Экология растений. Этология. Растение и окружающая среда

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.

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.

Монография состоит из «Введения» и четырёх глав – «Краткая история и методы флорогенетики», «Проблемы степного флорогенеза и эволюционный возраст таксонов», «Эколого-географические факторы древнего степного флорогенеза», «Прошлое, настоящее и будущее степей» и «Списка использованной литературы». В монографии широко использованы достижения палеонтологических наук, биосистематики, ряда смежных естественных наук, а также новые данные молекулярной биологии. Это позволило ввести читателя в сферу методов флорогенетики – науки, зародившейся в России полвека назад, и показать, как при комплексном использовании достижений общеизвестных естественных наук и новейших данных молекулярной биологии можно решить ряд сложных проблем степеведения. Автор монографии – ботаник, биосистематик, ресурсовед, специалист по белковому маркированию гено- мов высших растений, доктор сельскохозяйственных наук . Данная монография по флорогенезу степей рассчитана на научных работников, преподавателей, учащихся вузов и может быть использована как научное пособие.

Изложены результаты многолетних полевых исследований по экологии и физиологии ели в условиях разных водного, светового режимов и азотного питания в северотаежных фитоценозах Европейского Севера. Значительное внимание уделено изучению состояния жизнедеятельности корневых систем ели, особенностям СО2-газообмена, сезонной динамике накопления пигментов, скорости постфотосинтетического оттока, передвижения и распределения углерода-14 в органах, ростовым процессам в зависимости от состояния указанных экологических факторов. Подробно с физиолого-биохимических позиций рассмотрены вопросы обоснования эффективности разных видов рубок и доз вносимого азота в северотаежных ельниках и березняках черничных, даны рекомендации для достижения более высокого физиологического и лесоводственного эффектов для ели при действии этих факторов. Показана возможность оценки уровня адаптивной способности ели к меняющимся условиям фитосреды на основе изучения эколого-физиологических показателей.

Журнал «Растительные ресурсы» основан в 1965 г. и издается под руководством Отделения биологических наук РАН. Журнал включен в Перечень ведущих российских рецензируемых научных журналов ВАК, в которых должны быть опубликованы результаты диссертационных исследований на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук. Журнал «Растительные ресурсы» цитируется в базе данных Chemical Abstracts Service (CAS). С 2010 г. входит в систему РИНЦ, а с 2016 г. – в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science. В журнале публикуются оригинальные статьи и обзоры в области биологии ресурсных видов растений, их компонентного состава и биологической активности, оценки растительных ресурсов различных групп дикорастущих полезных растений, режимов их эксплуатации и охраны, а также интродукции перспективных для использования видов.

Журнал «Растительные ресурсы» основан в 1965 г. и издается под руководством Отделения биологических наук РАН. Журнал включен в Перечень ведущих российских рецензируемых научных журналов ВАК, в которых должны быть опубликованы результаты диссертационных исследований на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук. Журнал «Растительные ресурсы» цитируется в базе данных Chemical Abstracts Service (CAS). С 2010 г. входит в систему РИНЦ, а с 2016 г. – в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science. В журнале публикуются оригинальные статьи и обзоры в области биологии ресурсных видов растений, их компонентного состава и биологической активности, оценки растительных ресурсов различных групп дикорастущих полезных растений, режимов их эксплуатации и охраны, а также интродукции перспективных для использования видов.

Журнал «Растительные ресурсы» основан в 1965 г. и издается под руководством Отделения биологических наук РАН. Журнал включен в Перечень ведущих российских рецензируемых научных журналов ВАК, в которых должны быть опубликованы результаты диссертационных исследований на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук. Журнал «Растительные ресурсы» цитируется в базе данных Chemical Abstracts Service (CAS). С 2010 г. входит в систему РИНЦ, а с 2016 г. – в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science. В журнале публикуются оригинальные статьи и обзоры в области биологии ресурсных видов растений, их компонентного состава и биологической активности, оценки растительных ресурсов различных групп дикорастущих полезных растений, режимов их эксплуатации и охраны, а также интродукции перспективных для использования видов.

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».

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.

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 работе представлены результаты выполненной эколого-флористической классификация растительности степей бассейна Дона в пределах Ростовской области. Проведены сопоставления единиц растительности, полученные с использованием показателей активности видов ценофлор при различных классификационных подходах.

В монографии показаны роль и место Арктики в современном мире и международных отношениях. Проанализированы интересы и геополитические расчеты арктических и околоарктических государств в этом регионе мира, рассмотрено их сотрудничество и соперничество в Заполярье.

Журнал «Растительные ресурсы» основан в 1965 г. и издается под руководством Отделения биологических наук РАН. Журнал включен в Перечень ведущих российских рецензируемых научных журналов ВАК, в которых должны быть опубликованы результаты диссертационных исследований на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук. Журнал «Растительные ресурсы» цитируется в базе данных Chemical Abstracts Service (CAS). С 2010 г. входит в систему РИНЦ, а с 2016 г. – в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science. В журнале публикуются оригинальные статьи и обзоры в области биологии ресурсных видов растений, их компонентного состава и биологической активности, оценки растительных ресурсов различных групп дикорастущих полезных растений, режимов их эксплуатации и охраны, а также интродукции перспективных для использования видов.

Журнал «Растительные ресурсы» основан в 1965 г. и издается под руководством Отделения биологических наук РАН. Журнал включен в Перечень ведущих российских рецензируемых научных журналов ВАК, в которых должны быть опубликованы результаты диссертационных исследований на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук. Журнал «Растительные ресурсы» цитируется в базе данных Chemical Abstracts Service (CAS). С 2010 г. входит в систему РИНЦ, а с 2016 г. – в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science. В журнале публикуются оригинальные статьи и обзоры в области биологии ресурсных видов растений, их компонентного состава и биологической активности, оценки растительных ресурсов различных групп дикорастущих полезных растений, режимов их эксплуатации и охраны, а также интродукции перспективных для использования видов.

Изучение важнейших биологических процессов (сезонный рост и развитие) имеет огромное значение в теории и практике выращивания растений. Исследования проводили в южной Карелии (средняя подзона тайги, Ботанический сад Петрозаводского госуниверситета) с мая по октябрь 1998–2012 гг. для выяснения особенностей роста и развития Juniperus communis L. под влиянием основных климатических факторов. Объект исследования – растения (возраст – 20…25 лет), произрастающие под пологом соснового леса и на открытом месте. Число особей в каждой группе − 25. Установлено, что независимо от освещенности рост побегов у J. communis начинается одновременно – 26 мая. Время кульминации прироста побегов этого вида почти не различается – 31 мая−1 июня. Однако максимальный прирост побегов растений под пологом леса (0,64 мм) оказался на 78 % больше, чем на открытом месте. Время окончания роста побегов в обеих изученных группах совпадало – 1 августа. Продолжительность их формирования в затенении и на свету мало различается – 71…73 сут. Влияние температуры воздуха и солнечной радиации на интенсивность роста побегов на открытом месте (соответственно 68 и 20 %) значительно выше, чем в затенении (20 и 7 %). Эти данные, а также снижение интенсивности роста побегов растений на открытом месте свидетельствуют о существенном отрицательном влиянии повышенной температуры воздуха и прямой солнечной радиации на растения J. communis. Выявлено более заметное (в 3-4 раза) положительное влияние влажности воздуха и атмосферных осадков на рост побегов J. communis под пологом леса. Установлено, что большинство фенофаз у J. communis при полном освещении начинаются и заканчиваются на несколько суток позже, чем в затенении. Исследования, проведенные ранее, показали, что растения, «рано начинающие» и «рано прекращающие» фенофазы, характеризуются повышенной степенью адаптации. Следовательно, этот показатель у растений J. communis под пологом леса выше, чем на открытых местах, т. е. оптимальные условия для роста и развития изученного вида в таежной зоне складываются лишь под пологом леса, в затенении.

Особенности ростовых процессов деревьев Picea abies изучались в 2001–2006 годах в городе (урбанизированная среда) и пригородных лесах (примыкающие к границам города, рекреационное воздействие). В качестве контроля выступали ненарушенные древостои, расположенные в 5 км южнее г. Петрозаводска (леса зеленой зоны). Объектами исследований в пригородных лесах и лесах зеленой зоны являлись чистые по составу, приспевающие (70–90 лет) сообщества ельника кисличного, черничного, приручейного и травяного. Фенологические наблюдения проводились через каждые 3 сут. Фенофаза считалась наступившей, если она отмечалась не менее чем у 30 % побегов всех особей учетных деревьев тех или иных условий произрастания. Исследования установили, что последовательность в прохождении фенофаз P. abies в условиях урбанизированной среды и в ненарушенных древостоях не различается. При этом обнаружено, что изменчивость фенодат по годам в условиях городской среды в 1,5–1,8 раза больше, чем в пригородных лесах. Наибольшая стабильность наступления фенофаз характерна для P. abies в лесах зеленой зоны. Сроки наступления почти всех фенофаз P. abies в разных условиях произрастания в значительной мере зависят от текущего температурного режима воздуха, а также температуры воздуха в течение нескольких суток, предшествующих началу той или иной фенофазы. В лесах зеленой зоны и пригородных лесах сроки начала и окончания формирования вегетативных органов у деревьев P. abies существенно не различаются.

В монографии приводится аннотированный список древесных растений, рекомендуемый для целей зеленого строительства в Ростовской области. Применительно к региональным условиям указаны габитуальные и морфологические характеристики, основные эколого-биологические свойства, особенности культуры, сфера использования.

Обобщены и систематизированы результаты научных исследований отечественных и зарубежных авторов за последние несколько десятилетий, касающиеся реинтродукции карельской березы Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet- Ahti. Кратко изложен вопрос о современном состоянии ее ресурсов. Отмечены основные причины их сокращения в конце XX – начале XXI вв.: массовые незаконные рубки, исчезновение или значительное изменение характерных мест обитания карельской березы, биологические особенности данного вида (фрагментированный ареал, низкая конкурентоспособность и др.). Приводятся основные итоги интродукционной работы с карельской березой на территориях, которые находятся далеко за пределами ее ареала (преимущественно на юго-востоке от типичных мест произрастания). Показано, что отечественный опыт реинтродукции карельской березы основан прежде всего на создании лесных культур и организации особо охраняемых природных территорий. Отмечены результаты реинтродукции карельской березы за рубежом: в Финляндии, Швеции, Норвегии, Германии, Белоруссии и др. Несмотря на неодинаковую результативность (зависящую от многих факторов) работ по реинтродукции в разных странах, в целом она внесла и вносит существенный вклад в сохранение и увеличение ресурсов карельской березы – уникального представителя европейской лесной дендрофлоры. Важно и то, что при реинтродукции, проведенной в разные годы и в разных почвенно-климатических условиях, у карельской березы сохраняются ее главные биологические особенности: узорчатая текстура в древесине, разнообразие форм роста и характера поверхности ствола. Это дополнительно подтверждает ранее предложенную авторами гипотезу о возможности придания карельской березе статуса самостоятельно- го биологического вида. На основании анализа накопленных данных высказано мнение о необходимости осуществления реинтродукции карельской березы в природные местообитания за счет использования растительного материала местного происхождения (в случае реставрации популяций) или переноса его из других популяций (в случае репатриации). Кроме того, важная роль в сохранении и воспроизводстве карельской березы отводится технологии клонального микроразмножения. Благодарности: Работа выполнена при поддержке научно-образовательного центра мирового уровня «Российская Арктика: новые материалы, технологии и методы исследования» и при финансовом обеспечении из средств федерального бюджета в рамках выполнения государственного задания КарНЦ РАН (Институт леса КарНЦ РАН – тема № 121061500082-2, Институт биологии КарНЦ РАН – тема № 0218-2019-0074, Отдел комплексных научных исследований КарНЦ РАН ). Для цитирования: Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф. Реинтродукция карельской березы // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 3. С. 9–31. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-3-9-31

Биологическая продуктивность лиственных пород напрямую зависит от продолжительности роста всех органов дерева. В 2002–2006 гг. изучены продолжительность и интенсивность сезонного роста побегов, листьев и стволов березы пушистой (Betula pubescens Ehrn.), тополя дрожащего (Populus tremula L.) и ольхи серой (Alnus incana (L.) Moench) в Средней Карелии (подзона северной тайги). Исследования показали, что начало роста вегетативных органов у этих видов деревьев происходит в следую-щей последовательности. В конце мая начинается рост побегов у деревьев Betula pu-bescens и Alnus incana, в начале июня – у Populus tremula. У первых двух видов листья появляются через 4…5 сут после начала этой фенофазы, у деревьев тополя дрожащего – всего через 1 сут. У деревьев Populus tremula и Alnus incana формирование древесины ствола начинается в середине июня, у деревьев Betula pubescens – спустя 5 сут. Кульминация прироста побегов отмечается у деревьев Alnus incana и Populus tremula в конце июня, у Betula pubescens – в середине июля; листьев у деревьев Alnus incana – в самом начале июля, у других видов деревьев – спустя неделю; стволов у деревьев Populus tremula − в первой декаде июля, у других видов – через 4…7 сут. Рост побегов у деревьев Alnus incana прекращается в середине июля, у деревьев Betu-la pubescens и Populus tremul – через 5…9 сут; рост стволов – в конце августа, причем у деревьев Alnus incana раньше. Продолжительность формирования побегов у деревьев Populus tremula, Alnus incana и Betula pubescens составляет соответственно 43, 51 и 62 дн., листьев – 70, 79 и 78 сут, стволов – 66, 60 и 72 дн. Рост побегов у изученных видов деревьев начинается при одинаковом температурном режиме воздуха: 12,2…13,4 °С; листьев у деревьев Alnus incana и Betula pubescens – соответственно при 9,6 и 11,8 °С, у деревьев Populus tremula – при 15,0 °С; стволов у деревьев всех видов – при 14,5…15,7 °С. Максимальный прирост побегов у деревьев всех видов имеет место при температуре воздуха 18,3…19,2 °С; листьев – при 18,2…19,4 °С; стволов – при 18,0…19,0 °С. Рост вегетативных органов у этих видов заканчивается при одинаковом температурном режиме воздуха: побеги – 18,3…17,3 °С, листья – при 12,8…13,5 °С, стволы – при 13,3…14,3 °С. Из изученных видов наименее требовательной к температурному режиму воздуха является Betula pubescens, у которой все фазы роста вегетативных органов протекают при самых низких значениях температуры и теплообеспеченности.

Изучены изменения морфолого-анатомических характеристик, а также флуктуирующей асимметрии (ФА) хвои сосновых древостоев, произрастающих под влиянием промышленных выбросов г. Красноярска. Исследовали наветренные опушки сосновых насаждений в лесостепной зоне, продуцирующих в условиях многолетнего антропогенного воздействия. Фоновым объектом выбран сосняк в 100 км на север от городской черты, вне основного переноса выбросов промышленности города. Наблюдения проводили в 2013–2014 гг. в чистых по составу сосновых насаждениях разнотравного типа леса, V–VI классов возраста. На модельных деревьях измеряли длину хвои по парам, а также площади поперечного сечения среза каждой хвоинки, центрального цилиндра, проводящих пучков, определяли количество смоляных ходов. Показатели ФА хвои рассчитывали по методике (Palmer, Strobeck, 1986). В хвое определяли содержание меди, никеля, цинка, кобальта, алюминия, кадмия, свинца, фтора и серы. Выявлено, что под влиянием промышленных выбросов города проявляются тенденции к уменьшению внешних размеров хвои и размеров ее внутренних структур по сравнению с фоновыми значениями. С другой стороны, через компенсаторный механизм идет адаптация морфологической и анатомической структур физиологически активной хвои к изменяющейся среде. Индексы ФА показателей анатомических структур хвои варьируют и в техногенной среде, и в условиях фона. Вариации обусловлены особенностями абиотических факторов мест произрастания насаждений и техногенными нагрузками. Корреляционный анализ показал наличие значимых связей между содержанием в хвое тяжелых металлов, алюминия и фтора и морфолого-анатомическими показателями и индексами ФА хвои. Наиболее неблагоприятное влияние оказывают высокие концентрации свинца и фтора.

Учебно-методическое пособие содержит материалы по геоботанической индикации растительного покрова Земли. Дается полная характеристика индикационной ботаники как науки, приводятся особенности геоботанической индикации природных зон и загрязнения окружающей среды. Теоретическая часть пособия дополнена лабораторным практикумом. Предназначено для магистрантов направления «Биология», «География» и «Экология и природопользование». Пособие отвечает требованиям Государственного стандарта и соответствует программе дисциплины «Индикационная геоботаника».

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.

Рассмотрено разнообразие флоры и растительности Беломорско-Кулойского плато. Приведены данные о лесном фонде, результаты геоботанических, флористических и популяционных исследований. Дана оценка разнообразия лесных, болотных и луговых сообществ на четырех ключевых участках. Обобщены сведения о разнообразии и структуре флоры сосудистых растений и листостебельных мхов.