Вопросы лекции Цитоценология Фитоценоз и его особенности Состав фитоценозов Структура фитоценозов Основные свойства фитоценозов Изменчивость фитоценозов во времени Сукцессии (смены фитоценозов) Влияние окружающей среды на фитоценозы Влияние животного мира на фитоценозы Влияние человека на фитоценозы
Фитоценология - изучает растительные сообщества (фитоценозы); - изучает живую материю на ценотическом уровне, т. е. на уровне сообществ организмов; - объектом изучения служат как естественные фитоценозы (лесные, луговые, болотные, тундровые и др.), так и искусственные (например, посевы и посадки культурных растений).
В. Н. Сукачев 1880 -1967 Фитоценоз (или растительное сообщество): -всякая совокупность высших и низших растений, обитающих на данном однородном участке земной поверхности, с только им свойственными взаимоотношениями как между собой, так и с условиями местообитания, и поэтому создающими свою особую среду, фитосреду. В. Н. Сукачев (1954, с. 296) Совокупность отдельно стоящих растений, не оказывающих влияния друг на друга, не является фитоценозом.
Т. А. Работнов Заложил основы ценопопуляцион-ного направления в исследовании состава и структуры растительного покрова. Создал классификацию типов популяций растений по их возраст-ному составу, на основании которой стал возможен прогноз популяционной динамики и сукцессионных трендов. 6. VIII. 1904 - 16. IX. 2000
Фитоценоз - условно выделенная из биоценоза открытая биотическая система, представляющая существенную часть (в материальном и энергетическом отношении) более сложной биокосной системы - биогеоценоза, состоящая из растений, главным образом автотрофных (фототрофов) находящихся в сложных взаимоотношениях друг с другом, с другими биокомпонентами и со средой, осуществляющая в результате жизнедеятельности своих автотрофных компонентов фиксацию солнечной энергии и при участии других организмов ее трансформацию и биологический круговорот веществ, а также фиксацию атмосферного азота и обладающая определенным составом и более или менее гомогенной или гомогенно мозаичной структурой в пределах занимаемого ею пространства» . (Работнов Т. А. , 1983, с. 9)
«Фитоценоз - условно выделенная из биоценоза открытая биотическая система, представляющая существенную часть (в материальном и энергетическом отношении) более сложной биокосной системы - биогеоценоза, состоящая из растений, главным образом автотрофных (фототрофов) находящихся в сложных взаимоотношениях друг с другом, с другими биокомпонентами и со средой, осуществляющая в результате жизнедеятельности своих автотрофных компонентов фиксацию солнечной энергии и при участии других организмов ее трансформацию и биологический круговорот веществ, а также фиксацию атмосферного азота и обладающая определенным составом и более или менее гомогенной или гомогенно мозаичной структурой в пределах занимаемого ею пространства» . Е. М. Лавренко, Н. В. Дылис (1968, с. 162)
Биогеоценоз - это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействия этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии. (Сукачев, 1964, с. 23)
Биогеоценоз – биокосная открытая система, являющаяся частью биосферы, находящаяся под воздействием внешних по отношению к ней факторов, характеризующаяся свойственным ей взаимодействием слагающих ее биотических (автотрофных, в основном фототрофных, и гетеротрофных организмов) и абиотических компонентов и определенным типом обмена веществом и энергией между ними и компонентами других биокосных и косных систем, границы которой определяются границами свойственного ей фитоценоза. (Работнов Т. А. , 1983, с. 8)
Жизненная форма по Раункиеру (1934) по положению почек возобновления: Фанерофит: мезофанерофит; микрофанерофит; Нанофанерофит. Хамефит: травянистый; деревянистый. Гемикриптофит Криптофит: геофит; гидрофит; гелофит. Терофит.
Жизненные формы по системе И. Г. Серебрякова (1962): – дерево; – аэроксильный кустарник (надземное образование новых побеговых систем) – геоксильный кустарник (надземное образование новых побеговых систем); – кустарничек; – прямостоячий полукустарник или полукустарничек; – лиановидный полукустарник; Поликарпические травы: – стержнекорневое; – кисте-корневое; – короткокорневищное; – плотнокустовое; – рыхлокустовое;
Эколого-фитоценотической группе: Степная группа: – степной; – галофильно-степной; – кальцефильно-степной; – псаммофильно-степной; – лугово-степной; – сорно-степной. Лесная группа: – эвритопно-лесной; – бореально-лесной; – неморально-лесной; – горно-лесной; – боровой (псаммофильно-боровой, опушечно-боровой). Лесолуговая группа: - лесолуговой (в том числе лесо-опушечный и поляноопушечный).
Эколого-фитоценотической группе: Луговая группа: – луговой эвритопный (водораздельные луга, луговины, луга вдоль дорог); – пойменно-луговой; – лугово-опушечный; Болотная группа: – олиготрофно-болотный; – лесо-болотный (в том числе растения эвтрофных низинных болот); – лугово-болотный (виды заболоченных лугов и «висячих» ключевых болот). Водная группа: – водный; – прибрежно-аллювиальный (виды песчаных, глинистых и илистых наносов вдоль русел рек); – прибрежно-водный.
Эколого-фитоценотической группе: Водно-болотная группа: – водно-болотный (в том числе прибрежно-болотный, прибрежно-луговоболотный, галофитно-прибрежный). Синантропно-сорная группа: – синантропный; – сорно-лесной; – сорно-луговой.
Фитоценотип группа видов растений, характеризующихся определенной «стратегией жизни» Экологическая стратегия вида (тип поведения) По Дж. Маклиод (Mac. Leod, 1884) 1. «Пролетарии» (однолетники) 2. «Капиталисты» (многолетники) По Раменскому А. Г. (1935) 1. Виоленты («силовики» , «львы») 2. Патиенты («выносливцы» , «верблюды») 3. Эксплеренты (шакалы) По Дж. Грайму (Grime, 1979) 1. Конкуренты (виоленты) – C (competitor) 2. Устойчивые к стрессу (патиенты) – S (stress-tolerant) 3. Сорные, рудералы (эксплеренты) – R (ruderalis) Типы стратегий Раменского-Грайма отражают отношение растений к двум факторам: к благоприятности условий местообитания и к нарушениям
По Дж. Грайму (Grime, 1979) Треугольник Грайма: С, R, S - первичные типы стратегий; CR, CS, RS, CRS переходные (вторичные) типы СR - Urtica dioica CS RS - сорные ксерофильные растения CRS – луговые растения
Состав ценопопуляции вида - многолетнего травянистого растения 1 - живые семена в почве, 2 - проростки, 3 - молодые растения, 4 - взрослые растения, не образующие генеративных органов, 5 - взрослые растения, образующие генеративные органы, б - старческие особи
Влияние ветра на фитоценозы Влияние ветра на растения может быть как прямое, так и косвенное Прямое влияние ветра на растения Для древесных растений, с поверхностной корневой системой, растущих на переувлажненных и заболоченных почвах, ветер причина ветровалов. Для древесных растений, со стержневой корневой системой, растущих на сухих, дренированных почвах, ветер причина буреломов.
http: //www. photoforum. ru/user/18320/photos. 0. 0. date. desc. 0. 0. 0. 1. ru. html ветровал бурелом
Направление господствующих ветров http: //www. krimoved. crimea. ua/photo 08. html Сосна флагообразной ветровой формы на склоне Демерджи http: //www 3. crimea. edu/tnu/magazine/geoecology/index_4. htm Флагообразная крона у деревьев
http: //ogorodnik. in. ua/plant/asarum. php http: //trifoly. ru/2010/06/kopyten-evropejskij Копытень европейский Ásarum europaéum волосистоосоковые покрытие 1 % сор1 -sp-gr Липняки снытево-осоковые покрытие 1% sp снытевые покрытие 2% сор1
http: //trifoly. ru/blue/str_w_3/stranisi/7. html http: //www. plantarium. ru/page/dwellers/district/1 -11 -31 -10/part/7. html Фиалка удивительная Viola mirabilis волосистоосоковые покрытие 1 % sol-sp Липняки снытево-осоковые покрытие 1% sol снытевые покрытие 1% sol-sp
Влияние животных на фитоценозы ru. wikipedia. org Животные участвуют в опылении цветков и распространении семян и плодов feudoroff. ru
http: //www. odla. nu/fs/article/file_13085. html www. plantarium. ru http: //www. plantarium. ru/page/image/id/30700. html Широко распространившийся в последние годы в сырых местообитаниях европейской части России гималайский вид Недотрога железистая (Impatiens glandulifera) выигрывает конкуренцию за опылителей у аборигенов именно потому, что каждый его цветок производит примерно в 10 раз больше нек-тара, чем цветок Дербенника иволистного (Lythrum salicaria) или Чистец болотный (Stachys palustris). В итоге заносный вид имеет более высокую семен-ную продуктивность и быстрее расселяется в новом районе.
Черви перерабатывают мертвые растительные остатки, обогащают почву питательными веществами, улучшают ее структуру, рыхлят и проветривают почвенный слой. chudo-ogorod. ru
Травоядные животные влияют на травостой (выборочное поедание и вытаптывание растений, утаптывание почвы) elementy. ru Овсяница тростниковая (Festuca arundinacea) - растение семейства злаковых. Поедается крупным рогатым скотом и овцами в меньшей степени, чем люцерна. Фото с сайта www. florum. f
Ковыль http: //greenport. ru/agroatlas/sornye-rasteniya/ Oвсяница валисская (Типчак) – Festuca. valesiaca http: //flower. onego. ru/zlak/festuca. html http: //fotki. yandex. ru/users/zima-leto 1000/view/100647/ Свинорой пальчатый
Влияние человека на фитоценозы http: //sevprostor. livejournal. com/23979. html olimpiada-school 116. narod. ru http: //www. zemlyakrim. ru/browse/commerce/ http: //kp. ru/photo/246472/
Схема фаз нарушенности пригородных дубрав (по Р. А. Карписоновой, 1966) I - коренные, II - малонарушенные, III - нарушенные, IV - сильнонарушенные, V - деградированные; 1 - дуб, 2 - липа, клен, 3 - подлесок, 4 - дубравные эфемероиды, 5 - дубравное широкотравье, 6 - луговые виды
Изменение фитоценоза вследствие осушения заболоченной территории (схема) А - фитоценоз до осушения; Б - фитоценоз после осушения: 1 - виды-гигрофиты, 2 - виды-мезофиты
Деградация лесных фитоценозов северной тайги под влиянием загрязнения атмосферы выбросами металлургического комбината (схематичный рисунок по Т. В. Черненьковой, 1985): 1 - кустарнички, 2 - злаки, 3 - моховой покров, 4 - хвойные деревья (ель, сосна)
http: //www. plantarium. ru/page/image/id/2936. html http: //www. commanster. eu/commanster/Plants/Grasses/Sp. Grasses/Poa. annua. html Poa annua L. - Мятлик однолетний Сем. Gramineae (Poaceae) – Злаки (Мятликовые) Нарушенные луга и леса, дороги, поля, огороды, пустыри, берега водоемов, газоны, отмели. Однолетнее, двулетнее или многолетнее; терофит-гемикриптофит; наземное; автотроф; евразиатско-североамериканский (голарктический); плюризональный; синантроп.
http: //www. plantarium. ru/page/image/id/36173. html http: //www. plantarium. ru/page/image/id/45202. html Polygonum aviculare L. s. str. Горец птичий Сем. Polygonaceae – Гречиховые Населенные пункты, обочины дорог, пустыри, поля.
http: //www. plantarium. ru/page/image/id/102952. html http: //www. plantarium. ru/page/image/id/96316. html Plantago major L. – Подорожник больший. Сем. Plantaginaceae – Подорожниковые Населенные пункты, обочины дорог, сбитые пастбища, окраины полей, сорные места, лесные поляны, берега водоемов.
Вопросы семинарского занятия 1. Структура фитоценозов - ярусность - мозаичность - микрофитоценозы - парцеллы - площадь выявления фитоценоза - фитоценоз как система 2. Основные свойства фитоценозов - устойчивость во времени - способность к восстановлению после нарушений - способность к восстановлению после уничтожения - смена фитоценозов при изменении условий среды 3. Изменчивость фитоценозов во времени - суточная изменчивость - сезонная изменчивость
- разногодичная изменчивость, или флуктуации - возрастная изменчивость 4. Сукцессии (смены фитоценозов) - первичные сукцессии - вторичные сукцессии - Климакс 5. Влияние окружающей среды на фитоценозы 6. Влияние животного мира на фитоценозы - влияние беспозвоночных животных - воздействие на фитоценозы млекопитающих - роль птиц в жизни фитоценозов
7. Влияние человека на фитоценозы - загрязнение атмосферы - влияние рекреации - вырубка лесов - выпас скота
Вопросы лекции Классификация фитоценозов Принципы классификации фитоценозов. Ординация фитоценозов Непрерывность и дискретность растительного покрова Фитоценоз как компонент биогеоценоза Консорции как элементы биогеоценоза
Рекомендуемая литература 1. Шенников А. П. Введение в геоботанику. - Л. : Изд-во Ленингр. Ун-та, 1964. 412 с. 2. Родман Л. С. Ботаника с основами географии растений. М. : Колос. С, 2006 3. Хржановский В. Г. , Викторов С. В. , Литвак П. В. , Родионов Б. С. , Родман Л. С. Ботаническая география с основами экологии растений (2 -е изд. , перераб. и доп.). М. : Колос, 1994. 4. Работнов Т. А. Фитоценология (1, 2 или 3 изд.). - М. : Изд-во МГУ, 1978, 1992, 1994. 346 с.
Изменения лесного фитоценоза по мере увеличения возраста деревьев (на примере ельника, схема) 1 - моховой покров, 2 - травянистые растения и кустарнички
Сукцессии - необратимые изменения фитоценозов во времени, имеющие определенную направленность. В ходе сукцессии происходит последовательная смена одних сообществ другими. Различают сукцессии: первичные и вторичные.
Первичные сукцессии Начальные стадии заселения растениями свободной площади (схема): А - свободная от растений площадь, Б - занос зачатков шести видов растений (1- 6), В - прорастание зачатков и развитие из них растений, Г - закрепление на площади двух видов растений (3, 4), они проходят полный цикл развития и образуют семена
Вторичные сукцессии Вторичная сукцессия после сплошной вырубки ельника - смена ели березой и восстановление ели (схема, упрощено): 1 - ель, 2 - береза, 3 - подрост ели, 4 - подрост березы, 5 - травянистые растения вырубок
Классификация фитоценозов может быть основана на доминантном принципе и по Браун-Бланке. В классификациях основанных на доминантном принципе при выделении единиц классификации за основу берут доминирующие растения.
Классификация основанная на доминантном принципе Ассоциация – низшая и основная, наряду с формацией, единица классификации. 1. Ассоциация - это совокупность фитоценозов, имеющих более или менее одинаковый внешний облик, сходный флористический состав и одни и те же доминирующие виды. Для объединения в одну ассоциацию необходимо, чтобы в разных фитоценозах были одинаковые доминирующие растения в соответствующих ярусах.
Участки различных ассоциаций соснового леса на профиле: 1 - сосняк лишайниковый, 2 - сосняк брусничный, 3 - сосняк черничный, 4 - сосняк долгомошник, 5 - сфагновое болото с сосной
2. Группа ассоциаций – объединение сходных ассоциаций. Сосняки брусничные с хорошо развитым моховым покровом и сосняки черничные и кисличные с таким же покровом образуют группу ассоциаций сосняки зеленомоховые, или сосняки-зелено-мошники. 3. Классы ассоциаций – сходные группы ассоциаций.
4. Формация - основная, наряду с ассоциацией, единица классификации растительности. Формация - совокупность ассоциаций, у которых в верхнем ярусе доминирует один и тот же вид растения. Лесные ассоциации, где в древесном ярусе господствует сосна обыкновенная, образуют формацию сосняков. Формации выделяют также при классификации травяных фитоценозов. На лугах различают формации костра безостого, овсяницы луговой и т. д. 5. Группа формаций 6. Класс формаций и т. д.
Составление названий ассоциаций и формаций. В классификации, базирующейся на доминирующих видах, названия ассоциаций даются двумя способами. Первый способ. Перечисляют названия доминирующих растений каждого яруса фитоценоза начиная с самого верхнего яруса. Доминанты разных ярусов разделяют знаком тире, а доминанты одного и того же яруса соединяют знаком плюс. Пример: сосна обыкновенная + ель европейская - брусника + черника - мох плеуроциум.
Второй способ. Принцип аналогичный применяемому в систематике растений. Пример: в древесном ярусе леса господствует ель, в травянокустарничковом покрове - кислица. Ассоциацию называют ельник кисличный. Если в древостое присутствуют ель и сосна, но сосны больше, чем ели, а в травяном брусника и черника, но черники больше, то название господствующего растения ставят в конце. Пример: елово-сосняк бруснично-черничный.
Название ассоциации при использовании латинских наименований растений: Первый способ. Pinus sylvestris + Picea abies - Vaccinium vitis-idaea + Vaccinium myrtillus - Pleurozium schreberl. Второй способ. 1). Piceetum vacciniosum (ельник брусничный). У первого слова отбрасывают окончание –а и добавляют etum. У второго слова также отбрасывают окончание -ит и добавляют -osum. 2). Piceeto-Pinetum vaccinioso-myrtillosum (елово-сосняк бруснично-черничный). К корню слова Picea добавляют -eto, а к корню слова Vaccinium - -oso.
Формации называют по господствующему растению верхнего яруса фитоценозов - сосняки, ельники, березняки и т. д. По-латыни эти названия записывают таким образом: Pineta, Piceeta, Betuleta К корню слов Pinus, Picea, Betula добавляют –eta. Иногда употребляют другие названия: формация сосны обыкновенной, формация костра безостого, формация осоки пузырчатой и т. д. По-латыни: это будет формация Pinus sylvestris, формация Bromus inermis, формация Carex vesicaria.
Классификация фитоценозов по Браун-Бланке (1918) Классификация основана на присутствии в фитоценозах определенных видов растений, которые называют характерными видами. Если в различных фитоценозах встречаются те же самые характерные виды, эти фитоценозы относят к одной и той же классификационной единице. Единицы классификации: ассоциация, союз, порядок, класс. В названии единиц классификации обычно лежат латинские названия каких-либо растений. Классификационные единицы разного уровня различаются по окончаниям слов. Ассоциации имеет окончание -etum, союза -ion, порядка etalia, класса -etea.
Названия ассоциаций, союзов и других единиц классификации в системе Браун-Бланке являются чисто условными обозначениями. В название сообщества могут не входить даже доминирующие растения. По названиям не всегда можно представить себе то конкретное растительное сообщество, о котором идет речь.
http: //www. plantarium. ru/page/image/id/33246. html http: //www. plantarium. ru/page/image/id/98093. html Плаун булавовидный (Lycopodium clavatum) Зимолюбка зонтичная (Chimaphila umbellata) Дикранум многощетинковый (Dicranum polysetum) http: //plants. usda. gov/java/large. Image? image. ID=dipo 70_001_ahp. jpg
Гудьера ползучая (Goodyera repens) Сем. Orchidaceae– Орхидные (Ятрышниковые) http: //www. plantarium. ru/page/image/id/66020. html http: //www. plantarium. ru/page/image/id/66959. html Толокнянка обыкновенная (Arctostaphylos uva-ursi) Сем. Ericaceae – Вересковые http: //www. plantarium. ru/page/image/id/39641. html Грушанка зеленоцветковая (Pyrola chlorantha) Сем. Pyrolaceae – Грушанковые Сосновые и смешанные леса.
Ординация фитоценозов Ординация - построение рядов фитоценозов по постепенному изменению какого-либо фактора окружающей среды в определенном направлении.
Схема эколого-фитоценотических рядов ассоциаций сосновых лесов (В. Н. Сукачев, 1937, с изменениями) В центре - сосняк кисличный, занимающий «среднее» положение в отношении богатства и влажности почвы. Ряд В (по возрастанию застойного увлажнения): сосняк черничный, сосняк с покровом кукушкина льна (долгомошник), сосняк сфагновый. Ряд А (по возрастанию сухости почвы): сосняк брусничный, сосняк лишайниковый. Ряд С (по возрастанию богатства почвы): сосняк с липой, сосняк с лещиной, сосняк с дубом. Ряд D (по возрастанию проточного увлажнения): сосняк травяной.
Вопросы семинарского занятия Влияние окружающей среды на фитоценозы Влияние животного мира на фитоценозы - влияние беспозвоночных животных - воздействие на фитоценозы млекопитающих - роль птиц в жизни фитоценозов Влияние человека на фитоценозы - загрязнение атмосферы - влияние рекреации - вырубка лесов - выпас скота Классификация фитоценозов
Принципы классификации фитоценозов. - Ассоциация, группы ассоциаций, классы ассоциаций, формации. - Составление названий ассоциаций и формаций. - Классификация фитоценозов по Браун-Бланке. Ординация фитоценозов - Схема эколого-фитоценотических рядов ассоциаций сосновых лесов Непрерывность и дискретность растительного покрова Фитоценоз как компонент биогеоценоза - Биогеоценоз, биоценоз, фитоценоз, зооценоз, микробиоценоз. - Экотоп, эдафотоп, климатоп. - Продуценты, консументы, редуценты. Консорции как элементы биогеоценоза
Введение
Глава I. Состояние изученности антропогенного влияния на фитоценозы агроэкосистем пригородной зоны 9
1.1. Антропогенное влияние на агроценозы полевых культур, лесопарковую растительность, фитоценозы лесных полос пригородной зоны 9
1.2. Состояние изученности растительности пригородной зоны г. Воронежа 38
Глава II. Объекты, объем и методы исследований 44
2.1. Объем и объекты исследований 44
2.2. Методика исследований 46
Глава Ш. Природно- экологическая характеристика района исследова ний 50
3.1. Природно- климатические условия Воронежской области и пригородной зоны г. Воронежа 50
3.2. Экологические условия района исследований 56
3.3. Характеристика пригородных агроэкосистем как объектов исследования 63
Глава IV. Состояние травянистой растительности в агроценозах полевых культур 71
Глава V. Результаты оценки антропогенной нагрузки на фитоценозы лесопарков и лесных полос пригородной агроэкосистемы 103
5.1 Состояние травянистой растительности в лесопарках пригородной зоны 103
5.2 Состояние травянистой растительности в фитоценозах лесных полос, 150
Список литературы 170
Приложение 202
Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время фитоценозам агроэкосистем пригородной зоны всё труднее избежать трансформации, связанной с ростом глобального антропогенного прессинга. При этом антропогенные изменения затрагивают все компоненты агроэкосистем, вызывая изменения в живом компоненте.
Изучение состояния агроэкосистем, их функционирования и устойчивости в условиях антропогенного прессинга невозможно без комплексного изучения их основной составляющей, в частности-растительности. Изучение фитоценозов агроэкосистем представляет интерес с точки зрения охраны как самих растительных ассоциаций, так и окружающей среды в целом, и становится всё более актуальным, в связи с необходимостью сохранения как биоразнообразия, так и природных комплексов.
Растительный компонент агроэкосистем пригородной зоны проявляет специфические реакции на антропогенное воздействие; изменяется флора и растительность, снижается устойчивость природных биогеоценозов, формируются качественно новые флористические комплексы и синантропные сообщества, изменяются границы и размеры ареалов многих видов растений, изменяется структура и численность их популяций, отдельные виды исчезают.
Изучение последствий этих процессов, а также изучение состояния фитоценозов, их динамики, толерантности, генезиса становится в настоящее время всё более актуальным, как для сохранения флористического разнообразия, устойчивости природных и искусственных фитоценозов, так и для обоснованных научных подходов по их оптимизации.
Однако, этим вопросам в настоящее время уделяется недостаточно внимания, и лишь единичные работы касаются некоторых аспектов этих проблем (Васильченко 1985, 1989; Григорьевская 1999, 2000; Григорьевская, Хрипя-кова 1992,1999; Таранков и др. 1992; Терехова 1996, 1999, 2000 и другие.)
Таким образом, исследования антропогенной нагрузки фитоценозов агроэкосистем пригородной зоны Воронежа продиктованы их недостаточной
5 изученностью. Кроме того, растительность находится в постоянной динамике как количественных, так и качественных показателей. Поэтому имеет смысл дать современную эколого- фитоценологическую оценку агроэкосистем пригородной зоны, с учётом влияния антропогенной нагрузки, как основного фактора воздействия.
В основу исследований легла экологическая характеристика фитоценозов агроэкосистем пригородной зоны города Воронежа (посевы полевых культур, лесные полосы, лесопарки). Состояние агроэкосистем оценивалось через характеристики качественных и количественных параметров изучаемых фитоценозов.
Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в осуществлении экологической оценки фитоценозов агроэкосистем пригородной зоны, подвергающейся интенсивной антропогенной нагрузке, содержанием которой является наблюдение за состоянием, с целью прогноза динамики и степени вероятных изменений в агроэкосистемах и определение мер по повышению их устойчивости. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
Дать эколого-фитоценологическую характеристику агроэкосистем пригородной зоны и оценить их современное экологическое состояние.
Выявить объективные показатели состояния фитоценозов и оценить их временную и пространственную изменчивость в условиях пригородных агроэкосистем.
Изучить флористическую и экологическую характеристику рудеральних фитоценозов, создав информативную базу данных по количественным и качественным изменениям, и определить место этих ассоциаций в агроэкосистемах пригородной зоны города Воронежа.
Изучить состояние травянистой растительности в фитоценозах полевых культур.
Изучить влияние антропогенной нагрузки на фитоценозы пригородных агроэкосистем.
6. Рассмотреть основные пути оптимизации растительного компонента применительно к условиям агроэкосистем пригородной зоны г. Воронежа и разработать рекомендации по использованию данных, полученных в ходе исследований для стабилизации состояния фитоценозов агроэкосистем и их сохранения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Проведена экологическая оценка современного состояния фитоценозов агроэкосистем пригородной зоны города Воронежа с учетом влияния на них антропогенной нагрузки.
Выявлены наиболее типичные растительные ассоциации для агробиоценозов пригородных агроэкосистем, определен их флористический состав. Получены данные по видовому составу, изменениям количества и соотношения видов под влиянием антропогенной нагрузки.
Дана экологическая характеристика рудеральных фитоценозов (видовой состав, тип местообитания, динамика численности, состояние растений).
Проведен отбор информативных показателей состояния и антропогенной дигрессии растительности пригородных агроэкосистем.
Исследована возможность использования данных о видовом составе, динамике численности, соотношении количества лесных, опушечных, луговых рудеральных и сорных видов в лесопарковых ценозах для индикации степени рекреационного воздействия на лесопарковые комплексы пригородной зоны г. Воронежа.
Дана экологическая характеристика сорной растительности агрофитоценозов (выявлены основные засорители сельскохозяйственных культур, средняя засоренность посевов, а так же устойчивость сорной растительности к антропогенной нагрузке).
Дан эколого- фитоценотический анализ растительности лесополос с учетом антропогенной нагрузки.
Защищаемые положения.
Состояние фитоценозов в агроэкосистемах пригородной зоны г. Воронежа.
Антропогенная нагрузка на фитоценозы в агроэкосистемах пригородной зоны г. Воронежа (лесопарковая растительность, сельскохозяйственные посевы, растительность лесных полос).
Мероприятия по оптимизации растительного компонента в агроэкосистемах пригородной зоны г. Воронежа.
Практическая значимость исследований.
Полученные результаты дают возможность оценить степень антропогенной нагрузки на фитоценозы пригородных агроэкосистем и спрогнозировать степень вероятных изменений в системах. Прогноз результатов позволит определить необходимую систему мер, направленных на повышение устойчивости как растительных сообществ агроценозов, так и всей пригородной агроэкосистемы в целом. А также послужит для выбора обоснованных решений по обеспечению рациональной, экологически обоснованной системы ведения хозяйства.
Апробация результатов исследований.
Основные положения работы доложены на региональных научно-практических конференциях, проходивших на базе Воронежского государственного педагогического университета (2000, 2001, 2003 г.), на научно- методической конференции "Формирование системы непрерывного экологического образования" на базе Воронежского государственного университета (2001), на международной конференции "Интродукция растений. Охрана и обогащение биологического разнообразия видов" (Воронеж 2002), на международной конференции "Экологические проблемы сельскохозяйственного производства" (Воронеж 2002).
8 Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, основной части, представленной 6 главами, выводов, списка литературных источников и приложений. Список литературных источников включает 330 наименований, в том числе на иностранном языке 40. Объем диссертации составляет 201 страницу, работа включает 38 таблиц, 26 рисунков.
Антропогенное влияние на агроценозы полевых культур, лесопарковую растительность, фитоценозы лесных полос пригородной зоны
Биологический аспект изучения растительного компонента агроэкосистем пригородной зоны. Антропогенная трансформация живой природы является следствием общепланетарного процесса антропогенеза. Урбанизация всего мира и связанные с ней процессы- это лишь частный случай глобальной экологической проблемы. Однако масштабы, интенсивность и многоплановость антропогенного воздействия на окружающую среду урбанизированных территорий столь велики, что приводят к чрезвычайно быстрым и существенным изменениям всех компонентов ландшафта (Чичев, 2000).
Города представляют собой сложную парагенетическую систему, где формируется особая среда жизни человека. Что же представляет собой городская среда с геоэкологической точки зрения? Это сложное образование, сформированное путем взаимодействия двух высокоорганизованных систем: "Природа" и "Человек и его деятельность" (Кочуров, 1997).
Среда городов развивается в границах определенного природного ландшафта и включает компоненты- биотический и абиотический. Необходимо отметить, что кроме природных, урбосреда содержит компоненты, искусственно созданные человеком- техносферу. Так, человек, создавая промышленность различные виды коммуникаций, способствует формированию мощной техносферы и в то же время преобразует окружающую природную среду. При этом фактическое влияние города на биоту выходит далеко за пределы его границ (дороги, свалки, загрязнения атмосферы и почвы, рекреационные зоны, создание искусственных водоемов и.т.д.).
Формирующиеся на урбанизированных территориях биоценозы (урбаноценозы) по сравнению с естественными, которые они сменяют, характеризуются более низкими количественными показателями числа составляющих их элементов и биологической продуктивности, а также обедненными внутренними связями. Город как бы "исключает" природу. При этом существенно уменьшается площадь территорий, обеспечивающих сохранение генофонда живой природы, как внутри городов, так и в окружающей их пригородной зоне. Изменяется флора и растительность, снижается устойчивость природных биогеоценозов, появляются новые квазиприродные, полуприродньге, искусственные растительные сообщества (Jager, 1977; Горчаковский, 1979, 1984; Уиттекер, 1980; Малышев, 1981; Толмачев, 1986; Юрцев, Камелин, 1987, и др.). Это биологический аспект изучения растительных ассоциаций пригородной зоны.
Однако, с другой стороны, существует и социальный аспект- это формирование непосредственно городской среды обитания человека, как биологического и социального существа. Как отмечает Камерилова (1997) урбосистемы являются управляемыми системами, что выражается в целенаправленной деятельности человека по обеспечению устойчивого развития городских систем и их оптимизации.
В оптимизации городской среды особая роль отводится пригородной "зеленой" зоне, лесоаграрному комплексу, природоохранная роль которого заключается в активном регулировании экологического равновесия ландшафта.
Составными частями пригородной агроэкосистемы являются агрофитоценозы полевых культур, разделяющие их лесные полосы и лесопарки.
Слагающийся на пахотных землях целостный агробиогеоценоз-экосистема ранга вторичного биогеоценоза (Зубков, 1995)- развивается на территории смежных полей с их экотонами, включает лесополосы и другие составные части, и устойчиво функционирует неопределённо долго в условиях полевого севооборота, где наряду с биогеохимическим круговоротом и оборотом биокосного вещества циркулирует, как ответ на антропогенные воздействия, добавочный связующий круговорот биотических компонентов.
Таким образом агробиоценоз формируется за счёт местной фауны (Карпова, 1965; Шапиро, 1965) и флоры (Григорьева, 1962), являясь как бы осколком первичных биоценозов (Бей-Биенко, 1957). При этом сорно-полевая растительность вместе с культурными растениями является растительным сообществом (Сукачёв, 1910, 1950; Короткий, 1912; Хитрово, 1912; Braun-Blanquet, 1928; Комаров, 1935, 1940) и обозначена термином- "агрофитоценоз" (Козо- Полянский, 1932; Камышев, 1939). Развитие сорной растительности идёт по своим законам, вопреки воли человека. Изменение сорной флоры происходит в соответствии с ритмикой природных явлений (Воеводин, 1981). Так что агробиоценоз в целом- далеко не продукт человеческого труда.
Однако человек является "мощнейшим экзогенным фактором" (Сукачев, 1974, с. 10) антропогенного воздействия- добавочным фактором естественного отбора, на фоне которого формируется и развивается агроценоз. При этом под естественным отбором в данном случае имеется ввиду роль антропогенных факторов не столько в видообразовании, сколько в их влиянии на сукцессионные процессы в агробиоценозе.
Многие фитоценологи отождествляют агрофитоценозы с сообществами дикой растительности, считая ведущим фактором их организацию взаимоотношения между компонентами (Камышев, 1939; Марков, 1969, 1972; Часовенная, 1975).
В зарубежной литературе между экосистемами, возникающими как на землях сельскохозяйственного пользования, так и на остальной территории, не делается принципиальных различий. Д.С. Фарнер и Ю. Одум высказывают представление об экосистемном строении природы, распространенном в западной литературе, как о бесконечной иерархии экосистем в виде набора Матрешек: насаждения и поля в отношении структуры, обмена веществ и потока энергии могут рассматриваться как экосистемы первого, второго и третьего порядков (Farner, 1977). Поля, пастбища, лесопосадки считаются составляющими функциональными частями больших региональных или глобальных экосистем. (Одум, 1987).
Агроэкосистемы, по мнению Ю. Одума (1987),- это "одомашненные экосистемы", которые занимают промежуточное положение между природными экосистемами (луга, леса) и искусственными, например городами. Митчелл (1987) и Харт (1987) считают что "агроэкосистемы обладают теми же свойствами, что и естественные экологические структуры". В последнее время агроэкосистемами называют и крупные агроландшафтные комплексы (Жученко, 1990).
Организованность агробиогеоценозов не только не ниже первичных биоценозов, но благодаря добавочной антропогенной энергии и привносимого вещества по ряду свойств- устойчивости и стабильности, выраженности образований, видовому разнообразию- превосходит таковую у местных травянистых экосистем. Организационная структура агробиогеоценоза-пространственная, функциональная и временная сопоставима со структурной организацией первичных травянистых биогеоценозов (Зубков, 1985).
Агроэкосистемы включают искусственные (культурные) фитоценозы, созданные человеком по заранее намеченному плану, к которым относятся агрофитоценозы (посевы полевых культур) и сильвокультурфитоценозы (искусственно созданные лесные насаждения, лесные полосы) (Бяллович, 1936.)
Посевы полевых культур имеют большое значение и в жизни природы в целом. Подобно тому, как естественный фитоценоз вместе с населяющими его животными организмами входит в состав биоценоза и, далее, в состав биогеоценоза, точно так же и агрофитоценоз вместе с его животным населением образует агробиоценоз, входящий в состав полевого биогеоценоза-агробиогеоценоза. Последний, в соответствии с определением, данным биогеоценозу В.Н.Сукачевым (1964), представляет совокупность на известном протяжении земной поверхности (в нашем случае- полевой площади) однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, гидрологических условий, почвы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов). Эта совокупность имеет свою специфику взаимодействия слагающих её компонентов и определённый тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы. Отсюда следует, что афофитоценоз является компонентом агробиогеоценоза, тесно связанным с другими его компонентами. В естественно- биологической системе земледелия, базирующейся на севообороте, использовании органических удобрений, бобовых культур, сидерации, большое место отводится значению естественных процессов и взаимосвязей, благодаря которым осуществляется воспроизводство почвенного плодородия (А.В. Советов, А.С. Ермолов, В.Р. Вильяме, Л.А. Жученко).
При этом ведущим звеном в экологизации, а в том числе и биологизации земледелия является ландшафтный подход. Основы эколого- ландшафтного земледелия заложенные В.В. Докучаевым (докучаевский комплекс- лесные насаждения, пруды и другие территориальные мелиорации), определили характер новых систем земледелия. Поэтому формирование систем земледелия как агроэкосистем, где все природные и антропогенные компоненты представляют собой единый биомеханизм, становится главным в решении экологических проблем.
Лесопарки и лесные полосы в пригородных агроэкосистем ах выполняют роль средостабилизирующих (улучшающих) угодий, тем более, что природоохранная и хозяйственная эффективность их намного выше, чем сенокосов и пастбищ.
Объем и объекты исследований
Оценка состояния фитоценозов агроэкосистем пригородной зоны и их динамики, под влиянием антропогенной нагрузки, проводилась на конкретных бъектах, в качестве которых были выбраны фитоценозы следующих агроэкосистем; лесопарков (ЦПКиО, дендрологический парк ВГЛТА, лесопарковая часть Правобережного лесничества учебно- опытного лесо-охотничьего хозяйства ВГЛТА); лесных полос, и полей опытной станции Воронежского госагроуниверситета. Они выступают при этом в двух одинаково важных ролях: как самостоятельный и ценный объект наблюдения и контроля, и как индикатор состояния окружающей среды, характеризующий её" качество.
Изучаемые объекты расположены в пригородной зоне, шириной около 10-15 км, относящейся к "зелёной" зоне города Воронежа, являющейся местом проведения массового загородного отдыха населения. Опытная станция ВГАУ находится в непосредственной близости к объектам рекреации. Поэтому, предметом исследования стали тенденции антропогенной трансформации локальной флоры, реакция фитоценозов агроэкосистем пригородной зоны на антропогенные нагрузки, мера устойчивости их внешним воздействиям. Так как травянистые растения, являясь весьма чувствительными индикаторами степени антропогенного воздействия, наиболее тонко и чутко реагируют на изменения окружающей среды, отражая постепенные реакции природного комплекса, в нашем случае- агроэкосистем.
Всего было исследовано 19 объектов. Исследования проводились в 2000-2003 годах, в части пригородной зоны, прилегающей к северной окраине города Воронежа. Обследовано 3 лесопарка, площадью от 4,6 га до 800 га; 11 опытных полей, площадью от 2,88 га до 14,48 га и 5 разделяющих их лесополос. Площади приводятся по данным Управления главного архитектора и лесного хозяйства г. Воронежа 1998 года. Исследования состояния растительности проводились в зонах, отличающихся по интенсивности рекреационной нагрузки.
Объекты исследования входят в состав северного селитебного рекреационно-паркового водоразделы і о-скл о нового ландшафтного микрорайона города с рассредоточенной жилой застройкой. Естественные и искусственные насаждения изучаемых объектов по составу и структуре биоценозов являются промежуточными между природными лесами, парками, лесными полосами, посевами сельскохозяйственных культур.
Для исследуемой флоры отмечено изменение соотношения эколого-ценотических групп в сторону возрастания участия видов ценоэлементов открытых местообитаний, опушечных и сорных, засчет снижения роли видов лесной, луговой, болотной групп. Это изменяет экотопический спектр, увеличивая число ксерофильных светолюбивых видов и свидетельствует о ксерофи-тизации флоры (Ильминских, 1984; Березуцкий, 2000). Большинством авторов в целом для исследуемой флоры отмечается ряд тенденций (аридизация, ксеро-фитизация, синантропизация, нестабильность, гетерогенность), характерных для антропогенной трансформации, вызванной интенсивным антропогенным воздействием.
Объекты, выбранные для исследований: лесопарки, лесные полосы и агрофитоценозы полевых культур являются составными частями пригородной агроэкосистемы, лесоаграрпого комплекса. Природоохранная роль которого заключается в активном регулировании экологического равновесия ландшафта. Тем не менее, пригородная зона испытывает всё возрастающие с каждым годом рекреационные нагрузки, которые непосредственным образом изменяя лесопарковые биоценозы, влияют на прилегающие к ним лесополосы и агробиоценозы.
Таким образом, посредством определения качественных и количественных характеристик антропогенной нагрузки, влияющей на видовой состав растительных группировок, расположенных в пригородной зоне, а также знания взаимосвязи между растительностью и рекреационной нагрузкой можно произвести прогноз смены видового состава растительности, для использования его в дальнейшем при планировании и оценке последствий антропогенной нагрузки, а также при проведении природоохранных мероприятий..
Эколого- фитоценотические исследования растительности агроэкосистем пригородной зоны Воронежа проводились на следующих растительных ассоциациях: природных- саморазвивающихся (луговые ассоциации ЦПКиО, рудеральные комплексы растительности лесопарков, комплексы растительности смешанных древостоев лесопарков); искусственных ассоциациях (древесно- кустарниковые комплексы растительности лесопарков, дендропарка, лесных полос; сорно- полевая растительность и посевы полевых культур).
Для разносторонней оценки состояния фитоценозов пригородных агроэкосистем, для исследований были выбраны объекты с разной степенью рекреационной нагруженное.
Для описания травянистого покрова лесопарков и лесных полос на каждой растительной группировке и ассоциации было выделено по 10 учетных площадок, по случайному принципу, площадью 1м2- каждая. Закладка постоянных пробных площадей велась по методике биогеоценологических исследований (Программа и методика биогеоценологических исследований, 1974). Наблюдения проводились через 10 дней.
Учет сорной растительности агрофитоценозов проводился так же методом учетных площадок. Размер учетных площадок 1м2. Учетные площадки на обследуемом участке располагали равномерно, с тем, чтобы охватить края и середину поля. Количество наложений учетных площадок зависит от площади обследуемого поля: до 50 га- в 10 точках, от 50 до 100 га- в 15, более 10 га- в 20 (Инструкция по определению засоренности полей, многолетних насаждений, сенокосов и пастбищ, 1990). Обследование агрофитоценозов так же проводилось по методике биогеоценологических исследований (1974). При этом выясняли предшествующие культуры, уход за посевами и другие пути антропогенных воздействий на посевы. Для определения типичных агрофитоцепозов в пределах каждого агрофитоценоза закладывалось по пять учетных стометровых площадок (10 х 10 м), которые позволяют дать правильное представление об изучаемом агрофитоценозе.
На учетных площадках были проведены следующие учеты и наблюдения: видовой состав растений; ярусность; фенологические наблюдения (Куперман, 1977); обилие; густота и число растений на 1м2, общее проективное покрытие.
Определение видовой принадлежности проводилось по Определителю флоры средней полосы Европейской части России (Мае веки и, 1964), а также по Атласу- определителю высших растений (Новиков, Губанов, 1991).
Видовое богатство фитоценоза- это полный список видов составленный на основе описания ряда учетных площадок, в пределах каждого сообщества. В список видов фитоценоза мы внесли все растения, независимо от того, в каком состоянии они находились- цвели, плодоносили или вегетировали.
При установлении видового состава травянистого фитоценоза использовали участки в 100 м2, у древесных фитоценозов- больше 100 м3 (Суворов, Воронова, 1974).
Обилие видов в фитоценозе определялось глазомерной оценкой и методом учета обилия пересчетом растений каждого вида на единицу площади (Суворов, Воронова, 1979).
Фенологические наблюдения проводились с мая по октябрь. При этом отмечались следующие фазы развития растений лесопарков и лесополос: появление всходов, бутонизация, цветение, плодоношение, окончание вегетации (отмирание).
Природно- климатические условия Воронежской области и пригородной зоны г. Воронежа
Территория Воронежской области располагается на юго-западе Европейской части России, почти в центре Восточно- Европейской платформы и является типичным устойчивым участком земной коры. В геологическом разрезе по вертикали выделяется кристаллический фундамент, сложенный гранитами, гнейсами, кварцитами. Вышележащий осадочный чехол слагают мощные пласты песков, глин, известняков и других осадочных пород (Подколзин В.В., 1994). За последние 65 млн. лет земная кора на территории Воронежской области испытала поднятие более чем на 500 м. В следствие вертикальных движений земной коры в недрах возникли разломы, которые оказали существенное влияние на формирование речной сети области. Многие реки стремятся к широтному и северо- западному направлениям. Это обусловлено тектоническими разломами земной коры. Наиболее крупными формами рельефа Воронежской области являются Среднерусская, Калачская возвышенности и Окско- Донская низменность. На возвышенностях поверхность осложнена многочисленными эрозионными формами (овраги, балки). На Окско- Донской низменности процессы водной эрозии ослаблены. Здесь неглубокие речные долины, мало оврагов, широко распространены балки, ложбины стока, придающие рельефу слабоволнистый характер.
Ф.Н. Мильковым и др. (1992) на территории области выделены две ландшафтные зоны: лесостепная и степная. Из трех подзон лесостепной зоны- северной, типичной и южной- в Воронежской области представлены две: подзона типичной и подзона южной лесостепи.
В подзоне типичной лесостепи выделяются три физико-географических, типичнолесостепных района: Правобережный, Левобережный, Окско-Донской плоскоместный и Прихоперский. В подзоне южной лесостепи выделяют два физико-географических района: Калитвянский и Калачский южно-лесостепные.В степной зоне также два: Правобережный, Богучарский и Левобережный,
Петропавловский районы.
Территория города Воронежа и его пригорода расположена в Левобережном террасовом, типично- лесостепном районе подзоны типичной лесостепи. Район представляет из себя древнюю долину рек Воронежа и Дона, состоящую из широкой поймы, с её лугами и левадами, нижних песчаных и верхних лёссовых надпойменных террас. Ширина района с запада на восток 25 - 30 км. Через весь район с севера на юг тянется песчаный озовый вал; слагающие его водно-ледниковые пески грубее и древнее террасовых песков. Здесь расположены такие крупные лесные массивы, как Усманский бор и Воронежская нагорная дубрава.
По своему рельефу Левобережный террасовый типично-лесостепной район принадлежит Оке ко-До некой низменности, хорошо выраженной в рельефе области. Это слегка волнистая, слабо расчлененная оврагами и балкамм низменная равнина. Абсолютная высота ее не достигает 180 м. Нередко междуречья низменности приобретают характер плоских поверхностей. Речные долины неглубоки, и врез их не превышает 50- 60 м. В рельефе ведущую роль играют широкие песчаные террасы. На плоских междуречьях широко распространены неглубокие блюдцеобразные понижения-западины. Многие из них заболочены и поросли осиновыми кустами.
Почвы. 80 процентов территории Воронежской области покрыто черноземами и близкими к ним лугово-черноземными почвами. В северной половине области преобладают типичные черноземы. Мощность гумусового и переходного горизонта (А+АВ) около 70- 90 см, содержание гумуса в пахотном слое около 7 -8 %, а запасы его в метровой толщине достигают 470- 560 т/га. На слабодренированной Окско- Донской равнине черноземы часто располагаются в полосе с лугово- черноземными почвами. Формирование последних происходит в местах неглубокого залегания грунтовых вод (3- 5 м) и повышенного поверхностного увлажнения. По мощности гумусового слоя и содержанию гумуса (до 8- 10 %) лугово- черноземные почвы превосходят черноземы, а средние запасы гумуса в метровой толще достигают 600- 750 т/га.
В лесах и на полях, сравнительно недавно освободившихся из- под леса, распространены серые лесные почвы. В воронежских дубравах преимущественно встречаются тяжело- суглинистые и глинистые темно- серые лесные почвы. Гумусовый горизонт у них достаточно мощный- до 50- 60 см, с ореховатой структурой и с присыпкой из кварца, кремнезема и полевых шпатов в нижней части.
Реки Воронежской области принадлежат бассейну Дона. Это типично равнинные реки с небольшими уклонами русла и медленным течением. Русла рек извилисты с многочисленными отмелями и затонами. Нередко вдоль русел располагаются озера- старицы. Ярко выражено весеннее половодье. Реки области не отличаются полноводностью, водность их почти в два раза ниже средней водности рек страны.
На территории области выделяют 5 гидрологических районов (Курдов, 1984): Девицкий, Чернокалитвянский, ГТодгоренский (все три на Среднерусской и Калачской возвышенностях). Воронежский и Битюго-Хоперский (оба на Окско-До некой равнине). Воронеж расположен на территории Воронежского гидрологического района, для которого характерна сравнительно высокая густота речной сети (0,26 км/км2). Реки питаются в основном из недостаточно обильного флювиогляциалыго- неогенового водоносного горизонта.
Основной водной артерией изучаемой территории является река Воронеж- левый приток Дона. Направление течения с северо-востока на юго-запад. Река Воронеж повлияла на формирование коренного склона и ландшафтов левобережных боровых надпойменных террас. После создания в 1972 г. Воронежского водохранилища под водой оказалась пойма р. Воронеж от г. Воронежа до села Чертовицкого. Водохранилище вытянуто в меридиональном направлении на 35 км. Средняя ширина его- 2 км, средняя глубина 2,9 м. Площадь зеркала воды при нормальном подпертом уровне, равном 93 м, составляет 70 км2 с полезным объемом воды 204 млн. м. По своим параметрам водохранилище относится к проточному типу. Каждый год весной вода полностью обновляется. Категория водопользования рыбохозяйственный водоем (I категория). После его заполнения под водой оказались 23,5 км2 превосходных пойменных лугов, 2,69 км2 лесов и 2,14 км2 огородов и пашни. Водохранилище позитивно влияет на повышение влажности корнсобитаемой толщи почвы, Отрицательное влияние водохранилища сказывается в подтоплении, а местами и заболачивании низких левобережных территорий. Здесь происходит сдвиг почвенных процессов в сторону большей гидроморфности, в результате чего в полосе шириной несколько десятков метров исчезли естественные лесные насаждения, и на смену им пришла болотная растительность. На значительных площадях прибрежной зоны наблюдаются изменения состава и строения фитоценозов. Климат Воронежской области умеренно- континентальный. В среднем за год продолжительность солнечного сияния- около 1900 часов, для сравнения: в Горном Крыму- 2550- рекордная сумма часов солнечного сияния для всей Европейской части России (Мильков и др., 1992). На климат территории Воронежской области большое влияние оказывает азорский минимум и монгольский максимум атмосферного давления. Летнее повышение температуры вызывается тропическим воздухом, проникающим из Средиземноморья. Юго-восточные ветры приносят из пустынь Средней Азии засуху. Воздушные потоки с Атлантики приносят пасмурную погоду, снегопады, а летом- облачность и дожди. Суммы активных температур велики и колеблются от 2500 до 3000 градусов. Средняя температура июля +19,8 С, января -9,5 С. Среднегодовая температура изменяется в пределах + 4...+ 5 С.
Годовая сумма осадков- 600- 650 мм. Больше всего осадков выпадает в июле (72 мм). Минимум осадков приходится на февраль (20- 25 мм). Снежный покров лежит около четырех месяцев. Глубина его примерно 25 см. На климат г. Воронежа и его пригорода заметное влияние оказывает Воронежское водохранилище. Наиболее устойчиво влияние водохранилища на ход метеорологичеких элементов ощущается в первых сотнях метров прибрежной зоны (Курдов, 1995). На левом берегу граница его влияния отодвигается вглубь берега. На правом, местами заросшим лесом берегу, микроклимат зависит от состояния береговых склонов. Весной наблюдается небольшое понижение среднесуточных температур (на 0,1- 0,3 С). Осенью, напротив, температура воздуха чуть понижается у берега, а ночью повышается. Влажность воздуха несколько увеличивается в мае- сентябре.
Ни один из экологических факторов, исключая тех или иных природных катастроф, не может повлечь такого разрушительного воздействия на растительные группировки, как деятельность человека. С другой стороны, именно человек способствовала расселению многих растений, сохранению исчезающих видов, созданию новых сортов. Сейчас практически невозможно найти ни растительное группировки на Земле, которое не претерпело, в той или иной степени, влияния человеческой деятельности. Различают два основных вида воздействия человека на растительность - прямое воздействие, связанное с физическим уничтожением растений, и опосредованный, который создает условия для изменения группировок. К первому относятся:
Выкашивание травостану и выпас скота;
Распашка почвы;
Сбор растений;
Рекреационные нагрузки;
Изъятие грунта (карьеры, строительство, озеленение и т.п.);
Изъятие площадей (под строительство, горные предприятия, дороги и т.п.).
Опосредованное влияние деятельности человека на фитоценоз проявляется в изменении условий существования растений, а именно:
Осушения территорий или подтопления территорий;
Засоление почвы;
Эрозия, абразия и другие модификации местообитаний;
Химическое и физическое загрязнение окружающей среды;
Биологическое загрязнение окружающей среды, связанное с завозом растений и других живых организмов, их спонтанным проникновения, генетическая модификация растений и тому подобное.
Общая характеристика антропогенного воздействия на фитоценоз
Еще с незапамятных времен человек, как представитель Гетеротрофные звена экосистем, влияла на растительный покров. Со временем численность населения планеты увеличилась, одновременно возросло число средств и способов воздействия на растительность. Человечество перешло от непосредственного воздействия на растения или их группировки, влиянию на среду, в которой они находится. Пока человек питался путем сбора и охоты, она не имела существенного влияния на растительность, но после перехода к оседлому образу жизни и по мере развития растениеводства, это влияние начал расти. Самым простым агротехническим приемом было сжигание лесу. Достаточно часто лес выгорал на значительно большей территории, чем это было необходимо. Если пали проводились на склонах холмов и гор, то начинала прогрессировать водная эрозия, которая, в свою очередь, влияла на видовой состав и состояние растительности как на склонах, так и у их подножия. Обеднения почвы требовало освоения новых площадей, также за счет сжигания новых лесных массивов. Таким образом, с одной стороны, уничтожалась лесная растительность, с другой - создавались условия для проникновения на освобожденные территории рудеральные и сегетальных видов. Человек начали вмешиваться в естественный ход сукцессий.
Рудеральные растения (от лат. Rudus - щебень, мусор) - сорняки, растущие вокруг зданий, дорог, на пустырях и других подобных мисцезростаннях.
Сегетальных растения (от лат. Segetalis - тот, что растет среди хлебов) - сорняки, приспособленные к росту в посевах сельскохозяйственных растений.
По мере развития земледелия и других видов хозяйственной деятельности, влияние на растительные группировки становился более мощным и целеустремленным. Так, интенсивное выращивание свиней в Центральной Европе привело к увеличению площадей дубовых насаждений по сравнению с буковыми. Дубы начали охранять, сеять желуди, ведь плоды дуба использовались для их кормления. В дальнейшем, дубовые насаждения потеряли значение кормовых в связи с выращиванием картофеля. Это привело к интенсивному вырубка, что, в свою очередь, было связано с развитием кораблестроения. Вырубленные дубовые насаждения чаще восстанавливались вегетативным путем, что вызывало или образования низкоствольные древостоев, или замену дуба другими древесными породами. Одновременно возросло значение буковой древесины для топлива, учитывая хорошо естественное возобновление бука, которое не требовало усилий на его восстановление. Использование каменного угля привело к потере стратегического значения буковой древесины в качестве топлива. Товарной ценности приобрела древесина хвойных пород, которую использовали в строительстве. В результате, хвойные древесные породы значительно потеснили лиственные. В качестве примера, можно проследить более столетнюю динамику площадей хвойных пород вокруг г.. Гейдельберг (рис. 10 1). Интенсивном распространению хвойных пород способствовала также способность к распространению семян с помощью ветра, регулярное повторение урожайных лет, меньше требовательность хвойных пород к почвенным условиям, рост кислотности почв. К тому же, именно для хвойных пород были достаточно хорошо разработаны как сложные, так и упрощенные технологии лесовыращивания. Поскольку именно древесные породы чаще всего является эдификаторами, то, безусловно, с их изменением происходили изменения во всех ярусах лесных фитоценозов.
Эдификаторы (от лат. Aedifikator - строитель) - виды растений, которые преобладают в фитоценозе и имеют сильно выраженной способностью формировать среду. Они определяют в основном свойства фитоценозов - состав, структуру, фитосреды, производительность и т.
Рис. 10.1. Динамика доли лиственных и хвойных пород на лесистых территориях вокруг г.. Гейдельберг
Приведенный пример является типичным не только для такого давно и густо заселенного региона, как Центральная Европа. Вырубка лесов и распашка земель сменили на более засушливые природно- климатические условия вокруг Средиземного моря, в Малой Азии, Месопотамии. Вырубка тропических лесов в Индии и Африке привело к образованию саванн, а в Средней Азии на местах выпаса домашних животных образовались барханы. Интенсивная вырубка лесов и распашка прерий в Северной Америке привело к уничтожению естественной растительности, что, в свою очередь, стало причиной образования пылевых бурь. Это, в свою очередь, снизило плодородие почв. Классическим является пример уничтожения растительности в горах Греции в результате выпаса большого количества коз и овец. Животные не только интенсивно поедали растительность, но и разрушали верхние горизонты, и так недостаточно мощных, горных почв. Не обошли изменения лесистости и территорию Украины (табл. 10.1). За период с конца XVIII до начала XX века площади, занятые лесами, уменьшилась в среднем на 6,4%. До сих пор ситуация принципиально не улучшилась. Лесистость территории Украины составляет 15,7%, что не соответствует оптимальной для данных природных условий.
Таблица 10.1
Изменение лесистости территории Украины за период с XVII до начала XX века, %
(По А. Б. Цветкова, 1957)
|
губернии |
года |
||||
|
Волынская |
|||||
|
Екатеринославская |
|||||
|
Киевская |
|||||
|
Подольская |
|||||
|
Полтавская |
|||||
|
Таврическая |
|||||
|
Харьковская |
|||||
|
Херсонская |
|||||
|
Черниговская |
|||||
|
В среднем |
|||||
Развитие мореплавания позволил целенаправленно или случайно завозить виды растений на другие континенты. В наше время мало кто задумывается, что обычные для нас томаты или картофель были завезены из далекой Америки. Они так прочно вошли в нашу жизнь, что большинство несведущих людей считает их аборигенными видами. Это касается не только культурных растений. На сельскохозяйственных площадях, вдоль дорог, вблизи усадеб в Европе, в том числе и в Украине, распространена очень неприхотливое растение из семейства сложноцветных - Злынка канадская (Erigeron canadensis). Она очень заметна, поскольку часто создает сплошной покров. Этот представитель североамериканской флоры был завезен в Старый свет случайно, но сумел, благодаря быстрому распространению семян ветром, распространиться на больших площадях и занять определенные экологические ниши, вытеснив менее конкурентоспособны аборигенные виды. Во внутренних водоемах Европы и Азии часто встречается другой представитель Нового мира - элодея канадская (Еlodea canadensis).
Размножение этого вида было таким быстрым, неконтролируемым и даже агрессивным, что вторая ботаническое название элодея - водяная чума. Из-за загрязнения этим растением водоемов возникают проблемы с водопользованием и местным судоходством.
Таким образом, по мере развития цивилизации, происходило постоянное вмешательство человека в природные процессы, в том числе в те, что происходят в фитоценозах. Независимо от природы таких вмешательств, со временем они приобрели столь широкий размах, что не заметить их стало невозможно.
Для поддержания жизни, как устойчивого планетарного явления, мощной геохимической силы, важнейшее значение имеет разнообразие форм живых организмов, которые отличаются набором веществ, потребляемых ими и выделяются в окружающую среду в процессе жизнедеятельности. По определению В. И. Вернадского, живое вещество представляет собой совокупность разнокачественных форм организмов, благодаря которым обеспечивается непрерывный биогенный круговорот веществ. Поддержка этого круговорота является ведущей функцией природных экосистем. Она осуществляется на основе закономерной взаимодействия популяций, которые составляют. Численность и разнообразие видов, сложность связей, между ними возникают, потоки вещества и энергии, которые объединяют - все это лежит в основе способности природных экосистем сохранять свою целостность и является необходимым условием их устойчивости. Поскольку в наше время нет способов воспроизведения видов, которые исчезли, обеднение биологического разнообразия - это необратимый процесс. Забота международного сообщества о будущем окружающей среды нашла свое выражение на Конференции ООН по окружающей среде и развитию, состоявшейся в Рио-де-Жанейро в 1992 году на этом авторитетном международном форуме была выработана новая парадигма выживания биоты (в том числе человечества) - концепция устойчивого развития. в ней отмечается, что для обеспечения устойчивого развития планеты социально-экономическое развитие каждой нации не должен выходить за пределы экологических возможностей биосферы для обеспечения сохранения и восстановления окружающей природной среды и здоровья населения как сегодня, так и в будущем. Конвенцию о биологическом разнообразии было закреплено Законом Украины № 257/94-ВР от 29 ноября 1994 года. Всеевропейскую стратегию сохранения ландшафтного и биологического разнообразия одобрен в 1995 году в Софии в рамках процесса "Окружающая среда для Европы". Для реализации Украиной этих международных соглашений в 1997 году Кабинетом Министров Украины принято постановление "О концепции сохранения биологического разнообразия Украины", а в 2000 году был принят специальный Закон "Об Общегосударственной программе формирования национальной экологической сети Украины на 2000 - 2015 годы".
Выпускная квалификационная (дипломная) работа
Антропогенное воздействие на фитоценозы окрестностей аула Тахтамукай Республики Адыгея
Введение
растительность биогеоценоз фитоцетонический антропогенный
В последние годы экологические проблемы стали не только проблемами биологического сохранения природы, но и проблемами социально-политического характера. В современных условиях здоровье населения во многом зависит от экологического состояния качества окружающей среды. Однако, действие отдельных экологических факторов представляет угрозу не только для растений и животных, но и здоровья людей. В связи с интенсификацией антропогенного воздействия на окружающую природную среду, возникают отрицательные последствия, влияющие прямо или косвенно на все живые организмы [Абрегов, Козьменко, Пашков, 2002].
Вредные вещества, попадая в окружающую природную среду со сточными водами, с выбросами в атмосферный воздух или накапливаясь как производственные и бытовые отходы, а также радиоактивные вещества и другие факторы, влияющие на экосистему, не исчезают бесследно. Даже низкие их концентрации, действуя долгое время, могут отрицательно повлиять как на животных и растения, так и на здоровье человека [Абрегов, Козьменко, Пашков, 2002].
Республика Адыгея традиционно считалась и считается одним из экологически благополучных субъектов Российской Федерации, однако, и здесь существует ряд проблем:
загрязнение окружающей среды при транспортировке, хранении и применении химических средств защиты растений;
аварийные выбросы и утечки из газопроводов и нефтепроводов;
выбросы токсичных веществ в атмосферу от передвижных источников;
свалки твёрдых бытовых отходов;
сжигание на полях пожнивных остатков;
загрязнение токсичными природными отходами.
Самыми опасными в медико-экологическом отношении являются места хранения пришедших в негодность пестицидов, а также твёрдых бытовых и промышленных отходов [Абрегов, Козьменко, Пашков, 2002].
Видовой состав, физиономический облик, структура, жизненное состояние растений и продуктивность растительных сообществ отражают все особенности условий обитания, в том числе и степень антропогенного загрязнения. Биомониторинг на уровне популяций или фитоценоза позволяет получить данные об общем состоянии природной среды [Егорова, 2000].
В связи с этим данная работа является актуальной.
Цель работы - изучить антропогенное воздействие на фитоценозы окрестностей аула Тахтамукай Республики Адыгея.
Для решения поставленной цели были определены следующие задачи:
Установить видовой состав растительного покрова окрестностей аула Тахтамукай;
2. Провести таксономический и биоморфологический анализы;
Провести экологический анализ;
.Провести фитоценотический анализ;
5.Провести химический анализ почвы;
6. Выявить изменения фитоценозов окрестностей аула Тахтамукай в результате антропогенного воздействия.
1. Аналитический обзор
Любой участок суши, занятый растениями, не представляет собой случайного сочетания какого-либо числа видов и биотипов, живущих независимо друг от друга. Каждое растительное сообщество возникает и развивается при определённых условиях внешней среды, в результате сложного взаимодействия между растениями сообщества и другими компонентами среды их обитания [Пачосский, 1927]. Раздел ботаники, изучающий закономерности формирования растительных сообществ, их взаимодействия со средой, получил название фитоценологии.
В конце 19 века в ряде стран в результате изучения их растительного покрова возникло представление о закономерных сочетаниях совместно произрастающих растений - растительных сообществах, была обоснована необходимость их исследования как особого объекта и сформулированы задачи научной дисциплины, изучающей растительные сообщества [Алёхин, Сырейшиков, 1926; Пачосский, 1927].
Название фитоценология получило распространение в СССР и некоторых странах Европы; в других странах используются термины фитосоциология и экология растений [Алёхин, 1938].
В задачи фитоценологии входит изучение флористического, экобиоморфного и ценопопуляционного состава фитоценозов, взаимоотношений между растениями, структуры, экологии, динамики, распространения, классификации и истории возникновения фитоценозов [Пачосский, 1927].
В результате этих исследований выявляют видовой состав фитоценозов (включая сосудистые растения, мхи, лишайники, водоросли, грибы, бактерии и актиномицеты), состав ценопопуляций, структуру, динамику, в том числе изменения, вызванные деятельностью человека, выясняют условия, обеспечивающие максимальную продукцию фитоценозов, включая создание искусственных высокопродуктивных фитоценозов [Алёхин, Сырейшиков, 1926].
Основы этой науки в нашей стране заложил академик В.Н. Сукачёв . Большой вклад в развитие фитоценологии внесли советские ботаники. Они изучали растительность одной шестой части территории Земли, разработали теоретические проблемы и методы изучения фитоценозов: В.В. Алёхин , Е.М. Лавренко , А.П. Шенников , Л.Г. Раменский , В.Б. Сочава и др.
В настоящее время фитоценология является теоретической основой охраны, правильного использования и повышения продуктивности природных и созданных человеком фитоценозов. Результаты фитоценологических исследований используются для планирования и рационального использования лесных, кормовых и прочих угодий, в геологических и гидрогеологических исследованиях и др. [Воронов, 1973].
Основным объектом изучения фитоценологии является фитоценоз - конкретное растительное сообщество на определённой территории, характеризующееся своим составом, строением и взаимодействием между растениями, а также между ними и средой [Пачосский, 1927]. Эти взаимодействия проявляются в различных направлениях.
Прежде всего в фитоценозе происходит конкуренция между разными видами и особями внутри вида за свет, воду, минеральные вещества, пространство. Эта конкуренция приводит к отмиранию огромного числа особей в период формирования сообщества, к угнетённости значительного числа видов и оказывает формирующее влияние на растения фитоценоза [Раменский, 1971].
Так как в образовании фитоценоза принимают участие растения разных видов и жизненных форм, обладающих различными экологическими особенностями, сообщество приобретает особую структуру в форме ярусности. Ярусность присуща любым фитоценозам, но особенно ярко она выражена в лесу. Наиболее высокие деревья здесь составляют первый ярус, менее высокие - второй, кустарники подлеска - третий, кустарнички, травы, мхи и лишайники - четвертый и пятый. Временно растения могут находиться в несвойственном им ярусе, например, всходы деревьев - в пятом, подрост - в пологе четвертого или третьего яруса [Раменский, 1971; Воронов, 1973].
Основной таксономической единицей в геоботанике является растительная ассоциация. Ассоциация - это наиболее мелкая, хорошо улавливаемая физиономическая единица растительного покрова, совокупность участков растительности, имеющих одинаковую физиономичность, структуру, видовой состав и расположенных в сходных условиях местообитания». Таким образом, ассоциация - это сходные сообщества растений. Ассоциации фитоценозов отличаются рядом признаков - видовым и флористическим составом, ярусностью, обилием видов, проективным покрытием, количественным соотношением видов. Ассоциации объединяют в группы ассоциаций, группы ассоциаций - в формации, формации - в классы формаций и типы растительности [Алёхин, Сырейшиков, 1926; Воронов, 1973].
При более детальном изучении структуры лесных фитоценозов выделяют парцеллы - территориально обособленные растительные микрогруппировки.
При установлении растительной ассоциации основным показателем является видовой состав ярусов растительности. Но между видами, входящими в ассоциацию, очень важно выделять те, которые определяют структуру сообщества и обусловливают создание особой среды, присущей данному сообществу. Такие виды растений называют эдификаторами ассоциаций [Алёхин, Сырейшиков, 1926].
Таким образом, растительную ассоциацию можно определить, как совокупность фитоценозов, однородных по взаимоотношениям между видами растений в соответствии с условиями среды, однородных по структуре, видовому составу ярусов и занимающих условия местопроизрастания с однородным комплексом экологических факторов. Растительная ассоциация является основной систематической единицей растительности.
Подобно виду в систематике растений каждой растительной ассоциации также даётся определённое название, обычно двойное. Первое слово названия - родовое, соответствует названию эдификатора ассоциации; второе (видовое) чаще всего дают по названию характерного растения другого яруса, травяного или мохового покрова или по названиям растений-индикаторов [Воронов, 1973].
В соответствии с этим, растительная ассоциация характеризуется в основном однородным видовым составом, однородной синузиальной структурой, отражающей соответствующий состав экологических типов растений, и определённым составом факторов среды, влияющих на фитоценотический процесс. Для определения растительной ассоциации обычно используют названия видов растений, но в одних случаях - играющих в сообществе ведущую роль (эдификаторов и доминантов), а в др. - видов, имеющих диагностическое значение (т. н. характерных, дифференцирующих, и константных); различны и способы построения названий. Растительные ассоциации объединяются в группы, они могут быть также подразделены на более мелкие таксоны - субассоциации. Растительные ассоциации со сходными нижними ярусами, но отличающиеся составом господствующего яруса, называются замещающими (викарирующими). Если растительные сообщества, объединяемые в одну растительную ассоциацию, имеют не однородное сложение, а представляют собой мозаику фрагментов различных сообществ, то такую растительную ассоциацию называют мозаичной. Закономерно повторяющееся чередование сообществ нескольких растительных ассоциаций, представленных относительно небольшими участками, определяется как комплекс ассоциаций [Воронов, 1973].
2. Физико-географическая характеристика района исследования
.1 Границы района исследования
В административном отношении район исследования находится на территории Тахтамукайского района Республики Адыгея (3 км от города Краснодара) [Тахтамукайский район…, 1999].
Республика Адыгея - один из живописных уголков Российской Федерации, расположена в центральной части Северо-Западного Кавказа, в бассейнах рек Кубани, Лабы и Белой [Канонников, 1984].
В состав республики входят 7 административных районов, включая и Тахтамукайский район (рисунок 1).
Тахтамукайский район расположен на северо-западе республики. Граничит на востоке с Теучежским районом Адыгеи, на севере - с Динским районом, городом Краснодаром, на западе - с Северским, на юге - с городом Горячий Ключ и Белореченским районом Краснодарского края [Бузаров, Спесивцев, 2000].
Общая площадь района составляет 466,5 км2. В Тахтамукайский район входят следующие сельские округа: Афипсипский, Старобжегокайский, Яблоновский, Энемский, Тахтамукайский, Козетский и Шенджийский. Всего в районе 28 населённых пунктов, наиболее крупные из низ - Яблоновский и Энем. Административным центром района является аул Тахтамукай [Тахтамукайский район…, 1999].
Рисунок 1 - Расположение Тахтамукайского района
2.2 Особенности геологического строения и рельефа
История геологического строения территории Адыгеи сложна. С протерозойской эры существовала геосинклинальная область, где накапливались мощные осадочные толщи, далее не раз образовывались горные складки, которые разрушались и вновь погружались. Современные Кавказские горы образовались в мезозое и кайнозое в результате альпийского горообразования [Бузаров, Спесивцев, 2000].
Равнинная и предгорная части представлены молодой эпигерцинской Скифской плитой. В пределах Скифской плиты на территории республики выделяется Кубанский прогиб, отделённый от других прогибов валообразными
поднятиями, переходящими в Адыгейский выступ. Кубанский прогиб сложен неогеновыми отложениями и покрыт аллювиальными и водноледниковыми галечниками и суглинками. Современный рельеф Адыгеи формировался в течение длительного геологического времени. Он изменяется и в настоящее время под действием внешних и внутренних сил Земли. Северная часть Закубанской равнины приподнята над уровнем моря на 20 - 40 м, а южная - 200 - 500 м [Варшанина, Мельникова, Хачегогу, 2001].
В Тахтамукайском районе характер поверхности равнины слабоволнистый. Значительная часть района расположена в долине реки Кубань и представляет собой равнину с ярко выраженным микрорельефом. На рисовых системах микрорельеф в результате микропланировки сглажен. Поверхность водораздельных равнин имеет пологие и очень пологие склоны [Тахтамукайский район…, 1999].
2.3 Климат
Согласно агроклиматическому районированию, принятому в «Агроклиматическом справочнике по Краснодарскому краю» , Тахтамукайский район входит во 2-й агроклиматический район.
Климат окрестностей аула Тахтамукай определяется основными климатообразующими факторами: солнечной радиацией, системой атмосферной циркуляции, характером подстилающей поверхности и антропогенной деятельностью [Варшанина, 1995].
Положение аула на юге России определяет большие высоты солнца над горизонтом. В полдень 22 июня высота солнца над горизонтом составляет 68,5°, а 22 декабря - 22°. От высоты солнца зависит количество тепла, поступающего на земную поверхность. В среднем равнинные территории получают 117 - 120 ккал/см в год суммарной радиации. Продолжительность солнечного сияния 2200-2400 часов в год, что на 800 - 900 часов больше, чем в Москве [Бузаров, Спесинцев, 2000].
Преобладающие воздушные массы: умеренные и умеренно-континентальные. Также континентальный тропический воздух приходит из Средней Азии, морской тропический воздух - со Средиземного моря. Зимой этот воздух вызывает оттепели (февральские окна), летом - жару, весной и осенью - теплую погоду, иногда дожди [Краснопольский, 2001].
Подстилающая поверхность ведёт к распределению тепла и влаги. Зимой Чёрное море оказывает отепляющее воздействие, летом ветры с моря приносят прохладу и влагу.
На климат влияет и деятельность людей, изменяющих характер подстилающей поверхности. Строительство крупных водохранилищ, уничтожение лесов, распашка больших территорий изменяют содержание влаги в почве и в воздухе, температурный режим. В атмосфере с каждым годом увеличивается количество газов антропогенного происхождения: окислов углерода, азота, серы, органических соединений, что также влияет на распределение тепла у земной поверхности [Краснопольский, 2001].
Средние температуры в ауле Тахтамукай, в течение всего года, слабо отличаются от средних температур в Краснодарском крае. Самый холодный месяц - январь. Средние январские температуры составляют минус 2°С. В июле средняя месячная температура воздуха составляет 25,27°С. Годовое количество осадков увеличивается с севера на юг. Оно составляет 550 - 700 мм [Бузаров, Спесинцев, 2000].
Высота снежного покрова колеблется из-за частых оттепелей. В ауле Тахтамукай она составляет в среднем 5 - 10 см [Бузаров, Спесинцев, 2000].
Влажность воздуха является важной для человека и животных характеристикой климата. О её значении судят по величине абсолютной и относительной влажности воздуха, которые в первую очередь зависят от температуры воздуха. Максимальное значение абсолютной влажности воздуха отмечают в тёплое время года, а минимальное в холодное. Относительная влажность воздуха. Напротив, наиболее велика в холодное время года и наименее велика в тёплое время. В ауле Тахтамукай минимальное значение относительной влажности составляет 63% (в отдельные годы 30 - 35%). В декабре - январе относительная влажность имеет максимальное значение 85% [Варшанина, Мельникова, Хачегогу, 2001].
В республике отмечается большая повторяемость сильных ветров, со скоростью более 15 м/сек. Среднее число дней с сильным ветром колеблется от 13 до 20 дней, а максимальное число их в отдельные годы достигает 36 - 57 [Бузаров, Спесинцев, 2000].
Наибольшая повторяемость ветров наблюдается ранней весной - в феврале и марте. Сильные ветры приносят значительный ущерб сельскому хозяйству. Они вызывают полегание посевов, осыпание плодов, поломку деревьев [Краснопольский, 2001].
В умеренных широтах преобладает перенос воздуха с запада на восток - «западный перенос». Но на Северном Кавказе этот общий перенос нарушается под влиянием подстилающей поверхности. Система Большого Кавказа препятствует свободной циркуляции - «местных ветров», большую роль играет близость Чёрного и Азовского морей. В северной равнинной части республики в целом за год преобладают ветры восточного, северо-восточного, западного и юго-западного направлений. В январе наиболее велика повторяемость ветров восточных и северо-восточных румбов. Это связано с переносом воздуха с востока, с областей, находящихся под влиянием Азиатского максимума атмосферного давления, в сторону образующейся над Чёрным морем области низкого давления. В июле на равнинах преобладают ветры западных и юго-западных румбов вследствие того, что летом над Чёрным морем формируется область высокого давления [Коровин, 1979].
2.4 Гидрология
В Адыгее создано 5 водохранилищ, 3 из которых: Шапсугское, Тахтамукайское и Шенджийское, расположены на территории Тахтамукайского района [Варшанина, Мельникова, Хачегогу, 2001].
Водохранилища - искусственные водоёмы, предназначенные для задержания, накопления, хранения и перераспределения воды во времени.
В окрестностях аула Тахтамукай (в 9 км к югу от Краснодара) в пойме реки Супс находится Тахтамукайское водохранилище. Построено в 1964 году в целях орошения сельскохозяйственных земель. Площадь его зеркала 9,4 км, длина 4 км, ширина 3 км, средняя глубина 2,5 м, объём 15 млн. м3. Водная поверхность во многих местах покрыта растительностью [Кабаян, 2001].
Подземные воды, как и поверхностные являются важным видом природных ресурсов республики. Роль подземных вод трудно оценить, поскольку подземные воды - это самое драгоценное полезное ископаемое. Подземные воды Адыгеи - часть Азово-Кубанского артезианского бассейна [Кабаян, 2001].
По условиям залегания и распространения они подразделяются на три основных типа [Кабаян, 2001]:
воды в коренных палеозойских породах;
воды в мезозойских и третичных отложениях;
и грунтовые воды четвертичных образований.
Подземные воды на равнинных территориях республики пригодны для водоснабжения и орошения. Минерализация их не превышает 0,5 г/л. По химическому составу они чаще гидрокарбонатно-кальциевые [Кабаян, 2001].
Тахтамукайский район расположен возле р. Кубань на равниной части. На его территории протекают реки Афипс, Унеубат и Супс, так же располагаются два пруда [Тахтамукайский район…, 1999].
Поверхностные водные объекты подвержены загрязнению сточными и коллекторно-дренажными водами (таблица 1).
Таблица 1 - Сброс сточных и коллекторно-дренажных вод в поверхностные водные объекты в Тахтамукайском районе в 2009 г., млн. м3 [Спесивцев, 2002]
ВсегоЗагрязнённыхЧистых, без очисткиНормативно очищенных213,763,3150,10,22.5 Почвенный покров
Почва - верхний слой земной коры, покрытый растительностью и обладающий плодородием. Это сложное природное естественное историческое образование, возникшее в результате взаимодействия многих факторов: грунта, климата, растительных и животных организмов, рельефа местности, почвенных и грунтовых вод, хозяйственной деятельности человека и времени [Варшанина, Мельникова, Хачегогу, 2001].
По разнообразию почвенно-климатических условий территория Краснодарского края и Республики Адыгея разделена на 5 зон: Северная, Центральная, Западная, Южно-предгорная и Черноморская. Территория аула Тахтамукай, как и г. Краснодара, относится к Центральной зоне. Почвенно-климатические условия этой зоны для большинства возделываемых культур являются лучшими в крае. В осенне-зимний период почва хорошо увлажняется [Ашинов, Зубкова, Карпачевский, 2008].
В Тахтамукайском районе, как и в Республике Адыгея в целом, самые плодородные в нашей стране земли. Почвенный покров представлен выщелоченными уплотненными чернозёмами, а также луговыми (пойменными) почвами с тяжёлым механическим составом и неблагоприятными водно-физическими свойствами (рисунок 2).
Для внешнего вида и строения выщелоченных чернозёмов характерны:
) большая мощность гумусовых горизонтов;
) сильная выщелоченность гумусовых горизонтов (из них вынесены легкорастворимые соли карбонатов); вскипание от действия 10% соляной кислоты (HCl) обнаруживается в горизонте С ниже 140 см;
) более темная по сравнению с типичными чернозёмами окраска;
) структура верхнего горизонта зернисто-комковатая, переходящая во второй половине почвенного профиля в комковато-ореховую [Печёрин, 1989].
Эти морфологические признаки обусловлены произраставшей здесь раньше лугово-степной растительности. Содержание гумуса в почве составляет около 4 - 5% от веса почвы и в двухметровой её толще равно 650 - 740 тонн [Печёрин, 1989].
Рисунок 2 - Почвы Северо-Западного Кавказа по Г.М. Солянику
Луговые пойменные почвы лесостепной и степной зон отличаются мощным гумусовым слоем с интенсивной прокраской его гумусом и меньшим ожелезнением в нижней части профиля. В этих почвах уже наблюдаются карбонатность, солонцеватость и солончаковатость [Хачегогу, 2001].
Гумусовый горизонт А1 тёмно-серый или буровато-серый тяжелосуглинистого гранулометрического состава со значительным количеством «остаточного», привнесённого с аллювием, гумуса мощностью от 30 до 50 см. В верхней части горизонта вычленяется плотная (3 - 6 см) дернина. Имеет зернистую структуру с ржаво-бурыми пятнами и прожилками. В1 - переходный горизонт с пятнами оглеения и ожелезнения, связанными с гидрогенными процессами. Bg - глеевый горизонт голубовато-сизых тонов, степень оглеения сильно варьирует, часто имеет слоистое сложение. СDg - слоистый аллювий, обычно сильно оглеён, с прослойками погребённого торфа. Формируются в центральной пойме при затоплении спокойными паводковыми водами и отложении сравнительно небольшого количества суглинистого и глинистого аллювия. После спада паводка верхняя граница капиллярной каймы постоянно или периодически находится в пределах почвенного профиля. Развивается под влажными разнотравно-злаковыми лугами в степной и лепной зонах [Хачегогу, 2001; Соляник, 2004].
Вследствие выращивания риса в районе образовались так называемые рисовые почвы. Они сформировались в процессе использования луговых и лугово-чернозёмных почв под рисовые чеки. Эти почвы приобрели в настоящее время лугово-болотные свойства и в ближайшем будущем их трудно будет восстановить [Хачегогу, 2001].
2.6 Растительный покров
Растительный мир Республики Адыгея чрезвычайно разнообразен и уникален. Это связано с неоднородностью рельефа, климата, почв на территории республики, а также с историей его формирования. До похолодания, в конце третичного - в начале четвертичного периодов, растительность на её территории напоминала тропическую. Похолодания этих периодов привели к формированию и распространению растительных сообществ, характерных для современного Кавказа. В последнее тысячелетие изменение растительного покрова происходит под влиянием деятельности человека [Нагалевский, Чистяков, 2003].
В составе растительного покрова окрестностей аула Тахтамукай множество полезных для человека растений: декоративных, медоносных, технических, пищевых, лекарственных. Есть много ценных кормовых растений, особенно из бобовых и злаков. Леса изобилуют плодовыми и ягодными растениями [Литвинская, 1993].
Кубано-Приазовская равнина в прошлом была занята разнотравно-дерновинно-злаковыми степями [Литвинская, Тильба, Филимонова, 1983]. Сейчас они почти все распаханы. Это зерновые районы, с наличием масличных культур, сахарной свеклы, садоводства, мясомолочного животноводства и птицеводства [Литвинская, 1984]. Распаханность степей территории составляет 77%. До 10 - 12% площади занимают селитебные территории и дороги. В связи с этим, растительный покров ландшафтов большей частью представлен синантропным вариантом [Печёрин, 1989].
3. Материал и методы исследования
.1 Объект исследования
Объектом нашего исследования являются естественные фитоценозы окрестностей аула Тахтамукай Республики Адыгея, подвергающиеся антропогенному воздействию. В качестве антропогенных источников загрязнения были выбраны: предприятие «ООО Новые технологии» (рисунок А.1) и автомобильная трасса (рисунок А.2).
Материалом для написания работы являлись: гербарий растительности исследуемых участков, полевые записи, дневники и фотографии.
Видовая принадлежность гербарных образцов устанавливалась при помощи следующих определителей: «Флора Северо-Западного Кавказа» А.С. Зернова «Определитель высших растений Северо-Западного Кавказа и Предкавказья» [Косенко, 1970], «Определитель растений Кавказа» [Гроссгейм, 1949].
3.2 Геоботанические методы исследования
Геоботанические площадки размером 1 м2 закладывались случайным методом [Воронов, 1973], а так же методом трансект [Алёхин, 1938], комбинируя случайный и систематический отборы.
В качестве основной таксономической единицы была принята ассоциация, которая выделялась по общности состава доминирующих и содоминирующих видов, по флористическому ядру сопряженных видов и рассматривается в качестве единицы низшего ранга. Ассоциация объединяет участки растительного покрова с одними и теми же видами господствующего яруса, общим набором характерных видов и одной и той же сукцессионной тенденцией [Алёхин, Сырейшиков, 1926].
Для оценки численного обилия особей отдельных видов существует ряд шкал, из которых в нашей работе использовалась глазомерная шкала Друде [Доспехов, 1965]. При этом методе обычно принимается во внимание не только численность вида, но и степень покрытия им поверхности. Оценка по Друде производится по отдельности для каждой группы видов растений, сходных по размерам. В этой шкале степень обилия того или иного вида обозначается баллами (словами или цифрами) . Шкала Друде представлена в таблице 2.
Таблица 2 - Шкала оценки обилия видов по Друде
По ДрудеПо шестибальной системецифровойсловеснойSocialis (soc)6Растения обильны, образуют фон, смыкаютсяCopiosus (cop3)5Растений очень многоCopiosus (cop2)4Растений много, разбросаныCopiosus (cop1)3ИзредкаSparsae (sp)2Растения в небольших количествах, вкрапленияSolitariae (sol)1Растения единичныUnicum (un)+Встречаются единичные экземпляры
3.3 Экологические методы исследования
Для экологического анализа флоры обычно применяют классификацию экоморф (гидромоф и гелиоморф). Классификация основана на типах отношений растений к водному режиму почв для гидроморф и типах отношения растений к солнечному освещению - гелиоморф. При выделении жизненных форм растений использовались наиболее известные биоморфологические классификации Х. Раункиера и И.Г. Серебрякова .
3.4 Химические методы
Для проведения химического анализа на содержание загрязняющих веществ были взяты образцы почв на разном удалении (5, 10, 25 м) от источников антропогенного воздействия - автотрасса и предприятие «ООО Новые технологии» (приложение А).
Отбор проб почвы, их хранение, транспортировка и подготовка к анализу осуществлялись в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб почвы для химического, бактериологического и гельминтологического анализа» .
Измерения проводились на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно связанной плазмой iCAP 6500 (Thermo Scientific, USA) для тяжёлых металлов и на спектрофотометре UV-2401 PC - для фенолов.
Определение рН почвенных образцов проводилось с помощью рН-метра «Эксперт-001».
4. Антропогенное воздействие на фитоценозы окрестностей аула Тахтамукай Республики Адыгея
.1 Таксономический анализ
В результате проведённых исследований было установлено, что флора растительности окрестностей аула Тахтамукай насчитывает 61 вид растений, относящихся к 57 родам и 25 семействам (таблица 3).
Таблица 3 - Видовой состав растительности окрестностей аула Тахтамукай Республики Адыгея
СемействоВидИвовые (Salicaceae)1. Ива ломкая - Salix fragylis L. 2. Ива белая - Salix alba L. 3. Тополь белый - Populus alba L. Ореховые (Juglandaceae)4. Орех грецкий - Juglans regia L. Буковые (Fagaceae)5. Дуб черешчатый - Quercus robur L. Тутовые (Moraceae)6. Шелковница чёрная - Morus nigra L. Коноплёвые (Cannabaceae)7. Хмель обыкновенный - Humulus lupulus L .Крапивные (Urticaceae)8. Крапива жгучая - Urtica urens L. Лютиковые (Ranunculaceae)9. Ломонос цельнолистный - Clematis integrifolia L. 10. Мышехвостник маленький - Myosurus minimus L. 11. Лютик полевой - Ranunculus arvensis L. Маковые (Papaveraceae)12. Чистотел большой - Chelidonium majus L. 13. Мак гибридный - Papaver hybridum L. Капустные (Brassicaceae)14. Жерушник австрийский - Rorippa austriaca (Grantz.) Bess. Капустные (Brassicaceae)15. Ярутка полевая - Thlaspi arvense L. 16. Пастушья сумка обыкновенная - Capsella bursa-pastoris (L.) Medik. 17. Вечерница обыкновенная - Hesperis matronalis L. Чубушниковые (Philadelphaceae)18. Чубушник кавказский - Philadelphus caucasicus Koehne. Розовые (Rosaceae)19. Боярышник мелколистный - Crataegus microphilla C. Koch 20. Груша кавказская - Pyrus caucasica Fed. 21. Яблоня восточная - Malus orientalis Uglitzk. 22. Лапчатка ползучая - Potentilla reptans L. 23. Слива растопыренная - Prunus divaricata Lebed. 24. Ежевика сизая, ожина - Rubus caesius L .Бобовые (Fabaceae)25. Чина луговая - Lathyrus pratensis L. 26. Клевер ползучий - Tripholium repens L .27. Люцерна маленькая - Medicago minima (L.) Bartalini 28. Вика мышиный горшек - Vicia cracca L. Кленовые (Aceraceae)29. Клён ясенелистный - Acer negundo L. Зверобойные (Hypericaceae)30. Зверобой продырявленный - Hypericum perforatum L. Зонтичные (Umbelliferae)31. Синеголовник полевой - Eryngium campestre L. 32. Сныть обыкновенная - Aegopodium podagraria L. 33. Борщевик шероховатый - Heracleum scabrum Albov Первоцветные (Primulaceae)34. Первоцвет обыкновенный - Primula vulgaris Huds. Бурачниковые (Boraginaceae)35. Кривоцвет восточный - Lycopsis orientalis L. Губоцветные / Яснотковые (Lamiaceae)36. Живучка женевская - Ajuga genevinsis L. 37. Змееголовник молдавский - Dracocephalum moldavica L. 38. Яснотка белая - Lamium album L. 39. Мята полевая - Mentha arvensis L. Подорожниковые (Plantagynaceae)40. Подорожник большой - Plantago major L. Гречишные (Polygonaceae)41. Щавель конский - Rumex confertus L. Мятликовые (Poaceae)42. Мышей зелёный - Setaria viridis (L.) Beauv. 43. Костёр безостый - Bromus inermis L.44. Костёр полевой - Bromus arvensis L. 45. Тимофеевка луговая - Phleum pretense L. 46. Тимофеевка узловатая - Phleum nodosum L. 47. Ежа сборная - Dactylis glomerata L. 48. Мятлик узколистный - Poa angustifolia L. 49. Пырей ползучий - Elytrigia repens (L.) Nevski. 50. Тонконог тонкий - Koeleria cristata (L.) Pers. 51. Овсяница луговая - Festuca pratensis Huds. 52. Тростник южный - Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud. Маслиновые (Oleaceae)53. Ясень высокий - Fraxinus excelsior L. Астровые (Asteraceae)54. Дурнишник калифорнийский - Xanthium californicum Greene. 55. Одуванчик лекарственный - Taraxacum officinale Wigg. 56. Бодяк полевой - Cirsium arvense (L.) Scop .57. Тысячелистник обыкновенный - Achillea millefolium L. Астровые (Asteraceae)58. Амброзия полыннолистная - Ambrosia artemisiifolia L. 59. Полынь метельчатая - Artemisia scoparia Waldst. et Kit. Амарантовые (Amaranthaceae)60. Щирица белая - Amaranthus albus L. Кизиловые (Cornaceae)61. Свидина южная - Svida austrialis (C.A. Mey) Pojark. Ex Grossh.
Как видно из таблицы 3 в растительном покрове окрестностей аула Тахтамукай наиболее полно в видовом отношении представленны семейства Poaceae, Asteraceae и Rosaceae.
Таксономический анализ показал, что преобладают монотипные семейства и их доля составляет 60% (рисунок 3). К ним относится 15 семейств: Aceraceae, Moraceae, Polygonaceae, Amaranthaceae и др. Олиготипными являются 7 семейств: Brassicaceae, Ranunculaceae, Salicaceae, Apiaceae, Papaveraceae, Lamiaceae и Fabaceae. Меньше всего политипных, к ним относится 3 семейства: Rosaceae, Asteraceae и Poaceae.
Рисунок 3 - Таксономический анализ флоры окрестностей аула Тахтамукай
4.2Биоморфологический анализ
В составе флоры района исследований доминируют многолетники - 30 видов. Редкими биоморфами для изучаемого района являются двулетники и кустарники.
При изучении жизненных форм по Раункиеру в биоморфологическом спектре (рисунок 4) флоры района исследования установлено, что преобладают гемикриптофиты (21 вид или 34% от общего количества видов). Второе место занимают терофиты (26%), затем фанерофиты - 20%. Криптофиты представлены 11 видами (18%). Меньше всего хамефитов - 1 вид, что составляет 2%.
Рисунок 4 - Биоморфологический спектр флоры окрестностей аула Тахтамукай
4.3 Экологический анализ
При проведении экологического анализа флоры мы основывались на отношении растений к влаге и к свету.
В результате исследования были выявлены следующие экоморфы растений по отношению к влаге (рисунок 5):
гигрофиты (22 вида или 36%);
мезофиты (39 видов или 64%).
Рисунок 5 - Экоморфы по отношению к влаге
По отношению к свету (рисунок 6) нами были выявлены экоморфы:
гелиофиты (40 видов или 66%);
сциофиты (16 видов или 26%);
гелиосциофиты (5 видов или 8%).
Рисунок 6 - Экоморфы по отношению к свету
4.4 Фитоценотический анализ
При проведении геоботанических исследований нами было заложено 6 пробных площадок на разном удалении от источников антропогенного воздействия (5, 10 и 25 м). В результате выявлены 6 основных ассоциаций, их доминанты, содоминанты, ассектаторы, а также ярусность и обилие растений.
Пырейно-разнотравная ассоциация (рисунок В.1) расположена на расстоянии 5 м от автомобильной трассы окрестности аула Тахтамукай. Доминирует разнотравье - яснотка пурпурная. Содоминантом является пырей ползучий, ассектатором - одуванчик лекарственный. Структура ассоциации представлена в таблице 4.
Таблица 4 - Строение пырейно-разнотравной ассоциации
Название растенийЯрусВысота растения, смОбилие по ДрудеПырей ползучий3100 - 90cop3Яснотка пурпурная230 - 25cop2Одуванчик лекарственный225 - 23cop2
Травостой представлен двумя ярусами. Высота первого яруса составляет 100-90 см: пырей ползучий. Высота второго яруса 30 - 25 см: яснотка пурпурная, одуванчик лекарственный. Общее проективное покрытие 60%. На долю пырея ползучего приходится - 30%, яснотки пурпурной - 20%, одуванчика лекарственного - 10%.
Тростниково-разнотравная ассоциация (рисунок В.2) расположена в 10 м от автомобильной трассы окрестности аула Тахтамукай. Рельеф спокойный, уклон 1 - 2°. Доминирует разнотравье - мятлик узколистный, тонконог тонкий. Содоминантом является тростник южный. Ассектатором являются лютик полевой. Травостой представлен тремя ярусами. Высота первого яруса 110 - 100 см: тростник южный. Высота второго яруса 35 - 30 см: тонконог тонкий. Высота третьего яруса 30 - 25 см: мятлик узколистый, лютик полевой. Общее проективное покрытие - 70%. На долю тростника южного приходится - 30%, тонконога тонкого - 25%, лютика полевого - 10%, мятлика узколистного - 5%. Структура ассоциации представлена в таблице 5.
Таблица 5 - Структура тростниково-разнотравной ассоциации
Название растенияЯрусВысота растения, смОбилие по ДрудеТростник южный1110 - 100сор3Тонконог тонкий235 - 30сор2Мятлик узколистный330 - 25сор2Лютик полевой32 - 20solКострово-разнотравная ассоциация (рисунок В.3) расположена в 25 м от автомобильной трассы окрестности аула Тахтамукай. Рельеф спокойный, уклон составляет 4 - 5°. Почвы чернозёмные. Доминантом является костёр полевой. Ассектаторами являются пырей ползучий, полынь метельчатая, чертополох крючковатый. Травостой представлен двумя ярусами. Высота первого яруса 80 - 70 см: костёр полевой, пырей ползучий. Высота второго яруса 40 - 35 см: полынь метельчатая, чертополох крючковатый. Общее проективное покрытие составляет 50%. На долю костра полевого приходится - 25% полыни метельчатой - 15%, пырея ползучего - 5%, чертополоха крючковотого - 5%. Структура кострово-разнотравной ассоциации представлена в таблице 6.
Таблица 6 - Строение кострово-разнотравной ассоциации
Название растенияЯрусВысота растения, смОбилие по ДрудеКостёр полевой280 - 70сор3Полынь метельчатая340 - 35cop1Пырей ползучий370 - 60cop1Чертополох крючковатый135 - 30sp
Разнотравно-виковая ассоциация (рисунок В.4) расположена в 5 м от предприятия «ООО Новые технологии», располагающегося в окрестности а. Тахтамукай. Рельеф спокойный, уклон 2 - 3°. Почвы глинистые. Доминантом является вика мышиный горошек, содоминантом - пастушья сумка обыкновенная. Ассектатором является сурепка обыкновенная. Травостой представлен двумя ярусами. Высота первого яруса 70 - 60 см: вика мышиный горошек, содоминант - пастушья сумка обыкновенная, высота второго яруса 30 - 25 см: сурепка обыкновенная. Общее проективное покрытие 60%. На долю вики мышиный горошек приходится 30%, на долю пастушьей сумки обыкновенной - 25%, на долю сурепки обыкновенной - 5%. Структура ассоциации представлена в таблице 7.
Таблица 7 - Строение разнотравно-виковой ассоциации
Название растенияЯрусВысота растения, смОбилие по ДрудеВика мышиный горошек170 - 75сор3Пастушья сумка обыкновенная155 - 60сор2Сурепка обыкновенная225 - 30sol
Щавелево-разнотравная ассоциация (рисунок В.5) расположена в 10 м от предприятия «ООО Новые технологии». Рельеф спокойный, уклон 3°. Почвы чернозёмы карбонатные слабогумусные мощные, глинистые. Доминантом является щавель конский, содоминантом - пырей ползучий, ассектатором - мышей зелёный. Травостой представлен двумя ярусами. Высота первого яруса 60 - 50 см: щавель конский, пырей ползучий, высота второго яруса 40 - 30 см: мышей зелёный. Общее проективное покрытие 70%. На долю щавеля конского приходится 35%, на долю пырея ползучего приходится 25%, на долю мышей зелёного - 10%. Структура ассоциации представлена в таблице 8.
Таблица 8 - Структура щавелево-разнотравной ассоциации
Название растенияЯрусВысота растения, смОбилие по ДрудеЩавель конский160 - 50сор3Пырей ползучий170 - 60сор2Мышей зелёный240 - 30sol
Овсяницево-разнотравная ассоциация (рисунок В.6) расположена в 25 м от предприятия «ООО Новые технологии». Рельеф спокойный, уклон 3 - 5°. Почвы чернозёмы карбонатные слабогумусные мощные, глинистые. Доминантом является овсяница луговая, содоминантом - костёр полевой, ассектатором - вика мышиный горошек. Травостой представлен двумя ярусами. Высота первого яруса 100 см: овсяница луговая, высота второго яруса 70 см: костёр полевой, вика мышиный горошек. Общее проективное покрытие 40%. На долю овсяницы луговой приходится 25%, на долю костра полевого - 10%, на долю вики мышиный горошек - 5%. Структура ассоциации представлена в таблице 9.
Таблица 9 - Строение овсяницево-разнотравной ассоциации
Название растенияЯрусВысота растения, смОбилие по ДрудеОвсяница луговая1110 - 100сор3Костёр полевой280 - 70сор2Вика мышиный горошек275 - 70sol
4.5 Химический анализ почвы
Химический анализ производился в 2013 г. с взятых образцов почвы в окрестностях аула Тахтамукай возле автотрассы и предприятия «ООО Новые технологии».
Около каждого из этих загрязнителей были заложены по 3 участка на разном удалении от объекта (5, 10 и 25 м).
Почвы, отобранные вблизи автодороги, были исследованы на тяжёлые металлы: свинец, цинк, кадмий, мышьяк, никель, медь (таблица Г.1).
Данные анализа на содержание тяжёлых металлов показали увеличение их концентрации вблизи автотрассы (рисунок 7).
Рисунок 7 - Содержание некоторых тяжёлых металлов вдоль автотрассы
По отношению к другому антропогенному источнику загрязнения (предприятие «ООО Новые технологии») так же были заложены экспериментальные участки на расстоянии 5, 10 и 25 м, на которых проводился отбор почвенных образцов для анализа на фенолы (таблица Г.2).
Результаты исследований показали, что содержание фенолов в непосредственной близости (5 м) от данного объекта характеризуются достаточно высоким содержанием (рисунок 8).
Рисунок 8 - Содержание фенолов в почве вблизи предприятия «ООО Новые технологии»
Также все точки с двух объектов исследовались на кислотность почвы. Результаты исследований свидетельствуют о подщелачивании почвы в непосредственной близости к объектам антропогенного загрязнения.
4.6 Анализ антропогенного воздействия на фитоценозы окрестностей аула Тахтамукай
Видовой состав, физиономический облик, структура, жизненное состояние растений и продуктивность растительных сообществ отражают все особенности условий обитания (климат, почвы, положение в рельефе), историю развития и связи между элементами сообщества, как в пространстве, так и во времени [Егорова, 2000].
К фитоценотическим признакам биоиндикации относятся особенности структуры растительного покрова: обилие и рассеянность видов растений, ярусность, мозаичность, степень сомкнутости [Биологический контроль…, 2007].
Для изучения антропогенного воздействия на фитоценозы окрестностей аула Тахтамукай нами были заложены по 3 пробных площадки на разном удалении (5, 10 и 25 м) от 2-х источников антропогенного воздействия: предприятие «ООО Новые технологии» и автомобильная трасса.
В результате проведённых исследований были выявлены основные изменения ассоциаций в фитоценозах. При удалении от линейного источника загрязнений (автотрасса) наблюдалось увеличение высоты травостоя, общего проективного покрытия с 60% на расстоянии 5 м до 70% на расстоянии 10 м. При дальнейшем удалении от автотрассы эти показатели падали, что связано с преобладанием дерновинных злаков. Наиболее устойчивым к антропогенному воздействию на данной территории является пырей ползучий, образующий пырейно-разнотравную ассоциацию в непосредственной близости от автотрассы. При удалении на 10 м в структуре тростниково-разнотравной ассоциации наблюдалось три яруса. На расстоянии 25 м от автотрассы обнаружена кострово-разнотравная ассоциация, в состав которой входит достаточно большое количество ассектаторов.
При удалении от другого источника антропогенного воздействия (предприятие) так же наблюдалось увеличение высоты ярусов в среднем на 10 см и общего проективного покрытия до 70% на расстоянии 10 м. Обнаружена следующая последовательность смены ассоциаций: разнотравно-виковая - щавелево-разнотравная - овсяницево-разнотравная.
Таким образом, при удалении от источников антропогенного воздействия изменялись: обилие видов, их проективное покрытие, в структуре ассоциации - доминанты, содоминанты, ассектаторы, а также ярусность и высота травостоя.
Заключение
По результатам проведённой работы были сделаны следующие выводы:
.Флора растительности окрестностей аула Тахтамукай насчитывает 61 вид растений, относящихся к 57 родам и 25 семействам.
.Таксономический анализ показал, что доминируют монотипные семейства (15): Aceraceae, Moraceae, Polygonaceae, Amaranthaceae и др.; олиготипных семейств насчитывается 7: Brassicaceae, Ranunculaceae, Salicaceae, Apiaceae, Papaveraceae, Lamiaceae и Fabaceae; политипных - 3: Rosaceae, Asteraceae и Poaceae.
.Анализ жизненных форм по Х. Раункиеру позволил выявить среди растений окрестностей аула Тахтамукай преобладающую жизненную форму - гемикриптофиты (34%). Второе место занимают терофиты (26%), затем фанерофиты - 20%. Криптофиты составляют 18%, меньше всего хамефитов - 2%.
.Экологический анализ показал, что среди гидроморф преобладают мезофиты (39 видов), а среди гелиоморф - гелиофиты (40 видов).
.На территории изучаемого района выделено 6 основных ассоциаций: пырейно-разнотравная, кострово-разнотравная, тростниково-разнотравная, щавелево-разнотравная, овсяницево-разнотравная, разнотравно-виковая. Изучены их строение, состав и обилие видов, а так же выделены доминанты, содоминанты и ассектаторы.
.При проведении химического анализа почвы были получены результаты, свидетельствующие о повышении содержания тяжёлых металлов вблизи автотрассы в 1,2 - 1,7 раза и содержания фенолов около предприятия в 1,5 раза. Анализ почвы на кислотность показал смещение рН в щелочную сторону как вблизи автотрассы (с 6,88 до 7,21), так и в непосредственной близости от предприятия «ООО Новые технологии» (с 6,8 до 7,6).
.При удалении от источников антропогенного воздействия наблюдается увеличение высоты травостоя на 10 см и общего проективного покрытия с 60% (на расстоянии 5 м) до 70% (на расстоянии 10 м).
Библиографический список
1.Абрегов О.Х., Козменко Г.Г., Пашков А.Н. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Республики Адыгея в 2001 году». Майкоп, 2002. 286 с.
2.Агроклиматический справочик по Краснодарскому краю. Краснодар, 1961. 367 с.
.Алёхин В.В. Фитосоциология и её последние успехи у нас и на Западе // Методика геоботанических исследований. М., 1938. С. 45 ? 68.
.Алёхин В.В., Сырейшиков Д.П. Методика полевых ботанических исследований. Вологда, 1926. 141 с.
.Ашинов Ю.Н., Зубкова Т.А., Карпачевский Л.О. Почвенный покров и элементы социальной структуры Кубани и Адыгеи. Майкоп, 2008. 268 с.
.Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование / О.П. Мелехова [и др.] / под ред. О.П. Мелеховой и Е.И. Егоровой. М., 2007. 288 с.
.Бузаров А.Ш., Спесивцев П.А. География Республики Адыгея, Майкоп, 2000. 343 с.
.Варшанина Т.П. Климат // География Республики Адыгея. Майкоп, 1995. С. 27 - 30.
.Варшанина Т.П., Мельникова Т.Н., Хачегогу А.Е. География Республики Адыгея. Майкоп, 2001. 186 с.
.Воронов А.Г. Геоботаника: учебное пособие для ун-тов и пед. ин-тов. М., 1973. 384 с.
.Гроссгейм А.А. Определитель растений Кавказа. М., 1949. 747 с.
.Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М., 1965. 223 с.
.Егорова Е.И. Биотестирование и биоиндикация окружающей среды. Обнинск, 2000. 317 с.
.Зернов А.С. Флора Северо-Западного Кавказа. М., 2006. 664 с.
.Кабаян Н.В. Гидрология Республики Адыгея. Майкоп, 2001. 200 с.
.Канонников А.М. Природа и мы. Краснодар, 1984. 432 с.
.Коровин В.И. Природа Краснодарского края. Краснодар, 1979. 279 с.
.Косенко И.С. Определитель высших растений Северо-Западного Кавказа и Предкавказья. М., 1970. 613 с.
.Краснопольский А.В. Климат Республики Адыгея. Майкоп, 2001. 215 с.
.Лавренко Е.М. Основные закономерности растительных сообществ и пути их изучения // Полевая геоботаника. М.; Л., 1959. Т. 1. С. 60 - 80.
.Литвинская С.А. Степи Западного Предкавказья // Растительные ресурсы Северного Кавказа. Ростов н/Д, 1984. С. 37 - 47.
.Литвинская С.А. Деревья и кустарники Кубани. Ростов н/Д, 1993. 230 с.
.Литвинская С.А., Тильба А.П., Филимонова Р.Г. Редкие и исчезающие растения Кубани. Краснодар, 1983. 159 с.
.Методика выполнения измерений массовой доли элементов в пробах почв, грунтов и донных отложениях методами атомно-эмиссионной и атомно-абсорбционной спектрометрии: М-МВИ-80-2008. СПб., 2008. 36 с.
.Нагалевский Ю.Я., Чистяков В.И. Физическая география Краснодарского края: учебное пособие. Краснодар, 2003. 256 с.
.Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб почвы для химического, бактериологического и гельминтологического анализа: ГОСТ 17.4.4.02-84. М., 1984. 6 с.
.Пачосский И.К. Основы фитоценологии. Херсон, 1927. 346 с.
.Печёрин А.И. Природа Кубани. Краснодар, 1989. 247 с.
.Раменский Л.Г. Проблемы и методы изучения растительного покрова. Л., 1971. 334 с.
.Серебряков И.Г. Экологическая морфология растений. М., 1962. 277 с.
.Соляник Г.М. Почвы Краснодарского края. Краснодар, 2004. 70 с.
.Сочава В.Б. Растительный покров на тематических картах. Новосибирск, 1979. 190 с.
.Спесивцев П.А. География Республики Адыгея. Майкоп, 2002. 341 с.
.Сукачёв В.Н. Избранные труды: в 3 т. Л., 1972-1975. 1215 с.
.Тахтамукайский район Республики Адыгея / Р.Х. Савв [и др.]. Майкоп, 1999. 320 с.
.Хачегогу А.Е. Почвы и растительность Адыгеи. Майкоп, 2001. 102 с.
.Шенников А.П. Введение в геоботанику. Л., 1964. 447 с.
38.Drude O. Die Ocologie der Pflanzen. Braunschweig, 1913. 300 S.
Говоря о составе фитоценозов, имеют в виду прежде всего флористический (видовой) состав, а также состав жизненных форм, экологических групп растений и ряд других признаков.
Разные фитоценозы в большей или меньшей степени отличаются друг от друга по своему составу.
Флористический состав . В конкретном фитоценозе, как правило, можно насчитать десятки видов растений. Маловидовые фитоценозы встречаются сравнительно редко и занимают небольшие площади. Число видов сосудистых растений, образующих фитоценоз, может варьировать от 1-3 до 500-1000 и более.
Видовое богатство растений в фитоценозе тесно связано с климатическими и почвенными условиями. Чем благоприятнее эти условия, тем больше видов входит в состав фитоценоза. Особенно много видов в тропических дождевых лесах, развивающихся в очень теплом и влажном климате. Сравнительно много видов в фитоценозах луговой степи и пойменных лугов, где почвы богаты питательными веществами. В крайних, особенно неблагоприятных условиях видовое богатство наименьшее (слайд 7). Очень мало видов входит, например, в состав фитоценозов, развивающихся на солончаках. Здесь для растений крайне неблагоприятен избыток солей в почве. В таких условиях могут существовать лишь немногие виды растений.
Состав жизненных форм. (слайды 8-10) Растения, образующие фитоценоз, как правило, принадлежат к разным жизненным формам Особенно велико разнообразие жизненных форм в лесных фитоценозах, где встречаются деревья, кустарники, кустарнички (низкорослые кустарники), травянистые растения, мхи, лишайники и т.д. Каждая из перечисленных более крупных жизненных форм в свою очередь подразделяется на более мелкие (например, кустарнички - на вечнозеленые и листопадные и т.д.).
Значительное разнообразие жизненных форм наблюдается и в травяных фитоценозах (луговых, степных и т.д.). Отдельные виды растений сильно различаются в отношении формы роста, способов размножения и перезимовывания и т.д.
Экологические группы растений. (слайды 11-15). В состав фитоценоза нередко входят растения, относящиеся к разным экологическим группам по требовательности к свету, влаге, питательным веществам в почве и др. Например, в одном и том же лесном фитоценозе совместно существуют светолюбивые деревья, образующие верхний ярус леса, и сравнительно теневыносливые лесные травы. В заболоченном лесу из черной ольхи на повышениях у стволов деревьев распространены растения-мезофиты, а в обводненных понижениях - растения-гигрофиты. Разнообразие экологических групп лучше выражено в тех случаях, когда в пределах фитоценоза чередуются участки, различающиеся по условиям среды (например, микроповышения и микропонижения).
Виды-доминанты Разные виды растений различаются по своему участию в сложении фитоценоза. Некоторые из них представлены очень многими экземплярами. Такие виды называют доминирующими или доминантами. Так, кислица часто является доминантом травяно-кустарничкового покрова в ельниках и сосняках. Помимо доминантов есть другие виды, которые встречаются в фитоценозе с меньшей степенью обилия, причем у разных видов она различна. Степень обилия вида чаще всего оценивают по его проективному покрытию (часть общей площади участка, занятая проекциями надземных органов вида на горизонтальную плоскость).
Разные фитоценозы существенно различаются между собой по числу видов-доминантов. В некоторых сообществах доминирует только какой-либо один вид (например, тростник на болотах). Такие фитоценозы называют монодоминантными. Фитоценозы, где доминирующих видов несколько, называют полидоминантными (многие типы пойменных лугов).
Монодоминантные фитоценозы, как правило, развиваются в менее благоприятных климатических и почвенных условиях, полидоминантные - в более благоприятных. В некоторых фитоценозах вообще невозможно выделить доминирующие виды (например, во влажных тропических лесах).
Виды-эдификаторы. В фитоценозах различают также виды эдификаторы. Так называют растения, которые не только встречаются в большом числе экземпляров, но и оказывают сильное воздействие на окружающую среду, определяют условия жизни других растений. Примером вида-эдификатора может быть ель в еловом лесу. Под пологом ели создается очень своеобразная среда, которая резко отличается от условий на открытом месте (сильное затенение, высокая влажность и т.д.). Ель относится к числу сильных эдификаторов, ее преобразующее воздействие на среду очень велико.
Состав фитоценотипов. Фитоценотипом называют группу видов растений, характеризующихся определенной «стратегией жизни». Наиболее распространена классификация фитоценотипов, предложенная Л.Г. Раменским. (слайды 16-17) Он различал три фитоценотипа: виоленты, патиенты и эксплеренты. Виоленты - конкурентно мощные растения, занимающие прочные, устойчивые позиции в фитоценозе (ель в еловом лесу, ковыль в степи). Патиенты - выносливые растения. Они хотя и не обладают конкурентной силой, но постоянно присутствуют в фитоценозе благодаря тому, что хорошо переносят воздействие виолентов (кислица в еловом лесу). Эксплеренты Являются слабыми конкурентами. Они легко захватывают любую лишенную растений территорию, но удерживают ее недолго, а затем «перекочевывают» на новый свободный участок (мать-и-мачеха). В состав фитоценоза входят виды растений, относящиеся к разным фитоценотипам. Например, в лесных фитоценозах многие растения являются виолентами и патиентами, а эксплерентов очень мало (мать-и-мачеха и иван-чай на зарастающих кострищах).
Ценотические популяции видов . Каждый вид представлен в фитоценозе, как правило, многими особями (слайд 18). Они различны по своим размерам, возрасту, жизненному состоянию (одни цветут, другие только вегетируют). Совокупность особей вида в каком-либо конкретном фитоценозе называют ценотической популяцией данного вида. В состав ценотической популяции входят: 1) живые семена, содержащиеся в почве, 2) проростки, 3) молодые растения, 4) взрослые особи, которые не цветут, 5) взрослые особи, образующие цветки, 6) старческие особи, находящиеся в стадии угасания. Количественное соотношение между перечисленными группами указывает на то, насколько устойчиво положение вида в фитоценозе, каково будущее этого вида (сохранится ли он в прежнем количестве, станет ли более обильным или, напротив, исчезнет). Например, если в составе ценотической популяции нет семян в почве, проростков и молодых растений, но много старческих экземпляров, это означает, что вид может скоро исчезнуть из фитоценоза. В познание ценотических популяций растений особенно большой вклад внес Т.А. Работнов (слайд 19).
Постоянство видового состава. На всей территории, занимаемой фитоценозом, видовой состав растений довольно однороден. На разных участках в пределах фитоценоза встречаются одни и те же доминирующие виды и, кроме того, ряд других видов, не являющихся доминантами. Лишь некоторые более редкие виды присутствуют не на каждом участке. Следовательно, в разных частях фитоценоза видовой состав растений в общих чертах сходен. Каждый фитоценоз характеризуется определенным видовым составом растений и в этом отношении отличается от других фитоценозов.
