Введение
Флора Ульяновской области планомерно изучается с 1946 года. К настоящему времени изучена флора региона, и выделены особо охраняемые территории разного статуса, так как в настоящее время проблема сохранения редких и исчезающих видов растений и сообществ стала крайне злободневной в общероссийском и международном масштабе (Благовещенский и др., 1997).
Формой приспособления вида к существованию в определенных условиях является ценотическая популяция (ценопопуляция). Ценопопуляции вида могут быть сильно удалены друг от друга в пределах занимаемого им ареала. Поэтому, даже если ареал и не очень большой, ценопопуляции (особенно находящиеся на его границах) испытывают различное влияние экологических факторов, сложный комплекс которых представляет среду обитания.
Сформировавшееся сообщество представляет собой не случайное сочетание растений, а динамично взаимосвязанную совокупность видов, которая складывалась в процессе эволюции веками и тысячелетиями, и в которой растения в значительной мере приспособлены к совместному произрастанию в естественных условиях. Очень важно не нарушать этого равновесия. Как уже отмечалось ранее, в Ульяновской области 329 видов отнесены к категории редких, исчезающих или имеющих тенденцию к сокращению численности (Благовещенский и др., 1989), а 45 видов уже исчезло бесследно (Благовещенский и др., 1981). Поэтому проблема сохранения генофонда дикорастущих растений, и в первую очередь, исчезающих, эндемичных и реликтовых, приобрела в наше время особую актуальность (Благовещенский, 1996).
Виды, имеющие узкие ареалы распространения, чаще других подвергаются опасности исчезновения. Некоторые из них имеют популяции очень небольших размеров (до нескольких сотен квадратных метров), и достаточно каких-нибудь двух-трех лет интенсивного воздействия человека - и популяция может не только очень сильно ослабнуть, но и исчезнуть. Существование каждого организма в природе не случайно, и извлечение его из природы ведет к необратимым последствиям: к нарушению равновесия в биоценозах. Поэтому, изучение уязвимых видов, входящих в состав сообществ, имеет не только большое теоретическое, но и практическое значение.
Актуальность работы заключается в том, что, несмотря на имеющиеся литературные данные по экологии и биологии популяций Астрагала австрийского важно ее более детальное изучение, так как данный вид является медоносным и кормовым растением; растет в местах выхода к поверхности мела, и изучая его, можно проследить трансформирующее антропогенное влияние на биологию и экологию изучаемого вида и прогнозировать дальнейшее развитие популяции при том или ином хозяйственном воздействии.
Цель работы - проведение ценопопуляционных исследований Астрагала австрийского, и выяснение основных тенденций развития его популяции. Для выполнения этой цели были решены следующие задачи:
1. Определена плотность ценопопуляция астрагала австрийского;
2. Определено обилие вида на изучаемых площадках и вмещающих их сообществах;
. Определён возрастной состав популяции астрагала австрийского;
. Определена экология вида в Сенгилеевском районе, в одном
километре юго-западнее с. Тушна и близ с. Арское Ульяновского района.
Глава 1. Физико-географическая характеристика районов исследования
.1 Характеристика Средне-Свияжского района
Средне-свияжский возвышенно-равнинный остепненный район расположен на севере-востоке Ульяновского Предволжья. Он занимает, в основном, бассейн среднего течения р. Свияги между г. Ульяновском и Буинском. Площадь района 8,0 тыс. кв. км (Физико-географическое районирование Среднего Поволжья, 1964).
Поверхность представляет собой возвышенную равнину, так называемого плато Приволжской возвышенности с абсолютными высотами 180-220 метров. Высшая абсолютная отметка 239,2 м находится на водоразделе между долинами рек Волги и Свияги, вблизи правого склона долины Волги. Низшая отметка представлена меженным урезом воды Куйбышевского водохранилища-43 м. Таким образом, амплитуда колебания высот составляет 196,2 м. Нижнее плато, в пределах которого расположен описываемый район, сложено преимущественно глинами верхней юры и нижнего мела. Прекрасные обнажения киммериджского, нижневолжского и верхневолжского ярусов верхней юры, а также валанжинского и готеривского ярусов нижнего мела имеются на правом коренном склоне долины р. Волги у с. Ундоры и Городище.
По рельефу район характеризуется сглаженностью и неглубокой расчлененностью. В основном, преобладающие глубины расчленения 75-100 м и только в узкой полосе Волжского правобережья глубина расчленения достигает 195 м (Физико-географическое районирование Среднего Поволжья, 1964).
Долины рек многочисленны. Большинство их имеет симметричные, пологие(3-4 градуса) склоны, широкое, хорошо разработанное дно. Склоны, обычно покрыты мощным чехлом четвертичных делювиальных суглинков.
Район богат полезными ископаемыми, из которых большое значение имеют горючие сланцы. В четвертичных отложениях встречаются месторождения минеральных красок - охра, умбра, мумия. Для строительных целей и дорожных работ применяются пески, галечник, гравий, которые добываются в долинах Свияги и других рек.
По климату район характеризуется как наиболее засушливый в лесостепной провинции Приволжской возвышенности. Средняя температура января-13,5 градусов, июля 19,6 градусов. Годовая сумма осадков составляет 390 мм, из них 250 мм выпадает в вегетационный период. Безморозный период продолжается 120-125 дней, а период со среднесуточной температурой выше 10 градусов длится 135 дней. Сумма интенсивных среднесуточных температур выше +10 градусов составляет 2 250 градусов. Весной заморозки прекращаются в среднем 9 мая, осенью начинаются 29 сентября. Наибольшая высота снежного покрова 42 см, а глубина промерзания почв по средним многолетним данным 80-90 см. Гидротермический коэффициент, показывающий степень влагообеспеченности растений довольно низкий, примерно 1,1. Баланс влаги в системе осадки - испаряемость слабо отрицательный. Обеспеченность подземными водами очень слабая. Мощная толща глин верхней юры и нижнего мела характеризуется малой водоносностью (Физико-географическое районирование Среднего Поволжья, 1964).
Почвы района черноземные (долинные, выщелоченные, карбонатные черноземы). Материнскими породами служат глины, поэтому механический состав почв глинистый (они содержат более 50% физической глины). По долинам рек всюду развиты плодородные долины черноземы, в широкой пойме Свияги - пойменные почвы. Лишь высокие части водораздела Волг и Свияги заняты серыми и темно - серыми оподзоленными почвами (Физико-географическое районирование Среднего Поволжья, 1964).
В растительном покрове остепненные пространства, полностью освоенные
человеком, явно преобладают над лесными. Лесистость составляет всего 7 - 8 %
территории. Лесные массивы (дубравы) сохранились в основном на Волжском склоне.
Распаханность территории составляет 75% (Физико-географическое районирование
Среднего Поволжья, 1964).
.2 Характеристика Корсунско-Сенгилеевского района
Корсунско-Сенгилеевский возвышенно - водораздельный район с двухъярусным рельефом расположен на севере Ульяновского Предволжья в виде широкой полосы, протянувшейся от Суры до Волги. Он включает бассейн среднего и нижнего течения Барыша, часть бассейна Средней Свияги и примыкающий участок правобережья Волги от Сенгилея почти до Ульяновска. Площадь района 5,4 тыс. кв. км (Физико-географическое районирование Среднего Поволжья, 1964).
По устройству поверхности район представляет собой возвышенную равнину - плато с ясно выраженными двумя ступенями - высокой и низкой. Низкая ступень плато окаймляет высокую и имеет абсолютные отметки 180 -240 м, высокая ступень сохранилась в центральных частях междуречий в виде островных останцов, она имеет высоту 280 -320 м. Высшая точка района 336 м находится недалеко от г. Сенгилея. Низшая точка - урез Куйбышевского водохранилища - 42 м. Амплитуда высот рельефа 294 м (Физико-географическое районирование Среднего Поволжья, 1964).
Верхнее плато сложено палеогеном, представленными песками, песчаниками, опоками, диатомитами и трепелами. Почти все оно покрыто лесом.
На нижнем плато, которое сложено, главным образом, меловыми породами преобладают безлесные пространства.
Ценным полезным ископаемым района является белый писчий мел, запасы которого здесь практически неисчерпаемы (Физико-географическое районирование Среднего Поволжья, 1964).
Климат района теплый с достаточным увлажнением. На верхнем плато климат более прохладный и влажный, чем на нижнем. Средняя январская температура - 13 градусов, июльская +19,5 градусов. Безморозный период длится 130 - 135 дней, вегетационный (с средне суточной температурой выше +10 градусов) 135 - 140 дней. Сумма интенсивных среднесуточных температур ( свыше 10 градусов) составляет 2259 - 2300 градусов. Средняя дата последнего заморозка 20 мая, первого 18 сентября. По тем же данным, средняя высота снежного покрова (из наибольших декадных высот) 28 см. Глубина промерзания почвы (средняя многолетняя) 76 см. Средняя годовая сумма осадков 450мм, из них 250 мм выпадает в вегетационный период. Гидротермический коэффициент 1,1.
Почвенный покров довольно разнообразен. Нижнее плато повсюду занято выщелоченными черноземами и перегнойно - карбонатными почвами, обладающими ценными качествами. Материнскими породами здесь является белый писчий мел, мергелий, глины. Для верхнего плато характерны оподзоленные серые и светло-серые лесные почвы. Механический состав их песчаный, т.к. подпочвой служат в основном, песчаная порода (Физико-географическое районирование Среднего Поволжья, 1964).
По растительности район является типичным лесостепным. Сосновые и
сосново-широколиственные леса сплошь покрывают высокое плато. На небольших
пространствах здесь наблюдается закономерное чередование лесов на серых лесных
оподзоленных почвах и безлесных пространств на черноземах, в настоящее время
сплошь распаханных (Физико-географическое районирование Среднего Поволжья,
1964).
Глава 2. Программа и методика исследования
При исследовании ценопопуляции мы использовали полустационарный метод - метод закладки геоботанических площадок, где учитывались фенофазы и обилие видов, выявлялся флористический состав, давалось название сообществам.
Для изучения нами было взято 2 ценопопуляции, находящихся в различных условиях освещённости и антропогенного воздействия. Популяция 1 - в 1 км юго-западнее с. Тушна Сенгилеевского района. Популяции 2 - окресности с. Арское Ульяновского района.
За отчетный период по общепринятым методикам (Воронов, 1973; Вальтер, 1982; Ярошенко, 1969; Работнов, 1965; Уиттекер,1980) был заложен ряд новых геоботанических площадок, описание которых даются в таблице 1.
Обилие вида давалось по шкале Друде.
Ф.- обильно, явное преобладание по числу особей (очень много), растения смыкаются надземными частями (6).
Об 3 - очень обильно, (5).
Об 2 - обильно (4).
Об 1 - изредка, (3).
Изр. - редко (мало), (2).
Р. - единично (очень мало), (1),
Ед. - единичная особь, (0).
Популяции не могут рассматриваться как простая сумма особей.
В популяциях особи связаны между собой определенными закономерными взаимоотношениями. Популяции растений обладают системными свойствами, На основе системного подхода их следует рассматривать как подсистему фитоценоза.
Сами ценопопуляции в свою очередь могут подразделяться на подсистемы, что обуславливается структурной и функциональной неоднородностью их состава. Основными подсистемами ценопопуляции являются следующие группы: а) половые у двудомных растений, включающие в себя особи одного пола, б) возрастные - в состав которых входят особи одного возрастного состояния, в) виталитетные, объединяющие особи одинакового жизненного состояния. Подсистемы ценопопуляции связываются определенными функциональными отношениями, что и обеспечивает их сохраняемость в фитоценозах,
Ценопопуляции - это, безусловно, динамические системы. В них идут ежегодные изменения численности и плотности, осуществляются изменения, обусловленные сменами характера фитоценозов. В ответ на различные стрессовые воздействия меняется качество элементов ценопопуляции особей, вызывая цепную реакцию изменений виталитетного и возрастного состава популяций (Ценопопуляции растений, 1988).
По уровню организации ценопопуляции подразделяются на полночленные и неполночленные. Это подразделение, прежде всего, применяется при анализе возрастного состава популяций. Отсутствие в популяции какой-то хотя бы одной из ее групп является свидетельством неполноценности популяции.
Вопрос о границах популяций мало изучен. Существует мнение, что границы популяций совпадают с границами биогеоценозов (Ценопопуляции растений, 1988).
Популяция изучаемого вида локальная, то есть представляющая собой совокупность особей данного вида и занимающая определенную территорию. Поэтому вполне возможным оказалось определение примерной площади популяции и ее границ.
2.2.2 Определение плотности и возрастной структуры популяции
Плотность - важный популяционный параметр, который определяется многими факторами: количеством поступающих на популяционное поле диаспор, их сохраняемостью, наличием условий для прорастания, закрепляемостью всходов и выживаемостью особей. По отношению к каждой видовой популяции имеется максимальная для данных условий емкость местообитания, которая ограничивает верхний предел ее плотности.
Плотность оказывает значительное влияние на состояние популяций. Так, у многолетников под влиянием плотности резко уменьшается доля растений, переходящих к цветению, уменьшается вероятность образования генеративных побегов. Плотность влияет на скорость развития растений и, соответственно, на длительность жизни. Например, у многолетников в загущенных посевах развитие замедляется. Важное регуляторное значение имеет воздействие плотности на смертность особей в популяции. Зависимая от плотности смертность направлена против неограниченного роста популяции в условиях ограниченных ресурсов и стабилизирует численность популяций в некоторых пределах (Марков, 1956; Ценопопуляции растений, 1988). Плотность популяции определялась нами как число особей на 1 м2.
При определении плотности популяции важным методическим вопросом является понятие о счетной единице. Выделяют две счетные единицы: во-первых, единица онтогенетического развития (морфологическая), во-вторых, единица воздействия на среду (фитоценотическая). Выделение элементов в ценопопуляциях связано с жизненной формой растений, поэтому при выборе счетной единицы целесообразно использовать классификацию биоморфпо типу пространственной структуры, то есть по характеру размещения структурных частей и степени их автономности. При таком подходе можно выделить три типа биоморф: 1) моноцентрический, 2) явнополицентрический, 3) неявнополицентрический.
Взрослые особи моноцентрических видов характеризуются тем, что корни, побеги (у одноосных биоморф только один побег) и почки возобновления сосредоточены в единственном центре, который является источником разрастания, то есть взрослая особь представляет собой элементарный источник фитогенного поля.
К типу моноцентрических биоморф относятся главным образом вегетативно неподвижные и малоподвижные виды: стержнекорневые, дерновинные, клубневые, луковичные травы, аэроксильные кустарники и большинство деревьев.
Взрослые особи явнополицентрических биоморф имеют несколько чётко выраженных центров сосредоточения корней, побегов и почек возобновления, соединённых между собой коммуникациями (гипогеогенными корневищами, столонами, плетями и др.). Они одновременно выступают, как центры разрастания особей и характеризуются относительной автономностью, то есть могут самостоятельно существовать и давать новые центры при естественном или искусственном отделении. К этому типу биоморф относятся длиннокорневищные, столонообразующие, наземноползучие травы, а также длиннокорневищные кустарнички, кустарники и деревья.