Комплексний популяційний аналіз ценозоутворюючих видів бобових степових фітоценозів природного заповідника «Михайлівська цілина»

Abstract

Степові фітоценози мають важливе екологічне значення, що зумовлене їхньою здатністю впливати на регуляцію кліматичних умов, підтримання біогеохімічних циклів, ефективне депонування карбону, грунтоутворення, утворення первинної біомаси та регулювання гідрологічного режиму. Значущою також є созологічна роль степових екосистем, адже вони являють собою осередки унікального біологічного різноманіття. В умовах сьогодення степові екосистеми зазнали значної антропогенної трансформації. Степова рослинність у природному стані збереглася лише на територіях, непридатних для господарського використання, а також у межах об’єктів природно-заповідного фонду. Основними чинниками деградації степових екосистем є діяльність людини, зокрема розорювання земель, недоцільне створення захисних лісосмуг, заліснення, зникнення малих річок, надмірний випас худоби та промислове освоєння територій. Саме ці фактори призвели до значних змін у структурі та функціонуванні степів, що робить питання охорони та збереження природних степових комплексів вкрай актуальним і таким, що потребує глибокого наукового вивчення. Окрім дослідження особливостей степової рослинності та флори, особливої уваги заслуговує аналіз функціонування популяцій видів рослин, які формують ці фітоценози. Такі дослідження є надзвичайно важливими для обґрунтування заходів з охорони рослинних угруповань і для розуміння процесів, що відбуваються у рослинному покриві під впливом антропогенних чинників. Бобові рослини мають ключове значення у степових екосистемах, забезпечуючи їхню екологічну стійкість, продуктивність та підтримку біорізноманіття. Вивчення стану і структури популяцій цих видів є важливим для розробки заходів з охорони як окремих рослинних угруповань, так і степових фітоценозів загалом. У дисертаційному дослідженні представлені результати комплексного популяційного аналізу п'яти ценозоутворюючих видів бобових степових фітоценозів природного заповідника «Михайлівська цілина» (Coronilla varia L., Astragalus cicer L., Trifolium medium L., Trifolium montanum L. та Anthyllis vulneraria L.). Досліджувався вплив сінокісного режиму та фітоценотичних умов на стан популяцій досліджуваних видів бобових. На основі результатів морфометричного аналізу встановлено розмірні ознаки особин досліджуваних популяцій C. varia, A. cicer, T. medium, T. montanum та A. vulneraria. Рослини із різних місцезростань відрізняються між собою за розміром та морфоструктурою, проявляючи специфічні для конкретного місцезростання ознаки. Виявлено відмінності у масі та висоті особин популяцій з викошуваних та невикошуваних ділянок. Фітомаса особин на викошуваних ділянках значно перевищувала значення цьго ж морфопараметру у особин з невикошуваних ділянок, зокрема, найбільш виражену різницю встановлено для особин популяцій A. vulneraria та T. medium, що підтверджено статистично. Вивчено основні популяційні параметри досліджуваних видів бобових, зокрема, площа популяційного поля та щільність популяції. Так, у популяціях C. varia ці показники коливаються відповідно від 48 до 320 м2 та від 0,8 до 6,2 шт на м2, у A. cicer – від 64 до 325 м2 та від 3,1 до 7,2 шт на м2,у T. medium – від 18 до 49 м2 та від 9,5 до 18,9 шт на м2, у T. montanum – від 32 до 76 м2 та від 1,3 до 4,2 шт на м2, у A. vulneraria –від 14 до 71 м2 та від 3,9 до 6,1 шт на м2. Встановлено статистично достовірний вплив сінокосіння на щільність популяцій бобових на території природного заповідника «Михайлівська цілина». Щільність популяцій бобових на періодично викошуваних ділянках була, у середньому, у 1,5–2 рази вищою, порівняно з ділянками, які не викошуються тривалий час. В ході аналізу динаміки ростових процесів у популяціях досліджуваних видів бобових встановлено, що активний ріст особин на викошуваних ділянках, зазвичай, починається раніше на один обліковий термін, що складає 7–10 днів. Такі особливості накопичення фітомаси спостерігалися в усіх досліджуваних популяціях C. varia, A. cicer, T. montanum, A. vulneraria та деяких популяціях T. medium. Завершення фази активного росту особин у популяціях деяких видів бобових на невикошуваних ділянках закінчувалося на один обліковий термін раніше, порівняно з популяціями, що зростали в умовах сінокосіння. Зокрема, це спостерігалося у популяціях C. varia, T. medium та T. montanum. Отримані результати пов'язані з впливом мертвого рослинного опаду, що накопичується на ділянках без впливу сінокосіння, на ріст та формоутворення рослин. Вивчено періодизацію онтогенезу та розроблено ключі онтогенетичних станів п'яти досліджуваних видів бобових в умовах природного заповідника «Михайлівська цілина». Вивчено онтогенетичну структуру досліджуваних популяцій бобових природного заповідника «Михайлівська цілина», встановлено низку онтогенетичних індексів та оцінено повноту та симетричність онтогенетичних спектрів, відповідність онтогенетичним типам, переважання інвазійних чи деградаційних процесів у популяціях. Встановлено, що 95,8% досліджуваних популяцій бобових були неповними за онтогенетичними спектрами. Всі досліджувані популяції бобових були центрованими за симетричністю онтогенетичних спектрів. Популяції репрезентували собою три типи популяцій: зрілі, перехідні та старіючі. Відповідно до класифікації Т.О. Работнова, всі досліджувані популяції були «нормальними», тобто з переважанням особин генеративного стану. Встановлено вплив сінокосіння на онтогенетичну структуру популяцій бобових на території природного заповідника «Михайлівська цілина», зокрема, на індекс відновлюваності популяцій, який на викошуваних ділянках був вищим у 1,5–2 рази, порівняно з популяціями на невикошуваних ділянках, що позитивно позначається на функціонуванні виду у складі степового фітоценозу. Відповідно, зворотна тенденція спостерігалася з індексом старіння популяцій. Найвищі показники індексу старіння зафіксовано у популяціях T. montanun та A. vulneraria. За результатами проведеного віталітетного аналізу популяцій бобових, що зростали на різних ділянках природного заповідника «Михайлівська цілина», встановлено віталітетну структуру досліджуваних популяцій C. varia, A. cicer, T. medium, T. montanum, A. vulneraria та особливості її реагування на сінокісний режим і фітоценотичні умови. Встановлено позитивний вплив сінокісного режиму на віталітетну структуру популяцій бобових, зокрема, на індекс якості (Q). Усі процвітаючі популяції (100%) траплялися на викошуваних ділянках, тоді як більшість депресивних популяцій (80%) зростали в умовах тривалої відсутності викошування, що свідчить про важливість регулярного викошування як чинника підтримки життєздатності популяцій бобових видів. Встановлено, що умови території природного заповідника «Михайлівська цілина» є сприятливими для розвитку та функціонування популяцій лише частини досліджуваних видів бобових. Зменшення індексу якості популяцій бобових спостерігалося у наступному порядку: C. varia → A. cicer → A. vulneraria → T. montanun → T. medium. Таким чином, природні умови заповідника виявилися менш сприятливими для формування та функціонування популяцій досліджуваних видів конюшини, що може бути пов’язано з еколого-біологічними особливостями цих видів. Встановлено, що зниження індексу морфоінтеграції у досліджуваних популяціях мало наступну тенденцію: C. varia (56,83%) → A. cicer (53,11%) → A. vulneraria (46,58%) → T. medium (41,45%) → T. montanum (37,61%). Отримані результати узгоджуються з результатам віталітетного аналізу, зокрема з індексам якості популяцій, і підтверджують той факт, що сприятливі умови на території природного заповідника «Михайлівська цілина» створюються для видів C. varia та A. cicer і менш сприятливі – для досліджених видів роду Trifolium. Популяції вида A. vulneraria займають проміжне положення. В ході дослідження встановлено, що фітоценотичні умови, в яких зростали популяції бобових, не мали статистично достовірного впливу на їх стан. Враховуючи результати комплексного популяційного аналізу ценозоутворюючих видів степових фітоценозів природного заповідника «Михайлівська цілина», сформовано перелік рекомендацій, використання яких сприятиме охороні та збереженню як популяцій бобових, так і загального біорізноманіття природного заповідника. Зокрема, впровадження сінокісного режиму (1 раз на рік) на території природного заповідника «Михайлівська цілина», а особливо, на ділянках зі значним ступенем мезофітизації рослинного покриву, поширенням чагарників та значною часткою інвазійних видів. Матеріали дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі кафедри екології та ботаніки Сумського національного аграрного університету при викладанні таких дисциплін як «Біологія», «Заповідна справа», «Природно-ресурсний потенціал України: стан, природоохоронні аспекти, екосистемні послуги», «Моніторинг навколишнього середовища». Отримані результати досліджень увійшли до «Літопису природи» природного заповідника «Михайлівська цілина» (2024 рік, том 5, розділ 3 «Рослинний світ»). Матеріали дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі кафедри екології та ботаніки Сумського національного аграрного університету при викладанні таких дисциплін як «Біологія», «Заповідна справа», «Природно-ресурсний потенціал України: стан, природоохоронні аспекти, екосистемні послуги», «Моніторинг стану навколишнього середовища». Результати досліджень унесено до Літопису природи природного заповідника «Михайлівська цілина», а також вони будуть використані при підготовці наступного «Проекту організації території природного заповідника «Михайлівська цілина» та охорони його природних комплексів».