Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

ОЦЕНКА НАКОПЛЕНИЯ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕНОПОПУЛЯЦИЯМИ ALISMA PLANTAGO-AQUATICA L. И SAGITTARIA SAGITTIFOLIA L. (СЕМ. ALISMATACEAE VENT. ) В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ РЯДУ ТРОФНОСТИ ОЗЕР

Алябышева Е.А. 1
1 ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет»
Предложен алгоритм определения биологической продуктивности и аккумуляции биогенных элементов как отдельных онтогенетических групп особей, так и ценопопуляций видов в целом. На примере ценопопуляций Alisma plantago-aquatica L. и Sagittaria sagittifolia L. (сем. Alismataceae Vent.) в экологическом ряду трофности озер национального парка «Марий Чодра» проанализировано изменение демографических показателей и определена роль как отдельных онтогенетических групп особей, так и ценопопуляций гелофитов в целом. Показано, что при увеличении антропогенной нагрузки на озерные экосистемы увеличивается их трофность, но уменьшается плотность как отдельных онтогенетических групп особей, так и ценопопуляций в целом. Максимальной способностью аккумулировать азот и фосфор характеризовались ценопопуляции обоих видов, расположенные в окрестностях мезоэвтрофного озера Яльчик. Роль ценопопуляций гелофитов в круговоротах азота и фосфора в прибрежно-водных экосистемах существенна, небольшое преимущество в масштабах накопления азота и фосфора имеют ценопопуляции Alisma plantago-aquatica L.
экологический ряд трофности озер
алгоритм оценки накопления биогенных элементов
ценопопуляции
Sagittaria sagittifolia
Alisma plantago-aquatica
1. Алябышева Е.А., Жукова Л.А., Воскресенская О.Л. Онтогенетический атлас лекарственных растений. Т. 2. – Йошкар-Ола : МарГУ, 2000. – С. 116–130.
2. Воскресенская О.Л., Алябышева Е.А., Половникова М.Г. Большой практикум по биоэкологии. Ч. 1. – Йошкар-Ола, 2006. – 107 с.
3. Дикиева Д.Н., Петрова Н.А. Химический состав макрофагов и факторы, определяющие концентрацию минеральных веществ в высших водных растениях // Гидробиолог. Процессы в водоемах. – Л. : Наука, 1983. – С. 107-213.
4. Кокин К.А. Экология высших водных растений. – М. : МГУ, 1982. – 158 с.
5. Лелекова Е.В. Биоморфология водных и прибрежно-водных семенных растений северо-востока Европейской России : автореф. дис. … канд. биол. наук. – Пермь, 2006. – 21 с.
6. Макрофиты – индикаторы изменений природной среды. – Киев : Наук. думка, 1993. – 435 с.
7. Распопов И.М. Фитомасса и продукция макрофитов Онежского озера // Микробиология и первичная продукция Онежского озера. – Л., 1973. – С. 123–142.
8. Эйнор Л.О. Макрофиты в экологии водоемов. – М., 1992. – 256 с.

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

Местообитания

Онт. группа

Биомасса онт. группы, г/%

Плотность онт. группы шт./м2

ЦП A. plantago-aqiatica

ЦП S. sagittifolia

ЦП A. plantago-aqiatica

ЦП S. sagittifolia

оз. Глухое

j

0,45/0,16

2,24/0,66

0,85

0,80

im

1,83/0,68

3,3/0,97

1,25

0,55

v

26,98/10,11

64,68/19,11

1,90

1,65

g1

143,22/53,70

49,8/23,58

1,55

1,00

g2

86,4/35,35

188,4/55,68

0,60

1,50

Σ ЦП

266,7

338,42

6,20

5,50

оз. Мушан-Ер

im

-

0,9/3,17

-

0,15

v

-

27,44/96,83

-

0,7

Σ ЦП

-

28,34

-

0,85

оз. Яльчик

j

0,43/0,05

0,56/0,08

0,80

0,20

im

6,64/0,86

8,10/1,27

4,55

1,35

v

76,68/9,89

246,96/38,58

5,40

6,30

g1

392,7/50,69

183,54/28,67

4,25

2,30

g2

259,2/38,52

200,96/31,40

1,80

1,60

Σ ЦП

774,75

640,12

17,05

11,75

оз. Кожла-Сола

im

0,146/0,20

-

0,1

-

v

48,99/67,83

-

3,45

-

g1

23,10/31,97

-

0,25

-

Σ ЦП

72,23

-

3,8

-

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

Местообитания

Онт. группа

Азот, мг/ онт. группу/%

Фосфор, мг/ онт. группу/%

ЦП A. plantago-aqiatica

ЦП S. sagittifolia

ЦП A. plantago-aqiatica

ЦП S. sagittifolia

оз. Глухое

j

0,41/0,09

7,17/0,32

0,96/0,21

6,67/0,29

im

2,01/0,11

20,79/0,63

4,06/0,22

3,69/0,11

v

86,34/0,32

459,23/0,71

96,05/0,36

201,80/0,31

g1

687,46/0,48

1691,76/2,12

541,37/0,38

391,82/0,49

g2

432,0/0,50

3786,84/2,01

311,90/0,36

755,48/0,40

Σ ЦП

1208,22/0,45

5965,79/1,76

954,34/0,52

1359,45/0,40

оз. Мушан-Ер

im

-

5,58/0,62

-

2,81/0,31

v

-

249,70/0,91

-

133,36/0,48

Σ ЦП

-

255,28/0,90

-

136,17/0,48

оз. Яльчик

j

2,32/0,54

3,25/0,58

1,33/0,31

2,24/0,40

im

51,79/0,77

69,66/0,86

20,51/0,30

22,5/0,28

v

1196,21/1,56

5680,08/2,30

427,87/0,56

1163,18/0,47

g1

15236,76/3,88

9892,81/5,39

2226,61/0,57

1282,94/0,69

g2

10186,56/3,93

11193,47/5,57

1099,0/0,42

988,72/0,49

Σ ЦП

26673,64/3,44

26839,27/4,19

3775,32/0,49

3459,58/0,54

оз. Кожла-Сола

im

1,40/0,96

-

0,60/0,41

-

v

6036,11/12,32

-

292,96/0,59

-

g1

949,41/4,11

-

141,37/0,61

-

Σ ЦП

6986,86/9,67

-

434,93/0,60

-

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.


Библиографическая ссылка

Алябышева Е.А. ОЦЕНКА НАКОПЛЕНИЯ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕНОПОПУЛЯЦИЯМИ ALISMA PLANTAGO-AQUATICA L. И SAGITTARIA SAGITTIFOLIA L. (СЕМ. ALISMATACEAE VENT. ) В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ РЯДУ ТРОФНОСТИ ОЗЕР // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=8655 (дата обращения: 21.05.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252