На правах рукописи

ЧИРКОВА НАТАЛЬЯ ЮРЬЕВНА

ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ И РЕСУРСНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦЕНОПОПУЛЯЦИЙ

VACCINIUM VITIS-IDAEA L. В УСЛОВИЯХ ЮЖНОТАЕЖНЫХ ЛЕСОВ КИРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 03.00.05 - ботаника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Пермь 2008

Работа выполнена на кафедре ботаники, физиологии растений и микробиологии ФГОУ ВПО Вятская государственная сельскохозяйственная академия и ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт охотничьего хозяйства и звероводства имени проф. Б.М. Житкова Россельхозакадемии

Научный руководитель: кандидат биологических наук, доцент

Егошина Татьяна Леонидовна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Шутов Василий Васильевич

доктор биологических наук, доцент

Колясникова Надежда Леонидовна

Ведущая организация: Удмуртский государственный университет

Защита состоится 19 июня 2008 года в 15.30 часов на заседании диссертационного совета Да212.189.02 при Пермском государственном университете по адресу: 614990, г.аПермь, ул.аБукирева, 15.

Факс: (342)2371611

e-mail: novoselova@psu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета

Автореферат разослан 17 мая 2008аг.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.189.02

доктор биологических наук, доцент Л.В. Новоселова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сохранение биоразнообразия на всех уровнях организации живой материи требует всестороннего изучения популяционной биологии видов. При этом особое значение приобретает изучение структуры ценопопуляций. Важнейшей задачей исследования ценопопуляций является выявление популяционных адаптаций к существующим экологическим и ценотическим условиям на основе определения демографических параметров (плотность, возрастная структура) и их динамики в различных эколого-ценотических условиях, способов самоподдержания и стратегий выживания видов. Данный подход является особенно актуальным для экологически ориентированного рационального использования и охраны наиболее ценных дикорастущих ягодных и лекарственных растений в связи с интенсивными антропогенными нарушениями природных популяций.

Vaccinium vitis - idaeа L. - важный составляющий компонент, часто доминант, травяно-кустарничкового яруса лесных сообществ, ценнейшее дикорастущее ягодное и лекарственное растение. Изучению особенностей биологии вида посвящено значительное число работ. Большей частью они касаются распространения, экологии, полезных свойств, продуктивности, ресурсов. Исследования, посвященные изучению ценопопуляций V. vitis - idaeа в свете современных ценопопуляционных концепций, немногочисленны (Мазная, Лянгузова, 1997; Тимошок, 1998; Прокопьева, 2006; Ефимова, 2007; Bozenna, 1986; Eriksson, Frberg, 1996). В Кировской области проводилось лишь изучение урожайности и ресурсов V. vitis - idaeа (Колупаева, 1975; Егошина и др., 2005). Вопросы комплексной характеристики популяционной биологии вида, способов самоподдержания, тактик и стратегий выживания, устойчивости сообществ с V. vitis - idaeа к антропогенному воздействию, позволяющие расширить представления об адаптивных способностях вида на южнотаежном фрагменте ареала остаются не изученными.

Цель и задачи исследования. Цель работы - исследование эколого-биологических и ресурсных характеристик ценопопуляций V. vitis-idaeа в условиях южнотаежных лесов Кировской области.

Для достижения этой цели решали следующие задачи:

1. Установить эколого-фитоценотическую приуроченность и экологическую валентность вида.
2. Провести оценку устойчивости сообществ с V. vitis-idaeа к антропогенному воздействию.
3. Исследовать ценопопуляционные характеристики вида: возрастной состав, плотность, особенности плодоношения.
4. Выявить онтогенетические тактики и стратегии выживания V. vitis-idaeа в различных условиях обитания.
5. Изучить особенности развития парциальных образований V. vitis-idaeа в условиях южной тайги.
6. Оценить ресурсы V. vitis-idaeа в модельном районе (Слободской район Кировской области).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Базовый онтогенетический спектр ценопопуляций V. vitis - idaeа в условиях южнотаежных лесов Кировской области нормальный неполночленный, двухвершинный, левостороннего типа, с преобладанием особей в виргинильном и субсенильном состоянии.
2. Для V. vitis-idaeа характерна смешанная конкурентно-рудерально-стресс-толерантная (CSR) стратегия. Наиболее типична для вида позиция патиента.
3. Поливариантность развития парциальных образований V. vitis-idaea является одним из механизмов приспособления вида к жизни в условиях травяно-кустарничкового яруса хвойных лесов.

Научная новизна. Впервые в Кировской области проведено комплексное исследование V. vitis-idaeа, включающее изучение эколого-фитоценотической приуроченности, ценопопуляционных характеристик, общей и согласованной изменчивости признаков. Дана оценка устойчивости сообществ с V. vitis-idaeа к антропогенному воздействию, определены индекс толерантности V. vitis-idaeа, диапазон экологических условий местообитаний вида, региональные характеристики экологического пространства изученных ценопопуляций. Установлены онтогенетические тактики и стратегии V. vitis-idaeа. Впервые детально изучено развитие парциальных образований V. vitis-idaeа.

Теоретическая и практическая значимость. Расширены представления о биологии и экологии V. vitis-idaeа, механизмах адаптаций растений к среде обитания. Результаты работы могут быть дополнением в фундаментальные теоретические разделы ботаники: учение о структурно-морфологических особенностях биоморф, ценопопуляции растений. Основные результаты исследования используются: при чтении лекций по экологии, ботанике и ботаническому ресурсоведению ВГСХА; при разработке критериев и методов сохранения биоразнообразия Управлением охраны окружающей среды и природопользования Кировской области.

ичное участие автора заключается в сборе полевого материала, камеральной обработке, обобщении, интерпретации результатов, подготовке диссертации.

Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Исследования проведены в рамках плана научно-исследовательской работы аспирантов ВГСХА и отдела экологии и ресурсоведения растений ГНУ ВНИИОЗ им. проф. Б.М.аЖиткова РАСХН.

Апробация работы. Результаты исследований представлены и обсуждены: на Международной конференции, посвященной 75-летию ВИЛАР (Москва, 2006); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 50-летию Костромской лесной опытной станции ВНИИЛМ (Кострома, 2006); III Международной конференции Лесные биологически активные ресурсы (Хабаровск, 2007); школе-конференции Проблемы современной ботаники в азиатской России (г. Барнаул, 2007); Международной научной конференции, посвященной 75-летию института ботаники и фитоинтродукции МОН РК (г. Алматы, 2007); V Всероссийской научно-практической конференции с международным участием Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития (Киров, 2007); Межрегиональной конференции, посвященной 140-летию со дня рождения П.В. Сюзева Флора Урала в пределах бывшей Пермской губернии и ее охрана (Пермь, 2007); заседаниях кафедры ботаники, физиологии растений и микробиологии ВГСХА (г. Киров).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе две в рецензируемых изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, библиографического списка использованной литературы, приложений. Работа изложена на 166 страницах машинописного текста (имеет приложения на 52 страницах), содержит 18 таблиц, 47 рисунков. Список используемой литературы состоит из 295 источников, в том числе 50 - на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Объект, физико-географическая характеристика района исследования, методы и методики исследований

Объектом исследования является Vaccinium vitis-idaea L. (семейство Ericaceae Juss.).

В главе приводится характеристика V. vitis-idaeа: систематическое положение и представления о происхождении и распространении вида, морфолого-биологические особенности, особенности размножения и распространения, географический ареал и фитоценотическая приуроченность, химический состав, пищевая, лекарственная ценность и хозяйственное значение.

Исследования проводили на территории подзоны южной тайги Кировской области маршрутными и стационарными методами в 2004-2007аг.г. В главе дается краткая физико-географическая характеристика района исследования: охарактеризованы особенности рельефа, климата, типов почв и растительности.

Описания растительных сообществ с V. vitis-idaeа проводили согласно общепринятым геоботаническим методам (Миркин, Наумова, 1998; Методы изученияЕ, 2002). Названия растений приведены по С.аК. Черепанову (1995). Обилие - покрытие видов учитывалось по девятибалльной шкале Браун-Бланке (1964). Экологические характеристики местообитаний вида определяли с использованием экологических шкал Д.Н. Цыганова (1985) по программе Phyto (Кантор, 2007). Экологическая валентность и степень выраженности стено- эврибионтности вида дана по методике Л.А.аЖуковой (2004). Гемеробность сообществ определялась по составу видов, каждый из которых имеет индивидуальный спектр толерантности к антропогенным факторам (Franc, Klotz, 1990).

При ресурсных исследованиях были использованы общепринятые рекомендации, терминология и методики определения продукционных характеристик ценопопуляций растений (Колупаева, 1975; МетодикаЕ, 1986; Методические рекомендацииЕ, 1986; Крылова, 1988; Мазная, 2002).

При проведении ценопопуляционных исследований использованы методики, терминология и рекомендации, приведенные в работах Т.А.аРаботнова (1950), А.А. Уранова (1960, 1975), Л.И. Воронцовой, Л.Б.аЗаугольновой, (1979), Ю.А.аЗлобина (1989), А.Р.аИшбирдина, М.М.аИшмуратовой (2002), А.Р.аИшбирдина и др., (2005), М.М.аИшмуратовой и др., (2003), М.М.аИшмуратовой (2006) и в монографиях Ценопопуляции растений (1976, 1977, 1988). При ценопопуляционных исследованиях за счетную единицу была принята особь. За особь мы принимали парциальное образование вегетативного (раметы) и семенного (генеты) происхождения.

Для оценки демографических характеристик ценопопуляций использовали такие параметры как плотность, возрастной состав, индекс восстановления, индекс замещения (Жукова, 1987; 1995), индекс старения (Глотов, 1998), коэффициент вегетативного самоподдержания (Тимошок,а1998). Оценку состояния ценопопуляций (ЦП) проводили по классификации дельта-омега Л.А.аЖивотовского (2001). При выделении онтогенетических состояний использовали общепринятые методические разработки Т.А. Работнова (1950), И.Г. Серебрякова (1952), А.А. Уранова (1960, 1975) и их последователей, а также сведения, приведенные в работах ряда авторов (Тимошок, Паршина, 1992; Тимошок 1998; Прокопьева и др., 2000; Мазная 2001).

Общая и согласованная изменчивость морфологических признаков в ценопопуляциях изучалась в соответствии с классификацией Н.С. Ростовой (2002). Для анализа использовали такие показатели как средний коэффициент вариации - общая изменчивость (CV), средний коэффициент детерминации - согласованная изменчивость признаков (R2ch).

Для координации ценопопуляций по градиенту комплексного фактора благоприятности условий использовали индекс виталитета ценопопуляций (IVC), т.е. коэффициент жизненности с использованием выравнивания средних значений параметров по ценопопуляциям методом взвешивания (Ишбирдин, Ишмуратова, 2004). Градиент ухудшения условий роста выстраивали как ряд ценопопуляций по убыванию значения их индексов виталитета. Наибольшее значение коэффициента соответствует наилучшим условиям произрастания, наименьшее - наихудшим.

Типы онтогенетических тактик, которые отражают тенденции на уровне варьирования отдельных морфогенетических параметров были выявлены по методике, предложенной Ю.А. Злобиным (1989).

Жизненную стратегию вида характеризовали на основе классификации Раменского - Грайма (Раменский, 1971; Grime, 1979).

При изучении особенностей плодоношения определяли следующие показатели: число цветков (шт.), число плодов (шт.), процент плодоцветенияа(%), масса одного плода (г), коэффициент генеративностиа(%) (Тимошок, 1998).

Изучено более 100 побеговых систем разных типов. В каждой ценопопуляции было проанализировано не менее 2000 шт. парциальных образований.

В работе использовали общепринятые методы отбора почвенных образцов (ГОСТ 28168-89; ГОСТ 29269-91). Анализ почвенных проб на содержание органического углерода (%), общего азота, фосфора, калия, а также кислотности проведен испытательным центром ФГУ Государственный центр агрохимической службы Кировский (аттестат аккредитации №аРОСС RU. 0001.514670 от 05.01.2004г.).

Статистическую обработку данных проводили в соответствии с общепринятыми методами (Плохинский, 1970; Зайцев, 1984; Боровиков, 2001) с использованием пакета программ STATISTICA 6,0 и MS EXCEL.

Глава 2. Эколого-фитоценотические особенности Vaccinium vitis-idaea L. и химическая характеристика почв местообитаний

В главе приводится описание растительных сообществ с V. vitis-idaeа с подробной характеристикой видового состава (проективное покрытие, сомкнутость крон, обилие, высота и др.) и физико-географических условий (тип почвы, ее гранулометрический состав, увлажнение, экспозиция, рельеф местности и т.д.).

Ценопопуляции V. vitis-idaeа исследованы в 10 различных местообитаниях: №а1 - сосняк бруснично-зеленомошный; №а2 - сосняк с примесью березы чернично-долгомошный; №а3 - сосняк бруснично-зеленомошный; №а4 - березняк вейниково-бруснично-костяничный; №а5 - сосняк бруснично-сфагновый; №а6 - сосняк брусничный; №а7 - сосняк бруснично-зеленомошный с пятнами кладонии (; №а8 - елово-пихтово-сосновый бруснично-зеленомошный лес; №а9 - сосняк брусничный; №а10 - ельник чернично-бруснично-зеленомошный. Возраст древостоя в сообществах с V. vitis - idaeа варьирует от 20 до 110 лет, высота - от 12 до 25ам, сомкнутость крон - от 0,1 до 0,8.