Флора и фитогеография печеночников (marchantiophyta, anthocerotophyta) камчатки и прилегающих островов 03. 00. 05 ботаника
| Вид материала | Автореферат диссертации |
- Флора и растительность копаней ярославской области 03. 00. 05 ботаника, 463.62kb.
- Сохранение биоразнообразия камчатки и прилегающих морей южно-Камчатский заказник: изменения, 45.7kb.
- Гидрофильная флора сосудистых растений как модельный объект для инвентаризации и анализа, 555.67kb.
- На семинаре предполагается рассмотреть следующие основные темы, 47.38kb.
- Кузьмицкого Алексея Алексеевича, формирование по сути однопартийного представительного, 1278.31kb.
- И с Россией Андреевский флаг, 457.61kb.
- Соломон Шульман, 2770.57kb.
- Географическое положение, 122.67kb.
- Дальнего Востока России. Официальный язык конференции русский доклад, 45.87kb.
- Флора Вафина (творческий псевдоним-Флора) автор слов и музыки, исполнитель романсов,, 133.03kb.
На правах рукописи
Бакалин Вадим Андреевич
ФЛОРА И ФИТОГЕОГРАФИЯ ПЕЧЕНОЧНИКОВ (MARCHANTIOPHYTA, ANTHOCEROTOPHYTA) КАМЧАТКИ И ПРИЛЕГАЮЩИХ ОСТРОВОВ
03.00.05 - ботаника
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
Владивосток - 2008
Работа выполнена в лаборатории низших растений Биолого-почвенного института Дальневосточного отделения Российской академии наук
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук Крестов Павел Витальевич
доктор биологических наук, академик РАН Горовой Петр Григорьевич
доктор биологических наук Игнатов Михаил Станиславович
Ведущая организация:
Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН
Защита состоится 21 октября 2008 года в 10:00 на заседании диссертационного совета Д 005.003.02 при Биолого-почвенном институте ДВО РАН по адресу: 690022, Владивосток, пр. 100 лет Владивостоку, 159. Факс: (4232) 310193.
С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке ДВО РАН
Автореферат разослан ___ августа 2008 года
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор биологических наук
В.Ю. БаркаловОбщая характеристика работы
Актуальность темы. Печеночники - сборное название представителей отделов Anthocerotophyta и Marchantiophyta - небольшая группа высших растений, близких в морфологическом и эволюционном плане ко мхам.
Печеночники распространены повсеместно, но наибольшего таксономического разнообразия достигают в горных районах и влажных тропических и субтропических лесах. Степень изученности их флоры в большинстве регионов земного шара, в том числе и на российском Дальнем Востоке, значительно отстает от таковой сосудистых растений. Наблюдается также явное несоответствие между исследованностью таксономического разнообразия печеночников материковой части российской Азии и островных и полуостровных флор ее притихоокеанских районов, что затрудняет понимание механизмов распространения и сохранения видов на ограниченных участках земной поверхности.
До наших исследований по флоре печеночников Камчатки и прилегающих островов имелись лишь немногочисленные работы, написанные, в подавляющем большинстве случаев, по результатам случайных сборов, выполненных неспециалистами. Имевшаяся информация не отражала действительное разнообразие растений и приводила к созданию ложных представлений о таксономической бедности гепатикофлоры региона.
Проведенная работа была направлена на решение фундаментальной проблемы флористической ботаники, связанной с изучением биоразнообразия и закономерностей распределения растительного покрова в пространстве, а также его зависимости от климатических (в том числе палеоклиматических), географических и прочих факторов.
Актуальность темы определяется необходимостью: 1) получения адекватной информации о таксономическом разнообразии флоры печеночников на Камчатке, для составления "Флоры России"; 2) тщательного ареалогического изучения и исследования таксономической структуры современной флоры печеночников для уточнения реконструкции флорогенеза в регионе; 3) учета всех компонентов растительного покрова, в том числе печеночников, при построении исчерпывающих фитогеографических классификаций.
Целью работы являлось проведение разностороннего изучения флоры печеночников Камчатки и прилегающих островов (Командоры, Северные Курилы) и выявление ее особенностей и связей с другими циркумбореальными и восточноазиатскими флорами.
Для достижения цели необходимо было решение следующих задач:
1) изучить таксономическое разнообразие печеночников Камчатки и прилегающих островов, а также ряда горных областей азиатской части России для обеспечения наличия адекватных данных для сравнения;
2) изучить внутрирегиональное распространение и экологию всех видов печеночников, выявить сопутствующие таксоны;
3) провести таксономический и географический сравнительные анализы на интра- и экстрарегиональном уровнях, для чего следует: а) таксономически ревизовать ряд спорных групп, б) составить базу данных по распространению печеночников на Камчатке и прилегающих островах и в других регионах взятых для сравнения, в) определить, использовав единый концептуальный подход, типы распространения всех видов, включенных в базу данных, г) оценить полученные данные на описательном и статистическом уровнях;
4) на основе проведенного анализа выявить специфические черты, как региональной флоры, так и входящих в состав региона районных флор и попытаться дать объяснение обнаруженным особенностям.
Научная новизна и теоретическая значимость работы. Впервые детально изучена флора печеночников Камчатки и прилегающих островов, что позволяет использовать ее в качестве эталонной в сравнительно-флористических анализах. Всего в исследованном регионе зарегистрировано 227 видов печеночников, в том числе 1 из отдела Anthocerotophyta и 226 из Marchantiophyta. Во флоре региона впервые выявлен 141 вид (или 60 %), из них новыми для России оказались 2 рода (Schofieldia и Cryptocoleopsis) и 12 видов; 93 таксона (95%) приведено впервые для Северных Курил и 113 (92%) - оказались новыми для Командорского архипелага. Впервые на региональном уровне описана флора печеночников окрестностей термальных источников. Выяснено, что флористические группировки окрестностей термалей содержат в своем составе небольшую группу специфичных видов, распространение которых на Камчатке связано только с этим типом местообитаний. Впервые обосновано и документально подтверждено сравнительным исследованием большого флористического материала: 1) высокая значимость семейства Jungermanniaceae в формировании флор как показателя амфипацифических тенденций во флористических комплексах печеночников; 2) возможность использования при сравнительном таксономическом анализе флор печеночников только трех ведущих семейств; 3) флористическое единство всех подразделений Камчатки и прилегающих островов и их отличие от прилегающих территорий, что позволяет выделить изученный регион в целостную самостоятельную провинцию.
Проведена таксономическая ревизия родов Lophozia (Dumort.) Dumort. и Hattoriella (H. Inoue) H. Inoue, монографически обработан ряд групп для азиатской части России. Описаны 3 новых для науки вида, 1 секция и 2 разновидности, предложено 18 номенклатурных комбинаций, 3 из которых с изменением статуса таксона.
Защищаемые положения:
1. Высокое относительное количество представителей семейства Jungermanniaceae является маркером, отражающим наличие в региональных восточноазиатских флорах значительных приокеанических тенденций.
2. Флора печеночников Камчатки и прилегающих островов является целостным образованием, все части которого, при наличии специфических черт, тесно связаны между собой, а сам регион четко отграничен от сопредельных территорий.
3. Основным источником видов для формирования современной флоры Камчатки и прилегающих островов явилась континентальная северо-восточная Азия, но своеобразие изученной флоры определяется трансокеанскими связями с Японским архипелагом и Аляской, осуществляемыми через Курильскую и Алеутскую островные дуги.
Практическое значение работы. Результаты работы использованы при составлении Красной Книги Камчатской области (2007), Красной Книги России (в печати), а также легли в основу флористического обоснования выделения Быстринского природного парка на Камчатке. Гербарий Полярно-альпийского ботанического сада-института Кольского НЦ РАН (KPABG) пополнился 3500 образцами печеночников; а гербарный фонд Биолого-почвенного института ДВО РАН (VLA) - 1000. Собранные материалы использованы в основанном нами впервые в России периодическом издании Hepaticae Rossicae Exsiccatae (Bakalin, Konstantinova, 2003, 2004 и др.), являющемся источником обмена и пополнения гербариев других регионов России и мира. В ряде случаев изданные образцы применяются коллегами в качестве эталонного материала при изучении некоторых северных таксонов печеночников. Для проведения анализа нуклеотидных последовательностей (секвенирования) были собраны образцы не менее чем 40 редких видов, результаты исследования большей части которых уже включены в международный GenBank. Полученные во время флористических исследований результаты использованы при разработке курсов лекций, прочитанных автором студентам-биологам в Амурском государственном гуманитарно-педагогическом университете (г. Комсомольск-на-Амуре).
Апробация работы. Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на Международной конференции, посвященной 100-летию организации исследований по микологии и криптогамной ботанике в Ботаническом институте им В.Л.Комарова РАН (Санкт-Петербург, 2000), VIII Молодежной научной конференции "Актуальные проблемы биологии и экологии" (Сыктывкар, 2002), V, VII и VIII Международных конференциях "Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей" (Петропавловск-Камчатский, 2004, 2006, 2007), сессиях камчатского и мурманского отделений Русского ботанического общества (Петропавловск-Камчатский, 2004; Кировск, 2004), всероссийской научной конференции "Ритмы и катастрофы в растительном покрове российского Дальнего Востока" (Владивосток, 2004), всероссийской научной конференции "Биоразнообразие растительного покрова Крайнего Севера: инвентаризация, мониторинг, охрана" (Сыктывкар, 2006), I (XIX) международной конференции молодых ученых "Изучение природных катастроф на Сахалине и Курильских островах" (Южно-Сахалинск, 2006).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 46 работ, в том числе 1 монография, 33 статьи в рецензируемых журналах, 3 статьи в сборниках, 3 брошюры и 8 статей в сборниках материалов конференций.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения и выводов, списка литературы и 3 приложений. Работа изложена на 422 страницах, в том числе 366 страниц - текст и 56 страниц - приложения, и проиллюстрирована 360 рисунками и 9 таблицами. Список литературы включает 253 источника, в том числе 116 на иностранных языках.
Благодарности. Любая личность в своем развитии преодолевает ряд этапов, тесно связанных друг с другом и плавно переходящих из одного в другой. Оглядываясь сегодня назад, высказываю самую искреннюю признательность своим родителям, научному руководителю моей дипломной работы, заслуженному работнику образования РФ, доценту Антонине Степановне Лантратовой, а также руководителю моей кандидатской диссертации, лучшему российскому гепатикологу, проф. Надежде Алексеевне Константиновой.
Коллеги оказывали помощь в обработке материала и подготовке статей; особо отмечу с.н.с. лаборатории низших растений БПИ ДВО РАН к.б.н. Валентину Яковлевну Черданцеву и ст. лаборанта отдела флоры ПАБСИ Кольского НЦ РАН Татьяну Николаевну Сеничеву. Неоднократно обсуждалась фитогеография российской Пацифики, в том числе и положения, изложенные в настоящей работе с докторами биологических наук Вячеславом Юрьевичем Баркаловым, Павлом Витальевичем Крестовым, Михаилом Станиславовичем Игнатовым, Ларисой Николаевной Васильевой и заслуженным деятелем науки РФ, проф. Зинаидой Максимовной Азбукиной. Выражаю признательность своему брату, инженеру-программисту Бакалину Данилу за помощь при статистической обработке результатов и своей жене, Бакалиной Елене, освободившей меня от решения большинства бытовых проблем.
Исследование в рамках настоящей работы проводилось при поддержке РФФИ (проекты 00-04-48874а, 03-04-49304а, 06-05-64137а и др.), Фонда содействия отечественной науке, Swedish Polar Research и National Geographic Society.
Глава 1. Материалы и методы
В основе работы лежит коллекция, собранная автором на Камчатке и прилегающих островах в 2001-2006 гг. (Рис. 1), всего более 4000 образцов. Все сборы 2001-2004 гг. внесены в специально разработанную в ПАБСИ Кольского НЦ РАН базу данных по мохообразным России. Результаты обработки коллекций последующих лет занесены в таблицу в формате Excel. При архивации данных учтены многие характеристики, включающие обилие, субстратную приуроченность, высотно-поясное и широтно-долготное распространение, генеративное состояние, виды-спутники и др. Во время полевых работ составлялись краткие флористические описания мест сбора. Кроме собственных коллекций, изучены образцы, переданные мне специалистами смежных специальностей (около 500).
При определении материала использован традиционный анатомо-морфологический подход. Во время полевых работ проводилось изучение прижизненных внутриклеточных образований печеночников – масляных телец, разрушающихся вскоре после сбора.
В связи с тем, что данные о флоре печеночников ряда регионов азиатской России, сравнение с которыми представлялось особенно ценным, к началу проведенных исследований почти полностью отсутствовали, мной были лично изучены флоры печеночников следующих районов (перечисляются те, таксономическое разнообразие которых было существенно дополнено): республика Карелия (Бакалин, 1999), Тоджинская котловина, Южная Сибирь (Бакалин и др., 2001), Лапландский заповедник, Мурманская область (Бакалин, 2004а), Становое Нагорье (Бакалин, 2004б), Южные Курилы (Bakalin, 2007a, 2007c; материалы 2006, 2007 гг., неопубл.), Южный Сахалин (Bakalin et al., 2005; 2006 г., неопубл.), Приморский край (Bakalin, 2007b; 2005-2007 гг., неопубл.), Хабаровский край (2007 г., неопубл.).
При определении материала и составлении списков часто приходилось сталкиваться с разнообразными, противоречивыми трактовками категориального статуса отдельных таксонов, неясностью границ морфологической вариабельности. Пренебрежительное отношение к проблемам подобного характера как бы закладывает ошибку в самое основание возводимого здания, а потому кроме знакомства с флорами регионов северной Евразии, было предпринято таксономическое исследование ряда родов. Особенно важной является мировая монографическая обработка рода Lophozia (Dumort.) Dumort. (Бакалин, 2005; Bakalin, 2000, 2001, 2003a, 2003b, 2004 и др.), представители которого постоянно и массово встречаются в сообществах северной Голарктики, а сам род является, в таксономическом отношении, одним из самых сложных родов печеночников Циркумбореальной области. Из других работ в этой области назову мировую обработку Hattoriella (H. Inoue) H. Inoue (Bakalin, 2003c), Riccia L. для Сибири и Восточного Казахстана (Бакалин, Таран, 2004), Cololejeunea (Spruce) Schiffn. для азиатской России (Бакалин, 2007), Nardia sect. Subclavatae Amakawa для азиатской России (Бакалин, 2008).
 |
| Рис 1. Места сбора печеночников, посещенные автором |
В работе я придерживаюсь узкой трактовки родов, следуя в этом тенденции заложенной скандинавскими исследователями (Buch, 1936; Arnell, 1956), развитой в России Р.Н. Шляковым (1976, 1979, 1980, 1981, 1982 и др.) и принятой при составлении списка печеночников территории бывшего СССР (Konstantinova et al., 1992), с некоторыми изменениями, предложенными в работах N.A. Konstantinova and A.N. Vasiljev (1994), Бакалина (2005), Бакалина и др. (2001), А.А. Вильнет (2008).
В качестве основного метода статистического анализа числовых рядов (географические и таксономические спектры) был использован корреляционный анализ, применяющийся в прикладной статистике при сравнении двух и более массивов данных, для определения степени взаимосвязи.
Для отображения полученных в ходе корреляционного анализа результатов был избран метод построения графов, для чего в среде визуального языка программирования Borland Delphi 7 была разработана программа позволяющая рассчитать степени корреляции для каждой пары до 200 исследуемых объектов, любой из которых может быть характеризован по 2000 параметров.
При проведении анализа сравнивались таксономические и географические спектры флоры печеночников Камчатки и прилегающих островов в целом, с другими регионами, так и флористических районов в составе изученной флоры с другими небольшими флорами. Для каждого таксона (виды, некоторые разновидности и подвиды), входящего в состав региональных и районных флор, был определен тип распространения. Вся информация была занесена в матричную таблицу в формате Excel. Для всех из сравниваемых флор были определены таксономические семейственные и родовые, а также географические спектры.
Глава 2. Физико-географические условия Камчатки и прилегающих островов
Территория, охваченная исследованиями, располагается вблизи северо-западной оконечности Тихого океана и составляет около 250 тыс. кв. км. Она включает п-ов Камчатка к югу от Рекинникского дола, Командоры (о-ва Беринга и Медный), о-в Карагинский и Северные Курилы (о-ва Парамушир и Шумшу). Данные о протяженности и площади п-ова и островов сведены в таблицу 1.
| Таблица 1. Размеры и занимаемая площадь п-ова Камчатка и прилегающих островов | ||||||
| | П-ов Камчатка | О-в Карагинский | О-в Беринга | О-в Медный | О-в Шумшу | О-в Парамушир |
| Направление оси | северо-восточное | северо-восточное | северо-западное | северо-западное | северо-восточное | северо-восточное |
| Длина, км | 1200 | 110 | 96 | 56 | 30 | 103 |
| Ширина, км | 470 | 40 | 25 | 8 | 20 | 28 |
| Площадь,км2 | 250000 | 2404 | 1660 | 186 | 231 | 2479 |
Гидрография. Все крупные реки полуострова берут начало в отрогах Срединного и Восточного хребтов. Вследствие близости водоразделов к морским побережьям большинство рек имеет небольшую протяженность. Лишь р. Камчатка, достигающая в длину 500 км, течет в северо-восточном направлении.
Оледенения оказали существенное влияние на формирование флоры Камчатки благодаря как периодическому уничтожению растительного покрова, так и созданию районов перигляциальной растительности. Кроме того, ледники вынесли с вулканических конусов огромное количество слагавшего их материала. Характер оледенений во время плейстоценовых похолоданий был, главным образом, горно-долинным, значительно реже - полупокровным. Горные системы полуострова являются крупнейшими в России очагами современного оледенения.
Вулканизм. Изученный регион находится в пределах Тихоокеанского кольца огня (Pacific Ring of Fire). Камчатка и Курилы - единственная в России область, где проявления активного вулканизма столь явственно влияют и влияли в недавнем прошлом на биоту, ландшафты, а также являются активными агентами орогенеза и, отчасти, локального климатогенеза. По характеру проявлений активного вулканизма можно условно выделить две категории: 1) вулканические извержения и комплекс связанных с ним явлений (лахары, пеплопады и т.п.) и 2) гидротермальная и фумарольная активность.
Особенности климата Камчатки, относительно других регионов, расположенных на той же широте, определяются, главным образом, океаническим, практически островным положением региона, чертами региональной орографии, циклонической деятельностью в мегарегионе и прочими особенностями переноса тепла в северной Пацифике. Основные орографические структуры Камчатки – Срединный и Восточный хребты, вытянутые в меридиональном направлении, служат естественными барьерами на пути воздушных масс и обуславливают различие отдельных климатических областей ориентированных вдоль орографических районов (Кондратюк, 1974).
Элементы макрорельефа способствуют образованию так называемых местных ветров - фёнов, бора и бризов, существенно изменяющих температуру и влажность в небольшом по площади районе. Следствием особенностей микроструктуры рельефа являются еще более сильные колебания температуры, скорости ветра и влажности в разного рода распадках, ущельях и т.п. Для небольших по размеру печеночников, кроме перечисленных элементов мозаики, существенное значение имеют микрониши с климатом, нередко радикально отличающимся от усредненных показателей территории, измеренных на метеорологической станции.
Почвы. Особенности почвообразования на Камчатке определяются вулканической деятельностью. В результате мощных вулканических извержений поверхность почвы засыпается пеплом слоем от долей сантиметров до нескольких десятков сантиметров. Происходит «омоложение» почв, погребение образовавшихся ранее генетических горизонтов, формируется сложный, слоистый, полигенетический профиль, состоящий из нескольких, наложенных друг на друга элементарных почвенных профилей.