УДК 615.32:615.07
DOI: https://doi.org/10.52540/2074-9457.2023.2.72
Г. Н. Бузук
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ МЕТОДОМ ИДЕАЛЬНОГО ИНДИКАТОРА С ПОМОЩЬЮ ОБЪЕДИНЕННЫХ ЕВРОПЕЙСКИХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ШКАЛ H. ELLENBERG
г. Витебск, Республика Беларусь
В настоящее время для оценки экологических условий местообитания растений, в том числе лекарственных, достаточно широко используются экологические шкалы, которые непрерывно дополняются и совершенствуются. Целью настоящей работы явилась апробация объединенных Европейских экологических шкал H. Ellenberg (ETIV – Ellenberg-type indicator values) для оценки экологического пространства фитоценозов методом идеального индикатора и невзвешенного среднего. Объектами исследования были растительность верхового (сосняк багульниковый) и низинного (сосняк осоковый) болот, а также различных типов сероольшаников. Проведенные расчеты показали близкую сходимость результатов, полученных методом невзвешенного среднего и методом идеального индикатора, а также отсутствие выхода расчетных результатов за пределы шкалы для «экстремальных» фитоценозов, каковыми являются фитоценозы болот, при использовании метода идеального индикатора. Помимо обосновоного ранее экологического индекса, предложен новый STRESS-индекс для характеристики уровня абиотического стресса, представляющий собой сумму модулей экологического индекса факторов среды. Использование непараметрической (kernel) регрессии позволяет выявить микрогруппировки растительности по градиенту фактора, например, трофности, увлажнения.
Ключевые слова: экологические шкалы, линейная регрессия, экологическое пространство, метод идеального индикатора, экологический индекс, STRESS-индекс, верховое и низинное болота, сероольшаники.
SUMMARY
G. N. Buzuk
DETERMINATION OF ECOLOGICAL ENVIRONMENT OF PLANT COENOSES BY THE IDEAL INDICATOR METHOD USING COMBINED EUROPEAN ECOLOGICAL ELLENBERG-TYPE INDICATOR VALUES
At present, ecological scales which are constantly supplemented and improved are widely used to assess ecological conditions of plant habitats including medicinal ones. The aim of this work was to test combined European ecological Ellenberg-type indicator values (ETIV – Ellenberg-type indicator values) to assess ecological environment of phytocenoses using the methods of ideal indicator and unweighed average. The objects of the study were vegetation of upland (wild rosemary pine forest) and lowland (sedge pine forest) swamps as well as various types of alder forests. The calculations made showed close convergence of the results obtained by the unweighed mean method and the ideal indicator method as well as the absence of the calculated results beyond the scale for “extreme” phytocenoses which are swamps phytocenoses when using the ideal indicator method. Besides the previously proposed ecological index a new STRESS-index has been proposed to characterize the level of abiotic stress which is the sum of the modules of the ecological index of environmental factors. The use of nonparametric (kernel) regression makes it possible to identify microgroupings of vegetation by the factor gradient, for example, trophicity, moisture and etc.
Keywords: ecological scales, linear regression, ecological environment, ideal indicator method, ecological index, STRESS-index, upland and lowland swamps, alder forests.
ЛИТЕРАТУРА
1. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову / Л. Г. Раменский [и др.]. – Москва: Гос. изд-во с.-х. лит., 1956. – 472 с.
2. Цыганов, Д. Н. Фитоиндикация экологических режимов в подзоне хвойно-широколиственных лесов / Д. Н. Цыганов. – Москва: Наука, 1983. – 196 с.
3. Didukh, Ya. P. The ecological scales for the species of Ukrainian flora and their use in synphytoindication / Ya. P. Didukh. – Kyiv: Phytosociocentre, 2011. – 176 p.
4. Indicator values of vascular plants / H. Ellenberg [et al.] // Indicator Values of Plants in Central Europe (German). – Göttingen: Erich Goltze, 2001. – P. 9–166.
5. Flora Indicativa: Ecological indicator Values and Biological attributes of the Flora of Switzerland and the Alps / E. Landolt [et al.]. – Bern: Haupt, 2010. – 230 p.
6. Цыганов, Д. Н. Экоморфы флоры хвойно-широколиственных лесов / Д. Н. Цыганов. – Москва: Наука, 1976. – 60 с.
7. Булохов, А. Д. Фитоиндикация и ее практическое применение / А. Д. Булохов. – Брянск: Изд-во Брянского гос. ун-та, 2004. – 245 с.
8. Пространственное варьирование показателей экологического состояния дерново-лесных почв Усманского бора / А. В. Белик [и др.] // Лесотехнический журн. – 2020. – Т. 10, № 3. – С. 5–15.
9. Литвинович, А. В. Пространственная неоднородность агрохимических показателей пахотных дерново-подзолистых почв / А. В. Литвинович // Агрохимия. – 2007. – № 5. – С. 89–94.
10. Медведев, В. В. Неоднородность агрохимических показателей почвы в пространстве и во времени / В. В. Медведев, А. И. Мельник // Агрохимия. – 2010. – № 1. – С. 20–26.
11. Рыжова, И. М. Пространственная вариабельность запасов органического углерода в почвах лесных и степных биогеоценозов / И. М. Рыжова, М. А. Подвезенная // Почвоведение. – 2008. – № 12. – С. 1429–1437.
12. Карпачевский, Л. О. Пестрота почвенного покрова в лесном биогеоценозе / Л. О. Карпачевский. – Москва: Изд-во Моск. ун-та, 1977. – 312 с.
13. Карпачевский, Л. О. Динамика свойств почвы / Л. О. Карпачевский. – Москва: ГЕОС, 1997. – 170 с.
14. Березин, Л. В. Лесное почвоведение / Л. В. Березин, Л. О. Карпачевский. – Омск: Омский гос. аграрный ун-т, 2009. – 360 c.
15. Почвенно-биогеоценотические исследования в лесных биогеоценозах / Л. О. Карпачевский [и др.]. – Москва: Изд-во Моск ун-та, 1980. – 160 с.
16. Зверев, А. А. Методические аспекты применения фитоиндикационного анализа в изучении биоразнообразия / А. А. Зверев // Сибирский эколог. журн. – 2020. – Т. 27, № 4. – С. 401–415.
17. Бузук, Г. Н. Экологические шкалы Л. Г. Раменского: новые возможности // Разнообразие растит. мира. – 2018. – № 1. – С. 37–43.
18. Верификация балловых оценок местообитания по некоторым параметрам среды / Л. Б. Заугольнова [и др.] // Лесоведение. – 1998. – № 5. – С. 48–58.
19. Бузук, Г. Н. Фитоиндикация: применение регрессионного анализа / Г. Н. Бузук, О. В. Созинов // Вестн. фармации. – 2007. – № 3. – С. 44–50.
20. Бузук, Г. Н. Регрессионный анализ в фитоиндикации (на примере экологических шкал Д. Н. Цыганова) / Г. Н. Бузук, О. В. Созинов // Ботаника (исследования): сб. науч. трудов / Ин-т эксперимент. бот. НАН Беларуси. – Минск: Право и экономика, 2009. – Вып. 37. – С. 356–362.
21. Бузук, Г. Н. Комплексный способ расчета режимов экологических факторов среды (экологического пространства) растительных сообществ для амплитудных экологических шкал // Вестн. фармации. – 2021. – № 2. – С. 48–58.
22. Применение β-функции в фитоиндикации для учета асимметрии кривых отклика видов растений / А. В. Жуков [и др.] // Acta Biologica Sibirica. – 2018. – Т. 4, № 2. – P. 32–46.
23. Бузук, Г. Н. Фитоиндикация с применением экологических шкал и регрессионного анализа: сравнение методик расчета / Г. Н. Бузук // Вестн. фармации. – 2018. – № 4. – С. 38–43.
24. Ellenberg type indicator values for European vascular plant species / Tichý L. [et al.] // J. of Vegetation Science. – 2023. – Vol. 34, N 1. – P. e13168.
25. Ханина, Л. Г. Характеристика экологических шкал [Электронный ресурс] / Л. Г. Ханина // Ценофонд лесов Европейской России: сайт. – Режим доступа: http://mfd.cepl.rssi.ru/flora/ecoscale.htm. – Дата доступа: 05.05.2023.
26. Ловчий, Н. Ф. Кадастр типов сосновых лесов Белорусского Поозерья / Н. Ф. Ловчий, А. В.Пучило, В. Д. Гуцевич. – Минск: Беларус. навука, 2009. – 194 с.
27. Ловчий, Н. Ф. Кадастр типов сосновых лесов Белорусского Полесья / Н. Ф. Ловчий; науч. ред. В. И. Парфенов; Науч.-практ. центр НАН Беларуси по биоресурсам, Нац. акад. наук Беларуси, Ин-т эксперимент. ботаники им. В. Ф. Купревича. – Минск: Беларус. навука, 2012. – 221 с.
28. Бузук, Г. Н. Лимитирующие факторы для фитоценозов: технология оценки (на примере сосновых лесов центральной Беларуси) / Г. Н. Бузук, О. В. Созинов, Р. В. Цвирко // Социально-экологические технологии. – 2017. – № 1. – С. 27–40.
29. Бузук, Г. Н. Фитоиндикация с применением экологических шкал и регрессионного анализа: экологический индекс / Г. Н. Бузук // Вестн. фармации. – 2017. – № 2. – С. 31–37.
30. Бузук, Г. Н. Определение трофности почв электрофизическим методом. Сообще-ние 5. Полевые испытания / Г. Н. Бузук // Вестн. фармации. – 2022. – № 2. – С. 65–76.
31. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение / О. Л. Лисс [и др.] ; под ред. В. Б. Куваева. – Тула: Гриф и К, 2001. – 584 с.
32. Боч, М. С. Экосистемы болот СССР / М. С. Боч, В. В. Мазинг. – Ленинград: Наука, 1979. – 188 с.
33. Community assembly theory as a framework for biological invasions / D. E. Pearson [et al.] // Trends in Ecology & Evolution. – 2018. – Vol. 33, N 5. – P. 313–325.
34. Boinot, S. Influence of within-field understory vegetation strips on plant and invertebrate communities in alley cropping agroforestry systems: dissertation / S. Boinot. – Montpellier: SupAgro, 2019. – 170 p.
35. Plant secondary metabolite diversity reflects both phylogeny and ecological adaptation / S. Pierce [et al.] // bioRxiv. – 2021.
36. Winkel-Shirley, B. Biosynthesis of flavonoids and effects of stress / B. Winkel-Shirley // Current opinion in plant biology. – 2002. – Vol. 5, N 3. – P. 218–223.
37. Bhattacharyya, P. Medicinal Plants Metabolomics in Response to Abiotic Stresses / P. Bhattacharyya, A. Ghosh // Medicinal Plants: Their Response to Abiotic Stress / ed.: A. Husen, M. Iqbal. – Singapore: Springer Nature Singapore, 2023. – P. 109–125.
38. Gershenzon, J. Changes in the levels of plant secondary metabolites under water and nutrient stress / J. Gershenzon // Phytochemical adaptations to stress / ed.: B. N. Timmermann, C. Steelink, F. A. Loewus. – New-York: Springer,1984. – P. 273–320.
39. Otýpková, Z. The influence of sample plot size on evaluations with Ellenberg indicator values / Z. Otýpková // Biologia. – 2009. – Vol. 64, N 6. – P. 1123–1128.
40. Optimizing the bioindication of forest soil acidity, nitrogen and mineral nutrition using plant species / P. E. Pinto [et al.] // Ecological Indicators. – 2016. – Vol. 71. – P. 359–367.
REFERENCES
1. Ramenskii LG, Tsatsenkin IA, Chizhikov ON, Antipin NA. Ecological assessment of fodder lands by vegetation cover. Moskva, RF: Gos izd-vo s-kh lit; 1956. 472 s. (In Russ.)
2. Tsyganov DN. Phytoindication of ecological regimes in the subzone of coniferous-deciduous forests. Moskva, RF: Nauka; 1983. 196 s. (In Russ.)
3. Didukh YaP. The ecological scales for the species of Ukrainian flora and their use in synphytoindication. Kyiv, Ukraine: Phytosociocentre; 2011. 176 p. (English)
4. Ellenberg H, Weber HE, Düll R, Wirth V, Werner W. Indicator values of vascular plants. In: Indicator Values of Plants in Central Europe (German). Göttingen, Germany: Erich Goltze; 2001. p. 9-166
5. Landolt E, Baumler B, Erhardt A, Klotzli FA, Lammler W et al. Flora Indicativa: Ecological indicator Values and Biological attributes of the Flora of Switzerland and the Alps. Bern, Germany: Haupt; 2010. 230 p
6. Tsyganov DN. Ecomorphs of the flora of coniferous-deciduous forests. Moskva, RF: Nauka; 1976. 60 s. (In Russ.)
7. Bulokhov AD. Phytoindication and its practical application. Briansk, RF: Izd-vo Brianskogo gos un-ta; 2004. 245 s. (In Russ.)
8. Belik AV, Gorbunova IuS, Deviatova TA, Alaeva LA. Spatial variation of indicators of the ecological state of soddy forest soils in the Usmanskiy pine forest. Lesotekhnicheskii zhurn. 2020;10(3):5–15. doi: 10.34220/issn.2222-7962/2020.3/1. (In Russ.)
9. Litvinovich AV. Spatial heterogeneity of agrochemical parameters of arable sod-podzolic soils. Agrokhimiia. 2007;(5):89–94. (In Russ.)
10. Medvedev VV, Mel’nik AI. Heterogeneity of soil agrochemical indicators in space and time. Agrokhimiia. 2010;(1):20–6. (In Russ.)
11. Ryzhova IM, Podvezennaia MA. Spatial variability of organic carbon stocks in soils of forest and steppe biogeocenoses. Pochvovedenie. 2008;(12):1429–37. (In Russ.)
12. Karpachevskii LO. Diversity of soil cover in forest biogeocenosis. Moskva, RF: Izd-vo Mosk un-ta; 1977. 312 s. (In Russ.)
13. Karpachevskii LO. Dinamika svoistv pochvy. Moskva, RF: GEOS; 1997. 170 s. (In Russ.)
14. Berezin LV, Karpachevskii LO. Forest soil science. Omsk, RF: Omskii gos agrarnyi un-t; 2009. 360 s. (In Russ.)
15. Karpachevskii LO, Voronin AD, Dmitriev EA, Stroganova MN, Shoba SA. Soil biogeocenotic studies in forest biogeocenoses. Moskva, RF: Izd-vo Mosk un-ta; 1980. 160 s. (In Russ.)
16. Zverev AA. Methodological aspects of the application of phytoindication analysis in the study of biodiversity. Sibirskii ekolog zhurn. 2020;27(4):401-15. doi: 10.15372/SEJ20200401. (In Russ.)
17. Buzuk GN. Ecological scales of L. G. Ramensky: new opportunities. Raznoobrazie rastit mira. 2018;(1):37–43. (In Russ.)
18. Zaugol’nova LB, Bykhovets SS, Barinov OG, Barinova MA. Verification of habitat scores for some environmental parameters. Lesovedenie. 1998;(5):48–58. (In Russ.)
19. Buzuk GN, Sozinov OV. Phytoindication: Application of Regression Analysis. Vestn farmatsii. 2007;(3):44-50. (In Russ.)
20. Buzuk GN, Sozinov OV. Regression analysis in phytoindication (on the example of ecological scales of D.N. Tsyganov). V: Institut eksperimental’noi botaniki NAN Belarusi. Botanika (issledovaniia). Sb nauch trudov. Minsk, RB: Pravo i ekonomika; 2009. Vyp 37. s. 356-62. (In Russ.)
21. Buzuk GN. A complex method for calculating the regimes of ecological factors of the environment (ecological space) of plant communities for amplitude ecological scales. Vestn farmatsii. 2021;(2):48–58. doi: 10.52540/2074-9457.2021.2.48. (In Russ.)
22. Zhukov AV, Kunakh ON, Dubinina IuIu, Ganzha DS. Application of the β-function in phytoindication to take into account the asymmetry of the response curves of plant species. Acta Biol Sib. 2018;4(2):32–46. doi: 10.14258/abs.v4i2.4121. (In Russ.)
23. Buzuk GN. Phytoindication using ecological scales and regression analysis: comparison of calculation methods. Vestn farmatsii. 2018;(4):38–43. (In Russ.)
24. Tichý L, Axmanová I, Dengler J, Guarino R, Jansen F, Midolo G et al. Ellenberg type indicator values for European vascular plant species. J Veg Sci. 2023;34(1):e13168. doi: 10.1111/jvs.13168
25. Khanina LG. Characteristics of environmental scales [Elektronnyi resurs]. Tsenofond lesov Evropeiskoi Rossii: sait. Rezhim dostupa: http://mfd.cepl.rssi.ru/flora/ecoscale.htm. – Data dostupa: 05.05.2023. (In Russ.)
26. Lovchii NF, Puchilo AV, Gutsevich VD. Cadastre of types of pine forests of the Belarusian Lakeland. Minsk, RB: Belarus navuka; 2009. 194 s. (In Russ.)
27. Lovchii NF; Nauchno-prakticheskii tsentr NAN Belarusi po bioresursam, Natsional’naia akademiia nauk Belarusi, Institut eksperimental’noi botaniki im VF Kuprevicha. Cadastre of pine forest types in Belarusian Polissya. Parfenov VI, redactor. Minsk, RB: Belarus navuka. 2012. 221 s. (In Russ.)
28. Buzuk GN, Sozinov OV, Tsvirko RV. Limiting factors for phytocenoses: assessment technology (on the example of pine forests in central Belarus). Sotsial’no-ekologicheskie tekhnologii. 2017;(1):27–40. (In Russ.)
29. Buzuk GN. Phytoindication using ecological scales and regression analysis: ecological index. Vestn farmatsii. 2017;(2):31–7. (In Russ.)
30. Buzuk GN. Determination of soil trophicity by electrophysical method. Message 5. Field trials. Vestn farmatsii. 2022;(2):65–76. doi:10.52540/2074-9457.2022.2.65. (In Russ.)
31. Liss OL, Abramova LI, Avetov NA, Berezina NA, Inisheva LI, Kurnishkova TV i dr. Bog systems of Western Siberia and their conservation value. Kuvaev VB, redactor. Tula, RF: Grif i K; 2001. 584 s. (In Russ.)
32. Boch MS, Mazing VV. Ecosystems of swamps of the USSR. Leningrad, RF: Nauka; 1979. 188 s. (In Russ.)
33. Pearson DE, Ortega YK, Eren Ö, Hierro JL. Community assembly theory as a framework for biological invasions. Trends Ecol Evol. 2018;33(5):313–25. doi: 10.1016/j.tree.2018.03.002. (In Russ.)
34. Boinot S. Influence of within-field understory vegetation strips on plant and invertebrate communities in alley cropping agroforestry systems [dissertation]. Montpellier, France: SupAgro; 2019. 170 p
35. Pierce S, Guo WY, Cerabolini BEL, Negreiros D, Faoro F, Magoga G et al. Plant secondary metabolite diversity reflects both phylogeny and ecological adaptation. bioRxiv. 2021
36. Winkel-Shirley B. Biosynthesis of flavonoids and effects of stress. Curr Opin Plant Biol. 2002;5(3):218–23. doi: 10.1016/s1369-5266(02)00256-x
37. Bhattacharyya P, Ghosh A. Medicinal Plants Metabolomics in Response to Abiotic Stresses. In: Husen A, Iqbal M, editors. Medicinal Plants: Their Response to Abiotic Stress. Singapore: Springer Nature Singapore; 2023. p. 109–25
38. Gershenzon J. Changes in the levels of plant secondary metabolites under water and nutrient stress. In: Timmermann BN, Steelink C, Loewus FA, editors. Phytochemical adaptations to stress. New-York, USA: Springer;1984. p. 273-320
39. Otýpková Z. The influence of sample plot size on evaluations with Ellenberg indicator values. Biologia. 2009;64(6):1123–28. doi: 10.2478/s11756-009-0184-6
40. Pinto PE, Dupouey JL, Herve JC, Legay M, Wurpillot S, Montpied P et al. Optimizing the bioindication of forest soil acidity, nitrogen and mineral nutrition using plant species. Ecol Indic. 2016;71:359–67. doi: 10.1016/j.ecolind.2016.05.047
Адрес для корреспонденции:
г. Витебск, Республика Беларусь,
тел. +375-29-715-08-38,
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.,
профессор, доктор фармацевтических наук,
Бузук Г. Н.
Поступила 22.05.2023 г.