Научная статья на тему 'Популяционные реакции Galium odoratum (L. ) Scop. (Rubiaceae) на смену условий местообитания'

Популяционные реакции Galium odoratum (L. ) Scop. (Rubiaceae) на смену условий местообитания Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
116
40
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОПУЛЯЦИЯ / ФАКТОРЫ / GALIUM ODORATUM (L.) SCOP / ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КООРДИНАТЫ / ОРДИНАЦИЯ / ДЛИННОКОРНЕВИЩНОЕ ТРАВЯНИСТОЕ РАСТЕНИЕ / RUBIACEAE / A POPULATION / RESPONSES / FACTORS / ECOLOGICAL COORDINATES / ORDYNATION / LONG-REZOME A GRASSY PLANT

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Фёдорова Светлана Владиславовна

В статье представлены результаты сравнительного морфоструктурного анализа пяти ценопопуляций Galium odoratum (L.) Scop. в подзоне хвойно-широколиственных лесов. Описаны изменения показателей по градиентам трёх экологических факторов среды. Это ценотическое затенение, влажность почвы и богатство почвы доступными для растений формами азота. Проведена ординация местообитаний в системе экологических координат.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Фёдорова Светлана Владиславовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

GALIUM ODORATUM (L.) SCOP. (RUBIACEAE) POPULATION REACTIONS ON CHANGE OF HABITAT CONDITIONS

In article results comparative morph-structure the analysis of five Galium odoratum (L.) Scop. cenotic population are submitted In a sub-zone of coniferous and widely-deciduous woods. Are described changes of parameters on gradients of three factors environment ecological. It – cenotic shadow, humidity of soil and riches of soil forms of nitrogen accessible to plants. It is carried out ordynation habitats in system of ecological coordinates.

Текст научной работы на тему «Популяционные реакции Galium odoratum (L. ) Scop. (Rubiaceae) на смену условий местообитания»

УДК 582.4/9-15, 582.4/9 574.21

ПОПУЛЯЦИОННЫЕ РЕАКЦИИ GALIUM ODORATUM (L.) SCOP. (RUBIACEAE) НА СМЕНУ

УСЛОВИЙ МЕСТООБИТАНИЯ

О 2012 С. В. Фёдорова

Казанский (Приволжский) федеральный университет Поступила 15.03.2012

В статье представлены результаты сравнительного морфоструктурного анализа пяти ценопопуляций Galium odoratum (L.) Scop, в подзоне хвойно-широколиственных лесов. Описаны изменения показателей по градиентам трёх экологических факторов среды. Это - ценотическое затенение, влажность почвы и богатство почвы доступными для растений формами азота. Проведена ординация местообитаний в системе экологических координат.

Ключевые слова: популяция, факторы, Galium odoratum (L.) Scop., Rubiaceae, экологические координаты, ординация, длиннокорневищное травянистое растение

Проблемы сохранения биоразнообразия и рационального использования растительных ресурсов решаются ботаниками на популяционном и фито-ценотическом уровне организации жизни. Растительная популяция в моем понимании представляет собой самоорганизованную и саморазвивающуюся систему особей одного вида. Реагируя на изменение условий местообитания, популяции изменяют свою организацию для наиболее рационального использования пищевых ресурсов. Каковы эти реакции у Galium odoratum (L.) Scop. (Rubiaceae) -растения, которое, начиная с третичного периода, пережило множество сменяющих друг друга местообитаний? Получить ответ на этот вопрос - цель настоящего исследования. G.odoratum - гипогео-генно-длиннокор-невищное растение с симподи-альным нарастанием. Имеет моно- и дицикличе-ские ортотропные ассимилирующие побеги высотой до 35 см с мутовками по 6-8 шт. ланцетных сидячих листьев. Цветки формируются в верхушечных полузонтиках, плоды односемянные ореховидные. Корневище представляет собой столон -одно-двухлетний побег с чешуевидными листьями, в каждом узле которого может сформироваться ассимилирующий побег. Столоны имеют плагио-тропный рост и располагаются в слое лесной подстилки или в поверхностном слое почвы. В подзоне хвойно-широколиственных лесов, куда входит район исследования (Республика Татарстан, Васильевское лесничество) для самоподдержания популяции одинаково важно семенное размножение и вегетативное, которое осуществляется по принципу неглубоко омоложенной партикуляции. Вегетативное размножение приводит к формированию диффузных клонов. Нарастание столонов, формирование придаточных корней и ассимилирующих побегов происходит на протяжении всего вегетационного сезона. Цветение наблюдается в мае, плодоношение в июне-июле [1].

Регулярный отбор контрольных особей (по 50 экз.) для морфоструктурного анализа проведён ле-

Фёдорова Светлана Владиславовна, к.б.н., ст. лаборант каф. ботаники, e-mail: S.V.Fedorova@inbox.ru том 2001 г. в 5-ти ценопопуляциях (ЦП) на серой лесной почве. Особь - полицентрическая система со всей системой столонов и ассимилирующих побегов. Условия местообитаний оценены с помощью экологических координат [2], представленных в табл. 1. Характеристика местообитаний дана в табл. 2. Обработка данных проведена с помощью пакета анализа, заключённого в редакторе Microsoft Excel. Парный двух выборочный F-тест для дисперсий использован для выявления различий между вариационными рядами показателей в разных ЦП (таб. 3). Приём построения точечных диаграмм с подбора наиболее достоверных аппроксимаций с помощью функции «Мастер диаграмм» использован для выявления зависимости морфоструктурного показателя (у) от изменения фактора (х) (рис. 1). Прием построения лепестковой диаграммы использован для проведения ординацию местообитаний G.odoratum в трёхмерной системе экологических координат (рис. 2).

ЦП 1 в березово-пролесниково-снытевом (Betula pendula L. - Aegopodium podagraria L.+ Mercurialis perennis L.) фитоценозе с Acer platanoides L. и Sor-bus aucuparia L. в подлеске имела большое покрытие (36 %). Единичные особи G. odoratum (6 % выборки) плодоносили с образованием 4-8 шт. плодов. Они были малоурожайными. Дефицит органов генеративного размножения компенсировался наиболее интенсивным ростом органов, обеспечивающих вегетативное размножение. ЦП II в липново-чистецово-разнотравном (Tilia cordata Mill. - mix herbs + Stachys sylvatica L.) фитоценозе с Acer platanoides и Corylus avelana L. в подлеске имела покрытие 16 %. Редкие особи (2 % выборки) G. odoratum плодоносили и были малоурожайными. Дефицит генеративных органов компенсировался более интенсивным развитием органов, обеспечивающих вегетативное размножение. Среднестатистические особи отличались большим количеством

1872

узлов на столонах. ЦП III в липово-осоково- pillosa, Picea fennica (Regel) Кот.) фитоценозе разнотравном с елью {Т. cordata - mix herbs + Car ex

1873

00

-I-

-300 150 100 JO о

20

JO 40 50 i^P.0,,

у олоз^-одабк'н-

S2»J6 К1 0.4907

у 1F-05 - 0,0011 х' -0.0219х3 + О.МКЗч-I6.S9J К3 ' 0,5216

НГТ-

12

9

6

3

0

г

o.s 0.6 u,4 0,2 0

70

10

40 CSl""*

50 60

ХВц,м у ' -4E-QG*1 -0,00!!*'-200 0,10J4\* + 4.Э9Мх - 65.7 (JO E; 0.J316

50

о у -2H-G5xJ + 0,0I29\J-30 10 5Q 60 70 80 90 2.0095\J + I IS.Jis - 2Q3i\l

11 9

6 >

0 M

40

NlRS.

■ LIE

2.5 2

W I 1

0.5 0

15

-1-

20 US, %

кВл'М

200

lit! 100 50 0

2.1

30

R" 0,4907

V -ЗЕ-МХ1 O.OOJ*'. 0.0571X1 + 0.7923K-2.SJ04 R" ¡0,5216

у -0.005ii\* +■ 0.9076*' -31.141 x* + 4W.73 x-I4S7,S K3 "0.4907

—t —1"-50 60 70

MRS.

I

0,S 0.6 0,4 0,2 ■ 0

-f-SO so

ПГТ-

12 9 6 3 0

ГЙ7!

-+-

и i

O.J 0

to 1J

20

25 JO

у -0,0001s1 0.02 5 2x' -l.5#5fts! t 44.0? I к ■ 416,44 fl! 0,J5(№

у -IF^05\J| i (UKH7xS -0.1758*' i 5.04<i7i;. 52,393 R1 G.6407

у -Jl'^OJjt* i U,O079xJ -0.?347x: * 29,403* ■ 430,JI R1 ■= 0.5506

у -ЭЕ-Обч'O.OOO?*1. 0,067^'+ 2,7899*- 41.041 - Oj6401

у -C.OtHlK" + 0,153*'-4,123?х' t 4M?4*-20Jt,23 El" 0,5506

у -O.OOOJx* ■ 0.04145!'-1.308S*1 f I J, 31 E* -70,0-32 R3 0,6407

■ J

о 2

2. Полиномиальный

... 1 Полиномиальный

D ♦

3

4

4. Полиномиальный - .1 Полиномиальный

so ■

<0 I

40 | iB ■ 0 ' 20

■ 100 I so

I 60 ■ 40 \ 70 ' 0

30 40 50 CSP, *i

60

30 40 JO 60 70 Я0 90 NlRS,«.

у 0,0029x* - 0.4426s'

J267.3 R7 0.376«

9l,399x:- 2379.5*-J2677 R'-l

у 0.0001 Я* -O.OIiSx1 h I.BIMjc3 - J9,74Jx-г 7ii.J3 R: 0.3766

у -О.ОООЗл1 ■ 0.0W*' -9,077КК! I 386,04ч-5777.7

у bfitOtot-0.1114ч1 З.ЗОГОэЛ 13,54x- 2.337 к! = О

у - -0,0389^ « Х4143*' 109s1 '■ 14В6.Кх - 7iS2

R: 1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

* 5

л 6

— "6. Полиномиальный -5 Полиномиальный

О

Ья

Я о

3 я ?!

Рис. 1. Зависимость показателей роста и размножения (у) особей в популяции Galium odoratum от эколого-ценотических факторов (х). Данные 28.06.2001-2.07.2001:

1 - количество ассимилирующих побегов, шт., 2 - площадь листовой поверхности, кв.см; 3 - количество узлов на столонах, шт.; 4 - воздушно-сухая живая масса, г; 5 - длина столонов, см; 6 - доля плодоносящих особей в составе ЦП.

Точки - границы доверительного интервала (для 1-5) или абсолютная величина (для 6). Линии - аппроксимации. Уравнения в верхних рядах каждой диаграммы описывают аппроксимации 1, 3 и 5, в нижних рядах - 2, 4 и 6

Таблица. 2. Характеристика местообитаний Galium odoratum. Данные 28.06.2001

Таблица 1. Экологические координаты и формулы для их расчёта

Название и символ Формула Примечание

Ценотический коэффициент затенения (англ. : coefficient of shadow from plants) CSP, % Ценотический индекс богатства почвы азотом (англ. : cenotic Index of the Nitrogen-rich soil) NtRS, % Влажность почвы (англ. : humidity of soil) HS, % С8Р=(£Я. + 2Ь +ЕС)/З а - сомкнутость крон деревьев; Ь - сомкнутость кустарников; с - покрытие растений из травяно-кустарничкоаого яруса, которые отбрасывают густую тень на растение-объект. Это широколистные формы растений и/или мелколистные, но с сильно разветвлёнными побегами и густо расположенными листьями. Всё в процентах. ШЦ = 100 +- Ь+- с) а - покрытие нитрофильного и/или субнитро-фильного вида; Ь - покрытие анитрофильного и/или субанитрофильного вида; с - покрытие вида с широкой экологической амплитудой в режиме богатства почвы азотом. |Г ^100 Х(Р1 - ц Р1 - вес влажной почвы; Р2 - вес сухой почвы; п - число проб (п = 8). С8Р = 100 % - абсолютная величина затенения. Она обуслов-леноа 100 % смыканием крон деревьев, 100 % смыканием кустарников и 100 % покрытием травянистых и кустарничковых растений над местом произрастания вида-объекта. Отношение растений к азоту определено по шкале «Богатства почв азотом - М» [3]. Виды с диапазоном не шире «¡111» считались анитрофильными и субанитро-фильными, не шире «+1о» - суб-нитрофильными и нитрофиль-ными. Покрьпие видов оценено в баллах по шкале КТШ-5 [4], где интервалы покрытия 0-4-1636-64-100 (%) соответствуют баллам 1, 2, 3, 4, 5. Влажность почвы определена на глубине корнеобитаемого слоя растения-объекта (5-10 см).

& % Деревья-эдификаторы Сомкнутость крон, % Покрытие траво-стоя, % Координаты

возраст, лет высота, м диаметр стволов на уровне груди, см CSP, % HS, % NtRS, %

I 60-70 25 40-45 80 90 54 25 67

II 40-45 25 25-30 70 75 43 23 75

III 40-45 25 25-30 60 65 30 18 39

IV 40-45 25 35-40 80 70 53 20 85

V 30-40 18 20-30 50 65 28 12 37

имела очень низкое покрытие (4 %). Многочисленные особи G. odoratum (90 %) плодоносили. Особи были, как малоурожайными, так и высокоурожайными (до 48 шт. плодов). Здесь была отмечена особь с самыми длинными столонами (27 см) и с самой большой площадью листовой поверхностью (339 кв.см). ЦП IV в липово-елово-пролесниково-снытевом (Т. cordata + P. fennica - A. podagraria + М. perennis) фитоценозе с Eiionymiis verrucosa Scop, в подлеске имела покрытие 16 % (как в ЦП II). Чуть меньше половины особей G. odoratum (40 %) плодоносили. Они были низкоурожайными (в среднем 7-8 шт. плодов). Среднестатистические особи имели относительно короткие столоны. ЦП V в кленово-снытево-разнотравном с липой (А. platanoides - mix herbs + A. podagraria, Т. cordata) фитоценозе с Coryhis ctvelana в подлеске имела также покрытие 16 %. Чуть больше половины особей G. odoratum (56 %) плодоносили с образованием 11-15 шт. плодов. В целом показатели вегетативного размножения были самыми низкими по

сравнению с другими ЦП. Вариационные ряды, характеризующие морфоструктурные показатели ЦП 1-У имели существенные различия (таб. 3).

Анализ точечных диаграмм (рис1) показал: 1) по градиентам всех трёх факторов линии аппроксимаций, характеризующие изменение количества ассимилирующих побегов, площади листовой поверхности, количества узлов на столонах, живой воздушно-сухой массы, длины столонов проходят между предельными точками доверительных интервалов показателей; 2) все изменения показателей имеют полиномиальный характер и описываются тем или иным уравнением 4-ой степени; 3) один и тот же показатель по-разному изменяется по градиентам факторов, но вероятность этих изменений одна и та же: величина достоверности аппроксимаций Я" для всех линий (1-5) не изменяется. То же характерно для доли плодоносящих особей в составе ЦП. В системе экологических координат (рис. 2) для роста столонов и развития ассимилирующих побегов О. odoratllm наиболее благопри-

1875

ятными оказались точки (СБР, МЯБ, НБ) = (30-43, 67-75, 25). Для плодоношения - (СБР, МЯБ, Ш) = (28, 39, 18). Обследуемые местообитания не были привязаны к выявленным точкам, а следовательно в ЦП 1-У О. оёогаШт не имел возможности в полной мере реализовать потенциальные возможности роста, вегетативного и генеративного размножения.

Из проведённого исследования были сделаны выводы: 1. Проведение ординации местообитаний О. оёогаШт в трёхмерной системе экологических координат позволяет учёсть комплекс основных факторов среды и предсказать наиболее благопри-

ятные условия для развития растения; 2. Расчёт ценотического коэффициента затенения, ценотиче-ского индекса богатства почвы азотом и влажности почвы способствовал выявлению точек, в которых особи в популяционной системе Galium odoratum развиваются наиболее активно: CSP = 28-43 %, NtRS = 77- 75 %, HS = 18-25 %; 3. Изменения в популяционной организации G. odoratum по градиентам 3-х эколого-ценотических факторов вполне предсказуемы. Изменения морфоструктурных показателей роста и размножения имеют полиномиальный характер.

Таблица 3. F-критерий для сравнения морфоструктурных показателей в ценопопуляциях Galium odoratum. Данные 28.06.2001-2.07.2001

№ ЦП I II III IV V

Длина столонов

I 1.35 2 зз*** 4 3,63***

II 1,53* 2 09*** 3,52*** 2,69***

III 1,17 1,79* 1.66** 1,27

IV 1,16 1 77** 1,01 1.30

V 2 89*** 4 41*** 2 47*** 2 5***

Количество ассимилирующих побегов

Площадь листовой поверхности

I 2.67*** 3 4^*** 4 go*** 6,62***

II 1 74** 1,28 1,72** 2 48***

III 1,31 1,33 1.34 1 94**

IV 1Д4 1,53* 1,15 1,44

V 5.02*** 8.76*** 6.57*** 5 72***

Количество узлов на столонах

Количество плодов

I _ 33,74** 5,47 17,02*

II 1,32 _ _ _

III 1,02 1,35 6,16*** 1,98**

IV 2 09*** 1,58** 2 ig*** 3 11***

V 2,85*** 2,16*** 2 92*** 1,36

Воздушно-сухая живая масса

Примечание: *, **, *** - означает то, что Б статистики больше Б критическое на уровне значимости 90, 95, 99%

1876

Рис. 2. Ординация местообитаний Galium odoratum в трёхмерной системе экологических координат. I-V - № ЦП

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Смирнова О.В. Структура травяного покрова широколиственных лесов. М.:Наука, 1987. 139 с.

2. Фёдорова C.B. Популяционные отклики Fragaria vesca L. (Rosaceae) на смену эколого-фитоценотических

факторов // Труды Тигирекского заповедника. 2010. Вып. 3. С. 160-165.

3. Цыганов Д.Н. Фитоиндикация экологических режимов в подзоне хвойно-широколиственных лесов. М.: Наука, 1983.196 с.

4. Любарский Е.Л. Об оценке проективного покрытия компонентов травостоя// Экология. 1974. № 1. С. 155-158.

GALIUM ODORATUM (L.) SCOP. (RUBIACEAE) POPULATION REACTIONS ON CHANGE OF

HABITAT CONDITIONS

© 2012 S.V. Fyodorova

Kazan (Region Volga) federal university

111 article results comparative niorpli-structiire the analysis of five Galium odoratum (L.) Scop, cenotic population are submitted In a sub-zone of coniferous and widely-deciduous woods. Are described changes of parameters on gradients of three factors environment ecological. It - cenotic shadow, humidity of soil and riches of soil forms of nitrogen accessible to plants. It is carried out ordynation habitats in system of ecological coordinates.

Key words: a population, responses, factors, Galium odoratum (L.) Scop., Rubiaceae, ecological coordinates, ordynation, long-rezome a grassy plant.

1877

Fyodorova Svetlana Vladislavovna, Cand.Biol.Sci., senior laboratorian of faculty of botany, e-mail: S.V.Fedorova@inbox.ru

1878

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.