ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОПУЛЯЦИИ Cypripedium guttatumВ ЮЖНОЙ ЧАСТИ КУЗНЕЦКОГО АЛАТАУ
|
ВВЕДЕНИЕ 2
Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 Cypripedium guttatum:таксономическое положение и морфологические
особенности 6
1.2 Эколого-биологические особенности башмачка капельного 13
Глава 2 ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 18
2.1 Физико-географическая характеристика района исследований 18
2.2 Ботаническая характеристика 23
Глава 3 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 25
Глава 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 37
4.1 Описание экологических условий местообитания C. guttatum 37
4.2 Изменение численности и генеративного усилия C. guttatum 39
4.3 Виталитетное состояние популяции Cypripedium guttatum 45
4.4 Определение онтогенетического спектра и пространственного
распределения Cypripedium guttatum 49
4.5 Консортивные связи Cypripedium guttatum 56
Выводы 59
Список использованной литературы и интернет-источников 61
Приложение 1 Карта Кузнецкого Алатау
Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 Cypripedium guttatum:таксономическое положение и морфологические
особенности 6
1.2 Эколого-биологические особенности башмачка капельного 13
Глава 2 ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 18
2.1 Физико-географическая характеристика района исследований 18
2.2 Ботаническая характеристика 23
Глава 3 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 25
Глава 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 37
4.1 Описание экологических условий местообитания C. guttatum 37
4.2 Изменение численности и генеративного усилия C. guttatum 39
4.3 Виталитетное состояние популяции Cypripedium guttatum 45
4.4 Определение онтогенетического спектра и пространственного
распределения Cypripedium guttatum 49
4.5 Консортивные связи Cypripedium guttatum 56
Выводы 59
Список использованной литературы и интернет-источников 61
Приложение 1 Карта Кузнецкого Алатау
Каждый вид живого - неотъемлемая и важная деталь экосистемы. Утрата биологического разнообразия начинается с сокращения численности или ареала, ухудшения жизненного состояния любого вида на определенной территории. Именно эти процессы должны отслеживать региональные и местные комиссии по инвентаризации редких и исчезающих видов. По словам авторов Красных книг Кемеровской области профессоров, Скалона Н.В., д.п.н. и Куприянова А.Н., д.б.н., подобные исследования могут проводить учащиеся и учителя школ, учреждений дополнительного образования. Что в свою очередь ведет к патриотическому воспитанию, формированию экологического и научного мировоззрения подрастающего поколения (Красная книга КО 2000, 2012). Рекомендации Красной книги Кемеровской области - необходимо выявление новых популяций башмачка капельного и контроль над их состоянием.
Участвуя в региональном проекте изучения состояния популяций видов, занесенных в Красные книги разных уровней , мы регулярно проводим исследовательские экспедиции в район Поднебесных Зубьев (Тигер-Тиш, Тенгри-Теши - тюрк.-шор.) - южного хребта Кузнецкого Алатау. Это туристический район, который посещают ежегодно более 17 тысяч человек. В планах администрации Междуреченского района (МГО) - создание на этом участке природного парка (61), развитие туризма как одной из экономических составляющих региональной политики. Для повышения образовательной стоимости и интереса к району необходимы "ключевые" объекты туризма - природные, этнографические, исторические и другие. Впервые в Междуреченском районеCypripedium guttatumSw. был обнаружен участниками комплексной экологической экспедиции «Мое Поднебесье» в долине реки Амзас в 2002 году. В списках Красной книги Кемеровской области отсутствует указание о местонахождении башмачка капельного, Cypripedium guttatumSw.1800, на Поднебесных Зубьях и Кузнецком Алатау вообще (Красная книга КО 2000, 2012).
Состояние популяции и отдельных особей может сигнализировать о процессах, происходящих в целом в экосистеме. Несмотря на большой интерес к семейству Orchidaceae,сведений об отдельных представителях и местообитаниях, по мнению многих ученых, недостаточно (Вахрамеева, Татаренко,2014, Аверьянов,1999, др.). Особенно мало биометрических показателей для выявления адаптационных процессов к различным факторам окружающей среды, фактов для корреляции ответных реакций растений из разных мест обитания на эти факторы. Ценопопуляция, как и другие биологические системы, может описываться по составу, структуре и в динамике развития. Она имеет плотность, массу, распределение в пространстве, виталитет, генетическую и возрастную структуру. Каждый показатель по отдельности может дать представление о состоянии популяции, но более точную оценку можно получить при сочетании большего числа показателей. Поэтому объектом нашего исследования сталCypripediumguttatum Sw.- вид, нуждающийся в изучении и охране. Предметом изучения является экологическое состояние обнаруженной нами ценопопуляции в среднем течении реки Амзас, что необходимо для подготовки материалов законодательных актов по охране этого вида на местном уровне и экологического образования населения. Гипотеза - популяцияC. guttatum Sw. в долине реки Амзас находится в процветающем состоянии и имеет перспективы развития.
Цель нашей работы : изучение экологического состояния ценопопуляцииCypripedium guttatum Sw.в районе Поднебесных Зубьев.
Задачи:
1. Описать условия произрастания ценопопуляцииC. guttatumSw.в среднем течении р. Амзас для сравнения с модельными показателями вида;
2. Изучить жизненное состояние и основные показатели ценопопуляции
C. guttatumSw., провести мониторинг (2015-2020гг.) ;
3. Сделать прогноз экологического и биологического состояния ценопопуляцииC. guttatum Sw.в среднем течении реки Амзас;
4. Разработать меры по охранеC. guttatum Sw.на территории Поднебесных Зубьев, c возможностью привлечения детей к изучению и охране этого редкого вида, а также к мониторингу состояния ценопопуляции.
Новизна работы заключается в том, что в данном районе ценопопуляционные исследования этого редкого вида ранее не проводились. Поэтому данные по морфологии, физиологии (сроки и продолжительность цветения, плодообразование), возможно в дальнейшем - генетике и консортивным связям могут отличаться от других популяций. Еще одна особенность - характер местообитания.C. guttatum Sw.описывается как растение лесных опушек , ровных пространств, даже обочин дорог. Лично автором работы популяцииC. guttatum Sw.были встречены на открытых ровных пространствах на полуострове Святой Нос (Забайкальский национальный парк), в окрестностях базы учебных практик "Чамал" ФГБОУ ВО АГУ. Только одна работа из изученных нами (Усик,2002) упоминает условия произрастания популяцииC. guttatum Sw.как скалистый участок. В ходе исследования отрабатывались методы определения виталитета и был применен, вычисленный опытным путем, коэффициент площади листа.
В работе принимали активное участие обучающиеся школ города и области на протяжении 11 лет. Исследовательские работы были представлены на конференциях от регионального до международного уровня, были опубликованы в сборниках студенческих работ (Сериков, Медведева, 2015, 2016). Полученные материалы вошли в методическое пособие "Представители Красной книги Кемеровской области на территории Междуреченского района" и изданную в 2019 году Красную книгу Междуреченского района. Планируется внесение обнаруженного нами местообитанияC. guttatumSw. в следующее издание Красной книги Кемеровской области.
Участвуя в региональном проекте изучения состояния популяций видов, занесенных в Красные книги разных уровней , мы регулярно проводим исследовательские экспедиции в район Поднебесных Зубьев (Тигер-Тиш, Тенгри-Теши - тюрк.-шор.) - южного хребта Кузнецкого Алатау. Это туристический район, который посещают ежегодно более 17 тысяч человек. В планах администрации Междуреченского района (МГО) - создание на этом участке природного парка (61), развитие туризма как одной из экономических составляющих региональной политики. Для повышения образовательной стоимости и интереса к району необходимы "ключевые" объекты туризма - природные, этнографические, исторические и другие. Впервые в Междуреченском районеCypripedium guttatumSw. был обнаружен участниками комплексной экологической экспедиции «Мое Поднебесье» в долине реки Амзас в 2002 году. В списках Красной книги Кемеровской области отсутствует указание о местонахождении башмачка капельного, Cypripedium guttatumSw.1800, на Поднебесных Зубьях и Кузнецком Алатау вообще (Красная книга КО 2000, 2012).
Состояние популяции и отдельных особей может сигнализировать о процессах, происходящих в целом в экосистеме. Несмотря на большой интерес к семейству Orchidaceae,сведений об отдельных представителях и местообитаниях, по мнению многих ученых, недостаточно (Вахрамеева, Татаренко,2014, Аверьянов,1999, др.). Особенно мало биометрических показателей для выявления адаптационных процессов к различным факторам окружающей среды, фактов для корреляции ответных реакций растений из разных мест обитания на эти факторы. Ценопопуляция, как и другие биологические системы, может описываться по составу, структуре и в динамике развития. Она имеет плотность, массу, распределение в пространстве, виталитет, генетическую и возрастную структуру. Каждый показатель по отдельности может дать представление о состоянии популяции, но более точную оценку можно получить при сочетании большего числа показателей. Поэтому объектом нашего исследования сталCypripediumguttatum Sw.- вид, нуждающийся в изучении и охране. Предметом изучения является экологическое состояние обнаруженной нами ценопопуляции в среднем течении реки Амзас, что необходимо для подготовки материалов законодательных актов по охране этого вида на местном уровне и экологического образования населения. Гипотеза - популяцияC. guttatum Sw. в долине реки Амзас находится в процветающем состоянии и имеет перспективы развития.
Цель нашей работы : изучение экологического состояния ценопопуляцииCypripedium guttatum Sw.в районе Поднебесных Зубьев.
Задачи:
1. Описать условия произрастания ценопопуляцииC. guttatumSw.в среднем течении р. Амзас для сравнения с модельными показателями вида;
2. Изучить жизненное состояние и основные показатели ценопопуляции
C. guttatumSw., провести мониторинг (2015-2020гг.) ;
3. Сделать прогноз экологического и биологического состояния ценопопуляцииC. guttatum Sw.в среднем течении реки Амзас;
4. Разработать меры по охранеC. guttatum Sw.на территории Поднебесных Зубьев, c возможностью привлечения детей к изучению и охране этого редкого вида, а также к мониторингу состояния ценопопуляции.
Новизна работы заключается в том, что в данном районе ценопопуляционные исследования этого редкого вида ранее не проводились. Поэтому данные по морфологии, физиологии (сроки и продолжительность цветения, плодообразование), возможно в дальнейшем - генетике и консортивным связям могут отличаться от других популяций. Еще одна особенность - характер местообитания.C. guttatum Sw.описывается как растение лесных опушек , ровных пространств, даже обочин дорог. Лично автором работы популяцииC. guttatum Sw.были встречены на открытых ровных пространствах на полуострове Святой Нос (Забайкальский национальный парк), в окрестностях базы учебных практик "Чамал" ФГБОУ ВО АГУ. Только одна работа из изученных нами (Усик,2002) упоминает условия произрастания популяцииC. guttatum Sw.как скалистый участок. В ходе исследования отрабатывались методы определения виталитета и был применен, вычисленный опытным путем, коэффициент площади листа.
В работе принимали активное участие обучающиеся школ города и области на протяжении 11 лет. Исследовательские работы были представлены на конференциях от регионального до международного уровня, были опубликованы в сборниках студенческих работ (Сериков, Медведева, 2015, 2016). Полученные материалы вошли в методическое пособие "Представители Красной книги Кемеровской области на территории Междуреченского района" и изданную в 2019 году Красную книгу Междуреченского района. Планируется внесение обнаруженного нами местообитанияC. guttatumSw. в следующее издание Красной книги Кемеровской области.
Популяция башмачка капельного в среднем течении реки Амзас обитает в условиях соответствующим видовым требованиям по освещенности, влажности, почвенному покрову. Факторы - освещенность и температура незначительно, но различаются в пределах местообитания. В зависимости от этого появляется разница в ЦП в несколько дней по зацветанию, плодообразование было замечено в самой освещаемой и прогреваемой части популяции. Но в этой же части наблюдается самая высокая плотность особей (49 ед /м2) и самый маленький размер листовой поверхности.
Обнаруженная и описанная нами популяция башмачка капельного в среднем течении реки Амзас состоит на 2020 год из 311+ рамет, сохраняя стабильную численность с 2013 года на уровне более 200 рамет. Доля генеративных растений составляет 22 % ценопопуляции. Плотность популяции различна по участкам местообитания. В ЦП1 - 49 побега на м2, в ЦП2 - 14,7 побега на м2. Общая плотность популяции, на 100-90 м2 с 2015 по 2019 составляла 2,0-2,2 особи на м2 , в 2020 - 3,5 особи на м2. Жизненность популяции - виталитет , определенная по сумме листовых пластинок башмачка капельного ЦП2, свидетельствует о процветании данной популяции. Более 80 % изученной ценопопуляции 2 по этому показателю относятся к классам виталитета а и b ( 2015 год), с преобладанием а - класса. Проведенные повторно в 2020 году измерения по всей популяции подтвердили соотношение классов виталитета. Следовательно, популяция находится в процветающем состоянии. Показатели жизненности (Злобин,1989, Ишбердин, 2002) положительны и стабильны по группам виталитета, что подтверждается критерием Стьюдента. Защищаемое положение - популяция находится в процветающем состоянии, подтверждено по данному признаку. Произошло за 5 лет уменьшение листовой поверхности, что может объяснятся климатическими условиями - уменьшение влажности в 2019-2020 годах, так и стратегией выживания - из-за увеличения плотности в ЦП ( от 2 до 3,5 особи на м2).
Индекс (отношение) А.Р. Ишбердина также подтверждает высокую степень процветания популяции (1,36). Виталитет, определенный по цветоносам, показывает равновесное состояние популяции. Процент генеративных особей на протяжении 5 сезонов наблюдения составляет от 13 до 22%. В микрогруппах ЦП3 и ЦП4 доля цветущих гораздо выше - 25 и 40 % соответственно, что показывает их как молодые генеты. Возрастная структура представлена всеми стадиями онтогенеза. То есть, является полночленной. Преобладание вергинильных и генеративных особей говорит о том, что популяция равновесная. Изменение онтогенетического спектра в течении лета соответствует указанным в литературе.
Среди особей, имеющих нормальные листья по форме и количеству, нами обнаружены 6 особей с отклонением в морфологии (4%) в 2015 году. 3 растения имели 3 полноразвитых листа вместо 2 и у трех растений верхний лист имел сросшиеся края (Приложение, фото 9) и был похож на трубку. Побег с 3 листьями был и в ЦП1. В 2017 году были трехлистные особи (2 особи, соответственно 1,2% от всей популяции). Предположительно, появление третьего листа - это влияние неблагоприятных условий на генеративный побег, когда вместо цветка, из брактеи образуется лист. Образование трубковидных листьев также происходит при неблагоприятных условиях.
По полученным нами данным, мы можем сказать, что популяция башмачка капельного, редкого растения, занесенного в Красную книгу Кемеровской области, в среднем течении реки Амзас находится в процветающем состоянии и имеет хорошие перспективы развития. Однако, идет разрушение скальной основы проживания популяции, возможно, на снижение численности в 2019 году повлиял сход верхнего слоя почвы. Но так как основа лежит на месте - сход может быть связан с лавиной, или промерзанием верхнего слоя почвы. Нельзя забывать и про антропогенный фактор - поток туристов через популяцию возрос, первый раз за 11 лет наблюдений мы увидели сорванный цветок.
Работу по пропаганде охраны и бережного отношения к редким организмам можно усилить через создание баннеров на входе на Поднебесные Зубья. Можно создать памятник природы - так как в этом месте не один краснокнижник, а несколько, и ограничить проход туристических групп через этот прижим. Думаем, что целесообразно переместить часть популяции, вегетативные клоны и семена, на территорию Кузбасского ботанического сада. Эта популяция, в отличии от многих других описанных популяций, не смешивается с другими видами, не образует грексов. В дальнейшем возможно исследование генетики этой популяции. Перспективны исследования по опылению башмачка капельного. В изучении этой популяции приняли участие школьники Кемеровской области. В дальнейшем можно продолжить наблюдения - вести мониторинг популяции. Через практико - ориентированную деятельность формируется научное мировоззрение, происходит экологическое образование, первичная профориентация. Молодое поколение может помочь выжить редкому растению, а башмачок капельный научить будущих людей ответственности за все живое и тому, что все связано со всем.
Обнаруженная и описанная нами популяция башмачка капельного в среднем течении реки Амзас состоит на 2020 год из 311+ рамет, сохраняя стабильную численность с 2013 года на уровне более 200 рамет. Доля генеративных растений составляет 22 % ценопопуляции. Плотность популяции различна по участкам местообитания. В ЦП1 - 49 побега на м2, в ЦП2 - 14,7 побега на м2. Общая плотность популяции, на 100-90 м2 с 2015 по 2019 составляла 2,0-2,2 особи на м2 , в 2020 - 3,5 особи на м2. Жизненность популяции - виталитет , определенная по сумме листовых пластинок башмачка капельного ЦП2, свидетельствует о процветании данной популяции. Более 80 % изученной ценопопуляции 2 по этому показателю относятся к классам виталитета а и b ( 2015 год), с преобладанием а - класса. Проведенные повторно в 2020 году измерения по всей популяции подтвердили соотношение классов виталитета. Следовательно, популяция находится в процветающем состоянии. Показатели жизненности (Злобин,1989, Ишбердин, 2002) положительны и стабильны по группам виталитета, что подтверждается критерием Стьюдента. Защищаемое положение - популяция находится в процветающем состоянии, подтверждено по данному признаку. Произошло за 5 лет уменьшение листовой поверхности, что может объяснятся климатическими условиями - уменьшение влажности в 2019-2020 годах, так и стратегией выживания - из-за увеличения плотности в ЦП ( от 2 до 3,5 особи на м2).
Индекс (отношение) А.Р. Ишбердина также подтверждает высокую степень процветания популяции (1,36). Виталитет, определенный по цветоносам, показывает равновесное состояние популяции. Процент генеративных особей на протяжении 5 сезонов наблюдения составляет от 13 до 22%. В микрогруппах ЦП3 и ЦП4 доля цветущих гораздо выше - 25 и 40 % соответственно, что показывает их как молодые генеты. Возрастная структура представлена всеми стадиями онтогенеза. То есть, является полночленной. Преобладание вергинильных и генеративных особей говорит о том, что популяция равновесная. Изменение онтогенетического спектра в течении лета соответствует указанным в литературе.
Среди особей, имеющих нормальные листья по форме и количеству, нами обнаружены 6 особей с отклонением в морфологии (4%) в 2015 году. 3 растения имели 3 полноразвитых листа вместо 2 и у трех растений верхний лист имел сросшиеся края (Приложение, фото 9) и был похож на трубку. Побег с 3 листьями был и в ЦП1. В 2017 году были трехлистные особи (2 особи, соответственно 1,2% от всей популяции). Предположительно, появление третьего листа - это влияние неблагоприятных условий на генеративный побег, когда вместо цветка, из брактеи образуется лист. Образование трубковидных листьев также происходит при неблагоприятных условиях.
По полученным нами данным, мы можем сказать, что популяция башмачка капельного, редкого растения, занесенного в Красную книгу Кемеровской области, в среднем течении реки Амзас находится в процветающем состоянии и имеет хорошие перспективы развития. Однако, идет разрушение скальной основы проживания популяции, возможно, на снижение численности в 2019 году повлиял сход верхнего слоя почвы. Но так как основа лежит на месте - сход может быть связан с лавиной, или промерзанием верхнего слоя почвы. Нельзя забывать и про антропогенный фактор - поток туристов через популяцию возрос, первый раз за 11 лет наблюдений мы увидели сорванный цветок.
Работу по пропаганде охраны и бережного отношения к редким организмам можно усилить через создание баннеров на входе на Поднебесные Зубья. Можно создать памятник природы - так как в этом месте не один краснокнижник, а несколько, и ограничить проход туристических групп через этот прижим. Думаем, что целесообразно переместить часть популяции, вегетативные клоны и семена, на территорию Кузбасского ботанического сада. Эта популяция, в отличии от многих других описанных популяций, не смешивается с другими видами, не образует грексов. В дальнейшем возможно исследование генетики этой популяции. Перспективны исследования по опылению башмачка капельного. В изучении этой популяции приняли участие школьники Кемеровской области. В дальнейшем можно продолжить наблюдения - вести мониторинг популяции. Через практико - ориентированную деятельность формируется научное мировоззрение, происходит экологическое образование, первичная профориентация. Молодое поколение может помочь выжить редкому растению, а башмачок капельный научить будущих людей ответственности за все живое и тому, что все связано со всем.