Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологические и биологические свойства лабазника вязолистного Filipendula ulmaria (L.) maxim.

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Рожанская, Ольга Александровна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА . 7

1.1. Краткая характеристика природных условий.

1.2. Систематическое положение вида Piiipenduia ulmaria (L.) Maxim.

1.3. Ценотические связи . ^

1.4. Морфология и онтогенез .•.•••.•.

1.5. Коноортивные связи

1.6. Химический состав и хозяйственное значение

ГЛАВА 2. РОСТ И РАЗВИТИЕ ЛАБАЗНИКА ВЯ30ЛИСТН0Г0 В

РАЗЛИЧНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ .51

2.1. Описание постоянных площадей

2.2. Численность побегов

2*3. Развитие побегов

2*4. Содержание хлорофилла

2*5. Вертикальное распределение надземных ор~ ганбв

2.6. Строение и развитие подземных органов

2.7. Вертикальное распределение подземных органов

2.8. Динамика массы и химического состава подземных органов

2.9. Семенное возобновление и семенная продуктивность .Ю

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ И МНОГО

КРАТНОГО СКАШИВАНИЯ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ ЛАБАЗНИКА ВЯЗОЛИСТНОГО .л. II6-I

3*1. Описание опытных участков и методика наблюдений

3.2. Изменения массы и численности побегов . 121 3*3. Подземные органы .•••.•.*.•.».•.•*».•.

3*4. Изменения содержания хлорофилла

ГЛАВА РОСТ И РАЗВИТИЕ ЛАБАЗНИКА ВЯЗОЛИСТНОГО ПОСЛЕ ПЕРЕСАДКИ. В ДРУГИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УС

ЛОВИЯ .*. 149

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Экологические и биологические свойства лабазника вязолистного Filipendula ulmaria (L.) maxim."

В постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О дополнительных мерах по усилению охраны природы и улучшению использой вания природных ресурсов", принятом в декабре 1978 года и в решениях ХХУТ съезда КПСС.("Материалы ХХУГ съезда КПСС", 1981) содержится широкая программа конкретных действий по охране окружающей среды, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов. Предусматривается комплексное и рациональное использование земельных, водных и лесных ресурсов, более совершенное прогнозирование влияния производства на окружающую среду о учетом его возможных последствий при подготовке и принятии проектных решений и т.д.

Для осуществления эффективной охраны и рационального использования растительных ресурсов необходимо детальное изучение экологических и биологических свойств отдельных видов растений.

В этой связи по инициативе Т.А. Работнова ботаниками Московского университета совместно с другими ботаниками г. Москвы было организовано изучение видов флоры Московской области с учетом их биологии и экологии (Губанов,Работнов,Тихомиров,1970). Издано 7 выпусков "Биологической флоры" с характеристиками большого числа видов.

В лесах и на влажных лугах умеренной зоны Европы и Сибири постоянно встречается ( часто в большом обилии) лабазник вязо*» ЛИСТНЫЙ Pilipendula ulmaria (L.) Maxim.

Лабазник вязолистный распространен на огромной территории: на западе от побережья Атлантического и Северного Ледовитого океанов до Черного и Азовского морей, на востоке - от устья р.Алдан до МНР. Его заросли занимают большие площади в Нечерноземной зоне РСФСР. По всему ареалу лабазник входит в состав 5 травостоев пойменных лугов*

Некоторые особенности химического состава лабазника вязолист-ного ( высокое содержание таннидов и эфирных масел ) позволяют считать его перспективным для дубильно-экстрактовой и лекарственной промышленности.

Обладая высокой ценотической мощностью, это растение в благоприятных для него условиях быстро захватывает территорию, вытесняя прочие виды, и прочно удерживает её за собой в течение длительного времени,существенно трансформируя надземную и подземную среду» Лабазник вязолистный препятствует возобновлению древесных пород,разрастаясь на вырубках и после пожаров,поэтому изучение его биологии имеет несомненный интерес для лесоведения и лесоводства.

Поскольку лабазник вязолистный практически не поедается скотом и вытесняет более ценные в кормовом отношении травы,его распространение на сенокосных и пастбищных угодьях - явление нежелательное. Возрастающая потребность в кормах требует повсеместного привлечения луговых травостоев для добывания кормов^ Повышение продуктивности и улучшение состава травостоев естественных лугов •* актуальная задача сегодняшнего дня, в соответствии с постановлениями ЦК КПСС и Совета Министров СССР 11 0 мерах по дальнейшему развитию сельского хозяйства Нечерноземной зоны РСФСР", " 0 мерах по повышению продуктивности природных сенокосов и пастбищ" и с решениями майского (1982 г£) Пленума ЦК КПСС.

Цель данной работы заключалась в разностороннем изучении особенностей роста и развития лабазника вязолистного в различных экологических условиях для определения простейших приемов борьбы с ним как луговым и лесным сорняком или же оптимизации условий произрастания лабазника как растительного сырья для дубильно -экстрактовой и лекарственной промышленности.

В ходе исследования необходимо было решить следующие задачи: I) изучить особенности онтогенеза лабазника в различных сообщен ствах; 2) исследовать процесс его вегетативного и генеративного возобновления; 3) выяснить горизонтальную и вертикальную струк« туру группировок лабазника; 4) изучить влияние окружающей средн на семенную продуктивность и всхожесть семян; 5) путем экспериментов выявить реакцию и механизм реагирования лабазника вязо-листнбго на изменения условий почвенного питания и угнетение надземной оферы; б) исследовать внутривидовые и межвидовые конкурентные отношения лабазника вязолистного в естественных сообществах и в экспериментах.

В литературе имеются сведения об отдельных особенностях лабазника вязолистного, но подробное и целенаправленное изучение его экологических и биологических овойств предпринято впервые» Проведенные исследования дают возможность предложить ряд приемов управления продуктивностью лабазника вязолистного.

Работа выполнена в 1980-1982 гг. на кафедре геоботаники биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Наблюдения проведены на территории Звенигородской биологической станции (ЗБС) МГУ, а также в окрестностях пос» Мозжинка близ г. Звенигорода Московской области.

Считаю своим долгом выразить искреннюю благодарность сотрудникам кафедры геоботаники МГУ за консультации по многим вопросам и постоянное внимание к данной работе» и особенно профессору Т.А* Работнову за ценные советы и всестороннюю помощь.

Заключение Диссертация по теме "Ботаника", Рожанская, Ольга Александровна

1. Лабазник вязолистный ** вегетативно-^подвижный корневищный мно голетник с озимыми моноцикличеокими надземными побегами, предпочи** тающий влажные и довольно богатые почвы, Продуктивность и жизненность лабазника в сообществах определяет ся степенью совпадения реальных условий местообитания с его эколо гическим оптимумом, Наибольшей ценотической мощностью в условиях Подмосковья этот вид обладает на полянах и лесных лугах, расположенных в понижениях рельефа и окруженных лесами из ели, березы, осины, ольхи серой» Там он является абсолютным доминантом и препятствует росту и возоб новлению других видов, в том числе древесных пород,

2. Темпы онтогенетического развития побегов лабазника вязолиот ного зависят от экологических и погодных факторов: высокая влаж ность воздуха и почвы, пониженные температуры, затенение замедляли наступление фенофраз, а в условиях жаркого и сухого лета и на от крытых местах развитие побегов ускорялось,

3. Высота генеративных побегов зависит от водного режима место обитания и условий года, и в среднем составила 125 см. Индивиду альные колебания наблюдались в пределах 70-180 см. Высота побегов и площадь их листьев достигали максимума к началу цветения; более

70^ листовой поверхности размещалось на высоте 50-100 см# Динамика индекса листовой поверхности испытывала влияние эколо гического режима местообитания: сухость воздуха и почвы способст вовали быстрому достижению максимального ИЛП, который составлял -

2,2 - 5,3 на открытых местах и около 1,0 в лесу. Величина и ста бильность листовой поверхности зависели от напряженности конку рентной борьбы за свет в сообществе и, следовательно, от плот« ности популяции в МОнодоминантных зарослях лабазника»

4. Содержание хлорофилла в листьях лабазника вязолистного очень быстро увеличивалось до начала бутонизации и достигало максимума до начала цветения» а затем снижалось в результате старения и от мирания тканей листа. Распределение зеленого пигмента по высоте побега имело максимум на уровне средних листьев. На ранних стади» ях роста максимум был сдвинут к вершине.Количество хлорофилла в листьях связано с конкурентной мощнос тью вида в сообществе» а также обнаруживает связь с условиями вод ного и минерального питания и освещенности.5. Цикл развития монокарпических побегов лабазника начинается в конце лета. Из боковых почек возобновления на молодом приросте корневища появляются укороченные побеги, в течение осени формирую щие корневища длиной 2*-3 см о несколькими придаточными корнями. К зиме листья отмирают, но верхушечная почка сохраняется и весной дает новый укороченный побег, который при благоприятных условиях5 удлиняется и формирует генеративные органы»

6. Корневище лабазника вязолистного нарастает симподиально. При рост корневища и придаточные корни функционируют 5-6 лет, затем отмирают и медленно, в течение 5-6 лет, разлагаются. Большая часть подземной фитомассы вида размещалась в слое 0-10 см, и 20-30^ от неё составляли корневища, расположенные у поверхности почвы.Содержание азота, фосфора и калия в подземных частях различно у лабазника с разных местообитаний. Динамика этих элементов отра жает процессы сезонного развития надземных органов: содержание их снижалось в фазе цветения и восстанавливалось к зиме»

7. Семенная продуктивность лабазника составляла около 2 тыс*се мян на побег и изменялась в зависимости от условий произрастания, Высокая температура и сухость воздуха ускоряли формирование гене- 167 -

ративных органов и снижали количество цветков и особенно плодов, но увеличивали массу семян. Число семян на единицу площади было различным в разных сообществах, и в благоприятных условиях коле балось в пределах 50-100 тысяч на I кв,м.Семенное возобновление лабазника в популяциях о большой плотно стью ничтожно из«за конкуренции со стороны взрослых особей, одна ко в случае отмирания последних всходы могут прижиться на освобо* лившемся месте и омолодить популяцию. Полевая всхожесть семян ла базника составляла 0,02-0,07^ на открытых местах и приближалась к

1% под пологом сероольхового леса.Прорастание семян в лабораторных условиях длится в течение нес кольких месяцев из*«за различного периода покоя и периода прораста ния для каждого семени, что можно рассматривать как адаптивное.свойство популяции, обеспечивающее ей более успешное возобновление.Всхожесть семян зависит от условий произрастания материнских растений и различна в разные годы; обычно она составляла 20-30^, но иногда снижалась до нескольких процентов» дружность прорастания.8. Пересадка лабазника вязолистного из характерного для него местообитания в условия:: бедного минерального питания и пониженной аэрации в первый год вызвала примерно двукратное увеличение семен ной продуктивности, числа плодоносящих побегов, массы 1000 семян.Всхожесть семян возросла в 1,5 раза. Содержание хлорофилла в ли стьях снизилось более чем вдвое, предшествуя снижению конкурент ной мощности вида в новом ценозе, темпы фенологического развития замедлились."* 168 •*" На втором году эксперимента число побегов лабазника снизилось на 35^, а генеративных более чем вдвое, и сильно уменьшилась их мощность и семенная продуктивность» Новые эдафические условия отрицательно влияли на вегетативное возобновление лабазника и препятствовали образованию побегов будущего года из боковых no^ * чек на корневище» Причиной отсутствия лабазника вязолистного на кислых, бедных и слабо дренированных торфяных почвах является угнетение вегета*» тивного роста и возобновления^ а также отсутствие семенного во зобновления из«*за мощного сфагнового покрова»

9» Улучшение минерального питания во много раз увеличивало про** дуктивнооть лабазника вязолистного, мощность его особей, численн ность генеративных побегов и снижало приживаемость всходов из-за усиления внутривидовой конкуренции» Скашивание, особенно многокра** тное, действовало на эти параметры в обратном направлении» При совместном применении удобрений и многократного скашивания их эф** фекты имели тенденцию к взаимной нейтрализации»

10» Улучшение минерального питания приводило к значительному по вышению содержания хлорофилла в листьях лабазника вязолистного, ускоряя его синтез на ранних стадиях развития побега. В дальней** шем повышенное содержание хлорофилла обеспечивало более интенсив ный фитосинтез, быстрый рост побегов, активное использование воД" ных и минеральных ресурсов среды и» в конечном счете, повышало конкурентную мощность вида в фитоценозе» II. Внесение полного минерального удобрения на разнотравном лу гу с преобладанием лабазника вязолистного увеличивало продуктив ность травостоя в 2-3,5 раза и приводило к абсолютному доминиро ванию лабазника и снижению участия других видов» Увеличение крат ности скашиваний на фоне минеральных удобрений позволило повысить

урожайность луга в 2<*2,5 раза, при этом значительно возрастало участие злаков и снижалось участие лабазника вязолистного. Много кратное скашивание без удобрений не влияло на продуктивность тра востоя, но изменяло его состав в пользу злаков и осок*

12. При хозяйственном использовании лугов, засоренных лабазни ком и не имеющих в травостое достаточно конкурентоспособных зла ков, рекомендуется внесение удобрений в сочетании о увеличением кратности скашивания травостоя» Ежегодное одно « двухкратное под** кашивание в августе ослабляет подземные органы лабазника вплоть до полного их отмирания.При использовании естественных зарослей лабазника вязолиотного в промышленных целях ( для получения дубильных и лекарственных веществ ) совершенно необходимо регулярное внесение удобрений для нейтрализации отрицательного влияния скашивания.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Рожанская, Ольга Александровна, Москва

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М.: Политиздат, 1-981 223 с*

2. Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года, М.: Политиздат, I98I. 95 с, 3. О мерах по дальнейшему развитию сельского хозяйства Нечерноземной зоны РСФСР: Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР. М.: Политиздат, 1975. 23 с,

3. Метеорологический ежемесячник. Вып.8, ч;2 Ш 4-

4. Эволюционная экология. М*: Мир, I98I, 400 с. 134. П о в а р н и ц ы н В.А. Леса из сибирской пихты в СССР (типологический очерк). В кн#: Академику Сукачеву к 75«ле« тию 00 дня рождения. М, Л 1956, о. 408*424» 135. П о л у я н о в а В.И» Исследования морфологической структуры ценопопуляций вегетативноподвижных растений; Автореф. дис.на соиск» учен.степ. канд.биол*наук, «Свердловск, I98I. 19 с. 136. По природным зонам растительность, почва, наземные позвО«* ночные). Вып. 5. Смешанные леса. М*: Изд«во МГУ, 1974. 302 с.

6. Луговедение. М.; Изд-во МГУ, 1

7. Влияние минеральных удобрений на лу говые растения и луговые фитоценозы. М,: Наука, 1

8. Некоторые закономерности влияния удоб* рений на луговые растения и луговые фитоцзнозы. "руды МОИП, 150.

9. Корольков Практикум по агрохимии. М.: Колос, I97I* 335 с, Основные закономерности растительного покрова и методы их изучения, Вестник опытного дела»

10. Восточно-Сибирского края. М» Иркутск: ОГИЗ 183. С м и р н о в а К»М. Природа Звенигородской биологической станции МГУ, Вып.1, Почвы. М.: Изд-во МГУ, 1962. 74 0. 184. С м и р н о в а О.В. Онтогенез и возрастные группы осоки волосистой и сныти обыкновенной. В кн;: Онтогенез и возрастной состав популяций цветковых растений. М»,19б7, с.100-

11. Структурная организация 204. Х о д а с е в и ч Э*В., А р н а у т о в а А.И*, Г в а рд и я н В.Н., М ы ш к о в е ц Е Н хлоропласта и фотооинтетическая функция, при длительной вегетации листа. «.Журн.общей биол.,1979, т.40, 4, 0.603-09. 205. Ц а р е в С*Г» Лекарственные растения ЮгоВостока. Сара1958. 148 о* с. 201. Ф е д о р о в МьВ.,Микробиология. 7**е изд. M.i СельхозСообщества и экосистемы, М.: Прогтов: кн.изд-во