Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Введение

В условиях повышающихся антропогенных воздействий все более актуальными становятся проблемы, связанные с сохранением и рациональным использованием биологических ресурсов водоемов, адаптацией водных экосистем к действию трофических факторов. Решение этой проблемы предполагает выяснение адаптационных процессов не только на органно-тканевом и организменном уровнях, но и у отдельных онтогенетических групп и ценопопуляций (ЦП) конкретных видов прибрежно-водных растений в различных экологических условиях [4; 6-8].

Цель исследования – проанализировать накопление биогенных веществ в ЦП двух видов гелофитов в экологическом ряду трофности озер и определить алгоритм оценки продуктивности как отдельных онтогенетических групп особей, так и ЦП видов в целом.

Материал и методы исследования

Исследование проводили на территории национального парка «Марий Чодра» (Республика Марий Эл) в 2009-2012 гг.

Объектами данного исследования явились частуха подорожниковая (Alisma plantago-aquatica L.) и стрелолист обыкновенный (Sagittaria sagittifolia L.) из семейства Частуховые (Alismataceae Vent.). A. plantago-aquatica – травянистый поликарпический летнезеленый вегетативно неподвижный моноцентрический короткокорневищный многолетник с кистевидной корневой системой, полурозеточными ортотропными моноциклическими монокарпическими побегами с погруженными, плавающими, воздушными листьями, брактеозными терминальными метельчатыми соцветиями, и с полной поздней неспециализированной морфологической дезинтеграцией; гемикриптофит. S. sagittifolia – травянистый поликарпик; летнезеленый вегетативно подвижный явнополицентрический столонно-клубневой однолетник вегетативного происхождения с мочковатой корневой системой, среднерозеточным дициклическим анизотропным и полурозеточными моноциклическими ортотропными монокарпическими побегами с погруженными, плавающими и воздушными листьями, терминальными брактеозными соцветиями, и с полной ранней специализированной морфологической дезинтеграцией; геофит [5].

В пределах исследуемых ЦП двух видов гелофитов регулярном способом на трансектах (20 м) закладывали учетные площадки (1 м2), заложение трансект проводили 1 раз в сезон (конец июня - середина июля). Местообитания ЦП A. plantago-aquatica были приурочены к следующему ряду трофности озер: от мезотрофного озера Глухое к мезоэвтрофному озеру Яльчик и эвтрофному озеру Кожла-Сола; ЦП S. sagittifolia: от мезотрофных озер Глухое и Мушан-Ер к мезоэвтрофному озеру Яльчик.

Растения выкапывали, определяли онтогенетическое состояние особей [1], оценивали содержание общего азота и фосфора в вегетативных органах [2].

Результаты исследования и их обсуждение

В работе описывается алгоритм оценки продуктивности и накопления биогенных элементов как отдельными онтогенетическими группами особей, так и ЦП модельных видов в целом, который включает: 1) определение содержания общего азота и фосфора в растительном материале особей разных онтогенетических групп; 2) анализ демографических показателей отдельных онтогенетических групп особей и ЦП видов в целом (биомасса, плотность); 3) определение биоаккумулятивных способностей отдельных онтогенетических групп особей и ЦП видов в целом; 4) оценка роли отдельных онтогенетических групп особей и ЦП видов в малых круговоротах биогенных элементов.

В исследованных прибрежно-водных фитоценозах ЦП изученных видов выступают, главным образом, в роли содоминантов. По имеющимся литературным данным [3] и нашим исследованиям, на их долю приходится от 0,19 до 7,38% от общей биомассы фитоценозов. Биологическая продуктивность ЦП A. plantago-aquatica колеблется в широких пределах от 36,1 до 387,4 кг/га, а в ЦП S. sagittifolia - от 14,2 до 320,1 кг/га.

В ходе исследований было установлено, что в исследуемых ЦП видов ведущая роль принадлежит виргинильным (v), молодым (g1) и средневозрастным (g2) генеративным растениям в ЦП A. plantago-aquatica и первых двух групп – в ЦП S. sagittifolia (табл. 1, рис. 1).

Таблица 1 – Анализ биологической продуктивности отдельных онтогенетических групп особей в ЦП гелофитов

Рисунок 1 – Доля биомассы онтогенетических групп (%) в фитомассе ЦП: А – S. sagittifolia; Б - A. plantago-aquatica; m – фитомасса ЦП

В то же время функционирование ЦП гелофитов и их роль в прибрежно-водных экосистемах выражается не только в создании фитомассы как источника пищи и энергии для гидробионтов, но и в накоплении и перераспределении биогенных элементов. Размеры аккумуляции элементов в растительных тканях и освобождение их из живой и разлагающейся фитомассы характеризует динамику биогенных циклов и подвижность отдельных элементов в биотопах [3; 7].

Проведенные нами расчеты показали, что ЦП A. plantago-aquatica аккумулируют от 0,6 до 13,3 кг/га азота и от 0,1 до 1,9 кг/га фосфора в биомассе надземных и подземных органов растений. Для ЦП S. sagittifolia эти параметры соответственно равны: 0,1–3,4 кг/га азота и 0,06–1 кг/га фосфора (табл. 2, рис. 2).

В экологическом ряду трофности озер отмечена тенденция увеличения доли содержания азота в биомассе ЦП изученных видов от мезотрофных озер Мушан-Ер и Глухое к мезоэвтрофному озеру Яльчик. Менее явно эта закономерность прослеживается в отношении процентного содержания фосфора. Максимальный вклад в круговорот азота в прибрежно-водных экосистемах вносит ЦП S. sagittifolia на озере Яльчик, а в круговорот фосфора – ЦП A. plantago-aquatica на озере Кожла-Сола.

Таблица 2 – Аккумулирование биогенных элементов отдельными онтогенетическими группами особей

Рисунок 2 – Доля содержания азота и фосфора (%) в ЦП: А – Sagittaria sagittifolia L.; Б - Alisma plantago-aquatica L.

Заключение

Таким образом, поведение ЦП изученных видов в малых круговоротах биогенных элементов достаточно сходно, хотя небольшое преимущество в масштабах накопления азота и фосфора имеют ЦП A. plantago-aquatica. В то же время S. sagittifolia часто заканчивает свой онтогенез в течение одного сезона, в результате отмирания и разложения растений азот и фосфор ежегодно включаются в малые круговороты веществ, протекающие в прибрежно-водных экосистемах. Следовательно, скорость оборота химических элементов в ЦП S. sagittifolia (эксплерент) значительно выше, чем у A. plantago-aquatica (патиент). Несмотря на ограниченность подобной информации в популяционной биологии гелофитов наши исследования позволили установить, что ЦП изученных видов вносят реальный вклад в биогенные круговороты прибрежно-водных экосистем.

Исследование выполнено при поддержке ФЦП № 14.B37.21.1111 «Экологические аспекты функционального состояния растений в условиях городской среды», НИР № 5.8479.2013 «Экологический мониторинг и прогнозирование состояния урбанизированных и природных популяций растений».

Рецензенты:

Воскресенская О.Л., доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет», г. Йошкар-Ола.

Винокурова Р.И., доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.