Динамика абиотических и биотических факторов у доминирующих видов травянистых растений в сообществах на разных этапах послепожарной сукцессии леса. Изменение видового состава растений. Изменение биопродуктивности и физиологических процессов растений.
Аннотация к работе
Особенности факторов среды и функциональных процессов у травянистых растений при пирогенной сукцессии леса в Среднем Приобье АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наукРабота выполнена в Нижневартовском государственном гуманитарном университете на кафедре экологии Научный руководитель: кандидат биологических наук, профессор Нижневартовского государственного гуманитарного университета Иванова Нина Александровна Официальные оппоненты: Ильминских Николай Геннадьевич, доктор биологических наук, профессор кафедры общей биологии Тюменской государственной сельскохозяйственной академии Защита состоится «4» июня 2012 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.02 при Тюменской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 625003, г.Изучением процессов восстановления лесных сообществ, в том числе после пожаров занимались многие отечественные и зарубежные исследователи: Коулс, 1899; Морозов, 1912; Клементс, 1916; Сукачев, 1962; Седых, 1979; Горшков, Баккал, Ставрова, 1995; Фуряев, 1996; Комарова, 1999; Миркин, Наумова, Соломещ, 2002; Ишутин, 2004. Цель исследования - выявление особенностей динамики абиотических и биотических факторов и функциональных процессов у доминирующих видов травянистых растений в сообществах, находящихся на разных этапах послепожарного возобновления в подзоне средней тайги на территории Нижневартовского района ХМАО-Югры. Изучить взаимосвязи функциональных процессов травянистых растений с абиотическими и биотическими факторами среды. Впервые проведено комплексное исследование динамики абиотических и биотических факторов, функциональных особенностей видов-доминантов травянистых растений, находящихся на разных этапах послепожарного возобновления леса на территории Среднего Приобья (ХМАО-Югры). Показана взаимосвязь формирования сообществ с численностью микроорганизмов и грибов, а также подробная корреляционная зависимость функциональных процессов у травянистых растений в процессе пирогенной сукцессии с изменениями факторов среды, в том числе с микробиологической активностью почв.В главе дано описание особенностей экологических сукцессий в процессе послепожарного возобновления леса, абиотических факторов, и микробиологических процессов, эколого-физиологических механизмов, адаптаций растений на разных стадиях пирогенной сукцессии. Исследования проведены в лабораторных и полевых условиях, с 2006 по 2010 гг., в период активной вегетации растений (конец июня, июль, начало августа) на территории Нижневартовского района, Ханты-Мансийского автономного округа - Югры. Для изучения были выбраны семь участков, находящиеся на разных этапах пирогенной сукцессии. Таблица 1 - Изученные доминантные виды травянистых растений в сообществах, находящихся на разных этапах пирогенной сукцессии Интенсивность дыхания почвенных микробиоценозов изучали ex situ - в лабораторных условиях, по учету количества выделенного углекислого газа (Денисова, 1999) титрометрическим методом, целлюлозоразлагающую активность микроорганизмов в почве - по скорости разложения картона и хлопчатобумажной ткани, протеазную - методом аппликации на рентгеновской пленке (Егоров, 1976; Денисова, 1999).В процессе пирогенной сукцессии от начальных этапов лесовосстановления к последующим уменьшается интенсивность освещения на 67,8%, температура почвы от 24,4 до 6,93°С, температура воздуха от 25 до 15,4°С. Увеличивается влажность почвы от 11,63 до 42,2% и воздуха от 28 до 47,3%, снижается плотность почвы от 1,8 до 1 кг и ее восстановительный потенциал, растет окислительный потенциал и содержание кислорода от 3 до 19,2%. Количество гумуса в подстилке увеличивается от 2,76 до 4,52 мг/г, в верхнем слое почвы его содержание изменялось от 3,25 до 5,2 мг/г. В процессе сукцессии их количество увеличивалось, и было максимальным в кедровнике хвощово-осоковом - 1,3 млн./г почвы и 96% соответственно. Численность микроорганизмов и грибов в почве имела высокую корреляционную зависимость с содержанием минеральных веществ (r =-0,98), температурой почвы (r =-0,96) и воздуха (r = 0,90), с содержанием кислорода в почве (r = 0,95), толщиной подстилки (r = 0,97), влажностью и плотностью почвы (r = 0,96 и 0,95 соответственно).
План
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Вывод
1. В процессе пирогенной сукцессии от начальных этапов лесовосстановления к последующим уменьшается интенсивность освещения на 67,8%, температура почвы от 24,4 до 6,93°С, температура воздуха от 25 до 15,4°С. Увеличивается влажность почвы от 11,63 до 42,2% и воздуха от 28 до 47,3%, снижается плотность почвы от 1,8 до 1 кг и ее восстановительный потенциал, растет окислительный потенциал и содержание кислорода от 3 до 19,2%. Кислотность почвенного раствора на поверхности почвы и на уровне корней меняется от 3,8 кислой до 6,5 слабокислой. Количество зольных элементов в верхнем слое почвы, подстилке и опаде сокращается от 95 до 62%, но растет содержание органики от 5 до 38%. Количество гумуса в подстилке увеличивается от 2,76 до 4,52 мг/г, в верхнем слое почвы его содержание изменялось от 3,25 до 5,2 мг/г. Снижается накопление сульфатов, аммиачного азота, магния, кальция.
2. На первых этапах пирогенной сукцессии в почве численность микроорганизмов и грибов была низкой. В процессе сукцессии их количество увеличивалось, и было максимальным в кедровнике хвощово-осоковом - 1,3 млн./г почвы и 96% соответственно. На начальных стадиях лесовосстановления доминировали грибы родов Rhizopus, Mucor и Trichoderma, на последних - прокариотные мицелиальные микроорганизмы Actinomyces. В процессе пирогенной сукцессии увеличивалась целлюлозоразлагающая активность почвы от 19 до 96%, протеазная активность почвы от 20 до 55%, интенсивность дыхания от 2,4 до 3,6 мг/дм2ч.
3. Численность микроорганизмов и грибов в почве имела высокую корреляционную зависимость с содержанием минеральных веществ (r = -0,98), температурой почвы (r = -0,96) и воздуха (r = 0,90), с содержанием кислорода в почве (r = 0,95), толщиной подстилки (r = 0,97), влажностью и плотностью почвы (r = 0,96 и 0,95 соответственно).
4. В процессе сукцессии снижается биомасса растений от 3,9 до 0,65 г/растение, ассимиляционная площадь листьев, изменяется вклад отдельных органов в структуру биомассы. На первых этапах сукцессии основной вклад в структуру биомассы растений вносят листья, на поздних стадиях - корни. В процессе послепожарного восстановления леса уменьшается интенсивность фотосинтеза растений от 8 до 1,5 мг/дм2ч, а также общее содержание пигментов и хлорофилла а, увеличивается количество хлорофилла b и каротиноидов. Отношения хлорофиллов а к b и хлорофиллов a b к каротиноидам уменьшалось. В ходе лесовосстановления величина темнового дыхания листьев снижается от 2 до 0,4 МГСО2/г сухой массы. При пирогенной сукцессии уменьшается интенсивность транспирации от 0,77 до 0,12 г/дм2ч, а так же содержание воды на одно растение и на единицу площади листа.
5. Корреляционный анализ выявил высокую взаимосвязь интенсивности фотосинтеза на первых этапах пирогенной сукцессии с освещенностью (r = -0,99), влажностью почвы (r = 0,99), содержанием минеральных веществ (r = 0,90), температурой почвы и воздуха (r = -0,91 и -0,98); на последующих - с плотностью и кислотностью почвы (r = -0,99 и -0,99), содержанием кислорода в ней (r = -0,99), толщиной подстилки (r = 0,96).
6. Интенсивность дыхания растений в процессе лесовосстановления коррелирует с большинством факторов среды. Максимальная корреляционная зависимость выявлена между дыханием растений и содержанием кислорода в почве (r = 0,99), плотностью почвы (r = -0,99), освещенностью (r = 0,98), кислотностью почвы (r = 0,98), температурой почвы (r = -0,99).
7. На начальных стадиях восстановления леса интенсивность транспирации имела высокую корреляционную зависимость с влажностью воздуха (r = 0,98), освещенностью (r = -0,96), кислотностью почвы (r = 0,96), содержанием кислорода и минеральных веществ (r = -0,86 и 0,91 соответственно), на последних - с кислотностью почвенного раствора (r = 0,74), плотностью почвы (r = 0,89), с содержанием минеральных веществ (r = 0,71) и температурой почвы (r = -0,70).
8. Функциональные процессы растений в меньшей степени коррелировали с численностью микроорганизмов, грибов и целлюлозоразлагающей активностью почв. Интенсивность фотосинтеза имела высокую корреляционную зависимость с количеством грибов в почве (r = -0,66), и эта зависимость увеличивалась в процессе лесовосстановления (r = -0,94). Выявлена высокая зависимость между накоплением органического вещества на одно растение и количеством грибов в почве (r = 0,99), микроорганизмами (r = 0,89) и целлюлозоразлагающей активностью почвы (r = 0,99) на всех этапах послепожарного лесовосстановления.
Список литературы
Публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ: 1. Голубцова О.С. Особенности содержания пигментов у травянистых растений, находящихся в сообществах на разных стадиях пирогенной сукцессии // Естественные и технические науки. М.: Спутник , 2010. №4. С. 69-73.
2. Иванова Н.А., Голубцова О.С. Особенности фотосинтеза и биологическая продуктивность травянистых растений на разных этапах послепожарного возобновления леса в среднетаежной подзоне Западной Сибири // Естественные и технические науки. М.: Спутник , 2010. №4, С. 73-77.
Научные статьи и материалы: 3. Голубцова О.С. Динамика изменения абиотических факторов в растительных сообществах в процессе пирогенной сукцессии // Экология Южной Сибири и сопредельных территорий: Сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. Абакан, 2007. Том 1. С. 12-13.
4. Голубцова О.С. Структура биомассы и типы экологической стратегии травянистых растений на разных стадиях пирогенной сукцессии // Наука и образование: Сб. тр. VII Междунар. науч. конф. Белово, 2008. С. 543-545.
5. Иванова Н.А., Голубцова О.С. Особенности абиотических факторов в сообществах, находящихся на разных этапах послепожарного возобновления в условиях среднетаежной подзоны Западной Сибири // Эколого-географические проблемы природопользования нефтегазовых регионов - теория, методы, практика: Докл. IV Междунар. науч.-практ. конф. Нижневартовск, 2010. С. 131-134.
6. Голубцова О.С., Иванова Н.А. Динамика изменения видового состава и проективного покрытия растений на разных стадиях послепожарного восстановления леса в условиях Среднего Приобья // Вестник НГГУ. Нижневартовск, 2011. С. 6-11.
7. Голубцова О.С. Особенности интенсивности транспирации у травянистых растений на разных стадиях пирогенной сукцессии / Современная биология: вопросы и ответы: Мат. I Междунар. науч. конф., Санкт-Петербург - Петрозаводск, 2012. С. 139-143.
8. Голубцова О.С. Изменение численности микроорганизмов и грибов, ферментативной активности в почвах на разных стадиях послепожарного восстановления леса / Проблемы современной биологии: Мат. III Междунар. науч.-практ. конф. // Естественные и технические науки. М.: Спутник , 2012. C. 103-109.