|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ПсковГУ |
||
Функциональные механизмы современной динамики высокогорных экосистем КавказаНИР
Functional mechanisms of modern dynamics of alpine ecosystems, the Caucasus
- Руководитель НИР: Онипченко В.Г.
- Ответственные исполнители: Ахметжанова А.А., Елумеева Т.Г., Хомутовский М.И.
- Участники НИР: Валяев Д.А., Варыбок С.Д., Жиров И.А., Кадулин М.С., Ломако С.Д., Софронов Ю.В.
- Подразделение: Кафедра экологии и географии растений
- Срок исполнения: 28 мая 2025 г. - 31 декабря 2027 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 25-14-00032
- Номер ЦИТИС: 125102912288-5
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Общая биология и экология
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству
- ПН России: Рациональное природопользование
- Направление технологического прорыва России: Стратегические информационные технологии
- Критическая технология России: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
-
Рубрики ГРНТИ:
- 34.29.01 Общие вопросы
- 34.29.35 Растительность. Фитоценология
- 34.35.15 Организм и среда
- 34.35.25 Биоценозы. Экосистемы
- 34.35.51 Антропогенные воздействия на экосистемы
- Классификатор OECD: Сохранение биологического разнообразия, Науки о растениях, Экология
-
Ключевые слова:
эндофиты, альпийские растительные сообщества, функциональные признаки, полевые эксперименты, глобальные изменения климата, альпийские почвы, элементы минерального питания, флуктуации, климатические факторы, пересадки, cукцессии, демутации
fluctuations, soil nutrients, transplantation, field experiments, climatic factors, irrigation, global change, alpine plant communities, alpine soils, demutation, functional traits, succession, endophytes -
Описание:
На примере альпийских сообществ четырех типов в высокогорьях Российского Кавказа выявить функциональные механизмы изменения их состава и структуры в среднесрочной перспективе (39-45 лет).
-
Abstract:
The mechanisms of formation and change in the composition and structure of modern plant communities are a priority area of fundamental research in ecology. It is very relevant in connection with the catastrophic modern processes of destruction of natural communities and the urgency of developing measures for their protection and restoration. Using the example of alpine communities of four types in the highlands of the Russian Caucasus, we set the task of identifying the functional mechanisms of changes in their composition and structure in the medium term (39-45 years). It is intended to test several main hypotheses: 1. The dynamics of plant communities in the region are mainly determined by the superposition of climate change processes and slow recovery (demutation) after the cessation of grazing (80 years ago). 2. In modern conditions, the role of species with functional characteristics of a competitive (violent) strategy is gradually increasing and the participation of stress-tolerants (patients) is decreasing. 3. Short-term cyclical dynamics are weakly expressed in high mountain conditions due to significant delays in the response of plants to climatic fluctuations. 4. The composition of the endophytic microbial population (prokaryotes and fungi) of leaves has a significant impact on the dynamics of alpine plant species. 5. Changes in the availability of mineral nutrition elements in soils radically change the composition of communities and the dynamic processes in them. The research is based on the analysis of 4 data sets: 1) long-term series of annual observations on the number of vegetative and generative shoots of all (more than 50) species of vascular plants on permanent sites (38-45 years, more than 500 permanent sites established in 1980-87. 2) experimental plant transplantations between the studied communities (36 years) and observations of the overgrowth of disturbed areas, long-term experiments soil resource limitation experiments 3). internal dynamics factors - functional characteristics of plant leaves and roots, intensity of mycorrhizal infection, composition of leaf microbiomes. 4). external dynamics factors, climatic factors (own observations in the alpine zone and data from the nearest weather station), level of availability of soil resources, history of disturbances, population dynamics of the main groups of phytophages (shrub voles and orthoptera - 20-year series of observations). The research methodology includes a combination of field observations and experiments, laboratory analyzes and modern methods of statistical analysis of time series (autocorrelation), as well as correlation, regression, variance and multivariate data analysis. For the first time in science, a comprehensive approach to studying the dynamics of plant communities is proposed, including long-term observational series, field experiments, environmental factors and functional traits of the plants themselves, including molecular genetic analysis of their endophytes. As a result of the project, the hypotheses discussed above should be tested, factors and mechanisms of modern dynamics of alpine communities should be identified, and a qualitative forecast of further changes in these communities should be obtained.
-
Планируемые результаты:
В результате выполнения проекта будут получены уникальные результаты, отвечающие на фундаментальный вопрос современной экологии о механизмах изменений растительных сообществ, их состава и структуры, о роли биотических и абиотических факторов в этом изменении, о сочетании внешних и внутриценотических факторов и составлен качественный прогноз динамики естественных растительных сообществ высокогорий Кавказа в будущем. Высокий международный уровень исследований связан с использованием наиболее современных подходов (анализ функциональных признаков, молекулярно-генетические методы) и подтверждается значительным числом публикаций коллектива в ведущих мировых журналах (включая публикации Q1 по экологии и ботанике). Результаты могут быть использованы для планирования рационального природопользования и предотвращения экологических катастроф.
-
Научный задел:
Накоплены данные по ежегодным наблюдениям за численностью вегетативных и генеративных побегов всех (более 50) видов сосудистых растений на постоянных площадках (39-45 лет, более 500 постоянных площадок, заложенных в 1980-87 гг. Получена информация по экспериментам с экспериментальными трансплантациями (36 лет) растений между изучаемыми сообществами и наблюдениям над зарастанием участков нарушений), а также эксперименты с ресурсным лимитированием. Собран материал по внутренним факторам динамики - функциональные признаки листьев и корней растений, интенсивность микоризной инфекции, состав микробиомов листьев. Также получены данные по внешним факторам динамики: климатические факторы (собственные наблюдения в альпийском поясе и данные ближайшей метеостанции), уровень доступности почвенных ресурсов, история нарушений, динамика численности основных групп фитофагов (кустарниковые полевки и прямокрылые - 20-летние ряды наблюдений).
- Добавил в систему: Хомутовский Максим Игоревич
Источник финансирования НИР
| грант РНФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 28 мая 2025 г.-31 декабря 2025 г. | Функциональным механизмам современной динамики высокогорных экосистем Кавказа |
| Результаты этапа: Осуществлен анализ литературы по современной динамике растительных сообществ холодных биомов, который показал разнонаправленную динамику в последние десятилетия. В частности, изучение текущих публикаций показало: высокую стабильность мохового покрова в Швейцарских Альпах за 2001-2022 годы, при этом для эпигейных лишайников отмечается увеличение покрытия на нижнеальпийской вершине и увеличение разнообразия в верхней части альпийского и в субнивальном поясе (de la Iglesia et al., 2024); в горах Центральной Норвегии с 2001 по 2022 год таксономическое богатство было весьма стабильным на фоне увеличения филогенетического богатства в среднем на 7,5% за десятилетие (Vanneste et al., 2024); на постоянных площадках травяных сообществ в Бургундии (Франция) в течение 12 лет отмечается снижение видового богатства и разнообразия (Buron et al., 2024); в субантарктических сообществах на острове Марион в интервале 1965-2020 годов отмечено увеличение покрытия растений за счет видов-генералистов, а участие специализированных тундровых видов не изменилось (van der Merwe et al., 2024); на альпийских лугах с доминированием Carex curvula в Южных Альпах (Италия) за период 2017-2022 гг. не отмечены изменения участия доминантов – Carex curvula и Alchemilla pentaphyllea, при этом снижалось покрытие растений долгоснежных местообитаний (Forte et al., 2024); в субальпийских растительных сообществах юго-западных Альп (Франция) за последние десятилетия отмечено небольшое увеличение участия кустарничков и видов высокотравья, сильное снижение участия низких видов трав, общее снижение видового богатства (Michalet et al., 2024a), а также тренд снижения видового богатства в связи с уменьшением времени залегания снега и усиления роли кустарничков (Michalet et al., 2024б) и т.п. Получены данные по естественной динамике альпийских сообществ 4х типов (500 площадок), результатам экспериментов с пересадками участков сообществ (160 площадок), итоговой оценке участия видов в экспериментах с обогащением почвы элементами минерального питания (96 площадок). Выявлены виды, увеличивающие и уменьшающие свое участие в составе сообществ за последние 30-35 лет. Проведены полевые исследования естественной динамики альпийских сообществ 4х типов (500 площадок), экспериментов с пересадками участков сообществ (160 площадок), осуществлена итоговая оценке участия (встречаемости видов в ячейках 10 х 10 см в экспериментах с обогащением почвы элементами минерального питания (96 площадок, всего 21600 ячеек). Полученные данные находятся в стадии обработки. За отчетный период дополнительно исследованы функциональные признаки листьев у 24 видов (влажная и сухая масса листа, площадь листа) и вегетативной высоты растений у 41 вида. Кроме того, дополнительно проанализировано изменение массы листьев у бобовых растений 4х видов альпийского пояса в связи с процессами реутилизации элементов минерального питания в процессе их осеннего отмирания (всего 400 листьев за 2 сезона). Отмечена повышенная реутилизация азота из отмирающих листьев Trifolium polyphyllum (не фиксирующий азот вид) по сравнению с другими видами бобовых альпийского пояса. Проведены метеонаблюдения в летний период за температурой воздуха и почвы, осадкам, влажности воздуха и почвы, скорости ветра и солнечной радиации на альпийской лишайниковой пустоши, а также круглогодичные наблюдения за динамикой температуры почвы у поверхности и на глубине 10 см. по 4м сообществам альпийского пояса в Тебердинском национальном парке. Проведен учет численности мелких млекопитающих и прямокрылых насекомых на постоянных трансектах в альпийском поясе Тебердинского национального парка. Отмечена относительно низкая численность Microtus majori в отчетном году. Наиболее важные результаты получены по влиянию внесения элементов минерального питания на колебания численности генеративных побегов. Для альпийской лишайниковой пустоши показано, что вносимые элементы минерального питания (ЭМП - N, P, Ca, а также полив - Н2О) не лимитируют генеративное размножение растений. Общая численность генеративных побегов не увеличивалась на всем промежутке времени, а на вариантах P и H2O - уменьшалась в сравнении с контролем. Длительное (26 лет) внесение больших доз ЭМП не увеличивало числа видов, образующих генеративные побеги, а на вариантах N, P, NP - снижало. Показана важность кальция, как единственного элемента с сугубо положительным воздействием на семенное размножение видов альпийских пустошей, а также вызывающего краткосрочное повышение общей численности генеративных побегов в сообществе. Реакция отдельных видов была индивидуальна: на варианте с N отмечена положительная реакция у видов с более выраженной стресс-толерантной стратегией: Arenaria lychnidea, Carex spp. и отрицательная у Oxytropis kubanensis и Antennaria dioica; внесение P положительно влияло на численность генеративных побегов Festuca ovina и Carex umbrosa, отрицательно на Oxytropis kubanensis и Alchemilla caucasica; на варианте с NP у Festuca ovina и Carex umbrosa отмечена положительная динамика, а у Carum caucasicum, Campanula tridentata и Euphrasia ossica – отрицательная; на Ca-варианте наблюдался сугубо положительный отклик у Eritrichium caucasicum, Campanula collina и Ranunculus oreophilus; H2O-вариант значимого влияния на численность генеративных побегов не показал. Как инертные к внесению ЭМП можно отметить Aster alpinus, Minuartia circassica, Gentiana aquatica. Уникальной и показательной является резкая и устойчивая положительная реакция на N-варианте у неазотфиксирующего бобового Trifolium polyphyllum. Полученные данные также позволили провести уникальное сравнение роли климатических и почвенных факторов в динамике генеративных побегов растений альпийской пустоши. Выявлено, что оба рассмотренных фактора: повышение доступности почвенных ресурсов и климатические колебания влияют на численность генеративных побегов всех видов альпийских лишайниковых пустошей, при этом роль климатического фактора оказалась выше по сравнению с почвенными факторами: первый фактор в среднем на 20% определяет варьирование численности, а второй - на 14%. У 60% видов наблюдалось взаимодействие факторов, что доказывает значимое воздействие климата на уровень элементов минерального питания в почве. Снятие лимитирования почвенными ресурсами усиливает синхронизирующее влияние климата. Это косвенно подтверждает значительную роль естественной динамики почвенных ресурсов для формирования генеративных побегов альпийских растений. Нами обработаны данные по изменению вклада CSR стратегий Ф.Грайма при долговрененном обогащении почвы альпийских сообществ ЭМП. Выраженность CSR стратегий растений меняется в зависимости от условий среды. На 8-ой год эксперимента исследованы параметры листьев альпийских растений в сообществах 4 типов: альпийские лишайниковые пустоши, пестроовсяницевые луга, гераниево-копеечниковые луга и альпийские ковры (по 4 вида на сообщество). На базе изучения функциональных признаков листьев этих растений количественно оценен вклад CSR стратегий Грайма. Подтверждена общая закономерность усиления вклада конкурентной стратегии при обогащении почвы элементами минерального питания. Это усиление было сильнее выражено в исходно низкопродуктивных сообществах (альпийских лишайниковых пустошах и альпийских коврах) в сравнении с более продуктивными альпийскими лугами. Обогащение почвы доступными формами азота и фосфора вызвало большее усиление вклада конкурентной стратегии по сравнению с известкованием, хотя направления изменений стратегий были сходны на обоих вариантах. | ||
| 2 | 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. | Функциональные механизмы современной динамики высокогорных экосистем Кавказа |
| Результаты этапа: - | ||
| 3 | 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. | Функциональные механизмы современной динамики высокогорных экосистем Кавказа |
| Результаты этапа: - | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".