функцию с на промежутке Х , тогда справедливо:
Алгоритм интегрирования подстановкой.
1. Для интеграла подынтегральная функция такая, что является табличным или сводится к нему так, что легко находится
2. Нах. обратную функцию и подставляем в , которая и будет первообразной для исходного интеграла.
Алгоритм:
1. Часть подынтегрального выражения вводится под знак дифференциала и полученное выражение под знаком дифференциала обозначается как новая переменная.
2. В подынтегральной ф-ии делается замена переменной на новую, находится от новой переменной.
3. В возвращается к старой переменной.
Пример 1. Найти интеграл
(положим тогда
Пример 2. Найти интеграл
(положим тогда
) =
=
Пример 3. Найти интеграл
(положим тогда
) =
Пример 4. Найти интеграл:
Пусть тогда и
Пример 5: Найти интеграл
Применим подстановку: u=arctg(x), тогда
Подставляя полученные значения в искомый интеграл получим:
Теперь подставив значение u в полученное выражение получим решение искомого интеграла:
Найти интегралы, используя указанную замену переменной
1. , 2. ,
3. , 4. ,
5. , 6. ,
7. , 8. ,
Растительный покров России и сопредельных государств
Вопросы лекции
Степная зона.
Степная зона протянулась непрерывной полосой по европейской части страны и Западной Сибири от юга Украины до реки Обь. В Восточной Сибири степи встречаются лишь в виде отдельных островов среди тайги (Красноярский край, Забайкалье).
Степную зону определяют как территорию, где зональной растительностью являются сообщества травянистых ксерофитов. Именно ксерофильные травы, хорошо переносящие засуху, составляют основу степных фитоценозов. В настоящее время в пределах степной зоны можно встретить лишь сравнительно небольшие по площади участки степей (например, в заповедниках). Огромные территории распаханы и естественный растительный покров здесь не сохранился.
Природные условия. Климат степной зоны континентальный. Лето жаркое, сухое, зима холодная, более или менее морозная, с устойчивым снеговым покровом. Осадков выпадает 300—500 мм/год, иногда менее. Характерная особенность климата степей — то, что сумма выпадающих осадков значительно меньше, чем испарение. В теплое время года растения почти постоянно испытывают недостаток влаги. Основная масса осадков выпадает в середине лета, в период жары, причем в виде кратковременных сильных ливней. Это затрудняет использование влаги растениями, так как вода быстро стекает по поверхности почвы, а часть ее испаряется, не успев проникнуть в почвенный слой. На открытых пространствах степей почти постоянно дуют ветры, которые усиливают испарение воды из надземных органов растений. Временами бывают суховеи — горячие, иссушающие ветры, которые особенно опасны.
Почвы степной зоны — различные разновидности черноземов (типичные, оподзоленные, выщелоченные, обыкновенные, южные и т.д.). На юге зоны распространены каштановые почвы.
Степные растения. В степях господствуют травянистые ксерофиты. Особенно характерны для степей дерновинные (плотнокустовые) злаки с очень узкими листовыми пластинками. Среди них нужно назвать в первую очередь различные виды ковылей (Stipa). Ковыли растут довольно крупными плотными «кустами» (слайд 6). Их листья почти всегда сложены вдоль. Устьица, через которые испаряется вода, располагаются на внутренней поверхности листа, что уменьшает потерю влаги (это важно в засушливом климате). Нижние цветковые чешуи ковылей снабжены очень длинной остью, которая коленчато изогнута и у многих видов покрыта волосками (перистые ковыли).
К числу узколистных дерновинных злаков относятся также типчак (Festuca valesiaca) (слайд 7) и Тонконог стройный (Koeleria cristata) (слайд 8).
В степях встречаются также и некоторые бобовые, например Эспарцет песчаный (Onobrychis arenaria) (слайд 9), различные виды клевера (Trifolium) (слайд 10), астрагала (Astragalus) (слайд 11), и др. Все они достаточно засухоустойчивы, хорошо переносят недостаток влаги.
Значительную роль в степных фитоценозах играет разнотравье — представители различных семейств двудольных растений (кроме бобовых). В качестве примера можно назвать виды зопника (Phlomis), шалфея (Salvia), синяка (Echium) и др. (слайды 12-14).
Особую группу составляют степные эфемероиды — многолетние травянистые растения, которые развиваются только весной, когда в почве достаточно влаги. К лету их надземная часть полностью засыхает. Примером растений такого типа могут быть Мятлик луковичный (Poa bulbosa) (слайд 15), различные виды тюльпана (Tulipa) (слайд 16).
Характерны для степи также эфемеры — однолетние растения, которые в течение нескольких недель полностью проходят весь жизненный цикл. Они появляются из семян рано весной, быстро развиваются, переходят к цветению и успевают до наступления летней засухи образовать новые семена. Сами же растения при этом полностью отмирают. Среди степных эфемеров можно назвать Рогоглавник серповидный (Ceratocephala falcata), Клоповник пронзеннолистный (Lepidium perfoliatum), некоторые виды крупки (Draba) и др. (слайды 17-19) Эти мелкие растения наиболее обильны в южных степях, где летняя засуха особенно резкая.
Помимо травянистых растений в степях встречаются и некоторые кустарники. Они нередко образуют небольшие заросли на фоне степной растительности. На контакте степи с лесом почти всегда развивается кустарниковая опушка. К числу степных кустарников относятся, например, терн, или дикая слива (Prunus spinosa), бобовник, или дикий миндаль (Amygdalus nana), различные виды спиреи (Spiraea), караганы (Caragana) (слайды 20-23).
Подзоны. Рассмотрим подзоны в степях европейской части России и сопредельных государств, где они хорошо выражены. Здесь северная часть степной зоны, примыкающая к широколиственным лесам, наиболее влажная, к югу же климат становится все более засушливым. Вследствие этого растительный покров также изменяется в направлении с севера на юг. Степную зону в этом регионе обычно подразделяют на три подзоны.
Первая из них, самая северная, — подзона луговых, или северных, степей. Она характеризуется тем, что на водораздельных пространствах встречаются как участки степи, так и участки дубрав, а степная растительность по внешнему облику напоминает луга. Иногда эту полосу называют также лесостепью.
Вторая, более южная, подзона — разнотравно-дерновинно-злаковых степей. Здесь на водоразделах абсолютно господствует только степная растительность, причем распространен более сухой вариант степей. Лесные участки встречаются только по балкам и понижениям, где создаются лучшие условия увлажнения. Аналогичным образом обстоит дело и в третьей, самой южной, подзоне дерновинно-злаковых степей. Однако здесь на водоразделах господствует еще более сухой вариант степей.
Далее к югу (и юго-востоку) степная зона постепенно сменяется зоной пустынь.
Вариантыв степей начиная с наиболее влажных.
Луговые, или северные, степи имеют довольно высокий (до 80— 100 см) и густой травяной покров, в котором преобладает разнотравье, а ковыли играют подчиненную роль.
В период цветения растений луговая степь очень напоминает по внешнему облику красочный луг. Здесь можно встретить много видов разнотравья, имеющих яркие красивые цветки. Таковы, например, Таволга шестилепестная (Filipendula vulgaris), Синяк красный (Echium rubrum), Шалфей луговой (Salvia pratensis), Козелец пурпурный (Scorzonera purpurea) и многие другие (слайды 24-27). Помимо разнотравья имеются и злаки, но преимущественно широколистные — Кострец береговой (Bromopsis riparia), Овсец опушенный (Helictotrichon pubescens), Пырей средний (Agropyron intermedium) и др. (слайды 28-30). Типично степных узколистных злаков, напротив, довольно мало. Это главным образом Овсяница валлийская, или типчак(Festuca valesiaca) и Ковыль перистый (Stipa pennata) — один из наиболее влаголюбивых ковылей (слайды 31-32).
Замечательная особенность луговых степей — очень большая видовая насыщенность. Так, в луговой степи в Центрально-Черноземном заповеднике под Курском на 1 м можно насчитать до 80—90 видов растений. В этом отношении луговая степь уникальна.
Для луговой степи характерна смена внешнего облика растительного покрова на протяжении теплого времени года, так называемая смена аспектов. Это происходит потому, что в массе цветут то одни, то другие растения, придавая степи ту или иную окраску (желтую, белую, голубую, синюю и т.д.).
Более южный вариант степи — разнотравно-типчаково-ковыльная. Она отличается заметно более редким и низким травяным покровом. Здесь резко возрастает роль узколистных дерновинных злаков. Господствуют типчак и различные ковыли, причем не те их виды, что в луговой степи, а другие, более засухоустойчивые. Вместе с тем довольно велика роль разнотравья. Но среди этой группы растений также распространены более засухоустойчивые виды — Шалфей поникший (Salvia nutans), Зопник колючий (Phlomis pungens) и некоторые другие (слайды 33-34). Видовая насыщенность меньше, чем в луговой степи.
Самые южные, типчаково-ковыльные, степи еще больше отличаются от луговых. Травяной покров здесь особенно редкий и низкий (до 30—40 см). Узколистные дерновинные злаки абсолютно господствуют. Помимо типчака встречаются наиболее засухоустойчивые виды ковыля, например Ковыль Лессинга, или ковылок (Stipa lessingiana) (слайд 35). Разнотравья очень мало. Между дерновинами типчака и ковылей весной появляются разнообразные однолетники-эфемеры: Клоповник пронзеннолистный, Рогоглавник серповидный и др. Есть также и многолетники-эфемероиды — Мятлик луковичный, различные виды тюльпана и др.
В отношении видовой насыщенности южные степи значительно уступают другим вариантам степей. Здесь на 1 м можно встретить не более 10—15 видов.
Для южной степи характерны растения, которые называют «перекати-поле». Они принадлежат к различным семействам цветковых растений, но имеют довольно сходный внешний облик. Их надземная часть представляет собой рыхлый клубок ветвей, имеющий более или менее шаровидную форму. Осенью этот шар легко отрывается от почвы и перекатывается ветром по просторам степи. Примером подобных растений могут быть Качим метельчатый (Gypsophila paniculata), Синеголовник равнинный (Eryngium campestre), Гониолимон татарский (Goniolimon tataricum) и др. (слайды 33-34).
Cтепи, расположенным в азиатской части России и сопредельных государств.
Степи юга Западной Сибири (Барабинская степь) по внешнему облику несколько напоминают луговые степи европейской части рассматриваемой территории, но отличаются от них заметной заболоченностью и засоленностью почвы. Вследствие этого видовой состав растений здесь достаточно специфичен (много галофитов и т.д.). Степи Казахстана по составу растений имеют много общего со степями юга европейской части России и сопредельных государств. Здесь, как и в европейской части страны, выделяют подзоны разнотравно-дерновинно-злаковых и дерновинно-злаковых степей.
В Восточной Сибири распространены лишь отдельные степные острова, чаще всего расположенные среди тайги. Их растительность очень своеобразна.
Флора степей Восточной Сибири сильно отличается от флоры степей европейской части страны. Здесь широки распространены, например, особые монгольские элементы. Однако есть и общие растения, прежде всего некоторые злаки: Овсяница валийская, или типчак(Festuca valesiaca) и Тонконог стройный (Koeleria cristata), Ковыль-волосатик и др. (слайд 39-41).
Примечательно, что в восточно-сибирских степях, даже самых южных, нет или крайне мало многолетников-эфемероидов (таких, как тюльпаны, птицемлечники, крокусы и др.). Чрезвычайно редки однолетники-эфемеры, столь распространенные в южно-русских степях. Основу травостоя составляют многолетние злаки и разнотравье.
Зона пустынь
Зона пустынь располагается к югу от степной зоны. Она простирается в виде сплошной полосы от крайнего юго-востока европейской части страны (низовья Терека, Волги и Урала) до восточных пределов Средней Азии и Казахстана. Небольшой массив пустынь имеется также в Забайкалье, на границе с Монголией и Китаем.
Зональная растительность пустынь своеобразна. Господствуют наиболее засухоустойчивые ксерофиты, чаще всего полукустарники, причем растительный покров более или менее редкий, несомкнутый. Разреженность растительного покрова — одна из самых характерных особенностей пустынь.
Природные условия. Климат пустынь резко континентальный, еще более жаркий и сухой, чем в степях. Колебания температуры на протяжении года очень велики. Долгое жаркое лето сменяется морозной зимой со снеговым покровом. Средняя температура июля достигает 25 °С. Зимой же столбик термометра может опускаться значительно ниже нуля. Очень велики колебания температуры и на протяжении суток в летнее время. Нестерпимо жаркий день сменяется довольно холодной ночью. Все это характерно для резко континентального климата.
В пустынях летом поверхность почвы нагревается до 60—70 °С. Такие температуры могут переносить лишь наиболее жароустойчивые растения. Высокие температуры опасны для растений не только сами по себе, но еще и потому, что при этом резко усиливается транспирация. Способствуют потере влаги и сильные ветры, обычные в пустыне.
Пустыни характеризуются крайней сухостью климата. Годовая сумма осадков не превышает 200—300 мм, а испарение в несколько раз больше. В летнее время, при сильной жаре, растения почти совершенно не получают влаги, испытывают острое водное голодание.
Почвы пустынь обычно в большей или меньшей степени засолены, что неблагоприятно для существования многих растений. Для пустынь характерны сероземы и серо-бурые пустынные почвы.
В отношении характера субстрата различают пустыни песчаные, глинистые, солончаковые и каменистые (щебнистые). Каждый из этих эдафических типов пустынь имеет особый, своеобразный растительный покров. Наиболее распространены в России и сопредельных государствах песчаные пустыни, довольно велики площади глинистых пустынь. Остальные типы встречаются реже.
Различают два климатических типа пустынь: пустыни, где осадки выпадают понемногу более или менее равномерно по сезонам, и пустыни, где основная масса осадков выпадает весной. Эти типы пустынь резко различаются по растительному покрову.
Растения пустынь. В пустынях встречаются разнообразные жизненные формы растений: полукустарники, кустарники, многолетние и однолетние травы и даже деревья. Особенно характерны полукустарники. У этих растений нижняя часть одревесневшая, многолетняя, а побеги текущего года отмирают к зиме почти на всем протяжении. Полукустарники представлены в пустынях рассматриваемой нами территории различными видами полыней и растениями из семейства Маревых. Настоящие кустарники встречаются главным образом в песчаных пустынях. К числу травянистых растений относятся прежде всего многолетники-эфемероиды (например, некоторые злаки и осоки) и однолетники-эфемеры. Из деревьев в пустынях распространены только некоторые виды саксаула (слайд 42).
Многие наиболее распространенные пустынные растения относятся к семейству Маревых. Это характерная особенность флоры пустынь России и сопредельных государств. В растительном покрове всех остальных природных зон нашей страны виды данного семейства большой роли не играют.
Почти все растения пустынь способны хорошо переносить продолжительную и сильную засуху. Пути приспособления к засухе у разных растений различны.
Одно из таких приспособлений — безлистность (афиллия). В этом случае листья либо совершенно не развиваются, либо имеют вид едва заметных чешуек. Функции фотосинтеза выполняют тонкие зеленые стебли текущего года (например, у саксаула). Отсутствие настоящих широких листьев сильно уменьшает общую испаряющую поверхность растения, благодаря чему сокращаются потери влаги.
Другое приспособление к перенесению засухи — сбрасывание побегов текущего года и листьев с наступлением летней жары (такое явление наблюдается, например, у некоторых полыней). Это тоже сильно уменьшает испарение.
Своеобразно приспосабливаются к перенесению засухи суккуленты: они накапливают запасы воды в своей надземной части (для этого служит особая водоносная ткань).
Особый путь приспособления наблюдается у эфемеров и эфемероидов. Они, развиваясь весной, как бы «уходят» от летней засухи. Неблагоприятное сухое время года эти растения переносят в виде семян или покоящихся подземных органов, находящихся почве (корневищ, луковиц и т. д.). По своей природе как эфемеры, так и эфемероиды являются мезофитами.
Специфическую группу пустынных растений составляют фреатофиты (растения-насосы). Они нормально развиваются только в том случае, если их корни достигают уровня грунтовых вод. Фреатофиты нисколько не страдают от летней засухи, так как всегда обеспечены влагой. Они зеленеют и цветут в самый разгар лета. Примером растений такого типа может быть полукустарник Верблюжья колючка (Alhagi pseudalhagi), корни которого способны проникать в грунт на глубину 10—15 м. (слайд 43).
Для растений пустынь характерно то, что их надземная часть по своей массе во много раз меньше подземной. Пустынные растения большей своей частью погружены в почву.
Среди растений, встречающихся в пустынях, довольно много более или менее солевыносливых, которые могут расти на засоленных почвах. Есть и настоящие галофиты, способные переносить сильное засоление.
Подзоны. В пределах зоны пустынь выделяют три подзоны: полупустынь, северных глинистых пустынь, южных глинистых пустынь.
Подзона полупустынь — самая северная. Она представляет собой переходную полосу между степью и пустыней. Фитоценозы образованы как степными узколистными дерновинными злаками (например, ковылями), так и пустынными полукустарниками (видами полыни и др.). Те и другие растут совместно.
Однако растительный покров на положительных и отрицательных формах микрорельефа сильно различается. На микроповышениях, где почвы более сухие, преобладают полукустарники и образуются фитоценозы, характерные для пустыни. В микропонижениях, где почвы более влажные, господствуют дерновинные злаки и развиваются степные фитоценозы. При хорошо выраженном микрорельефе растительный покров имеет пятнистый характер. Пятна полупустынной, пустынной и степной растительности чередуются между собой, образуя пеструю мозаику.
Подзона северных глинистых пустынь характеризуется тем, что осадки здесь выпадают понемногу и более или менее равномерно на протяжении года. Растительный покров разрежен, всюду видна поверхность почвы, не покрытая растениями. Господствуют полукустарники, растущие в виде низких приземистых подушек округлой формы. Эта группа растений представлена различными полынями и видами семейства маревых (их называют «солянки»). Из полыней особенно распространена Полынь белой земли (Artemisia terrae-albae), растущая в виде подушек тусклого серовато-зеленоватого цвета (слайд 44).
В группе солянок можно назвать Лебеду седую, или кок-пек (Atriplex cana), Анабазис солончаковый, или биюргун (Anabasis salsa), Анабазис безлистный, или итсегек (Anabasis aphylla) (слайды 45-47). Эти растения также растут в виде подушек. У некоторых из них листья имеют вид мелких чешуек или вовсе не развиты, а функции фотосинтеза выполняют молодые зеленые стебли. Солянки — хорошие кормовые растения, их охотно поедает скот (овцы и верблюды). По особенностям растительного покрова северные глинистые пустыни называют полынно-солянковыми. Пустыни такого типа широко распространены в южном Казахстане.
Подзона южных глинистых пустынь характеризуется тем, что основная масса осадков здесь выпадает весной, летом же их совершенно не бывает в течение 3—4 мес. Зима в этой подзоне сравнительно теплая, солнечная, обычно бесснежная. В растительном покрове господствуют эфемероиды — некоторые многолетние злаки и осоки. Они развиваются только весной, когда почва достаточно влажная. В это время пустыня напоминает зеленый газон. Растения образуют сплошной, но довольно низкий покров. Это превосходное пастбище для скота. С наступлением летней засухи надземная часть растений отмирает и почва обнажается. Летом здесь не видно никаких растений. В пустыне такого типа особенно распространен злак Мятлик луковичный и Осока короткостолбиковая (Carex pachystylis) (слайды 48-49). Оба растения довольно мелкие, невысокие. Во время летней засухи у них сохраняются живыми только подземные органы, расположенные неглубоко в почве. Южные глинистые пустыни получили название эфемеровых. Они распространены только на крайнем юге Средней Азии, причем на сравнительно небольшой территории.
Совершенно особый, своеобразный тип представляют собой песчаные пустыни. Они занимают очень большую площадь (Каракумы, Кызылкумы и др.) и располагаются в тех районах, где основная масса осадков выпадает весной. Песчаная пустыня — это множество крупных барханов, покрытых кустарниками. Заросли кустарников сравнительно густые и нередко достигают высоты человеческого роста. Пески в условиях пустыни содержат больше влаги, чем суглинистые и глинистые почвы, вследствие чего растительный мир здесь особенно богат.
Среди кустарников песчаной пустыни следует назвать в первую очередь представителей рода джузгун (Calligonum). Все они имеют крайне слабо развитые листья, напоминающие очень мелкие чешуйки, и оригинальные плоды — рыхлые рыжеватые шарики (слайд 50).
Помимо джузгуна в песчаной пустыне встречаются также различные другие кустарники и маленькие деревья, например песчаная акация (Ammodendron conollyi), чингиль (Hcdimodendron halodendron), эремоспартон (Eremosparton flaccidum) и др. (слайды 51-53)
В песчаной пустыне растет и настоящее дерево — Саксаул белый (Haloxylon persicum). Внешний вид саксаула очень своеобразен (слайд 54). Ствол его извилистый, узловатый, крона очень рыхлая и состоит в основном из тонких зеленых веточек, свободно свисающих вниз как плети (поэтому дерево почти не дает тени).
Весной в песчаной пустыне развивается на почве сплошной зеленый покров трав. Особенно обильна здесь Осока раздутая, или илак (Carex physodes), - сравнительно мелкое растение. Отличительная особенность этой осоки — крупные рыжевато-коричневатые мешочки овальной формы, расположенные небольшой группой на конце стебля (слайд 55). Осока раздутая относится к числу эфемероидов. Она зеленеет только весной, а к лету ее надземная часть засыхает. Это растение имеет важное кормовое значение.
В песчаной пустыне встречаются и однолетние эфемеры, например, злак Мортук Бонапарта (Eremopyrum bonaepartis), Малькольмия крупноцветная (Malcolmia grandiflora), Рогоглавник серповидный (Ceratocephala falcata), Вероника кривоногая (Veronica campylopoda) (слайды 56-59). Все эти растения с наступлением лета засыхают, завершив свой жизненный цикл и рассеяв семена.
Таков в общих чертах растительный мир песчаной пустыни. Следует подчеркнуть, что речь шла только о неподвижных, закрепленных песках, где растительный покров находится в своем естественном состоянии. При слишком сильном выпасе скота покров растений разрушается и песок приходит в движение. Конечная стадия этого процесса — обнаженные сыпучие пески, перевеваемые ветром. На таких подвижных барханах с течением времени поселяются некоторые специфические растения-пионеры, которые способствуют закреплению песка, например злак Селин (Aristida karelinii) (слайд 60). Однако восстановление растительности происходит очень медленно и с большим трудом.
В нашей стране распространены также солончаковые или сочно-солянковые пустыни, которые не занимают больших площадей. Они развиваются на сильно засоленных влажных почвах в понижениях, бессточных котловинах и т. п. Здесь господствуют суккулентные галофиты из семейства маревых: Сарсазан (Halocnemum strobilaceum), Солерос (Salicornia europaea), поташник (Kalidium caspicum), некоторые виды Сведы (Suaeda) и др (слайды 61-64). Эти растения называют сочными солянками. Растительный покров солончаковой пустыни обычно довольно густой, сплошной. Однако он образован лишь очень немногими видами (обычно двумя-тремя, а иногда даже одним). Растения здесь постоянно обеспечены влагой и вегетируют с весны до поздней осени. Отмирают они только с наступлением морозов.