Некоторые аспекты экологии арсеньевии байкальской - Arsenjevia baicalensis на Хамар-Дабане (Южное Прибайкалье)
Автор: Ермакова О.Д.
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Биологические ресурсы: флора
Статья в выпуске: 1-4 т.13, 2011 года.
Бесплатный доступ
Представлены результаты многолетних исследований по влиянию некоторых факторов среды на ход сезонного развития Арсеньевии байкальской - Arsenjevia baicalensis в Южном Прибайкалье (хр. Хамар-Дабан). Охарактеризована корреляционная связь между параметрами фенофаз (даты наступления, продолжительность) и тепловыми свойствами гумусовых горизонтов почвы (Σ температур ≤ 5°С, Σ температур ≤ 10°С, Σ положительных температур, даты установления эффективной и активной температур); а также - между параметрами фенофаз и температурой воздуха (суммарные значения, даты установления эффективной и активной температур).
Арсеньевия байкальская, фенологические фазы, корреляция, температура почвы и воздуха
Короткий адрес: https://sciup.org/148199747
IDR: 148199747
Текст научной статьи Некоторые аспекты экологии арсеньевии байкальской - Arsenjevia baicalensis на Хамар-Дабане (Южное Прибайкалье)
При работах биогеоценологического плана заслуживает внимания исследование факторов среды, воздействующих на ход сезонного развития растений. Особый интерес вызывает взаимодействие со средой редких видов [3]. Рассматривается влияние тепловых свойств субстрата и некоторых элементов климата на феноритмы Арсеньевии байкальской.
Цель работы: выявить корреляционную связь между параметрами фенофаз (даты наступления, продолжительность) и температурными характеристиками гумусовых горизонтов почвы (£ температур <5 ° С, £ температур < 10 ° С, £ положительных температур, даты установления эффективной и активной температур); а также – между параметрами фенофаз и температурой воздуха (среднесуточной, максимальной, минимальной): суммарные значения, даты установления эффективной и активной температур.
Материал и методы. Исследования проводились в Байкальском государственном природном биосферном заповеднике, занимающем участок хребта Хамар-Дабан, протянувшегося в широтном направлении вдоль южного побережья озера Байкал (географические координаты: 51°07' – 51°38' северной широты и 104°50' – 104°34' восточной долготы). Основные массивы Арсеньевии байкальской Arsen-jevia baicalensis (Turcz. ex Ledeb.), реликта плиоценовых широколиственных лесов, распространены под пологом пихтово-тополевых,
пихтовых, кедрово-пихтовых, кедровоберезовых и тополевых лесов [2, 4]. Ценопопу-ляции Arsenjevia baicalensis обильно представлены в ассоциациях, развитых на бурых горнолесных типичных, бурых горно-лесных лесси-вированных и бурых кислых грубогумусных почвах. Фенологические наблюдения проводились по общепринятой методике как специалистами-фенологами, так и лично автором [1, 7]; температура почвы измерялась посредством электротермометра АМ-29. Использовались данные метеостанции «Танхой» (472 м над ур. м.). Статистические характеристики получены с применением компьютерной программы Microsoft Excel и оценены согласно общепринятым рекомендациям [5]. Из ряда лет (19802009 гг.) были выбраны различающиеся по погодным условиям и терморежиму почвы годы.
Результаты и обсуждение. В табл. 1 помещены данные статистики продолжительности фенологических фаз и дат их наступления у Арсеньевии б.
Степень изменчивости оценивалась посредством коэффициента вариации (V) по следующей интерпретации: признаки с V до 10% – слабая изменчивость, с V от 10 до 25% – средняя, больше 25% – сильная [6]. В нашем случае даты начала и окончания фенологических фаз характеризуются слабой изменчивостью, продолжительность цветения и плодоношения – средней, продолжительность бутонизации – сильной. По-видимому, описываемый вид к условиям среды предъявляет определённые требования, особенно в начале вегетации.
Таблица 1. Статистические характеристики продолжительности фенологических фаз и дат их наступления у Арсеньевии байкальской
Параметры фенологических фаз |
X |
X min |
X max |
ст2 |
ст |
V, % |
S X |
Начало бутонизации (дата) |
25,05 |
18,05 |
31,05 |
32,667 |
5,715 |
6,6 |
2,33 |
Массовая бутонизация (дата) |
1,06 |
22,05 |
6,06 |
31,467 |
5,609 |
6,1 |
2,29 |
Продолжительность бутонизации (дни) |
6,2 |
3,0 |
13,0 |
14,566 |
3,816 |
61,9 |
1,56 |
Начало цветения (дата) |
4,06 |
27,05 |
12,06 |
32,30 |
5,683 |
5,9 |
2,32 |
Окончание цветения (дата) |
29,06 |
24,06 |
4,07 |
16,667 |
4,082 |
3,4 |
1,67 |
Продолжительность цветения (дни) |
25,7 |
21,0 |
34,0 |
24,667 |
4,967 |
19,3 |
2,03 |
Начало завязывания плодов (дата) |
19,06 |
16,06 |
27,06 |
17,467 |
4,179 |
3,7 |
1,71 |
Полное созревание плодов (дата) |
15,07 |
9,07 |
19,07 |
14,967 |
3,869 |
2,8 |
1,58 |
Продолжительность плодоношения (дни) |
26,7 |
20,0 |
32,0 |
21,467 |
4,633 |
17,4 |
1,89 |
Таблица 2. Корреляционная связь между параметрами фенофаз Арсеньевии б. и температурными характеристиками почвы
Корреляционная связь между датами наступления фенофаз и суммами температур гумусовых горизонтов почвы: X температур < 5 ° С, X температур < 10 ° С, X положительных температур (диапазон значений по пентадам) |
Корреляционная связь между датами наступления фенофаз и датами установления температуры 5 ° С и 10 ° С в гумусовых горизонтах почвы (числитель – глубина 10 см; знаменатель – глубина 20 см) |
||
Пары признаков |
r |
Пары признаков |
r |
|
0,46 -0,65 |
|
-0,53 -0,11 |
|
0,14 -0,46 |
|
-0,34 -0,65 |
|
-0,29 -0,42 |
|
-0,36 0,1 |
|
0,15 -0,55 |
|
-0,25 -0,17 |
|
0,47 |
|
0,09 0,22 |
|
0,38 |
|
0,23 0,88 |
|
0,17 -0,47 |
|
-0,63 -0,3 |
|
0 -0,6 |
|
-0,16 -0,39 |
|
0,17 -0,6 |
|
-0,41 -0,31 |
|
0 -0,44 |
|
0,07 0,42 |
|
0,27 -0,7 |
|
0,34 0,11 |
Продолжение таблицы 2 |
|||
|
0,19 -0,68 |
|
0,17 0,82 |
|
-0,19 -0,62 |
|
-0,88 -0,67 |
|
0,61 -0,81 |
|
-0,18 -0,51 |
|
0,39 – 0,8 |
|
-0,16 -0,68 |
|
0,61 -0,81 |
|
0,32 0,08 |
|
0,38 -0,54 |
|
0,64 0,04 |
|
0,61 -0,81 |
|
0,38 0,44 |
|
0,39 -0,8 |
Таблица 3. Корреляционная связь между длительностью фенологических фаз Арсеньевии б . и температурными характеристиками почвы
Корреляционная связь между длительностью фенофаз и суммами температур гумусовых горизонтов почвы: У температур < 5 ° С, У температур < 10 ° С, У положительных температур (диапазон значений по пентадам ) |
Корреляционная связь между длительностью фенофаз и суммами температур гумусовых горизонтов почвы: У температур < 5 ° С, У температур < 10 ° С, У положительных температур (диапазон значений по пентадам ) |
||
Пары признаков |
r |
Пары признаков |
r |
|
-0,85 -0,64 |
|
-0,85 --0,26 |
|
-0,33 -0,35 |
|
-0,6 -0,09 |
|
0,23 |
|
-0,81 -0,2 |
|
-0,15 |
|
-0,5 -0,46 |
|
-0,66 -0,64 |
|
-0,43 -0,56 |
|
-0,42 --0,05 |
|
-0,5 -0,46 |
|
-0,65 -0,51 |
|
-0,63 -0,29 |
|
-0,82 -0,27 |
|
-0,5 -0,46 |
|
-0,84 --0,05 |
|
-0,56 -0,3 |
Таблица 4. Корреляционная связь между параметрами фенологических фаз Арсеньевии б. и среднесуточной температурой воздуха
Параметры фенологических фаз |
r |
|||
температура воздуха, ° С: |
∑ температур: |
|||
средняя по пентадам |
среднемесячная |
∑ по пентадам |
∑ за месяц |
|
дата начала бутонизации |
-0,27 - -0,69 |
-0,67 |
-0,02 - -0,69 |
-0,67 |
дата массовой бутонизации |
0,5 - -0,82 |
-0,87 |
0,5 - -0,82 |
-0,87 |
дата начала цветения |
0,39 - -0,39 |
-0,87 |
0,39 - -0,38 |
-0,88 |
Продолжение таблицы 4
дата окончания цветения |
-0,09 - -0,78 |
-0,7 |
-0,09 - -0,77 |
-0,73 |
дата начала завязывания плодов |
0,18 - -0,42 |
-0,21 |
0,17 - -0,42 |
-0,28 |
дата полного созревания плодов |
0,07 - -0,25 |
0,05 |
0,07 - -0,25 |
0,06 |
длительность фазы «Бутонизация» |
0,5 - -0,88 |
-0,38 |
0,49 - -0,88 |
-0,4 |
длительность фазы «Цветение» |
0,39 - -0,8 |
-0,23 |
0,39 - -0,8 |
-0,19 |
длительность фазы «Плодоношение» |
0,7 - -0,6 |
0,19 |
0,7 - -0,59 |
0,21 |
Таблица 5. Корреляция между параметрами фенофаз Арсеньевии б. и датами установления эффективной (5 ° С) и активной (10 ° С) температур воздуха
Пары признаков |
r |
|||
дата установления температуры воздуха: |
||||
среднесуточной максимальной |
||||
регулярный переход |
окончательный переход |
регулярный переход |
окончательный переход |
|
|
0,54 |
0,52 |
- |
0,89 |
|
0,44 |
0,34 |
- |
0,87 |
|
0,98 |
-0,04 |
- |
0,08 |
|
0,75 |
0,4 |
- |
0,74 |
|
0,8 |
-0,08 |
- |
0,47 |
|
-0,44 |
-0,92 |
- |
-0,65 |
|
-0,45 |
0,15 |
0,93 |
0,95 |
|
-0,64 |
-0,12 |
0,82 |
0,97 |
|
0,16 |
0,28 |
0,67 |
0,62 |
|
-0,3 |
0,21 |
0,96 |
0,96 |
|
-0,32 |
0,07 |
0,74 |
0,88 |
|
-0,03 |
-0,39 |
-0,84 |
-0,57 |
Таблица 6. Статистическая характеристика суммарных значений температуры воздуха, накопленных до наступления фенологических фаз у Арсеньевии б.
Параметры фенофаз / Суммы температур |
X |
X . min |
X max |
с2 |
с |
V, % |
S X |
Начало бутонизации (дата) / Сумм среднесуточной |
ы темпера 112,02 |
тур: 58,9 |
134,6 |
959,857 |
30,982 |
27,7 |
13,86 |
максимальной |
225,12 |
122,2 |
265 |
3397,18 |
58,285 |
25,9 |
26,07 |
минимальной |
19,1 |
-0,5 |
31,1 |
187,9 |
13,708 |
71,8 |
6,13 |
Массовая бутонизация (дата) / Сум среднесуточной |
мы темпе 156,12 |
атур: 88,8 |
202,2 |
1916,33 |
43,776 |
28,0 |
19,56 |
максимальной |
302,84 |
173,7 |
369,4 |
6083,98 |
77,999 |
25,8 |
34,88 |
минимальной |
36,02 |
9,3 |
62,3 |
400,787 |
20,02 |
55,6 |
8,95 |
Начало цветения (дата) / Суммы те среднесуточной |
мператур: 194,82 |
133,9 |
230,9 |
1504,94 |
38,793 |
19,9 |
17,34 |
максимальной |
366,1 |
248,3 |
434 |
5393,89 |
73,443 |
20,1 |
32,84 |
минимальной |
54,58 |
31,1 |
75,6 |
336,712 |
18,35 |
33,6 |
8,2 |
Окончание цветения (дата) / Сумм среднесуточной |
ы темпера 438,78 |
тур: 401,2 |
465,7 |
785,24 |
28,022 |
6,4 |
12,53 |
максимальной |
742,84 |
671,7 |
780,4 |
2323,73 |
48,205 |
6,5 |
21,56 |
минимальной |
183,82 |
151,9 |
230,8 |
895,397 |
29,923 |
16,3 |
13,38 |
Начало плодоношения (дата) / Сум среднесуточной |
мы темпе 337,54 |
атур: 310,1 |
388,3 |
1040,3 |
32,254 |
9,6 |
14,42 |
максимальной |
590,36 |
544,6 |
668,6 |
2374,33 |
48,727 |
8,3 |
21,79 |
минимальной |
128,38 |
96,3 |
185,0 |
1131,94 |
33,644 |
26,2 |
15,05 |
В результате проведенного корреляционного анализа было установлено, что между параметрами некоторых фенологических фаз и тепловыми свойствами почвы существует устойчивая корреляционная связь; кроме того, выявлено наличие достоверной корреляционной связи между длительностью некоторых фенологических фаз и временем установления в почве определённых температур. Ниже (табл. 2, 3) представлены: диапазон значений коэффициента корреляции, рассчитанного по параметрам фенофаз и сумме температур в почве по пентадам за период прохождения определённой фенологической фазы; коэффициент корреляции, рассчитанный по датам наступления
фенофаз и датам установления в гумусовых горизонтах почвы эффективной (5 ° С) и активной (10 ° С) температуры. В табл. 4 показана корреляция между параметрами фенологических фаз и среднесуточной температурой воздуха (средней по пентадам). В табл. 5 представлена характеристика корреляции между параметрами фенофаз и датами установления эффективной (5 ° С) и активной (10 ° С) температур воздуха. В табл. 6 дана статистическая характеристика сумм температур воздуха (среднесуточная, максимальная, минимальная), накопленных до наступления ряда фенологических фаз.
Наибольшая вариабельность свойственна сумме минимальных температур, наименьшая – сумме максимальных температур (табл. 6). По тепловым характеристикам воздушной среды (изменчивость сумм всех температур превышает 25%) наименее стабильна фаза бутонизации. Оптимум климатических условий отмечается в период цветения, при изменчивости сумм температур в пределах 6-20%. При данном уровне значимости (p=0,05) для оцениваемой выборки достоверным является коэффициент корреляции в пределах 0,67-0,75. Корреляционный анализ показал, что накопленные до начала бутонизации и цветения суммы температур воздуха, как среднесуточной, так максимальной и минимальной, рассчитанные с начала третьей пентады мая (начало весеннего отрастания побегов), на продолжительность фаз «Бутонизация» и «Цветение» не влияют. По исследуемой выборке корреляционная связь между суммами температур до начала и окончания данных фаз и датами начала и окончания фаз, а также между суммами температур и длительностью фенофаз – недостоверна. Возможно, определилась бы некоторая зависимость с температурой воздуха, зарегистрированной в определённое время суток.
Исходя из вышеизложенного, предполагаем следующую зависимость сезонного развития Арсеньевии байкальской от изучаемых факторов среды.
Тепловые свойства почвы:
-
а) по данной выборке между датой начала бутонизации и тепловыми характеристиками почвы достоверной корреляции не прослеживается;
-
б) длительность фазы «Бутонизация» прямым образом достоверно коррелирует с датой установления температуры 10 ° С на глубине почвы 0,2 м;
-
в) для фазы «Цветение» значимой является ∑ температур < 10 ° С;
-
г) начало цветения с £ температур < 10 ° С на глубине почвы 20 см связано более тесно, чем с £ температур < 5 ° С и с £ положительных температур на глубинах 10 и 20 см;
-
д) длительность фазы «Цветение» имеет прямую тесную корреляционную связь с датой установления температуры 10 ° С на глубине почвы 0,2 м;
-
е) для фазы «Плодоношение» значимой для всех глубин почвы является как ∑ температур < 5 ° С, так и £ положительных температур;
-
ж) продолжительность фенологических фаз с ∑ температур показывает достоверную обратную корреляционную связь.
Температура воздуха:
-
а) для даты начала бутонизации обнаружена достоверная обратная достаточно тесная связь как со среднемесячной, так и со средней по пентадам температурой;
-
б) с датой массовой бутонизации и длительностью фазы «Бутонизация» корреляционная связь неоднозначна;
-
в) дата начала цветения достоверным образом по типу обратной тесной связи коррелирует со среднемесячными температурами, с усреднёнными по пентадам температурами связь недостоверна;
-
г) с датой окончания цветения установлена достоверная тесная обратная связь как со среднемесячной, так и со средней по пентадам температурами;
-
д) для длительности фазы «Цветение» достоверная однозначная корреляционная связь не показательна;
-
е) для фазы «Плодоношение» достоверной однозначной корреляции не выявлено;
-
ж) даты фазы «Бутонизация» показывают достоверную прямую весьма тесную связь с максимальной температурой воздуха – как с датой установления температуры 5 ° С, так и с датой установления температуры 10 ° С;
-
з) для длительности бутонизации выявлена прямая связь как с датой установления максимальной температуры на уровне 10 ° С (достаточно тесная связь), так и с датой регулярного перехода через 5 ° С среднесуточной температуры (связь весьма тесная);
-
и) даты фазы «Цветение» достоверно прямым образом связаны как со среднесуточной температурой, так и с максимальной; с датой установления температуры 5 ° С связь тесная, с датой установления температуры 10 ° С - весьма тесная;
-
к) для продолжительности цветения характерна достоверная обратная связь как со среднесуточной температурой, так и с максимальной; с датой окончательного перехода среднесуточной температуры через 5 ° С связь теснее, чем с датой регулярного перехода максимальной температуры через 10 ° С.
Выводы:
-
1. Воздействие на сезонное развитие Ар-сеньевии байкальской тепловых свойств почвы выражается в том, что её вступление в фенологические фазы в неоднородные по погодным характеристикам годы соотносится с определёнными температурными параметрами гумусовых горизонтов, а длительность фенологических фаз зависит от времени установления в почве эффективной (5 ° С) и активной (10 ° С) температур. Повышение температуры в гумусовых горизонтах приводит к сокращению длительности фенологических фаз.
-
2. Температура воздуха на периоды бутонизации и цветения Арсеньевии байкальской влияет по-разному. Для наступления фазы «Бутонизация» важна максимальная температура, главным образом время её выхода на уровень активных (10 ° С) значений; длительность же этой фазы обусловливается эффективной (5 ° С) среднесуточной температурой. Фаза «Цветение» так же, как и фаза «Бутонизация», в большей степени сопряжена с максимальной температурой, чем со среднесуточной. Тем не менее, для начала цветения время установления эффективной среднесуточной температуры весьма значимо. Продолжительность цветения в большей мере определяется среднесуточной температурой. Позднее установление эффективной и активной температуры сокращает период цветения. Достоверной корреляционной связи параметров фенологических фаз с показателем «сумма температур» не установлено.
-
3. В целом, очевидно не только сходство, но и некоторые различия воздействия двух факторов среды на развитие Арсеньевии байкальской. Температура почвы и температура воздуха одинаково влияют на ритмы фазы «Бутонизация», а именно: с увеличением количества тепла данная фаза сокращается. На ритмы цветения влияние температуры почвы и температуры воздуха неоднородно. С ростом теплообеспеченности почвы (∑ температур ≤
10 ° С на глубине почвы 0,2 м) длительность фазы «Цветение» сокращается, а повышение температуры воздуха, особенно перед цветением, наоборот, способно обеспечить Арсень-евии байкальской продолжительный флораль-ный период.
Список литературы Некоторые аспекты экологии арсеньевии байкальской - Arsenjevia baicalensis на Хамар-Дабане (Южное Прибайкалье)
- Бейдеман, И.Н. Методика изучения фенологии растений и растительных сообществ. Монография. -Новосибирск: Наука, 1974. 155 с.
- Глызин, А.В. Состояние ценопопуляций Ветреницы байкальской в растительных сообществах юго-восточного Прибайкалья//Климат и растительность Южного Прибайкалья. -Новосибирск: Наука,1989. С. 122-130.
- Ермакова, О.Д. Взаимосвязь длительности фенофаз у Аrsenjevia baicalensis (Turcz. ex Ledeb.) с некоторыми экологическими свойствами почвы//Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии: материалы VII междунар. науч.-практич. конф. -Барнаул, 2008. С. 85-87.
- Киселёва, А.А. Неморальные реликты во флоре южного побережья озера Байкал//Ботанический журнал. 1978. Т. 63, № 11. С. 1647-1656.
- Кремер, Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика. Монография. -М.: ЮНИТИ -ДАНА, 2002. 543 с.
- Лакин, Г.Ф. Биометрия. Монография. -М.: Высш. шк., 1980. 293 с.
- Летопись природы. Кн. 13 -26. -Танхой, 1984 -1997 гг.