Адаптация лесных экосистем к фактору увлажнения в горах Среднего Урала

Н.С. Иванова¹, Е.С. Золотова²

¹Ботанический сад УрО РАН, г. Екатеринбург, 620144, Россия

²Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого УрО РАН, г. Екатеринбург, 620016, Россия

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2019.2.293-306

Для цитирования: Иванова Н.С., Золотова Е.С. Адаптация лесных экосистем к фактору увлажнения в горах Среднего Урала // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2019. – Т. 161, кн. 2. – С. 293–306. – doi: 10.26907/2542-064X.2019.2.293-306.

For citation: Ivanova N.S., Zolotova E.S. Adaptation of forest ecosystems to the humidity factor in the Middle Urals. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2019, vol. 161, no. 2, pp. 293–306. doi: 10.26907/2542-064X.2019.2.293-306. (In Russian)

Аннотация

Для условно-коренных лесов Зауральской холмисто-предгорной провинции Среднего Урала выявлены особенности видовой структуры и продуктивности нижних ярусов как проявление адаптации к различным режимам увлажнения. Изучены три типа сосновых лесов (согласно принципам генетической типологии): брусничниковый, разнотравный, кустарничково-сфагновый. Пробные площади составляют обобщенный топоэкологический профиль. Видовой состав нижних ярусов изученных сосняков резко различается. Видовая насыщенность в экстремальных (периодически сухих и устойчиво сырых) и оптимальных (свежих, периодически влажных) местообитаниях отличается статистически достоверно, а увлажнение является значимым фактором. Продуктивность нижних ярусов поддерживается достаточно стабильной вне зависимости от условий увлажнения. Это свидетельствует о том, что адаптивная способность экосистем превосходит адаптивную способность отдельных видов растений. Для исследования механизмов поддержания продуктивности построены ранговые распределения надземной фитомассы травянистой растительности для трёх типов сосновых лесов. Выявлено, что при поддержании уровня продуктивности травяно-кустарничкового яруса статистически достоверное увеличение параметра β экспоненциальной апроксимирующих функции происходит при ухудшении условий увлажнения почв.

Ключевые слова: тип леса, адаптация лесных экосистем, условно-коренной лес, биоразнообразие, фактор увлажнения, факторы среды, Средний Урал

Благодарности. Работа выполнена в рамках государственного задания Ботанического сада УрО РАН, а также в рамках темы государственного задания ИГГ УрО РАН (гос. регистрации № АААА-А18-118052590028-9).

Литература

1. Global Biodiversity Outlook 2. Montreal: Secr. Conv. Biol. Diversity. – 2006. – URL: https://www.cbd.int/doc/gbo/gbo2/cbd-gbo2-en.pdf.

2. Maiti R., Rodriguez H.G., Ivanova N.S. Autoecology and Ecophysiology of Woody Shrubs and Trees: Concepts and Applications. – John Wiley & Sons, 2016. – 352 p.

3. Сафина Г.Р., Голосов В.Н. Влияние изменений климата на внутригодовое распределение стока малых рек южной половины Европейской территории России // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2018. – Т. 160, кн. 1. – С. 111–125.

4. Battisti D.S., Naylor R.L. Historical warnings of future food insecurity with unprecedented seasonal heat // Science. – 2009. – V. 323, No 5911. – P. 240–244. – doi: 10.1126/science.1164363.

5. Maiti R., Rodriguez H.G. Kumari Ch.A. Applied Biology of Woody Plants. – Am. Acad. Press, 2016. – 367 p.

6. Kellomäki S. Managing Boreal Forests in the Context of Climate Change: Impacts, Adaptation and Climate Change Mitigation. – CRC Press, 2016. – 365 p. – doi: 10.1201/9781315166063.

7. Schaphoffa S., Reyera Ch.P.O., Schepaschenko D., Gertena D., Shvidenko A. Tamm Review: Observed and projected climate change impacts on Russia's forests and its carbon balance // For. Ecol. Manage. – 2016. – V. 361, No 1. – P. 432–444. – doi: 10.1016/j.foreco.2015.11.043.

8. Murray D.L., Peers M.J.L., Majchrzak Y.N., Wehtje M., Ferreira C., Pickles R.S.A. Continental divide: Predicting climate-mediated fragmentation and biodiversity loss in the boreal forest // PLoS ONE. – 2017. – V. 12, No 5. – Art. e0176706, P. 1–20. – doi: 10.1371/journal.pone.0176706.

9. Haunschild R., Bornmann L., Marx W. Climate change research in view of bibliometrics // PLoS ONE. – 2016. – V. 11, No 7. – Art. e0160393, P. 1–19. – doi: 10.1371/journal.pone.0160393.

10. Федулов Ю.П., Котляров В.В., Доценко К.А. Устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды. – Краснодар: КубГАУ, 2015. – 64 с.

11. Maiti R. Essence of plants or crops for adaptation: Learning lessons for sustainable use // Bioresource and Stress Management / R.K. Maiti et al. (Eds.). – Springer, 2016. – P. 165–177. – doi: 10.1007/978-981-10-0995-2_10.

12. Придача В.Б. Соотношение N:Р:К как гомеостатический показатель функционального состояния растений в различных экологических условиях: Автореф. дис. … канд. биол. наук. – Петрозаводск. 2002. – 24 с.

13. Горбунова В.Д. Анализ содержания макроэлементов в листьях белых берез и в почве вдоль высотного градиента на Южном Урале // Изв. ОГАУ. – 2012. – № 6. – С. 193–196.

14. Хабарова Е.П., Феклистов П.А., Кошелева А.Е. Содержание минеральных элементов в отмирающей хвое сосны на осушенных площадях // Лесной вестн. – 2015. – Т. 19, № 2. – С. 15–20.

15. Рахманкулова З.Ф. Соотношение фотосинтеза и дыхания как энергетическая основа адаптации растений к неблагоприятным внешним условиям: Дис. … д-ра биол. наук. – М., 2002. – 317 c.

16. Пономарев А.Г., Татаринова Т.Д., Алексеев В.А., Перк А.А., Бубякина В.В. Физиолого-биохимические особенности адаптации Betula platyphylla к экстремальным условиям криолитозоны // Лесной вестн. – 2009. – №2. – С. 12–15.

17. Аганина Ю.Е., Тарханов С.Н. Изменчивость биохимических показателей и адаптация краснопыльниковой и желтопыльниковой форм сосны (Pinus Sylvestris L.) в условиях избыточного увлажнения // Изв. Сам. науч. центра РАН. – 2016. – Т. 18, № 1. – С. 10–14.

18. Ghannoum O., Way D.A. On the role of ecological adaptation and geographic distribution in the response of trees to climate change // Tree Physiol. – 2011. – V. 31, No 12. – P. 1273–1276. – doi: 10.1093/treephys/tpr115.

19. Hänninen H. Climatic adaptation of boreal and temperate tree species // Boreal and Temperate Trees in a Changing Climate. Biometeorology. – Springer, 2016. – P. 1–13. – doi: 10.1007/978-94-017-7549-6_1.

20. Eilmann B., Zweifel R., Buchmann N., Fonti P., Rigling A. Drought-induced adaptation of the xylem in Scots pine and pubescent oak // Tree Physiol. – 2009. – V. 29, No 8. – P. 1011–1020. – doi: 10.1093/treephys/tpp035.

21. Guerin G.R., Lowe A.J. Multi-species distribution modelling highlights the Adelaide Geosyncline, South Australia, as an important continental-scale arid-zone refugium // Austral Ecol. – 2013. – V. 38, No 4. – P. 427–435. – doi: 10.1111/j.1442-9993.2012.02425.x.

22. Баженов А.В., Шавнин С.А. Оценка степени поражения фотосинтеза сосны обыкновенной аэротехногенными выбросами // Экология. – 1994. – № 4. – С. 89–91.

23. Васфилов С.П. Возможные пути негативного влияния кислых газов на растения // Журн. общ. биол. – 2003. – Т. 64, № 2. – С. 146–159.

24. Бухарина И.Л., Двоеглазова А.А. Биоэкологические особенности травянистых и древесных растений в городских насаждениях. – Ижевск: Изд-во «Удм. ун-т», 2010. – 184 с.

25. Сухарева Т.А. Пространственно-временная динамика микроэлементного состава хвойных деревьев и почвы в условиях промышленного загрязнения // Лесной журн. – 2013. – № 6. – С. 19–28.

26. Mumba M., Kutegeka S., Nakangu B., Munang R., Sebukeera C. Ecosystem-based Adaptation (EbA) of African mountain ecosystems: Experiences from Mount Elgon, Uganda // Climate Change Adaptation Strategies. – An Upstream-downstream Perspective. – Springer, 2016. – P. 121–140. – doi: 10.1007/978-3-319-40773-9_7.

27. Humphreys L.R. Plant interrelations: Competition and interference // Environmental Adaptation of Tropical Pasture Plants. – London: Palgrave, 1981. – P. 185–210. – doi: 10.1007/978-1-349-04719-2_9.

28. Maiti R, Rodriguez H.G. Mystry of coexistence and adaptation of trees in a forest ecosystem // For. Res. – 2015. – V. 4, No 4. – Art. 1000e120, P. 1–2. – doi: 10.4172/2168-9776.1000e120.

29. Werners S.E., Szalai S., Zingstra H., Kőpataki É., Beckmann A., Bos E., Civic K., Hlásny T., Hulea O., Jurek M., Koch H., Kondor A.C., Kovbasko A., Lakatos M., Lambert S., Peters R., Trombik J., van de Velde I., Zsuffa I. Climate change adaptation in the Carpathian mountain region // Climate Change Adaptation Strategies – An Upstream-Downstream Perspective / N. Salzmann, C. Huggel, S. Nussbaumer, G. Ziervogel (Eds.) – Springer, Cham, 2016. – P. 79–99. – doi: 10.1007/978-3-319-40773-9_5.

30. Колесников Б.П., Зубарева Р.С., Смолоногов Е.П. Лесорастительные условия и типы лесов Свердловской области. Практическое руководство. – Свердловск: УНЦ АН СССР, 1973. – 176 с.

31. Анучин Н.П. Лесная таксация. – М.: Лесн. пром-сть, 1982. – 552 с.

32. Методы изучения лесных сообществ / Под ред. В.Т. Ярмишко, И.В. Лянгузовой. – СПб.: НИИ Химии СПбГУ, 2002. – 240 с.

33. Халафян А.А. STATISTICA 6. Статистический анализ данных. – М.: Бином-Пресс, 2010. – 528 с.

34. Кудрин Б.И. Математика ценозов: видовое, ранговидовое, ранговое по параметру гиперболические Н-распределения и законы Лотки, Ципфа, Парето, Мандельброта // Математический аппарат структурного описания ценозов и гиперболические Н-ограничения. Ценологические исследования. – М.: Центр сист. исслед., 2002. – Вып. 19. – С. 357–412.

35. Пузаченко Ю.Г. Ранговые распределения в экологии и неэкстенсивная статистическая механика // Сб. тр. Зоол. музея МГУ им. М. В. Ломоносова. – 2016. – Т. 54. – C. 42–71.

36. Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. – М.: Прогресс, 1980. – 327 с.

37. Яблонский А.И. Математические модели в исследовании науки. – М.: Наука, 1986. – 352 с.

38. Шитиков В.К., Зинченко Т.Д., Розенберг Г.С. Макроэкология речных сообществ: концепции, методы, модели. – Тольятти: Кассандра, 2011. – 255 с.

Поступила в редакцию

19.01.19

Иванова Наталья Сергеевна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории популяционной биологии и динамики леса

Ботанический сад УрО РАН

ул. 8 марта, д. 202a, г. Екатеринбург, 620144, Россия

E-mail: i.n.s@bk.ru

Золотова Екатерина Сергеевна, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории геохимии и рудообразующих процессов

Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого УрО РАН

ул. Академика Вонсовского, д. 15, г. Екатеринбург, 620016, Россия

E-mail: afalinakate@gmail.com

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.