Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Структура популяций, запасы и охрана ресурсов лекарственных растений Bupleurum aureum Fisch., Origanum vulgare L. Hypericum maculatum Grantz на Среднем Урале

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Структура популяций, запасы и охрана ресурсов лекарственных растений Bupleurum aureum Fisch., Origanum vulgare L. Hypericum maculatum Grantz на Среднем Урале"

РГБ ОД

f

i.'.'j

тр ПрдЪевская Елена Николаевна

На правах рукописи

УДК 581: 581.93(470.54):633.88

СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ, ЗАПАСЫ И ОХРАНА РЕСУРСОВ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ BUPLEURUM AUREUM FISCH., ORIGANUM VULGARE L., HYPERICUM MACULATUM CRANTZ НА СРЕДНЕЕ УРАЛЕ

03 Du 05 - бо~зhи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Екатеринбург -1998

Работа выполнена в лаборатории фитомониторинга и охраны растител! мира Института экологии растений и животных Уральского отделения РА

Научный руководитель: академик РАН, заслуженный деятел*

науки России, доктор биологических наук профессор

ГОРЧАКОВСКИЙ П.Л.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

ТАРШИС Г.И.

член-корреспондент АН Башкортоста доктор биологических наук, профессор КУЧЕРОВ Е.В.

Ведущая организация: Уральский государственный универси

им. А.М.Горького

Защита диссертации состоится .......(?.У...А99Ъ года в часо

заседании диссертационного совета Д.002.05.01 в Институте экологии р; ний и животных УрО РАН по адресу: 62014-4, г.Екатеринбург, ул. 8 Марта, С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии тений и животных УрО РАН.

У-? Л в

н"............ .^...1998 г.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук /) / Нифонтова М.Г.

Актуальность темы. Возрастание отрицательного антропогенного воздействия на природу и ухудшение экологической обстановки требует разработки и внедрения комплекса мер, обеспечивающих охрану и вместе с тем разумное использование природных ресурсов дикорастущих лекарственных растений. На смену примитивному собирательству, которое ведет к истощению запасов лекарственного сырья, должна прийти рациональная организация заготовок на основе научных исследований. Назрела необходимость разработки и создания сети природных резерватов, что позволит предотвратить невосполнимое сокращение ресурсов лекарственных растений и обеспечит заготовку экологически чистого лекарственного сырья. Для саждого вида лекарственных растений следует прежде всего разработать научно обоснованные рекомендации о месте, сроках, объемах и способах ¡аготовок, об очередности и периодичности эксплуатации зарослей, о про-зедении мероприятий, направленных на восстановление запасов исполь-¡уемых растений.

Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования - разработка научных основ охраны, воспроизводства и рационального использо-¡ания ресурсов наиболее распространенных и широко используемых видов текарственных растений на Среднем Урале - володушки золотистой, души-1Ы обыкновенной, зверобоя пятнистого. Для достижения указанной цели юставлены следующие задачи:

1. Охарактеризовать онтогенез исследуемых растений, дать морфоло-ическую характеристику каждого возрастного состояния, уточнить принад-южность этих видов к определенным жизненным формам.

2. Изучить возрастную структуру популяций, определить базовые спек-ры для каждого исследуемого вида, дать оценку состояния популяций в 'азличных местообитаниях.

3. Выявить влияние изъятия части биомассы на структуру и продуктив-ость популяций изучаемых видов растений.

4. Обосновать создание заказников по охране и рациональному исполь-аванию изученных видов лекарственных растений. Установить режимы

использования для каждого вида, обеспечивающие поддержание их пог ляций на уровне потенциальной продуктивности.

Новизна работы. Впервые на Среднем Урале исследована возрасти; структура популяций трех видов лекарственных растений (Bupleuru aureum, Hypericum maculatum, Origanum vulgare) в различных растительнк сообществах и определены их базовые спектры. Выделены возрастные с стояния зверобоя пятнистого. Изучено влияние различных режимов и пользования на структуру и продуктивность популяций.

Практическая ценность работы Определены биологические и эксплу тационные запасы исследуемых лекарственных растений. Разработаны р комендации по созданию заказников по охране и рациональному использ ванию данных видов лекарственных растений, выявлены территории, пр годные для создания заказников, рекомендованы режимы эксплуатации очередность заготовки лекарственного растительного сырья. Результат исследований могут служить научной основой для разработки мероприя™ по охране лекарственных растений. Практические рекомендации передан в Свердловский областной комитет по охране природы.

Основные положения, выносимые на защиту. 1. Данные об онтогенезе структуре популяций изученных видов растений и о реакции популяций к различные уровни антропогенных воздействий. 2. Результаты экспериме! тов по полному и частичному изъятию биомассы с целью обоснования р< жимов использования ресурсов этих растений. 3. Рекомендации по созд; нию заказников для сохранения, рационального использования и воспрои: водства запасов лекарственного сырья

Апробация работы Материалы диссертации доложены на научных с< минарах лаборатории фитомониторинга и охраны растительного мира Hi статута экологии растений и животных УрО РАН (1992-1997 гг.), на засед; нии Екатеринбургского отделения РБО 1993 г., на конференциях молодь ученых-экологов Уральского региона ИЭРиЖ (1995, 1997 гг.), на научно семинаре кафедры ботаники Уральского государственного университет (1997 г).

Публикации По теме диссертации опубликовано 8 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 161 странице машинописного текста, включает 45 рисунков, состоит из введения, шести глав, выводов и приложений. Список использованной литерату-эы включает 178 работ, в том числе 9 на иностранных языках. "ЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ОХРАНЫ И РАЦИОНАЛЬНОГО

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ

Рассмотрена литература об охране и рациональной организации заготовок лекарственных растений. Обобщены сведения об особенностях восстановления растений после различных режимов изъятия, а также проблемы изучения структуры популяций.

1.1. Научные основы охраны и рационального использования лекарст-5енных растений.

Охарактеризованы особенности охраны лекарственных растений в при-юде и различных резерватах. Указана необходимость совмещать охрану !идов и разумную эксплуатацию.

1.2. Режим эксплуатации популяций лекарственных растений.

Проанализировано состояние вопроса о сроках и способах восстанов-

юния популяций лекарственных растений после эксплуатации.

1.3. Изучение возрастной структуры популяций.

Рассмотрены современные представления о строении и динамике по-|уляций растений: структура особей, типы биоморф, формирование жиз-1енной формы в процессе онтогенеза, возрастной спектр популяции и его юобенности. Приведены характеристики различных типов популяций, оха-'актеризованы особенности базовых спектров. ЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Объекты исследований.

Для каждого исследуемого вида приведена краткая характеристика с казанием особенностей экологии, распространения, морфологии, химиче-кого состава и применения в медицине.

2.2. Методика исследований.

Для исследований были выбраны растительные сообщества, в которь популяции исследуемых растений занимали площадь не менее 100м2 имели проективное покрытие более 60 %. Описание растительных соо ществ выполняли согласно рекомендациям, содержащимся в общеприн тых руководствах (Воронов, 1973; Нешатаев, 1987; Понятовская, 1964). О ределение ресурсных показателей популяций лекарственных растет проводили маршрутно-ключевым методом (Борисова и др., 1982; Крылов Шретер, 1971). Выявили биологический и эксплуатационный запас сыр! (г/м2) и возможный ежегодный объем заготовок.

В своей работе мы руководствовались основными положениями поп ляционно-онтогенетического учения, разработанного ботаниками mockoi ской научной школы: Т.А.Работновым (1950, 1975), А.А.Урановым (196 1975,1977) и их последователями (Смирнова, 1967; Ценопопуляции.., 197i 1977, 1988; Заугольнова и др., 1988). Возрастную структуру популяций из; чали на учетных площадках 1 м2 (не менее 10-ти), используя фитоценол ческую счетную единицу. После выявления возрастной структуры опред* ляли тип популяции (Жукова, 1967, 1968; Работнов, 1950; Рысин, Казанц< ва, 1975; Уранов, Смирнова, 1969; Ценопопуляции.., 1976). Для нормальнь дефинитивных популяций построили базовый спектр по Л.Б.Заугольновс (1976).

Восстановление популяций изучали в прямом эксперименте, имил рующим заготовку, согласно методическим разработкам бывшего Всесою ного НИИ лекарственных растений (Крылова, 1968, 1971, 1981). На стаци( нарных пробных площадях (100м2) были заложены трансекты, разделе1 ные на учетные площадки (1м2), где проводились опыты по влиянию изы тия части биомассы на структуру и продуктивность популяций (199: 1994гг.). На всех площадках ежегодно определяли высоту генеративнь побегов, численность вегетативных и генеративных побегов, возрасту структуру. Часть площадок оставляли контрольными, остальные разбивал на несколько вариантов. На опытных площадках срезали надземную бис

массу в соответствии со схемой опыта. Затем ежегодно, когда растения достигали той же фенофазы, что и при закладке опыта, изъятие проводили по схеме. По окончании опыта - срезана надземная биомасса на всех площадках. Данные, полученные на экспериментальных площадках, сравнивали между собой, а также с таковыми контрольных площадок. Наличие или отсутствие достоверных различий определяли с помощью критерия Стью-дента (t).

ГЛАВА 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучение структуры и продуктивности популяций лекарственных растений проводили в двух районах Свердловской области (Средний Урал). В Нижне-Сергинском районе исследовали долина р.Серги на участке от г. Нижние Серги до ст. Бажуково, в Шалинском районе - окрестности пос. ^арга и Сабик. В главе приведена характеристика рельефа, климата, почв л растительного покрова района исследований. "ЛАВА 4. ВОЛОДУШКА ЗОЛОТИСТАЯ BUPLEURUM AUREUM FISCH.

4.1. Онтогенез

Выявлены морфологические особенности различных возрастных состояний володушки золотистой, произрастающей в растительных сообществах долины Р.Серги (Средний Урал). Приведены рисунки всех возрас-ных состояний. Выделены фазы морфогенеза, которые данное растение фоходит в процессе онтогенеза и формирования жизненной формы.

4.2. Структура и продуктивность популяций

Даны описания 10-ти популяций володушки золотистой в различных мстительных сообществах. Определена возрастная структура и продук-ивность каждой популяции. На основе этих данных построен базовый воз-1астной спектр. Наиболее продуктивные популяции володушки золотистой 33.2 - 55.6 г/м2) расположены в разреженных сосновых, сосново-березовых березовых лесах, которые занимают склоны южной и юго-западной экс-озиций, а также на пойменных и суходольных лугах. Эти популяции реко-|ендуются нами для проведения заготовок лекарственного сырья. Наи-

меньший биологический запас отмечается для популяций еловых и елов пихтовых лесов (9.75 -11.5 г/м2).

Базовый спектр володушки золотистой (Рис. 1) имеет абсолютный ма симум на виргинильных особях (22.2%). Накопление молодых особей и о! разование абсолютного максимума в этой части возрастного спектра можн объяснить тем, что володушка эффективно размножается семенным путег Обильное плодоношение определяет массовое развитие проростков ювенильных особей, ход элиминации вызывает последовательное умен! шение численности особей по мере их взросления. Вегетативное размнс жение происходит в результате дезинтеграции старых генеративных и су? сенильных особей.

4.3. Влияние изъятия биомассы на структуру и продуктивность популя ций

Схема опыта следующая: I вариант -100% срезка биомассы с изъятие« конкурирующих видов через год; II вариант -100% срезка биомассы с изъя тием конкурирующих видов ежегодно; III -100% срезка биомассы без изъя

j im v g1' g2' g3' v' ss' s' возрастные состояния

Рис. I. Базовый спектр володушки золотистой

тия конкурирующих видов ежегодно; IV - 100% срезка биомассы без изъятия конкурирующих видов через год; контроль.

Изъятие биомассы при различных режимах приводит к снижению высоты и численности генеративных побегов, в то время как общая численность побегов меняется незначительно (Рис. 2). Это связано прежде всего с изменениями в возрастной структуре. Поскольку за период проведения эксперимента во всех вариантах уменьшается доля генеративных и увеличивается процент особей прегенеративного и постгенеративного периодов (Рис. 3). Такие изменения в возрастном спектре закономерно приводят к снижению биомассы и особенно массы сырья в конце опыта. Необходимо отметить, что не наблюдается существенных различий как при ежегодной срезке (II, III варианты), так и при изъятии биомассы через год (I, IV). Конечно показатели 1-го варианта в конце опыта не так существенно отличаются от контрольных. Однако можно заметить, что они близки к значениям в начале опыта, следовательно одного года перерыва в эксплуатации недостаточно для восстановления. Тем не менее заметно, что восстановление популяции будет происходить быстрее при таком режиме использования, когда происходит изъятие как биомассы володушки, так и срезка всех конкурирующих видов, т.е. режим сенокоса с перерывом в 2-3 года,

70т

Рис.2.Измеиение численности побегов володушки золотистой при различных режимах использования. I, П, III, IV, К - варианты опыта; 1, 2, 3 - годы исследований.

123 123 123 123 123

[ | общее число побегов Щ число ген-х побегов

¡т V д1'д2'дЗ' у' ээ' э'

1т V д1'д2'дЗ' у' ээ' з'

%

60/

...........[к]".....

: . ! ! ; 1 ......... Ив

нп v дГд2'дЗ' V бэ' б'

| ¡т V дГд2'дЗ' V ет' 5'

| ¡т V д1'д2'дЗ' V ээ' б'

Рис.3 Изменение возрастной структуры популяции володушки золотистой при различных режимах использования.

I, II, III, IV - варианты опыта; К -контроль; 1, 2, 3 - годы исследований;

по оси ординат - процент от общего числа особей (р-у) и парциальных побегов ^Г-э') на 1м2; по оси абсцисс - возрастные состояния

И

ГЛАВА 5. ЗВЕРОБОЙ ПЯТНИСТЫЙ

HYPERICUM MACULATUM CRANTZ

5.1. Онтогенез

В онтогенезе зверобоя пятнистого, произрастающего на пойменных лугах долины р.Серги, нами выделены 3 возрастных периода и 9 возрастных состояний: прегенеративный период (состояния: проростка, ювенильное, имматурное и виргинильное); генеративный (состояния: молодое, средневозрастное и старое); постгенеративный (состояния: субсенильное и се-нильное). Приведены описания и рисунки каждого возрастного состояния. Выделены фазы морфогенеза, которые данное растение проходит в процессе онтогенеза и формирования жизненной формы

5.2. Структура и продуктивность популяций

Исследовано 10 популяций зверобоя пятнистого в разных растительных сообществах, определена продуктивность и возрастная структура. Все фи-тоценозы расположены на пойменных лугах в долине р.Серги. Популяции зверобоя пятнистого на пойменных лугах имеют высокую численность и возрастную структуру близкую к базовой, биологический запас колеблется от 15.4+1.8 до 39.5±3.9 г/м2. Эти популяции можно рекомендовать для заготовки лекарственного сырья.

Базовый спектр зверобоя пятнистого - правосторонний (Рис. 4), преобладают субсенильные и старые вегетативные парциальные образования (19.8% и 25.9% соответственно). Такой тип спектра связан с большой продолжительностью старых возрастных состояний, а также ходом вегетативного размножения. Полная дезинтеграция особи происходит в средневозрастном и старом генеративном состояниях по типу нормальной или взрослой партикуляции, в результате которой чаще всего образуются неомоло-женные партикупы. Семенное возобновление в популяциях зверобоя существенной роли не играет, доля ювенильных особей составляет 4.18%. Соответственно наблюдается низкая численность особей прегенеративного периода.

j im v gl' g2' g3' v' ss' s' возрастные состояния

Рис. 4. Базовый спектр зверобоя пятнистого.

5.3. Влияние изъятия биомассы на структуру и продуктивность популя ций.

Опыт проводился по следующей схеме: I вариант - 100% срезка био массы без изъятия конкурентных видов ежегодно; II -100% срезка биомас сы с изъятием конкурентных видов ежегодно; III - 100% срезка биомассь без изъятия конкурентных видов через год; IV - 50% срезка биомассы бе: изъятия конкурентных видов ежегодно; контроль.

В конце опыта во всех вариантах наблюдаются существенные изменения возрастной структуры (Рис. 5). Резко уменьшается доля генеративных I/ увеличивается доля старых партикул.

Высота генеративного побега в конце опыта снижается и во всех вариантах отличается от контроля. Различия между началом и концом опыта несколько меньше во II варианте. Численность побегов к концу опыта

im v g1'g2'g3' v' ss' s'

i im v g1'g2'g3' v' ss' s'

j im v g1'g2'g3' v1 ss' s'

im v g1'g2'g3'

[ im v g1'g2'g3' v' ss' s'

Рис.5. Изменение возрастной структуры популяции зверобоя пятнистого при различных режимах использования.

I, И, III, IV - варианты; К - контроль; 1, 2, 3 - годы опыта; по оси ординат - процент особей от общего числа на 1 м2; по оси абсцисс - возрастные состояния особей (p-v) и парциальных побегов

(gl'-s')-

снижается на всех опытных площадках и контроле. Отличия этого показе теля между началом и концом опыта отсутствуют во I! варианте, однако он значительны в контроле и всех других вариантах.

Численность генеративных побегов снижается как на опытных, так и н контрольных площадках. Отличия этого показателя в начале и конце опыт во II варианте достоверны по первому порогу вероятности, в других вариан тах и контроле - по третьему порогу вероятности. Биомасса уменьшается конце опыта на контрольных и опытных площадках (Рис. 6). Однако II Bapt ант не отличается от контроля в конце опыта. Значение этого показателя начале и конце опыта достоверно отличается во II варианте по первому пс рогу вероятности, в I, III, IV - по третьему. Масса сырья значительно снижг ется во всех вариантах в конце опыта. I и II варианты отличаются от коь троля.

Рис. 6. Измен« пня продукта! ности побеге зверобоя 11ЯТШ стого при ра-личных режима использования. I, П, П1, IV, К варианты опыт; 1, 2, 3 - годы и< следований.

123 123 123 123 123

общая биомасса j | масса сырья

Таким образом изъятие биомассы приводит к значительному снижена всех показателей при разных режимах использования. Однако во II вapиa^ те ("эффект сенокоса") изменения менее существенны. Можно предполс жить, что этот режим изъятия будет более благоприятным, при услови! что будет выдерживаться перерыв между срезками в три - четыре года.

ГЛАВА 6. ДУШИЦА ОБЫКНОВЕННАЯ ORIGANUM VULGARE L.

6.1. Онтогенез

Выявлены морфологические особенности различных возрастных состояний душицы обыкновенной, произрастающей в различных растительных сообществах долины Р.Серги (Средний Урал). Приведены рисунки всех возрастных состояний. В исследованных фитоценозах душица обыкновенная формирует длинное гипогеогенное корневище и имеет явнополицен-трический тип биоморфы. Выделены фазы морфогенеза, которые данное растение проходит в процессе онтогенеза и формирования жизненной формы.

6.2. Структура и продуктивность популяций

Исследовано 10 популяций душицы обыкновенной в различных растительных сообществах долины р. Серги. Все популяции нормальные полночленные. Наибольшая продуктивность наблюдается в популяциях, которые располагаются на опушках леса - 69.4 и 68.5 г/м2. В разреженных сосновых, сосново-березовых и березовых лесах биологическая и сырьевая продуктивность так же имеют высокие значения (от 43.8 до 59.4 г/м2). Эти популяции можно рекомендовать для проведения заготовок лекарственного сырья.

Базовый спектр душицы обыкновенной (Рис. 7) имеет абсолютный максимум на старых генеративных партикулах. Одновременно наблюдается высокая доля молодых генеративных особей. В некоторых популяциях наблюдается дополнительный локальный максимум на молодых особях. Это ложно объяснить большой продолжительностью жизни особей генеративное состояний и особенностями возобновления данного вида. Вегетатив-юе размножение происходит по типу нормальной или взрослой партикуля-\т неглубоко омоложенными зачатками, а в популяциях накапливаются енеративные партикулы. Душица обыкновенная хорошо возобновляется ;еменным путем. Поэтому доля особей прегенеративного периода - высо-ая

45 40 35 30 25

о4-

20 15 Ю 5 О

1 ¡т V д1 д2' дЗ' V' ее" э' возрастные состояния

Рис. 7. Базовый спектр душицы обыкновенной.

6.3. Влияние изъятия биомассы на структуру и продуктивность попул? ций

Опыт проводился в двух популяциях.

I популяция. Схема опыта: I вариант - 100% срезка биомассы без изы тия конкурентных видов ежегодно; II вариант - 50% срезка биомассы бе изъятия конкурентных видов ежегодно; контроль (Рис. 8а).

Высота генеративного побега в конце опыта во всех вариантах несколк ко ниже чем на контрольных площадках, однако не имеют существенны отличий. Наиболее достоверно отличаются показатели 1-го варианта в нг чале и конце опыта.

Численность побегов на опытных площадках значительно ниже чем н контрольных и отличается по первому (I вариант) и третьему (II вариан" порогам вероятности. Однако эти различия наблюдаются еще в начал опыта. В конце опыта значения этого показателя как на контрольных, так на опытных площадках не имеют достоверных отличий.

!гп V д 1 'д2'дЗ' V' гз' э'

V дГд2'дЗ

у дГд2'дЗ' V эз' 2'

¡¡ту д1'д2'дЗ' у' зз' з'

I ¡т V д1'д2'дЗ' у' зб'

Рис.8. Изменение возрастной структуры популяций душицы обыкновенной при различных режимах использования. I, II, - варианты опыта; К -контроль; а - 1 популяция; 6-2 популяция;

по оси ординат - процент особей от общего числа на 1 м2; по оси абсцисс - возрастные состояния особей (р-у) и парциальных побегов (§1'-з').

Численность генеративных побегов за время исследований изменяете очень значительно. В конце опыта этот показатель на контрольных плс щадках не имеет существенных отличий от начальных значений. Доля те неративных побегов на опытных площадках значительно снижается и конце исследований достоверно отличается (по третьему порогу вероятно стей) от значений этого показателя в начале опыта.

Биомасса и масса сырья в конце опыта отличатся во всех вариантах о начальных значений по третьему порогу вероятности.

II популяция. Схема опыта:

I вариант -100% срезка биомассы с изъятием конкурентных видов еже годно; контроль (Рис 8 б).

В данной популяции между различными показателями опытных и кон трольных площадок нет существенных отличий. Однако численностьгене ративных побегов на опытных площадках постепенно снижается с каждып годом. Таким образом значение этого показателя в конце опыта достовер но отличается от начальных значений.

При разных режимах изъятия в возрастной структуре происходи уменьшение числа генеративных особей. Это в свою очередь приводит существенному снижению доли генеративных побегов и массы сырья Практически не наблюдается изменений в общей численности побегов, од нако значительно снижается биомасса. Это можно объяснить тем, что I возрастной структуре увеличивается доля пре- и постгенеративных особе! за период исследований. Высота генеративного побега не изменяется пр| различных режимах использования. Таким образом, ежегодная срезк; 100% и 50% побегов приводит к существенным изменениям в структуре по пуляции и закономерному снижению сырьевой продуктивности. 100% изъя тие биомассы с одновременной срезкой конкурирующих видов (эффект се нокоса) наиболее щадящий режим использование. Одновременная срезк; сопутствующих видов создает условия которые улучшают семенное возоб новление. Это в свою очередь приводит к возрастанию доли прегенератив ных особей в популяции. При таком режиме использования восстановление

структуры популяции будет происходить быстрее. Необходимо между заготовкой сырья делать перерывы 2-4 года. За этот период особи прегенера-тивного периода достигнут репродуктивной фазы.

ВЫВОДЫ

1. Душица обыкновенная, зверобой пятнистый и володушка золотистая -ценные лекарственные растения, широко распространенные на Среднем Урале и используемые как в официальной, так и в народной медицине. Для сохранения популяций этих видов, подвергающихся интенсивным антропогенным воздействиям (бесконтрольная заготовка лекарственного сырья, зачастую в районах с высоким уровнем загрязнения, сенокошение, рекреация и др.), необходима разработка системы рационального использования растений с учетом их биологических особенностей.

2. На основе детального изучения особенностей онтогенеза исследуемых видов в разных растительных сообществах Среднего Урала, даны подробные морфологические характеристики каждого возрастного состояния (ювенильного, имматурного, виргинильного, молодого генеративного, средневозрастного генеративного, старого генеративного, субсенильного и сенильного), что дает возможность более объективной оценки структуры и состояния их популяций.

3. Для всех изученных видов определены базовые возрастные спектры, характеризующие нормальную структуру популяций изученных видов в ненарушенных растительных сообществах, то есть состояние динамического равновесия с условиями среды, при котором обеспечивается самовозобновление и поддержание численности популяции. Абсолютный максимум в базовом спектре володушки золотистой приходится на виргинильные особи, у зверобоя пятнистого и душицы обыкновенной - максимумы в старой части популяции (дз'-э'). При сопоставлении возрастной структуры любых изучаемых популяций с базовыми спектрами, характерными для данного вида, можно судить о состоянии и динамических тенденциях популяции.

4. Результаты проведенных экспериментов показывают, что как полное, так и частичное изъятие биомассы приводит к существенным изменениям в

структуре популяций. При этом отклонение любого конкретного возрастно! спектра от базового проявляется в уменьшении доли генеративных особе и увеличении числа постгенеративных, что сопровождается снижением з; пасов лекарственного сырья.

5. Наблюдения, проведенные в течение ряда лет, показали, что, н< смотря на регулярное (ежегодное или с перерывом в один год) изъяти биомассы, сохраняется способность популяций изученных видов к самовс зобновлению, что достигается разными путями. В онтогенезе володушк золотистой и душицы обыкновенной наблюдается более быстрая смен одного возрастного состояния другим и активное семенное размноженж особи зверобоя пятнистого переходит исключительно к вегетативному вс зобновлению, причем цветение и плодоношение отсутствует.

Основываясь на результаты экспериментов рекомендуются следующи режимы эксплуатации: для володушки золотистой и душицы обыкновенно -1-кратное полное изъятие с перерывом в 2-3 года (возможен ежегодны сбор сырья на участках с регулярным сенокошением), для зверобоя пятм стого - перерыв 3-4 года (допустим умеренный выпас).

6. Для сохранения ресурсов изученных лекарственных растений н Среднем Урале рекомендуется создать специальные резерваты с соблк дением в них научно обоснованного режима эксплуатации. Предлагаете организовать заказники по охране и рациональному использованию: воле душки золотистой - 2 заказника в Шалинском районе - Саргинском лесы честве (эксплуатационный запас-7.03 т; 9.12 т) и 4 в Шалинском районе Сабиковском лесничестве (экспл. запас - 6.78 т; 1.67 т; 1 ;76 т; 4.91 т); d> шицы обыкновенной -1 заказник в Нижне-Сергинском районе (экспл. запас 3.6 т) и зверобоя пятнистого - 3 заказника в Нижне-Сергинском район (экспл. запас -18.33 т; 32.8 т; 43.2 т).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Подгаевская E.H. Структура популяции зверобоя продырявленного Ii Биота Урала. Информ. материалы. - Екатеринбург, 1994. - С. 41.

Подгаевская E.H. Влияние изъятия фитомассы на состояние популяций володушки золотистой // Охрана и рациональное использование растительных ресурсов. - Кустанай, 1994. - С. 31-35.

Подгаевская E.H. Этапы онтогенеза володушки золотистой II Экология и охрана окружающей среды: Тез. докл. 2 Междунар. науч.-пракг. конф. Ч. 4.-Пермь, 1995.-С. 53-54.

Подгаевская E.H. Влияние изъятия части биомассы на структуру и продуктивность популяций некоторых видов лекарственных растений// Механизмы поддержания биологического разнообразия: (Материалы конф.). -Екатеринбург, 1995. - С. 120-122.

Подгаевская E.H. Структура популяций володушки золотистой, зверобоя пятнистого и душицы обыкновенной I! Там же. - С. 194-198.

Подгаевская E.H. Влияние эксплуатации на состояние популяций некоторых видов лекарственных растений // Стратегические направления экологических исследований на Урале и экологическая политика: Тез. регион, семинара. - Екатеринбург, 1996. - С. 35-36.

Подгаевская E.H. Охрана и рациональное использование душицы обыкновенной на Среднем Урале // Проблемы охраны окружающей среды уральского региона: Тез. докл. науч.-практ. семинара на междунар. выставке "Уралэкология-97". - Екатеринбург, 1997.-С. 142.

Подгаевская E.H. Этапы формирования жизненной формы зверобоя пятнистого // Стратегические направления экологических исследований на Урале и экологическая политика: Тез. второго регион, семинара. - Екатеринбург, 1997. -С.86.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Подгаевская, Елена Николаевна, Екатеринбург

/

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ЭКОЛОГИИ РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ

На правах рукописи 581: 581.93(470.54):633.88

ПОДГАЕВСКАЯ ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА

СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ, ЗАПАСЫ И ОХРАНА РЕСУРСОВ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ BUPLEURUM AUREUM FISCH., ORIGANUM VULGARE L., HYPERICUM MACULATUM CRANTZ

НА СРЕДНЕМ УРАЛЕ

03.00.05 - Ботаника

диссертация на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Научный руководитель:

академик РАН, заслуженный

деятель науки Российской Федерации,

П /)

доктор биологических наук, профессор ГОРЧАКОВСКИЙ П.Л.

Екатеринбург 1998

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение..........................................................................................................3

Глава 1. Проблема охраны и рационального использования

лекарственных растений....................................................................6

1.1. Научные основы охраны и рационального

использования лекарственных растений...........................................6

1.2. Режим эксплуатации лекарственных растений...............................13

1.3. Изучение возрастной структуры популяций...................................14

Глава 2. Объекты и методика исследований..................................................22

2.1. Объекты исследований......................................................................22

2.2. Методика исследований....................................................................26

Глава 3. Природные условия района исследований.......................................33

Глава 4. Володушка золотистая Bupleurum aureum Fisch...............................39

4.1. Онтогенез...........................................................................................39

4.2. Структура и продуктивность популяций..........................................53

4.3. Влияние изъятия биомассы на структуру и

продуктивность популяций................................................................58

Глава 5. Зверобой пятнистый Hypericum maculatum Crantz...........................65

5.1. Онтогенез...........................................................................................65

5.2. Структура и продуктивность популяций..........................................76

5.3. Влияние изъятия биомассы на структуру и

продуктивность популяций................................................................81

Глава 6. Душица обыкновенная Origanum vulgare L......................................87

6.1. Онтогенез...........................................................................................87

6.2. Структура и продуктивность популяций..........................................99

6.3. Влияние изъятия биомассы на структуру и

продуктивность популяций..............................................................104

Выводы............................................................................................................111

Литература......................................................................................................113

Приложения....................................................................................................130

1. Видовой состав растительных сообществ

с участием володушки золотистой.............................................................131

2. Влияние различных режимов изъятия

на восстановление популяции володушки золотистой.............................138

3. Видовой состав растительных сообществ

с участием зверобоя пятнистого................................................................142

4. Влияние различных режимов изъятия

на восстановление популяции зверобоя пятнистого.................................148

5. Видовой состав растительных сообществ

с участием душицы обыкновенной............................................................152

6. Влияние различных режимов изъятия

на восстановление популяции 1 душицы обыкновенной.........................158

7. Влияние различных режимов изъятия

на восстановление популяции 2 душицы обыкновенной.........................160

Введение

Актуальность темы.

В условиях бурного научно-технического прогресса все острее становится проблема охраны окружающей среды, в том числе растительного покрова. В связи с этим приобретает большое значение охрана редких и интенсивно истребляемых растений, в том числе лекарственных. В России заготовка лекарственного растительного сырья проводится как промысел, большей частью без учета запасов сырья, биологических особенностей видов и сроков восстановления популяций. Интенсивно эксплуатируются, а иногда и истребляются, некоторые виды растений в традиционных районах заготовки. Значительно подорваны ресурсы многих лекарственных растений вблизи населенных пунктов. Нерациональная и неконтролируемая заготовка лекарственного растительного сырья и, вместе с тем, техногенное воздействие на природную среду, приводят во-первых, к уменьшению площадей, занятых зарослями лекарственных растений, и во-вторых, к разрушению биотопов, что ведет к исчезновению вида растения. Следует учитывать и тот факт, что многие популяции лекарственных растений, доступные для заготовок, находятся вблизи населенных пунктов и промышленных предприятий, и подвергаются постоянному воздействию высоких доз поллютантов.

Возрастание отрицательного антропогенного воздействия на природу и ухудшение экологической обстановки требует разработки и внедрения комплекса мер, обеспечивающих охрану и, вместе с тем, разумное использование природных ресурсов дикорастущих лекарственных растений. На смену примитивному собирательству, которое ведет к истощению запасов лекарственного сырья, должна прийти рациональная организация заготовок на основе научных исследований. Назрела необходимость разработки и создания сети природных резерватов, что позволит предотвратить невосполнимое сокращение ресурсов лекарственных растений и обеспечит заготовку экологически чистого лекарственного сырья. Для каждого вида лекарственных растений следует прежде всего разработать научно обоснованные рекомен-

дации о месте, сроках, объемах и способах заготовок, об очередности и периодичности эксплуатации зарослей, о проведении мероприятий, направленных на восстановление запасов используемых растений.

Цель и задачи исследования.

Цель настоящего исследования - разработка научных основ охраны, воспроизводства и рационального использования ресурсов наиболее распространенных и широко используемых видов лекарственных растений на Среднем Урале - володушки золотистой, душицы обыкновенной, зверобоя пятнистого.

Основные задачи исследования сводятся к следующему:

1. Охарактеризовать онтогенез исследуемых растений, дать морфологическую характеристику каждого возрастного состояния, уточнить принадлежность этих видов к определенным жизненным формам.

2. Изучить возрастную структуру популяций, определить базовые спектры для каждого исследуемого вида, дать оценку состояния популяций в различных местообитаниях.

3. Выявить влияние изъятия части биомассы на структуру и продуктивность популяций изучаемых видов растений.

3. Обосновать создание заказников по охране и рациональному использованию исследуемых видов лекарственных растений. Установить режимы использования для каждого вида, обеспечивающие поддержание их популяций на уровне потенциальной продуктивности.

Научная новизна и теоретическая значимость.

Впервые на Среднем Урале исследована возрастная структура популяций трех видов лекарственных растений (Bupleurum aureum, Hypericum maculatum, Origanum vulgare) в различных растительных сообществах и определены их базовые спектры. Выделены возрастные состояния зверобоя пятнистого. Изучено влияние различных режимов использования на структуру и продуктивность популяций.

Практическая ценность работы.

Определены биологические и эксплуатационные запасы исследуемых лекарственных растений. Разработаны рекомендации по созданию заказников по охране и рациональному использованию данных видов лекарственных растений, выявлены территории, пригодные для создания заказников, рекомендованы режимы эксплуатации и очередность заготовки лекарственного растительного сырья. Результаты исследований могут служить научной основой для разработки мероприятий по охране лекарственных растений. Практические рекомендации переданы в Свердловский областной комитет по охране природы.

Автор сердечно благодарит сотрудников лаборатории фитомониторинга и охраны растительного мира за постоянное внимание к работе и дружескую поддержку. Особую благодарность автор выражает A.B. Степановой, оказавшей неоценимую помощь при сборе и обработке материала, а также Е.А. Шуровой и Н.П. Салминой за помощь при определении высших растений, И.Л. Гольдберг - за помощь при определении мхов, Н.В. Падериной -за помощь при сборе материала.

Глава 1. ПРОБЛЕМА ОХРАНЫ И РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ

1.1. Научные основы охраны и рационального использования лекарственных растений.

Традиционно охрана растений осуществляется в природных резерватах - особо охраняемых природных территориях с заповедным или заказным режимом. В настоящее время в России известно около 60 различных форм охраняемых территорий, однако наиболее распространенные из них - заповедники, национальные парки, заказники, приписные угодья и памятники природы (Рашек, 1981; Тишков, 1994).

Заповедный режим подразумевает полное невмешательство людей в природные процессы (полный заповедник, резерват неуправляемый) или ограниченное их вмешательство (заповедник направленного режима, резерват управляемый), не преследующие каких бы то ни было иных целей, кроме сохранения видов и сообществ на основе поддержания экологического равновесия (Реймерс, 1990). В заповедниках недопустима любая хозяйственная деятельность с целью получения товарной продукции или других материальных выгод. Они должны обеспечивать полную (абсолютную) охрану объектов природы и использоваться в качестве объекта научных исследований разнообразия живых организмов и их сообществ, объектов неживой природы и процессов, естественно протекающих в природе, а также для экологического образования и просвещения. Затраты на содержание этих объектов, их охрану и научные исследования окупятся полностью -полученные научные данные могут быть использованы в качестве основы для организации рационального ведения хозяйства. В некоторых случаях для сохранения некоторых сообществ (например степных) необходимо разумное вмешательство человека (сенокошение, выпас скота и др.) (Архипова, Горчаковский, 1980; Реймерс, Яблоков, 1982; Горчаковский, 1984 а,б; Вахрамеева, 1988; Горчаковский, Абрамчук, 1993). В России на

конец 1994 г. функционировало 85 государственных заповедников и национальных парков (Тишков, 1994).

Национальный парк - обширная территория, которая включает в себя особо охраняемые участки (заповедная зона), а также участки, предназначенные преимущественно для рекреационных целей (рекреационная зона). Национальный парк всегда имеет особое административное управление, которое осуществляет землепользование или на всей территории парка, или в его заповедной зоне. Резерваты такого типа создаются для сохранения природных комплексов, имеющих особую экологическую, историческую и эстетическую ценность, и для использования их в просветительских, научных и культурных целях (Реймерс, Штильмарк, 1978; Реймерс, 1990).

Режим заказника подразумевает частичную охрану природного комплекса, которая обеспечивает сохранение объекта (напр., популяции, фитоценоза), группы объектов или ландшафта в целом. Обычно заказники не занимают больших территорий, подобно заповедникам, и, как правило, они полностью не изымаются из хозяйственной деятельности. В заказниках запрещены отдельные виды и формы хозяйственной деятельности. Они могут быть как временными, так и постоянными. Возможно создание специализированных заказников, где проводится рациональная эксплуатация растений, имеющих практическое значение (Кучеров и др., 1987). В заказниках обычно нет специального штата научных работников. Они остаются в ведении прежних землепользователей, которые обязаны соблюдать установленный режим, не допуская ущерба охраняемым объектам (Вахрамеева, 1988; Реймерс, 1990).

Заказники представляют особый интерес для охраны и рационального использования лекарственных растений. Однако нет единого мнения о целях и принципах создания заказников лекарственных растений. По мнению одних авторов, такие резерваты должны создаваться с целью сохранения, восстановления и воспроизводства отдельных видов дикорастущих лекар-

ственных растений, в первую очередь видов, занесенных в Красные книги (Куваев, Сотник, 1984), заготовка лекарственного растительного сырья должна быть запрещена (Денисова, 1968; Соколов и др., 1971; Денисова, Никитина, 1977; Куваев и др., 1981). Другие авторы считают, что такие заказники должны создаваться для рационального использования дикорастущих лекарственных растений с учетом возобновления их зарослей (Кучеров, 1973; Крылова, Кур, 1975; Хлапцев, 1975; Николаев, 1978; Га-леева, 1980; 1982; Кучеров, Галеева, 1982; Середин, 1990). По данным на 1984 г. на территории России организовано 164 заказника по 36 видам лекарственных растений общей площадью около 800 тыс. га (Копылова, 1984). Большая практическая работа по созданию таких заказников проведена в Башкортостане (Кучеров, Галеева, 1982, 1991; Кучеров, Десяткин, 1984; Кучеров и др., 1989).

Всероссийский НИИ лекарственных растений предлагает приписные угодья как наиболее перспективную форму рационального использования лекарственных растений (Клязника, 1984; Клязника, Шретер, 1984). Рекомендуется организовывать приписные угодья (по типу охотничьих приписных угодий) с целью промысловых заготовок лекарственного растительного сырья; сбор лекарственных растений проводить строго по лицензиям и при строжайшем контроле за соблюдением инструкций по заготовкам данного вида.

Памятники природы - охраняемые объекты природы, небольшого размера (группа растений, дерево, достопримечательные горы, участки долин и др. с их непосредственным окружением). Это уникальные объекты или сравнительно небольшие территории (за исключением ботанических и ландшафтных памятников), отражающие характерные черты естественных ландшафтов той местности, внутри которых они расположены (Архипова, 1984). На территории памятников природы запрещается всякая деятельность, угрожающая их сохранности.

Один из путей охраны генофонда растительного мира - интродукция. В ботанических садах внедряются б естественную растительность исчезающие и ценные в том или ином отношении виды. Эти мероприятия дают возможность детально изучить биологию растения, а также позволяют сохранить разнообразие видов, которые могут быть утрачены в природе (Камелин, 1997; Оа1атЬоз1, 1993). Некоторые авторы рассматривают интродукцию как нежелательное мероприятие, нарушающее природный баланс. При удачной интродукции после периода популяционного взрыва, когда вселенный вид делается экономически полезным, наступает фаза устойчивой депрессии численности или вид становится доминирующим, нарушающим природное равновесие (Реймерс, 1990).

Широко используется в последние годы введение лекарственных растений в культуру, которое проводят с двоякой целью: а) сохранение вида, оказавшегося под угрозой исчезновения в природных условиях; б) обеспечение химико-фармацевтической промышленности и аптечной сети сырьем того вида, заготовка которого в природе нерентабельна (Кучеров и др., 1987). Исчезающие и редкие виды, выделенные для интродукции, должны досконально исследоваться в природе и в ботанических садах. Ботанические сады занимаются выявлением в природе редких и исчезающих видов, на экспериментальных участках они изучают их биологию, экологию, а также разрабатываются рекомендации по выращиванию, а также определяют полезные свойства и возможности их промышленного возделывания (Цицин, 1972, 1975, 1976; Лапин, 1978; Малышев, 1980). В специализированных хозяйствах на общей площади около 133.5 га культивировались такие лекарственные растения, как ромашка, валериана, календула, подорожник большой, пустырник, череда, шалфей лекарственный и др. (Копылова, 1984). Несмотря на трудности, введение дикорастущих лекарственных растений в культуру - перспективный способ сохранения генофонда редких растений, позволяющий одновременно решать производственные задачи (Ловянников и др., 1980).

Однако основная задача сохранения природных ресурсов дикорастущих лекарственных растений - это разработка научно обоснованной системы их рациональной эксплуатации и охраны. Охрана полезных растений, используемых в практике, существенно отличается от охраны неиспользуемых растений. Поскольку лекарственные растения незаменимы из-за специфичности содержания в них биологически активных веществ, полное их изъятие из эксплуатации зачастую невозможно. Необходимо найти путь, который позволил бы совместить потребительские интересы с необходимостью сохранить источники растительного сырья (Куваев и др., 1981; Бубенчиков и др., 1989). Поэтому в современных руководствах по охране природы встречаются разделы об охране видов растений путем разумной эксплуатации (Банников, Рустамов, 1977), которая не только не препятствует, но иногда даже способствует их процветанию. Известны данные о положительном влиянии антропогенных факторов на используемые растения. Так, по результатам многолетних наблюдений, популяции некоторых видов {Adonis vernalis, Sanguisorba ojficinalis, Efedra equisetina и др.) на периодически скашиваемых участках находятся