Онтогенетическая стратегия пырея ползучего

Размещено на http://www.allbest.ru/

Онтогенетическая стратегия пырея ползучего

2011 г.

Содержание

Введение

1. Методика исследований

2. Результаты

2.1 Оценка морфометрических параметров ценопопуляций (ЦП) пырея ползучего

2.2 Онтогенетическая стратегия пырея ползучего

Выводы

Использованная литература

Введение

Чурапчинский улус - один из основных сельскохозяйственных улусов республики. В улусе насчитывается 26058 голов скота,11894 голов лошадей (по данным Улусного Управления сельского хозяйства). Природные системы испытывают антропогенный пресс. В условиях ускоренного развития сельского хозяйства проблема охраны окружающей среды стала одной из важнейших проблем. Антропогенная нагрузка является одним из факторов, влияющих на рост и развитие растений. При постоянном воздействии антропогенного фактора растения угнетаются и хуже растут.

В с. Усун-Кюель и его окрестностях одним из антропогенных факторов является выпас скота - коров и лошадей, а также использование техники. Состояние естественных травостоев, качество и обьем заготовки кормов влияет на продукцию животноводства. Изучение состояния естественных травостоев и одного из широко распространенных в условиях аласов кормового вида - пырей ползучей, считаем одним из актуальных вопросов.

Ограниченность пастбищных участков приводит к выпасу скота на одних и тех же местах, постоянному поеданию и вытаптыванию растений. В результате растения медленно растут, некоторые виды погибают, и сообщества постепенно теряют пастбищное значение. Растения реагируют на ухудшение условий изменением морфологических признаков. Реакция растений на ухудшение условий (стресс), вызываемые экологическими и антропогенными факторами (нарушением) называется стратегия вида (тип поведения) (Ишбирдин, Ишмуратова, 2004). Изучение стратегии вида в условиях стресса позволяет определить, как вид ведет себя при усилении антропогенной нагрузки, как стресс (нарушение условий) влияют на вид, и в дальнейшем какие мероприятия необходимо проводить для сохранения вида.

В своей работе мы представляем результаты наших летних исследований в течение 3 лет. Работа показывает, как антропогенная нагрузка влияет на растения.

Цель работы: изучить влияние антропогенной нагрузки на ценопопуляции пырея ползучего в природных сообществах с.Усун-Кюель и его окрестностей.

Задачи:

1. Выбор ценопопуляций пырея ползучего в природных сообществах с.Усун-Кюель и его окрестностей в разных условиях антропогенной нагрузки.

2. Измерение морфологических параметров 30 растений в генеративном состоянии по каждой ценопопуляции.

3. Обработка полученных данных.

4. Анализ и оценка состояния ценопопуляций пырея ползучего в природных сообществах с.Усун-Кюель и его окрестностей.

Новизна работы: в Якутии проводится изучение морфологических параметров ценопопуляций и стратегии выживания различных видов в природе. В условиях антропогенной нагрузки, как основного и постоянного фактора воздействия на растительность кормовых угодий природных сообществ Сыланского наслега, изучение состояния кормовых видов ранее не проводилось. Изучение стратегии выживания пырея ползучего покажет нам, как вид ведет себя в условиях стресса (при усилении антропогенной нагрузки) и позволит определить условия для сохранения и лучшего развития вида.

Объект исследований: Пырей ползучий (Elytrнgia rйpens,силиргэхтээх ача от (якутское название) -- многолетнее травянистое растение семейства злаковых. Растет повсюду: на пашнях, огородах, на лугах, залежах и брошенных землях как сорняк. В Якутии встречается во всех флористических районах, кроме Оленекского. Растет в сухих хвойных и лиственничных лесах, на пойменных и приозерных лугах, песчаных наносах, залежах, пашнях (Определитель высших растений Якутии, 1974).

Место и условия проведения исследований: Географическое положение района исследования - Центральная Якутия, долина р.Лена, Лено-Амгинское междуречье. Рельеф - Центральноякутская равнина. Растительность - степные участки и различные типы лугов. Исследования проводятся на территории п.Усун-Кюель Чурапчинского района в остепненных условиях верхнего пояса аласа черноземно-луговых почв.

Погодные условия летнего периода 2011 г. характеризовались значительной нехваткой осадков и низкой температурой воздуха в мае - в начале вегетационного периода, когда происходит закладка органов развития растений. Дефицит осадков в мае составил 10,5 мм (в два с лишним раза ниже нормы); среднемесячная температура воздуха была ниже на 7,4⁰С. Июнь характеризовался теплой погодой. Показатель среднемесячной температуры воздуха составил 15,4⁰С (что всего на 0,7⁰С выше нормы). Количество осадков за счет нескольких дождливых дней превысило среднемесячную норму на 20,5 мм. В июле наблюдалось превышение среднемесячной температуры воздуха на 3,8⁰С от нормы, при этом дефицит осадков составил -7,2 мм. Август также характеризовался превышением среднемесячной температуры воздуха на 2,7⁰С. Количество осадков было в норме. Погодные условия летнего периода 2011 г. были взяты в Федеральной гидрометеорологической службе метеостанции с.Чурапча и приведены в таблице 1.

Низкая температура воздуха и значительная нехватка влаги в начале вегетационного периода определили неполное фенологическое развитие растений.

Таблица 1 Погодные условия района проведения исследований в опытный 2011 г. (Чурапчинский улус, Центральная Якутия)

1. Методика исследований

Анализ и оценка состояния ценопопуляций пырея ползучего в природных сообществах с.Усун-Кюель и его окрестностей включала следующее:

1. Выбор ценопопуляций пырея ползучего в условиях разной степени антропогенной нагрузки.

2. Измерение морфологических параметров растений и обработка данных.

3. Определение онтогенетической стратегии.

4. Обобщение полученных данных по оценке состояния вида в целом, стратегии поведения на протяжении 3 лет разной степени антропогенной нагрузке и разных экологических условиях.

Измерение морфологических параметров проводилось по методике популяционных исследований (Жукова, 1995; Злобин, 1989). Измерялись 30 растений в каждой ценопопуляции, в генеративном развитии:

1. Высота побега.

2. Количество листьев на вегетативном побеге.

3. Длина, ширина 1,2 и 3 листьев и их влагалищ.

4. Длина соцветия.

5. Количество колосков в соцветии.

Полученные данные были обработаны с помощью программы «EXCELL» и «STATISTICA». Определялись среднеарифметическое и его ошибка, коэффициент вариации и другие показатели.

Для анализа и сравнения ценопопуляций в разных условиях нами определялись среднее значение (М) по каждому признаку в каждой ценопопуляции.

M - это средние значения по каждому признаку в каждой ценопопуляции: М = сумма значений всех 30 растений / 30 (число измерений).

Для определения онтогенетической стратегии нами были подсчитаны значения коэффициента детерминации признаков (R2) по каждой ценопопуляции, и с помощью статистической компьютерной обработки подсчитаны значения индекса виталитета (IVC). R² - коэффициент детерминации - это средние значения квадратов всех признаков.

Он показывает, как признаки связаны между собой, как они меняются при изменении условий. R² показывает согласованность признаков, чем выше R², тем больше признаки связаны между собой.

Виталитет - это жизненность ценопопуляции, жизненное состояние вида в природе. Виталитет показывает, как вид реагирует на ухудшение условий произрастания. То есть при благоприятных условиях растение лучше растет и развивается, а в условиях стресса (ухудшения условий), наоборот, хуже развивается. Для оценки жизненности используется индекс виталитета (IVC), рассчитываемый по формуле (Ишбирдин, Ишмуратова, 2004).Индекс виталитета вычисляется для каждой ценопопуляции и затем на градиенте ухудшения условий (на графике) выстраиваются ценопопуляции по убыванию значений их IVC. Наибольшее значение индекса виталитета соответствует наилучшим условиям, а наименьшее значение - худшим условиям. Для вычисления индекса витателита и коэффициента вариации используются значения морфологических признаков. На основе коэффициента детерминации и индекса виталитета выстраивается тренд (линия) онтогенетической (жизненной) стратегии (поведение) вида, показывающий реакцию вида на ухудшение условий. Тип онтогенетической стратегии определялся нами по типам стратегий, установленных А.Р.Ишбирдиным и М.М.Ишмуратовой (2004).

После измерения морфологических признаков и обработки нами были получены результаты, показывающие развитие ценопопуляций пырея ползучего в разных условиях антропогенной нагрузки, и определен тип онтогенетической стратегии.

2. Результаты

2.1 Оценка морфометрических параметров ценопопуляций (ЦП) пырея ползучего

Нами летом 2011 г. было изучено 6 ценопопуляций (далее ЦП) пырея ползучего на территории с.Усун-Кюель и его окрестностей (табл.2, 3).

Таблица 2 Ценопопуляции пырея ползучего (с.Усун-Кюель и его окрестности)

Таблица 3 Оценка морфометрических параметров ценопопуляций (ЦП) пырея ползучего (с.Усун-Кюель и его окрестности, лето 2011 г. )

Анализ средних значений морфологических признаков ценопопуляций показал, что самые высокие значения почти по всем признакам у ценопопуляции ЦП2 (табл.2, 3). По вегетативным признакам: Высота побега составляет 97,4 см; длина 1 листа 14,6 см; 2 листа - 12,2 см; 3 листа - 9,9 см. По генеративным признакам ЦП2 также лидирует в сравнении с другими ЦП. Длина соцветия составляет 8,8 см; количество колосков в соцветии - 15 шт. Данная ценопопуляция находится возле оранжереи на территории школы. Удаленность определяет отсутствие нагрузки и лидерство по морфологическим показателям в сравнении с другими ценопопуляциями.

Низкие значения по морфологическим признакам получены у ценопопуляций ЦП4,5 и 6 (табл.3). Эти ценопопуляции подвержены сильной антропогенной нагрузке - они находятся на участках сенокосного и пастбищного использования (табл.2). У ЦП4 и 5 низкие значения морфологических параметров по вегетативным признакам: количество листьев на вегетативном побеге - 2 шт.; у ЦП4 длина 2 листа - 2,3 см, ширина - 0,3 см. У ЦП5 длина 1 листа всего 2,6 см; 2 листа - 1,5 см; 3 листа - 0,3 см. Сенокосная антропогенная нагрузка, в которой находится ЦП6, определила отставание по генеративным признакам: длина соцветия составляет всего 4,7 см; количество колосков в соцветии - 11 шт.

Анализ средних значений морфологических признаков ценопопуляций пырея ползучего показал, что отсутствие антропогенной нагрузки определяет хорошее развитие растений, а усиление нагрузки и ухудшение экологических условий приводят к угнетению растений и отставанию в морфологическом развитии. Немаловажным фактором является сложившиеся в вегетационный период метеорологические условия.

2.2 Онтогенетическая стратегия пырея ползучего

Для определения онтогенетической стратегии пырея, его поведения при разной степени антропогенной нагрузки, мы с помощью компьютерной обработки получили показатели коэффициента детерминации (R²) и индекса виталитета (IVC). Получив значения коэффициента детерминации и индекса виталитета, мы с помощью программы «STATISTICA» получили тренд онтогенетической стратегии, показавший тип жизненной стратегии пырея ползучего при ухудшении условий произрастания (стрессе).

Анализ онтогенетической стратегии показал, что пырей ползучий при усилении стресса (повышении антропогенной нагрузки) и неблагоприятных экологических условиях (недостатке влаги и низкой температуре воздуха в начале вегетационного периода) проявил стрессово-защитную онтогенетическую стратегию (рис.1).

Условия отсутствия антропогенной нагрузки, в которой находится ценопопуляция ЦП2 (возле оранжереи на территории школы в удалении, увлажнение хорошее) определили максимальный индекс виталитета (высокую жизненность растений - IVC=1,55). Усиление стресса (антропогенной нагрузки и ухудшение экологических условий) привели к снижению жизненности растений (уменьшению индекса виталитета IVC), что видно по падению линии вниз.

Рис 1. Тренд онтогенетической стратегии пырея ползучего (с.Усун-Кюель и его окрестности, 2011 г.).

Вид проявил стрессовую компоненту в стратегии выживания, что отразилось на падении морфологической целостности растений (снижении R² - коэффициента детерминации до 0,05-0,06).

Однако на графике видно, что в условиях дальнейшего усиления антропогенной нагрузки растения для выживания усиливают морфологическое развитие, повышая показатели вегетативных и генеративных признаков. Сильная антропогенная нагрузка (выпас скота и сенокосное использование), в которых находятся ЦП4,5 и 6, отразились на снижении значений индекса виталитета IVC до 0,86-0,82 и повышении морфологической целостности (коэффициента детерминации R² до 0,66-0,68).

Анализ онтогенетической стратегии пырея ползучего в предыдущие два года (2009 и 2010 гг.), показал стрессово-защитную стратегию в 2009 г. и защитно-стрессовую стратегию в 2010 г.

Рис.2. Тренд онтогенетической стратегии пырея ползучего (с.Усун-Кюель и его окрестности, 2009 г.).

Обследование ценопопуляций пырея в 2009 г. показало (рис.2), что все ценопопуляции подвержены разной степени антропогенной нагрузке, что определяет кормовое значение и использование вида. В условиях высокой среднемесячной температуры воздуха в течение вегетационного периода и усиления степени антропогенной нагрузки пырей проявил стрессовую компоненту в стратегии выживания. Индекс виталитета IVC с усилением стресса снизился с 1,856 до 0,739. усиление стресса привело к снижению морфологического развития растений. Коэффициент детерминации R² понизился с 0,236 до 0,06. Но на тренде видно повышение линии, что говорит о проявлении в условиях дальнейшего усиления стресса защитной компоненты в стратегии. Для выживания в условиях усиления антропогенной нагрузки пырей ползучий проявляет защитные механизмы, сохраняя свое присутствие и закрепляясь на участках с антропогенной нагрузкой.

пырей защитный механизм антропогенный

Рис.3. Тренд онтогенетической стратегии пырея ползучего (с.Усун-Кюель и его окрестности, 2010 г.).

Изучение ценопопуляций пырея в 2010 г. показало проявление защитно-стрессовой онтогенетической стратегии (рис.3). В условиях антропогенной нагрузки, а также жаркой погоды пырей значительно усиливает морфологическое развитие, повышая целостность (коэффициент детерминации R²) с 0,038 до 0,24. Но на тренде видно, что дальнейшее усиление стресса приводит к снижению жизненности растений. При этом небольшое повышение стратегии говорит об устойчивости вида к стрессу и подтверждает его закрепление на участках с антропогенной нагрузкой.

Анализируя стратегию вида в течение трех последних лет, мы видим проявление в условиях антропогенной нагрузки стрессово-защитной онтогенетической стратегии.

Вывод

Изучение влияния антропогенной нагрузки на ценопопуляции пырея ползучего в природных сообществах с.Усун-Кюель и его окрестностей позволило нам сделать следующие выводы:

1. Анализ средних значений морфологических признаков ценопопуляций пырея ползучего показал, что отсутствие антропогенной нагрузки определяет хорошее развитие растений, а усиление нагрузки и ухудшение экологических условий приводят к угнетению растений и отставанию в морфологическом развитии.

2. Пырей ползучий при усилении стресса (повышении антропогенной нагрузки) и неблагоприятных экологических условиях (недостатке влаги и низкой температуре воздуха в начале вегетационного периода) проявляет стрессово-защитную онтогенетическую стратегию. Для выживания в условиях усиления антропогенной нагрузки пырей ползучий проявляет защитные механизмы, сохраняя свое присутствие и закрепляясь на участках с антропогенной нагрузкой.

3. Выдерживание пыреем ползучим сильной антропогенной нагрузки показывает его высокие эколого-биологические возможности как сенокосного и пастбищного вида. Но в тоже время проявление стрессовой компоненты в стратегии выживания говорит о томё что при определенной степени нагрузки вид начинает угнетаться (хуже расти и развиваться).

Изучение нами следующим летом продуктивности (урожайности зеленой и сухой массы), плотности травостоя, фенологического развития позволит определить, как сенокосная и пастбищная нагрузка влияют на растения, при каких условиях вид не угнетается и какие мероприятия сенокосного и пастбищного использования позволят сохранить вид.

Литература

1. Жукова Л.А. Популяционная жизнь луговых растений. - Йошкар-Ола: РИИК «Лакар», 1995. - 225 с.

2. Злобин Ю.А. Принципы и методы ценотических популяций растений. - Казань: Изд-во Казан.ун-та, 1989. - 146 с.

3. Ишбирдин А.Р., Ишмуратова М.М. Адаптивный морфогенез и эколого-ценотические стратегии выживания травянистых растений // Методы популяционной биологии. Сборник материалов VII Всероссийского популяционного семинара (Сыктывкар, 16-21 февраля 2004 г.) - Сыктывкар, 2004. - Ч.2. - С113-120.

4. Определитель высших растений Якутии / Ред. А.И.Толмачева. - Новосибирск: Наука, 1974. - 543 с.

Размещено на Allbest.ru