Изучение экологической пластичности растительных семейств-ценозообразователей на примере фитоценозов Среднего Поволжья

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Изучение экологической пластичности растительных семейств-ценозообразователей на примере фитоценозов Среднего Поволжья

03.00.16 - Экология

Колбасова Нина Ивановна

Ульяновск - 2009



Работа выполнена на кафедре биологии, химии, и технологии хранения и переработки продукции растениеводства в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель: Доктор сельскохозяйственных наук, профессор Костин Владимир Ильич

Официальные оппонен-ты: Доктор биологических наук, профессорГорбачев Владимир Николаевич

Доктор биологических наук, профессор Ильина Наталья Анатольевна

Ведущая организация: ФГОУ ВПО Пензенская государственная сельскохозяйственная академия

Защита состоится «25» декабря 2009 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.278.07 при ГОУ ВПО Ульяновский государственный университет по адресу: ул. Набережная реки Свияги, 106, корпус 1, ауд.703.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета; с авторефератом - на сайте ВУЗа http://www.uni.ulsu.ru.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 432000, г. Ульяновск, ул. Л.Толстого, д. 42, Ульяновский государственный университет, Управление научных исследований.

Автореферат разослан «____»____________2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук, доцент С. В. Пантелеев



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время все природные системы испытывают все возрастающую антропогенную нагрузку, что сказывается на структуре их видового состава. Чрезвычайно важна роль растений в составе любого природного комплекса. Во-первых, они являются продуцентами органического вещества, во-вторых - создают среду жизни для представителей других царств живой природы: животных, грибов, микроорганизмов. Трудно переоценить роль растений, произрастающих на рекреационных территориях: здесь они являются основным природным компонентом, благотворно влияющим на физическое и эмоциональное состояние человека. экологический растение адаптационный фитоценоз

Ульяновская область - наиболее типичный представитель лесо-степной зоны Среднего Поволжья.

Представленная работа посвящена изучению экологической пластичности наиболее многочисленных семейств-ценозообразователей (сложноцветных, злаковых, бобовых, крестоцветных, губоцветных, норичниковых, зонтичных, гвоздичных, осоковых и розоцветных) в составе растительных сообществ Ульяновской области, в основе которой лежит видовое и биоморфологическое разнообразие.

В ходе исследований был изучен видовой спектр вышеуказанных растительных семейств и принадлежность их к той или иной жизненной форме (по системе К.Раункиера) в составе дубрав, сосновых лесов, степных, луговых и рудеральных фитоценозов. Для существования сообщества важна не столько величина численности организмов, сколько видовое разнообразие, которое является основой устойчивого существования природных комплексов. Показатели численности видов и их динамика являются одними из основных в изучении растительности.

В современной непростой экологической ситуации очень важно правильно оценить экологическую пластичность растений, принадлежащих различным семействам, их адаптированность к тем или иным условиям среды жизни, как естественной, так и антропогенно преобразованной.

В работе использованы сведения, полученные в результате полевых наблюдений, а также обобщения научной литературы.

Цель и задачи исследований.

Цель работы заключалась в изучении экологической пластичности или определении адаптационного потенциала семейств, доминирующих в растительном покрове Среднего Поволжья, относительно условий их существования.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие за-

дачи:

- определение видового состава изучаемых растительных сооб-ществ (дубрав, сосновых лесов, степных, луговых и рудеральных);

- определение биоморфологического разнообразия исследуемых фитоценозов (по системе К.Раункиера);

- определение количественного показателя экологической пла-стичности семейства, отражающего его адаптивные возможности в тех или иных условиях существования.

Научная новизна. Ранее многими исследователями описывался флористический состав растительных сообществ региона, но не было универсального количественного критерия определения их адаптационного потенциала. Для определения экологической пластичности семейства в условиях Поволжского региона и в составе отдельных растительных сообществ нами впервые предложена формула коэффициента экологической пластичности:

КЭП = , где,

V1 - индекс видового разнообразия семейства;

V2 - индекс разнообразия жизненных форм семейства;

Индекс разнообразия: (по Симпсону)

Коэффициент экологической пластичности (КЭП) характеризует адаптированность семейства к тем или иным условиям обитания, его можно использовать также при изучении растительных сообществ в различных природных зонах и локальных экосистемах. Количественно данный коэффициент изменяется в пределах от 0 до 1. Впервые проведен анализ экологической пластичности растительных семейств, преобладающих в наиболее широко распространенных фитоценозах Среднего Поволжья.

Основные положения, выносимые на защиту:

- обоснование формулы коэффициента экологической пластичности, как количественного показателя адаптированности растительных семейств к условиям обитания;

- определение спектра коэффициентов экологической пластичности растительных семейств-ценозообразователей относительно исследуемых фитоценозов;

- определение спектра коэффициентов экологической пластичности растительных семейств-ценозообразователей в масштабе Среднего Поволжья.

Практическая значимость работы заключается в том, что спектры коэффициентов экологической пластичности можно использо-вать в качестве показателей устойчивости растительных сообществ. Результаты работы дают возможность использования коэффициента экологической пластичности растительных семейств при проведении экологического мониторинга природных комплексов и при создании искусственных фитоценозов (рекультивация нарушенных территорий, создание рекреационных зон).

Результаты данной работы используются в учебном процессе по экологии растений при описании экологической структуры фитоценозов средних широт.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы апробированы и докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2004), Всероссийских любищевских чтениях (Ульяновск, УГПУ, 2005, 2006, 2007), Международной научно-практической конференции, посвященной памяти А.Ф.Блинохватова (Пенза, 2008), Международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию образования Волгоградской сельскохозяйственной академии (Волгоград, 2009), Международной научно-практической конференции «Инновации се-годня: образование, наука, производство (Ульяновск, 2009), Международной научно-практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт проблемы и пути их решения» (Ульяновск, 2009).

Публикации. Опубликовано 7 научных работ, в том числе 1 работа в ведущем рецензируемом журнале из списка ВАК РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из: введения, 5 глав, выводов, библиогра-фического списка (234 наименований, в том числе 33 работы иностранных авторов). Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 1 таблицу, 26 рисунков и 7 приложений.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В главе проведен обзор отечественных и зарубежных авторов, которые раскрывают видовую и биоморфологическую структуру растительных сообществ. На основе литературных данных в степени изученности проблемы определена актуальность и направление настоящих исследований.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИС-СЛЕДОВАНИЙ

Наши полевые исследования проводились маршрутным методом со случайным заложением пробных площадей в течение 2000-2008 гг.

Пробные площади прямоугольной формы, имеющие соотноше-ние сторон 1:4 (1,0 м х 0,25 м), (Грейг-Смит, 1967) закладывались методом случайного разброса поперек выбранного маршрута в пределах глазомерно определенных однородных участков (Понятовская, 1964). Целью заложения пробных площадок в наших исследованиях являлось определение присутствия видов изучаемых растительных семейств в пределах того или иного фитоценоза.

Число пробных площадок в каждом типе растительных сообществ в среднем составило от 50 до 70, причем исследованию подвергались однотипные фитоценозы в различных районах Ульяновской области. Принадлежность различных видов растений к той или иной жизненной форме определялась по их морфологическим признакам и продолжительности жизненного цикла.

В качестве объектов изучения формации дуба черешчатого были избраны ассоциации дубравы снытево-осоковой в Мелекесском районе; дубравы осоково-снытевой в Ульяновском районе; дубравы ландышевой в Теренгульском районе.

При исследовании формации сосны обыкновенной наблюдения проводили в ассоциациях бора-брусничника в Барышском районе; бора-черничника в Кузоватовском районе; бора-беломошника в Инзенском районе.

Наблюдения в степных ассоциациях осуществлялись в Мелекесском и Сенгилеевском районах с временным интервалом равным двум годам.

Луговая растительность изучалась в поймах рек Свияги, Барыш, Черемшан также с двулетним временным интервалом.

Изучение рудеральной флоры проводилось в пределах города Ульяновска и его окрестностей.

Наблюдения за растениями вышеуказанных фитоценозов проводились трижды в течение вегетационного периода в пору цветения различных групп растений.

В камеральных условиях был проведен анализ флористи-ческого состава изучаемых фитоценозов с использованием литературных источников.

Корреляционное соответствие между видовым составом семейства и типом фитоценоза, и корреляционное соотношение между видовым составом семейства и спектром его жизненных форм подтверждено статистическим анализом с использованием критерия Пирсона (Лакин Г.Ф., 1990) и отражено в приложениях 1,2.

ГЛАВА 3. АДАПТИРОВАННОСТЬ РАСТИТЕЛЬНЫХ СЕМЕЙСТВ - ЦЕНОЗООБРАЗОВАТЕЛЕЙ В ПРЕДЕЛАХ КАЖДОГО ИЗ ИЗУЧАЕМЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ СРЕДНЕГО ПО-ВОЛЖЬЯ

3.1. Обоснование формулы коэффициента экологической пластичности, как количественного показателя адаптированности растительных семейств к условиям обитания

При характеристике устойчивости растительного покрова, как локальных природных комплексов, так и различных природных зон ранее использовались такие количественные показатели, как: индекс видового разнообразия Симпсона и биоморфологические спектры К.Раункиера. Использование каждого из названных критериев в отдельности не в полной мере определяет устойчивость растительного семейства к условиям обитания. Поэтому для более достоверного определения экологической пластичности растительных семейств к условиям местообитания нами предложена формула коэффициента экологической пластичности, в которой диалектически объединены показатели видового и биоморфологического разнообразия семейств:

КЭП = , где,

КЭП - коэффициент экологической пластичности семейства;

V1 - индекс видового разнообразия семейства;

V2 - индекс биоморфологического разнообразия семейства;

(по Симпсону)

Коэффициент экологической пластичности изменяется в пределах от 0 до 1.

3.2. Видовой и биоморфологический состав семейств-ценозообразователей в изучаемых фитоценозах Среднего Повол-жья

Различия видовой и биоморфологический структуры, а также экологической пластичности (КЭП) семейств-ценозообразователей отражены в ниже приведенных главах.

3.2.1. Видовой состав семейств-ценозообразователей в изучаемых фитоценозах Среднего Поволжья

Количественное соотношение видов изучаемых растительных семейств по отдельным фитоценозам отражено в ниже приведенной таблице 1, из которой очевидно, что:

1. Степные, луговые и рудеральные сообщества как наиболее эволюционно молодые и экологически пластичные отличаются богатством видового состава в сравнении с лесными эволюционно более древними фитоценозами. Наиболее многочисленны в изучаемых растительных сообществах семейства сложноцветные, злаковые, бобовые и, крестоцветные.

Таблица 1. Соотношение числа видов семейств - ценозообразователей по типам фитоценозов

Тип фитоценоза, семейство	Дубравы	Сосновые леса	Степи	Луга	Рудеральная флора	Всего
Сложноцветные	7	4	51	55	42	159
Злаковые	10	1	36	37	17	101
Бобовые	6	1	20	28	8	63
Крестоцветные	4	0	20	15	25	64
Гвоздичные	4	0	21	21	15	61
Осоковые	10	2	3	16	0	31
Розоцветные	6	4	9	23	2	44
Губоцветные	4	1	19	19	11	54
Норичниковые	3	6	11	26	2	48
Зонтичные	4	1	7	18	4	34
Всего	58	20	197	258	126	659



2. При сравнении видового состава сосновых и широколиственных лесов прослеживается большее видовое разнообразие дубрав, как эволюционно более древних сообществ, в сравнении с сосновыми лесами - эволюционно более молодыми.

3.2.2. Биоморфологический состав семейств-ценозообразователей в изучаемых фитоценозах Среднего Поволжья

Спектры жизненных форм растений индивидуальны для каждого семейства.

Большая часть видов семейства сложноцветных сосредоточены в степных, луговых и рудеральных сообществах, где они представлены преимущественно в форме гемикриптофитов (46 в степях и 39 в лугах) и терофитов (в лугах 11, в рудеральной флоре 31).

Криптофиты и хамефиты в составе природных комплексов Среднего Поволжья немногочисленны, поскольку данные жизненные формы в умеренных широтах недостаточно сформированы и занимают незначительное число экологических ниш.

В отношении криптофитов и хамефитов данное утверждение справедливо и для остальных изучаемых семейств-ценозообразователей, поскольку данные жизненные формы выполняют подчиненную функцию в составе всех рассматриваемых в данной работе фитоценозов.

В семействе злаковые большая часть видов представлена гемикриптофитами (в степях 25, в лугах 24) и терофитами (в степях 6, в лугах 8, в рудеральной флоре 14). В дубравах на долю гемикриптофитов приходится 8 видов. Криптофиты встречаются эпизодически во всех рассматриваемых фитоценозах: от 1 в сосновых лесах до 5 видов соответственно в степных и луговых сообществах.

Семейство бобовые представлено всеми пятью жизненными формами. Однако преобладающими жизненными формами являются гемикриптофиты и терофиты, представленные большей частью в степных (7) и луговых (21) сообществах. Кроме того, в степях данное семейство присутствует в форме фанерофитов (6) и хамефитов (6). Криптофиты встречаются чаще в лесных (в дубравах 2, в сосновых лесах 1) и луговых (1) сообществах.

В составе семейства крестоцветные господствующая роль и ценозообразующее значение в составе дубрав (2) рудеральных (23), степных (12) и луговых (8) сообществ принадлежит терофитам. В дубравах данное семейство представлено криптофитами (2). Кроме того данное семейство представлено гемикриптофитами в составе степных (7), луговых (7) и рудеральных (2) фитоценозов.

В луговых и рудеральных сообществах большинство видов семейства гвоздичные представлено гемикриптофитами (в луговых 17, в рудеральных 5) и терофитами (в лугах 3, в рудеральной флоре 9), а в дубравах и степях - хамефитами (в дубравах 2, в степях 3) и гемикриптофитами (в дубравах 1, в степях 16).

Семейство осоковые в основном представлено гемикриптофитами, большая часть которых является обитателями лугов (16) и дубрав (6). Незначительное число гемикриптофитов встречается в сосновых лесах (2) и степях (3). В форме криптофитов осоковые встречаются в дубравах (4) и на лугах (1). В составе рудеральной флоры данное семейство не отмечено.

Для розоцветных характерным является присутствие основной части растений в форме гемикриптофитов и фанерофитов, которые наиболее широко представлены в дубравах (фанерофитов 11, гемикриптофитов 1) и степных (фанерофиты 6, гемикриптофиты 4) сообществах. Кроме того, в дубравах и на лугах в небольших количествах присутствуют хамефиты (1 в дубравах и 1 на лугах). Гемикриптофиты единственная жизненная форма, представляющая семейство розоцветные в составе рудеральной флоры (2).

Семейство губоцветные отличается присутствием в составе лугов, степей, рудеральной флоры и дубрав в форме гемикриптофитов и терофитов (в дубравах 2 гемикриптофита, 2 терофита; в лугах 2 терофита и 15 гемикриптофитов; в степях 1 терофит и 10 гемикриптофитов; в рудеральной флоре 4 гемикриптофита и 7 терофитов). Кроме того, степные (8), в большей степени и луговые (2) ассоциации в меньшей - отличаются наличием растений данного семейства в форме хамефитов. Представители семейства губоцветных в составе сосновых лесов присутствуют в одной единственной форме - гемикриптофиты (1).

Семейство норичниковые обладают наиболее богатым биоморфологическим разнообразием в степях и лугах. Здесь растения представлены четырьмя из пяти изучаемых жизненных форм (терофиты: в степях 4, в лугах 11; криптофиты: в степях 2, в лугах 9; гемикриптофиты в степях и лугах по 9 видов; хамефиты: в степях 1, в лугах 2). Далее в порядке убывания идут дубравы, характеризующиеся присутствием растений в форме гемикриптофитов (1), криптофитов (1) и терофитов (1), затем сосновые леса и рудеральная флора. В обоих последних фитоценозах растения представлены в виде двух жизненных форм: сосновые леса - терофитов (5) и хамефитов (1); рудеральная флора - гемикриптофитов (1) и терофитов (1).

Семейство зонтичные наиболее широко представлено в луговых сообществах тремя жизненными формами: терофитами (4), криптофитами (2) и наиболее преобладающими гемикриптофитами (12). В степях и дубравах биоморфологическое разнообразие данного семейства ниже. Здесь зонтичные присутствуют в составе двух жизненных форм - гемикриптофитов (3) и криптофитов (1) в дубравах, а в степях - гемикриптофитов (6) и терофитов (1). Сосновые леса и рудеральная флора располагают одной жизненной формой данного семейства: первые - гемикриптофитами (1), вторая - терофитами (4).

3.3. Экологическая пластичность семейств-ценозообразователей в пределах изучаемых фитоценозах Среднего Поволжья

Для характеристики экологической пластичности растительных семейств, доминирующих в составе наиболее широко распространенных фитоценозов Среднего Поволжья нами были избраны следующие типы растительных сообществ: дубравы, сосновые леса, степные, луговые и рудеральные.

В пределах каждого из выше названных фитоценозов нами были определены коэффициенты экологической пластичности растительных семейств, численно преобладающих во всех изучаемых природных комплексах.

3.3.1. Экологическая пластичность семейств-ценозообразователей в составе дубрав Среднего Поволжья

Используя количественное соотношение видов и жизненных форм, формирующих каждое семейство нами были определены коэффициенты экологической пластичности для каждого семейства в отдельности применительно ко всем изучаемым фитоценозам в отдельности.

Таблица 2. Значение КЭП семейств-ценозообразователей в дубравах

Семейство	Сложноцветные	Злаковые	Бобовые	Крестоцветные	Гвоздичные	Осоковые	Розоцветные	Губо-цветные	Норичниковые	Зонтичные
КЭП	0	0,54	0,57	0,61	0,53	0,65	0,64	0,62	0,67	0,52

Исходя из соотношения коэффициентов экологической пластичности можно сделать следующие выводы:

1. Семейство сложноцветные в составе дубрав имеет КЭП=0. Это указывает на то, что представители данного семейства появились в составе дубрав сравнительно недавно, еще недостаточно к ним адаптированы и поэтому представлены только одной жизненной формой (гемикриптофиты). Виды, относящиеся к другим жизненным формам еще не смогли сформировать свои экологические ниши.

2. Поскольку коэффициенты экологической пластичности у остальных девяти изучаемых семейств отличаются между собой незначительно (значение КЭП варьируют от 0,52 до 0,67) их адаптивные возможности можно оценить как средние, не слишком отличающиеся друг от друга. В случае радикальных изменений климатических параметров или усиления антропогенного воздействия на природные системы широколиственные леса не смогут адаптироваться к принципиально изменившимся условиям среды жизни.

3.3.2. Экологическая пластичность семейств-ценозообразователей в составе сосновых лесов Среднего Поволжья

Таблица 3. Значение КЭП семейств-ценозообразователей в сосновых лесах

Семейство	Сложноцветные	Злаковые	Бобовые	Крестоцветные	Гвоздичные	Осоковые	Розоцветные	Губоцветные	Норичниковые	Зонтичные
КЭП	0	0	0	-	-	0	0,54	0	0,77	0

Исходя из соотношения коэффициентов экологической пластичности можно сделать следующие выводы:

1. Наиболее многочисленными семействами, входящими в состав сосновых лесов и обладающими наиболее высокими показателями коэффициента экологической пластичности (КЭП) являются семейства розоцветные и норичниковые, как наиболее соответствующие экологическим условиям среды жизни. Соответственно у семейства розоцветные КЭП равен 0,54, а у семейства норичниковые - 0,77.

2. Отсутствие видов, представляющих семейства крестоцветные и гвоздичные свидетельствует: либо о несоответствии адаптивных возможностей данных семейств условиям существования в составе сосновых ассоциаций; либо, учитывая эволюционную молодость сосновых фитоценозов данные семейства просто не успели сформировать в них свои экологические ниши.

3. Семейства сложноцветные, злаковые, бобовые, осоковые, губоцветные и зонтичные отличаются низкими адаптивными возможностями в составе сосновых ассоциаций (КЭП =0), ввиду того, что все они представлены одной жизненной формой, а именно: семейство сложноцветные (кошачья лапка двудомная, цмин песчаный, ястребинки зонтичная и волосистовидная) являются гемикриптофитами; семейство злаковые образовано одной жизненной формой - криптофиты (вейник тростниковидный); в состав семейства бобовые вошла одна жизненная форма - криптофиты (вика кашубская); жизненная форма гемикриптофиты представляет семейство осоковые (осоки колхидская и шаровидная); семейства губоцветные (змееголовник Рюйша) и зонтичные (лазурник трехлопастный) оба представлены одной жизненной формой - гемикриптофитами.

4. В целом, сосновые леса, обладающие небольшим флористическим разнообразием и неполным спектром растительных жизненных форм, не отличаются высокими адаптивными возможностями относительно постоянно меняющихся условий среды жизни, что характерно для эволюционно молодых фитоценозов.

3.3.3. Экологическая пластичность семейств-ценозообразователей в составе степей Среднего Поволжья

Таблица 4. Значение КЭП семейств-ценозообразователей в степях

Семейство	Сложноцветные	Злаковые	Бобовые	Крестоцветные	Гвоздичные	Осоковые	Розоцветные	Губоцветные	Норичниковые	Зонтичные
КЭП	0,98	0,56	0,81	0,70	0,65	0	0,67	0,55	0,65	0,46

Исходя из соотношения коэффициентов экологической пластичности можно сделать следующие выводы:

1. Наиболее высоким коэффициентом экологической пластичности (КЭП=0,98) обладает семейство сложноцветные, доминирующее в растительном покрове степных фитоценозов.

2. Субдоминантами растительного покрова степей выступают представители семейств злаковых и бобовых. Семейство злаковые имеет КЭП = 0,56.У семейства бобовые КЭП=0,81 выше, чем у семейства злаковые за счет более равномерного распределения видов растений по жизненным формам, что делает семейство экологически более пластичным.

3. Кроме семейств злаковых и бобовых к числу субдоминантов можно отнести также семейства крестоцветные и розоцветные, имеющие соответственно коэффициенты экологической пластичности 0,70 у крестоцветных и 0,67 у розоцветных.

4. В составе степного фитоценоза не присутствует семейство осоковые, как не характерное для существования в данных условиях.

5. Остальные экологические ниши в степных сообществах более или менее равномерно распределены между следующими семействами: гвоздичные - КЭП=0,65, норичниковые - КЭП=0,65, губоцветные - КЭП=0,55, зонтичные - КЭП=0,46.

6. В сравнении с сосновыми и широколиственными лесами степные сообщества отличаются более высокими показателями коэффициента экологической пластичности, что свидетельствует об их высоких адаптивных возможностях относительно непрерывно меняющихся параметров окружающей среды жизни, но не способных противостоять техногенному воздействию человека.

3.3.4. Экологическая пластичность семейств-ценозообразователей в составе лугов Среднего Поволжья.

Таблица 5. Значение КЭП семейств-ценозообразователей в лугах

Семейство	Сложноцветные	Злаковые	Бобовые	Крестоцветные	Гвоздичные	Осоковые	Розоцветные	Губоцветные	Норичниковые	Зонтичные
КЭП	0,88	0,46	0,84	0,71	0,80	0,92	0,88	0,79	0,87	0,72

Исходя из соотношения коэффициентов экологической пластичности можно сделать следующие выводы:

1. Доминантами в составе лугов выступают семейства сложноцветные, злаковые и бобовые. Семейство сложноцветные имеет КЭП=0,88, далее по численности и значимости выступают семейства злаковые (КЭП=0,46) и бобовые (КЭП=0,84).

2. Виды остальных изучаемых семейств, присутствующих в составе луговых сообществ отличаются незначительным разбросом показателей коэффициента экологической пластичности (семейство крестоцветные - КЭП=0,71, семейство гвоздичные - КЭП=0,80, семейство розоцветные - КЭП = 0,88; семейство губоцветные - КЭП=0,79, семейство норичниковые - КЭП=0,87, семейство зонтичные - КЭП = 0,72).

3. Высоким значением КЭП=0,92 отличается семейство осоковые, биологические особенности которого в наибольшей степени соответствуют условиям обитания на заливных и пойменных лугах.

4. На основании проведенного анализа луговой растительности можно говорить о высокой экологической пластичности данного типа фитоценоза. В связи с изменением климата, значительным антропогенным зарегулированиием водного стока и распашкой лугов, площади естественных луговых угодий неуклонно сокращаются. Устойчивые относительно изменений климатических и других природных факторов луговые фитоценозы оказались бессильными перед все возрастающим антропогенным прессингом

3.3.5. Экологическая пластичность семейств-ценозообразователей в составе рудеральной флоры Среднего Поволжья

Таблица 6. Значение КЭП семейств-ценозообразователей в рудеральной флоре

Семейство	Сложноцветные	Злаковые	Бобовые	Крестоцветные	Гвоздичные	Осоковые	Розоцветные	Губоцветные	Норичниковые	Зонтичные
КЭП	0,86	0,79	0	0,95	0,65	-	0	0,68	0,5	0

Исходя из соотношения коэффициентов экологической пластичности можно сделать следующие выводы:

1. Доминантами в составе рудеральной флоры выступают семейства крестоцветные (КЭП=0,95), сложноцветные (КЭП=0,86) и злаковые (КЭП=0,79).

2. Семейства гвоздичные (КЭП=0,65) и губоцветные (КЭП=0,68) можно отнести к субдоминантам рудеральной флоры.

3. Семейство норичниковые имеет КЭП=0,50 а, следовательно, будут иметь неплохие адаптивные возможности в случае изменения условий существования.

4. Семейство осоковые в составе рудеральной флоры практически отсутствует, ввиду несоответствия его экологическим требованиям условий обитания рудеральной флоры.

5. Семейства бобовые, розоцветные и зонтичные отличаются очень слабыми адаптивными возможностями, их КЭП=0. Можно предположить, что причиной столь бедного видового и биоморфологического присутствия выше названных семейств может быть нехватка времени для формирования ими экологических ниш в составе рудеральной флоры.

6. В целом рудеральная флора достаточно богата видами. Девять рассматриваемых в данной работе семейств, представлены ста двадцатью восемью видами, из которых на долю терофитов приходится львиная доля - девяносто девять видов. Такое преимущественное присутствие в составе рудеральной флоры растений с коротким жизненным циклом объясняется их способностью быстро обновлять популяционный генофонд, что повышает их адаптивные возможности в условиях все возрастающей синантропизации среды жизни.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ КОЭФФИЦИЕНТА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ СЕМЕЙСТВ ? ЦЕНОЗООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ОТНОСИТЕЛЬНО ИЗУЧАЕМЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Коэффициент экологической пластичности характеризует как приуроченность растительного семейства к тому или иному фитоценозу, так и особенности его эволюции в процессе освоения новых территорий и формирования новых экологических ниш в составе различных растительных сообществ. Максимальные значения КЭП семейство имеет в тех типах фитоценозов, в которых оно возникло и сформировалось, минимальное - в растительных сообществах, где оно появилось сравнительно недавно.

Результаты наших исследований отражены ниже.

Семейство сложноцветные: степные сообщества - КЭП = 0,98; луговые сообщества - КЭП = 0.88; рудеральные сообщества - КЭП = 0,86; дубравы - КЭП = 0; сосновые леса - КЭП = 0.

Ранг фитоценоза: 1 - дубравы; 2 - сосновые леса; 3 - степи; 4 - луга; 5 - рудеральная флора.

Рис. 1. График КЭП сложноцветных в изучаемых фитоценозах.

Полученный спектр коэффициентов экологической пластичности семейства указывает на высокую адаптированность сложноцветных к обитанию на открытых пространствах в составе степных, луговых и рудеральных фитоценозов. Напротив, в составе лесных сообществ растения данного семейства представлены только одной жизненной формой (гемикриптофиты) и небольшим числом видов (7 - в дубравах и 4 - в сосновых лесах). Очевидно, что эволюционно растения семейства сложноцветные хорошо приспособлены к обитанию в составе травянистых сообществ открытых пространств, а в составе лесных фитоценозов они появились сравнительно недавно и еще недостаточно к ним адаптированы.

Семейство злаковые: рудеральные сообщества - КЭП = 0.79; степные сообщества - КЭП = 0.56; дубравы - КЭП = 0.54; луговые сообщества - КЭП = 0.46; сосновые леса - КЭП = 0.



Ранг фитоценоза: 1 - дубравы; 2 - сосновые леса; 3 - степи; 4 - луга; 5 - рудеральная флора.

Рис. 2. График КЭП злаковых в изучаемых фитоценозах.

Спектр коэффициентов экологической пластичности данного семейства указывает на хорошую адаптированность злаков к условиям обитания в составе рудеральных, степных, луговых растительных сообществ на открытых пространствах, а также в составе дубрав. Для сосновых лесов представители данного семейства нетипичны.

Семейство бобовые: луговые сообщества - КЭП = 0.84; степные сообщества - КЭП = 0.81; дубравы - КЭП = 0,57; сосновые леса - КЭП = 0; рудеральные сообщества - КЭП = 0.

Ранг фитоценоза: 1 - дубравы; 2 - сосновые леса; 3 - степи; 4 - луга; 5 - рудеральная флора.

Рис. 3. График КЭП бобовых в изучаемых фитоценозах.

Соотношение коэффициентов экологической пластичности данного семейства указывает на то, что растения семейства бобовых типичны для степных и луговых сообществ. Они также достаточно уверенно чувствуют себя в составе дубрав. В сосновых лесах они малочисленны и представлены одной жизненной формой (криптофиты), а в составе рудеральных сообществ небольшое число видов присутствует в форме терофитов.

Семейство крестоцветные: рудеральные сообщества - КЭП = 0,95; луговые сообщества - КЭП = 0,71; степные сообщества - КЭП = 0,70; дубравы - КЭП = 0,61; сосновые леса - растения данного семейства отсутствуют

Ранг фитоценоза: 1 - дубравы; 2 - сосновые леса; 3 - степи; 4 - луга; 5 - рудеральная флора.

Рис. 4. График КЭП крестоцветных в изучаемых фитоценозах.

Растения данного семейства, судя по коэффициентам экологической пластичности, типичны в составе рудеральных, степных и луговых сообществ, к которым они эволюционно приспособлены. Присутствуют они также в дубравах. Для сосновых лесов крестоцветные нетипичны.

Ранг фитоценоза: 1 - дубравы; 2 - сосновые леса; 3 - степи; 4 - луга; 5 - рудеральная флора.

Рис. 5. График КЭП гвоздичных в изучаемых фитоценозах.



Семейство гвоздичные: луговые сообщества - КЭП = 0,80; степные сообщества - КЭП = 0,65; рудеральные сообщества - КЭП = 0,65; дубравы - КЭП = 0,53; сосновые леса - растения данного семейства отсутствуют.

Растения семейства гвоздичные эволюционно адаптированы к луговым, степным и рудеральным сообществам - обитателям открытых жизненных пространств, кроме того гвоздичные присутствуют в составе дубрав. Для сосновых лесов гвоздичные не характерны.

Семейство осоковые: луговые сообщества - КЭП = 0,92; дубравы - КЭП = 0,65; сосновые леса - КЭП = 0; степные сообщества - КЭП = 0; рудеральные сообщества - осоковые не встречаются.

Ранг фитоценоза: 1 - дубравы; 2 - сосновые леса; 3 - степи; 4 - луга; 5 - рудеральная флора.

Рис. 6. График КЭП осоковых в изучаемых фитоценозах.

Растения семейства осоковые, в большинстве своём обитают на свежих, влажных или сырых почвах, характерных для лугов и дубрав. Для степных, рудеральных сообществ и сосновых лесов осоковые не характерны, что подтверждает спектр коэффициентов экологической пластичности.

Семейство розоцветные: луговые сообщества - КЭП = 0,88; степные сообщества - КЭП = 0,67; дубравы - КЭП = 0,64; сосновые леса - КЭП = 0,54; рудеральные сообщества - КЭП = 0.



Ранг фитоценоза: 1 - дубравы; 2 - сосновые леса; 3 - степи; 4 - луга; 5 - рудеральная флора.

Рис. 7. График КЭП розоцветных в изучаемых фитоценозах.

Судя по спектру коэффициентов экологической пластичности, растения семейства розоцветные очень пластичны и встречаются в различных растительных сообществах, однако для рудеральной растительности они не типичны.

Семейство губоцветные: луговые сообщества - КЭП = 0,79; рудеральные сообщества - КЭП = 0.68; дубравы - КЭП = 0,62; степные сообщества - КЭП = 0,55; сосновые леса - КЭП = 0.

Ранг фитоценоза: 1 - дубравы; 2 - сосновые леса; 3 - степи; 4 - луга; 5 - рудеральная флора.

Рис. 8. График КЭП губоцветных в изучаемых фитоценозах.

Соотношение коэффициентов экологической пластичности показывает, что растения семейства губоцветные характерны для луговых, степных и рудеральных сообществ, а также адаптированы к широколиственным лесам. В сосновых лесах губоцветные встречаются редко.

Семейство норичниковые: луговые сообщества - КЭП = 0,87; сосновые леса - КЭП = 0.77; дубравы - КЭП = 0,67; степные сообщества - КЭП = 0,65; рудеральные сообщества - КЭП = 0,50.

Ранг фитоценоза: 1 - дубравы; 2 - сосновые леса; 3 - степи; 4 - луга; 5 - рудеральная флора.

Рис. 9. График КЭП норичниковых в изучаемых фитоценозах.

Растения семейства норичниковые представлены во всех рассматриваемых фитоценозах, что свидетельствует об их высокой экологической пластичности.

Семейство зонтичные: луговые сообщества - КЭП = 0,72; дубравы - КЭП = 0,52; степные сообщества - КЭП = 0,46; сосновые леса - КЭП = 0; рудеральные сообщества - КЭП = 0.

Соотношение коэффициентов экологической пластичности свидетельствует о достаточно высокой экологической адаптированности растений семейства зонтичные к различным условиям обитания. Не типичны они лишь для сосновых лесов и рудеральной растительности.

Исходя из полученных результатов можно сделать вывод, что величина коэффициента экологической пластичности (КЭП), а, следовательно, и адаптированность семейств к условиям жизни, зависит от видового разнообразия семейства, от широты спектра его жизненных форм и от равномерности распределения различных видов растений по жизненным формам. При уменьшении разнообразия видов или жизненных форм до одного (одной) коэффициент экологической пластичности уменьшается до нуля.

Ранг фитоценоза: 1 - дубравы; 2 - сосновые леса; 3 - степи; 4 - луга; 5 - рудеральная флора.

Рис. 10. График КЭП зонтичных в изучаемых фитоценозах.

ГЛАВА 5. ПОКАЗАТЕЛИ КОЭФФИЦИЕНТА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ ИЗУЧАЕМЫХ СЕМЕЙСТВ - ЦЕНОЗООБРАЗОВАТЕЛЕЙ В МАСШТАБЕ СРЕДНЕВОЛЖСКОГО РЕГИОНА

Результаты анализа экологической пластичности растительного покрова Средневолжского региона приведены ниже.

1. Семейство Сложноцветные включает 159 видов.

Распределение по жизненным формам: хамефиты - 2; гемикриптофиты - 105; криптофиты - 9; терофиты - 43. Коэффициент экологической пластичности (КЭП) = 0.66.

2. Семейство Злаковые включает 101 вид.

Распределение по жизненным формам: гемикриптофиты - 58; криптофиты - 15; терофиты - 28. Коэффициент экологической пластичности (КЭП) = 0.75.

3. Семейство Бобовые включает 63 вида.

Распределение по жизненным формам: фанерофиты - 6; хамефиты - 6; гемикриптофиты - 32; криптофиты - 4; терофиты - 15. Коэффициент экологической пластичности (КЭП) = 0.81.

4. Семейство Крестоцветные включает 64 вида.

Распределение по жизненным формам: хамефиты - 1; гемикрипто-фиты - 16; криптофиты - 2; терофиты - 45. Коэффициент экологической пластичности (КЭП) = 0.66.

5. Семейство Гвоздичные включает 58 видов.

Распределение по жизненным формам: хамефиты - 7; гемикриптофиты - 36; терофиты - 15. Коэффициент экологической пластичности (КЭП) = 0.73.

6. Семейство Осоковые включает 31 вид.

Распределение по жизненным формам: гемикриптофиты - 26; криптофиты - 5. Коэффициент экологической пластичности (КЭП) = 0,50.

7. Семейство Розоцветные включает 42 вида.

Распределение по жизненным формам: фанерофиты - 12; хамефиты - 2; гемикриптофиты - 28. Коэффициент экологической пластичности (КЭП) = 0,68.

8. Семейство Губоцветные включает 54 вида.

Распределение по жизненным формам: хамефиты - 10; гемикриптофиты - 32; терофиты - 12. Коэффициент экологической пластичности (КЭП) = 0,74.

9. Семейство Норичниковые включает 48 видов.

Распределение по жизненным формам: хамефиты - 4; гемикриптофиты - 10; криптофиты - 12; терофиты - 22. Коэффициент экологической пластичности (КЭП) = 0,72.

10. Семейство Зонтичные включает 34 вида.

Распределение по жизненным формам: гемикриптофиты - 22; криптофиты - 3; терофиты - 9. Коэффициент экологической пластичности (КЭП) = 0,70.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты исследований показывают, что все десять семейств-ценозообразователей (сложноцветные, злаковые, бобовые, крестоцветные, гвоздичные, осоковые, розоцветные, губоцветные, норичниковые, зонтичные) по своим экологическим и биоморфологическим характеристикам достаточно полно соответствуют условиям существования в Средневолжском регионе.

Об этом свидетельствуют:

- во-первых, достаточно высокое видовое разнообразие исследуемых семейств, от тридцати одного вида, представляющих семейство осоковые, до ста пятидесяти девяти видов семейства сложноцветные;

- во-вторых, представители всех изучаемых семейств обнаруживают высокое биоморфологическое разнообразие в различных типах фитоценозов, от двух до пяти жизненных форм в зависимости от особенностей растительного сообщества;

- в-третьих, на базе значительного видового разнообразия и широкого спектра жизненных форм у представителей рассмотренных нами семейств формируются достаточно высокие показатели экологической пластичности. Значения коэффициента экологической пластичности (КЭП) колеблются на уровне Средневолжского региона от 0,5 у семейства осоковые до 0,81 у представителей семейства бобовые.

Относительно молодые в эволюционном отношении степные, луговые и рудеральные сообщества отличаются богатым видовым и биоморфологическим разнообразием, что обусловлено сравнительной нестабильностью условий их существования, а также наличием спектра еще не сформированных экологических ниш в пределах выше названных фитоценозов.

Лесные сообщества являясь более древними в эволюционном отношении образованиями в сравнении с травянистыми ассоциациями отличаются меньшим видовым и биоморфологическим разнообразием. При этом, сосновые леса, как более молодые, имеют в своем составе меньшее число видов и жизненных форм растений в сравнении с широколиственными.

Результаты исследований обнаруживают преобладание среди различных семейств-ценозообразователей на региональном уровне гемикриптофитов, как наиболее приспособленной к условиям существования в средних широтах жизненной формы. Кроме того выявлена тенденция возрастания доли терофитов в растительных сообществах, особенно в составе рудеральной флоры, как отражение возрастания экстремальности среды их обитания.

В современной непростой экологической ситуации очень важно правильно оценить экологическую пластичность растений, принадлежащих различным семействам, их адаптированность к тем или иным условиям среды жизни, как естественной, так и антропогенно преобразованной. Это необходимо, как в целях сохранения естественных природных сообществ, так и в случае создания искусственных фитоценозов различного функционального назначения.

На основании вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. Коэффициент экологической пластичности растительного семейства определяется по следующей формуле:



КЭП = , где,

V1 - индекс видового разнообразия семейства;

V2 - индекс разнообразия жизненных форм семейства;

Индекс разнообразия:

(по Симпсону)

Предложенная нами формула показывает зависимость экологической пластичности растительного семейства от его видового и биоморфологического разнообразия и от равномерности распределения видов растений по жизненным формам. Чем равномернее распределены виды по жизненным формам, тем выше значение коэффициента экологической пластичности, а стало быть, и адаптивные возможности семейства.

2. Настоящий коэффициент можно использовать как показатель адаптационного потенциала не только отдельных растительных семейств, но и фитоценозов более высокого ранга (лесных, степных, луговых, болотных и иных сообществ).

3. Каждое растительное семейство имеет свой индивидуальный коэффициент экологической пластичности относительно того или иного фитоценоза, указывая на приуроченность данного семейства или его адаптивные возможности к конкретным условиям существования.

4. При изменении экологических параметров среды жизни, в первую очередь гидротермического режима биотопа, коэффициент экологической пластичности также примет другие значения, вследствии изменения видовой и биоморфологической структуры семейства.

5. При рассмотрении спектра коэффициентов экологической пластичности изучаемых растительных семейств на уровне Средневолжского региона можно обнаружить их достаточно высокую степень приуроченности к данным ландшафтным и почвенно-климатическим условиям.

6. Наиболее высокими значениями коэффициентов экологической пластичности располагают семейства, отличающиеся большим видовым и биоморфологическим разнообразием в сочетании с равномерным распределением видов по жизненным формам.



СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Костин, В.И. Анализ экологической пластичности растительных семейств-ценозообразователей Поволжского региона/ В.И. Костин, Н.И. Колбасова // Известия ОГАУ № 3 «23». - Оренбург, 2009. - С. 202-205.

2. Костин, В.И. Определение экологической пластичности растительных семейств во флоре Ульяновской области / В.И. Костин, Н.И. Колбасова, А.Д. Воецкий // Сборник материалов Международной научно-практической конференции, посвященной памяти профессора Александра Федоровича Блинохватова. - Пенза, 2008. - С. 156-158.

3. Колбасова, Н.И. Коэффициент экологической пластичности как показатель адаптированности растительного семейства к условиям обитания / Н.И. Колбасова // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию образования Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии. - Волгоград, 2009 - С. 31-38.

4. Воецкий, А.Д. Анализ адаптивных возможностей растительных се-мейств-ценозообразователей в различных типах фитоценозов Среднего Поволжья / А.Д. Воецкий, Н.И. Колбасова // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию доктора с.-х. наук, профессора, Заслуженного работника высшей школы РФ, Владимира Ильича Костина. - Ульяновск, 2009. - С 27-30.

5. Воецкий, А.Д. Изучение особенностей распределения числа видов растений семейств-ценозообразователей в наиболее типичных фитоценозах Среднего Поволжья / А.Д. Воецкий, Н.И. Колбасова // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию доктора с.-х. наук, профессора, Заслуженного работника высшей школы РФ, Владимира Ильича Костина. - Ульяновск, 2009. - С 31-32.

6. Колбасова, Н.И. Определение спектров жизненных форм семейств-ценозообразователей в растительных сообществах Среднего Поволжья / Н.И. .Колбасова // Ростов-на-Дону, 2009. - С.11-14.

7. Колбасова, Н.И. Сравнение экологической пластичности семейств-ценозообразователей в растительном покрове Среднего Поволжья / Н.И. Колбасова // Ростов-на-Дону, 2009. - С. 14-16.

Размещено на Allbest.ru