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

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».