Исследовательская работа «Изучение популяции жирянки альпийской Pinguicula Alpina в окресностях села Лувеньга»

Муниципальное автономное учреждение дополнительного образования

«Детская эколого-биологическая станция»

муниципального образования Кандалакшский район

Мурманская область, г. Кандалакша

Детское объединение «Юный эколог»

Изучение популяции жирянки альпийской Pinguicula Alpina в окресностях села Лувеньга

Автор: Лагодская Анастасия, 10 класс,

детское объединение «Юный эколог», МАУДО «Детская эколого-биологическая станция»

Руководитель: Немцева Марина Викторовна, педагог дополнительного образования МАУДО «Детская эколого-биологическая станция»

Кандалакша,

Мурманская область,

2018 г.

Содержание:

Введение 3

Материал и методы исследования 4

Результаты и их обсуждения 5

Выводы 11

Список литературы 12

1.Введение.

жВ настоящее время видовой состав сосудистых растений на территории Мурманской области выявлен достаточно полно, хотя распространение многих видов по районам области, их экологическая приуроченность, связь с определенными типами сообществ нуждается в дополнительном изучении [1] . Численность любой популяции чрезвычайно динамична, т. е. подвержена постоянным изменениям. На численность популяций влияют абиотические факторы, например, все погодные условия: температура, дожди, ветры, солнечная радиация, давление и т. п. Особенно существенно влияют на растения такие факторы, как: техногенное загрязнение атмосферы, вырубка лесов, осушение болот, которые значительно изменяют естественную структуру растительных сообществ и приводят к сокращению распространения, и, в конечном счете, к вымиранию различных видов растений. Осушение болот привело к сокращению численности влаголюбивых растений, к таким растениям относятся насекомоядные растения. В Мурманской области - 2 рода, 6 видов насекомоядных растений [1]. В Красную книгу Мурманской области занесена жирянка волосистая (Pinguicula villosa L) [6]. До недавнего времени альпийская жирянка (Pinguicula alpina)  была широко распространена от севера лесной зоны до тундровой зоны [1]. В настоящее время вид включён в региональные Красные книги (Архангельской области, Свердловской области, Тюменской области, Республики Карелия) [7,8,9]. В Мурманской области численность жирянки альпийской, она уже не обнаруживается в тех местах, где она была обнаружена Раменской. [2]. Влияние на то или иное растительное сообщество в большей степени обуславливает потерю или резкое ухудшение состояния редких растений. Эти факторы не регулируют плотность популяции, а просто отклоняют ее в ту или иную сторону. Особенно существенно влияют на растения такие факторы, как: техногенное загрязнение атмосферы, вырубка лесов, осушение болот, которые значительно изменяют естественную структуру растительных сообществ и приводят к сокращению распространения, и, в конечном счете, к вымиранию различных видов растений. Охрана и рациональное использование растительных ресурсов является актуальной проблемой в нынешнее время, исследования проводились на месте нарушенных биоценозов и это даёт возможность проследить восстановление популяции в естественной среде. Практическое значение имеет изучение популяции жирянки альпийской Pinguicula alpina  для прогноза численности вида на данной территории и выявления возможностей восстановления растительного покрова на нарушенных землях.

Ценопопуляция - это локальная группа особей одного вида на определенной экологически однородной территории в пределах одного растительного сообщества. 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. Один из самых важных показателей - виталитет. Если исчезающий вид представлен большей частью депрессивными особями, возможна его гибель. Ценопопуляция растений является совокупностью особей одного вида в пределах растительного сообщества (фитоценоза) [3]. Ценопопуляция как любая система находится в развитии. Часто естественный ход динамических процессов нарушается хозяйственной деятельностью человека.

Цель работы: изучить популяцию жирянки альпийской Pinguicula alpina в местах естественного произрастания.

Задачи:

Определить географическое положение популяции.

Изучить биологию жирянки альпийской.

Определить биометрические показатели жирянки альпийской и жизненность популяции.

Определить численность и среднюю плотность популяции.

Определить возрастные спектры ценопопуляции жирянки.

Определить экологическую приуроченность вида.

Объект исследования: жирянка альпийская Pinguicula alpina

Предмет исследования: популяция жирянки альпийской в окрестностях села Лувенньга

 2. Материал и методы исследования

Сбор материала проводился в районе осушительных каналов на юго-востоке от посёлка Лувеньга летом 2014 -2017гг.

Исследования проводились маршрутным методом. Сбор материала проводился на основе общепринятых геоботанических и популяционных методов [3]. Нами был использованы метод пробных площадок. Для определения плотности популяции подсчитывали количество особей на единицу площади. Производили количественный учет популяции. При помощи рамки размером 50х50 см определяли плотность произрастания объекта исследования. Указывали все растения, попадающие в рамку. Определение растений на пробных площадках проводилось по живым экземплярам с помощью определителя Раменской[4]. Рамки накладывались в случайном порядке, по всей длине канала. Внутри каждой рамки учитывались общие для популяции параметры: количество растений жирянки; количество цветущих растений;

Измеряли длину, ширину листьев и у цветущих растений высоту цветоноса.

Виталитет популяций определяли по методике Ю. А. Злобина[5]. По этой методике предложено два варианта оценки виталитета - одномерный и многомерный. Виталитет определяется по разным показателям - по массе, высоте растения, площади листа, размеру соцветия и так далее. Необходимо получить выборку из нескольких десятков показателей по одному признаку. Затем полученные результаты разбивают на три группы - большое проявление признака, среднее и наименьшее (а,b,с). По соотношению особей с большим, средним и меньшим проявлением признака в ценопопуляции оценивается ее виталитет. Процветающими считаются популяции с преобладанием особей а - класса. Критическое условие их выделения - (a + b)/2 > c. Депрессивными считаются популяции с преобладанием особей с - класса. Критическое условие их выделения - (a + b)/2

Гипотеза исследования: т.к жирянка альпийская – гемикриптофит, то  в неблагоприятный для вегетации период, численность растений на поверхности почвы будет невысокой.

3. Результаты работы и их обсуждение.

3.1 Географическое положение.

Исследования проводились во время летних экологических экспедиций. Популяция жирянки альпийской Pinguicula alpina  была обнаружена 1,5 км к юго-востоку от кордона Лувеньга. В районе заброшенного поля, по краю по краю осушительного магистрального канала. Географические координаты 67°06'  с.ш.  32°40'в.д.  
3.2. Ботаническое описание.

Жирянка альпийская – одиночное растение, имеет сравнительно многолетнюю продолжительность жизни. Описание: в отличие от жирянки обыкновенной, цветоножка данного растения немного короче. Корневище стержневое, коричневое; придаточные корни бледно-желтые с одной розеткой листьев у основания. Высота растения – 5-15 см. Листья очередные, расположены у основания, по 4-5 в одной розетке, до 4 см в диаметре, на поверхности имеют липкие железы. Цвет листьев варьируется от желтовато-зеленого и темно-красного до розового. Одиночный цветок жирянки альпийской белого цвета с желтой пыльцой. Распространение и естественная среда: растение очень теплолюбивое. Встречается на южных склонах и скалах, в средней арктической зоне. Жирянка альпийская представляет собой европейский и сибирский вид жирянки, широко распространена в северных и высокогорных районах. Цветение: обычно один новый бутон раскрывается в ​​течение одного сезона. В отличие от других видов, жирянка альпийская является полупаразитом. Растение имеет хлорофилл и получает питательные вещества также от фотосинтеза. Ловчий аппарат жирянки - лист. На верхней стороне листа находятся железки на ножках, выделяющие сахаристую слизь для привлечения насекомых, и сидячие железки, производящие слизь с набором ферментов для переваривания добычи.
Присевшее на лист насекомое приклеивается к его поверхности, после чего происходит медленное скручивание листа и переваривание захваченного насекомого.

Жирянки – единственные представители семейства, сохранившие при переходе к насекомоядности настоящие корни.[10]

3.3. Биометрические показатели жирянки альпийской.

Численность растений определяли путем подсчета числа растений на площадке. Измеряли следующие биометрические показатели растений: высоту (ширину) побега, высоту цветоноса, длину и ширину листа, количество листьев, цветков, плодов с помощью линейки.

Таблица 1.Численность и морфологические характеристики жирянки альпийской в окрестностях села Лувеньга

Биометрические показатели ( рис.1) за все годы наблюдений примерно одинаковые и от литературных не отличаются.

Рис. 1. Средние биометрические показатели жирянки альпийской.

По данным таблицы 1. По соотношению участия крупных, промежуточных и мелких особей растений в ценопопуляции оценивается ее виталитет. Виталитет – уровень состояния растения в момент исследования фитоценоза. Высота растений является наиболее наглядным и удобным для использования показателем развитости. В популяции растений наблюдается размерная дифференциация. Разные особи могут достигать здесь различной мощности, в зависимости от своего жизненного состояния (виталитета) В нашей работе мы выбрали метод количественной оценки виталитета ценопопуляции с помощью расчетной величины Q = 1/2(a + b), где а, b, c — среднее значение признака высшего, промежуточного, низшего класса виталитета соответственно. Популяции, характеризующиеся преобладанием особей высшего класса виталитета, относятся к процветающим. Критическое условие их выделения: Q > с. Равновесные ценопопуляции характеризуются равенством встречаемости особей всех виталитетных классов: Q = c. В депрессивных ценопопуляциях преобладают особи низшего класса виталитета: Q < с.

Таблица 2. Оценка виталитета.

В 2014-2015 гг. популяция жиряки была процветающей, в 2016 равновесной, в 2017 была депрессивной.

3.4. Определение плотности ценопопуляции.

Для определения плотности популяции, производили подсчёт количество жирянки альпийской, произрастающей на 1 м2, т.к. величина рамки с помощью которой учитывали растения, составляла 50х50 см2, то подсчитывали количество растений, произрастающих в четырёх рамках (Табл.3).

Таблица 3 . Плотность ценопопуляции.

Средняя плотность на квадратный метр самой высокой была в 2015 году – 21 растение, самой низкой в 2017 – 6 растений. На третьей площадке, которая находилась в том месте, где влажность почвы выше. 

3.5. Возрастные спектры ценопопуляции жирянки.

Особи растений, входящие в состав ценопопуляции, как правило, различаются по возрасту. Но, к сожалению, определить абсолютный возраст растений по их внешнему виду достаточно сложно, зачастую и вовсе невозможно. Поэтому у большинства растений устанавливается их относительный возраст, то есть тот, на который растение «выглядит». В этом случае говорят о выделении онтогенетических групп растений. У растений, размножающихся семенами, за основу выделения онтогенетических групп принято разграничение жизненного цикла на четыре периода, внутри которых, как правило, осуществляется более дробное деление [2].

Латентный (период первичного покоя) – период, когда растение находится в состоянии семян; ценопопуляция при этом представлена банком семян, находящемся в почве.

Виргинильный (девственный) – период от прорастания семян до начала генеративного размножения особи. В пределах виргинильного периода выделяются растения следующих возрастных состояний:

  ● проростки, характеризующиеся смешанным питанием за счет питательных веществ семени и собственной ассимиляции, а также наличием структур семени (семядолей, первичного корня);

  ● ювенильные растения, имеющие несформированные признаки взрослых особей, наличие листьев иной формы и расположения, чем у взрослых растений, иной тип нарастания и ветвления побегов, потеря связи с семенем, отсутствие семядолей;

 Генеративный – период, когда растение размножается семенами. В его пределах выделяются растения следующих возрастных состояний:

  ● молодые генеративные растения, характеризуются появлением генеративных органов; процессы новообразования у таких растений преобладают над отмиранием, у них также окончательно формируются взрослые структуры;

  ● средние генеративные растения, имеют уравновешенные процессы новообразования и отмирания, у них наблюдается максимальный прирост биомассы и семенной продуктивности;

  ● старые генеративные растения, характеризуются преобладанием процессов отмирания над процессами новообразования, у подобных растений резко снижаются генеративные функции, а также происходит ослабление процессов корне- и побегообразования.

Сенильный (старческий) – период, когда растение уже не способно к семенному размножению и обречено на отмирание. Ценопопуляцию, в которой представлены растения всех возрастных групп, называют полночленной, а при отсутствии определенных групп – неполночленной. Как правило, ценопопуляции инвазийного или регрессивного типа будут неполночленными, то есть будут отсутствовать либо виргинильные особи (в регрессивных ценопопуляциях), либо генеративные и сенильные (в инвазийных ценопопуляциях). В то же время нормальные ценопопуляции могут быть как полночленными, так и неполночленными. При этом неполночленность ценопопуляции будет временной и обусловленной, к примеру, перерывом в плодоношении или циклическим влиянием экологических факторов.

Возрастные группы растений: а — ювенильная (1 -3 листа без побега); б — взрослая вегетативная (облиственный побег, но без цветка); в — генеративная (цветущая особь). (Таблица 4).

Таблица 4. Возрастные спектры ценопопуляции жирянки.

Наибольшее число генеративных особей было отмечено в 2015 году, а наименьшее в 2016.

Рис. 3 Возрастные спектры ценопопуляции.

3.5.Виды, встреченные на пробных площадках.

В районе исследований кроме жирянка альпийской, встречались жирянка обвкновенная, кровохлёбка лекарственная росянка круглолистная, грушанка обыкновенная, лапчатка прямостоячая, вереск и другие виды.

Рис.4. Виды, встреченные на пробных площадках.

Выводы:

Популяция жирянки альпийской Pinguicula alpina  была обнаружена 1,5 км к юго-востоку от кордона Лувеньга. За время исследований наибольшее количество растений было обнаружено в 2015 году 102 растения. Наименьшее количество растений в 2017 году. Популяция жирянки за всё время наблюдений альпийской является равновесной, включающей в себя экземпляры различных возрастных групп. По уровню виталетета в 2014 -2015 гг была процветающуй, в 2016 равовесной и в 2017 г депрессивной.

Количественные показатели исследуемых популяций следующие: средняя плотность (экз./1м2) – в 2014 году – 6 растений, а в 2015 году – 6 растений, в 2016 – 3, в 2017 – 4. В 2014 году цветущих растений было 24 штуки, а 2015 -26 штук, в 2016 – 2 штуки, в 2017 – 4 штуки.

Морфологические и морфометрические исследования популяций выявили за годаы наблюдений практически не менялись средняя высота – 114 мм, среднее количество цветков на одном растении – 2 шт.; средняя ширина листа составила 12,1 мм, средняя длина листа – 21,3 мм.

Список литературы.

Раменская М. Л. Анализ флоры Мурманской области и Карелии. – Л.: «Наука», 1983.

Жукова Л.А., Ведерникова О.П., Смирнова О.В. Популяционная экология растений. Йошкар-Ола, 1995.

Широков А. И. Изучение ценопопуляций растений: Метод. рекомендации для студентов-биологов / А. И. Широков, В. П. Воротников, А. К. Ибрагимов. – Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 1994.

Раменская М.Л., Андреева В. Н. Определитель высших растений Мурманской области и Карелии. Л.: «Наука», 1982 435с.

Злобин Ю.А. Принципы и методы изучения ценотических популяций растений. Казань, 1989.

Красная книга Мурманской области / Правительство Мурманской обл.; Упр. природ. ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Мурм. обл. / Андреева В.Н. и др; Худож.: А.М. Макаров. – Мурманск: Кн. изд-во, 2003. – 400 с.: ил.

Красная книга Архангельской области: официальное издание/ Администрация Арангельской обл., Ком. По экологии Архангельской обл., М-во окружающей среды Финляндии [и др., сост.: П.Н. Амосов и др] — Архангельск : Администрация Арангельской обл., 2008— 351, [1] с. ил. : цв.ил., табл., карты

Красная книга Свердловской области. Животные, растения, грибы. — Екатеринбург: Баско, 2008— 251, [1] с. ил. : цв.ил., табл., карты

Красная книга Карелии/ Мин. Экологии и природных ресурсов республики Карелия, Карельский научный центр РАН, Петрозаводский гос. Ун-т; научные ред.: Э.В. Ивантер, О.Л. Кузнецов. – Петрозаводск: Карелия, 1995. – 286с

Москвичева Л.А. Флора Мурманской области. [Электронный ресурс]: Доступ к странице: http://www.murman.ru/flora/data/i000057.shtml