CC BY
70
УДК 574.5(282.247.42)
Винокурова Н.В., Соловых Г.Н., Донскова С.А.
Оренбургский государственный медицинский университет Е-mail: [email protected]
МАКРОФИТЫ В СТРУКТУРЕ ФОРМИРОВАНИЯ ЭКОСИСТЕМ Р. УРАЛ
Макрофиты являются одними из основных объектов биоиндикации состояния водных экосистем, поскольку выступают средообразующим компонентом. Это свидетельствует о необходимости изучения флористического состава растительного сообщества и его динамики в условиях антропогенного воздействия.
В составе флоры макрофитов р. Урал все растения относятся к цветковым растениям двух классов - Liliopsida и Magnoliopsida. Изучено видовое разнообразие макрофитов и определена их систематическая принадлежность. Выявлены основные экологические группы макрофитов. Наиболее многочисленной экологической группой являются гидрофиты, большинство из которых представлены группой погруженных в воду, укореняющихся гидрофитов. Наиболее малочисленной группой среди них являются гидрофиты, погруженные в воду, не укореняющиеся.
Авторы впервые приводят сопоставительные данные флористического разнообразия исследуемых станций среднего течения р. Урал в районе г. Оренбурга с ранее полученными данными по флоре водных экосистем Оренбургского Зауралья и Оренбургской области: среди растений фитоценозов Оренбургской области в целом преобладает группа гигрофитов. Видовое богатство и доминирование макрофитов р. Урал в районе г. Оренбурга в 2009 г. было представлено 10 видами, а в 2013 г. 17 видами макрофитов, имеющих различный уровень видового богатства и доминирования.
Доминирующей экологической группой макрофитов являются гидрофиты не укореняющиеся, исключительным преобладанием характеризовалось водное растение Ceratophyllum demersum, которое выступало в роли доминанты на 8 станциях.
Ключевые слова: макрофиты, гидрофиты, гигрофиты, гелофиты, индекс видового богатства, индекс доминирования.
Введение
Макрофиты как блок водной экосистемы является лабильным и уязвимым звеном системы самоочищения воды. Макрофитам свойственна консервативность по отношению к кратковременным изменениям среды, однако изменения растительности в течение нескольких лет могут свидетельствовать о происходящей антропогенной трансформации водных экосистем и поэтому макрофиты являются хорошим объектом для многолетних наблюдений. Всё это свидетельствует об огромной значимости в экологических исследованиях водоёмов изучения растительного сообщества водных экосистем.
Цель данного исследования
Изучить видовое разнообразие макрофитов реки Урал и выявить доминантные виды, определить их систематическую принадлежность.
Материал и методы исследования
Полевые ботанические исследования проводились в период максимального развития растительности - в июне - августе, средняя температура воды при взятии проб составляла 230С. Идентификация макрофитов осуществлялась до вида. Определение растений производилось
по определителю [5], [4], [7], [9], [10], [11], [14]. При описании фитоценозов использовалась стандартные методики [1], [6], [8]. В наиболее характерных местах изучаемого сообщества макрофитов закладывались пробные площади размером 100 м2 Для определения встречаемости видов использовалась рамка со сторонами 1х1 м, в десятикратной повторности случайным образом [2].
Для оценки разнообразия исследуемых сообществ было проведено определение видового богатства с использованием индекса видового богатства Маргалефа, индекса видового богатства Менхиника. Для макрофитов вычисляли индекс доминирования Dl (или доминантности) - индекс доминирования Палия - Ковнац-ки [3].
Для характеристики видового комплекса выделяли доминанты в пределах 10 < Dl < 100, субдоминанты - в пределах 1 < Dl < 10, субдоминанты первого порядка - в пределах 0.1 < Dl < 1 и второстепенные члены - 0,01 < Dl < 0,1 [15].
Результаты исследования
и их обсуждение
В результате исследования макрофитов на различных станциях, расположенных на р. Урал
в районе Оренбурга и на территории Оренбургской области нами выявлено 17 доминирующих видов макрофитов из 13 семейств (Typhaceae, Sparganiaceae, Potamogetonaceae, Najadaceae, Alismataceae, Butomaceae, Hydrocharitaceae, Zannichelliacea, Cyperaceae, Lemnoideae, Nymp-haeaceae, Ceratophyllaceae, Haloragaceae) и 14 родов (Typha, Sparganium, Potamageton, Najas, Sagittaria, Butomus, Hydrocharis, Zan-nichellia, Carex, Scirpus, Lemna, Nuphar, Cer-atophyllum, Myriophyllum). В состав изучаемой флоры входят растения, относящиеся к отделу Magnoliophyta (цветковые растения). В составе флоры макрофитов все растения относятся к цветковым растениям, большинство которых (76,92%) приходится на класс Liliopsida, остальная часть (23,08%) - на класс Magnoliоpsida.
По числу видов лидирует семейство Pota-mogetonaceae, к нему относится 4 вида одного рода (Potamageton crispus, Potamogeton lucens, Potamogeton natans, Potamogeton perfoliatus), что составляет 23,53% всех обнаруженных видов макрофитов. На втором месте семейство Cypemceae, содержащее 2 вида (Carex riparia, Scirpus lacustris), что соответствует 11,16%. На долю остальных семейств (Typhaceae, Sparganiaceae, Najadaceae, Alismataceae, Butomaceae, Hydrocharitaceae, Zannichelliacea, Lemnoideae, Nymphaeaceae, Ceratophyllaceae, Haloragaceae) приходится по 5,88%, они содержат по 1 виду растений (Typha angustifolia, Sparganium erectum, Najas marina, Sagittaria sagittifolia, Butomus umbellatus, Hydrocharis morsus-ranae, Zannichellia palustris, Lemna minor, Nuphar lutea, Ceratophyllum demersum, Myriophyllum spicatum).
Самой многочисленной экологической группой макрофитов являются гидрофиты, насчитывающие 11 видов (64,71%). К этой группе относятся следующие растения: Potamogeton natans, Nuphar lutea, Ceratophyllum demersum, Lemna minor, Hydrocharis morsus-ranae, Potamogeton lucens, Potamogeton perfoliatus, Najas marina, Myriophyllum spicatum, Zannichellia palustris, Potamogeton crispus. Большинство (35,29%) из них представлены группой погруженных в воду, укореняющиеся гидрофитов, ими являются 6 видов (Potamogeton lucens, Potamogeton perfoliatus, Najas marina, Myriophyllum spicatum, Zannichellia palustris, Potamogeton
crispus). На долю укореняющихся гидрофитов с плавающими на поверхности воды листьями (Potamogeton natans, Nuphar lutea) и гидрофитов не укореняющихся, свободно плавающих на поверхности воды (Lemna minor, Hydrocharis morsus-ranae) приходится по 11,76%. Наиболее малочисленной группой среди гидрофитов являются гидрофиты, погруженные в воду, не укореняющиеся, к этой группе относится 1 вид: Ceratophyllum demersum (5,88%).
Группа гелофитов включает 5 видов: Typha angustifolia, Sparganium erectum, Sagittaria sagit-tifolia, Butomus umbellatus, Scirpus lacustris, что составляет 29,41% от всех макрофитов. Гигрофитом является 1 вид: Carex riparia, на его долю приходится 5,88%.
Среди макрофитов, собранных в 2013 г., большинство видов относится к субдоминантам (57,28%), к доминантам принадлежат 37,18%, остальная часть (11,54%) определены как субдоминанты первого порядка.
Анализ данных, полученных в ранних исследованиях (Раченкова Е.Г., 2009) растительной флоры водоемов Оренбургской области, и сопоставление их с полученными данными показал, что среди растений, слагающих флору водоемов Оренбургской области, преобладают гигрофиты, насчитывающие 116 видов (56,31% всей флоры) [12]. Другой исследователь водной флоры - Саяпина Н.Б. (2013 г.), на примере водных экосистем Оренбургского Зауралья, показала, что «водное ядро» образуют 44 вида растений из 24 родов и 18 семейств, их которых самая многочисленная группа - гигрофиты, насчитывающая 117 видов (62,23% от всей флоры). В эту группу входили как травянистые, так и древесные формы (Саяпина Н.Б, 2013 г.).
В то время как в период наших исследований гигрофиты на изучаемых участках р. Урал в районе Оренбурга и в пределах среднего течения реки на территории Оренбургской области, наоборот, были наиболее малочисленной группой растений (5,88%), что свидетельствует о неоднородности флористического богатства водных объектов Оренбургской области [13].
В целом, по результатам полевых исследований Раченковой Е.Г. (2009 г.) в водоемах Оренбуржья 49 видов являются гидрофитами (23,79%). В работе Саяпиной Н.Б. эта группа растений включает 42 вида (22,34%), тогда
VII Всероссийская научно-практическая конференция
как в р. Урал в районе Оренбурга и в пределах среднего течения реки нами было обнаружено только 11 видов гидрофитов, что для этого района р. Урал составляло 64,71%. Большая часть флоры водоемов Оренбургской области по данным Раченковой Е.Г. приходится на гидрофиты погруженные, укореняющиеся - 23 вида (11,17%), а в водных объектах Оренбургского Зауралья по исследованиям Саяпиной Н.Б. - 24 вида (12,77%), что согласуется с нашими результатами по р. Урал, где процентное содержание этой группы гидрофитов также было высоким, и составляло 35,29%. По-видимому, укореняющиеся растения, более других приспособлены к использованию не только водной, но и грунтовой среды, а поэтому имеют преимущество в борьбе за среду обитания.
На втором месте среди гидрофитов водных экосистем Оренбуржья - гидрофиты укореняющиеся, имеющие плавающие на поверхности воды листья, которые насчитывали 16 видов (7,77%), на третьем - гидрофиты погруженные, неукореняющиеся - 4 вида (1,94%). Самой малочисленной группой являются гидрофиты не укореняющиеся, свободно плавающие на поверхности воды - 6 видов (2,91%). Нами же установлено, что в р. Урал только один вид макрофитов принадлежал к гидрофитам погруженным, неукореняющимся (5,88%), тогда как ко второй и третьей группе относилось по 2 вида, что составляло по 11,76%.
По данным Раченковой Е.Г. самой малочисленной группой флоры водоемов Оренбургской области являлись гелофиты - 41 вид (19,9%), а по исследованиям Саяпиной Н.Б. В водных объектах Оренбургского Зауралья - 29 видов (15,43% от всей флоры), в то время как по нашим данным на эту группу растений в р. Урал в пределах исследуемых станций приходилось 5 видов, что составило 29,41% от всего флористического разнообразия макрофитов, выявленных р. Урал в районе Оренбурга и в пределах среднего течения реки на территории Оренбург-
ской области. Видовой состав водных растений р. Урал в районе Оренбурга имеет некоторые отличия от флоры Оренбургского Зауралья и Оренбургской области в целом.
Сопоставление распространенности макро-фитов в пределах описанных станций р. Урал между собой показало, что исключительным преобладанием характеризовалось водное растение Ceratophyllum demersum, оно выступало в роли доминанты на 8 станциях.
Изучение адаптационных возможностей именно этого растения в модельных условиях действия ПХБ на водные экосистемы представляет теоретический интерес и имеет большое практическое значение, поскольку является научной основой для биомониторинга загрязненных водных объектов данными поллютантами, их фиторемедиации, а также повышения устойчивости гидроценозов в целом и поддержания их биологического разнообразия.
Выводы
1. В составе флоры макрофитов все растения относятся к цветковым растениям. Лидирует семейство Potamogetonaceae.
2. Наиболее многочисленной экологической группой макрофитов являются гидрофиты. Большинство из которых представлены группой погруженных в воду, укореняющихся гидрофитов.
3. Видовое богатство и доминирование ма-крофитов р. Урал в районе Оренбурга в 2009 г. было представлено 10 видами, а в 2013 г. 17 видами макрофитов, имеющие различный уровень видового богатства и доминирования: 57,28% - субдоминанты, 37,18% - доминанты, а остальная часть (11,54%) определены как субдоминанты первого порядка. Доминирующей экологической группой макрофитов являются гидрофиты не укореняющиеся, исключительным преобладанием характеризовалось водное растение Ceratophyllum demersum, которое выступало в роли доминанты на 8 станциях.
5.09.2015
Список литературы:
1. Белавская А.П. Высшая водная растительность // Методика изучения биогеоценозов пресных водоемов.- М.: Наука, 1975. С. 117—132.
2. Василевич В.И. Статистические методы в геоботанике. - Л.: Наука, 1969. - 230 с.
3. География и мониторинг биоразнообразия. Колл. авторов. М.: Издательство Научного и учебно-методического центра, 2002. - 432 с.
4. Гришанцева Е.С., Сафронова Н.С., Кирпичникова Н.В., Федорова Л.П. Распределение микроэлементов в высшей водной растительности Иваньковского водохранилища // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 2010. -№3. - C. 223-231.
5. Губанов И.А., Киселёва К.В., Новиков В.С., Тихомиров В.Н. Иллюстрированный определитель растений Средней России. Том 1. Папоротники, хвощи, плауны, голосеменные, покрытосеменные (однодольные). - М: Т-во научных изданий КМК, Ин-т технологических исследований, 2002. - 526 с
6. Катанская В.М. Высшая водная растительность континентальных водоемов СССР. - Л.: Наука, 1981. -187 с.
7. Кокин К.А. Экология высших водных растений. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982. - 160 с.
8. Лепилова Г.К. Инструкция для полевого исследования высшей водной растительности // Инструкция по биол. исследованиям вод. Л., 1934. Ч. 2., раздел А. Вып. 5. - С. 1—48.
9. Лисицына Л.И., Папченков В.Г., Артеменко В.И. Флора водоемов волжского бассейна. Определитель сосудистых растений. -М: Товарищество научных изданий КМК, 2009.- 219 с.
10. Малышев Л.И., Тимохина С.А., Бубнова С.В., Доронькин В.М., Бондарева Н.В. Флора Сибири. Cyperaceae // под ред. докторов биол. наук Пешковой Г.А., Малышева Л.И. - Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1990. - Т.3.- 280 с.
11. Папченков В.Г. Гибриды и малоизвестные виды водных растений.- Ярославль. Издатель Александр Рутман, 2007.-72 с.
12. Раченкова Е.Г. Анализ флоры водоемов Оренбургской области // Вестник ОГУ. - 2009. -№6/июнь. - С. 304-305.
13. Саяпина Н.Б. Флора и растительность водных и прибрежно-водных экосистем Оренбургского Зауралья: автореферат дисс. канд. биолог. наук: 03.02.01.- 2013. -21с.
14. Тахтаджян А.Л. Система магнолиофитов. - Л.: Наука, 1987. - 439 с.
15. Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т. д. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации. - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. - 463 с.
Сведения об авторах:
Винокурова Наталья Викторовна, старший преподаватель кафедры биологической химии Оренбургского государственного медицинского университета г. Оренбург, пр. Парковый, 7, тел.: 8(3532)77-48-67, e-mail: [email protected]
Соловых Галина Николаевна, заведующая кафедрой биологии Оренбургского государственного медицинского
университета, доктор биологических наук, профессор г. Оренбург, пр. Парковый, 7, тел.: 8(3532)77-58-78, e-mail: [email protected]
Донскова Светлана Александровна, ассистент кафедры биологии Оренбургского государственного медицинского университета г. Оренбург, пр. Парковый, 7, тел.: 8(3532)77-58-78, e-mail: [email protected]
