На правах рукописи

ДЮКИНА Гузель Рашидовна

ЭКОЛОГО-ЦЕНОТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ВИДОВ РОДА TYPHA L. ВЯТСКО-КАМСКОГО КРАЯ

03.00.05 - ботаника,

03.00.16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Пермь - 2009

Работа выполнена на кафедре общей экологии ГОУ ВПО Удмуртский

государственный университет (г. Ижевск)

Научный руководитель: кандидат биологических наук,

доцент

Капитонова Ольга Анатольевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор

Соловьева Вера Валентиновна

доктор биологических наук,

профессор

Науменко Николай Иванович

Ведущая организация: Институт биологии внутренних вод РАН

имени И.Д. Папанина

Защита состоится 24 сентября 2009 г. В 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.189.02 при Пермском государственном университете по адресу: 614990, г. Пермь, ГСП, ул. Букирева, 15, зал заседаний Ученого совета

Адрес сайта:

E-mail: novoselova@psu.ru

Факс: (342) 237-16-11

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Пермского государственного университета

Автореферат разослан 5 августа 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук, доцент .В. Новоселова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Представители рода рогоз (Typha L.) являются типичными компонентами как палео-, так и современных аквальных растительных сообществ. В биоморфологическом отношении по степени адаптации к водной среде рогозы относятся к полупогруженным формам и представляют непосредственный результат давления жизни, обусловившей их экологическую и географическую экспансию. Виды этого рода выполняют важные функции в сообществах водных экосистем. Обладая большим запасом преадаптационных возможностей, рогозы поселяются как на естественных, так и на искусственных и трансформированных экотопах, что определяет практическую и теоретическую значимость работ по изучению рогозов.

Нами впервые предпринята попытка изучения представителей рода Typha на территории Вятско-Камского края (ВКК). Представляет интерес использование рогозов в комплексном биологическом мониторинге с целью оценки экологического состояния обводнённых и переувлажнённых экосистем и изучение структурно-функциональных характеристик ценопопуляций в зависимости от влияния факторов различной природы, включая антропогенные.

Цель настоящей работы - изучить эколого-ценотические и структурно-функциональные характеристики рогозов на территории Вятско-Камского края.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• изучить распространение представителей рода Typha в пределах ВКК;
• проанализировать особенности морфологического строения рогозов в зависимости от условий произрастания, в том числе на антропогенно трансформированных и искусственных местообитаниях;
• выяснить фитоценотические особенности видов рогозов, приуроченность их к определенным типам грунтов, глубинам, степени антропогенной нарушенности;
• выполнить анализ продукционных процессов в популяциях рогозов в зависимости от абиотических условий;
• определить биологические маркеры структурно-функциональных параметров рода Typha, способные индицировать качество окружающей среды.

Научная новизна. Впервые предпринята попытка многостороннего изучения представителей рода Typha на территории Вятско-Камского края. В результате ревизии рода Typha L. ВКК выделен новый для науки вид - Typha incana Kapitonova et Dyukina (рогоз седой) и обозначены его диагностические признаки. Показаны особенности распространения и морфологии таксонов рода Typha на территории ВКК, имеющие значение при идентификации рогозов, составлен диагностический ключ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Искусственные и трансформированные местообитания представляют благоприятную среду для расселения и экспансии адвентивных и гибридогенных видов рогозов.
2. Значения структурно-функциональных характеристик популяций рогозов в среднем выше на антропогенно трансформированных местообитаниях.
3. Все виды рогозов Вятско-Камского края, кроме T. shuttleworthii Koch et Sonder, являются синантропными растениями.

Практическое значение. Результаты исследования существенно дополняют имеющуюся информацию по эколого-ценотическим характеристикам и таксономическому составу представителей рода Typha на территории ВКК и России в целом. Полученные данные по фертильности пыльцы могут быть использованы при организации экологического мониторинга за состоянием аквальных экосистем в условиях интенсивного хозяйственного освоения. Конспект таксонов может быть использован для составления региональных флористических сводок. Полученные данные могут быть использованы при подготовке теоретических и практических курсов по биологическим и экологическим специальностям в вузах. Материалы исследований были использованы при составлении Флоры водоёмов Волжского бассейна (исицына и др., 2009).

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждались на различных конференциях, в том числе на Шестой российской университетско-академической научно-практической конференции (Ижевск, 2005), Всероссийской конференции молодых ученых Экология: от генов до экосистем (Екатеринбург, 2005), VI Всероссийской школе-конференции по водным макрофитам Гидроботаника-2005 (п. Борок, Ярославская область, 2005), Всероссийской научной конференции Современные аспекты экологии и экологического образования (Казань, 2005), Всероссийской конференции молодых ученых Экология в меняющемся мире (Екатеринбург, 2006), Международной конференции Синантропная и адвентивная флора России и сопредельных территорий (Ижевск, 2006), XIV Всероссийской молодежной научной конференции Актуальные проблемы биологии и экологии (Сыктывкар, 2007), XIII Международной молодёжной школе-конференции Биология внутренних вод (п. Борок, Ярославская область, 2007), Всероссийской научной конференции Эколого-географические исследования в Среднем Поволжье (Казань, 2007), XXXVI Итоговой студенческой научной конференции, посвящённой 450-летию добровольного вхождения Удмуртии в состав Российского Государства (Ижевск, 2008), X Всероссийском популяционном семинаре Современное состояние и пути развития популяционной биологии (Ижевск, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе две - в журналах перечня ВАК.

Декларация ичного участия автора. Автором ично осуществлен весь комплекс популяционных, фитоценотических и морфологических исследований, проведен анализ полученных материалов, включая статистическую обработку.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора итературы (глава 1), физико-географического обзора исследуемой территории (глава 2), описания методов и материалов исследований (глава 3), изложения полученных результатов и их обсуждения (главы 4-5), выводов и приложений. Список итературы включает 220 источников, из них 43 на иностранных языках. Объем диссертации составляет 126 страниц, содержит 15 таблиц и 10 рисунков.

Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю к.б.н., доценту кафедры общей экологии Удмуртского госуниверситета Капитоновой Ольге Анатольевне за ценные консультации по всем разделам работы, помощь в планировании и аналитическом осмыслении материала, доценту кафедры экологии животных Удмуртского госуниверситета Капитонову Владимиру Ивановичу за ценные советы в ходе выполнения работы и предоставленные фотоматериалы, к.б.н., доценту кафедры ботаники и экологии растений Удмуртского госуниверситета Пузырёву Александру Николаевичу за предоставленные данные о распространении рогоза аксмана на территории Удмуртской Республики, ведущему инженеру по охране окружающей среды ООО Комплексная тематическая экспедиция Смехову Анатолию Васильевичу за предоставленные фотоматериалы.

Особую признательность автор выражает сотрудникам аборатории высшей водной растительности института биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН: д.б.н. А. Н. Красновой, д.б.н. А. И. Кузьмичёву, д.б.н., профессору В. Г. Папченкову, к.б.н. . И. исициной, к.б.н. А. Г. апирову, к.б.н. А. А. Боброву, к.б.н. Е. В. Чемерис, к.б.н. Э. В. Гарину за помощь в идентификации видов, ценные советы по выполнению исследований и предоставление некоторых источников итературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Обзор итературы

Проведен обзор работ, посвященных изучению систематики и филогении рода Typha L. Раскрыта общая географическая, экологическая и биологическая характеристика сем. Typhaceae Juss. Рассмотрены возможности использования таксонов семейства в качестве технических растений, екарственного сырья, в биологической очистке воды от механических и химических загрязнений, а также в качестве декоративного компонента в андшафтном дизайне.

Глава 2. Физико-географическая характеристика

района исследования

Вятско-Камский край расположен в Западном Предуралье, между 5540' - 6030' с.ш. и 4820' - 5640' в.д. Площадь данной территории около 140 тыс. км2. Протяженность с севера на юг около 500 км, с запада на восток - 440 км. ВКК включает всю территорию Удмуртской Республики (УР) и сопредельные районы Пермского края (ПК), Кировской области (КО), Республики Башкортостан (РБ), Республики Татарстан (РТ). В главе дана природно-климатическая характеристика ВКК. Показаны особенности рельефа, климата, гидрографии, почвенного и растительного покрова территории.

Глава 3. Методы и материалы

Исследования проводились в течение вегетационных сезонов 2003-2008 гг. Основными методами изучения были полевые с использованием общепринятых методик. На пробных площадках отмечался видовой состав сосудистых растений, общее проективное покрытие, фенофаза и обилие-покрытие по шкале Браун-Бланке отмеченных видов. На живых растениях рогозов измеряли следующие параметры: высота репродуктивного побега (H), количество истьев (n), ширина истовой пластинки среднего иста (s), длина пестичной части соцветия (Lf), диаметр пестичной части соцветия (df), длина тычиночной части соцветия (Lm), диаметр тычиночной части соцветия (dm), расстояние между пестичной и тычиночной частями соцветия (r).

Биомасса изучаемых видов определялась методом укосов модельных растений на пробных площадках (Папченков, 2003), с проективным покрытием 61-90%.

Расчет площади ассимиляционной поверхности проводился на распределяемых по классам высот модельных растениях (высокие, средние, низкие) на площади 0,25 м2. Для этого измерялись высота, диметр верхней и нижней (надводной) частей стебля генеративных и вегетативных побегов, длина, количество истьев и ширина истовой пластинки в средней части. Вариабельность ассимиляционной поверхности растений рассчитывалась для зарослей с классом проективного покрытия 61-90%.

Для расчета ассимиляционной поверхности стебля была использована формула:

Sстебля=2rl, где Sстебля - площадь ассимиляционной поверхности стебля, =3,14, r - радиус средней части побега, l - длина надводной части побега. Формула для расчета ассимиляционной поверхности истьев имеет следующий вид:

Sлиcтьев=2a1hnK, где Sлистьев - площадь ассимиляционной поверхности иста, a - ширина средней части иста, h - длина иста, n - количество истьев на одном вегетативном или репродуктивном побеге, коэффициент 2 вводится, т.к. истья рогозов расположены вертикально и в процессе фотосинтеза принимает участие как адаксиальная, так и абаксиальная поверхности истовой пластинки. К - поправочный коэффициент, рассчитанный весовым методом (Федорова, Никольская, 2000). Для Typha latifolia К=0,63, T. shuttleworthii K=0,64,T. intermedia K=0,56, T. incana К=0,58, T. angustifolia К=0,61, T. laxmannii К=0,53, T. glauca К=0,67, T. smirnovii К=0,65.

Расчет ассимиляционной поверхности одного модельного растения производился по формуле: Sm= Sстебля+ Sлистьев. Далее полученное значение пересчитывали с учётом числа вегетативных и генеративных побегов на 1 м2.

Изучение биоиндикационных свойств рогозов проводили на примере двух наиболее распространённых в ВКК видов: T. latifolia и T. angustifolia. Для этого был использован пыльцевой метод. Пыльца собиралась в течение етнего сезона 2008 г. с участков, условно поделенных на загрязнённые (прилегающие к автомобильным и железнодорожным путям) и фоновые (находящиеся в 3 км и более от выше перечисленных и сельскохозяйственных объектов).

Камеральная работа включала в себя обработку геоботанических описаний, определение растений (Маевский, 1964, 2006; Ефимова, 1972; еонова, 1979; Мавродиев, 1999; исицына, Папченков, 2000), составление гербария, определение фертильности пыльцы йодным методом (Паушева, 1974), составление карт распространения рогозов на территории ВКК.

С целью изучения зависимости структурно-функциональных параметров рогозов от гранулометрического состава субстрата было выделено 3 группы субстратов, которые включали в себя по 2 разновидности:

1) ил (мелкодисперсный ил, грубодетритный ил) с преобладанием илистых частиц диаметром менее 0,001 мм, а также коллоидов (диаметр <0,0001 мм);

2) глина (глина, суглинок) с преобладанием пылеватых фракций от 0,01 до 0,001 мм;

3) песок (песок, супесь) - на 80-90% состоит из фракций физического песка с преобладанием частиц диаметром 0,05-1,0 мм (Кузнецов, 1994; Морфологическая Е, 1997).

По глубине все местообитания были объединёны в 3 группы:

1) 0-0,05 м, в эту группу были отнесены биотопы с глубинами до 0,05 м, включая переувлажнённые территории;

2) 0,05-0,2 м;

3) от 0,2 м и более.

Все исследованные экотопы были разделены на 3 класса на основании классификаций А.Н. Красновой (1999), А.И. Кузьмичёва и А.Н. Красновой (2001) и В.В. Чепиноги (2003):