II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

БИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЦИКЛАХЕНЫ ДУРНИШНИКОЛИСТНОЙ В УСЛОВИЯХ С. КРАСНЫЙ ЯР САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Болдырева О.А. 1

---

1

Прошкина О.И. 1

---

1

Работа в формате PDF

354 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность исследования. Устойчивость и продуктивность природных экосистем во многом определяется состоянием слагающих их видовых ценопопуляций. В условиях лесостепной и степной зон (в границах которых находится обследуемая территория) ценопопуляций большинства видов растений изучены крайне мало [8].

Изучение адвентивных растений в последнее время в ботанике и экологии приобретает все большую роль [2, 3, 11] . Такие исследования базируются как на визуальных методах, так и учитывается большое количество разнообразных показателей, характеризующих развитие вида в условиях конкретного фитоценоза. В основе выбранного нами популяционного направления лежит концепция дискретного описания онтогенеза изучаемых растений. Популяционно-онтогенетические исследования позволяют оценить современное состояние растительных сообществ с участием адвентивных растений и составить прогноз их последующих изменений.

Гипотеза исследования. Современный иррациональный подход к использованию природных комплексов приводит к денатурализации лесостепных и степных экосистем. Изучаемый вид является карантинным сорняком. Поэтому изучение состояния популяций циклахены дурнишниколистной в пределах жилых районов способствует расширению мониторинговых исследований, позволяющих дать реальную оценку границ расселения адвентивных (заносных) видов и эффективности мер борьбы с ними.

Цель работы: изучить биоэкологические особенности циклахены дурнишниколистной в условиях с. Красный Яр.

Задачи исследования:

1. Изучить особенности сезонной динамики циклахены дурнишниколистной в условиях п. Красный Яр;

2. Исследовать морфометрические показатели циклахены дурнишниколистной в природных условиях;

3. Выявить особенности возрастной структуры ценопопуляций циклахены дурнишниколистной;

4. Определить основные меры борьбы с растениями данного вида и оценить их действенность с практической точки зрения.

Предметом исследования является биология и экология циклахены дурнишниколистной

Методы исследования.

В современной экологической ботанике все большую роль для изучения биологии и экологии видов растений играют популяционные методы. В 2015 г. нами проводились исследования ценопопуляции циклахены дурнишниколистной.

Новизна и практическая значимость исследования. Были проанализированы сведения об онтогенезе циклахены дурнишниколистной.

Практическая значимость. Нами впервые проведены исследования природных популяций вида в окрестностях с. Красный Яр. Определены возможные меры борьбы с сорно-рудеральными растениями на изучаемой территории

1.1 Биологическая характеристика циклахены дурнишниколистной

Циклахена дурнишниколистная (Cyclachaena xanthiifolia) – травянистое растение семейства Астровых (Asteraceae). Единственный вид рода.

Однолетнее растение высотой от 30 до 200 см. Стебель прямостоячий, ребристый, вверху опушённый, ниже голый бородавчатый.

Листья крупные, до 15 см длиной, супротивные, черешковые, сердцевидно-яйцевидные, по краям от пильчато-зубчатых до почти цельнокрайних, у крупных растений – с несколькими лопастями. Сверху листья шероховатые от коротких щетинистых волосков, снизу сероватые от густого шелковисто-войлочного опушения, с черешками.

Цветки в мелких корзинках, собранных в метельчатое соцветие. Корзинки многочисленные, 2–4 мм в диаметре, поникающие, собраны в рыхлое метельчатое соцветие на верхушках побегов или в пазухах верхних листьев. Краевые женские цветки в корзинке немногочисленные, с почти редуцированным околоцветником; срединные – обоеполые, трубчато-колокольчатые, зеленовато-белые, обоеполые, обычно бесплодные. Обёртка полушаровидная, опушённая (Абрамова, 2003).

Циклахена цветёт в июле-октябре, пыльца может вызывать аллергические реакции (поллинозы), в том числе с тяжёлыми астматическими проявлениями. Из-за указанной способности, неспециалистами часто называется Амброзией, хотя весьма мало на неё похожа. Пыльца циклахены находит применение в медицине для диагностики аллергических заболеваний; её этиологическая роль подтверждена положительной реакцией у 38% больных полинозом при отрицательных результатах с другими видами аллергенов пыльцевого происхождения (Попов, 1996).

Плоды – тёмно-коричневые семянки без хохолка, длиной 2–3 мм, с 4 рёбрами; созревают в августе – октябре. В почве семена сохраняют всхожесть по крайней мере в течение 8–10 лет.

Родиной циклахены дурнишниколистной являются североамериканские прерия. Вид занесён на все континенты, спорадически встречается в Средней и Атлантической Европе, Средиземноморье, на Кавказе, в Центральной Азии и Сибири, на Дальнем Востоке, в Японии, Китае, Южной Америке и Австралии. В Европе встречаемость и обилие вида убывает с востока на запад.

В 1870-х годах (по другим источникам – в начале XIX века) циклахену вырастили в Киевском ботаническом саду, откуда в 1920-х годах она распространилась по Украине, а затем по России.

1.2.Значение циклахены дурнишниколистной

Является карантинным сорняком посевов подсолнечника, кукурузы, овощей, сахарной свёклы. В пределах естественного ареала встречается на заброшенных полях, в понижениях рельефа, на затапливаемых пойменных землях по берегам рек и других водоёмов. В Средней России растёт в населённых пунктах, на насыпях шоссейных дорог и железнодорожного полотна, на пустырях и залежах, в огородах, посевах, по улицам и сорным местам, свалкам, разного рода техногенным территориям, берегам водоёмов. При внедрении в сообщества быстро становится доминантом с долей участия вида от 71 до 99%, формируя большое число побегов и наземную биомассу. Быстрое распространение циклахены обеспечивается благодаря её высокой семенной продуктивности и конкурентной способности. Первоначально вид натурализуется в нескольких локальных центрах и формирует богатый банк семян, что способствует быстрой последующей его экспансии на новые территории (Докучаев, 1973; Перечень…, 2003; Сенатор, 2010).

1.3. Экологическая опасность

Циклахена дурнишниколистная внесена в Чёрную книгу флоры Средней полосы России, как одно из наиболее широко распространённых инвазионных видов флоры средней полосы России. Вид внесён в информационную систему «Чужеродные виды Северо-Запада России», а также в список «наиболее инвазионных на территории Европы и представляющих потенциальную опасность для Испании» (Миркин, 2001; Виноградова, 2010).

Циклахена дурнишниколистная — весьма аллергенный вид, причина массовых поллинозов, в том числе с тяжёлыми астматическими проявлениями. Является карантинным сорняком

Растение это ядовитое. Попав в сено, циклахена может стать причиной смерти животного. Стебли и листья сорняка содержат ядовитые для других растений вещества-ингибиторы. После отмирания сорняка на этом участке не растут другие растения. Когда циклахена отживает свой век и начинает разлагаться, ингибиторы проникают в почву и отравляют ее. Циклахена вытесняет сенокосы и пастбища.

Высокая жизнестойкость этого сорняка объясняется тем, что она размножается семенами, которых на растении очень много. Хорошо развитое растение образует 100 тысяч и более семян. Максимальная плодовитость – 1750 тысяч семян! За короткое время циклахена очень быстро растет в высоту, подавляя и вытесняя другие травы. Эта особенность сорняка определяет его высокую конкурентоспособность в борьбе за выживание. К тому же огромное количество семян, которое остается в почве, прорастает не сразу, а имеет замедленную стадию развития, в почве сохраняет жизнеспособность. Исследование, которое провели павлодарские экологи, показало, что из 300 семян прорастает лишь четыре-семь, остальные появятся на свет в течение следующих лет.

2.МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Метод пробных площадок.

Изучение сезонного ритма развития вида и семенной продуктивности проводилось по стандартным методикам (Бейдеман, 1974; Вайнагий, 1974). Изучение морфометрии в природных условиях проводилось согласно методу В.Н. Голубева (1962), параметры определялись в 3 срока (июль, август, сентябрь). Репродуктивные показатели оценивали на 25 модельных растениях (Марков, 1987).

Из биологических особенностей изучалось соотношение различных частей растения: корня, стебля, листьев, генеративных органов.

Для облегчения повторного измерения интересующий исследователя орган (лист, побег и т.д.) отмечается различными способами. Хорошо пользоваться цветными нитками, не выгорающими на солнце. Наблюдение ведется по разработанной схеме: 4-6 или более раз за сезон, равномерно во времени, с указанием даты исследования, метеоусловий и фенофазы, в которой находится изучаемая особь.

Биологические особенности циклахены изучались в 2015 г. При проведении полевых работ в рамках нашего исследования мы использовали метод пробных площадок (Работнов, 1995). При описании популяций закладывали площадки 1×1 м², общей площадью 5 м².

При выделении возрастных состояний и изучении особенностей онтогенеза мы пользовались методическими принципами и подходами, изложенными в работах различных исследователей (Уранов, 1973; Злобин, 1989; Марков, 2012).

Для определения возрастной структуры ценопопуляции учитывали возрастные состояния, представленные: проростками (р), ювенильными (j), имматурными (im), виргинильными (v₁,v₂), молодыми генеративными (g₁), средними генеративными (g₂) растениями (Приложение 1).

3. Результаты исследований

3.1. Особенности сезонной динамики

В ходе наших исследований было установлено, что начало вегетации приходится на I декаду мая, заканчивается вегетация с отмиранием растений после сильных заморозков во II–III декаде сентября. Длительность вегетации – 162 дня.

Формирование соцветий происходит в середине июня. Массовое цветение наступает во II декаде августа. Цветение растянутое, длительность цветения – до 26 суток.

По срокам цветения циклахена дурнишниколистная относится к растениям позднелетнего цикла цветения (по классификации В.Н. Голубева, 1962), по продолжительности цветения – к долгоцветущим видам (табл. 1).

Таблица 1

Фенологические фазы циклахены дурнишниколистной

Цветение циклахены – одного из самых аллергенных растений, наблюдается в начале июля и длится примерно 2 месяца.

Плодоношение быстрое, начинается в середине июля и заканчивается в конце августа, длительность созревания семян длится примерно месяц.

Фенологические фазы бутонизации, цветения и плодоношения не перекрывают друг друга.

3.2. Изучение морфометрических показателей

В изученных ценопопуляциях изучались морфометрические показатели (табл. 2).

Таблица 2

Характеристика морфометрических показателей

циклахены дурнишниколистной

Из таблицы видно, что высота растений в течение сезона постепенно возрастает и достигает к сентябрю 152,9 см. Диаметр побегов имеет наибольшее значение в июле (8,9 мм), сентябре (9 мм).

Длина и ширина листовой пластинки практически не изменяется и составляет соответственно 10,2 см и 7,7 см. К сентябрю происходит высыхание и сбрасывание части нижних листьев растений, в результате число листьев на растении уменьшается до 8 шт. Длина черешка наибольшая в сентябре – 8,3 мм.

Наибольшее число боковых побегов отмечено в сентябре – 13 шт., максимальная длина боковых побегов циклахены также наблюдается в сентябре – до 22см. В июле боковые побеги отсутствуют. Количество листьев на побеге составляет 4 шт.

Растения имеют сложные соцветия – метелки, образованные одиночными или собранными в простые колосовидные соцветия корзинками, в числе 70 шт., в среднем на 1 растении. Длина метелки до 6,9 см, в среднем. Корзинки примерно 3,5 мм в диаметре, почти сидячие, одиночные или собранные по 2–4 шт. Число цветков в корзинке до 24 шт. У некоторых генеративных особей вследствие накопления пигмента внутренние и наружные листочки обертки корзинок приобретают бордовую окраску.

Для растений также проведена оценка некоторых репродуктивных показателей, результаты приведены в табл. 3.

Таблица 3

Семенная продуктивность циклахены дурнишниколистной

Общая семенная продуктивность циклахены очень высокая – масса семян с 1 растения может достигать 4,7 г.

3.3. Исследование онтогенеза

Проведенное исследование позволило установить, следующие морфометрические показатели циклахены дурнишниколистной на разных этапах онтогенеза (табл. 4). (Приложение 1)

Таблица 4

Морфометрические показатели различных возрастных состояний растений циклахены дурнишниколистной

Данные таблицы свидетельствуют, что амплитуда изменчивости морфологических параметров на всех стадиях онтогенеза, при учете коэффициента вариации, варьирует. Вид имеет высокую скорость роста на всех этапах онтогенеза.

Таким образом, можно сказать, что следующие биологические особенности циклахены дурнишниколистной способствуют успеху инвазии вида: высокая скорость роста, формирование большой биомассы и репродуктивная способность растений, т. е. вклад ресурсов в формирование семян, что способствует накоплению большого банка семян в почве. За счет этих биологических особенностей циклахена быстро занимает доминирующие позиции в фитоценозах, вытесняя все прочие виды растений. Это, наряду с высокой аллергенностью пыльцы, делает ее опасной для сельского хозяйства, городских территорий и населения и создает насущную необходимость разработки мер по контролю ее численности.

3.4. Значение и меры борьбы

Циклахена дурнишниколистная засоряет все полевые культуры, пропашные и зерновые, а также пастбища, лесные полосы, луга, огороды, сады, Сорняк обильно произрастает по пониженным местам – балкам, оврагам, по берегам рек и на железнодорожных путях.

В зонах массового распространения циклахены дурнишниколистной вредоносность ее обусловлена:

1. снижением урожайности сельскохозяйственных культур. Мощное растение с глубоко проникающим в почву корнем выносит большое количество минеральных веществ и влаги, чем снижают плодородие почвы и приводят к ее обезвоживанию.

2. затруднением процесса уборки урожая. Корни и стебли – очень грубые.

3. засорением урожая. Наличие сорняка в кормах резко снижает его питательные качества. Скот не поедает циклахену из-за содержания в ее листьях горьких эфирных масел.

Пыльца вызывает заболевания людей – поллинозы. Процент людей, страдающих полинозом, достаточно высок. Симптомы появляются практически в одно и то же время каждый год характерен насморк, покраснение глаз (конъюнктивит), дерматит, усталость, раздражительность, першение в горле, кашель, иногда приступы удушья, редко - кожные проявления.

Городские власти объявили «войну» другому аллергенному растению – амброзии. По информации городского департамента благоустройства и экологии, администрации районов составили планы работ по борьбе с карантинными растениями. Был разработан план мероприятий. Естественно, осуществляются покосы, которые должны пройти не менее 4 раз по всей территории города. Кроме того, мы применяем и определенные реагенты, экологически безвредные, сертифицированные для борьбы с сорными растениями, амброзией. В основном, как раз, они являются источниками аллергии». Активно ведутся работы по выкашиванию травы на объектах общего пользования (скверы, бульвары, аллеи) и транспортных развязках. Однако таких данных для циклахены нет.

По снижению риска заноса и дальнейшего распространения циклахены дурнишниколистной необходимо выполнять обязательные фитосанитарные меры:

1. запретить ввоз семенного материала, засоренного циклахеной;

2. использование засоренной продовольственной, технической продукции разрешается только после применения технологии лишения семян жизнеспособности;

3. систематическое обследование земель: откосов основных автомобильных и железнодорожных магистралей, пунктов ввоза, хранения и использования засоренной подкарантинной продукции;

4. организация работ по ликвидации выявленных очагов циклахены;

5. пропаганда среди населения и организаций о важности проведения ликвидационных мероприятий.

Для уничтожения циклахены дурнишниколистной возможно применение следующих методов борьбы:

1. агротехнический – скашивание сорняка производить 2 раза за вегетационный сезон, но для того чтобы предотвратить осеменение побегов необходимо обязательно проводить сбор и лущение сорняка, чего в поселке не выполнялось;

2. химический метод – использование гербицидов («Базарган», «Луварам», «Торнадо», «Ураган». Гербициды оказались достаточно эффективны );

3. биологический метод нами не фиксировался.

Выводы

1. По срокам цветения циклахена дурнишниколистная относится к растениям позднелетнего цикла цветения, по продолжительности цветения – к долгоцветущим видам. Общий вегетационный период составляет 162 дня. Массовое созревание семян наблюдается в конце августа. В целом следует констатировать высокую экологическую пластичность вида к условиям среды обитания.

2. Растения имеют высокую скорость роста, формирование большой биомассы и репродуктивную способность растений, что способствуют успеху инвазии вида и накоплению большого банка семян в почве.

3. В границах территории п. Красный Яр нами зафиксировано произрастание циклахены дурнишниколистной. Онтогенез включает 4 периода и 7 онтогенетических состояний (р, j, im,v₁,v₂, g₁,g₂).

4. Из мер борьбы рекомендуем комплексное использование агротехнических, химических и биологических методов.

1. Виноградова, Ю. К. Черная книга флоры Средней России / Ю. К. Виноградова, С. Р. Майоров, Л. В. Хорун. – М.: Геос, 2010. – 512 с.

2. Абрамова, Л. М. Сyclachaena xanthiifolia в южных районах Предуралья (Башкортостан) / Л. М. Абрамова // Бот. журн. – 2003. – Т. 88, № 4. – С. 67–76.

3. Бейдеман, И. Н. Методика изучения фенологии растений и растительных сообществ / И. Н. Бейдеман. – Новосибирск: Наука, 1974. – 156 с.

4. Вайнагий, И. В. О методике изучения семенной продуктивности / И. В. Вайнагий // Бот. журн. – 1974. – Т. 59, № 6. – С. 826–830.

5. Голубев, В. Н. Основы биоморфологии травянистых растений центральной лесостепи / В. Н. Голубев // Тр. Центрально-черноземного заповедника им. В. В. Алехина. – Воронеж, 1962. – Вып. 7. – 602 с.

6. Докучаев, В. М. Зеленые враги. Сорные растения Ставрополья и меры борьбы с ними / В.М. Докучаев. – Ставрополье: Ставропольское книжное издательство, 1973. – 167 с.

7. Миркин, Б. М. Адвентивизация растительности: инвазивные виды и инвазибильность / Б. М. Миркин, Л. М. Наумова // Успехи современной биологии. – 2001. – Т. 121, № 6. – С. 550–562.

8. Злобин, Ю. А. Принципы и методы изучения ценотических популяций растений / Ю. А. Злобин. – Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1989. – 146 с.

9. Марков, М. В. Репродуктивное усилие у растений / М. В. Марков, Е. И. Плещинская // Журн. общ. биол. – 1987. – Т. 48, № 1. – С. 77–83.

10. Марков, М. В. Популяционная биология растений / М. В. Марков. – М.: КМК, 2012. – 387 с.

11. Перечень вредителей, возбудителей болезней растений, сорняков, имеющих карантинное значение для Российской Федерации. – МСХ, 2003. 315 с.

12. Попов, В. И. Новые и редкие адвентивные виды растений Санкт-Петербурга / В.И. Попов // Бот. журн. – 1996. – Т. 81. – № 4. – С. 103–106.

13. Работнов, Т. А. История фитоценологии: Учебное пособие / Т.А. Работнов. – М.: Аргус, 1995. – 158 с.

14. Сенатор, С. А. Некоторые особенности адвентивной флоры Тольятти и ее натурализация / С.А. Сенатор, С.В. Саксонов, Н.С. Раков. – Известия Самарского научного центра Российской академии наук – Т. 12, – №1(9), 2010. – С. 2334–2340.

15. Уранов, А. А. Большой жизненный цикл и возрастной спектр ценопопуляций цветковых растений / А.А. Уранов // Тез. докл. 5 делегат. съезда ВБО. – Киев, 1973. – C. 74–76

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

проростки ювенильные растения имматурные растения

виргинильные генеративные генеративные

растения растения растения

16