Микологический мониторинг состояния парка – усадьбы Бакуниных

Муниципальное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №1

ЗАТО Озерный

Тверская область

Микологический мониторинг

состояния парка – усадьбы Бакуниных.

                               Выполнил: Тимофеева Екатерина Сергеевна, обучающаяся 11а кл.

                            Руководитель: Марченкова Ирина Сергеевна, учитель биологии

с.Прямухино

Кувшиновский район

Тверская область

2010 год

Введение.

  Работа проводилась в парке с.Прямухино, основанном в 1811 году дворянской династией Бакуниных.

Территория, непосредственно прилегающая к усадебным постройкам, занимает речной склон (р.Осуга) и из-за большого числа родников и неорганизованностью склонов, была заболоченной.

  После покупки  усадьбы М.А.Бакуниным начинается ее активное обустройство. Особенно много внимания Александр Михайлович уделял благоустройству парка. Он сажал в парке клены, пихты, дубы, липы, березы, вязы и многие другие растения.

  В лощинах и оврагах между холмами насыпали плотины и  с помощью родниковых вод создавались каскады прудов (4). К сожалению, большинство из них в настоящее время находится в нарушенном состоянии  и, как следствие, территория парка подвержена излишнему влиянию влаги.

  Сам парк является искусственной экосистемой. В нем присутствуют разнообразные виды неморальной растительности. В парке и по сей день сохранилось более 4500 деревьев  22 видов.

  Однако на протяжении последних десятилетий за парком не осуществлялся должный уход, последние исследования, проведенные в 60-х годах, к сожалению, были утеряны. Прямухинский парк  является историческим и культурным наследием Тверской области, вследствие чего  мы посчитали  необходимым провести микологический мониторинг его состояния. В ходе исследования мы поставили следующую  

цель:

Проведение микологического мониторинга состояния парка с.Прямухино.

Задачи:

1. Изучить видовой состав трутовых грибов.
2. Провести анализ видового состава трутовых грибов по:

1. доминированию в сообществе;
2. типу питания;
3. устойчивости к антропогенному влиянию.

3. Изучить сезонную динамику микобиоты трутовых грибов
4. Определить степень сохранности биоценоза.

В ходе работы мы выдвинули следующую гипотезу:

Парк с.Прямухино является эталонным.

Литературный обзор.

  Необходимость оценки видового состава древоразрушающих грибов при диагностике экологического состояния лесных экосистем отмечалась рядом исследователей.

  Под трутовиками традиционно понимают группу дереворазрушающих грибов с трубчатым или производным от трубчатого гименофора. Они играют  в лесных экосистемах важнейшую роль санитаров, обеспечивая быструю и качественную минерализацию древесных остатков, ведущую,  в конечном итоге, к образованию лесных почв (3, стр.16).

  Как и представители других групп живых организмов, трутовые грибы по-разному реагируют на антропогенные изменения биогеоценозов. Встречаемость и обилие большинства видов трутовых грибов находятся в непосредственной зависимости от антропогенных факторов (3, стр.151-150). Однако, как утверждает Медведев А.Г., степень пораженности древостоев патогенными трутовиками не может служить биоиндикационным методом, а фаутность коренных лесов Тверской области определяется, главным образом, возрастом древостоя.

  Среди параметров, в значительной степени определяемых факторами окружающей среды, следует выделить (3, стр.151):

• Видовое разнообразие трутовиков
• Концентрацию доминирования в их сообществах
• Соотношение видов с разной степенью субстратной специализации
• Соотношение одновидовых и многовидовых ценоячеек.

  Таким образом, сообщества трутовых грибов могут использоваться для неспецифической косвенной биоиндикации изменений лесных экосистем. Важным фактом является и то, что трутовые грибы в отличие от других экологических групп, демонстрируют наибольшее постоянство базидиом в течение вегетационного периода. Кроме того, к достоинствам данного биоиндикационного метода следует отнести то, что он позволяет выявлять негативные тенденции в фитоценозах на ранних этапах, до появления катастрофических изменений в экосистеме.

Методика исследования (по Медведеву А.Г.).

  Материалом для настоящей работы послужили исследования, проведенные в 2007 году в парке с.Прямухино Кувшиновского района.

  Учет велся на произвольном маршруте, длина которого определялась набором не менее 50 отдельных древесных субстратов, заселенных грибами. За учетную единицу вида при оценке его обилия принималась единица субстрата с базидиомами ¹: отдельный древесный организм, живой или погибший. Все образцы гербаризировались для последующего определения в камеральных условиях (с обязательным  присваиванием  порядного номера).

  В ходе учета обследовались все древесные субстраты при движении по маршруту в двухметровой полосе учета. В рабочей таблице фиксировались:

• порядковый номер находки
• число находок каждого вида трутового гриба
• состояние субстрата (живое или мертвое)
• тип субстрата
• количество многовидовых ценоячеек ²

  Обследование субстрата велось с регистрацией вида  последовательно от  комлевой части к вершине (3, стр.21. 1, стр.3).

 Определение образцов велось по Медведеву А.Г. (2) , уточнение рабочей таблицы и ее оформление  в чистовом варианте.

 Для комплексного микологического мониторинга  необходим расчет ряда индексов, отражающих экологическое состояние биоценоза (числовые данные индекса Симпсона округлялись до тысячных значений, других индексов – до сотых).

 Расчет концентрации доминирования в сообществе трутовых грибов (по Симпсону).

   Отклонение индекса Симпсона от его значений, рассчитанных для ненарушенных сообществ, может служить критерием оценки степени изменений лесных экосистем, вызванных антропогенным воздействием (1, стр.4).

  Эталонные значения концентрации доминирования  в ненарушенных и сильно нарушенных ассоциациях были взяты из работ А.Г.Медведева (3, стр.167, таблица 11).

Где С – индекс Симпсона; n i - число единиц субстрата, на которых обнаружен конкретный вид; N - общее число единиц субстрата в исследуемом сообществе, на которых были обнаружены трутовые грибы;   n - общее число видов трутовиков на анализируемой площадке.

Расчет индекса нарушенности биоценоза Н1 (по С).

  Данный индекс используется для сравнительной оценки разных типов леса (1,стр.4) и имеет особый статус, так как основывается на анализе состава трутовых грибов.

Где Ci – индекс Симпсона, рассчитанный исследователем для изучаемого сообщества; С(естеств.) – индекс Симпсона, эмпирически установленный для ненарушенных лесов данного типа (табличные данные): С (дигрес.) – индекс Симпсона, эмпирически рассчитанный для сильно нарушенных лесов (табличные данные1, стр.5).

Базидиомы1  - плодовые тела базидиальных грибов.

Ценоячейка2 – каждый изолированный древесный субстрат (пень, сухостойное дерево, валежная ветка и т.п.)

Расчет индекса нарушенности леса по соотношению одновидовых и многовидовых ценоячеек трутовиков Н2.

  В лесах микоценоячейки в конкретный момент времени чаще всего включает только один вид трутовых грибов. При неблагоприятных условиях ценоячейки приобретают экологическую замкнутость, препятствующую внедрению в нее новых членов, таким образом, можно ожидать, что доля микоценоячеек (Р), содержащих два и более вида трутовых грибов, будет служить индикатором изменений в лесных экосистемах (3, стр.168-169).

Где Рi – доля многовидовых ценоячеек, рассчитанная для изучаемого сообщества; Р(естестве.) – доля многовидовых ценоячеек в ненарушенных лесах данного типа; Р(дигрес.) –доля многовидовых ценоячеек в сильно нарушенных лесах(последние два значения берутся из1, стр.6).

Расчет индекса синантропизации сообщества  Is  .

  Трутовые грибы по-разному реагируют на повышенную нагрузку. Одни виды исчезают из нарушенных экосистем, другие виды, наоборот, увеличивают свою численность.  Медведев А.Г. подразделяет трутовые грибы по отношению к антропогенным факторам на 5 групп (3, стр.151-156. 1, стр.7-8).

Для любого лесного сообщества можно рассчитать индекс синантропизации сообщества.

Где Is – индекс синантропизации сообщества; ki – порядковый номер группы; ai  - число находок трутовых грибов из данной группы; N -  общее число находок трутовиков на исследуемой территории.

Расчет индекса нарушенности биоценоза (Н3) по индексу синантропизации ( Is ).

  Эталонные значения брались из результатов исследований Медведева А.Г. (1. стр.8).

Где Is –  индекс синантропизации, рассчитанный нами; Is (естеств.) – индекс синантропизации в эталонных экосистемах; Is(дигрес.) – индекс синантропизации для сильно нарушенных лесов.

Расчет индекса тождественности ненарушенным лесам Н.

  Каждый из рассчитанных нами индексов нарушенности биоценоза в разной степени зависит от антропогенных воздействий и абиотических факторов, поэтому для более объективной оценки изменений лесных сообществ имеет смысл использовать интегральный показатель (3,стр.174-177).

  Результат оценки изменений с использованием трутовых грибов как биоиндикаторов был выражен графически. Большой треугольник соответствует ненарушенной эталонной ассоциации. От центра треугольника по направлению к его вершинам ориентированы оси, на которых откладываются значения индексов. Вершины треугольника соответствуют максимальным значениям индексов. Маленький треугольник отражает состояние исследуемой территории. Чем больше различий между треугольниками, тем значимее изменения, происходящие в лесных экосистемах под влиянием антропогенного фактора.

Полученные значения индекса Симпсона округлялись до тысячных, остальные – до сотых.

                   Н1

Большой равнобедренный треугольник(черный) показывает состояние эталонной экосистемы, а красный – степень соответствия исследуемой ассоциации эталонной..

                Н2                                      Н3

Обсуждение результатов.

  На территории парка нами было обнаружено: в июне - 17 видов шляпочных трутовиков и 2 им родственных вида Sterium sp., Exidia gladulosa Fr.(Таблица 1,2).Большинство обнаруженных грибов были приурочены к лиственным породам деревьев (~ 71 %), к хвойным ~ 6 %; встречены на хвойных и лиственных ~23 %; данный факт объясняется искусственным происхождением сообщества.

Диаграмма 1.Субстратная специализация трутовых грибов, в %.

  Нами были обнаружены представители всех типов питания трутовых грибов (Таблица 4). Диаграмма 2 наглядно демонстрирует преобладание факультативных паразитов (41,17%) и факультативных сапротрофов (35,28%); облигатные паразиты и сапротрофы составляют по 11,77% соответственно.                     Настораживает тот факт, что многие трутовики были обнаружены на живых растениях – вяз, дуб (таблица 1,2) и валеже и пнях широколиственных пород деревьев. Мы считаем, что большой возраст парковых деревьев, заселение их трутовыми грибами и повышенная влажность экосистемы парка (в связи с нарушением систем водоемов и плотин) приводит к развитию гнилей, и в конечном итоге, гибели деревьев. 

Диаграмма 2. Представленность различных групп трутовых грибов по типам питания

( % от числа обнаруженных видов), июль 2007 год

1 – облигатные паразиты

2 – факультативные сапротрофы

3 – факультативные паразиты

4- облигатные сапротрофы

  По устойчивости к гниению выделяют несколько групп: биостойкие, средней стойкости, малостойкие и небиостойкие (А.М.Медведев, 3, стр.17). К малостойким относится вяз, клен, заболонь березы и дуба – именно эти породы деревьев составляют основную часть древесного яруса растительности Прямухинского парка. Такие преобладающие виды трутовиков (таблица 3), как Laetiporus sulphureus (Bull:Fr.) Murr. (трутовик серно-желтый) и Poluporus sguamosus Huds.(трутовик чешуйчатый, или пестрец), наносят значительный вред старым дубам, вязам, ясеням (3, стр.16; 5 стр.239).

  Обнаруженные виды были распределены по их обилию и представлены графически в виде кривой. Резкий подъем левой части графика, явное доминирование нескольких видов  говорит о неблагоприятных процессах в экосистеме.

Расчет индекса Симпсона.

Для первого маршрута (таблица 1) :

Сi = (13/ 59)² + (8/59) ² + (3/59) ² + (1/59) ² + (16/59) ² + (1/59) ² + (1/59) ² + (3/59) ² + (2/59) ² + (1/59) ² + (1/59) ²+ (2/59) ² + (2/59) ² + (1/59) ² + (2/59) ²+ (1/59) ² ~ 0,151

Для второго (таблица 1):

Сi = (1/60) ² +(10/60) ² +(2/60) ² +(22/60) ² +(3/60) ² +(1/60) ² +(3/60) ² +(3/60) ² +(5/60) ² +(3/60) ² +(2/60) ² +(1/60) ² +(4/60) ² ~ 0, 187

Тогда среднее значение составит:

Сi ср. = (0,151 + 0,187) / 2 = 0,169

При сравнении полученного результата (0,169) со значением в эталонных (0, 085) и  ненарушенных ассоциациях (0,392) мы можем предположить удовлетворительное состояние фитоценоза данного парка.

Расчет индекса нарушенности биоценоза Н1:

  Для первого маршрута:

Н1 = (0,151 – 0,085)/ (0,392 – 0,085) ~ 0,22

  Для второго:

Н1 = (0,187 – 0,085)/ (0,392 – 0,085) ~ 0,33

Н1 ср. = (0,22 + 0,33) /2 = 0,28

  Таким образом, нарушенность данного парка составляет порядка трети  ненарушенного.

Расчет индекса нарушенности леса по соотношению многовидовых и одновидовых ценоячеек трутовиков Н2.

  В ходе нашего исследования было обнаружено соответственно 5 /59  и 6/60 многовидовых ценоячеек.

Р1 = 5/59 ~ 0,085

Н1 = (0,257 – 0,085) / (0,257 - 0,045) ~ 0,81

Р2 = 6/60 = 0,100

Н2 = (0,257 – 0,1) / (0,257 - 0,045) ~ 0, 74

Н2ср.= (0,74 + 0,81) / 2  ~ 0,76

  Данный индекс говорит о низком количестве многовидовых ценоячеек по отношению к одновидовым, он показывает 74% потерь. Так как этот показатель зависит от абиотических факторов, то мы  связываем столь высокое значение с малоснежной  зимой, аномально жаркой и сухой весною, в результате которых базидиомы однолетних трутовиков не появились на субстрате. Кроме того, Н2 обладает очень высокой чувствительностью и первым реагирует на изменения в экосистеме, которые  другие коэффициенты  (Н1, Н3) еще не диагностируют.

Расчет индекса синантропизации сообщества.

Is1 = (1.3 + 2.  3 + 3 . 7 + 4 . 31+ 5. 1) / (3+7+31+1) . 5 = 156 / 210 ~ 0,740

Is2 = (1. 0 + 2. 0 + 3 .17 + 4 . 36 + 5. 0) / ( 17+36) . 5 = 195/ 265 ~ 0,740

Is ср. = 0,740

  Распределение грибов по индикационным группам показано в таблице 3. Третья и четвертая  представлены  соответственно 24,2% и 71,58% (диаграмма 3). Таким образом, микобиота трутовых грибов на территории парка в основном состоит из видов, чье существование либо вообще не зависит от антропогенной нагрузки и видов, «предпочитающих» антропогенно нарушенные экосистемы.Скорее всего, влияние антропогенного фактора на  состояние биоценоза парка не является первопричинным.

Диаграмма 3.

Распределение трутовых грибов по индикационным группам,  % от общего числа находок.

Характеристика групп:

1 – виды, избегающие антропогенно нарушенные биотопы;

2 – виды, которые отдают предпочтение ненарушенным биотопам, однако, отличаются более высокой устойчивостью к воздействию неблагоприятных факторов;

3 – виды, чье существование почти не зависит от антропогенно измененного ландшафта;

4 –«предпочитают» антропогенно нарушенные экосистемы;

5 – виды, сопутствующие анропогенно нарушенным сообществам.

Расчет индекса биоценоза Н3 по Is.

Н3(Si) = (0,740 – 0,707) / (0,835 – 0,707) ~  0,26

Данный индекс демонстрирует потери парковой экосистемы на ~ 26%  и, соответственно, сохранность на ~ 72%.

Расчет индекса тождественности ненарушенным лесам Н.

  Каждый из вычисленных индексов в разной степени зависит от антропогенной нагрузки, поэтому автор методики Медведев А.Г., рекомендует воспользоваться интегральным индексом тождественности ненарушенным лесам.

Н = (0,28 + 0,76 + 0,26) /3 ~ 0,43

Т.о., микологический мониторинг показал, что сохранность  парка Прямухино составляет порядка 40%.

                                           Н1 (0,28)

Большой равнобедренный треугольник (черный) показывает состояние эталонной экосистемы, а красный – степень тождественности  исследуемой ассоциации эталонной.

     Н2 (0,76)                                              Н3 (0,26)

  В ходе наших исследований мы опровергли нашу гипотезу и  пришли к неутешительному выводу:

Парк с.Прямухино не является эталонной парковой ассоциацией , в нем имеют место нарушения в функционировании экосистемы.

Выводы.

1. Обнаружено 17 видов шляпочных трутовиков.
2. Доминирующими видами в парке на момент исследования оказались два вида: Laetiporus sulphureus (Bull:Fr.) Murr. (трутовик серно-желтый), Poluporus sguamosus Huds.(трутовик чешуйчатый, или пестрец).
3. По типу питания преобладают факультативные паразиты (41,17%) и факультативные сапротрофы (35,28%).
4. Большинство обнаруженных видов трутовиков «предпочитают» антропогенно нарушенные экосистемы; существование других же – почти не зависит от измененного ландшафта.
5. Сохранность парка с.Прямухино (усадьба Бакуниных) на момент исследования  составляет порядка 40 процентов.

Рекомендации. 

  Для поддержания состояния парка хотя бы на исследуемом уровне, необходимо восстановление гидрологического режима (прудов, плотин, водоотводов). В противном случае мы можем потерять это уникальное сообщество растений, важное не только в биологическом, но и в историческом и культурном наследии династии Бакуниных.

Заключение.

  Большую помощь в выполнении работы нам оказал автор методики микологического мониторинга экосистем – Медведев Александр Геннадьевич. Кроме того, мы благодарны директору музея –усадьбы Бакуниных – Соловьевой Людмиле Ильиничне, а также администрации областной станции юннатов г.Твери, которая организовала и провела в с.Прямухино интереснейшую и познавательную Школу юных исследователей леса.

  Мы планируем в будущем продолжить мониторинг состояния парка с.Прямухина, так как на основании данных только за один месяц изучения трудно получить полноценную картину, да и сухая , жаркая весна не располагала к появлению в полном объеме однолетних базидиом трутовых грибов. Кроме того, желательно  привлечь к комплексному изучению наследия династии Бакуниных ребят из исторических и литературных учебно-исследовательских обществ нашей школы.

Список литературы.

1. Медведев А.Г.  Трутовые грибы в экологическом мониторинге лесных экосистем, Тверь 2007.
2. Медведев А.Г.  Определитель шляпочных трутовиков Тверской области, Тверь 2007.
3. Медведев А.Г.  Трутовые грибы как индикаторы изменений лесных экосистем под воздействием антропогенной нагрузки, Тверь 2006.
4. Сысоев В.И. Прямухино.Усадьба Бакуниных. Буклет. Тверь: Созвездие,2001.
5. Тахтаджян А.Л. Мир растений, том Грибы. Москва «Просвещение», 1991.

Приложение.

• Таблица 1. «Видовой состав шляпочных грибов».

• Таблица 2. «Видовой состав шляпочных грибов».

• Таблица 3. «Распределение  трутовых грибов по индикационным группам», июнь, 2007 год.

• Таблица 4. «Распределение  трутовых грибов по типам питания», июнь, 2007 год.

• Таблица 5. «Приуроченность трутовых грибов к древесным породам».

Таблица 1

Дата: 26.06.2010                                                Тип : парк

Географическое положение: с.Прямухино, Кувшиновский р-н (8км от трассы Торжок – Осташков).

Таблица 2

Дата: 28.06.2010                                               Тип : парк

Географическое положение: с.Прямухино, Кувшиновский р-н (8км от трассы Торжок – Осташков).

Таблица 3

Распределение  трутовых грибов по индикационным группам, (июнь, 2010 год).

Диаграмма 1

Распределение трутовых грибов по индикационным группам,  % от общего числа находок

Характеристика групп:

1 – виды, избегающие антропогенно нарушенные биотопы;

2 – виды, которые отдают предпочтение ненарушенным биотопам, однако, отличаются более высокой устойчивостью к воздействию неблагоприятных факторов;

3 – виды, чье существование почти не зависит от антропогенно измененного ландшафта;

4 –«предпочитают» антропогенно нарушенные экосистемы;

5 – виды, сопутствующие анропогенно нарушенным сообществам.

Таблица 4

Распределение  трутовых грибов по типам питания, (июнь, 2010 год).

Диаграмма 2

Представленность различных групп трутовых грибов по типам питания

( % от числа обнаруженных видов),

июль 2007 год

1 – облигатные паразиты

2 – факультативные сапротрофы

3 – факультативные паразиты

4- облигатные сапротрофы