Функциональные признаки листьев и экологические стратегии важны для формирования растительных сообществ субальпийских болот и высокотравья

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Функциональные признаки растений важны для формирования состава растительных сообществ и доминирования в них. Сравнение средних значений признаков у организмов внутри сообщества с таковым для случайных выборок местной биоты позволяет оценить значимость признака для формирования состава сообществ. Сравнение средних и средневзвешенных значений признаков позволяет оценить их роль для доминирования в том или ином сообществе. Мы исследовали функциональные признаки листьев (площадь, масса, удельная листовая поверхность — SLA, содержание сухого вещества — LDMC), а также вклад компонентов CSR (конкуренты — стресс-толеранты — рудералы) стратегий для двух субальпийских сообществ в Тебердинском национальном парке (Северо-Западный Кавказ, Россия). Многие функцио- нальные признаки листьев и стратегии растений значимо различаются на болотах и в высокотравье от таковых для случайного набора видов из местной высокогорной флоры. Виды, входящие в состав высокотравных сообществ, имеют большие размеры (площадь и массу) листьев, большую SLA и меньшее LDMC, а также больший вклад C и меньший S и R стратегий. Доминанты этого сообщества отличаются от других видов еще большими размерами листьев, меньшей SLA, большим LDMC, большим вкладом С и меньшим R стратегий. Растения субальпийских болот, по сравнению со случайным набором видов, имеют меньшие размеры листьев, меньшую SLA и большее LDMC, больший вклад стресс-толерантности (S) и меньший вклад C и R стратегий. Доминанты субальпийского болота, по сравнению с другими видами, имели еще более низкую SLA и высокое LDMC, больший вклад S и меньший R стратегий. Таким образом, в сходных климатических условиях в понижениях мезорельефа, но при различных гидрологических условиях в субальпийском поясе гор развиваются контрастные по функциональной структуре растительные сообщества. Это подчеркивает важную роль условий увлажнения в формировании пространственной мозаики высокогорных сообществ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. М. Гулов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт биологии Уфимского научного центра РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: davut.gulov.96@mail.ru

биологический факультет МГУ

Россия, Ленинские Горы, 1/12, Москва, 119991; Пр-кт Октября, 69, Уфа, Республика Башкортостан, 450054

Т. Г. Елумеева

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: davut.gulov.96@mail.ru

биологический факультет

Россия, Ленинские Горы, 1/12, Москва, 119991

Н. И. Федоров

Институт биологии Уфимского научного центра РАН

Email: davut.gulov.96@mail.ru
Россия, Пр-кт Октября, 69, Уфа, Республика Башкортостан, 450054

Т. В. Полошевец

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: davut.gulov.96@mail.ru

биологический факультет

Россия, Ленинские Горы, 1/12, Москва, 119991

Г. В. Клинк

Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН

Email: davut.gulov.96@mail.ru
Россия, Большой Каретный пер., 19, стр. 1, Москва, 127051

О. А. Логвиненко

Карачаево-Черкесский государственный университет им. У.Д. Алиева

Email: davut.gulov.96@mail.ru
Россия, ул. Ленина, 29, Карачаевск, Карачаево-Черкесская Республика, 369202

Т. М. Джатдоева

Северо-Кавказская государственная академия, Медицинский институт

Email: davut.gulov.96@mail.ru
Россия, ул. Космонавтов, 100, Черкесск, Карачаево-Черкесская Республика, 369015

В. Г. Онипченко

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Карачаево-Черкесский государственный университет им. У.Д. Алиева; Тебердинский национальный парк

Email: vonipchenko@mail.ru

биологический факультет МГУ

Россия, Ленинские Горы, 1/12, Москва, 119991; ул. Ленина, 29, Карачаевск, Карачаево-Черкесская Республика, 369202; Бадукский пер., 1, Теберда, Карачаево-Черкесская Республика, 369210

Список литературы

  1. Благовещенский Ю.Н., Самсонова В.П., Дмитриев Е.А., 1987. Непараметрические методы в почвенных исследованиях. М.: Наука. 96 с.
  2. Веселкин Д.В., Конопленко М.А., Бетехтина А.А., 2014. Способность к микоризообразованию видов рода Carex (Cyperaceae): анализ опубликованных данных // Растительный мир Азиатской России. № 4 (16). С. 26—35.
  3. Волков А.В., 1999. Зависимость свойств высокогорных почв от растительности и положения в рельефе // Труды Тебердинского государственного биосферного заповедника. Вып. 15. С. 14—40.
  4. Гулов Д.М., Онипченко В.Г., Мартыненко В.Б., Федоров Н.И., Логвиненко О.А. и др., 2022. Состав надземной фитомассы субальпийского высокотравья в Тебердинском национальном парке // Бюлл. МОИП. Отд. биол. Т. 127. № 5. C. 46—53.
  5. Гулов Д.М., Федоров Н.И., Логвиненко О.А., Онипченко В.Г., 2023. Состав надземной фитомассы субальпийских болот в Тебердинском национальном парке // Бюлл. МОИП. Отд. биол. Т. 128. № 4. С. 27—37.
  6. Дудова К.В., Джатдоева Т.М., 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. Биология. Т. 74. № 3. С. 179—187.
  7. Нозадзе Л.М., 1968. Микотрофность некоторых компонентов высокогорной травянистой растительности Казбегского района в связи с вертикальной зональностью // Уч. зап. Пермского гос. пед. ин-та. Т. 64. С. 313—317.
  8. Онипченко В.Г., Гулов Д.М., Ишбирдин А.Р., Макаров М.И., Ахметжанова А.А. и др., 2021. Анализ особенностей продукции тонких корней в высокогорных сообществах методом врастания с использованием чайных ситечек // Сиб. экол. журн. № 5. С. 569—579.
  9. Онипченко В.Г., Дудова К.В., Ахметжанова А.А., Хомутовский М.И., Джатдоева Т.М. и др., 2020. Какие стратегии растений способствуют их доминированию в альпийских сообществах? // Журн. общ. биологии. Т. 81. № 2. С. 37—46.
  10. Онипченко В.Г., Дудова К.В., Гулов Д.М., Ахметжанова А.А., Текеев Д.К., Елумеева Т.Г., 2022. Функциональные признаки листьев растений важны для формирования состава альпийских растительных сообществ // Журн. общ. биологии. Т. 83. № 2. С. 127—137.
  11. Онипченко В.Г., Зернов А.С., 2022. Сосудистые растения Тебердинского национального парка / Флора и фауна заповедников. Вып. 99Б. М.: Изд. Комиссии РАН по сохранению биологического разнообразия и ИПЭЭ РАН. 177 с.
  12. Шидаков И.И., Онипченко В.Г., 2007. Сравнение параметров листового аппарата растений альпийского пояса Тебердинского заповедника // Бюлл. МОИП. Отд. биол. Т. 112. № 4. С. 42—50.
  13. Arnillas C.A., Borer E.T., Seabloom E.W., Alberti J., Baez S., et al., 2021. Opposing community assembly patterns for dominant and nondominant plant species in herbaceous ecosystems globally // Ecol. Evol. V. 11. № 24. P. 17744—17761.
  14. Asner G.P., Martin R.E., Anderson C.B., Kryston K. et al., 2017. Scale dependence of canopy trait distributions along a tropical forest elevation gradient // New Phytol. V. 214. № 3. P. 973—988.
  15. Bello F., de, Lavorel S., Lavergne S., Albert C.H., Boulangeat I., et al., 2013. Hierarchial effects of environmental filters on the functional structure of plant communities: A case study in the French Alps // Ecography. V. 36. № 3. P. 393—402.
  16. Bergholz K., Kober K., Jeltsch F., Schmidt K., Weiss L., 2021. Trait means or variance — What determines plant species’ local and regional occurrence in fragmented dry grasslands? // Ecol. Evol. V. 11. № 7. P. 3357—3365.
  17. Bucher S.F., Auerswald K., Grün-Wenzel C., Higgins S.I., Römermann C., 2021. Abiotic site conditions affect photosynthesis rates by changing leaf functional traits // Basic Appl. Ecol. V. 57. P. 54—64.
  18. Cingolani A.M., Cabido M., Gurvich D.E., Renison D., Díaz S., 2007. Filtering processes in the assembly of plant communities: Are species presence and abundance driven by the same traits? // J. Veg. Sci. V. 18. № 6. P. 911—920.
  19. Cornelissen J.H.C., Lavorel S., Garnier E., Diaz S., Buchmann N., et al., 2003. A handbook of protocols for standardized and easy measurement of plant functional traits worldwide // Aust. J. Bot. V. 51. № 4. P. 335—380.
  20. Cruz M., Lasso E., 2021. Insights into the functional ecology of páramo plants in Columbia // Biotropica. V. 53. P. 1415—1431.
  21. Deepika S., Kothamasi D., 2015. Soil moisture — a regulator of arbuscular mycorrhizal fungal community assembly and symbiotic phosphorus uptake // Mycorrhiza. V. 25. № 1. P. 67—75.
  22. Elumeeva T.G., Onipchenko V.G., Wu Y., 2015. Leaf functional traits of plants of alpine pastures at the Eastern Qinghai-Tibetan Plateau // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. V. 70. № 1. P. 46—52.
  23. Garnier E., Navas M.L., Grigulis K., 2016. Plant Functional Diversity. Oxford: Oxford UP. 249 p.
  24. Gotzenberger L., Bello F., de, Brathen K.A., Davison J., Dubius A., et al., 2012. Ecological assembly rules in plant communities — approaches, patterns and prospects // Biol. Rev. V. 87. № 1. P. 111—127.
  25. Grime J.P., 2001. Plant Strategies, Vegetation Processes, and Ecosystem Properties. 2nd ed. Chichester: John Wiley and Sons. 417 p.
  26. Hodgson J.G., Montserrat-Marti G., Charles M., Jones G., Wilson P., et al., 2011. Is leaf dry matter content a better predictor of soil fertility than specific leaf area? // Ann. Bot. V. 108. № 7. P. 1337—1345.
  27. Jardine E.C., Thomas G.H., Forrestel E.J., Lehmann C.E.R., Osborne C.P., 2020. The global distribution of grass functional traits within grassy biomes // J. Biogeogr. V. 47. № 3. P. 553—565.
  28. Kattenborn T., Fassnacht F.E., Pierce S., Lopatin J., Grime J.P., Schmidtlein S., 2017. Linking plant strategies and plant traits derived by radiative transfer modeling // J. Veg. Sci. V. 28. № 4. P. 717—727.
  29. Kichenin E., Wardle D.A., Peltzer D.A., Morse C.W., Freschet G.T., 2013. Contrasting effects of plant inter- and intraspecific variation on community-level trait measures along an environmental gradients // Funct. Ecol. V. 27. № 5. P. 1254—1261.
  30. Körner C., 2003. Alpine Plant Life. 2nd ed. Berlin: Springer. 345 p.
  31. Körner C., Neumayer M., Menendez-Riedl S.P., Smeets-Scheel A., 1989. Functional morphology of mountain plants // Flora. V. 182. P. 353—383.
  32. Kunstler G., Falster D., Coomes D.A., Hui F., Kooyman R.M., et al., 2016. Plant functional traits have globally consistent effects on competition // Nature. V. 529. P. 204—207.
  33. Lachaise T., Bergmann J., Rilling M.C., Kleunen M., van, 2021. Below- and aboveground traits explain local abundance, and regional, continental and global occurrence frequencies of grassland plants // Oikos. V. 130. № 1. P. 110—120.
  34. Li Y., Reich P.B., Schmid B., Shrestha N., Feng X., et al., 2020. Leaf size of woody dicots predicts ecosystem primary productivity // Ecol. Lett. V. 23. № 6. P. 1003—1013.
  35. Losapio G., Schöb C., 2017. Resistance of plant-plant networks to biodiversity loss and secondary extinctions following simulated environmental changes // Funct. Ecol. V. 31. № 5. P. 1145—1152.
  36. Michl T., Dengler J., Huck S., 2010. Montane-subalpine tall-herb vegetation (Mulgedio-Aconitetea) in central Europe: Large-scale synthesis and comparison with northern Europe // Phytocoenologia. V. 40. № 2—3. P. 117—154.
  37. Miller R.M., Smith C.I., Jastrow J.D., Bever J.D., 1999. Mycorrhizal status of the genus Carex (Cyperaceae) // Am. J. Bot. V. 86. № 4. P. 547—553.
  38. Moor H., Rydin H., Hylander K., Nilsson M.B., Lindborg R., Norberg J., 2017. Towards a trait-based ecology of wetland vegetation // J. Ecol. V. 105. № 6. P. 1623—1635.
  39. Niu K., He J.-S., Lechowicz M.J., 2016. Foliar phosphorus content predicts species relative abundance in P-limited Tibetan alpine meadows // Perspect. Plant Ecol. Evol. Syst. V. 22. № 1. P. 47—54.
  40. Onipchenko V.G., 2002. Alpine Vegetation of the Teberda Reserve, the Northwestern Caucasus. Zürich: Veröff. des Geobot. Inst. der ETH, Stiftung Rübel. 168 p.
  41. Onipchenko V.G. (ed.), 2004. Alpine Ecosystems in the Northwest Caucasus. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. 407 p.
  42. Onipchenko V.G., Rozhin A.O., Smirnov V.E., Akhmetzhanova A.A., Elumeeva T.G., et al., 2020. Do patterns of intra-specific variability and community weighted-means of leaf traits correspond? An example from alpine plants // Botanica Pacifica. V. 9. № 1. P. 53—61.
  43. Onoda Y., Wright I.J., Evans J.R., Hikosaka K., Kitajima K., et al., 2017. Physiological and structural tradeoffs underlying the leaf economic spectrum // New Phytol. V. 214. № 4. P. 1447—1463.
  44. Pérez-Harguindeguy N., Díaz S., Garnier E., Lavorel S., Poorter H., et al., 2013. New handbook for standardized measurement of plant functional traits worldwide // Aust. J. Bot. V. 61. № 3. P. 167—234.
  45. Pierce S., Negreiros D., Cerabolini B.E.L., Kattge J., Díaz S., et al., 2017. A global method for calculating plant CSR ecological strategies applied across biomes world-wide // Funct. Ecol. V. 31. № 2. P. 444—457.
  46. Rada F., Sarmiento L., Garcia-Varela S., 2021. Plant functional traits along an old-field succession in the high tropical Andes // Acta Oecologica. V. 111. Art. e103738. https://doi.org/10.1016/j.actao.2021.103738
  47. Reader R.J., 1998. Relationship between species relative abundance and plant traits for an infertile habitat // Plant Ecol. V. 134. № 1. P. 43—51.
  48. Semenchuk P.R., Elberling B., Amtorp C., 2015. Deeper snow alters soil nutrient availability and leaf nutrient status in high Arctic tundra // Biogeochemistry. V. 124. № 1—3. P. 81—94.
  49. Sobral M., 2021. All traits are functional: An evolutionary viewpoint // Trends Plant Sci. V. 26. № 7. P. 674—676.
  50. Sporbert M., Welk E., Seidler G., et al., 2021. Different sets of traits explain abundance and distribution patterns of European plants at different spatial scales // J. Veg. Sci. V. 32. № 2. Art. e13016. https://doi.org/10.1111/jvs.13016
  51. Wright I.J., Dong N., Maire V., Prentice I.C., Westoby M., et al., 2017. Global climatic drivers of leaf size // Science. V. 357. P. 917—921.
  52. Wu Y., Elumeeva T.G., Kazantseva E.S., Wu Y., Wang Q., et al., 2023. The CSR strategies of alpine plants and community functional diversity in the Eastern Qinghai-Tibetan mountains // Botanica Pacifica. V. 12. № 1. P. 47—54.
  53. Yang Y., Wang H., Harrison S.P., Prentice I.C., Wright I.J., et al., 2019. Quantifying leaf-trait covariation and its controls across climates and biomes // New Phytol. V. 221. № 1. P. 155—169.
  54. Zirbel C.R., Bassett T., Grman E., Brudvig L.A., 2017. Plant functional traits and environmental conditions shape community assembly and ecosystem functioning during restoration // J. Appl. Ecol. V. 54. № 4. P. 1070—1079.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Субальпийские болота (СБ) и высокотравье (СВ) занимают сходные формы мезорельефа по нижним частям склонов и днищам долин в субальпийском поясе. На фото — участки сообществ в ущелье Малая Хатипара, абсолютная высота 2540 м.

Скачать (414KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Размерные признаки (а, б — площадь; в, г — влажная масса; д, е — сухая масса) листа растений субальпийского высокотравья (а, в, д) и субальпийских болот (б, г, е). СЛ — случайная выборка из высокогорной флоры, СР — среднее значение по видам, встреченным на площадках без учета участия, СВ — средневзвешенное по видам с учетом надземной массы растений, n = 100. Вертикальный отрезок показывает ошибку среднего. Значимость различий по критерию Вилкоксона для сопряженных пар отмечена буквами — непересекающиеся буквы показывают отличия на уровне значимости p < 0.05.

Скачать (281KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Удельная листовая поверхность (SLA; а, б) и содержание сухого вещества в листе (LDMC; в, г) листа растений субальпийского высокотравья (а, в) и субальпийских болот (б, г). СЛ — случайная выборка из высокогорной флоры, СР — среднее значение по видам, встреченным на площадках без учета участия, СВ — средневзвешенное по видам с учетом надземной массы растений, n = 100. Вертикальный отрезок показывает ошибку среднего. Значимость различий по критерию Вилкоксона для сопряженных пар отмечена буквами — непересекающиеся буквы показывают отличия на уровне значимости p < 0.05.

Скачать (172KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Вклады CSR стратегий Грайма (а, б — конкурентности (C); в, г — стресс-толерантности (S); д, е — рудеральности (R)) для растений субальпийского высокотравья (а, в, д) и субальпийских болот (б, г, е). СЛ — случайная выборка из высокогорной флоры, СР — среднее значение по видам, встреченным на площадках без учета участия, СВ — средневзвешенное по видам с учетом надземной массы растений, n = 100. Вертикальный отрезок показывает ошибку среднего. Значимость различий по критерию Вилкоксона для сопряженных пар отмечена буквами — непересекающиеся буквы показывают отличия на уровне значимости p < 0.05.

Скачать (226KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Ординация видов (а) и средневзвешенных значений по площадкам (б) стратегий в треугольнике Грайма. Красными кружками показаны растения и площадки субальпийских болот, зелеными треугольниками — растения и площадки высокотравья. Крупными фигурами показаны средние (центрированные) значения вклада CSR стратегий.

Скачать (188KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».