Комплексний популяційний аналіз провідних ценозоутворюючих видів трав'яного ярусу лісових екосистем півдня Нижньої Саксонії (Німеччина)

Abstract

Загальна площа лісів у світі становить приблизно 4,06 мільярда га, з них у Європі нараховується близько 1,02 мільярда га лісових масивів. В Україні ліси займають понад 10 мільйонів гектарів, що складає приблизно 15,9% від загальної площі країни. Зростання чисельності населення та інтенсивна урбанізація спричиняють збільшення попиту на лісові ресурси та продукти їх переробки. У цьому контексті, ліси набувають важливого значення як джерело екологічних, економічних та соціальних благ. Лісові екосистеми забезпечують численні екологічні послуги, зокрема, регулювання клімату, збереження біорізноманіття та водних ресурсів, а також захист ґрунтів від ерозії. Однак, зростання антропогенного тиску та зміни клімату суттєво впливають на стан лісових масивів, викликаючи деградацію, зниження продуктивності та біорізноманіття. Вивчення впливу цих чинників на ліси Європи та України є актуальною науковою проблемою, яка потребує застосування новітніх екологічних та біологічних методів. Важливим напрямком є розробка та вдосконалення методів сталого управління лісами, зокрема, через з'ясування еколого-фізіологічних механізмів адаптації лісових екосистем до змінних умов довкілля. Це дозволить зберегти і покращити стан лісових масивів, забезпечуючи їхню стійкість та функціональність у довгостроковій перспективі. У дисертаційній роботі представлено результати комплексного популяційного аналізу трьох провідних ценозоутворюючих видів трав’яного ярусу лісових екосистем півдня Нижньої Саксонії (Німеччина) у різних лісорослинних умовах та при різних 3 типах лісогосподарського менеджменту: Asarum europaeum L., Stellaria holostea L. і Lathyrus vernus (L.) Bernh. Встановлено, що рослини зазначених видів у межах популяційних полів мають груповий тип розміщення, а значення площі популяційного поля та популяційної щільності у кожній з досліджуваних популяцій варіюють у досить значних межах: площі популяційного поля у A. europaeum коливаються від 89,0 до 360,0 м2 , у S. holostea – від 44,0 до 356,0 м2 , у L. vernus - від 44,0 до 311,0 м2 ; значення популяційної щільності у A. europaeum варіюють від 4,4 до 42,2 шт./м2 , у S. holostea – від 2,2 до 50,7 шт./м2 , у L. vernus - від 0,9 до 30,2 шт./м2 . Досліджено вплив абіотичних, ценотичних чинників, систем користування лісом на розміри площ популяційного поля та значення популяційної щільності: у A. europaeum і L. vernus на розмір популяційного поля найбільшою мірою впливає рівень освітленості під наметом лісу, у S. holostea - вміст у ґрунті органічних речовин; на значення популяційної щільності у A. europaeum найсуттєвіше впливають показниками рН ґрунту, у S. holostea і L. vernus - вологість ґрунту. У результаті аналізу онтогенетичної структури популяцій визначено повноту, симетричність спектрів, переважання інвазійних чи деградаційних процесів, відношення до певних онтогенетичних типів: неповну онтогенетичну структуру у A. europaeum і L. vernus мали 100% популяцій, у S. holostea - 83,3%; центровані онтогенетичні спектри у A. europaeum мали 85,7% популяцій, у S. holostea - 66,7%, у L. vernus - 83,3%; переважання інвазійних процесів зареєстроване у 57,1% популяцій A. europaeum, у 66,7% популяцій S. holostea, у 50,0% популяцій L. vernus; у A. europaeum 57,1% популяцій належать до категорії «зріючих», по 14,3% популяцій відповідають типам «молодих», «зрілих» та «старіючих»; 33,3% популяцій S. holostea є «зрілими», по 16,7% належать до типів «молодих», «зріючих», «перехідних» та «старіючих»; у L. vernus 50,0% популяцій є «зрілими», 33,3% відносяться до типів «молодих», 16,7% -«перехідних». З’ясовано, що на онтогенетичні характеристики досліджуваних популяцій найбільший статистично-достовірний вплив, при r (за модулем) на рівні 0,5364-0, 971303, проявляють такі абіотичні чинники як освітленість під наметом лісу, 4 вологість ґрунту та вміст у ньому органічної речовини, а із числа ценотичних чинників – вік ярусу деревостану. Морфометричний аналіз 16-ти статистичних метричних та алометричних морфопараметрів показав, що рослини із різних екосистем статистично достовірно відрізняються між собою за розміром та морфоструктурою¸ проявляючи при цьому специфічні для конкретного місцезростання ознаки габітусу та архітектоніки. Застосовуючи прямий градієнтний аналіз встановлено вплив на розмір рослин A. europaeum, S. holostea та L. vernus 12-ти еколого-ценотичних чинників, з яких одними з найвагомішими для кожної з них є освітленість під наметом лісу, вологість ґрунту та вік ярусу деревостану. Аналіз абсолютних значень морфопараметрів засвідчив прояв у них мінливості (внутрішньопопуляційного варіювання) та пластичності (міжпопуляційного варіювання). Доведено, що показники, які характеризують ступінь мінливості, перевищують аналогічні показники для пластичності, що об’єктивно доводить значущість внутрішньо-популяційного варіювання розмірних величин у забезпеченні формування у досліджуваних видів морфоадаптацій до умов місцезростань. Визначено розмірні спектри популяцій A. europaeum, S. holostea та L. vernus, які, здебільшого, є континуальними, лівосторонніми, при варіюванні значень ступеня повноти від 60 до 100%, а індексу різноманітності розмірної структури - від 20 до 52%. Загальними чинниками, які найбільше впливають на розмірну структуру досліджуваних видів, є рівень pH ґрунту та вміст у ньому органічних речовин. Віталітетна структура популяцій A. europaeum, S. holostea та L. vernus визначалася із застосуванням загальноприйнятого алгоритму, який включає оцінку ступеня варіювання морфоознак, оцінку їхніх кореляційних взаємозв’язків при побудові кореляційних дендритів і виділенні кореляційних плеяд, визначення факторних навантажень морфопараметрів та встановлення переліку ключових морфопараметрів, з опорою на які здійснювались фінальні розрахунки. Показано, що всі популяції належать до категорії рівноважних з індексами якості (Q) від 0,2000 до 0,3000. Проте, незважаючи на те, що усі досліджувані популяції за ознаками 5 віталітетної структури виявились рівноважними, дослідженнями було встановлено суттєву залежність віталітетних показників від впливу еколого-ценотичних чинників. Завдяки проведеним дослідженням було встановлено параметри еколого ценотичного оптимуму для популяцій A. europaeum, S. holostea та L. vernus як за окремими популяційними характеристиками (популяційною щільністю, морфоознаками рослин, онтогенетичною та віталітетною структурою), так і для їхньої сукупності. Також визначено ознаки місцезростань, які є найбільш сприятливими для формування та функціонування популяцій зазначених видів для умов Геттінгенського лісу. Порівняння популяційних характеристик Геттінгенського лісу (Німеччина) та широколистяних і мішаних лісів Сумського геоботанічного округу (Україна) показало, що популяції A. europaeum і S. holostea лісів України здебільшого вирізняються вищими значеннями статичних метричних морфопараметрів, більшою часткою формування повних онтогенетичних спектрів і різноманітнішою віталітетною структурою з наявністю усіх віталітетних категорій (від депресивних до процвітаючих). У результаті проведених досліджень доведено, що на стан популяцій A. europaeum, S. holostea та L. vernus у Геттінгенському лісі значно впливає тип користування лісом. Проте, він часто поступається показникам сили впливу низки еколого-ценотичних чинників, таких як pH ґрунту, вміст у ньому органічних речовин, видовий склад фітоценозу тощо. Отже, лісокористування в Геттінгенському лісі супроводжується збереженням базових природних взаємодій, які є визначальними для забезпечення функціонування лісових екосистем. Це є одним із результатів послідовного запровадження в Геттінгенському лісі ефективної системи екологічного менеджменту, яка забезпечує як стале використання лісового фонду, так і його збереження. Вважається за потрібне, щоб передовий досвід Німеччини та інших країн світу у сертифікації лісоуправління (FSC та PEFC) був вивчений та запроваджений в Україні. За результатами проведених досліджень рекомендовано розширити в Геттінгенському лісі систему середньо-термінового моніторингу (при оновленні 6 даних через кожні 3-5 років), який має включати слідкування за зміною як абіотичних, так і біотичних складових довкілля при обов’язковій реалізації популяційного моніторингу за провідними ценозоутворюючими видами, що беруть участь у формуванні різних ярусів лісових фітоценозів. Задля практичного втілення зазначеної пропозиції для Геттінгенського лісу необхідно удосконалити наявну систему моніторингу шляхом проведення популяційних досліджень окремих видів трав’яного ярусу. Матеріали дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі кафедри екології та ботаніки Сумського національного аграрного університету при викладанні таких дисциплін як «Загальна екологія», «Заповідна справа», «Збалансоване природокористування».