Биоиндикация рекреационных нагрузок по изменениям морфоструктуры надземных

Биоиндикация рекреационных нагрузок по изменениям морфоструктуры надземных органов растений Калининград 2009

Влияние антропогенных стрессоров приводит к изменению не только анатомической структуры листьев, при этом меняются также морфологические особенности надземных органов , в том числе и фотосинтезирующих. Так, заметно изменяются линейные размеры и площадь листьев, размеры побегов и т. д. Одной из распространенных форм антропогенных воздействий в наше время, наряду с загрязнением атмосферы промышленными поллютантами, являются рекреационные нагрузки. Особенно остро эта форма влияния человека на природу проявляется вокруг крупных городов. Исследования рекреационных воздействий на растительность ведутся в основном на уровне экосистем и фитоценозов. Работ, посвященных анализу влияния рекреационных нагрузок на жизнедеятельность видов растений напочвенного покрова, очень мало. Методика таких исследований разработана недостаточно.

Один из важнейших факторов рекреационного воздействия — вытаптывание. Оно проявляется прямо (как механическое давление на надземные и подземные органы растения) и косвенно (как сильное уплотнение поверхностных слоев почвы, вызывающее нарушение ее водно физических свойств).

Материалы и оборудование. Живые или загербаризированные растения, собранные в условиях отсутствия рекреационного воздействия и сильной рекреационной нагрузки (не менее 30 особей для каждого типа местообитаний); линейки с миллиметровыми делениями; планиметры (или миллиметровая бумага). Занятие желательно проводить в парке или на лугу, поляне. Необходимо выбрать по крайней мере два участка, контрастных по степени рекреационной нагрузки: 1) тропинка с интенсивным вытаптыванием; 2) участок вне зоны вытаптывания. (контроль) Если по каким то причинам провести занятие в природной обстановке невозможно, то используют заранее собранные в указанных условиях и загербаризированные растения. В качестве объектов исследования желательно использовать растения с простыми и относительно крупными листьями, широко распространенные в разных местообитаниях (например, подорожники, одуванчик).

Ход работы. Провести измерения количественных показателей надземных органов растений, данные измерений занести в таблицу. Измерение площадей листовых пластинок проводят планиметром, при его отсутствии — с помощью миллиметровой бумаги. Для получения достоверных результатов необходимо проводить измерения не менее чем у 30 экземпляров растений. Полученные результаты обработать с применением методов вариационной статистики и данные также занести в таблицу. Сопоставить полученные результаты и сделать выводы.

Растения, подвергающиеся интенсивному вытаптыванию рекреантами, также подвергаются измельчанию всех надземных органов по сравнению с контрольными особями того же вида. Вывод: интенсивное рекреационное воздействие приводит к резкому сокращению размеров вегетативных органов и в конечном итоге — к снижению продуктивности растений.

БИОИНДИКАЦИЯ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ ПО ДЕМОГРАФИЧЕСКОМУ АНАЛИЗУ ЦЕНОПОПУЛЯЦИЙ РАСТЕНИЙ. Популяционной биологией растений в последние годы разработан понятийный аппарат и система методов, позволяющих подойти к решению проблем индикации антропогенной трансформации растительного покрова

Наиболее просто определяемым признаком устойчивого состояния популяции является полночленность возрастного состава данной популяции, т. е. когда количество отмирающих старовозрастных особей не превышает число рождающихся и при этом в популяции присутствует определенная часть особей, способных к генерации. Любой организм характеризуется специфическим набором анатомо морфологических, физиологических и других признаков, совокупность которых определяет его возрастное состояние в ходе онтогенеза. Процесс индивидуального развития осуществляется непрерывно. Однако, используя ряд индикаторных признаков, его можно подразделить на довольно крупные периоды , которые, в свою очередь, делятся на возрастные этапы. Каждый этап представляет собой определенное возрастное состояние.

Итак, в популяции постоянно присутствуют особи, находящиеся на разных стадиях онтогенеза. Процесс этот очень динамичен, но представляется возможным выделение следующих возрастных этапов (периодов) и состояний: I период — латентный • Покоящиеся семена (хт). Данная часть популяции наименее уязвима для внешних воздействий. В процессе эволюции растения выработали ряд анатомо морфологических и физиологических механизмов, смягчающих воздействие внешних факторов на семе на, которые являются потенциалом растительной популяции. Семена, попадая в почву, сохраняются достаточно длительное время (до нескольких десятков, реже — сотен лет). Находясь как бы в законсервированном состоянии, они формируют так называемый "банк семян", позволяющий переживать неблагоприятные условия для нормальной жизнедеятельности и способствующий восстановлению популяции при снятии стресса (Петров, 1989).

2 период — прегенеративный • Проросток, всход (р). Характерно смешанное питание за счет веществ семени и ассимиляции первых листьев. При этом имеется морфологическая связь, с семенем у зародышевых структур: семядолей, первичного (зародышевого) побега и корня. • Ювенильное состояние . Характерна простота организации, несформированность признаков и свойств, присущих взрослым особям (иные, чем у взрослых растений, листья, тип нарастания и ветвления, или отсутствие ветвления вообще), возможное усложнение типа корневой системы, но сохранение при этом зародышевых структур, потеря связи с семенем и, как правило, отсутствие семядолей. Растения, находящиеся в ювенильном и прорастающем состоянии, являются наиболее уязвимой частью популяции при воздействии внешних факторов вследствие неразвитости некоторых анатомических и морфологических структур, физиологических механизмов.

• Имматурное состояние. Имеются свойства и признаки переходного к взрослым особям состояния: развитие листьев, побеговой и корневой систем переходного полувзрослого типа, появление отдельных взрослых черт в структуре побегов (смена типов нарастания, начало ветвления, появление плагиотропных — стелющихся побегов и др. ), сохранение отдельных элементов первичных структур. • Виргинильное состояние. Наблюдается преобладание взрослых черт в структуре особи: развитие характерных листьев, побеговой и корневой систем. Растение практически имеет вид взрослой особи, но не плодоносит.

3 период — генеративный • Молодое генеративное состояние. Появляются генеративные побеги, процессы новообразования (появление новых побегов и корней) преобладают над отмиранием старых участков тела. • Зрелое генеративное состояние. Процессы нарастания и отмирания уравниваются, растения достигают наибольшей биомассы и продуктивности семян, являются главной частью популяции, ее центральным звеном. • Старое генеративное состояние. Количество генерирующих побегов резко сокращается, процессы отмирания преобладают над ростом.

4 период — постгенеративный • Субсенильное состояние. Плодоношение полностью отсутствует, рост практически прекращается, имеется масса отмерших частей, строение побеговых и корневых систем резко упрощается. • Сенильное состояние. Продолжают отмирать старые участки тела, размеры уменьшаются. У травянистых растений сенильные особи по размеру и облику часто становятся похожими на ювенильные.

Продолжительность онтогенеза у высших растений сильно различается — от нескольких недель до сотен и более лет. Возрастной состав популяции достаточно объективно отражает динамические процессы, связанные с изменением среды произрастания, в том числе и антропогенные воздействия. Соотношение долей разных возрастных групп в конкретной ценопопуляции индуцирует состояние в данный момент времени и дает возможность прогноза ее развития. При этом для определения демографического (возрастного) состава популяции используют принцип построения возрастных спектров (гистограмм). В системе координат на оси абсцисс (х) откладывают шкалу возрастных состояний, на оси ординат (у) — доли каждой возрастной группы в процентах.

Возрастной спектр может иметь различный характер. Т. А. Работнов (1950) при изучении сукцессионных процессов в популяциях выделил три основных типа, соответствующие их зарождению, расцвету и угасанию. 1. Инвазионный тип— популяция только зародилась вследствие заноса диаспор извне, присутствуют особи только прегенеративного состояния. При этом популяция не обладает способностью к самоподдержанию. При благоприятном протекании сукцессии она приобретает в дальнейшем устойчивый характер. 2. Нормальный тип— популяция не зависит от заноса диаспор извне, способна к самоподдержанию генеративным и вегетативным путем. В популяции присутствуют особи практически всех возрастных состояний.

В свою очередь нормальный тип подразделяется на: Нормальный молодой тип — положение максимума в спектре наблюдается у прегенеративной и молодой генеративной групп, при полном отсутст виипостгенеративной группы. Такая популяция способна к само поддержанию, нет угрозы гибели при отсутствии глобального стресса. Нормальный зрелый тип — положение максимума в спектре у зрелой генеративной группы, имеется небольшое количество особей постгенеративной группы (старой, не плодоносящей). При этом присутствуют особи всех возрастных групп. Такой тип можно считать оптимальным вариантом устойчивости. Нормальный стареющий тип — положение максимума наблюдается у старовозрастной (постгенеративной) группы, но при этом все еще присутствуют особи всех возрастных групп, что обеспечивает достаточно устойчивое состояние.

3. Регрессивный тип— в спектре присутствует только старовозрастная часть популяции при полном отсутствии молодой и плодоносящей группы. Существование такой популяции зависит полностью от заноса диаспор извне. Данный тип индицирует самое неустойчивое состояние популяции, при этом имеется достаточно большая вероятность гибели. Указанные положения возрастной дифференциации и динамики популяций характерны для большинства высших растений.