Автор: Виноградова Дарина, 11 класс, МАОУ СОШ№10. Расчет индекса жизненности ценопопуляций и индекса размерной пластичности Касатика (Ириса) сибирского, произрастающего на ООПТ «Плотбище»

Расчет индекса жизненности ценопопуляций и индекса размерной пластичности Касатика (Ириса) сибирского, произрастающего на ООПТ «Плотбище»

Автор: Виноградова Дарина, 11-6 класс,

МАОУ СОШ №10 (НОЦ), г. Чайковский  

Руководитель: Пархоменко Надежда Степановна, учитель биологии МАОУ СОШ№10

Тезисы.

         Важная задача мировой стратегии охраны окружающей среды – сохранение генетического  и систематического разнообразия всех растений на Земле. Одной из форм сохранения биологического разнообразия является создание Красной книги. Оценка состояния растений, включенных в Красную книгу, проводится методом экологического мониторинга. Данная работа посвящена исследованию экологии и биологии вида Касатик (Ирис) сибирский, произрастающего на особо охраняемой природной территории ООПТ  «Плотбище» Чайковского района Пермского края.

Появилась потребность в создании системы наблюдений за растительным миром и на нашей территории Чайковского района. С этой целью Управление лесного хозяйства Пермской области (1986г) предложило принять решение №139 от 07.06.1988г. об охране еще одной территории района. Это особо охраняемая природная территория ООПТ «Плотбище» (фото 8). На территории данной охраняемой территории были обнаружены растения и животные, занесенные в Красную Книгу, в том числе и растение класса Однодольные – Касатик (Ирис) сибирский (Iris sibírica L.).

 Исследования экологии и биологии этого растения представляет значительный научный интерес, является необходимым условием для разработки методов охраны этого уязвимого вида [6,7,8].

Цель: исследование особенностей биологии, экологии и фитоценологии Касатика (Ириса) сибирского (Iris sibírica L.) для определения степени стабильности популяции этого редкого растения. 

Касатик сибирский – Iris sibirica, относящийся к Евразиатской ареалогической группе, занесен в Красную книгу Пермского края и относится ко II категория редкости. Так же этот вид занесен в Красные книги Республики Башкортостан (III), Республики Коми (I), Удмуртской Республики (III) и Свердловской области (III). Информация о современном состоянии популяций отсутствует (Красная книга Республики Башкортостан, 2001; Красная книга Пермского края, 2008).

      Объекты исследования – популяция Касатика (Ириса) сибирского (Iris sibírica L.) (фото 1-4), произрастающего на ООПТ «Плотбище» Чайковского района Пермского края.

Предметы исследования –  биология, экология и фитоценология Касатика (Ириса) сибирского (Iris sibírica L.), стабильность популяции.

      О степени стабильности будем судить по следующие морфометрические показатели:

·                     диаметр куртины, см

·                     число вегетативных побегов в куртине, шт

·                     число генеративных побегов в куртине, шт

·                     число листьев на побеге, шт.

·                     ширина и длина листовых пластинок, мм

·                     средняя высота генеративных побегов, см

·                     среднее число цветков на генеративный побег, шт

·                     среднее число цветков на куртину, шт

·                     среднее число семязачатков на побег (ПСП – потенциальная семенная     продуктивность), шт

·                     среднее число всех нормально выполненных полноценных семян на побег (УРСП – условно-реальная семенная продуктивность), шт

·                     среднее число нормально выполненных полноценных семян не поврежденных насекомыми на побег (РСП – реальная семенная продуктивность)

·                     диаметр цветка, см

·                     высота цветка, см

       Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

·                    Обнаружить места произрастания ириса сибирского на территории ООПТ «Плотбище»;

·                    Выполнить морфометрические измерения, провести статистическую обработку полученных данных;

·                    Изучить репродуктивную способность изучаемых растений по учету потенциальной, условно-реальной и реальной семенной продуктивности;

·                    Сделать выводы о стабильности популяции на основе результатов четырехлетнего мониторинга, составить карту с обозначением мест произрастания ирисов.

 Результаты исследований

·          

 Геоботаническое описание места исследования

На территории ООПТ «Плотбище» популяция I. sibirica расположена вдоль левого берега реки Кама, ее протяженность около 5 км. Растения располагаются одиночно или группами, их пространственное распределение неравномерное, случайное. Максимальное расстояние между группами растений не превышает 500 м.

При геоботанических описаниях выявлено, что на низинных лугах в 200 - 400 метрах от реки Камы на четырех пробных площадях по 10 м²  обнаружены от 5 до 12 куртин Iris sibirica. Растения хорошо развиты. Территориальное распределение особей неравномерное, случайное. Проективное покрытие травяного яруса составляет около 60 - 80%. В составе фитоценоза отмечено более 25 видов. Доминантами разных ассоциаций наряду с Iris sibirica являются Осока колючковатая (Carex muricata), Тмин обыкнове́нный (Carum carvi), Василистник простой (Thalictrum simplex), Подмаренник болотный (Galium palustre), Лисохвост луговой (Alopecurus pratensis), Poa  pratensis, Viscaria vulgaris, Rumex confertus, Equisetum pretense, Stellaria graminea и др. Дорога местного значения, которой пользуются рыбаки, проходила около всех пробных площадей.

Первая пробная площадь заложена на заболоченном лугу, на юго-востоке ООПТ в трехстах метрах от реки Камы, окружена с северо-востока дорогой местного значения, с северо-запада озером. На 10 м² приходится 12 особей Iris sibirica. Растения хорошо развиты, мощные. Территориальное распределение особей неравномерное, случайное. Проективное покрытие травяного яруса составляет около 80%. В составе фитоценоза отмечено 18 видов. Доминантами ассоциации являются Iris sibirica, Carex muricata, Carum carvi, менее обильны Thalictrum simplex, Galium palustre, Poa pratensis, Rumex confertus, Stellaria graminea и др. Территория во время паводка затопляется. Вторая пробная площадь расположена на заболоченном лугу на юго-востоке ООПТ в трехстах метрах от реки Камы, окружена с северо-запада озером, с северо-востока дорогой местного значения. Территория во время паводка затопляется. На 10 м² приходится 7 особей Iris sibirica.  Размещение особей неравномерное, случайное. Травяной покров характеризуется небольшим разнообразием видов, проективное покрытие 80%. В фитоценозе доминируют Iris sibirica, Rumex confertus, Carex muricata, Galium palustre, менее обильны Carum carvi, Thalictrum simplex, Stellaria graminea. Третья пробная площадь расположена на заболоченном лугу на юго-востоке ООПТ в четырехстах метрах от реки Камы. Территория во время паводка затопляется. На 10 м² приходится 5 особей Iris sibirica. Размещение особей в фитоценозе неравномерное, случайное. Проективное покрытие травяного яруса составляет 60%. Травяной покров характеризуется небольшим разнообразием видов. Чаще встречаются наряду с Iris sibirica Galium palustre, Stellaria graminea; реже Viscaria vulgaris, Rumex confertus, Equisetum pretense, Vicia cracca. Четвертая пробная площадь заложена на заливном лугу, в двухстах метрах от реки Камы. На 10 м² приходится 9 особей Iris sibirica. Растения средней мощности, образуют рыхлые куртины. Территориальное распределение особей неравномерное, случайное, проективное покрытие 80%. В составе фитоценоза отмечено 18 видов. Доминантами ассоциации являются Alopecurus pratensis, Carex muricata, Stellaria graminea и др.

Определение численности популяции

Для составления карты с местонахождением кустов ириса необходимо было определить координаты обнаруженных растений. Для этого использовался GPS-навигатор. Далее координаты наносились на карту для определения границ, плотности и структуры популяции ириса. Обнаруженные растения маркировались метками из яркой цветной ленты («ценниками») во избежание повтора при подсчете (Карта 2).

В 2013 году на территории «Плотбища» было обнаружено 192 куртины Касатика (ириса) сибирского.

В 2014 году было зарегистрировано 233 куртины   Ириса, в 2015 году – 382 куртины. Количество куртин в популяции  увеличилось  на 190 .

Такие цифры свидетельствуют о положительной динамике прироста числа куртин и  прогрессирующем состоянии популяции

Плотность популяции. Зная площадь ООПТ и количество произрастаемых на данной территории растений, можно определить плотность популяции:

Р(2012)=179/3999 га=0,044 куртин ириса на 1 га

P(2013) = N/S = 192/ 3999 га  = 0,048 куртин ириса на 1 га;

 Р(2014) = 233/3999 га = 0,058 куртин ириса на 1 га.

Р(2015) = 382/3999 га= 0,095 куртин ириса на 1 га.

Полученным результатам присвоен 4 балл по шкале оценки численности популяций.

Нанеся местонахождения ирисов на карту, стало видно, что популяция имеет мозаичное строение. Растения располагаются одиночно или группами, их пространственное распределение неравномерное, случайное.  Ю. Одум [9] назвал такое распределение особей групповым (мозаичным) или пятнистым, когда особи образуют в фитоценозе скопления в одних участках и почти отсутствуют в других (см. «Приложение 2»).

Морфометрические измерения Ириса сибирского

О состоянии популяции Ирисов будем судить по габитусу (внешнему виду) растений. Для этого были произведены морфологические измерения, заявленные во введении.

 Анализ.  Как видно из таблицы, диаметр куртины в среднем составил 59,45 см. Самые крупные куртины  в диаметре составили 96 см и 122 см, наименьшие – 19 см.

Количество вегетативных побегов в куртине  колебалось от 7 до 174, среднее значение - 55, 9 побегов на куртину. Среднее число листьев в побеге 3,17. Средняя ширина и длина листьев - 0, 65 см и 69,45 см соответственно.

Средняя высота генеративных побегов колебалась от 30 см до 100 см, среднее значение признака равно 70,71 см. Число цветков на генеративный побег изменялось от 1 до 5 шт., средний показатель составил – 2,85 цветков. Число цветков на куртину составляло 23,35; размах признака от 1 до 100.

Основным физиономическим признаком цветка ириса является его «двухэтажность», которая выражается в пространственном положении внутренних и наружных долей околоцветника. Поэтому в 2015 году к заявленным морфометрическим показателям были добавлены измерения диаметра и высоты цветка.  Диаметр цветка измеряли по наружным долям околоцветника, в нашем исследовании этот показатель составил 8,1 см, высота цветка в среднем - 5,9 см.

Изучение семенной продуктивности Ириса сибирского

Для определения семенной продуктивности был проанализирован 21 генеративный побег, 39 плодов, образовавшихся при свободном опылении цветков, собранных на территории ООПТ «Плотбище». Сбор материала на территории ООПТ «Плотбище» проводился согласно разрешению на изъятие из природной среды объекта растительного мира, включенного в Перечень объектов животного и растительного мира, занесенных в Красную книгу Пермского края, выданного министерством природных ресурсов Пермского края от 21 июня 2012 г. 

Плод I. sibirica  – трехгранная многосемянная коробочка с плоскими бурыми семенами. Полноценные семена распределены равномерно по всей длине коробочки, дегенерировавшие семязачатки сплющены между ними как чешуйки, то есть оплодотворения, вероятно, в них не было. В щуплых семенах оплодотворение было, но нормальное семя не образовалось. При подсчете семяпочек и семян в коробочках I. sibirica были обнаружены куколки и взрослые особи представителей семейства Curculionidae (Долгоносики), определенные как Anthonomus pomorus L. – яблонный цветоед. Личинками повреждены и бутоны. Личинки цветоеда питаются тычинками и пестиками, склеивают экскрементами листочки околоцветника. Поврежденные бутоны не раскрываются и засыхают. Более 90% изученных коробочек повреждены этим вредителем. При подсчете отдельно учитывались нормально выполненные и поврежденные семена.

    Материал о количестве семяпочек и семян был получен путем подсчета выполненных нормальных семян, щуплых семян и дегенерировавших семязачатков. Отдельно учитывались выполненные нормальные семена поврежденные насекомыми.  При исследовании репродуктивной способности учитывают потенциальную, условно-реальную и реальную семенную продуктивность. Потенциальная продуктивность – это среднее количество семяпочек, образующихся на особь или генеративный побег [2]. Реальная (фактическая) семенная продуктивность – это среднее число зрелых, полноценных семян на один генеративный побег или на одну особь [2, 11]. Понятие условно-реальной семенной продуктивности ввел Е.А. Ходачек  [11]. Условно-реальная семенная продуктивность включает «все семена не зависимо от того, созревают они или не созревают, будут они поражены грибами и насекомыми или нет». По мнению автора, анализ условно-реальной семенной продуктивности достаточно хорошо выявляет влияние внутренних факторов на формирование реальной семенной продуктивности. Процентное соотношение между количеством семян и количеством семязачатков представляет собой процент семинификации ПС (Фото 10-12).

Процент семинификации завязей – 33,4%. При отсутствии вредителей семенная продуктивность могла бы значительно повыситься, и процент семинификации достиг бы 56,12%. Выявлено, что 11% семязачатков прекращают развитие после оплодотворения.   Среднее число нормально выполненных полноценных семян не поврежденных насекомыми в коробочке (РСП – реальная семенная продуктивность)

27,22±2,41, min – 7, max – 58, C_v – 50,03%

Процент семинификации коробочка (ПСП/УРСП) – 55,48±3,03%,

C_v – 30,87%

Процент семинификации коробочка (ПСП/РСП) – 32,86±2,43%,

C_v – 41,90%

Коэффициент вариации (C_v) количества семязачатков в коробочке 22,60%, количества нормально выполненных полноценных семян - 40,32%. Из этих цифр видно, что точность показателей для семян ниже, чем в случае с семязачатками. Полноценные семена распределены равномерно по всей длине коробочки. Дегенерировавшие семязачатки сплющены между ними как чешуйки, т.е. оплодотворения в них не было. В щуплых семенах оплодотворение было, но нормальное семя не образовалось.

Число цветков на генеративный побег 2,85±0,04, семязачатков на побег - 144,83±14,81, семян на побег - 81,33±9,23.

Невысокая ПСП и УРСП этого вида обусловлена в основном, что на некоторых генеративных побегах образуется только один цветок, хотя и количество семязачатков, и количество семян в плодах сравнительно высокое. Низкая РСП связана с повреждением нормально выполненных полноценных семян. В среднем 48% нормально выполненных полноценных семян в коробочке повреждены насекомыми.

Проведя исследование, считаем, что антропогенное воздействие на популяцию Касатика (Ириса) сибирского на территории «Плотбище» незначительное, так как сельскохозяйственные работы на полях не ведутся, выпас скота, вытаптывание, скашивание травостоя, распашка земель и выжигание стерни не производятся. Через Плотбище пробита грунтовая дорога, но используется неактивно, в основном рыбаками. Существенный негативный антропогенный фактор связан с декоративностью вида: цветы и листья идут на сбор букетов. В результате снижается генеративная активность растения. Так же туристы выкапывают ирисы с корневищем для посадки на дачных участках, что нарушает вегетативное возобновление. Но, не смотря на перечисленное, считаем, что состояние популяции ириса сибирского на «Плотбище» по предварительным исследованиям стабильное, об этом свидетельствует и увеличение числа куртин.

Выводы.

·               В ходе исследования на территории «Плотбища» было обнаружено 179 куртин Касатика (Ириса) Сибирского в 2012 год; 192 куртины Касатика (ириса) сибирского в 2013 году.   В 2014 мониторинг был продолжен и в этом году было зарегистрировано 233 куртины с генеративными побегами, в 2015 году – 382.  Данные цифры свидетельствуют о положительной динамики увеличения количества этих редких растений.

·              Мы отнесли изучаемую популяцию к категории равновесной, где количество мелких (класс виталитета c), средних (класс виталитета в) и крупных растений (класса виталитета a) одинаково. Более точную оценку и прогнозы о стабильности мы представим после дальнейшего мониторинга.

·              Растения располагаются одиночно или группами, их пространственное распределение неравномерное, случайное. Максимальное расстояние между группами растений не превышает 500 м. Было отмечено, что ирисы предпочитают места произрастания с избыточным увлажнением.

·              Рассчитана плотность популяции:

Р(2012)=179/3999 га=0,044 куртин ириса на 1 га;

Р(2013) = 0,048 куртин на 1 га;

Р(2014) = 0,058 куртин ириса на 1 га;

Р(2015)= 382/3999 га = 0,095 куртин ириса на 1 га.

·               Семенная продуктивность рассчитывалась общей для всей популяции, так выборка была небольшой. Более 90% коробочек повреждены яблоневым цветоедом (Anthonomus pomorus L.). Величина всех нормально выполненных полноценных семян в коробочке (УРСП) небольшая и составила 40,32%, число дегенерировавших семязачатков в коробочке 52,72%, число щуплых семян в коробочке 66,25%.

·              Исследуемая популяция подвергается незначительному антропогенному воздействию, резких популяционных колебаний не наблюдается, популяция ирисов стабильна, однако уязвима и нуждается в охране.