THE ROLE OF ALLELOPATHIC INFLUENCE OF ACER NEGUNDO L. ON THE GROWTH OF HERBACEOUS PLANTS

Cover Page

Abstract


The article analyzes the results of the influence of allelopathically active substances of plant litter and soil on the growth of herbaceous plants of the lower tier in various phytogenic zones of the maple ash-leaved. As model objects the seeds of the Melilotus officinalis and Poa pratensis were used. The study of the allelopathic effect of maple ash-leaved litter was carried out by bioassay, the soil - by experiment. In early July the seeds of grassy plants were sown in containers with soil selected under A. negundo plantations in transformed plant communities. Soil samples were taken in the subcrown and near-ground zones of the studied trees. The outer zone of single trees was chosen as a control. The biometric indicators of the test objects under study were calculated on the basis of determining the height and mass of the plants. For studies of growth parameters, a sample of ten plants was used in triplicate from each site studied. According to the results of the experiments, it was revealed that the highest rates of germination energy and seed germination in the test areas are in the M. officinalis , compared to P. pratensis . The allelopathically active substances contained in the litter and soil of A. negundo had a positive effect on the germination of the studied plants, especially in the near-front zone. Consequently, these species possess allelopathic resistance to the effects of сolin elder maple and have a positive reaction to its phytogenic zones. Probably, M. officinalis and P. pratensis, which have ecological plasticity and adaptability to living in conditions of the natural range, are determined not only by the allelopathic effect of maple root excretions, but, to a greater extent, by environmental factors in transformed plant communities. Experimental data can be used in assessing the state of the ground cover and the structure of the phytocenosis.

Full Text

Изучение механизмов, посредством которых инвазивные виды влияют на природные сообщества, занимает значительное место в научных исследованиях, так как эти растения способны к успешной конкуренции с аборигенными видами и внедряются в природные сообщества [8; 12; 13]. Клен ясенелистный, обладая высокой плодовитостью и скоростью роста, быстрее других видов растений образует многоярусные заросли. Он оказывает негативное влияние на формирование травостоя в своем подкроновом пространстве. Создавая полный тенистый полог своими кронами, он заглушает и подавляет рост самосева и подроста растений. Активное распространение и успешное проникновение в природные сообщества клена предопределено его аллелопатическими свойствами [3; 10]. Особую роль представляют химические взаимодействия растений. Аллелопатический эффект некоторых групп веществ, выделяемых кленом, может быть различным - в одних условиях они выступают как ингибиторы, в других - как стимуляторы ростовых процессов [5; 9]. В настоящее время исследуются химические взаимодействия преимущественно сельскохозяйственных культур, в то время как взаимодействия травянистых видов в трансформированных фитоценозах требуют научного изучения. Цель работы - изучить влияние аллелопатически активных веществ растительного опада и почвы на прорастание травянистых растений нижнего яруса в различных фитогенных зонах клена ясенелистного. В задачи исследований входило изучить влияние химических выделений опада листьев клена ясенелистного на прорастание семян методом биопроб и определить активность аллелопатических веществ почвы по биометрическим показателям проростков исследуемых растений. Материалы и методы Исследования проведены в 2018 г. В качестве модельных объектов использовали семена донника лекарственного (Melilotus officinalis (L.) Pall.) и мятлика лугового (Poa pratensis L.). Выбор видов растений обоснован их распространенностью в естественных фитоценозах под насаждениями Acer negundo L. (клен ясенелистный), а также их быстрым ростом. Изучение аллелопатического влияния опада клена ясенелистного проведено методом биопроб [2]. В качестве материалов исследований для проращивания семян использовали экстракты опада клена ясенелистного, которые готовились из расчета 1:100. В качестве контрольного варианта выбрано проращивание семян тех же культур в дистиллированной воде. Предварительно растительные образцы измельчались в соответствии с пропорциями вещественного состава опада. В чашки Петри помещалась фильтровальная бумага в пять слоев. Варианты опыта закладывали в трехкратной повторности по 100 семян тест-культур. Семена заливались приготовленным настоем (20 мл) и накрывались крышкой. Чашки Петри помещались в термостат с постоянной температурой +28°С. Тестирование по определению энергии прорастания и всхожести семян проводили согласно ГОСТу 12038-84 [11]. Для изучения аллелопатического влияния почвы клена ясенелистного закладывали опыты на экспериментальном участке. Семена травянистых растений высевали в начале июля в контейнеры с почвой, отобранной под насаждениями A. negundo в трансформированных растительных сообществах в пойме р. Томь в пределах г. Кемерово. Образцы почвы отбирали в подкроновых (ПН1) и прикроновых (ПН2) зонах клена ясенелистного. В качестве контроля выбрана внешняя (ПН3 (к)) зона одиночных деревьев. Насаждения клена ясенелистного на исследуемых площадках оценивались первой категорией жизненного состояния по шкале В.А. Алексеева и первым классом бонитета. Возраст деревьев составлял 20-25 лет. Живой напочвенный покров исследуемых участков образован разнотравно-злаковым сообществом с преобладанием Urtica dioica L., Poa pratensis L., Phleum pratense L., Elytrigia repens (L.) Nevski., Humulus lupulus L., с общим проективным покрытием 40-90%. Подсчет биометрических показателей исследуемых тест-объектов проводили на основе определения высоты и массы проростков [1]. Линейные параметры высоты определяли с помощью линейки, сухую надземную массу - на электронных лабораторных весах ВМ213М-II с точностью до 0,05 г. Для исследований ростовых показателей использовали выборку из десяти растений в трехкратной повторности с каждой исследуемой площадки. Данные представлены в виде средних арифметических значений и их среднеквадратических (стандартных) ошибок. Экспериментальные данные обработаны статистически с помощью компьютерных программ Microsoft Оffice Excel 2007 и Statistica 6.1. Результаты и их обсуждение По результатам экспериментов, физиологически активные вещества клена ясенелистного неоднозначно влияют на ростовые процессы исследуемых видов семян. Наибольшие показатели энергии прорастания и всхожести отмечены на исследуемых площадках наблюдений у донника лекарственного, в сравнении с мятликом луговым. Так, на ПН1 и ПН2 значения у донника варьировали в пределах от 21 до 55%, у мятлика лугового - от 16 до 45%, что выше в 1,2-2 раза относительно контроля. Отмечено, что на прорастание семян донника лекарственного и мятлика лугового положительно влияла вытяжка из почвы прикронового пространства клена. Наибольшее количество семян исследуемых растений проросло в опаде прикроновой зоны клена ясенелистного по сравнению с подкроновой и внешней зонами. Всхожесть семян донника лекарственного, проращиваемого на ПН2, выше на 13% и 62% соответственно, в сравнении с ПН1 и ПН3. Семена мятлика, проращиваемого в опаде прикроновой зоны (ПН2), выше значений контрольной зоны (ПН3) на 105%, а подкроновой зоны (ПН2) - на 33% (рис. 1). Рис. 1. Динамика прорастания тест-объектов в почве различных фитогенных зон клена ясенелистного Некоторые авторы отмечают, что на прорастание семян мятлика лугового положительно влияла вытяжка из почвы подкронового пространства клена [6]. Однако на другие виды растений клён может оказывать и ингибирующий эффект. Так, согласно данным Ю.А. Ерёменко, физиологически активные вещества, содержащиеся в почве под кронами Acer negundo L., действовали на культурные растения, в основном, как ингибиторы роста. Как известно, высота растений является одним из интегральных показателей, отражающих состояние роста проростков растений, и между высотой и воздушно-сухой массой вещества растений существует положительная тесная взаимосвязь [7]. Эксперимент показал, что первым прорастал донник лекарственный на всех площадках наблюдений, затем появились всходы мятлика лугового. Отмечено, что у донника лекарственного биометрические показатели выше, чем у мятлика лугового, особенно на ПН1. Сравнительная характеристика травянистых растений на исследуемых площадках наблюдений показала, что на ростовые процессы тест-культур оказали значительный стимулирующий эффект почвы подкроновой и прикроновой зон клена ясенелистного, в сравнении с внешней контрольной зоной. Наибольшие отличия от контроля по высоте и сухой массе растений отмечены у донника лекарственного. Так, высота проростков донника, выращиваемых в почве подкроновой зоны (ПН1), составила 22,67 см, в почве прикроновой зоны (ПН2) - 15,72 см, что выше в 2 и 1,4 раза соответственно, чем у проростков контрольной зоны. У донника в подкроновой зоне масса растений выше в 2,1 раза, в прикроновой зоне - в 2 раза относительно контроля (рис. 2). Рис. 2. Биометрические показатели тест-объектов в различных фитогенных зонах клена ясенелистного Заключение Аллелопатически активные вещества, содержащиеся в опаде и почве клена ясенелистного, оказывали положительное действие на прорастание семян и проростков донника лекарственного и мятлика лугового, особенно в прикроновой зоне. Следовательно, данные виды обладают аллелопатической устойчивостью к воздействию клонов клена ясенелистного и обладают положительной реакцией на его фитогенные зоны. Вероятно, донник лекарственный и мятлик луговой, обладающие экологической пластичностью и приспособленностью к обитанию в условиях естественного ареала, определяются не только аллелопатическим влиянием корневых выделений клена, но и, в большей мере, факторами внешней среды в трансформированных растительных сообществах.

About the authors

O. L. Tsandekova

Federal Research Center for Coal and Coal Chemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences "Institute of Human Ecology"


PhD

References

  1. Воскресенская О. Л., Алябышева Е. А., Половникова М. Г. Большой практикум по биоэкологии. Йошкар-Ола, 2006.
  2. Гродзинский А. М. Некоторые проблемы изучения аллелопатического взаимодействия растений // Взаимодействие растений и микроорганизмов в фитоценозах: Сб. науч. тр. Киев: Наукова думка, 1977. С. 3-12.
  3. Гусев А. П., Шпилевская Н. С., Веселкин Д. В. Воздействие Acer negundo L. на восстановительную сукцессию в ландшафтах Беларуси // Веснік Віцебскага дзяржаўнага універсітэта. 2017. № 1(94). C. 47-53. https://lib.vsu.by/jspui/ handle/123456789/10500
  4. Ерёменко Ю. А. Аллелопатические свойства адвентивных видов древесно-кустарниковых растений // Промышленная ботаника. 2012. Вып. 12. С. 188-193.
  5. Ерёменко Ю. А. Аллелопатическая активность инвазионных древесных видов // Российский журнал биологических инвазий. 2014. Т. 7. № 2. С. 33-39.
  6. Жидкова Е. Н., Хайченко Е. С., Бурцева Л. С. Влияние вытяжки из почвы подкронового пространства деревьев и кустарников на прорастание и развитие семян некоторых видов газонных трав // Потенциал современной науки. 2016. № 5. С. 31-37.
  7. Карманова И. В. Математические методы изучения роста и продуктивности растений. М.: Наука, 1976.
  8. Лебедев В. М., Лебедев Е. В. Вопросы аллелопатии в лесных фитоценозах - состояние и перспективы // Агрохимия. 2015. № 4. С. 85-91.
  9. Лозбякова А. И., Степанов М. В. Биотестирование химического влияния опада листьев древесных растений // Научный альманах. 2018. № 6-2(44). С. 104-109.
  10. Матвеев Н. М. Аллелопатия как фактор экологической среды. Самара, 1994.
  11. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести: ГОСТ 12038-84. М.: Стандартинформ, 2011.
  12. Anaya A. L. et al. Plant-mycorrhizae and endophytic fungi interactions: broad spectrum of allelopathy studies // Allelopathy. 2013. P. 55-80. https://doi.org/10.1007/978-3-642-30595-5_4
  13. Del Fabbro C., Prati D. Invasive plant species do not create more negative soil conditions for other plants than natives // Perspectives in plant ecology, evolution and systematics. 2015. Vol. 17. № 2. P. 87-95. https://doi.org/10.1016/j.ppees.2015.02.002

Statistics

Views

Abstract - 0

PDF (Russian) - 0

Article Metrics

Metrics Loading ...

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies