ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2022, № 1, С. 34–46


МОЗАИЧНОСТЬ ЦЕНОПОПУЛЯЦИЙ ЧЕРНИКИ И БРУСНИКИ, И ДИНАМИКА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОЧВЫ В СОСНЯКАХ ЮЖНОГО ПОДМОСКОВЬЯ
Е. В. Зубкова1, П. В. Фролов1, С. С. Быховец1, М. А. Надпорожская2, Г. Г.Фролова1
1Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения Российской академии наук, ФИЦ ПНЦБИ РАН
Россия, 142290, Пущино, Московская обл., Институтская ул., 2/2
E-mail: zubkova@pbcras.ru
2Санкт-Петербургский государственный университет,
Россия, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9


Поступила в редакцию 16.07.2020 г.
Исследования пространственной неоднородности распространения ценопопуляций кустарничков показали, что доминирование черники (Vaccinium myrtillus L.) и брусники (V. vitis-idaea L.) в напочвенном покрове определяется экологическими факторами. В условиях выраженного микрорельефа при выровненной освещенности ограничивающим фактором пространственного распространения кустарничков выступает влажность почвы. Черника занимает более низкие участки микрорельефа с большей влажностью по сравнению с брусникой, при этом длительное затопление талыми водами в течение 1–2 недель приводит к гибели парциальных кустов черники. На участках перекрывания экологических ниш кустарнички успешно содоминируют, благодаря различию в морфо-физиологических особенностях этих видов. Показано, что в одноярусных сосновых лесах Южного Подмосковья без древесного подроста фактор освещенности не оказывает существенного влияния на рост кустарничков. Наличие второго древесного яруса ограничивает распространение кустарничков под кронами ели и липы: при коэффициенте пропускания фотосинтетически активной радиации (ФАР) менее 7% парциальные кусты отсутствуют; в диапазоне от 7 до 10% встречаются единичные побеги черники и брусники пониженной жизненности (высотой менее 0.1 м); при пропускании ФАР более 10% совместное покрытие черники и брусники достигает 60–80%. Вычислительные эксперименты по анализу сопряженной динамики растений травяно-кустарничкового яруса и почвы с помощью системы моделей «CAMPUS-S – EFIMOD – Romul_Hum» показали высокую точность работы системы моделей и сопоставимость результатов вычислений с натурными данными.
Ключевые слова: черника, брусника, лесная подстилка, минеральная почва, влажность почвы, освещенность, имитационное моделирование.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РНФ 18-14-00362, полевые работы в Отрадинском лесничестве проводились в рамках РФФИ №15-04-08712а, анализ результатов содержания биогенных элементов в почве выполнен по теме Государственного задания ФИЦ ПНЦБИ РАН № АААА-А18-118013190176-2.
DOI: 10.31857/S0024114821060127


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



  • Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.

  • Булыгина О.Н., Разуваев В.Н., Александрова Т.М. Описание массива данных суточной температуры воздуха и количества осадков на метеорологических станциях России и бывшего СССР (TTTR). Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2014620942. URL: http://meteo.ru/data/162-temperature-precipitation#описание-массива-данных (дата обращения 20.02.2020).

  • Быховец С.С., Комаров А.С. Простой статистический имитатор климата почвы с месячным шагом // Почвоведение. 2002. № 4. С. 443–452.

  • Влагомер грунта «МГ-44». Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Харьков: ООО «Весоизмеритель», 2009. 9 с. URL: http://vlagomer.at.ua/load/instrukcija_po_ehkspluatacii_mg_44/1-1-0-7 (дата обращения 12.05.2020).

  • Грабарник П.Я., Шанин В.Н., Чертов О.Г., Припутина И.В., Быховец С.С., Петропавловский Б.С., Фролов П.В., Зубкова Е.В., Шашков М.П., Фролова Г.Г. Моделирование динамики лесных экосистем как инструмент прогнозирования и управления лесами // Лесоведение. 2019. № 6. С. 488–500.

  • Иванов И.В., Шадриков И.Г. Коэволюция почв и растительного покрова в южной тайге (на примере Приокско-Террасного заповедника) // Почвоведение. 2010. № 11. С. 1326–1333.

  • Комаров А.С., Чертов О.Г., Абакумов Е.В., Андриенко Г., Андриенко Н., Аппс М., Бобровский М.В., Бхатти Дж., Быховец С.С., Грабарник П.Я., Глухова Е.М., Зубкова Е.В., Зудин С.Л., Зудина Е.В., Кубасова Т.С., Ларионова А.А., Лукьянов А.М., Мартынкин А.В., Михайлов А.В., Морен Ф., Надпорожская М.А., Припутина И.В., Смирнов В.Э., Ханина Л.Г., Шанин В.Н., Шоу С. Моделирование динамики органического вещества в лесных экосистемах. М.: Наука, 2007. 380 с.

  • Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Аблеева В.А., Быховец С.С. Климат южного Подмосковья: современные тренды и оценка экстремальности // Фундаментальная и прикладная климатология. 2017. № 4. С. 62–78.

  • Лидов В.П. Геоморфологические особенности среднего течения долины р. Оки на примере Приокско-Террасного государственного заповедника и прилегающих территорий // Окская комплексная экспедиция. Тр. НИИ географии МГУ. М.: 1949. С. 179–190.

  • Маслов А.А., Логофет Д.О. Анализ мелкомасштабной динамики двух видов-доминантов в сосняке чернично-бруснично-долгомошном. I. Однородная марковская цепь и показатели цикличности // Журнал общей биологии. 2016. Т. 77. №. 6. С. 423–433.

  • Маслов А.А., Логофет Д.О. Совместная динамика популяций черники и брусники в заповедном послепожарном сосняке зеленомошнике. Модель с осредненными вероятностями перехода // Журнал общей биологии, 2020. № 4. Т. 81. С. 243–256.

  • Надпорожская М.А., Зубкова Е.В., Фролов П.В, Быховец С.С., Чертов О.Г. Соподчиненность почвенных условий и растительных сообществ в сосняках как следствие действия комплекса факторов // Вестник ТвГУ. Сер. Биология и экология. 2018. № 2. С. 122–138.

  • Омелько А.М. Модель роста деревьев темнохвойных пород на основе L-систем // Сибирский экологический журнал. 2006. Т. 13. № 2. С. 181–188.

  • Оценка и сохранение биоразнообразия лесного покрова в заповедниках Eвропейской России. Москва: Научный мир, 2000. 196 с.

  • Полянская Т.А., Жукова Л.А., Шестакова Э.В. Онтогенез черники обыкновенной (Vaccinium myrtillus L.) // Онтогенетический атлас лекарственных растений. Йошкар-Ола: МарГУ, 2000. Т. II. С. 51–59.

  • Прокопьева Л.В., Жукова Л.А., Глотов Н.В. Онтогенез брусники обыкновенной (Vaccinium vitis-idaea L.) // Онтогенетический атлас лекарственных растений. Йошкар-Ола: МарГУ, 2000. Т. II. С. 39–46.

  • Растворова О.Г. Физика почв (практическое руководство). Л.: Изд-во Ленингр. университета, 1983. 194 с.

  • Ремезов Н.П., Быкова Л.Н., Смирнова К.М. Потребление и круговорот азота и зольных элементов в лесах Европейской части СССР. М.: Изд-во МГУ. 1959. 284 с.

  • Рогозин М.В., Разин Г.С. Модели динамики и моделирование развития древостоев // Сибирский лесной журнал. 2015. №2. С. 55–70.

  • Родин Л.Е., Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологический круговорот в основных типах растительности. М., Л.: Наука, 1965. 253 с.

  • Розанов Б.Г. Морфология почв. М.: Академический проект, 2004. 432 с.

  • Фридланд В.М. Почвы Приокско-Террасного государственного заповедника // Материалы по географии и генезису почв лесной зоны Европейской территории СССР. Труды Почвенного инст. им. В.В. Докучаева. М.: Изд-во АН СССР, 1955. Т. XLVI. С. 136–190.

  • Фролов П.В., Зубкова Е.В. Моделирование динамики биомассы растений травяно-кустарничкового яруса лесных экосистем // Сохранение лесных экосистем: проблемы и пути их решения. Киров: Радуга-Пресс, 2017. С. 334–339.

  • Фролов П.В., Зубкова Е.В., Комаров А.С. Клеточно–автоматная модель сообщества двух видов растений разных жизненных форм // Известия Академии наук, серия  биология, 2015. № 4. С. 341–349.

  • Ценофонд лесов Европейской России (Электронный ресурс) URL: http://cepl.rssi.ru/bio/flora/ecoscale.htm (дата обращения 12.05.2020).

  • Цыганов Д.Н. Фитоиндикация экологических режимов в подзоне хвойно-широколиственных лесов. М.: Наука, 1983. 196 с.

  • Шанин В.Н., Шашков М.П., Иванова Н.В., Быховец С.С., Грабарник П.Я. Исследование структуры древостоев и микроклиматических условий под пологом леса на постоянной пробной площади в Приокско-Террасном заповеднике // Труды Приокско-Террасного заповедника. Вып. 7. М.: Изд. Товарищество научных изданий КМК, 2018. С. 72–85.

  • Швиденко А.З., Щепащенко Д.Г., Нильсон С., Булуй Ю.И. Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии (нормативно-справочные материалы). М.: Рослесхоз, Международный институт прикладного системного анализа, 2008. 886 с.

  • Шерстюков А.Б. Описание массива суточных данных о температуре почвы на глубинах до 320 см по метеорологическим станциям Российской Федерации. URL: http://meteo.ru/data/164-soil-temperature (дата обращения 20.02.2020).

  • Chertov O., Komarov A., Shaw C., Bykhovets S., Frolov P., Shanin V., Grabarnik P., Priputina I., Zubkova E., Shashkov M. Romul_Hum—A model of soil organic matter formation coupling with soil biota activity. II. Parameterisation of the soil food web biota activity // Ecological Modelling. 2017a. V. 345. P. 125–139.

  • Chertov O., Shaw C., Shashkov M., Komarov A., Bykhovets S., Shanin V., Grabarnik P., Frolov P., Kalinina O., Priputina I., Zubkova E. Romul_Hum model of soil organic matter formation coupled with soil biota activity. III. Parameterisation of earthworm activity // Ecological Modelling, 2017b. V. 345. P. 140–149.

  • Ellenberg H., Weber H.E., Düll R., Wirth V., Werner W., Paulißen D. Zeigerwerte von Pflanzen in Mitteleuropa (Indicator values of plants in Central Europe) // Scripta Geobotanica. 1991. V. 18. Verlag Erich Goltze KG, Göttingen. 248 s.

  • Emmer I.M. Humus form and soil development during a primary succession of monoculture Pinus sylvestris on poor sandy substrates. Amsterdam: Annals of Forest Science, 1995. 135 p.

  • Frolov P., Shanin V., Zubkova E., Bykhovets S., Grabarnik P. CAMPUS-S – The model of ground layer vegetation populations in forest ecosystems and their contribution to the dynamics of carbon and nitrogen. I. Problem formulation and description of the model // Ecological Modelling. 2020a. V. 431. Article 109184. P. 1–12.

  • Frolov P., Zubkova E., Shanin V., Bykhovets S., Mäkipää R., Salemaa M. CAMPUS-S – The model of ground layer vegetation populations in forest ecosystems and their contribution to the dynamics of carbon and nitrogen. II. Parameterization, validation and simulation experiments // Ecological Modelling. 2020b. V. 431. Article 109183. P. 1–14.

  • Komarov A.S., Chertov O.G., Zudin S.L., Nadporozhskaya M.A., Mikhailov A.V., Bykhovets S.S., Zudina E.V., Zoubkova E.V. EFIMOD 2 – A model of growth and elements cycling of boreal forest ecosystems // Ecological Modelling. 2003. V. 170. P. 373–392.

  • Komarov A., Chertov O., Bykhovets S., Shaw C., Nadporozhskaya M., Frolov P., Shashkov M., Shanin V., Grabarnik P., Priputina I., Zubkova E. Romul_Hum model of soil organic matter formation coupled with soil biota activity. I. Problem formulation, model description, and testing // Ecological Modelling. 2017. V. 345. P. 113–124.

  • Mäkipää R. Response patterns of Vaccinium myrtillus and V. vitis-idaea along nutrient gradients in boreal forest // Journal of Vegetation Science, 1999. V. 10. № 1. P. 17–26.

  • Maslov A.A., Logofet D.O., Bilberry vs. cowberry in a Scots pine boreal forest: III Another forest, another method, and similar conclusions // Ecological Modelling. 2020. V. 431, Article 109193.

  • Mony C., Garbey M., Smaoui M., Benot M.L. Large scale parameter study of an individual-based model of clonal plant with volunteer computing // Ecological Modelling. 2011. V. 222. N. 4. P. 935–946.

  • Morris D.M., Kimmins J.P., Dan I., Duckert R. The use of soil organic matter as a criterion of the relative sustainability of forest management alternatives: A modeling approach using FORECAST // Forest Ecology & Management, 1997. V. 94. № 1–3. P. 61–78.

  • Oborny B., Mony C., Herben T. From virtual plants to real communities: a review of modelling clonal growth // Ecological Modelling. 2012. V. 234. P. 3–19.

  • Seidl R., Rammer W., Scheller R.M., Spies T.A. An individual-based process model to simulate landscape-scale forest ecosystem dynamics // Ecological Modelling. 2012. V. 231. P. 87–100.

  • Shanin V., Grabarnik P., Shashkov M., Ivanova N., Bykhovets S., Frolov P., Stamenov M. Crown asymmetry and niche segregation as an adaptation of trees to competition for light: conclusions from simulation experiments in mixed boreal stands // Mathematical & Computational Forestry & Natural-Resource Sciences. 2020. V. 12. № 1. P. 26–49.

  • Tuomi M., Rasinmäki J., Repo A., Vanhala P., Liski J. Soil carbon model Yasso07 graphical user interface // Environmental Modeling & Softwar. 2011. V. 26. № 11. P. 1358-1362.