Вестник Томского государственного университета. Биология. 2019; : 40-58
Оценка состояния ценопопуляций Cypripedium calceolus L. на выходах известняковых пород по склонам долины реки Вятка
https://doi.org/10.17223/19988591/47/3Аннотация
Приведена оценка состояния ценопопуляций Cypripedium calceolus L. (сем. Orchidaceae Juss.) на выходах известняковых пород по склонам долины р. Вятка по демографическим и морфологическим характеристикам. Установлено, что онтогенетическая структура ценопопуляций C. calceolus нормальная, неполночленная, правостороннего или бимодального типов. Отмечены незначительные колебания количественного соотношения разных онтогенетических состояний. Представлен анализ структуры изменчивости морфологических признаков. Описаны онтогенетические тактики и стратегии выживания вида в условиях рассматриваемого фрагмента ареала. По характеру проявления согласованности в организации морфологической структуры растений для вида выявлена стрессово-защитная онтогенетическая стратегия. Показаны результаты комплексной оценки состояния организменных и популяционных характеристик C. calceolus; установлено, что большинство исследуемых ценопопуляций находится в состоянии, «близком к угрожаемому», и нуждаются в сохранении местообитаний.
Список литературы
1. Fay M.F. Orchid conservation: how can we meet the challenges in the twenty-first century?// Bot. Stud. 2018. Vol. 59, № 1. E16. doi.org/10.1186/s40529-018-0232-z
2. Wraith J., Pickering C. A continental scale analysis of threats to orchids // Biological Conservation. 2019. Vol. 234. PP. 7-17. doi.org/10.1016/j.biocon.2019.03.015
3. Ефимов П.Г. Сохранение Орхидных (Orchidaceae Juss.) как одна из задач охраны биоразнообразия // Биосфера. 2010. Т. 2, № 1. С. 50-58.
4. Красная книга Кировской области: Животные, растения, грибы. 2-е изд. / под ред. О.Г. Барановой, Е.П. Лачохи, В.М. Рябова, В.Н. Сотникова, Е.М. Тарасовой, Л.Г. Целищевой. Киров : Кировская областная типография, 2014. 336 с.
5. Вахрамеева М.Г., Варлыгина Т.И., Татаренко И.В. Орхидные России (биология, экология и охрана). М. : Тов. науч. изд. КМК, 2014. 437 с.
6. Rankou H., Bilz M. Cypripedium calceolus, Lady’s Slipper Orchid. The IUCN Red List of Threatened Species 2014. doi.org/10.2305/IUCN.UK.2014-1.RLTS.T162021A43316125
7. Ишмуратова М.М., Суюндуков И.В., Ишбирдин А.Р, Жирнова Т.В., Набиуллин М.И. Состояние ценопопуляций некоторых видов сем. Orchidaceae на Южном Урале. Сообщение 2: Корневищные виды // Растительные ресурсы. 2003. Т. 39, вып. 2. С. 18-37.
8. Марков М.В., Тихомирова Е.Д. Оценка состояния популяции редкой уязвимой орхидеи башмачка настоящего в Старицком районе Тверской области // Вестник Тверского государственного университета. Сер. «География и геоэкология». 2016. № 2. С. 176-192.
9. Khapugin A.A., Chugunov G.G., Vargot E.V Cypripedium calceolus (Orchidaceae) in central Russia: a case study for its populations in two protected areas in the Republic of Mordovia (Russia) // Lankesteriana. 2017. Vol. 17 (3). PP. 417-431. doi: 10.15517/lank.v17i3.31577
10. Татаренко И.В. Орхидные России: жизненные формы, биология, вопросы охраны. М. : Аргус, 1996. 207 с.
11. Пучнина Л.В. Состояние популяций Calypso bulbosa и Cypripedium calceolus (Orchidaceae) в Пинежском заповеднике // Nature Conservation Research. Заповедная наука. 2017. 2 (Suppl. 1). С. 125-150. doi: 10.24189/ncr.2017.023
12. Kull T. Cypripedium calceolus L. // Journal of Ecology. Biological flora of the British Isles. 1999. № 87. PP. 913-924. doi: 10.1046/j.1365-2745.1999.00407.x
13. Nicole F., Brzosko E., Till-Bottraud I. Population viability analysis of Cypripedium calceolus in a protected area: Longevity, stability and persistence // Journal of Ecology. 2005. № 93. PP. 716-726. doi: 10.1111/j.1365-2745.2005.01010.x
14. Hein Ch., Meysel F. Verbreitung, Okologie, Gefahrdung und Managementdes Frauenschuh (Cypripedium calceolus L., Orchidaceae) in Sachsen-Anhalt // Ber. Arbeitskrs. Heim. Orchid. 2010. № 27 (1). PP. 6-50.
15. Korczynski M., Krasicka- Korczynski E. Dynamics of Lady’s slipper orchid (Cypripedium calceolus L.) population at Lake Kwiecko (West Pomerania) // Biodiv. Res. Conserv. 2014. № 36. PP. 53-60. doi: 10.2478/biorc-2014-0026
16. Czerepko J., Gawrys R., Ciesla A., Sokolowski K. Environment conditions influence on protection status of lady’s slipper orchid Cypripedium calceolus L. in managed forests // Sylwan. 2014. № 58 (11). PP. 867-874.
17. Gajewski Z., Marcisz D. Evaluation of the present condition of the Cypripedium calceolus (Orchidaceae) population in the Ojcow National Park // Fragmenta Floristica et Geobotanica Polonica. 2014. № 21 (1). PP. 3-14.
18. Ценопопуляции растений: основные понятия и структура / Л.И. Воронцова, Л.Е. Гатцук, В.Н. Егорова и др.; под ред. А.А. Уранова, Т.И. Серебряковой. М. : Наука, 1976. 215 с.
19. Ценопопуляции растений: развитие и взаимоотношения / А.Г. Богданова, Н.М. Григорьева, В.Н. Егорова и др.; под ред. Т.И. Серебряковой. М. : Наука, 1977. 131 с.
20. Ценопопуляции растений: очерки популяционной биологии / Л.Б. Заугольнова, Л.А. Жукова, А.С. Комаров и др.; под ред. Т.И. Серебряковой, Т.Г. Соколовой. М. : Наука, 1988. 184 с.
21. Заугольнова Л.Б., Денисова Л.В., Никитина С.В. Подходы к оценке состояния ценопопуляций растений // Бюллетень МОИП. Отделение биологии. 1993. Т. 98, № 5. С. 100-108.
22. Жукова Л.А. Популяционная жизнь луговых растений. Йошкар-Ола : Ланар, 1995. 224 с.
23. Животовский Л.А. Онтогенетические состояния, эффективная плотность и классификация популяций растений // Экология. 2001. № 1. С. 3-7. doi: 10.1023/A:1009536128912
24. Уранов А.А. Возрастной спектр фитоценопопуляции как функция времени и энергетических волновых процессов // Научн. доклады высш. шк. Биологические науки. 1975. № 2. С. 7-33.
25. Ростова Н.С. Корреляции: структура и изменчивость. СПб. : Изд-во СПб. ун-та, 2002. 308 с.
26. Злобин Ю.А. Принципы и методы изучения ценотических популяций растений. Казань : Изд-во Казан. ун-та, 1989. 146 с.
27. Злобин Ю.А. Популяционная экология растений: современное состояние, точки роста. Сумы : Университетская книга, 2009. 263 с.
28. Ишбирдин А.Р., Ишмуратова М.М. Адаптивный морфогенез и эколого-ценотические стратегии выживания травянистых растений // Методы популяционной биологии : материалы докладов VII Всероссийского популяционного семинара. Сыктывкар: Коми научный центр Уральского отделения РАН, 2004. Ч. 2. С. 113-120.
29. Ишбирдин А.Р., Ишмуратова М.М. К оценке виталитета ценопопуляций Rhodiola iremelica Boriss. по размерному спектру // Ученые записки НТГСПА: материалы VI Всероссийского популяционного семинара «Фундаментальные и прикладные проблемы популяционной биологии». Нижний Тагил, 2004. С. 80-85.
30. Ишбирдин А.Р., Ишмуратова М.М., Жирнова Т.В. Стратегии жизни ценопопуляции Cephalanthera rubra (L.) Rich. на территории Башкирского государственного заповедника // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Сер. «Биология». 2005. № 1. С. 85-98.
31. Ишбирдин А.Р., Ишмуратова М.М. К оценке состояния и природоохранной значимости ценопопуляций редких видов // Принципы и способы сохранения биоразнообразия видов. Йошкар-Ола : Изд-во Марийского гос. ун-та, 2004. С. 150-151.
32. Чиркова Н.Ю., Сулейманова В.Н., Егошина Т.Л., Лугинина Е.А. Эколого-фитоценотическая и демографическая характеристика ценопопуляций Cypripedium calceolus L. в условиях южнотаежных лесов Кировской области // Вестник Тверского государственного университета. Сер. «Биология и экология». 2011. Вып. 24. № 32. С. 117-126.
33. Фардеева М.Б., Чижикова Н.А., Красильникова О.В. Многолетняя динамика онтогенетической и пространственной структуры ценопопуляций Cypripedium calceolus L. // Ученые записки Казанского университета. Сер. Естественные науки. 2010. Т 152, кн. 3. С. 159-173.
34. Kull T. Fruit-set and recruitment in populations of Cypripedium calceolus L. in Estonia // Orhid population biology conservation and challenges / ed. by S. Wait. // Botanical J. of the Linnean Society. 1998. Vol. 126. PP. 27-38.
35. Блинова И.В. Особенности географической изменчивости ряда наземных европейских орхидных // Экология. 2012. Т. 34, № 2. С. 106-111
36. Ишмуратова М.М., Ишбирдин А.Р. Об онтогенетических аспектах экологоценотических стратегий травянистых растений // Методы популяционной биологии: сб. материалов VII Всероссийского популяционного семинара (Сыктывкар, 16-21 февраля 2004 г.). Сыктывкар: Коми научный центр Уральского отделения РАН, 2004. Ч. 1. С. 98-99.
Tomsk State University Journal of Biology. 2019; : 40-58
Estimation of Cypripedium calceolus L. coenopopulations on limestone deposits along the valley slopes of the Vyatka River
https://doi.org/10.17223/19988591/47/3Abstract
A comprehensive research of rare and endangered species plays an important role in the conservation of biological diversity. Cypripedium calceolus L. (fam. Orchidaceae Juss.) is a rare species included in the Red Data Book of Kirov region. It needs biological control in its territory. The aim of this study was to investigate the ontogenetic structure and morphometric parameters, and to identify the vital structure of C. calceolus cenopopulations in Kirov region.
In 2014, we examined the state of five C. calceolus cenopopulations (CP) on limestone deposits along the Vyatka river valley slopes (southern taiga subzone, Kirov region, Russia) (See Table 1). To study the conditions of coenopopulations, we used approaches and methods of plant population biology (Uranov, 1975; Coenopopulations ..., 1976, 1977, 1988; Zaugol’nova et al. 1993; Zhukova, 1995). Ontogenetic spectra were typifed according to the “delta-omega” classification (Zhivotovsky, 2001), determining age (A) and efficiency (ю) indices. In each habitat, we laid transects which were then divided into plots where individuals at different onthogenetic state were registered. The coenopopulation vitality structure was investigated using the method of calculating the IVC index (Ishbirdin and Ishmuratova, 2004) and the method of calculating the Q index (Zlobin, 1989, 2009). The variability and correlation structure of C. calceolus populations was studied according to classification of NS Rostova (2001). To study morphometric characteristics of plants we considered their height, the number of leaves and flowers, the size of the leaf (length and width), the number of leaf veins, the size of the lip (length and width), the length of the blade lip. We analyzed up to 30 generative individuals in each CP.
It was defined that ontogenetic structure of all 5 coenopopulations was normal, incomplete, right-side type with maximum on generative plants. The proportion of generative plants varies from 47 to 72%. Virginile individuals dominate in pregenerative group, 26 to 46%. Immature plants take 0.34 to 8.44% (See Fig. 1). Seedlings and juvenile plants of seed origin were not marked, which proves that population quantity of the studied CPs is promoted vegetatively. We marked insignificant fluctuations of quantitative proportions of different ontogenetic states. Based on the ratio of age index (A) and efficiency (ю), all studied C. calceolus coenopopulations, excluding CP4, are defined as ripening. CP4 is characterized as mature (See Fig. 2). Based on the analyses of morphological parameters of variability structure it was determined that the least variable parameters of C. calceolus are the number of leaves, the size of the lip (length and width), and the length of the blade lip; generative sprout height varies the most. The number of flowers can serve as an ecological indicator (See Fig. 3). Analyses of vitality structure allowed revealing that the most favorable conditions for C. calceolus form in spruce herbaceous forests with fir and pine (CP 4), where maximum vitality index (IVC=1.14) and quality parameter (Q=28.0) were marked, as well as the largest number of individuals with high vitality, up to 60.98% (See Table 2). The least favorable conditions form on an anthropogenically transformed substrate of an old limestone open-cut overgrowing with pine, spruce, aspen and mixed herbs (CP5), where IVC and Q reach minimum values of 0.83 and 15.5, correspondingly. CP vitality type estimated by Q-criteria showed that almost all CPs are prosperous (excluding CP5, which is defined as depressed). The studied species has a narrow set of ontogenetic tactics: convergent, divergent, and divergent-convergent (See Fig. 4-6). The type of coherence in morphological structure of the plant revealed a stress-protective ontogenetic strategy (See Fig. 7). Complex estimation of organismic and populational characteristics of C. calceolus showed that most of the studied CPs are “Near Threatened” and need habitat protection measures (See Table 3). CP 1 depends on conservation.
The paper contains 7 Figures, 3 Tables and 36 References.
References
1. Fay M.F. Orchid conservation: how can we meet the challenges in the twenty-first century?// Bot. Stud. 2018. Vol. 59, № 1. E16. doi.org/10.1186/s40529-018-0232-z
2. Wraith J., Pickering C. A continental scale analysis of threats to orchids // Biological Conservation. 2019. Vol. 234. PP. 7-17. doi.org/10.1016/j.biocon.2019.03.015
3. Efimov P.G. Sokhranenie Orkhidnykh (Orchidaceae Juss.) kak odna iz zadach okhrany bioraznoobraziya // Biosfera. 2010. T. 2, № 1. S. 50-58.
4. Krasnaya kniga Kirovskoi oblasti: Zhivotnye, rasteniya, griby. 2-e izd. / pod red. O.G. Baranovoi, E.P. Lachokhi, V.M. Ryabova, V.N. Sotnikova, E.M. Tarasovoi, L.G. Tselishchevoi. Kirov : Kirovskaya oblastnaya tipografiya, 2014. 336 s.
5. Vakhrameeva M.G., Varlygina T.I., Tatarenko I.V. Orkhidnye Rossii (biologiya, ekologiya i okhrana). M. : Tov. nauch. izd. KMK, 2014. 437 s.
6. Rankou H., Bilz M. Cypripedium calceolus, Lady’s Slipper Orchid. The IUCN Red List of Threatened Species 2014. doi.org/10.2305/IUCN.UK.2014-1.RLTS.T162021A43316125
7. Ishmuratova M.M., Suyundukov I.V., Ishbirdin A.R, Zhirnova T.V., Nabiullin M.I. Sostoyanie tsenopopulyatsii nekotorykh vidov sem. Orchidaceae na Yuzhnom Urale. Soobshchenie 2: Kornevishchnye vidy // Rastitel'nye resursy. 2003. T. 39, vyp. 2. S. 18-37.
8. Markov M.V., Tikhomirova E.D. Otsenka sostoyaniya populyatsii redkoi uyazvimoi orkhidei bashmachka nastoyashchego v Staritskom raione Tverskoi oblasti // Vestnik Tverskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. «Geografiya i geoekologiya». 2016. № 2. S. 176-192.
9. Khapugin A.A., Chugunov G.G., Vargot E.V Cypripedium calceolus (Orchidaceae) in central Russia: a case study for its populations in two protected areas in the Republic of Mordovia (Russia) // Lankesteriana. 2017. Vol. 17 (3). PP. 417-431. doi: 10.15517/lank.v17i3.31577
10. Tatarenko I.V. Orkhidnye Rossii: zhiznennye formy, biologiya, voprosy okhrany. M. : Argus, 1996. 207 s.
11. Puchnina L.V. Sostoyanie populyatsii Calypso bulbosa i Cypripedium calceolus (Orchidaceae) v Pinezhskom zapovednike // Nature Conservation Research. Zapovednaya nauka. 2017. 2 (Suppl. 1). S. 125-150. doi: 10.24189/ncr.2017.023
12. Kull T. Cypripedium calceolus L. // Journal of Ecology. Biological flora of the British Isles. 1999. № 87. PP. 913-924. doi: 10.1046/j.1365-2745.1999.00407.x
13. Nicole F., Brzosko E., Till-Bottraud I. Population viability analysis of Cypripedium calceolus in a protected area: Longevity, stability and persistence // Journal of Ecology. 2005. № 93. PP. 716-726. doi: 10.1111/j.1365-2745.2005.01010.x
14. Hein Ch., Meysel F. Verbreitung, Okologie, Gefahrdung und Managementdes Frauenschuh (Cypripedium calceolus L., Orchidaceae) in Sachsen-Anhalt // Ber. Arbeitskrs. Heim. Orchid. 2010. № 27 (1). PP. 6-50.
15. Korczynski M., Krasicka- Korczynski E. Dynamics of Lady’s slipper orchid (Cypripedium calceolus L.) population at Lake Kwiecko (West Pomerania) // Biodiv. Res. Conserv. 2014. № 36. PP. 53-60. doi: 10.2478/biorc-2014-0026
16. Czerepko J., Gawrys R., Ciesla A., Sokolowski K. Environment conditions influence on protection status of lady’s slipper orchid Cypripedium calceolus L. in managed forests // Sylwan. 2014. № 58 (11). PP. 867-874.
17. Gajewski Z., Marcisz D. Evaluation of the present condition of the Cypripedium calceolus (Orchidaceae) population in the Ojcow National Park // Fragmenta Floristica et Geobotanica Polonica. 2014. № 21 (1). PP. 3-14.
18. Tsenopopulyatsii rastenii: osnovnye ponyatiya i struktura / L.I. Vorontsova, L.E. Gattsuk, V.N. Egorova i dr.; pod red. A.A. Uranova, T.I. Serebryakovoi. M. : Nauka, 1976. 215 s.
19. Tsenopopulyatsii rastenii: razvitie i vzaimootnosheniya / A.G. Bogdanova, N.M. Grigor'eva, V.N. Egorova i dr.; pod red. T.I. Serebryakovoi. M. : Nauka, 1977. 131 s.
20. Tsenopopulyatsii rastenii: ocherki populyatsionnoi biologii / L.B. Zaugol'nova, L.A. Zhukova, A.S. Komarov i dr.; pod red. T.I. Serebryakovoi, T.G. Sokolovoi. M. : Nauka, 1988. 184 s.
21. Zaugol'nova L.B., Denisova L.V., Nikitina S.V. Podkhody k otsenke sostoyaniya tsenopopulyatsii rastenii // Byulleten' MOIP. Otdelenie biologii. 1993. T. 98, № 5. S. 100-108.
22. Zhukova L.A. Populyatsionnaya zhizn' lugovykh rastenii. Ioshkar-Ola : Lanar, 1995. 224 s.
23. Zhivotovskii L.A. Ontogeneticheskie sostoyaniya, effektivnaya plotnost' i klassifikatsiya populyatsii rastenii // Ekologiya. 2001. № 1. S. 3-7. doi: 10.1023/A:1009536128912
24. Uranov A.A. Vozrastnoi spektr fitotsenopopulyatsii kak funktsiya vremeni i energeticheskikh volnovykh protsessov // Nauchn. doklady vyssh. shk. Biologicheskie nauki. 1975. № 2. S. 7-33.
25. Rostova N.S. Korrelyatsii: struktura i izmenchivost'. SPb. : Izd-vo SPb. un-ta, 2002. 308 s.
26. Zlobin Yu.A. Printsipy i metody izucheniya tsenoticheskikh populyatsii rastenii. Kazan' : Izd-vo Kazan. un-ta, 1989. 146 s.
27. Zlobin Yu.A. Populyatsionnaya ekologiya rastenii: sovremennoe sostoyanie, tochki rosta. Sumy : Universitetskaya kniga, 2009. 263 s.
28. Ishbirdin A.R., Ishmuratova M.M. Adaptivnyi morfogenez i ekologo-tsenoticheskie strategii vyzhivaniya travyanistykh rastenii // Metody populyatsionnoi biologii : materialy dokladov VII Vserossiiskogo populyatsionnogo seminara. Syktyvkar: Komi nauchnyi tsentr Ural'skogo otdeleniya RAN, 2004. Ch. 2. S. 113-120.
29. Ishbirdin A.R., Ishmuratova M.M. K otsenke vitaliteta tsenopopulyatsii Rhodiola iremelica Boriss. po razmernomu spektru // Uchenye zapiski NTGSPA: materialy VI Vserossiiskogo populyatsionnogo seminara «Fundamental'nye i prikladnye problemy populyatsionnoi biologii». Nizhnii Tagil, 2004. S. 80-85.
30. Ishbirdin A.R., Ishmuratova M.M., Zhirnova T.V. Strategii zhizni tsenopopulyatsii Cephalanthera rubra (L.) Rich. na territorii Bashkirskogo gosudarstvennogo zapovednika // Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N.I. Lobachevskogo. Ser. «Biologiya». 2005. № 1. S. 85-98.
31. Ishbirdin A.R., Ishmuratova M.M. K otsenke sostoyaniya i prirodookhrannoi znachimosti tsenopopulyatsii redkikh vidov // Printsipy i sposoby sokhraneniya bioraznoobraziya vidov. Ioshkar-Ola : Izd-vo Mariiskogo gos. un-ta, 2004. S. 150-151.
32. Chirkova N.Yu., Suleimanova V.N., Egoshina T.L., Luginina E.A. Ekologo-fitotsenoticheskaya i demograficheskaya kharakteristika tsenopopulyatsii Cypripedium calceolus L. v usloviyakh yuzhnotaezhnykh lesov Kirovskoi oblasti // Vestnik Tverskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. «Biologiya i ekologiya». 2011. Vyp. 24. № 32. S. 117-126.
33. Fardeeva M.B., Chizhikova N.A., Krasil'nikova O.V. Mnogoletnyaya dinamika ontogeneticheskoi i prostranstvennoi struktury tsenopopulyatsii Cypripedium calceolus L. // Uchenye zapiski Kazanskogo universiteta. Ser. Estestvennye nauki. 2010. T 152, kn. 3. S. 159-173.
34. Kull T. Fruit-set and recruitment in populations of Cypripedium calceolus L. in Estonia // Orhid population biology conservation and challenges / ed. by S. Wait. // Botanical J. of the Linnean Society. 1998. Vol. 126. PP. 27-38.
35. Blinova I.V. Osobennosti geograficheskoi izmenchivosti ryada nazemnykh evropeiskikh orkhidnykh // Ekologiya. 2012. T. 34, № 2. S. 106-111
36. Ishmuratova M.M., Ishbirdin A.R. Ob ontogeneticheskikh aspektakh ekologotsenoticheskikh strategii travyanistykh rastenii // Metody populyatsionnoi biologii: sb. materialov VII Vserossiiskogo populyatsionnogo seminara (Syktyvkar, 16-21 fevralya 2004 g.). Syktyvkar: Komi nauchnyi tsentr Ural'skogo otdeleniya RAN, 2004. Ch. 1. S. 98-99.
