Доминанты в растительных сообществах: характер воздействия на биомассу определяет пороги воздействия на локальное видовое богатство

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В соответствии с существующими представлениями достижение состояния доминирования некоторыми видами (в том числе чужеродными и экспансивными) в растительных сообществах может осуществляться путем использования ресурсов других видов (1), таким же способом и дополнительно за счет использования ранее неиспользованных ресурсов (2), так же и дополнительно путем аллелопатии или изменения условий среды (3). Считается, что в первом случае этот процесс не влияет на общую биомассу сообществ, во втором – сопровождается ее увеличением, в третьем – преимущественно снижением. Можно предположить, что механизм роста степени доминирования отдельных видов определяет также характер их влияния на видовое богатство. Для проверки этой гипотезы мы сопоставили участие доминантов, биомассу и число сопутствующих видов в сериях проб биомассы, отобранных на 67 участках наземных растительных сообществ Западного Кавказа и Предкавказья (высокогорные и нижнегорные луга и степи, сообщества пустырей, старых залежей и т.д.). Результаты показали, что: 1) в этих сообществах наблюдаются разные варианты соотношения между участием доминантов и биомассой, а значит, предположительно, реализуются разные механизмы воздействия доминирующих видов на сопутствующие; 2) масштаб распространения этих механизмов различается в естественных (полуестественных) и синантропных сообществах, а также зависит от происхождения доминирую- щего вида (аборигенный или чужеродный); 3) характер воздействия доминантов на биомассу определяет пороги их воздействия на локальное видовое богатство; 4) в синантропных сообществах с доминированием чужеродных видов эти пороги выражены в большей степени, чем в сообществах других типов. При этом, как показали результаты исследований, выполненных ранее, аборигенные и чужеродные виды не часто достигают степени доминирования, соответствующей уровню порогов воздействия, превышение которых представляет существенную угрозу для видового богатства растительных сообществ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Акатов

Майкопский государственный технологический университет; Кавказский государственный природный биосферный заповедник

Автор, ответственный за переписку.
Email: akatovmgti@mail.ru
Россия, ул. Первомайская, 191, Майкоп, 385000; ул. Советская, 187, Майкоп, 385000

Т. В. Акатова

Кавказский государственный природный биосферный заповедник

Email: akatovmgti@mail.ru
Россия, ул. Советская, 187, Майкоп, 385000

Т. Г. Ескина

Кавказский государственный природный биосферный заповедник

Email: akatovmgti@mail.ru
Россия, ул. Советская, 187, Майкоп, 385000

Н. М. Сазонец

Майкопский государственный технологический университет

Email: akatovmgti@mail.ru
Россия, ул. Первомайская, 191, Майкоп, 385000

С. Г. Чефранов

Майкопский государственный технологический университет

Email: akatovmgti@mail.ru
Россия, ул. Первомайская, 191, Майкоп, 385000

Список литературы

  1. Абрамова Л.М., Голованов Я.М., Рогожникова Д.Р., 2021. Борщевик Сосновского (Heraclеum sosnоwskyi Manden., Apiaceae) в Башкортостане // Росс. журн. биол. инвазий. № 1. С. 2—12.
  2. Акатов В.В., Акатова Т.В., Афанасьев Д.Ф., Ескина Т.Г., Сазонец Н.М. и др., 2022а. Воздействие доминантов на видовое богатство растительных сообществ в контексте энергетической гипотезы // Журн. общ. биологии. Т. 83. № 5. С. 336—345 [Akatov V.V., Akatova T.V., Afanasyev D.F., Eskina T.G., Sazonets N.M., et al., 2023. Effect of dominants on the species richness of plant communities in the context of the species–energy hypothesis // Biol. Bull. Rev. V. 13. № 3. P. 238—246].
  3. Акатов В.В., Акатова Т.В., Афанасьев Д.Ф., Сушкова Е.Г., Чефранов С.Г., 2021. Результат воздействия доминантов на видовое богатство растительных сообществ: упорядоченное или случайное исчезновение видов? // Экология. № 4. C. 243—253 [Akatov V.V., Akatova T.V., Afanasyev D.F., Eskina T.G., Sushkova E.G., Chefranov S.G., 2021. Result of impact of dominants on species richness of plant communities: ordered or random species loss? // Russ. J. Ecol. V. 52. № 4. P. 257—266].
  4. Акатов В.В., Акатова Т.В., Ескина Т.Г., Сазонец Н.М., Чефранов С.Г., 2022б. Частота и степень доминирования чужеродных и аборигенных видов в синантропных растительных сообществах юга России // Росс. журн. биол. инвазий. № 3. С. 2—17 [Akatov V.V., Akatova T.V., Eskina T.G., Sazonets N.M., Chefranov S.G., 2022. Frequency of occurrence and level of dominance of alien and native species in synanthropic plant communities of southern Russia // Russ. J. Biol. Invasions. V. 13. № 4. P. 399—411].
  5. Бесекерский В.А., 2007. Теория систем автоматического управления. М.: Профессия. 752 c.
  6. Виноградова Ю.К., Майоров С.Р., Хорун Л.В., 2010. Черная книга флоры Средней России: чужеродные виды растений в экосистемах Средней России. М.: ГЕОС. 512 с.
  7. Дгебуадзе Ю.Ю., 2014. Чужеродные виды в Голарктике: некоторые результаты и перспективы исследований // Росс. журн. биол. инвазий. № 1. С. 2—8.
  8. Дудова К.В., Атабаллыев Г.Г., Ахметжанова А.А., Гулов Д.М., Дудов С.В. и др., 2019. Опыт изучения функционального разнообразия альпийских сообществ на примере анализа высоты растений // Журн. общ. биологии. Т. 80. № 6. С. 439—450.
  9. Зернов А.С., 2006. Флора Северо-Западного Кавказа. М.: Т-во науч. изд. КМК. 664 с.
  10. Миркин Б.М., Наумова Л.Г., 2012. Современное состоя- ние основных концепций науки о растительности. Уфа: АН РБ, Гилем. 488 с.
  11. Морозова О.В., 2023. Археофиты во флоре Европейской России // Росс. журн. биол. инвазий. № 1. С. 53—129.
  12. Неронов В.М., Лущекина А.А., 2001. Чужеродные виды и сохранение биологического разнообразия // Успехи соврем. биологии. Т. 121. № 1. С. 121—128.
  13. Онипченко В.Г., 2013. Функциональная фитоценология: синэкология растений. M.: Красанд. 640 с.
  14. Работнов Т.А., 1983. Фитоценология. М.: Изд-во МГУ. 296 с.
  15. Сенатор С.А., Розенберг А.Г., 2016. Эколого-экономическая оценка ущерба от инвазивных видов растений // Успехи соврем. биологии. Т. 136. № 6. С. 531—538.
  16. Bartha S., Szentes Sz., Horváth A., Házi J., Zimmermann Z., et al., 2014. Impact of mid-successional dominant species on the diversity and progress of succession in regenerating temperate grasslands // Appl. Veg. Sci. V. 17. № 2. Р. 201—213.
  17. Berger W.H., Parker F.L., 1970. Diversity of planktonic foraminifera in deep-sea sediments // Science. V. 168. P. 1345—1347.
  18. Callaway R.M., Ridenour W.M., 2004. Novel weapons: Invasive success and the evolution of increased competitive ability // Front. Ecol. Environ. V. 2. № 8. Р. 436—443.
  19. Chabrerie O., Massol F., Facon B., Thevenoux R., Hess M., et al., 2019. Biological invasion theories: Merging perspectives from population, community and ecosystem scales // Preprints. https://www.researchgate.net/publication/336894588.
  20. Czarniecka-Wiera M., Kacki Z., Chytry M., Palpurina S., 2019. Diversity loss in grasslands due to the increasing dominance of alien and native competitive herbs // Biodivers. Conserv. V. 28. P. 2781—2796.
  21. Didham R.K., Tylianakis J.M., Hutchison M.A., Ewers R.M., Gemmell N.J., 2005. Are invasive species the drivers of ecological change // Trends Ecol. Evol. V. 20. P. 470—474. https://doi.org/10.1016/j.tree.2005.07.006
  22. Eger A., Best R.J., Baum J.K., 2021. Dominance determines fish community biomass in a temperate seagrass ecosystem // Ecol. Evol. V. 11. № 15. P. 10489—10501. https://doi.org/10.1002/ece3.7854
  23. Elumeeva T.G., Onipchenko V.G., Weger M.J.A., 2017. No other species can replace them: Evidence for the key role of dominants in an alpine Festuca varia grassland // J. Veg. Sci. V. 28. P. 674—683.
  24. Eyre T.J., Wang J., Venz M.F., Chilcott C., Whish G., 2009. Buffel grass in Queensland’s semi-arid woodlands: Response to local and landscape scale variables, and relationship with grass, forb and reptile species // Rangeland J. V. 31. P. 293—305.
  25. Gaertner M., Breeyen A.D., Hui C., Richardson D.M., 2009. Impacts of alien plant invasions on species richness in Mediterranean-type ecosystems: A meta-analysis // Prog. Phys. Geogr. V. 33. P. 319—338.
  26. Grime J.P., 1998. Benefits of plant diversity to ecosystems: immediate, filter and founder effects // J. Ecol. V. 86. P. 902—910.
  27. Hejda M., Pyšek P., Jarošík V., 2009. Impact of invasive plants on the species richness, diversity and composition of invaded communities // J. Ecol. V. 97. P. 393—403.
  28. Hejda M., Sádlo J., Kutlvašr J., Petřík P., Vítková M., et al., 2021. Do invasive alien plants impact the diversity of vegetation more compared to native expansive dominants? // Invasion of Alien Species in Holarctic. Borok-VI: sixth International Symposium. Book of abstracts / Eds Dgebuadze Yu.Yu., Krylov A.V., Petrosyan V.G., Karabanov D.P. Kazan: Buk. Р. 88—89.
  29. Hillebrand H., Bennett D.M., Cadotte M.W., 2008. Consequences of dominance: A review of evenness effects on local and regional ecosystem processes // Ecology. V. 89. № 6. P. 1510—1520.
  30. Houlahan J.E., Findlay C.S., 2004. Effect of invasive plant species on temperate wetland plant diversity // Conserv. Biol. V. 18. № 4. P. 1132—1138.
  31. Levine J.M., Vilá M., D’Antonio C.M., Dukes J.S., Grigulis K., Lavorel S., 2003. Mechanisms underlying the impacts of exotic plant invasions // Proc. Biol. Sci. V. 270. P. 775—781. https://doi.org/10.1098/rspb.2003.2327
  32. Lisner A., Konečná M., Blažek P., Lepš J., 2023. Community biomass is driven by dominants and their characteristics — The insight from a field biodiversity experiment with realistic species loss scenario // J. Ecol. V. 111. № 1. P. 240—250. https://doi.org/10.1111/1365-2745.14029
  33. Magguran A., 1988. Ecological Diversity and its Measurement. Princeton: Princeton Univ. Press. 181 р.
  34. Maureaud A., Hodapp D., Denderen P.D., van, Hillebrand H., Gislason H., et al., 2019. Biodiversity–ecosystem functioning relationships in fish communities: Biomass is related to evenness and the environment, not to species richness // Proc. Roy. Soc. B. Biol. Sci. V. 286. № 1906. https://doi.org/10.1098/rspb.2019.1189
  35. Mokany K., Ash J., Roxburgh S., 2008. Functional identity is more important than diversity in influencing ecosystem processes in a temperate native grassland // J. Ecol. V. 96. P. 884—893.
  36. Piazzi L., Balata D., Bulleri F., Gennaro P., Ceccherelli G., 2016. The invasion of Caulerpa cylindracea in the Mediterranean: the known, the unknown and the knowable // Mar. Biol. V. 163. № 7. Art. 161. https://doi.org/10.1007/s00227-016-2937-4
  37. Powell K.I., Chase J.M., Knight T.M., 2011. A synthesis of plant invasion effects on biodiversity across spatial scales // Am. J. Bot. V. 98. № 3. Р. 539—548. https://doi.org/10.3732/ajb.1000402
  38. Powell K.I., Chase J.M., Knight T.M., 2013. Invasive plants have scale-dependent effects on diversity by altering species-area relationships // Science. V. 339. P. 316—318. https://doi.org/10.1126/science.1226817
  39. Prach K., Wade M., 1992. Population characteristics of expansive perennial herbs // Preslia. V. 64. P. 45—51.
  40. Pyšek P., Richardson D.M., Rejmánek M., Webster G., Williamson M., Kirschner J., 2004. Alien plants in checklists and floras: towards better communication between taxonomists and ecologists // Taxon. V. 53. P. 131—143.
  41. Rejmánek M., Richardson D.M., Pyšek P., 2013. Plant invasions and invasibility of plant communities // Vegetation Ecology, 2nd ed. / Eds Maarel E., van der Franklin J. Chichester: Wiley & Sons, Ltd. P. 387—424.
  42. Sheley R.L., Jacobs J.S., Carpinelli M.F., 1998. Distribution, biology, and management of diffuse knapweed (Centaurea diffusa) and spotted knapweed (Centaurea maculosa) // Weed Technol. V. 12. P. 353—362.
  43. Thiele J., Kollmann J., Markussen B., Otte A., 2010. Impact assessment revisited — improving the theoretical basis for management of invasive alien species // Biol. Invasions. V. 12. P. 2025—2035. https://doi.org/10.1007/s10530-009-9605-2
  44. Tilman D., Reich P.B., Knops J., Wedin D., Mielke T., Lehman C., 2001. Diversity and productivity in a long-term grassland experiment // Science. V. 294. P. 843—845. https://doi.org/10.1126/science.1060391
  45. Vilà M., Espinar J.L., Hejda M., Hulme P.E., Jarošík V., et al., 2011. Ecological impacts of invasive alien plants: A meta-analysis of their effects on species, communities and ecosystems // Ecol. Lett. V. 14. № 7. P. 702—708.
  46. Vilá M., Weiner J., 2004. Are invasive plant species better competitors than native plant species? Evidence from pair-wise experiments // Oikos. V. 105. № 2. P. 229—238.
  47. Vinogradova Y.K., Kuklina A.G., 2020. Genesis of the scientific discipline “Invasive Biology” in Russia // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. V. 579. Art. 012164. https://doi.org/10.1088/1755-1315/579/1/012164
  48. Vinogradova Y.K., Tokhtar V.K., Notov A.A., Mayorov S.R., Danilova E.S., 2021. Plant invasion research in Russia: Basic projects and scientific fields // Plants. V. 10. Art. 1477. https://doi.org/10.3390/plants10071477
  49. Wasof S., Lenoir J., Hattab T., Jamoneau A., Gallet-Moron E., et al., 2018. Dominance of individual plant species is more important than diversity in explaining plant biomass in the forest understory // J. Veg. Sci. V. 29. № 3. P. 521—531. https://doi.org/10.1111/jvs.12624

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Иллюстрация разных вариантов расположения порогов THR1 и THR2 в соотношении между участием доминантов (D) и видовым богатством (S). По оси абсцисс — D = WD/WG, где WG — сырая биомасса сообщества в целом на 0.25 м2, WD — биомасса доминирующего вида на 0.25 м2; по оси ординат — число сопутствующих видов на 0.25 м2 (S). THR1 и THR2 — пороговые значения D в соотношении между D и S, определенные с использованием модели аперио- дического звена первого порядка (Бесекерский, 2007); THR1 соответствует точке по оси D, для которой отклонение от максимально возможного значения S не более чем на 5%; THR2 — соответствует существенному ускорению снижения S на градиенте D.

Скачать (357KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Гистограммы соотношения изученных естественных (полуестественных) и синантропных растительных сообществ с разным характером и теснотой связи между участием доминанта (D) и сырой биомассой на 0.25 м2 (WG). Характер (знак) и теснота связи межу D и WG оценивались с использованием коэффициента корреляции рангов Спирмена (RWD): insign — доля участков с отсутствием статистически значимой (P < 0.05) корреляции между D и WG, negat — доля участков с отрицательными значениями RWD выше критических для P < 0.05, posit — со статистически значимыми (P < 0.05) положительными значениями RWD. Здесь и на рис. 3 и 5: NAT — естественные (полуестественные) сообщества, DISTa — синантропные сообщества с доминированием аборигенных видов, DISTex — синантропные сообщества с доминированием чужеродных видов.

Скачать (61KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Гистограммы соотношения естественных (полуестественных) и синантропных растительных сообществ с разной теснотой связи между участием доминанта (D) и числом сопутствующих видов на 0.25 м2 (S). Теснота связи межу D и S оценивалась с использованием коэффициента корреляции рангов Спирмена (RSD): insign — доля участков с отсутствием статистически значимой (P < 0.05) корреляции между D и S, moderate — доля участков со статистически значимыми (P < 0.05) отрицательными значениями RWD ниже –0.7, strong — выше –0.7.

Скачать (66KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Соотношение между характером связи WG(D) и S(D) на участках естественных (полуестественных) и синантропных растительных сообществ. По оси абсцисс — RWD, по оси ординат — RSD. RWD — теснота связи между степенью доминирования определенного вида (D) и биомассой сообщества (WG), оцененная путем расчета коэффициента корреляции рангов Спирмена; RSD — коэффициент корреляции Спирмена для соотношения между степенью доминирования определенного вида (D) и числом сопутствующих видов (S).

Скачать (60KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Гистограммы распределения пороговых значений D в соотношении между D и S: а — THR1, б — THR2. По оси абсцисс — классы значений D (доля доминанта в сырой биомассе сообщества на 0.25 м2), по оси ординат — частота встречаемости значений THR1 и THR2 в пределах каждого класса. Обозначения как на рис. 1.

Скачать (124KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».