Механизмы поддержания биологического разнообразия лесных биогеоценозов
![Диссертация: Механизмы поддержания биологического разнообразия лесных биогеоценозов](https://gugn.ru/work/3735037/cover.png)
Апробация работы. Результаты докладывались на конференциях: посвященных памяти A.A. Уранова (1982, 1987, 1992, 1997, 2002, 2007), архитектоника и жизненные формы растений (Москва, 1989), экология популяций: структура и динамика (Пущино, 1994), Беловежская Пуща на рубеже третьего тысячелетия (Минск, 1999), актуальные проблемы геоботаники (Петрозаводск, 2001), проблемы изучения и охраны… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Методологические подходы к изучению механизмов поддержания биологического разнообразия (литературный обзор)
- 1. 1. Представления об иерархической организации экосистем
- 1. 2. Современные представления о сукцессии и климаксе
- Глава 2. Район, объекты и методы изучения
- 2. 1. Районы исследования
- 2. 2. Объекты исследования
- 2. 3. Методы исследования
- Глава 3. История природопользования и механизмы деградации биологического разнообразия (на примере Неруссо-Деснянского полесья)
- 3. 1. Средний и поздний палеолит
- 3. 2. Мезолит
- 3. 3. Неолит. Эпоха бронзы
- 3. 4. Эпоха железа
- 3. 5. Средневековье
- 3. 6. Современность (начало XVI века — начало XX века)
- 3. 7. Современность (начало XX века — настоящее время)
- Глава 4. Ландшафтная структура и особенности разнообразия биогеоценотического покрова (на примере Неруссо-Деснянского полесья)
- 4. 1. Пойменный ландшафт
- 4. 2. Террасный ландшафт
- 4. 3. Полесский ландшафт
- 4. 4. Предполесский ландшафт
- Глава 5. Разнообразие популяционных стратегий деревьев и устойчивость лесных биогеоценозов
- 5. 1. Интегральные свойства стратегий
- 5. 2. Конкурентоспособность
- 5. 3. Толерантность
- 5. 4. Реактивность
- 5. 5. Классификация видов деревьев по типам популяционной стратегии
- Глава 6. Отношение деревьев к свету и влагообеспеченности и некоторые механизмы устойчивости лесных биогеоценозов
- 6. 1. Отношение деревьев к свету
- 6. 2. Отношение деревьев к влагообеспеченности
- Глава 7. Зоохория и формирование разнообразия лесных биогеоценозов
- Глава 8. Сукцессии и механизмы поддержания биологического разнообразия в лесных биогеоценозах разных местностей
- 8. 1. Пойменные местности средних рек
- 8. 2. Долины малых рек
- 8. 3. Первая и вторая террасы
- 8. 4. Третья терраса
- 8. 5. Зандровая местность
- 8. 6. Моренно-зандровая местность
- 8. 7. Карбонатная местность
- Глава 9. Роль микросайтов в поддержании видового разнообразия лесных биогеоценозов
- 9. 1. Роль кабана в поддержании видового разнообразия широколиственных лесов
- 9. 2. Роль черного садового муравья в поддержании видового разнообразия полян
- 9. 3. Роль микросайтов в поддержании видового разнообразия черноольшаников
- Глава 10. Долговременный прогноз изменения растительного покрова в заповеднике «Брянский лес»
- 10. 1. Методологические подходы составления прогнозов
- 10. 2. Алгоритм прогнозов развития сообществ
- 10. 3. Прогноз развития сообществ внепойменных местностей, кратко- и средне-поемных экотопов пойменных местностей
- 10. 4. Прогноз развития сообществ низинных болот
- 10. 5. Прогноз развития сообществ верховых болот
- Выводы
Механизмы поддержания биологического разнообразия лесных биогеоценозов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Актуальность темы
Выяснение природных механизмов поддержания биологического разнообразия — основа для разработки методов рационального природопользования. Климаксовые биогеоценозы доагрикультурного времени, которые отличались максимальным видовым разнообразием — идеальные объекты для выявления этих механизмов. Однако в настоящее время из-за многовековой деятельности человека климаксовые сообщества на территории Европы не сохранились (Восточноевропейские ., 1994, 2004). По этой причине важная задача экологии — реконструкция климаксовой структуры отдельных сообществ и всего биогеоценотического покрова. Возможны два пути такой реконструкции. Первый — выяснить механизмы поддержания биологического разнообразия в связи с жизнедеятельностью популяций сохранившихся эдификаторов. Второй — изучить попу-ляционную биологию и экологию эдификаторов биогеоценотического покрова с целью выяснения механизмов устойчивости полидоминантных климаксовых сообществ.
Цель исследования — выяснить естественные и антропогенные механизмы поддержания биологического разнообразия лесных биогеоценозов. При этом поставлены следующие задачи.
1. Описать факторы и механизмы преобразования биогеоценотического покрова в связи с историей природопользования на примере одного из физико-географических районов.
2. Изучить популяционную биологию и экологию видов древесной синузии для объяснения механизмов устойчивости полидоминантных климаксовых биогеоценозов.
3. Выяснить природные механизмы поддержания биологического разнообразия в разных ландшафтных подразделениях.
4. Выявить влияние антропогенных факторов на природные механизмы поддержания биологического разнообразия в разных ландшафтных подразделениях.
5. Дать долговременный прогноз изменения биологического разнообразия лесных биогеоценозов.
Положения, выносимые на защиту.
1. Один из основных факторов деградации разнообразия биогеоценотического покрова на протяжении голоцена — хозяйственная деятельность человека.
2. Онтогенетические шкалы отношения видов деревьев к свету, классификация видов деревьев по типам стратегии и некоторые механизмы устойчивости разнообразия лесных биогеоценозов.
3. Ведущая роль в поддержании биологического разнообразия лесных биогеоценозов принадлежит циклическим сукцессиям, которые в биогеоценотическом покрове организуются эрозионно-аккумулятивной деятельностью реки, популяционной жизнью животных и растений, а также хозяйственной деятельностью человека.
4. Прогноз развития лесных биогеоценозов на одно-три поколения дуба и возможности восстановления биологического разнообразия заповедника «Брянский лес».
Новизна исследования. Впервые при описании антропогенной деградации лесных биогеоценозов использовались современные представления о структуре климаксовых до-агрикультурных сообществ. Для хвойно-широколиственных лесов составлены шкалы све-толюбия, теневыносливости и диапазона продукционных возможностей с учетом онтогенетических состояний деревьев. Одновременный анализ отношения 18 видов деревьев к свету и влагообеспеченности, а также их типов стратегии (фитоценотипов), позволили выявить механизмы устойчивости лесных биогеоценозов климаксного типа. Показана роль эрозионно-аккумулятивной деятельности реки, популяционной жизни деревьев, а также бобров, кабанов, муравьев и других животных в поддержании биологического разнообразия. Проанализированы виды хозяйственной деятельности человека, способствующие поддержанию видового разнообразия лесного покрова. Разработан алгоритм прогнозов развития лесных сообществ на одно-три поколения деревьев с учетом возможностей заноса их семян.
Практическая значимость. Выявленные механизмы поддержания биологического разнообразия могут быть использованы для разработки природоохранных мероприятий, направленных на восстановление видового и ценотического разнообразия. Шкалы отношения деревьев к свету, а также биологические характеристики видов, относящихся к разным типам поведения, используются для моделирования разновозрастных многовидовых насаждений (Восточноевропейские ., 2004), а также применяются для прогнозирования развития хвойно-широколиственных лесов (Помаз и др., 1998). Материалы исследования использовались для разработки рекомендаций по охране редких видов растений Брянской области (Красная книга ., 2004), а также являются основой для лекций по лесной экологии (Пущинский университет) и спецкурса «Популяционная экология растений» (Жукова и др., 1994).
Личный вклад. Автором поставлены задачи исследования и выполнены все его этапы: сбор полевого материала на территории заповедников Каневский и «Брянский лес» (1985;2009), а также в экспедициях, организованных проблемной биологической лабораторией МГТ1И (1978;1991) — разработка оригинальных полевых методов оценки отношения растений к свету и влагообеспеченности, а также изучения механизмов поддержания биологического разнообразияобработка и осмысление полученных результатов.
Апробация работы. Результаты докладывались на конференциях: посвященных памяти A.A. Уранова (1982, 1987, 1992, 1997, 2002, 2007), архитектоника и жизненные формы растений (Москва, 1989), экология популяций: структура и динамика (Пущино, 1994), Беловежская Пуща на рубеже третьего тысячелетия (Минск, 1999), актуальные проблемы геоботаники (Петрозаводск, 2001), проблемы изучения и охраны биоразнообразия и природных ландшафтов Европы (Пенза, 2001), биология — наука XXI века (Пущино, 2005), принципы и способы сохранения биоразнообразия (Йошкар-Ола, 2005, 2007) — на чтениях, посвященных памяти Н. М. Пржевальского (Смоленск, 2008). Работа обсуждалась на семинарах кафедры ботаники и ПБЛ МГПИ (Москва, 1989, 1990), ПущГУ (Пущино, 2005, 2007), ЦЭПЛ РАН (Москва, 2006), научного отдела заповедника «Брянский лес» (2009, 2010), на секции биогеоценологии МОИП (1995, 1999) — на чтениях, посвященных памяти A.A. Уранова (Москва, 1995) — на совместном заседании кафедр ботаники, экологии ННГУ и Нижегородского отделения РБО (2010).
Публикации. По теме опубликована 61 работа, в том числе 14 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Объем работы. Число страниц — 514. Состоит из введения, 10 глав, выводов и приложений. Содержит 370 стр. основного текста, 115 таблиц, 98 рисунковсписок литературы насчитывает 591 название.
выводы.
1. В древнем голоцене человек уничтожил крупных травоядных животных (мамонта и его спутников), а среднем голоцене — существенно сократил численность стадных копытных. Это инициировало широкомасштабную смену открытых лесолугово-пастбищных экосистем на лесные. В позднем голоцене охота, подсека, вырубка лесов и распашка привели к смене полидоминантных лесов на олигои монодоминантные, а также к резкому снижению разнообразия состава и численности животных, которые являются агентами диссеминации растений. Вместе с тем традиционное природопользование (выпас по лесу и лесное сенокошение) стало фактором поддержания светолюбивых опушечных, луговых и степных видов растений в лесной зоне.
2. Анализ биологии деревьев и выяснение их фитоценотических потенций (конкурентоспособности, толерантности и реактивности) показали, что стабильную основу кли-максовых сообществ, которые отличались максимальным видовым разнообразием и устойчивой структурой, составляли конкурентные виды (дуб, бук, ель, ясень и сосна). Они играли роль эдификаторов: господствовали по биомассе, вовлекали наибольшую порцию вещества и энергии в сообщество и существенно изменяли ценотическую среду. Толерантные виды (клены, липа, рябина, граб и яблоня), способные существовать на низком уровне жизненности, использовали ресурсы, которые не удалось освоить конкурентно мощным растениям. Реактивные виды (осина, ива, березы, ольха и вяз) быстро использовали освобождающиеся ресурсы, которые возникали на месте гибели особей в популяциях эдификаторов. Анализ взаимоотношения видов с разными типами стратегии показывает, что в ценозе они выступают как комплементарные образования, которые наиболее полно используют ресурсы сообщества.
3. Предложена новая трактовка понятий «светолюбие» и «теневыносливость», а также найдены биологические и экологические критерии, характеризующие эти свойства растений. Светолюбие — верхний предел световых и продукционных возможностей растений, а теневыносливость — нижний. Между светолюбием и теневыносливостью нет однозначной связи, что проявляется в разных диапазонах продукционных возможностей (ДПВ) видов. Отношения растений к свету изменяются в онтогенезе неодинаковыми темпами у разных видов. Это определяет перемещения видов в онтогенетических рядах светолюбия, теневыносливости и ДПВ. Шкалы теневыносливости позволяют предсказать минимальный размер «окон» в лесном пологе, при котором особи могут нормально развиваться и пройти полный онтогенез. Шкалы светолюбия дают возможность предсказать популяци-онное поведение видов при совместном произрастании в «окнах». Шкалы ДПВ можно использовать для выявления набора световых местообитаний в условиях леса, необходимых для приживания и развития деревьев. Изучение отношения видов деревьев к влагообеспе-ченности позволяют предсказать размещение молодого поколения деревьев по элементам мозаики почвенного покрова в климаксовых сообществах. Анализ экологии деревьев показал, что для поддержания видового разнообразия древесной синузии необходимы разные местообитания в лесу: от небольших прогалин в пологе леса до крупных «окон» с развитым ветровально-почвенным комплексом. Необходимое условие для формирования этих местообитаний — устойчивый оборот поколений в популяциях всех без исключения деревьев: и конкурентных, и толерантных, и реактивных. Вмешательство человека формирует леса, в которых образуются «окна» небольших размеров. В этих «окнах» развиваются только наиболее теневыносливые виды, В результате полидоминантные леса сменяются на олигои монодоминантные.
4. Разнообразие видового состава и высокая численность животных с их разноразмерными индивидуальными участками обеспечивают вовлечение максимально возможного количества семян и вегетативных зачатков растений в потоки диаспор. Антропогенное сокращение видового состава и численности животных — агентов диссеминации, приводит к ограничению участия зоохорных видов растений в сукцессиях, к существенному ослаблению межценотических потоков диаспор, а также к формированию фитоценозов субкли-максного типа с обедненным видовым составом ценозообразователей.
5. На ландшафтном уровне организации биогеоценотического покрова биологическое разнообразие поддерживается за счет чередования в пространстве разных местностей, которые отличаются друг от друга гидрологическим режимом, особенностями рельефа и почвообразующих пород.
6. На ценотическом уровне организации биогеоценотического покрова биологическое разнообразие поддерживается благодаря сукцессионным циклам. В циклических сукцессиях выделяются две составляющие: 1) однонаправленное развитие биогеоценозов, связанное с возрастной динамикой популяций деревьев- 2) внешние нарушения, которые прерывают ход сукцессии (в поймах средних рек — эрозионная деятельность реки, в долинах малых рек — строительная и трофическая деятельность бобра, на водоразделах — деятельность человека (рубки, сенокошение, выпас и др.).
7. На внутриценотическом уровне биологическое разнообразие сообществ поддерживается непрерывным образованием зоогенных и фитогенных микросайтов. На микросайтах формируются циклические микросукцессии. В циклических мнкросукцессиях вычленяются две части: 1) однонаправленное развитие микрогруппировок растений, связанное с динамикой популяций эдификаторов травяного покрова- 2) периодические нарушения, создаваемые животными (кабанами, муравьями и др.), которые инициируют новые микросукцессии.
8. Долговременный прогноз развития сообществ заповедника «Брянский лес» показал, что климаксовые сообщества с полным набором древесных ценозообразователей и нормальным оборотом их поколений могут сформироваться на низинных болотах, где они будут представлены ясеневыми ольшаниками со значительным участием вяза и ели. На дренируемых экотопах климаксовые хвойно-широколиственного леса с полным набором ценозообразователей сформироваться не смогут. Заповедание приведет к формированию теневых субклимаксовых лесов без участия дуба и сосны, обладающих низкой теневыносливостью. Участие ясеня в этих лесах будет ограничено в связи недостаточным заносом его семян.
Список литературы
- Абатуров A.B., Кочевая О. В., Янгутов А. И. 150 лет Лосиноостровской лесной даче. Из истории национального парка «Лосиный Остров». М., 1997. 228 с.
- Абатуров A.M. Полесья Русской равнины в связи с проблемой их освоения. М., 1968. 246 с.
- Аверин Ю.В., Ганя И. М., Успенский Г. А. Птицы Молдавии. Кишинев, 1971. 236 с.
- Алейников A.A. Состояние популяции и средопреобразующая деятельность бобра европейского на территории заповедника «Брянский лес» и его охранной зоны. Автореф.. канд. дис. Тольятти, 2010. 22 с.
- Алейников A.A. Современное состояние популяций и средопреобразующая деятельность бобра европейского в заповеднике «Брянский лес» и его охранной зоны // Динамика популяций охотничьих животных северной Европы. Петрозаводск, 2006. С. 16−23.
- Алексеев В.А. Световой режим леса. Л., 1975. 228 с.
- Алексеев В.П., Першиц А. И. История первобытного общества. М., 2004. 350 с.
- Алексеев Ю.А. Осоки (морфология, биология, онтогенез, эволюция). М., 1996. 251 с.
- Ананьева Л.М. и др. Исследование светолюбия травянистых растений с помощью показателя УПЛ листьев // Биота основных геосистем центральной лесостепи. М., 1976. С. 83−90.
- Ананьева Л.М., Кашкарова В. П. Количественная характеристика светолюбия некоторых травянистых растений центральной лесостепи // Биогеофиз. и мат. методы исслед. геосистем. М., 1978. С. 135−146.
- Артеменко И.И. Среднеднепровская культура// Сов. арх. 1963. № 2. С. 12−33.
- Археологическая карта России. Брянская область. М., 1993. 304 с.
- Атлас природных условий и естественных ресурсов Украинской ССР. Москва, 1978. 184 с.
- Ахметов X. А. Распространение семян сорных растений с навозом в Джизакской области // Сорные растения Узбекистана и меры борьбы с ними. Ташкент, 1990. С. 24−27.
- Бакулин В. С. Засечные черты // Бол. сов. энцикл. М., 1972. Т. 9. С. 1127−1129.
- Башта А.Т. Роль орштохорп в процеа лковщтворення // Прюритсти орштолопчних дослщжень. Лынв, 2003. С. 95−97.
- Белоцерковская O.A. Гидроклиматический режим лесов осушенных и неосушенных зон Полесья // Значение болот в биосфере. М., 1980. С. 112−128.
- Беляева Т.В. Зеленые стены России // Природа. 2004. С. 22−26.
- Беляева Т.В. История природопользования в районе заповедника // Архив заповедника «Брянский лес». Летопись природы. Нерусса, 1994. Кн. 6. С. 3−66.
- Беляева Т.В. История природопользования на территории Неруссо-Деснянского полесья // Сукцессионные процессы в заповедниках России и проблемы сохранения биологического разнообразия. СПб, 1999. С. 152−160.
- Бетон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология особи, популяции и сообщества. М., 1989. Т. 1. 667 с. Т. 2. 477 с.
- Биология и промысел лося. М., 1967. 336 с.
- Бичков О.Ф., Неруш A.M. и др. Наш край родной, Семеновщина. Киев, 2000. 174 с.
- Благовещенский В.В. Роль хозяйственной деятельности человека в изменении сосновых лесов на Приволжской возвышенности // Уч. зап. Ульян, гос. пед. ин-та. Ульяновск, 1971. Т. 21. Вып. 6. С. 3−36.
- Бобровский М.В. История лесов заповедника «Калужские засеки». Калуга, 2007.48 с.
- Бобровский М.В. Козельские засеки (эколого-исторический очерк). Калуга, 2002. 92 с. 27.