Экология растений. Этология. Растение и окружающая среда

Закономерности варьирования усредненных эколого-морфологических признаков растений показывают, что при увеличении влажности и богатства почвы усиливается роль растений с более эффективным фотосинтезом, высокой удельной листовой поверхностью и большой удельной длиной корней. Однако, внутривидовое варьирование этих признаков не всегда соответствует межвидовому.

Возраст первого цветения (ВПЦ) у травянистых растений имеет большое биологическое значение как показатель скорости онтогенеза и может различаться у растений разных эколого-ценотических стратегий. Изучение ВПЦ альпийских малолетников проводили в Карачаево-Черкесской республике на горе Малая Хатипара на высоте 2800 м над ур. моря. По результатам шестилетнего мониторинга было установлено, что особи исследуемых видов зацветали несинхронно в течение нескольких лет, что является признаком поливариантности. Например, ВПЦ для особей Anthyllis vulneraria может наступать на 2-й, 3-й и 4-й годы жизни, для особей Carum meifolium – на 3-й, 4-й, 5-й и 6-й. Ранее всех (на второй год) зацветают Anthyllis vulneraria, Murbeckiella huetii и Trifolium badium. На третий – Carum meifolium, Draba hispida и Sedum tenellum. Не ранее четвертого зацветает Eritrichium caucasicum. Позднее всех (на шестой год жизни) зацветает Androsace albana. В результате высокой смертности всходов и ювенильных растений не многие особи доживали до перехода в генеративную стадию. Например, из 146 проростков Androsace albana до шестого года жизни дожило 9 растений, из которых только одно растение зацвело. Короткий прегенеративный период Anthyllis vulneraria, Draba hispida, Carum meifolium, Murbeckiella huetii, Sedum tenellum подтверждает их принадлежность к видам рудеральной стратегии.

Структура надземной фитомассы альпийской лишайниковой пустоши (Тебердинский заповедник, Cеверо-Западный Кавказ) изучена на площадках с долговременным (1999–2008 гг.) экспериментом по внесению дополнительных элементов минерального питания. Эксперимент был заложен в шести вариантах: контроль, известкование, внесение азота (N), внесение фосфора (P), одновременное внесение азота и фосфора (NP), снятие водного стресса при недостаточном количестве осадков. Укосы фитомассы были собраны в конце июля – августе 2008 г. Общий запас надземной фитомассы через десять лет эксперимента значимо увеличился только в ответ на совместное внесение азота и фосфора. Доля сосудистых растений увеличилась в 2 раза в варианте NP и в 1,4 раза при внесении фосфора. Лишайники практически исчезли в вариантах N и NP. Мортмасса значимо увеличилась в вариантах NP и N. Изменение структуры фитоценоза альпийской пустоши происходило при участии имевшихся до эксперимента видов сосудистых растений за счет изменения роли отдельных компонентов сообщества; внедрения новых видов не отмечено.

Многие виды семейства Cupressaceae F. М. Neger. хорошо переносят загрязнение среды поллютантами, поэтому их интродукция в городах является весьма актуальной. Целью исследования являлось изучение особенностей роста и развития растений Thuja occidentalis L., произрастающих в относительно чистых условиях среды (ботанический сад Петрозаводского государственного университета) и в урбанизированной среде (г. Петрозаводск) в подзоне средней тайги. В ходе исследований установлено, что время начала и окончания роста побегов растений Thuja оccidentalis в условиях ботанического сада и города практически не различается. Поэтому и продолжительность формирования побегов растений и в чистой, и в урбанизированной среде одинакова − 69–70 сут. Длина сформировавшихся побегов растений, произрастающих в Ботаническом саду, оказалась на 10 % больше, чем в у растений в городе. Между тем все фенофазы начинаются и заканчиваются раньше у растений, произрастающих в относительно чистых условиях ботанического сада, чем у растений в неблагоприятных условиях города. Влажность воздуха и атмосферные осадки на росте побегов в городе сказываются заметнее, чем в ботаническом саду. Динамика солнечной радиации слабо отражается на росте побегов растений T. оccidentalis в обеих изученных группах. По сравнению с ботаническим садом у растений в городе показатели зимостойкости и регулярности прироста побегов выше, а показатели способности к генеративному развитию и возможности размножения в культуре ниже. Общая оценка перспективности интродукции (67−76 баллов) позволяет отнести растения T. occidentalis, произрастающие и в чистых и в загрязненных условиях ко 2-му классу перспективности − «перспективные растения». Таким образом, T. occidentalis хорошо адаптирована к загрязненной среде, и, следовательно, должна широко использоваться для озеленения городов.

Изучено изменение растительности в ходе демутации в подзоне южной тайги (Костромская обл.) на примере двух хронорядов – зарастающего сенокоса и зарастающей пашни. Хроноряды отличаются историей освоения и особенностями почв – первый образован на суглинистой дерново-подзолистой почве, второй – на песчаной подзолистой. В ходе естественного лесовосстановления по пашне и сенокосу флористическое богатство постагрогенных фитоценозов достигает максимума через 12–13 лет после прекращения использования. Более отчетливая смена сорно-рудеральных, луговые нитрофильных и луговых мезофильных свит мелколиственно-опушечными и бореальными наблюдается для зарастающей пашни. В ходе лесовосстановления по пашне на подзолистой почве наблюдается выраженная олиготрофизация растительности. Это особенно заметно на стадии полного смыкания древостоя, что отражается снижением средневзвешенных баллов трофности (по Раменскому) от 12–14 до 3,5–5,0. При лесовосстановлении по сенокосу тенденция к олиготрофизации наблюдается только на поздних стадиях (еловый лес). Результаты оценки условий местообитаний по шкале Цыганова в целом совпадают с результатами исследования химиических свойств почв – при демутации увеличивается кислотность почвы, уменьшается обеспеченность азотом и элементами питания. Особенно четкая взаимосвязь выявлена для балла отношения к кислотности и рН почвы, а также для балла по шкале трофности и содержания подвижного фосфора. Для ряда, соответствующего зарастающему сенокосу, подобных закономерностей не выявлено. Надземная фитомасса травяного (травяно-кустарничкового) яруса уменьшается в ходе лесовосстановления как по пашне, так и по сенокосу по причине смены злаков и рудерального высокотравья кустарничками и бореальными видами, существенное снижение биомассы происходит уже через 10–13 лет.

В работе изложены результаты изучения водного и температурного режимов деревьев ели, а так же содержания минеральных элементов в древесине. Приводятся сведения о влажности хвои разного возраста, о водном дефиците, о влажности древесины. Показана зависимость водного режима от состояния деревьев, возраста. Отмечается взаимосвязь водного режима и температурного. Обсуждается содержание минеральных элементов в древесине.

Анализируется реакция древостоев Западного Кавказа на возможное снижение численности доминирующих видов. Результаты показали, что в этом случае в древостоях следует ожидать роста численности сопутствующих видов, расширения ими спектра занятых местообитаний, появления новых видов (компенсационные процессы). Причем в древостоях одних типов можно ожидать существенного роста численности только одного из сопутствующих видов деревьев, преимущественно субдоминанта, в других – двух-трех, в третьих – большинства сопутствующих видов. Данные различия можно объяснить разным соотношением в ценозах видов деревьев с разной жизненной стратегией.

Исследования проводили в ботаническом саду Петрозаводского государственного университета, расположенном на северном берегу Петрозаводской губы Онежского озера (подзона средней тайги). В качестве объектов исследований выступали 2 вида рода Tilia: липа мелколистная Tilia cordata Mill. и липа амурская Тilia amurensis Rupr. Исследования установили, что рост побегов и листьев у изученных видов начинается в мае, причем у Tilia cordata на 3 сут раньше, чем у Тilia amurensis. У Тilia amurensis рост побегов прекращается (16.VII) на 11 сут раньше, а листьев (27.VI) на 19 сут позже, чем у Tilia cordata. Также обнаружили, что длина побегов у Tilia cordata (18.5 см) в 3 раза больше, а площадь листьев в 1.5 раза меньше (240 мм2), чем у Тilia amurensis. При этом максимальный суточный прирост побегов у Tilia cordata (19.6 мм) почти в 4 раза больше, чем у Тilia amurensis, а по листьям такие различия отсутствуют. Выявили положительную зависимость интенсивности прироста побегов и листьев от динамики температуры и солнечной радиации. Установили, что развитие вегетативной сферы у Tilia cordata протекает быстрее, чем у Тilia amurensis, что свидетельствует о ее большей адаптации к новым условиям района интродукции. Объясняется это тем, что для начала роста побегов и листьев Tilia cordata требуется гораздо меньшая сумма положительных температур, чем для Тilia amurensis. Прекращение же роста у этих видов связано с их фотопериодом, величина которого закреплена генетически. Проведенные исследования позволили установить, что наибольшая степень перспективности интродукции (71 балл) характерна для Tilia cordata, что позволяет рекомендовать ее для озеленительных работ в таежной зоне.

Мы изучили современное состояние фитопланктонного сообщества в водах дельты р. Северной Двины. Исследования проводили в рамках программы гидробиологических наблюдений ФГБУ «Северное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (Северное УГМС) на 2014 год в дельте р. Северной Двины: в рукаве Корабельный, протоках Маймакса и Кузнечиха. Рассмотрели качественные и количественные характеристики фитопланктона (видовой состав, численность и биомасса). За вегетационный период выявили 144 вида фитопланктона, относящихся к отделам Bacillariophyta (диатомовые водоросли), Chlorophyta (зеленые водоросли), Chrysophyta (золотистые водоросли), Cryptophyta (криптофитовые водоросли), Cyanophyta (синезеленые водоросли), Dinophyta (динофитовые водоросли), Euglenophyta (эвгленовые водоросли), Xantophyta (желтозеленые водоросли). Установили доминирующий комплекс видов, в состав которого входят диатомовые водоросли Asterionella formosa, Cyclotella comta, Fragilaria crotonensis, Melosira granulata. В начале вегетационного периода (июнь, июль) повсеместно наблюдались максимальные значения биомассы, с августа по октябрь биомасса фитопланктона снижалась. В то же время в июне отмечалась высокая численность фитопланктона, с июля по октябрь этот показатель значительно варьировал, достигая в октябре своего максимума. Мы провели оценку степени загрязненности водной среды: выявили индекс сапробности, определили класс качества поверхностных вод. Согласно классификации качества воды водоемов и водотоков по гидробиологическим показателям, воды дельты р. Северной Двины отнесены ко II классу качества вод (слабо загрязненные).

Проведено исследование влияния внешних и внутренних факторов на процессы фор-мирования годичных колец для трех видов хвойных (Larix sibirica, Pinus sylvestris, Picea obovata), произрастающих на двух участках с различной степенью почвенного увлажнения в лесостепной зоне Южной Сибири. Получены и рассмотрены индекси-рованные хронологии ширины годичных колец и нормированные хронологии анато-мических характеристик клеток древесины (количество клеток в годичном кольце, их радиальные размеры, толщина стенок). Данные характеристики являются резуль-татами трех этапов дифференцировки клеток. Нормировка клеточных хронологий к 15 клеткам была проведена для возможности сравнения годичных колец с разным количеством клеток. Были выявлены и математически описаны взаимосвязи между исследованными характеристиками древесины. Ширина годичных колец зависит от продукции клеток (т. е. от их количества) и фактически является результирующей характеристикой этого этапа дифференцировки клеток, судя по очень высокому уров-ню достоверности линейной аппроксимирующей функции. Радиальный размер клеток также существенно зависит от их продукции, эта зависимость нелинейная и аппрок-симируется экспоненциальной функцией. Связь между размером клетки и толщиной ее стенки более сложная, для ее аппроксимации были использованы полиномиальные функции. На основе этих соотношений предложена методика индексирования хроно-логий анатомических характеристик клеток. Были проанализированы статистические характеристики измеренных и индексированных хронологий (коэффициенты чувствительности, межсериальные коэффициенты корреляции, стандартные отклонения). Также проведен корреляционный анализ взаимосвязей разных характеристик между собой и одинаковых характеристик клеток, расположенных в разных частях годичного кольца. Результаты показали, что общий внешний сигнал наиболее сконцентрирован в камбиальной зоне, в процессе формирования клеток непосредственное влияние внешних факторов на их характеристики ослабевает. Для дендроклиматологии результаты данной работы дают методические приемы выделения влияния текущих климатических условий на анатомические характеристики клеток, что может быть использовано для реконструкции оказывающих значимое влияние на формирование древесины климатических факторов

Целью исследования научного издания являлось изучение эколого-физиологического состояния, особенностей адаптации древесных растений и оценка их средопреобразующего потенциала в урбаноэкосистемах крупного промышленного центра на примере г. Ижевска.

Walnut trees have been shown to be very sensitive to abiotic stresses, especially to soil hypoxia consequence of soil flooding or waterlogging. The aim of study was to search for correlation between polyphenols and tolerance to flooding stress. Two-three years old walnut trees, Juglans regia, J. nigra and interspecific hybrids, grown in pots were subjected to soil flooding in summer at full leaves expansion. In high sensitive J. regia trees, when flooded, the net CO 2 assimilation rapidly decreased and 3-4 days of flooding were enough to block the recovery when soils was drained. In walnut hybrid ( J. nigra x J. regia ) and less sensitive J. regia genotypes, a longer resistance was observed; after 13 days of treatment leaves culd still be green and trees can recovered till to the normal photosynthesis when drained. J. nigra when flooded reduced net photosynthetic rate but maintained leaves without damages and with the capacity to recover CO 2 assimilation. The data showed resistance of J. nigra and hybrid trees and of some J. regia genotypes to the stress. The HPLC analyses of polyphenols showed a modification of the patterns during the stress. The plants less tolerant to hypoxia have higher content of polyphenols distributed in a lot of compounds. Trees more tolerant, J. nigra, showed a very simple HPLC pattern. All samples contained juglone, more in less tolerant genotypes. Hydroxy juglone glucoside was detectable in all genotypes, but only in low quantity, it increased in trees with high resistance to hypoxia and decreased in J. regia. Less flooded tolerant J. regia genotypes have higher polyphenols and juglone content. The metabolism of hydroxyl juglone glucoside could be involved in a mechanism of juglone detoxification during the hypoxia to give stress tolerance.

В настоящее время большое внимание уделяется комплексному использованию лесных ресурсов. Дикорастущие ягодники являются одним из основных компонентов недревесных лесных ресурсов, на состояние популяций которых оказывают влияние как общеизвестные экологические факторы среды, так и геоэкологические условия, рассмотренные в данной работе на примере территорийтектонических узлов. Показано изменение урожайности и содержания аскорбиновой кислоты дикорастущих плодов брусники и черники на территориях тектонических узлов. Район исследования расположен на севере Кенозерского национального парка. На протяжении двух полевых сезонов осуществлялась оценка урожайности по общепринятым в ресурсоведческих исследованиях методикам. Плоды отбирались для проведения химических анализов, которые были выполнены на базе Института естественных наук и биомедицины Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова. Установлено, что в центре узла урожайность брусники и черники значительно меньше, чем на периферии. Аналогично изменяется и количество ягод: в центре количество брусники составляет 9,32±1,44, черники - 22,32±3,61 шт./м 2; на периферии - соответственно 54,68±8,49 и 76,48±9,41 шт./м 2. Так, урожайность на 1 м 2 между центром и периферией у брусники отличается на 79 %, черники - на 66 %; количество ягод на 1 м 2 различается на 82 % у брусники и на 71% у черники. Данную зависимость можно объяснить существенным различием в количестве осадков, особенно, в засушливые годы и разным содержанием микроэлементов в почве. Содержание витамина С в ягодах определяли фотометрическим методом. Установлено, что в центре узла содержание витамина С в бруснике составляет 70,86±4,69, в чернике - 55,99±2,00 мг/100 г, что значительно больше, чем на периферии: соответственно 43,70±0,97 и 35,30±5,13 мг/100 г. Так, содержание витамина С в центре и на периферии у брусники отличается на 59 %, у черники - на 62 %. Предварительно зависимость содержания витамина С от расположения на территории тектонического узла можно объяснить влиянием химического состава почвы: недостаток азота в почве обусловливает снижение аскорбиновой кислоты в растении, обогащение почвы калием приводит к ее повышению.

В последнее время проводятся работы по изучению влияния антропогенного загрязнения на состояние вегетативных и репродуктивных органов растений. В качестве биоиндикаторов, чутко реагирующих на воздействие загрязнителей окружающей среды удобно использовать пыльцевые зерна Tilia cordata Mill. // Проблемы сохранения и рационального использования биоразнообразия Прикаспия и сопредельных регионов. Материалы VIII заочной Международной научно-практической конференции / Ассоциация университетов Прикаспийских государств. - 2012. - С. 54-61.

Учебное пособие посвящено важной экологической проблеме современности — вопросам трансформации фитоценозов техногенных ландшафтов, методам изучения и методологии долгосрочного прогноза состояния фитоценозов как главного компонента формирующихся техногенных экосистем на нарушенных промышленностью территориях.

В монографии раскрыты вопросы влияния генно-модифицированных организмов на растения, животных, человека и окружающую среду. Показано неоднозначное влияние трансгенной продукции, употребляемой в пищу, когда большинство людей обеспокоены сохранением собственного здоровья. В монографии приведены высказывания ученых, исследователей, руководящих работников об отношении к генно-модифицированным организмам, стремительно и незаметно вошедших в нашу жизнь. Показана роль и значение Концепции устойчивого развития. Приведены статьи Федеральный закон, показана роль общественных организаций и граждан. Монография рекомендовано к использованию преподавателями на лабораторных занятиях и при подготовке к лекциям, для студентов высших учебных заведений, самостоятельной работы в виде докладов, сообщений, рефератов, аспирантам и магистрам. Интересно для широкого круга читателей..

В учебном пособии приводится банк данных по морфологии, биологии, экологии, фитоценологии, географическому распространению и полезным свойствам 193 видов высших растений, произрастающих в различных экологических условиях Северо-Западного Прикапия. В пределах изученного региона для описываемых видов даны сведения об ареалах, сроках цветения. Иллюстрация представлена цветными фотографиями, черно-белыми и цветными рисунками, в которых показаны наиболее важные диагностические признаки, в картосхемах - место произрастания.

Изучение и оценка состояния экосистем в низовьях Волги весьма актуальна в связи с непрекращающейся дискуссией об экологических последствиях Волгоградского гидроузла и всего каскада водохранилищ в бассейне Волги. В связи с этим целью наших исследований было изучение современного состояния дубрав в низовьях Волго-Ахтубинской поймы. Для решения поставленных задач нами были заложены два ключевых участка: один - на территории Волго-Ахтубинской поймы в районе пос. Капустин Яр и второй - в дельте, на территории Дамчикского участка Астраханского государственного биосферного заповедника. // Проблемы сохранения и рационального использования биоразнообразия Прикаспия и сопредельных регионов : материалы третьей международной заочной конференции (III, 2005, Элиста). - Элиста, 2005. - Вып. 2. - С. 30-31

Исследования проводились на землях СПК "Юста", на двух типах растительности : гемипсаммофитной опустыненной степи и полукустарничковых пустынях, где было заложено по четыре ключевых участка пл. от 1 до 5 га. С целью сравнения формирования фитоценотического разнообразия залежей целинной степью нами произведено полное геоботаническое описание белополынно-типчаково-житняково-тырсичковой ассоциации, в которой зарегистрировано 24 вида, относящихся к различным жизненным формам и экологическим типам. Среди первых доминируют поликарпики - 16 видов, включающие полукустарнички, дерновинные злаки, стержнекорневые растения.

Анализ опустынивания в Южном федеральном округе России в период 1980-2000гг. выявил снижение высокой степени на слабую. В пределах Калмыкии прослежены процессы дигрессии и демутации пустынной растительности при различной пастбищной нагрузке, определены тенденции их современного развития. Исследования подтверждают возможность обратимости экзогенных сукцессий при благоприятных климатических условиях и низкой антропогенной нагрузке. Подъем уровня Каспия способствует гидрогалофитизации растительности. // Аридные экосистемы. - 2014. - № 2 (59), Т.20. - С. 88-97

Монография содержит сведения об экологических особенностях дереворазрушающих базидиомицетов лесных сообществ Правобережного Поволжья. Обобщена имеющаяся информация относительно взглядов на проблему выделения группировок различных трофических специализаций. Изучены особенности развития в культуре грибов бурой и белой гнили. Оценена связь культуральных особенностей видов с их биолого-экологическими свойствами, реализующимися в природных условиях. Описаны закономерности формирования анаморф и телеоморф у видов различной трофической специализации в культуре.

В монографии обобщены результаты комплексных эколого-биологических исследований на некоторых урбанизированных территориях Восточного Забайкалья по изучению содержания тяжёлых металлов в почвах, древесных и травянистых видах растений. Впервые для территорий пос. Первомайский и пос. Новоорловск определено содержание и накопление ряда тяжёлых металлов (Fe, Ti, Mn, Sr, Rb, Zn, Сr, Сu, Ni) в почвах и древесных растениях. Проведены исследования содержания железа, меди, цинка, никеля и ртути в травянистых растениях в условиях г. Читы. На основании полученных результатов сделана оценка уровня техногенного загрязнения исследуемых территорий.

Сборник «Флора, растительность и растительные ресурсы Забайкалья и сопредельных территорий» включает материалы Международной научно-практической конференции, посвященной памяти доктора биологических наук, профессора Бэллы Ивановны Дулеповой. Содержит доклады секций «Флористика и систематика», «Анатомия и морфология», «Геоботаника», «Экология растений», «Ресурсоведение и интродукция», «Ботаническое образование».

Методические указания разработаны в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) и включают содержание лабораторных работ по разделу «Экология растений», вопросы для обсуждения, списки основной и дополнительной литературы по темам занятий. В приложении приведены справочные материалы, необходимые студентам на лабораторных занятиях.

В автореферате диссертации на основании проведенных исследований представлены новые данные по изменению природных экосистем от длительного воздействия комплекса негативных факторов в современных условиях