Стратегия “Биологического хеджирования ставок” в ценопопуляциях Heracleum mantegazzianum Sommier & Levier (Apiaceae) на европейском северо-востоке России

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На основе концепции “биологического хеджирования ставок” описаны механизмы поддержания численности и возрастного спектра ценопопуляций Heracleum mantegazzianum Sommier & Levier в отсутствие у данного вида долговременного почвенного семенного банка. Исследована динамика пополнения и расходования почвенного банка мерикарпиев (“семян”) H. mantegazzianum, численность проростков и ювенильных особей в условиях среднетаежной подзоны Республики Коми. Для ценопопуляций H. mantegazzianum характерно накопление значительного количества пустых семенных оболочек в почве, медианная численность жизнеспособных семян при этом не превышает 2000 шт./ м2. Длительный период естественной стратификации (до 180 дней) обеспечивает дозревание и быстрое прорастание весной практически всех семян урожая предыдущего года. Из этого следует, что в природно-климатических условиях района проведения работ растения H. mantegazzianum формируют временный банк семян. Численность ювенильных особей H. mantegazzianum остается относительно стабильной (около 200 шт./м2) благодаря регулярному поступлению семян, быстрому весеннему развитию проростков, а также за счет особей, оставшихся на второй год жизни в ювенильном онтогенетическом состоянии. Использование светового ресурса весеннего и осеннего периодов и возможность перехода в состояние вынужденного покоя летом способствуют выживанию и поддержанию численности ювенильных особей в условиях сильной внутривидовой конкуренции. Для H. mantegazzianum стратегия “хеджирования ставок” реализуется за счет перехода к репродукции крайне малой (менее 0.01%) части особей от общего числа особей в ценопопуляции, банка подземных почек возобновления и способности ювенильных особей переходить в состояние вынужденного покоя.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. В. Далькэ

Коми научный центра УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: dalke@ib.komisc.ru

Институт биологии

Россия, ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, 167982

Р. В. Малышев

Коми научный центр УрО РАН

Email: dalke@ib.komisc.ru

Институт биологии

Россия, ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, 167982

И. Г. Захожий

Коми научный центр УрО РАН

Email: dalke@ib.komisc.ru

Институт биологии

Россия, ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, 167982

И. Ф. Чадин

Коми научный центр УрО РАН

Email: dalke@ib.komisc.ru

Институт биологии

Россия, ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, 167982

Список литературы

  1. Аджиев Р.К., Онипченко В.Г., Текеев Д.К., 2012. Сохранение жизнеспособности погребенных семян в альпийских фитоценозах Северо-Западного Кавказа: итоги пятилетнего эксперимента // Журн. общ. биологии. Т. 73. № 6. С. 453–458.
  2. Антипина Г.С., Маганов И.А., Платонова Е.А., Фалин А.Ю., 2017. Борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden.) в Ботаническом саду ПетрГУ // Hortus Bot. Т. 12. C. 445–453. https://doi.org/10.15393/j4.art.2017.4842
  3. Атлас Республики Коми по климату и гидрологии, 1997 / Под ред. Таскаева А.И. М.: ДиК, Дрофа. 116 с.
  4. Далькэ И.В., Маслова С.П., Плюснина С.Н., Зрайченко Е.С., Бобров Ю.А., 2023. Новый метод определения календарного возраста растений Heracleum sosnowskyi и оценка на его основе возрастного состава в ценопопуляциях вида на севере // Экология. № 3. С. 212–219. https://doi.org/10.31857/S0367059723030022
  5. Далькэ И.В., Чадин И.Ф., 2010. Влияние глифосатсодержащего гербицида на рост, развитие и функциональные показатели борщевика Сосновского // Изв. Коми НЦ УрО РАН. № 4. С. 36–42.
  6. Далькэ И.В., Чадин И.Ф., 2023. Моделирование скорости увеличения площади ценопопуляций Heracleum sosnowskyi Manden. и Heracleum mantegazzianum Sommier & Levier // Росс. журн. биол. инвазий. № 3. С. 30–47. https://doi.org/10.35885/1996-1499-16-3-30-47
  7. Далькэ И.В., Чадин И.Ф., Захожий И.Г., 2018. Анализ мероприятий по ликвидации нежелательных зарослей борщевика Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden.) на территории Российской Федерации // Росс. журн. биол. инвазий. № 3. С. 44–61.
  8. Дудова К.В., Джатдоева Т.M., Дудов С.В., Ахметжанова А.А., Текеев Д.К., Онипченко В.Г., 2019. Конкурентная стратегия растений субальпийского высокотравья Северо-Западного Кавказа // Вестн. МГУ. Сер. 16. Биол. Т. 74. № 3. С. 179–187.
  9. Крылов А.К., Марков А.В., Александров Ю.И., 2020. Единство популяции как способ выживания в нестабильной среде // Журн. общ. биологии. Т. 81. № 3. С. 194–207. https://doi.org/10.31857/S0044459620030057
  10. Кудинов М.М., Касач А.А., Чекалинская И.И., Черник В.В., Чурилов А.К., 1980. Интродукция борщевиков в Белоруссии. Минск: Наука и техника. 200 c.
  11. Панасенко Н.Н., 2017. Некоторые вопросы биологии и экологии борщевика Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden.) // Росс. журн. биол. инвазий. № 2. С. 95–106.
  12. Сацыперова И.Ф., 1984. Борщевики флоры СССР – новые кормовые растения. Л.: Наука. 223 с.
  13. Скупченко Л.А., 1989. Семеноведение борщевика на Севере. Л.: Наука. 119 с.
  14. Тихомиров В.Н., 1958. Сравнительная морфология гинецея и плода зонтичных СССР. Автореф. дис.… канд. биол. наук. М. 15 c.
  15. Ткаченко К.Г., 2020. Гетеромерикарпия Heracleum sosnowskyi Manden. (Umbelliferae = Apiaceae) // Тр. по прикл. ботанике, генетике и селекции. Т. 181. № 4. С. 156–163. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2020-4-156-163
  16. Уранов А.А., 1975. Возрастной спектр фитоценопопуляций как функция времени и энергетических волновых процессов // Науч. докл. высш. шк. Биол. науки. № 2. С. 7–33.
  17. Чадин И.Ф., 2020. Тотальное уничтожение // АграрникЪ-A. № 1 (105). С. 16–18.
  18. Шадрин Д.М., Далькэ И.В., Захожий И.Г., Шильников Д.С., Кожин М.Н., Чадин И.Ф., 2024. Молекулярно-генетические исследования Heracleum sosnowskyi Manden. и Heracleum mantegazzianum Sommier & Levier (Apiaceae) европейской части России // Росс. журн. биол. инвазий. № 2. С. 153–171. https://doi.org/10.35885/1996-1499-17-2-153-171
  19. Byun C., Blois S., de, Brisson J., 2018. Management of invasive plants through ecological resistance // Biol. Invasions. V. 20. P. 13–27. https://doi.org/10.1007/s10530-017-1529-7
  20. Childs D.Z., Metcalf C.J.E., Rees M., 2010. Evolutionary bet-hedging in the real world: Empirical evidence and challenges revealed by plants // Proc. Roy. Soc. B. Biol. Sci. V. 277. № 1697. P. 3055–3064. https://doi.org/10.1098/rspb.2010.0707
  21. Cohen O., Riov J., Katan J., Gamliel A., Bar (Kutiel) P., 2008. Reducing persistent seed banks of invasive plants by soil solarization – the case of Acacia saligna // Weed Sci. V. 56. № 6. P. 860–865. https://www.jstor.org/stable/25148610
  22. Dalke I.V., Chadin I.F., Zakhozhiy I.G., Malyshev R.V., Maslova S.P. et al., 2015. Traits of Heracleum sosnowskyi plants in monostand on invaded area // PLoS One. V. 10. № 11. Art. e0142833. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0142833
  23. Dalke I.V., Maslova S.P., Zakhozhiy I.G., Golke G.A., Smotrina Yu.A., 2024. Structure of cenopopulations of Heracleum sosnowskyi and mechanisms for maintaining their stability under the north conditions // Russ. J. Ecol. V. 55. № 2. P. 79–88. https://doi.org/10.1134/S1067413624020024
  24. Dalke I.V., Novakovskiy A.B., Maslova S.P., Dubrovskiy Y.A., 2018. Morphological and functional traits of herbaceous plants with different functional types in the European Northeast // Plant Ecol. V. 219. P. 1295–1305. https://doi.org/10.1007/s11258-018-0879-2
  25. Pyšek P., Cock M.J.W., Nentwig W., Ravn H.P., 2007. Ecology and Management of Giant Hogweed (Heracleum mantegazzianum). Wallingford: CAB International. 352 p.
  26. Evans M.E.K., Dennehy J.J., 2005. Germ banking: Bet-hedging and variable release from egg and seed dormancy // Quart. Rev. Biol. V. 80. № 4. P. 431–451. https://doi.org/10.1086/498282
  27. Gioria M., Carta A., Baskin C.C., Dawson W., Essl F., et al., 2021. Persistent soil seed banks promote naturalisation and invasiveness in flowering plants // Ecol. Lett. V. 24. № 8. P. 1655–1667. https://doi.org/10.1111/ele.13783
  28. Gioria M., Osborne B., 2009. Assessing the impact of plant invasions on soil seed bank communities: Use of univariate and multivariate statistical approaches // J. Veg. Sci. V. 20. № 3. P. 547–556. https://doi.org/10.1111/j.1654-1103.2009.01054.x
  29. Grime J.P., 2001. Plant Strategies, Vegetation Processes, and Ecosystem Properties. 2nd ed. Chichester: John Wiley and Sons. 417 p.
  30. Gudžinskas Z., Žalneravičius E., 2018. Seedling dynamics and population structure of invasive Heracleum sosnowskyi (Apiaceae) in Lithuania // Ann. Bot. Fenn. V. 55. № 4/6. P. 309–320.
  31. Jodaugienė D., Marcinkevičienė А., Sinkevičienė А., 2018. Control of Heracleum sosnowskyi in Lithuania // Proc. 28th German Conference on Weed Biology and Weed Control. Julius Kühn-Institut. V. 458. P. 275–280. https://doi.org/10.5073/jka.2018.458.039
  32. Moravcová L., Carta A., Pyšek P., Skálová Н., Gioria M., 2022. Long-term seed burial reveals differences in the seed-banking strategies of naturalized and invasive alien herbs // Sci. Rep. V. 12. Art. 8859. https://doi.org/10.1038/s41598-022-12884-0
  33. Moravcová L., Pyšek P., Krinke L., Müllerová J., Perglová I., Pergl J., 2018. Long-term survival in soil of seed of the invasive herbaceous plant Heracleum mantegazzianum // Preslia. V. 90. № 3. P. 225–234. https://doi.org/10.23855/preslia.2018.225
  34. Moravcová L., Pyšek P., Pergl J., Perglova I., Jarošík V., 2006. Seasonal pattern of germination and seed longevity in the invasive species Heracleum mantegazzianum // Preslia. V. 78. № 3. P. 287–301.
  35. Mourik T.A., van, Stomph T.J., Murdoch A.J., 2005. Why high seed densities within buried mesh bags may overestimate depletion rates of soil seed banks // J. Appl. Ecol. V. 42. № 2. P. 299–305. https://doi.org/10.1111/j.1365-2664.2005.01016.x
  36. Nilsson P., Tuomi J., Astrom M., 1996. Bud dormancy as a bet-hedging strategy // Am. Nat. V. 147. № 2. P. 269–281. https://doi.org/10.1086/285849
  37. Otte A., Franke R., 1998. The ecology of the Caucasian herbaceous perennial Heracleum mantegazzianum Somm. et Lev. (Giant Hogweed) in cultural ecosystems of Central Europe // Phytocoenologia. V. 28. № 2. P. 205–232. https://doi.org/10.1127/phyto/28/1998/205
  38. Ramula S., Knight T.M., Burns J.H., Buckley Y.M., 2008. General guidelines for invasive plant management based on comparative demography of invasive and native plant populations // J. Appl. Ecol. V. 45. № 4. P. 1124–1133. https://doi.org/10.1111/j.1365-2664.2008.01502.x
  39. Saatkamp A., Affre L., Dutoit T., Poschlod P., 2009. The seed bank longevity index revisited: Limited reliability evident from a burial experiment and database analyses // Ann. Bot. V. 104. № 4. P. 715–724. https://doi.org/10.1093/aob/mcp148
  40. Starrfelt J., Kokko H., 2012. Bet-hedging – a triple trade-off between means, variances and correlations // Biol. Rev. V. 87. № 3. P. 742–755. https://doi.org/10.1111/j.1469-185X.2012.00225.x
  41. Stokes P.A., 1952. Physiological study of embryo development in Heracleum sphondylium L.: II. The effect of temperature on after-ripening // Ann. Bot. V. 16. № 4. P. 571–576. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a083334
  42. Thompson K., Bakker J.P., Bekker R.M., 1997. The Soil Seed Bank of North West Europe: Methodology, Density and Longevity. Cambridge: Cambridge Univ. Press. 276 p.
  43. Willis S.G., Hulme P.E., 2002. Does temperature limit the invasion of Impatiens glandulifera and Heracleum mantegazzianum in the UK? // Funct. Ecol. V. 16. № 4. P. 530–539. https://doi.org/10.1046/j.1365-2435.2002.00653.x

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фенологический спектр H. mantegazzianum в самоподдерживающихся ценопопуляциях, теплообеспеченность территории суммой активных температур выше 5°С (САТ5) и температура почвы. Обозначения: 1 – покой и стратификация семян, зимний покой растений; 2 – прорастание семян, развитие прикорневых листьев растений; 3 – бутонизация; 4 – цветение; 5 – плодоношение; 6 – осыпание семян, отмирание надземной части растений. Фенофазы 3–6 относятся только к растениям, находящимся в генеративном возрастном состоянии.

Скачать (153KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сезонная динамика поступления фотосинтетически активной радиации (ФАР) к растениям H. mantegazzianum. 1 – интенсивность ФАР на высоте 250 см над поверхностью почвы, 2 – интенсивность ФАР на высоте 10–15 см над поверхностью почвы. Приведено среднее значение со стандартным отклонением, цифрами (%) указана доля светового потока, проникающего в приземный слой, от общего поступления ФАР.

Скачать (85KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Состав почвенного банка семян в ценопопуляциях H. mantegazzianum в осенний период: а – плотность пустых оболочек семян (se0) и семян, б – плотность мертвых (se–) и жизнеспособных (se+) семян. Представлены объединенные данные для всех ценопопуляций за 2021–2023 гг.

Скачать (130KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сезонные изменения численности семян, проростков и ювенильных растений H. mantegazzianum: а – плотность жизнеспособных семян и проростков, б – плотность ювенильных особей, в – взаимосвязь между урожаем семян и плотностью ювенильных растений в ходе вегетации следующего года (приведены медианные значения). Корреляция Пирсона r = 0.86, p = 0.0068; темно-серым фоном показан доверительный интервал 95%. Представлены объединенные данные для ЦП 1–4 за 2021–2023 гг.

Скачать (157KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Вариабельность габитуса и морфометрических параметров растений H. mantegazzianum первого года жизни: а – вегетирующие растения, б – растения в состоянии вынужденного покоя (август–сентябрь 2021 г.).

Скачать (301KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Динамика прорастания семян H. mantegazzianum (а) и изменение длины зародыша (б) в ходе холодовой стратификации.

Скачать (217KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024