Botanica Pacifica

Research paper

Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation Preprint
Article first published online: 08 MAR 2019 | DOI: 10.17581/bp.2019.08111

Subalpine tall-herb vegetation patterns: a case study from the Khamar-Daban Range (southern Baikal region, Eastern Siberia)

Ramona J. Heim1 & Victor V. Chepinoga2

1 Biodiversity and Ecosystem Research Group, Institute of Landscape Ecology, University of Münster, Münster, Germany
2 V.B. Sochava Institute of Geography SB RAS, Irkutsk, Russia

In this study, we present the first investigation of diversity and ecology of tall-herb vegetation (class Mulgedio-Aconitetea Hadač & Klika in Klika & Hadač 1944) on the Khamar-Daban Range, the generally assumed easternmost distribution limit of this class. We collected data of 162 relevés in the key area of the upper reaches of Bolshoi Mamai River, which is situated on the northern slope of the range. Tall-herb meadows occurred within a large altitudinal range from timberline to the watershed. We found that species richness was positively correlated with inclination and orientation of sites to warmer aspect. In contrast, strong pronounced microtopography and high organic layer thickness led to lower species richness. We divided the tall herb vegetation of the study region into seven community types, which clearly differed in ecological aspects. The results were approved by CCA ordination, which stressed the relation of clusters to elevation, aspect, inclination, microtopography and organic layer.

Хайм Р.Ю., Чепинога В.В. Распределение субальпийской высокотравной растительности: исследование на хребте Хамар-Дабан (юг Байкальского региона, Восточная Сибирь). В статье представлены результаты первого исследования разнообразия и экологии высокотравной растительности (класс Mulgedio-Aconitetea Hadač & Klika in Klika & Hadač 1944) на хребте Хамар-Дабан, который является восточным пределом распространения сообществ этого класса. Нами выполнено 162 геоботанических описания в пределах ключевой территории в верховьях р. Большой Мамай, где высокотравные луга распространены на всем протяжении от границы леса до водраздела. Видовое богатство сообществ положительно коррелирует с крутизной склона и экспозициями, более обеспеченными теплом. Выраженный микрорельеф и мощный органический субстрат, напротив, ведут к снижению видового разнообразия. При помощи кластерного анализа выделено семь типов сообществ, хорошо различающихся экологически. Последнее подтверждено методом CCA ординации, показавшей корреляцию выделенных сообществ с такими факторами, как высота над уровнем моря, экспозиция, уклон, микрорельеф и органический субстрат.

Keywords: tall-herb vegetation, floristic diversity, high-mountain vegetation ecology, ecological factors, высокотравная растительность, флористическое разнообразие, экология высокогорной растительности, экологические факторы

PDF


References

Al-Mufti, M., C. Sydes, S. Furness, J. Grime & S. Band 1977. A quantitative analysis of shoot phenology and dominance in herbaceous vegetation. Journal of Ecology 65(3): 759–791. CrossRef

Aleksandrova, G.K., O.S. Vizenko, N.P. Ladejschikov, K.N. Mizandrontseva & L.P. Sorokina 1977. Thermal air regimes. In: Climate structure and resources at Baikal Lake and adjacet territories (N.P. Ladejschikov, ed.), pp. 71–93, Nauka, Novosibirsk. (in Russian). [Александрова Г.К., Виженко О.С., Ладейщиков Н.П., Мизандронцева К.Н. & Сорокина Л.П. 1977. Термический режим воздуха // Структура и ресурсы климата Байкала и сопредельных пространств / под ред. Н.П. Ладейщикова. Новосибирск: Наука. С. 71–93].

Banaš, M., M. Zeidler, M. Duchoslav & J. Hošek 2010. Growth of alpine lady-fern (Athyrium distentifolium) and plant species composition on a ski piste in the Hrubý Jeseník Mts., Czech Republic. Annales Botanici Fennici 47(4): 280–292. CrossRef

Basargin, E.A. & E.G. Zibzeev 2018. Vegetation Mulgedio-Aconitetea class in the subalpine belt of Kuznetsky Alatau. Rastitelny Mir Aziatskoi Rossii 1: 38–36 (in Russian with English summary). [Басаргин Е.А., Зибзеев Е.Г. 2018. Растительность класса Mulgedio-Aconitetea в субальпийском поясе Кузнецкого Алатау // Растительный мир Азиатской России. № 1(29). С. 38–56].

Belov, A.V., L.P. Sokolova & V.V. Chepinoga 2015. Vegetation. In: Geography of Siberia in the early 21st century. Vol. 2. Nature (Yu.M. Semenov & A.V. Belov, eds), pp. 231–257, Geo, Novosibirsk (in Russian). [Белов А.В., Соколова Л.П., Чепинога В.В. 2015. Растительность // География Сибири в начале ХХI века. Т. 2. Природа / отв. ред. Ю.М. Семенов, А.В. Белов. Новосибирск: Гео. С. 231–257].

Billings, W.D. & L.C. Bliss 2017. An alpine snowbank environment and its effects on vegetation, plant development, and productivity. Ecology 40:388–397. CrossRef

Bowman, W.D. 1992. Inputs and storage of nitrogen in winter snowpack in an alpine ecosystem. Arctic and Alpine Research 24(3):211–215. CrossRef

Chepinoga, V.V., M.V. Protopopova & V.V. Pavlichenko 2017. Detection of the most probable pleistocene microrefugia on the northern macroslope of the Khamar-Daban Ridge (Southern Prebaikalia). Contemporary Problems of Ecology 10:38–42. CrossRef

Chepinoga, V.V., N.V. Stepantsova, A.V. Grebenyuk, A.V. Verkhozina, O.P. Vinkovskaya, A.A. Gnutikov, N.A. Dulepova, I.V. Enushchenko, A.M. Zarubin, S.G. Kazanovsky, A.S. Konovalov, A.A. Korobkov, A.N. Luferov & S.A. Rosbakh 2008. Check-list of the vascular flora of the Irkutsk region. Irkutsk State University Publishing, Irkutsk, 327 pp. (in Russian with English abstract). [Чепинога В.В., Н.В. Степанцова, А.В. Гребенюк, А.В. Верхозина, О.П. Винковская, А.А. Гнутиков, Н.А. Дулепова, И.В. Енющенко, А.М. Зарубин, С.Г. Казановский, А.С. Коновалов, А.А. Коробков, А.Н. Луферов, С.А. Росбах 2008. Конспект флоры Иркутской области (сосудистые растения). Иркутск, Изд-во Иркут. гос. ун-та. 327 с.].

Chytrý, M., O.A. Anenchonov & J. Danihelka 1995. Plant communities of the Bolšoj čivyrkuj river valley, Barguzinskij Range, East Siberia. Phytocoenologia 25(3):399–434. CrossRef

Chytrý, M., P. Pešout & O.A. Anenchonov 1993. Syntaxonomy of vegetation of svjatoj nos peninsula, Lake Baikal, 1. Non-forest vegetation. Folia Geobotanica et Phytotaxonomica 28:337–383. CrossRef

Crawley, M.J. 2013. The R book. Second edition. John Wiley & Sons, Chichester, West Sussex, UK. 1076 pp.

Danihelka, J. & M. Chytrý 1995. Some plant communities of the Bol'šaja Čeremšana valley, Barguzinskij Range. Siberian Naturalist 1:165–202. Ninox Press, Praha.

Dargie, T.C.D. 1984. On the intergrated interpretations of indirect site ordinations: A case study using semi-arid vegetation in southeastern spain. Vegetatio 55:37–55. CrossRef

Dierßen, K. 1996. Vegetation Nordeuropas. Ulmer, Stuttgart. 838 pp.

Dormann, C.F., & I. Kühn 2009. Angewandte Statistik für die biologischen Wissenschaften. 2., Aufl. Helmholtz Zentrum für Umweltforschung-UFZ, Leipzig. 245 S.

Dufrene, M. & P. Legendre 1997. Species assemblages and indicator species: The need for a flexible asymmetrical approach. Ecological Monographs 67(3):345–366. CrossRef

Ellenberg, H. & C. Leuschner 2010. Vegetation Mitteleuropas mit den Alpen: In ökologischer, dynamischer und historischer Sicht. Eugen Ulmer Verlag, Stuttgart. 1334 S.

Elliott, K.J., J.M. Vose, W.T. Swank & P.V. Bolstad 1999. Long-term patterns in vegetation-site relationships in a southern appalachian forest. Journal of the Torrey Botanical Society 126(4): 320–334. CrossRef

Ermakov, N. 2003. Tall-forb communities of the north Altai. Annali die Botanica nuova serie 3: 23–34.

Ermakov, N., D. Shaulo & T. Maltseva 2000. The class Mulgedio-Aconitetea in Siberia. Phytocoenologia 30(2):145–192. CrossRef

Fahrmeir, L., C. Heumann, R. Künstler, I. Pigeot & G. Tutz 2016. Statistik: Der weg zur datenanalyse. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg. 610 S.

Florensov, N.A. 1974. Highlands of Zisbaikalia and Transbaikalia. Nauka, Moscow, 360 pp. (in Russian) [Флоренсов Н.А. 1974. Нагорья Прибайкалья и Забайкалья. Москва: Наука. 360 с.].

Florensov, N.A. & V.N. Olyunin 1965. Relief and geological structure. In: Pre-Baikal and Trans-Baikal (I.P. Gerasimov, ed.), pp. 23–90, Nauka, Moscow (in Russian). [Флоренсов Н.А., Олюнин В.Н. 1965. Рельеф и геологическое строение // Предбайкале и Забайкале / под ред. И.П. Герасимова. Москва: Наука. С. 23–90].

Gjærevoll, O. 1956. The plant communities of the Scandinavian alpine snow-beds. F. Bruns, Trondheim. 450 pp.

Grabherr, G. & L. Mucina 1993. Die Pflanzengesellschaften Österreichs. T. 2. Natürliche waldfreie Vegetation. Fischer, Jena.

Guinochet, M. 1982. Notes de phytosociologie sigmatiste prises en siberie meridionale. Documents Phytosociologiques 6: 295–301.

Hennig, C. 2018. fpc: Flexible Procedures For Clustering. R Package Version 2.1-11.1. URL: https://cran.r-project.org/web/packages/fpc/fpc.pdf [last access 30.10.2018]

Horvat, I., V. Glavač, & H. Ellenberg 1974. Vegetation Südosteuropas. Fischer, Stuttgart. 768 S.

Iakushenko, D., M. Burlaka, I. Chornei, I. Kvarovska, V. Solomakha & A. Koraryuk 2012. Syntaxonomy of subalpine tall-grass communities (Calamagrostietalia villosae) in the Ukranian districts of the Eastern Carpathians. Annali di Botanica (Roma) 2:67–78.

Ignatov, M.S., O.M. Afonina & E.A. Ignatova 2006. Checklist of mosses of East Europe and North Asia. Arctoa 15:1–130. CrossRef

Karst, J., B. Gilbert & M.J. Lechowicz 2005. Fern community assembly: The roles of chance and the environment at local and intermediate scales. Ecology 86:2473–2486. CrossRef

Kočí, M. 2001. Subalpine tall-forb vegetation (Mulgedio-Aconitetea) in the Czech Republic: syntaxonomical revision. Preslia 73:289–331.

Konstantinova, N., V. Bakalin, E. Andreeva, A. Bezgodov, E. Borovichev, M. Dulin & Y.S. Mamontov 2009. Checklist of liverworts (marchantiophyta) of Russia. Arctoa 18: 1–64. CrossRef

Körner, C. 1998. A re-assessment of high elevation treeline positions and their explanation. Oecologia 115:445–459. CrossRef

Korolyuk, A. 2001. Vegetation. In: Flora and vegetation of the Katun natural reserve (Altai Mts.) (V.P. Sedelnikov, ed.), pp. 12–141, Nauka, Novosibirsk (in Russian). [Королюк А. 2001. Растительность // Флора и растительность Катунского заповедника (Алтайские горы) / под ред. В.П. Седельникова. Новосибирск: Наука. С. 12–141].

Ladeishchikov, N.P., A.H. Filippov, E.G. Zedgenidze, I.K. Zusman, V.A. Obolkin & S. Reznikova 1977. Precipitation and moisture regime. In: Structure and resources of climate at Baikal lake and adjacet territories (N.P. Ladejschikov, ed.), pp. 98–125, Nauka, Novosibirsk (in Russian). [Ладейщиков Н.П., Филиппов А.Х., Зедгенидзе Е.Г., Зусман И.К., Оболкин В.А., Резникова С. 1977. Осадки и режим увлажнения // Структура и ресурсы климата Байкала и сопредельных пространств / под ред. Н.П. Ладейщикова. Новосибирск: Наука. С. 98–125].

Lashchinskiy, N.N. & L.A. Gorshkova 1995. Notes on syntaxonomy of subalpine meadows of the Kuznetsky Alatau nature reserve. In: Biocenotic studies in the natural reserve "Kuzneskii Alatau" (A.A. Vasilchenko & N.N. Lashchinskiy, eds), pp. 35–41. Nauka, Novosibirsk (in Russian). [Лащинский Н.Н., Горшкова Л.А. 1995. Заметки по синтаксономии субальпийских лугов заповедника Кузнецкого Алатау // Биоценотические исследования в заповеднике Кузнецкий Алатау / под ред. А.А. Васильченко, Н.Н. Лащинского. Новосибирск: Наука. С. 35–41].

Leyer, I. & K. Wesche 2007. Multivariate statistik in der ökologie: Eine einführung. Springer, Heidelberg, Berlin. 221 S. Malyshev, L.I., K.S. Balkov & V.M. Doronkin 1999. Spatial diversity of the siberian flora. Flora 194:357–368. CrossRef

McGill, B.J., B.J. Enquist, E. Weiher & M. Westoby 2006. Rebuilding community ecology from functional traits. Trends in Ecology & Evolution 21:178–185. CrossRef

McVean, D.N. & D.A. Ratcliffe 1962. Plant communities of the Scottish Highlands. A study of Scottish mountain, moorland and forest vegetation. Her Majesty's Stationery Office, London. 445 pp.

Michl, T., J. Dengler & S. Huck 2010. Montane-subalpine tall-herb vegetation (Mulgedio-Aconitetea) in central Europe: Large-scale synthesis and comparison with northern Europe. Phytocoenologia 40:117–154. CrossRef

Odland, A. 1981. Pre- and subalpine tall-herb and fern vegetation in Roeldal, W-Norway. Nordic Journal of Botany 1: 671–690. CrossRef

Odland, A., H.J.B. Birks & J.M. Line 1995. Ecological optima and tolerances of Thelypteris limbosperma, Athyrium distentifolium, and Matteuccia struthiopteris along environmental gradients in western Norway. Vegetatio 120: 115–129. CrossRef

Oksanen, J.F., G. Blanchet, M. Friendly, R. Kindt, P. Legendre, D. McGlinn, P.R. Minchin, R.B. O'Hara, G.L. Simpson, P. Solymos, M.H.H. Stevens, E. Szoecs & H. Wagner 2018. Vegan: Community ecology package. R package version 2.5-3. URL: https://cran.r-project.org/web/packages/vegan/index.html. [last access 30.10.2018].

Pott, R. 1995. Die Pflanzengesellschaften Deutschlands. Ulmer, Stuttgart. 622 S.

R Core Team 2018. R: A language and environment for statistical computing. R foundation for statistical computing. URL: https://www.R-project.org/, Vienna. [last access 30.10.2018].

Rivas-Martínez, S., T.E. Díaz, J.A.F. Prieto, J. Loidi & A. Penas 1984. Los Picos de Europa. La vegetacion de la alta monta-a Cantabrica. Editiones Leonesas, Leon. 295 pp.

Roberts, D.W. 2016. labdsv: Ordination and Multivariate Analysis for Ecology. R package version 1.8-0. URL: https://cran.rproject.org/web/packages/labdsv/index.html [last access 30.10.2018].

Rousseeuw, P.J. 1987. Silhouettes: A graphical aid to the interpretation and validation of cluster analysis. Journal of Computational and Applied Mathematics 20:53–65. CrossRef

Sneath, P.H. & R.R. Sokal 1973. Numerical taxonomy. The principles and practice of numerical classification. W.H. Freeman, San Francisco. 573 pp.

Strelkov, S.A. & V.V. Vdovin 1969. Аltai-Sayan mountain area. Nauka, Moscow. 413 pp. (in Russian). [Стрелков С.А., Вдовин В.В. 1969. Алтае-Саянская горная область. Москва: Наука. 413 с.].

Sulejman, R. 2011. Phytogeographic and syntaxonomic diversity of high mountain vegetation in Dinaric Alps (Western Balkan, SE Europe). Journal of Mountain Science 8(6):767–786. CrossRef

Tubanova, D., O.M. Afonina, V.E. Fedosov & V.V. Chepinoga 2016. New moss records from Republic of Buryatia, 10. New bryophyte records 6. Arctoa 25:218–219.

Valachovič, M., O.A. Anenkhonov & I. Hodalova 2002. Vegetation along an altitudinal gradient in the Gremyachaya Valley, Barguzinskii Range, Eastern Siberia. Biologia 57:83–100.

Vries, A.D. & B.D. Ripley 2016. Ggdendro: Tools for extracting dendrogram and tree diagram plot data for use with ggplot2. R package version 0.1-20. URL: https://cran.r-project.org/package=ggdendro. [last access 30.10.2018].

Ward, J.H. 1963. Hierarchical grouping to optimize an objective function. Journal of the American Statistical Association 58:236–244. CrossRef

Watt, A.S. 1940. Contributions to the ecology of bracken (Pteridium aquilinum). I. The rhizome. New Phytologist 39:401–422. CrossRef

Wickham, H. 2009. Ggplot2: Elegant graphics for data analysis. Springer, Berlin, Heidelberg. 212 pp. CrossRef

Wickham, H. 2011. The split-apply-combine strategy for data analysis. Journal of Statistical Software 40(1):1–29. CrossRef

Zeileis, A. & G. Grothendieck 2005. Zoo: An s3 class and methods for indexed totally ordered observations. Journal of Statistical Software 14(6):1–27.

Zverev, A.A. 2007. Information technologies in studies of vegetation: Tutorial. TML Press, Tomsk. 304 pp. (in Russian). [Зверев, А.А. 2007. Информационные технологии в исследованиях растительного покрова: Руководство. Томск: ТМЛ Пресс. 304 с].

Zverev, A.A. 2012. Use of equivalence classes and factor sets in the analysis of botanical data. Contemporary Problems of Ecology 5(2):165–173. CrossRef





© 2016-2018 Botanica Pacifica