Глава 3. Популяция. Популяционные структуры и их роль в функционировании популяционных систем

Популяция – это любая совокупность особей способная к воспроизведению, менее или более ограниченная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей этого же вида.

Выделяются границы популяции в природе очень трудно. Их можно выделить, когда есть четкие физические барьеры. Поэтому вводится понятие ценопопуляции.

Ценопопуляция – вся популяция (в отдельных случаях только фрагмент) приуроченная к определенному фитоценозу. Популяция = ценопопуляция.

Из всего разнообразия структур можно выделить основные: пространственная, возрастная, половая и экологическая структуры популяции.

Общая характеристика пробной площади ельника кисличного:

• Рельеф – низменный

• Границы – с южной стороны ельник кисличный переходит к ельнику чернично-разнотравному; с северной стороны – в ельник рябиново-разнотравный; с запада – в ельник сосново-черничный; с востока – в ельник кислично-черничный.

• Пространственная структура:

I ярус – ель обыкновенная, II ярус – подрост ели, рябина, III ярус – черничник, IV ярус – травы (кислица, подмаренник дубравный, ястребинка, вейник тростниковый, мхи – Pleurozium Schreberi, Hylocomium proliferum).

3.1 Особенности ценопопуляции ели европейской

Ценопопуляция рассматривается как основная единица существования вида в соответствующем биогеоценозе. Основным объектом характеристики популяции является изучение ценопопуляции ели, а именно ее фенов, так как фен – это основная единица популяции.

Ель обыкновенная обладает высокой полиморфностью. Выделены следующие ее вариации:

По типу ветвления кроны: гребенчатая - ветви первого порядка расположены обычно под углом 80-90º, а ветви второго порядка свисают вертикально вниз в виде гребенки; щетковидная – ветви второго порядка располагаются в два ряда под острым углом и смотрят вверх; плоская – ветви первого и последующих порядков располагаются в одной горизонтальной плоскости.

Рис 3.1 Гребенчатая крона Рис. 3.2Щетковатая крона

По строению коры: гладкокорая, чешуйчатокорая, пластинчатокорая и трещиноватокорая.

Рис. 3.3 Ель гладкокорая Рис 3.4 Ель чешуйчатокорая

Рис. 3.5 Ель пластинчатая Рис 3.6 Ель трещеноватая

По окраске женских стробилов: красношишечная, промежуточная и зеленошишечная.

По срокам созревания женских сторобилов: очень ранняя, ранняя, средняя, поздняя и очень поздняя.

Во время прохождения практики на АБС «Зеленое» на маренных холмах нами были изучены следующие виды ели: ель чешуйчатокорая, ель мелкотрещиноватая, ель пластинчатокорая, ель гребенчатая щетковидная, ель мелкотрещеноватая плакучая, ель колючая мелкочешуйчатокорая.

Таблица 3.1 Сравительная характеристика фенетики елей

Вывод: ель европейская отличается от ели колючей голубой, ели колючей зеленой и ели зеленой по коре, кроне и окраске шишек, потому что она произрастает в лесных фитоценозах, является гигрофитом, мезофитом и мезотрофом. А все остальные виды поселяются под деятельностью человека в городских насаждениях, являются ксерофитами, жароустойчивыми и имеют приспособления к определенному местообитанию (например, ель колючая голубая имеет восковой налет голубого цвета, что приводит к уменьшению потерь воды).

Состав ценопопуляции ели европейской по коре с учетом среднего диаметра. Изучение ценопопуляции ели европейской происходило на АБС «Зеленое». Конкретная ценопопуляция была изучена в ельнике кисличном. Для изучения нами была выбрана пробная площадь 50×20 м². Путем пересчета всех деревьев по строению коры, с помощью специальной линейки для измерения диаметра деревьев, нами были выделены следующие:

Вывод: в ельнике кисличном на АБС «Зеленое» наиболее встречаемые по фенетике ели чешуйчатокорые (23), гладкокорые (21). Реже встречаются трещиноватокорые (3) и пластинчатокорые (1) ели.

3.2 Возрастная структура ценопопуляции ели европейской(Picea abies)

Возрастная структура определяется соотношением различных возрастных групп особей в популяции. Возрастное, или онтогенетическое, состояние определяется как физиолого-биохимическое состояние особи, отражающее определенный этап онтогенеза.

В основу выделения возрастных состояний растений положен комплекс качественных признаков. Выражением онтогенетических состояний служат главным образом морфологические изменения, наиболее легко визуально улавливаемые и корреляционно связанные с другими возрастными изменениями организма.

Этапы онтогенеза у разных видов у разных видов имеет разное соотношение. Основные возрастные группы растений:

1. латентный период (семена),

2. всходы (растение питается за счет семени – эндосперм)

3. ювенильные растения (листья еще не достигли нормы)

4. имматурные растения (лист достиг нормы, хорошо развиты оси)

5. виргинильные растения (взрослые, но не вступают в фазу генеративного развития)

6. генеративная фаза

7. субсенильные (плодоношение незначительное)

8. сенильные (плодоношение практически отсутствует)

9. отмирающие (начинается отмирание)

Типы популяций по возрастной структуре:

В зависимости от того, какой состав возрастной группы в популяции, их принято разделять на:

1. Инвазивные популяции (внедрение, преобладают молодые (прегенеративные) особи).

2. Нормальная (включает все (или почти все) возрастные группы организмов)

3. Регрессивные (характеризуются преобладанием постгенеративных возрастных групп особей)

В ходе практики была проведена оценка возрастной структуры ели обыкновенной в составе ельника черничного и ельника кисличного методом заложения трансекты. Также было проведено изучение подроста с помощью закладки раункиеров. В результате проведенной оценки были получены следующие данные (таблица 1; 2), которые представили в виде диаграммы (диаграмма 1; 2).

Таблица 3.3 Возрастная структура популяции ели обыкновенной в ельнике черничном

Диаграмма 3.1. Возрастная структура ели обыкновенной в ельнике черничном

Как видно из диаграммы, в данной ценопопуляции представлены все возрастные группы ели, а так как возраст взрослых деревьев составляет около 80-90 лет, то можно говорить о том, что популяция уже сформировалась, такую популяцию можно назвать нормальной. Большое количество ювенильных и имматурных особей говорит о том, кроны взрослых деревьев не сомкнуты полностью (сомкнутость составляет 0,4), имеются ветровальные окна средние по размеру (L_отн = 0,3 – 0,6), которые занимают 25% от площади изучаемой площадки. Вследствие этого молодые растения получают достаточно света, чтобы выжить.

Наиболее успешное и быстрое восстановление елового древостоя в «окнах» наблюдается в Ельнике черничном при наличии предшествующего возобновления. В том случае, если под пологом древостоя существовал подрост, в окне сразу формируется молодняк из ели, осины, березы, ольхи черной, а также видов подлеска: рябины и крушины. Через 10 – 20 лет формируется сомкнутый полог, часто с доминированием ели. В большинстве высоковозрастных насаждений Ельника черничного под пологом имеется благонадежный еловый подрост и ель в «окнах», как правило, быстро восстанавливает доминирующее положение.

Таблица 3.3 Возрастная структура популяции ели обыкновенной в ельнике кисличном

Диаграмма 3.2 Возрастная структура ели обыкновенной в ельнике кисличном

Исходя из диаграммы, можно судить о том, что ценопопуляция Ельник кисличный является нормальной, так как в ней представлены все возрастные группы ели. Сомкнутость составляет 0,6, «окон» мало (около 5%) и они малые по размерам (L_отн = 0,1 – 0,2), сокращающиеся. Так как насаждение ели является высокополнотным, то проникновение ФАР на высоте 1,3 м над уровнем земли составляет примерно 3,7% от прихода ФАР на открытом месте.

В Ельнике кисличном, несмотря на то, что в малых «окнах» реакция нижних ярусов практически не выражена, именно в них формируются группы мелкого подроста, готового к развитию при благоприятных условиях. Если в дальнейшем не происходит увеличение «окна», то подрост постепенно погибает. Отдельные его особи, находясь в угнетенном состоянии, доживают до 60 лет.

На изученной площадке нами было выявлена гибель подроста (его постепенное засыхание) вследствие сокращения «окна».

3.3 Ценопопуляция травянистых растений.

Таблица 3.4 ценопопуляция правянистых поликарпиков

Выводы: Изучение ценопопуляции растений производилось путем закладки раункиеров. На пробной площади было заложено 20 раункиеров, в результате проективного подсчета количественного состава напочвенного покрова можно сказать что мхи занимают значительную площадь площадки (76,25%). На долю растительности приходится почти 30%. Наиболее часто нами была встречена кислица (8%) и черника (5%). Также единично встречались зеленчук, имматурные растения рябины и ювенильные растения ели, одиночно встречались земляника, вейник тростниковый и майник двулистный.

3.4 Половая структура травянистых поликарпиков.

Половая структура – соотношение мужских и женских особей в популяции. В большинстве случаев соотношение полов в природе составляет 1:1. Но так бывает не всегда. Для оценки половой структуры популяций был проведен подсчет мужских и женских растений крапивы двудомной методом пробных площадок (1м²).

Таблица 3.5. Половая структура крапивы двудомной

По результатам подсчетов, было выявлено, что на первом участке соотношение мужских и женских существенно отличается, женское растение было в единичном виде. Однако на втором участке мужских растений почти не наблюдалось, а преобладали женские. Это можно объяснить тем, что на этом участке выше плодородие почвы, что благоприятствует произрастанию женских растений. Поэтому для адекватной оценки половой структуры, необходимо брать обширную выборку растений на возможно большей площади, в этом случае можно говорить об объективной оценке половой структуры.

Также отмечено, что в целом мужские растения выше, чем женские. Это связано с тем, мужским растения необходимо опылять женские, но в то же время женские растения крупнее, причина – увеличенный запас питательных веществ и необходимость в вызревании семян.

3.5 Возрастная структура подорожника.

Методом пробных площадок была оценена возрастная структура популяции подорожника среднего. В результате проведенной оценки были получены следующие данные (таблица 3.6), которые представили в виде диаграммы (диаграмма 3.2).

Таблица 3.6. Возрастные группы подорожника среднего

Диаграмма 3.2 Возрастная структура подорожника среднего

В данной популяции представлены все возрастные группы, следовательно, ее можно считать нормальной. Также прослеживается преобладание средней возрастной группы.