Современное экологическое состояние флоры урбанизированных территорий лесостепной зоны (на примере города ульяновска)
На правах рукописи
Димитриев Юрий Олегович СОВРЕМЕННОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ФЛОРЫ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ (НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА УЛЬЯНОВСКА) 03.02.01 – Ботаника 03.02.08 – Экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Сыктывкар – 2011 2
Работа выполнена на кафедре ботаники ГОУ ВПО «Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова»
Научный консультант: кандидат биологических наук, доцент Масленников Андрей Викторович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, доцент Казакова Марина Васильевна кандидат биологических наук, доцент Шушпанникова Галина Сергеевна
Ведущая организация: Ботанический сад МГУ имени М.В. Ломоносова
Защита состоится «25» мая 2011 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.004.007.01 в Институте биологии Коми НЦ УрО РАН по адресу: 167982, ГСП-2, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая 28.
Факс: (8212) 24-01-63, e-mail: [email protected], адрес сайта Института: http//www.ib.komisc.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Коми научного центра УрО РАН по адресу: 167982, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая 24.
Автореферат разослан «15» апреля 2011 года.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук А. Г. Кудяшева
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В настоящее время урбанизация является одной из основных тенденций развития общества. Согласно данным Федеральной служ бы государственной статистики, численность городского населения Улья новской области на 1 января 2011 г. составляла 1,3 млн. человек, из которых 48,1% приходилось на областной центр г. Ульяновск. В этой ситуации санитар но-гигиеническая комфортность городской среды становится главным критери ем её оценки, и на первый план выходит вопрос её оптимизации путем создания устойчивых зеленых насаждений с целью обеспечения полноценных условий проживания населения.
Согласно Генеральному плану города Ульяновска, основным направлени ем зеленого строительства является формирование устойчивой дифференциро ванной системы естественной и искусственно культивируемой растительности, берущей начало в пригородных лесах и проникающей вглубь застройки, обес печивая ее аэрацию. При этом в основу проектирования Генерального плана по ложен принцип максимального сохранения лесных ландшафтов как в окрестно стях города, так и среди застроенных территорий, включения фрагментов есте ственных лесов, кустарников и лугов в городское озеленение.
В то же время существующий опыт зеленого строительства города Улья новска не учитывает в полной мере специфичность экологических условий раз личных районов города и уровень их техногенного загрязнения, а вопросы со стояния насаждений жилых и промышленных районов, устойчивости расти тельного покрова к воздействию городской среды остаются недостаточно изу ченными. Поэтому мониторинг зеленых насаждений в условиях города, вклю чающий инвентаризацию и оценку современного состояния флоры, представ ляется весьма актуальным.
Цель диссертационной работы: изучение современного экологического состояния урбанофлоры города Ульяновска как типичной флоры урбанизиро ванных территорий лесостепной зоны.
При выполнении работы ставились следующие задачи исследования:
1) провести инвентаризацию видового состава сосудистых растений г. Улья новска с составлением конспекта урбанофлоры (базы данных);
2) выявить и проанализировать адвентивную фракцию урбанофлоры;
3) провести таксономический, хорологический, эколого-фитоценотический, биоморфологический, экологический анализы урбанофлоры г. Улья новска в целом и по фракциям;
4) выявить эколого-флористический характер изменений парциальных флор, представляющих относительно стабильные и подверженные различной степени антропогенной трансформации городские экотопы;
5) определить характер антропогенной динамики урбанофлоры г. Улья новска и меры по сохранению флористического богатства урбоэкосистем и их рациональному использованию.
Научная новизна. Впервые проведено эколого-флористическое сравне ние антропогенно трансформированных и относительно стабильных городских экотопов, что позволило выявить ослабление зональных свойств флоры урбани зированных территорий лесостепной зоны и обеднение ее видового состава с нарастанием величины техногенной нагрузки на урбоэкосистемы.
На основе собственных исследований, критического обзора литературных источников и гербарного материала составлен конспект сосудистых растений муниципального образования "город Ульяновск" в пределах городского округа (наделен статусом городского округа Законом Ульяновской области "О муни ципальных образованиях Ульяновской области" №043-ЗО от 13 июля 2004 г., в результате чего территория города увеличилась почти вдвое – с 316,9 до 622, км2) и обнаружено 115 новых видов растений (в сравнении с последней флори стической сводкой Н.С. Ракова за 2003 г.). Впервые в программе Microsoft Of fice Excel 2007 создана электронная гербарная база данных, включающая сведе ния о географической, эколого-фитоценотической, биоморфологической и эко логической принадлежности видов, благодаря чему впервые проведен всесто ронний анализ урбанофлоры, в том числе ее адвентивной фракции. Составлен список редких и исчезающих растений города Ульяновска. Основные результа ты оформлены в виде электронных таблиц и базы данных, что обеспечивает до ступность информации для широкого круга заинтересованных лиц.
Теоретическая и практическая значимость работы. Материалы дис сертации вносят вклад в теоретическую экологию растений и флористику. Вы полненное автором эколого-флористическое исследование урбанизированных территорий в условиях лесостепи определяет методические подходы для анало гичных исследований в других природных зонах. Полученные материалы име ют значение для разработки тактики и стратегии сохранения биоразнообразия в условиях интенсивного хозяйственного освоения. Анализ современного эколо гического состояния флоры г. Ульяновска позволил выявить наиболее при способившиеся к условиям урбосреды виды сосудистых растений, ряд из кото рых можно использовать для создания растительного покрова при формирова нии зеленых насаждений и улучшения гигиенического состояния урбанизиро ванных территорий лесостепной зоны. Материалы и результаты исследования могут быть использованы для организации мониторинга состояния флоры г.
Ульяновска, в том числе участков коренной растительности;
в работе природо охранных и контролирующих организаций при оценке состояния городских особо охраняемых природных территорий;
с целью мониторинга заноса новых адвентивных видов растений и разработки мер для предотвращения распростра нения карантинных сорняков;
для оптимального подбора как местных, так и ин тродуцируемых видов и дифференцированного подхода при составлении ассор тиментов, предназначенных для озеленения различных функциональных зон го рода;
при проведении лекционных, практических и лабораторных занятий, учебных полевых практик ботанического и экологического цикла на естествен но-географическом факультете ГОУ УлГПУ им. И.Н. Ульянова.
Положения, выносимые на защиту.
1. Ядром современной урбанофлоры г. Ульяновска является аборигенная фракция на фоне тенденции к снижению ее доли и ослаблению зонально обусловленных черт.
2. Город Ульяновск представляет собой локальную флору, для изучения которой целесообразно выделение парциальных флор, связанных с определенными типами экотопов и отражаю щих территориальную неоднородность урбо-среды.
3. Современное состояние урбанофлоры города Ульяновска характеризу ется высокой степенью антропогенных изменений.
Апробация работы. Материалы диссертации прошли апробацию на меж дународных научных конференциях "Экология и рациональное природопользо вание" (Египет, Шарм-Эль-Шейх, 21-28 февраля 2010 г.), "Природопользование и охрана окружающей среды" (Франция, Париж, 15-22 октября 2010 г.), обсу ждались на XV Международной экологической студенческой конференции "Экология России и сопредельных территорий" (г. Новосибирск, 29-31 октября 2010 г.) и на Седьмом совещании по флоре Средней России (г. Курск, 29-30 ян варя 2011 г.), были доложены на международной научной конференции "Совре менные проблемы эволюции" (XXIV и XXV Любищевские чтения) (г. Улья новск, 6-8 апреля 2010 г. и 5-7 апреля 2011 г.), на XII межрегиональной научно практической конференции "Естественнонаучные исследования в Симбирском Ульяновском крае" (г. Ульяновск, 6-7 декабря 2010 г.).
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры ботаники естественно-географического факультета ГОУ УлГПУ им.
И.Н. Ульянова в курсах "Систематика растений", "Биогеография", "Основы фи тоценологии" при чтении лекций, проведении лабораторно-практических заня тий и полевых практик.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Личный вклад автора. Автором лично осуществлен весь комплекс поле вых исследований, проведен анализ полученных материалов, включая статисти ческую обработку. Доля участия автора в совместных публикациях пропорцио нальна числу авторов.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций, списка литературы и 2 приложений.
Работа содержит 126 страниц машинописного текста, 12 рисунков и 22 табли цы. Список литературы включает 213 наименований, в том числе 27 иностран ных публикаций.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. Теоретические предпосылки исследования флоры города Ульяновска В первой главе проводится обзор работ по исследованию флоры отече ственных и зарубежных городов, в которых большое внимание уделяется проблемам синантропизации и исторической динамики флор (Ильминских, 1982;
Ишбирдина, Ишбирдин, 1993;
Григорьевская, 2000;
Антипина и др., 2001;
Раков, 2003;
Буданова, 2003;
Копытина, 2003;
Хозяинова, 2004;
Панин, 2005;
Лупова, 2006;
Соколова, 2006;
Максимов, 2006;
Thellung, 1915;
Scholz, 1960;
Sukopp, 1966;
Falinski, 1971;
Gutte, 1990;
Landolt, 1992 и др.). При этом всё чаще объектом исследований ученых становится не вся урбанофлора в целом, а кон кретные природные объекты, развивающиеся в условиях урбосреды: сохранив шиеся в пределах города естественные участки, различные исторические или функциональные зоны, промышленные районы, железнодорожные пути, ком муникационные узлы, парки, стены, руины и заброшенные замки, кладбища, свалки, улицы, шоссейные дороги и т.п., а также большое внимание уделяется изучению сельских населенных пунктов (Горчаковский, 1973;
Зажицкий, 1977;
Ильминских, 1992;
Березуцкий, Панин, 2007;
Kent, 1975 и др.). Рассматривая последствия синантропизации, приводятся две точки зрения о характере флори стических урбанистических градиентов в городской среде: прямолинейные (V образные) (Ильминских, 1989, 1998;
Хозяинова, 2004;
Вахненко, 2005;
Панин, 2005) и криволинейные (S-образные, волнообразные) (Дементьева, 2000;
Шуш панникова, 2001;
Уральская, 2003;
Вахненко, 2005;
Шевера, 2005) картины из менчивости параметров в ряду "окраины – центр города".
Дается краткая историческая справка, показывающая постепенное станов ление города Ульяновска в качестве одного из крупнейших индустриальных центров Среднего Поволжья. Раскрывается история изучения растительного по крова г. Ульяновска и его окрестностей, связанная с именами П.С. Палласа (1809) и И.И. Лепехина (1821), А.П. Шенникова (1924, 1930), С.В. Голицына (1945, 1947), Р.Е. Левиной и С.В. Голицына (1953), М.И. Котова (1968), В.В.
Благовещенского (1989, 1994, 2005), Ю.А. Пчёлкина (1974, 2003), Н.С. Ракова (1988, 1989, 1996, 1997, 2000, 2003, 2006, 2007, 2009), А.В. Масленникова (1992) и др. Несмотря на долгую историю изучения флоры г. Ульяновска, воз никает необходимость в комплексной экологической характеристике урбано флоры в целом и сравнительном экологическом анализе парциальных флор, представляющих различные группы местообитаний. Это связано, во-первых, с двукратным увеличением площади города в 2004 г. и началом активной застройки бывших окраин, во-вторых, с расположением областного центра на пересечении транспортных магистралей (своеобразных «коридоров миграции»), в-третьих, с ростом доли антропогенно нарушенных и полностью трансформированных участков и, наконец, с необходимостью грамотного моде лирования урбосреды за счет формирования новых площадей зеленых насажде ний, необходимых для устойчивого развития городской территории.
Глава 2. Характеристика района работ, объекты и методы исследования Краткая географическая и экологическая характеристика города Ульяновска. Ульяновск расположен в области умеренно-континентального климата, который формируется под влиянием западного переноса атлантиче ских воздушных масс, и характеризуется теплым летом и умеренно холодной зимой. Среднегодовое количество осадков, выпадающих в районе исследова ний, составляет 484 мм при соотношении осадков теплого и холодного перио дов как 3:1. По обеспеченности атмосферными осадками район исследования может быть отнесен к зоне с достаточным увлажнением. Характерной особен ностью следует считать перебои в выпадении осадков весной и в первую поло вину лета. Также Заволжье характеризуется меньшим выпадением осадков (около 400 мм в год) по сравнению с правобережной возвышенной частью горо да.
Согласно агропочвенному районированию Ульяновской области г. Улья новск располагается на стыке трех агропочвенных районов: Северного (выще лоченные черноземы), Юго-восточного (выщелоченные черноземы, перег нойно-карбонатные почвы, серы лесные почвы) и Восточного (долинные и оподзоленные черноземы, серые лесные почвы). В связи с интенсивной антро погенной деятельностью почвенный покров города претерпел существенные изменения и характеризуется сложностью и мозаичностью, а также наличием специфических городских почв (урбаноземов и реплантоземов).
В соответствии с флористическим районированием Ульяновской области (Пчелкин, Раков, Масленников, 2003) г. Ульяновск занимает пограничное поло жение не только относительно почвенных районов, но и флористических: Се верного Ульяновского (с преобладанием степного элемента флоры), Приволж ского северо-восточного Ундоровского (с преобладанием лесного элемента флоры), Восточного правобережного Сенгилеевского (с преобладанием лесо степного элемента флоры) и Северного левобережного Старомайнского (с преобладанием лесостепного элемента флоры).
В пределах городской зоны Ульяновска расположены крупные промыш ленные предприятия машиностроительного комплекса, комплекса отраслей по производству конструкционных материалов и др., на долю которых приходится более 85% выбросов, сбросов отходов и т.д. Максимальный вклад в загрязнение атмосферы города вносит Засвияжский административный район (17 предприя тий);
три остальных городских района – Железнодорожный (19 предприятий), Заволжский (10 предприятий) и Ленинский (10 предприятий) – каждый в три раза меньше.
Выбросы автотранспорта дают наибольшее количество загрязняющих ве ществ – более 70 % от общего загрязнения атмосферы. Их распределение по территории города обусловлено плотностью улично-дорожной сети и интенсив ностью движения. В свою очередь загрязнение атмосферы влечет загрязнение и других природных сред (почвы, поверхностных и подземных вод). По суммар ному показателю тяжелых металлов наиболее загрязненными являются северо восточная и центральная части города, что согласуется с преобладающими направлениями ветров (юго-западное и западное). Поверхностные воды Улья новска, в основном представленные Куйбышевским водохранилищем на р.Вол ге и р. Свиягой, также испытывают значительную техногенную нагрузку.
Таким образом, антропогенные факторы в условиях урбосреды являются основными факторами, влияющими на состояние флоры, и способны воздей ствовать на нее как комплексно, так и в отдельности.
Основные подходы к исследованию флоры города Ульяновска и мето ды исследования. Согласно общепринятым традициям, объем урбанофлоры принят как совокупность всех видов на территории города, для которых уста новлен факт их самопроизвольного появления и произрастания (пусть без про хождения всего жизненного цикла), а также культивируемые деревья и кустар ники, для которых возможно существование в составе рудеральных сообществ (Ильминских, 1992;
Антипина, 2002;
Бабкина, 2002, 2008;
Березуцкий, Панин, 2007). Для выделения городских парциальных флор в составе урбанофлоры г.
Ульяновска использовался метод модельных выделов, разработанный Н.Г. Иль минских (1992) на основе метода парциальных флор (Юрцев, 1975, 1994;
Юр цев, Семкин, 1980). Всего было выделено и проанализировано семь парциаль ных флор, начиная от слабо нарушенных естественных участков, сохранивших ся на территории города, до полностью трансформированных техногенных эко систем (пустыри и свалки, железные дороги и т.п.): садово-огородные комплек сы (ПФ 1), городские кварталы (ПФ 2), парковые комплексы и лесопарковые санитарные зоны предприятий (ПФ 3), пустыри (ПФ 4), техногенные террито рии (ПФ 5), пригородная зона (ПФ 6), естественные участки долины реки Свия га (ПФ 7). Данные выделы представляют собой контуры территории, в преде лах которых проводились тщательные флористические исследования по тради ционной методике (Алехин, 1938;
Полевая геоботаника, 1959-1976;
Вальтер, 1982). Полученные результаты были экстраполированы на генеральную сово купность – урбанофлору в целом. Достоверность экстраполяции обеспечива лась выполнением требований при подборе модельных выделов: равновели кость, более или менее одинаковая форма (обычно квадрат), типичность для данного типа использования территории, цельность и дискретность (выражен ная экологическая и визуальная изоляция). Участки линейных структур урбо ландшафта (автомобильные магистрали, железные дороги, долины рек Волги и Свияги) были изучены маршрутно-рекогносцировочным методом с заложением на наиболее типичных участках геоботанических трансект.
Конспект флоры составлен на основе собственных материалов, получен ных в результате полевых исследований, изучении гербарных фондов Улья новского государственного педагогического университета имени И.Н. Ульяно ва (UPSU), а также критическом анализе литературных источников.
При статистической обработке данных использовался разработанный в Институте биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН про граммный модуль "GRAPHS", предназначенный для полуавтоматической клас сификации геоботанических описаний, расчета коэффициентов сходства и кор реляции и отображения результатов расчета в виде графов (Новаковский, 2004).
Для определения численных значений мер сходства систематической структу ры парциальных флор в сравнительно-флористическом анализе использовался коэффициент Жаккара (Шмидт, 1984). Для визуализации полученных результа тов был построен граф с пороговыми значениями, необходимыми для разбие ния парциальных флор на компоненты связности. В ходе кластерного анализа результаты расчетов были представлены в виде дендрограммы, исходным мате риалом для которой послужила матрица рассчитанных коэффициентов для каж дой пары сравниваемых объектов. Для определения отношения всех парциаль ных флор к одной (центральной) было использовано построение графа в виде "звезды", что дает возможность выявления существенного влияния одной или двух парциальных флор на все остальные и использования полученных данных в последующем для оптимизации растительного покрова в процессе моделиро вания урбосреды г. Ульяновска.
Глава 3. Флора города Ульяновска и ее анализ Во флоре г. Ульяновска зарегистрировано 1304 вида сосудистых растений из 551 рода и 127 семейств. Основу таксономической структуры составляют по крытосеменные растения, насчитывающие 1271 вид (97,5%), причем на долю двудольных приходится 79,5%, однодольных – 18,0%;
20 видов (1,5%) состав ляют голосеменные, 13 видов (1,0%) – высшие споровые.
Показатели систематического разнообразия согласуются с таковыми дру гих урбанофлор: наибольшее разнообразие наблюдается в аборигенной фрак ции, которая и определяет показатели урбанофлоры Ульяновска в целом (табл.
1). Число семейств с одним видом во флоре – 32 (25%), из которых 53% прихо дится на адвентивную фракцию. Анализ родового спектра показывает высокое содержание родов с малым числом представленных видов. Так доля одно- и двувидовых родов составляет 73,3% и объединяет 39% видов, трех- и четырех видовых родов – 15,8% (22,4% видов). Наиболее крупными по числу видов яв ляются роды Carex (31), Veronica (18), Artemisia (17), Galium (15), Vicia (14) и другие, объединяющие 503 вида (38,6%). Специфическими элементами урбано флоры являются отделы Equisetophyta, Polypodiophyta и 41 семейство (32,3%) из отдела Magnoliophyta, в составе которых отсутствуют адвентивные виды. За исключением семейств Cyperaceae и Campanulaceae, это небольшие семейства с малым видовым разнообразием, объединяющие 6,6% видов.
Таблица Основные параметры флоры г. Ульяновска в целом и по фракциям цветковых, %средиоднодольныхДоля семействах, %10 ведущихДоля видов в Poaceae Asteraceae/ Соотношение Число таксонов Соотношение числа таксонов Флора Виды Роды Семейства В/С В/Р Р/С Аборигенная 760 345 94 8,1 2,2 3,7 22,2 60,3 1:0, Адвентивная 544 298 86 6,3 1,8 3,5 13,0 55,8 1:0, В целом 1304 551 127 10,2 2,4 4,3 18,4 55,2 1:0, Адвентивная фракция насчитывает 544 (41,7%) вида из 298 родов и 86 се мейств. Ее ядро (до 70%) составляют интродуценты. 527 видов относятся к отделу покрытосеменных, из которых 458 видов являются представителями класса двудольных, 69 видов – класса однодольных. Остальные 17 видов при надлежат отделу голосеменных: 16 видов из класса Pinopsida и 1 вид (Taxus baccata L.) из класса Gnetopsida. Ввиду высокой динамичности состава уровень видового разнообразия ниже, чем аборигенной фракции или урбанофлоры в це лом (табл. 1). Отличительной особенностью адвентивного компонента является наличие в его составе 33 семейств, отсутствующих в аборигенной фракции фло ры: Amaranthaceae Juss., Cucurbitaceae Juss., Elaeagnaceae Adans., Hydrophyl laceae R.Br., Juglandaceae A.Rich. ex Kunth, Portulacaceae Juss., Resedaceae S.F.
Gray, Sambucaceae Batsch ex Borkh. и др.
Таблица Ведущие семейства флоры г. Ульяновска и ее фракций (%) Флора в целом Аборигенная Адвентивная Семейство Ранг Ранг Ранг Вид Род Вид Род Вид Род Asteraceae 1 13,1 12,0 1 14,3 12,8 1 11,4 11, Poaceae 2 8,1 8,7 2 8,6 8,7 3 7,4 8, Rosaceae 3 7,6 5,1 6 5,1 5,2 2 11,0 7, Fabaceae 4 5,4 4,4 3 6,1 4,3 5 4,4 5, Brassicaceae 5 5,1 6,4 9 3,6 4,6 4 7,2 7, Caryophyllaceae 6 3,8 4,0 4 5,5 5,5 19 1,3 2, Lamiaceae 7 3,5 4,5 8 4,2 5,5 8 2,6 3, Cyperaceae 8 3,1 0,9 5 5,3 1,4 - - Apiaceae 9 2,9 5,6 10 3,4 6,4 11 2,2 3, Scrophulariaceae 10 2,8 2,0 7 4,2 3,2 32 0,7 0, Chenopodiaceae 11 2,6 2,0 17 1,4 1,4 6 4,2 3, Salicaceae 15 1,9 0,4 14 1,7 0,6 10 2,2 0, Solanaceae 16 1,4 1,6 60 0,1 0,3 7 3,1 3, Pinaceae 19 1,1 0,9 61 0,1 0,3 9 2,4 1, На 10 ведущих семейств урбанофлоры (табл. 2) приходится 720 видов (55,2%), в аборигенной фракции эта доля составляет 60,3%, в адвентивной – 55,9%. В целом спектр ведущих семейств согласуется со спектром флоры Го ларктики, где первые три места занимают семейства Asteraceae, Poaceae, Fabaceae (Березуцкий, Панин, 2007). Перемещение на одну позицию вверх се мейства Rosaceae объясняется закономерным участием в урбанофлоре дичаю щих интродуцентов из этого таксона. Семейства Brassicaceae и Chenopodiaceae обладают выраженным синантропным характером, и их высокий ранг вполне закономерен.
Городские условия накладывают отпечаток на эколого-фитоценотический спектр флоры: группа сорных растений занимает вторую позицию (19,3%) по сле видов культурценозов (21,9%), а на долю видов, приуроченных к лесным ценозам и экотопам с повышенным увлажнением (1-4 группы), приходится 23,8% против 35,0% видов открытых пространств (табл. 3).
Таблица Эколого-фитоценотические группы в урбанофлоре Ульяновска № Число № Число п/п видов п/п видов Группа Группа абс. % абс. % 1 болотная 17 1,3 8 лесная 141 10, 2 водная 22 1,7 9 полянно-опушечная 60 4, 3 прибрежно-водная 111 8,5 10 лесостепная 90 6, 4 лугово-болотная 19 1,5 11 степная 140 10, 5 луговая 94 7,2 12 сорная рудеральная 206 15, 6 лугово-лесная 20 1,5 13 сорная сегетальная 46 3, 7 лугово-степная 53 4,1 14 виды культурценозов 285 21, Сохранение существенной роли гидрофильных фитоценотических групп в составе урбанофлоры объясняется протеканием по территории г. Ульяновска с юга на север р. Свияги и расположением города на обоих берегах Куйбышев ского водохранилища. Полученное соотношение числа видов нарушенных ме стообитаний (41,2%) и растений зонально обусловленных сообществ (58,8%) обеспечивается в основном за счет адвентивной фракции флоры.
При хорологическом анализе урбанофлоры г. Ульяновска за основу была взята система фитохорий А.Л. Тахтаджяна (1978). В аборигенной фракции ур банофлоры заметно преобладание видов с широкими ареалами, что характерно для многих антропогенных местообитаний: еврозападноазиатские виды состав ляют 40%, евразиатские – 31,3%, голарктические – 15,7%. В широтно-географи ческом спектре преобладают плюризональные (39,7%), степные (23,8%) и боре альные (14,5%) виды, что не согласуется с ботанико-географическим составом зональной флоры Ульяновской области с явным преобладанием лесных элемен тов (65,6%) над степными (32,6%) (Пчёлкин, 1974). Это объясняется экологиче скими условиями произрастания растений на территории города, где в условиях иссушения и уплотнения почв наиболее приспособленными оказываются виды с широкой экологической амплитудой (плюризональные) и виды более южных широт (степные). Относительный вклад каждого долготного геоэлемента в ши ротные группы отражен на рис. 1.
Рис. 1. Соотношение широтно-долготных географических элементов в аборигенной фракции урбанофлоры г. Ульяновска, в %.
Всего в адвентивной фракции урбанофлоры выделено 13 флорогенетиче ских элементов, среди которых заметно преобладание средиземноморских (19,7%), ирано-туранских (17,5%), североамериканских (17,5%) и восточноази атских (12,9%) видов. Определенная роль в структуре урбанофлоры принадле жит видам, возникшим в культуре в результате гибридизации (3,9%): Aronia mitschurinii Skvorts.et Maitulina, Clematis x jackmanii T.Moore, Populus sowietica pyramidalis Jabl., Viola x wittrockiana Gans. и т.д. Также выделена небольшая группа прогрессирующих видов (0,9%), первичные ареалы которых расположе ны в соседних (контактных) регионах (Борисова, 2007).
Специфику изучаемой флоры отражает спектр жизненных форм, который является показателем экологических условий обитания растений. Согласно классификации жизненных форм, предложенной К. Раункиером (Raunkiaer, 1934), наиболее многочисленной группой в спектре биоморф являются геми криптофиты (41,1%), что обеспечивается аборигенными видами (57,1% против 18,7% адвентивных). Обращает на себя внимание большое количество терофи тов (20,3%), среди которых велика доля адвентивных видов (35,1% против 9,7% аборигенных), что соответствует условиям произрастания на антропогенно на рушенных местообитаниях. В сравнении с зональной флорой региона, в урбано флоре повышается доля фанерофитов (17,2%), что объясняется дичанием ин тродуцированных древесно-кустарниковых культур (32,4% адвентивных видов против 6,3% аборигенных). Далее следуют криптофиты (13,7%), хамефиты (4,1%), гемикриптофиты или терофиты (3,5%).
Согласно классификации И.Г. Серебрякова (1962), наибольшее число ви дов урбанофлоры относится к типу травянистых многолетников (44,8%), что обеспечивается аборигенным ядром флоры (60% против 23,5% адвентивной фракции). Следующие позиции занимают монокарпические травы (28,5%), ку старники (8,2%) и деревья (7,5%), среди которых значительную роль играют ад вентивные виды, связанные чаще всего с результатами интродукции. Отнюдь не последнее место занимают биоморфологические типы земноводных трав (6,9%), плавающих и подводных трав (1,6%), что обусловлено зарождением и развитием городской флоры на междуречье двух рек Волги и Свияги. Замы кают спектр деревянистые лианы (1,2%), полукустарники и полукустарнички (1,1%), кустарнички (0,3%).
Самой представительной экологической группой в урбанофлоре по отно шению к условиям увлажнения являются мезофиты (47,6%), преобладание ко торых характерно для флор умеренной зоны. Вторую и третью позиции занима ют ксеромезофиты (16,9%) и ксерофиты (11,0%), что соотносится с общей тен денцией ксерофитизации урбанофлор. Высокие показатели ксерофильного ряда (32,7%) обусловлены антропогенным прессом, приводящим к уплотнению и значительному иссушению городских почв. На своеобразие природных условий указывает наличие во флоре гигрофитов (10,4%) и гидрофитов (2,8%), разнооб разие которых обеспечивается аборигенной фракцией.
В процессе анализа урбанофлоры г. Ульяновска при выделении трофо морф была использована шкала А.Л. Бельгарда, разработанная им для условий степной зоны (Бельгард, 1950, 1971). Преобладающими экологическими груп пами являются мезотрофы (60,4%) и мегатрофы (29,9%), что в целом соответ ствует условиям произрастания на урбанизированных территориях. Олиготро фы составляют 7,5%. Большая их часть приурочена к естественным степным и лесостепным участкам окрестностей села Арское и аллювиальным песчаным отложениям рек Волга и Свияга. Лишь 25-30% всех олиготрофов встречается на антропогенно нарушенных территориях: улицах, пустырях, железнодорож ных насыпях и автостоянках. Галомегатрофы (1,7%) и галофиты (0,5%) встре чаются крайне редко: или в местах выхода соленосных глин юрского периода в пойме р. Свияги, или вдоль дорог, обрабатываемых в зимний период смесью песка и соли.
Для определения спектра антропогенных преобразований среды обитания растительных сообществ применяется шкала гемеробности (Jalas, 1953, 1955;
Sukopp, 1972;
Ziarnek, 2007). На основе анализа флористических работ послед них лет (Макарова, 2000;
Панасенко, 2002;
Лупова, 2006) для установления ан тропотолерантности растений в нашем исследовании была использована пяти балльная шкала гемеробности (рис. 2).
Рис. 2. Соотношение групп гемеробности в урбанофлоре г. Ульяновска и ее фракций, в %.
Практически вся олигогемеробная группа образована аборигенными ви дами, а в мезо-, эу- и полигемеробной группах адвентивных видов почти в два раза больше, чем аборигенных. Очевидно, что изменения экологических факто ров на антропогенно трансформированных участках создают определенные ниши, которые могут быть колонизированы адвентивными видами быстрее и лучше, чем местными видами.
Глава 4. Качественный анализ и сравнение парциальных флор города Ульяновска При исследовании выделенных нами парциальных флор в концепции со пряженного развития городской и природной сред основной приоритет в выбо ре качественных характеристик был отдан экологическим характеристикам.
Таким образом, структурирование парциальных флор в процессе анализа происходило по следующим четырем критериям: системе биоморф К. Раункие ра, экоморфам по отношению к условиям увлажнения и почвенным условиям, эколого-фитоценотическим группам. В качестве контрольных флор, отражаю щих природную среду, в которой развивался город, были взяты парциальные флоры ПФ 6 (лесостепные ландшафты и остепненные участки волжского косо гора в окрестностях города) и ПФ 7 (супераквальные ландшафты рек Свияга и Куйбышевского водохранилища).
Как показал биоморфологический анализ (рис. 3), во всех парциальных флорах ведущими группами являются гемикриптофиты, фанерофиты и терофи ты, при этом их местоположение в спектре меняется соответственно экотопам.
Так, преобладание терофитов является характерной особенностью антропоген но нарушенных территорий (ПФ 1, ПФ 4), а существенная роль фанерофитов в значительной степени является результатом формирующей деятельности чело века, в частности, планомерных посадок (ПФ 1, ПФ 2, ПФ 3).
Рис. 3. Классификация жизненных форм по системе К. Раункиера в парциальных флорах г. Ульяновска и урбанофлоре в целом, в %.
В рис. 3 и далее: ПФ 1 – садово-огородные комплексы, ПФ 2 – городские кварталы, ПФ 3 – парковые комплексы и лесопарковые санитарные зоны предприятий, ПФ 4 – пустыри, ПФ – техногенные территории, ПФ 6 – пригородная зона, ПФ 7 – естественные участки долины реки Свияга.
Рис. 4. Экологическая структура парциальных флор города Ульяновска и урбанофлоры в целом по отношению к условиям увлажнения, в %.
Рис. 5. Экологическая структура парциальных флор города Ульяновска и урбанофлоры в целом по отношению к трофическим условиям, в %.
Рис. 6. Эколого-фитоценотические группы в парциальных флорах города Ульяновска и урбанофлоре в целом, в %.
В спектре гигроморф (рис. 4) как в урбанофлоре в целом, так и в парци альных флорах ведущими группами являются мезофиты, ксеромезофиты, причем в ряду от ПФ 1 к ПФ 6 наблюдается ксерофитизация флор за счет сни жения доли мезофитов. По отношению к эдафическим условиям во всех парци альных флорах двумя основными группами являются мезотрофы и мегатрофы (рис. 5). Более дифференцированными при сравнении выбранных спектров ока зались соотношения эколого-фитоценотических групп (рис. 6).
Для оценки общности флористических списков парциальных флор был использован коэффициент сходства Жаккара, а на основании полученной мат рицы при помощи программы GRAPHS построены дендрограмма (рис. 7), гра фы с разными пороговыми значениями (рис. 8) и графы в виде "звезды" (рис. 9).
Сходство элементов между собой показано стилем ребра и его длиной.
Рис. 7. Коэффициенты Жаккара для парциальных флор, в%.
Все парциальные флоры г. Ульяновска имеют общие виды, что свиде тельствует об их взаимообусловленном развитии (рис. 8, а). Однако в целом ко эффициенты сходства между парциальными флорами и флорой речных долин (ПФ 7) значительно выше, нежели между парциальными флорами и флорой ле состепи (ПФ 6), что позволяет сделать вывод о более значительном влиянии флоры супераквальных ландшафтов на развитие урбанофлоры в целом (рис. 9).
На рисунке 7 достаточно четко видно, что наибольшим флористическим сходством между собой обладают ПФ 2 и ПФ 3, а также ПФ 4 и ПФ 5;
в то же время на рис. 8,б прослеживается сходство ПФ 1 с ПФ 2.
а) б) Рис. 8. Разбиение на компоненты связности с пороговым значением отображения 10 (а) и 25 (б), в %.
Рис. 9. Влияние ПФ 6 и ПФ 7 на остальные парциальные флоры, в %.
Таким образом, с одной стороны, высокий процент сходства проде монстрировали флоры, чей видовой состав в значительной степени формирует ся человеком в процессе целенаправленной хозяйственной деятельности (ПФ 1, ПФ 2, ПФ 3);
с другой стороны, обособились флоры антропогенно нарушенных территорий (ПФ 4 и ПФ 5), видовой состав которых формируется стихийно, без планомерного участия человека, но под воздействием целого комплекса отри цательных техногенных факторов. ПФ 3 характеризуется смешанным типом формирования видового состава, так как отражает видовой состав фрагментов как искусственных, так и естественных фитоценозов, вошедших в состав пар ковых комплексов и санитарных зон.
Глава 5. Антропогенная динамика и проблемы охраны урбанофлоры города Ульяновска Показателями антропогенной динамики флоры, как правило, служат ин дексы адвентизации (отношение числа адвентивных видов к общему числу ви дов природной флоры) и синантропизации (отношение числа синантропных ви дов к индигенным видам), равные 0,72 и 0,87 соответственно, что демонстриру ет высокий уровень нарушенности городской флоры. Для сравнения, в 1953 г.
Р.Е. Левиной и С.В. Голицыным (1953) во флоре г. Ульяновска выделялось всего 139 адвентивных видов с индексом адвентизации, равным 0,22, и 196 си нантропных видов (25% всей флоры) с индексом синантропизации, равным 0,34.
Выявить направленность современной динамики изучаемой флоры позво ляет анализ адвентивных растений по времени и способу заноса, степени их на турализации в естественные сообщества с учетом жизненных стратегий и места их первичного произрастания. Используя традиционные классификации адвен тивного элемента, нами выявлена следующая структура адвентивной фракции урбанофлоры (табл. 4).
Таблица Структура адвентивной фракции урбанофлоры г. Ульяновска Степень натурализации Всего Способ Время Эфеме- Колоно- Эпеко- Агрио-эпе- Агрио миграции заноса рофиты фиты фиты кофиты фиты Аколютофиты Археофиты - - - - - Кенофиты - - 4 - - Ксенофиты Археофиты 4 1 61 4 - Кенофиты 10 12 56 5 7 Ксено-эргазио- Археофиты 2 - - 3 - фигофиты Кенофиты 7 5 9 6 1 Ксено-эргазио- Археофиты 1 - - - 1 фиты Кенофиты 1 1 4 - - Эргазио-липо- Археофиты - - - - - фиты Кенофиты 1 3 - - - Эргазио-фиго- Археофиты 2 1 3 - 1 фиты Кенофиты 3 26 20 9 6 Эргазиофиты Археофиты 26 3 1 2 - Кенофиты 184 41 3 2 2 Всего 241 93 161 31 18 По времени иммиграции преобладают кенофиты – 428 видов (32,8% урба нофлоры в целом), а на долю археофитов приходится лишь 116 видов (8,9%).
По способу миграции насчитывается 160 видов ксенофитов (29,5%), ксено-эрга зиофигофитов – 33 (6,1%), ксено-эргазиофитов – 8 (1,5%), аколютофитов – (0,7%), остальные относятся к категории преднамеренно занесенных видов (62,2%). Во всех группах по времени заноса преобладают кенофиты. Однако следует отметить, что если среди эргазиофитов безусловное доминирование ке нофитов над археофитами вполне ожидаемо (10 : 1,4), то среди ксенофитов они соотносятся как 10 : 7,8. Последнее означает, что основная масса ксенофитов проникла на территорию города еще в период освоения "дикого поля" с середи ны XVII до начала XIX веков. По степени натурализации выделяются эфемеро фиты (44,3%), что свидетельствует о значительной роли миграционных процес сов и неустойчивости городских экосистем. Далее следуют эпекофиты – 29,8%, колонофиты – 16,9%, агрио-эпекофиты – 5,7% и агриофиты – 3,3%.
Вследствие повышенного антропогенного воздействия на сохранившиеся в пределах города естественные экосистемы из урбанофлоры вытесняются наи более уязвимые виды лесных, луговых, болотных, прибрежно-водных и водных растений-антропофобов. Так, за более чем полувековой период в урбанофлоре г. Ульяновска исчезло 76 видов, но в то же время было обнаружено 595 новых видов сосудистых растений, из числа последних большая часть представлена видами-интродуцентами (55,3%), 14,3% случайными заносными видами и 30,4% аборигенными видами. При исследовании урбанофлоры г. Ульяновска выявлено 55 охраняемых видов сосудистых растений: занесенных в Красную книгу Ульяновской области (2008) – 41 вид и в Красную книгу РФ (2008) – вида. Следует отметить, что при анализе учтены три вида (Nelumbo nucifera Gaertn., Matthiola fragrans Bunge, Panax ginseng C.A. Mey.), исключенные из об щего списка урбанофлоры ввиду невозможности их спонтанного произрастания в городе и не учитываемые в других видах анализа.
На степных участках в окрестностях с. Арское, вошедшего в состав горо да в 2004 г., произрастает 20 видов охраняемых растений, в созданном в 1993 г.
в пойме р. Свияга экопарке "Черное озеро" – 10, на остепненных волжских склонах и Заволжском лесу, подверженных слабой антропогенной нагрузке, – 10, в городских парках и скверах, палисадниках и садах – 23 вида. На вторич ных нарушенных местообитаниях, близ железнодорожных путей, встречено лишь 5 видов (Argusia sibirica, Artemisia pontica, Cotoneaster lucidus, Equisetum ramosissimum, Stipa pennata), куда они, вероятно, были занесены транспортны ми потоками или животными. Все это говорит о необходимости включения в систему особо охраняемых территорий фрагментов урбанизированных ланд шафтов, ставших прибежищем редких и охраняемых видов.
ВЫВОДЫ 1. Урбанофлора города Ульяновска насчитывает 1304 вида сосудистых растений, относящихся к 551 роду и 127 семействам. Из них 1271 вид (97,5%) относится к покрытосеменным, причем на долю двудольных приходится 79,5%, однодольных – 18,0%;
20 видов (1,5%) составляют голосеменные, 13 видов (1,0%) – высшие споровые. Впервые для изучаемой территории выявлено новых видов сосудистых растений.
2. В эколого-фитоценотическом спектре г. Ульяновска преобладают груп пы культивируемых (21,9%), сорных (19,3%), лесных (10,8%), степных (10,7%), прибрежно-водных (8,5%), луговых (7,2%) и лесостепных (6,9%) растений, доля остальных групп не превышает 5%. В составе экологической структуры веду щими группами по отношению к условиям увлажнения являются мезофиты (47,6%), ксеромезофиты (16,9%), ксерофиты (11,0%) и гигрофиты (10,4%), по отношению к трофическим условиям – мезотрофы (60,4%) и мегатрофы (29,9%). По степени антропотолерантности видов первое место занимают мезо гемеробы (37,2%), далее следуют олигогемеробы (26,8%) и эугемеробы (20,9%).
Несмотря на тенденцию к увеличению доли ксерофильных видов преимуще ственно открытых местообитаний в связи с возрастанием техногенной нагруз ки, в составе урбанофлоры сохраняется существенная роль олигогемеробных гидрофильных фитоценотических групп, разнообразие которых обеспечивается аборигенной фракцией флоры.
3. В географическом составе аборигенной фракции урбанофлоры г. Улья новска преобладают виды с широкими ареалами: еврозападноазиатские виды составляют 40%, евразиатские – 31,3%, голарктические – 15,7%. В широт но-географическом спектре преобладают плюризональные (39,7%), степные (23,8%) и бореальные (14,5%) виды, что не согласуется с ботанико-географиче ским составом зональной флоры Ульяновской области с явным преобладанием лесных элементов (65,6%) над степными (32,6%). Однозначное доминирование первых двух групп объясняется экологическими условиями произрастания рас тений на территории города.
4. Во флорогенетической структуре адвентивной фракции выделяются средиземноморские (19,7%), ирано-туранские (17,5%), североамериканские (17,5%) и восточноазиатские (12,9%) виды, широко распространившиеся благо даря своим декоративным и ценным хозяйственным свойствам, а также высо кой способности к натурализации. Доля представителей других флорогенетиче ских регионов невысока, хотя отдельные представители Западной и Южной Европы, Южной и Центральной Америки, Кавказа занимают стойкие позиции в растительном покрове, в том числе являются опасными сорняками.
5. Среди биоморф (по системе И.Г. Серебрякова) преобладают травяни стые многолетники (44,8%), далее следуют малолетники (28,5%), кустарники (8,2%), деревья (7,5%), а на долю земноводных, плавающих и подводных трав приходится 8,5% видов. Согласно классификации К. Раункиера, наблюдается безусловное доминирование гемикриптофитов (41,1%), значительна роль теро фитов (20,3%) и фанерофитов (17,2%). Состав биоморф отражает особенности урбосреды, где, несмотря на сохранение зонального характера лесостепной флоры, наблюдается его ослабление, связанное как с интенсивной деятельно стью человека по озеленению территории, так и техногенными процессами, ве дущими к ксерофитизации ряда парциальных флор.
6. Анализ парциальных флор по четырем экологическим характеристикам (биоморфы по системе К. Раункиера, гигроморфы, трофоморфы, эколого-фито ценотические группы) показал, что спектры парциальных флор в целом сохра няют соотношения, присущие урбанофлоре г. Ульяновска.
7. Сравнительный анализ парциальных флор с использованием коэффи циента Жаккара продемонстрировал наибольшее флористическое сходство между ПФ 2 и ПФ 3, ПФ 4 и ПФ 5, а также сходство ПФ 1 с ПФ 2. Таким об разом, на территории города выделено две группы парциальных флор – флор, чей видовой состав формируется стихийно, и флор, чей видовой состав при формировании в той или иной степени испытывает непосредственное и плано мерное участие человека.
8. На видовой состав урбанофлоры г. Ульяновска, расположенного в лесо степной зоне, значительное влияние оказывает флора речных долин Свияги и Волги (Куйбышевского водохранилища) нежели зональная флора лесостепи.
9. Адвентивная фракция урбанофлоры представлена 544 видами (41,7%) из 298 родов и 86 семейств. По времени иммиграции преобладают кенофиты (428 видов), по способу миграции – преднамеренно занесенные виды (62,2%) и ксенофиты (29,5%), по степени натурализации – эфемерофиты (44,3%), эпеко фиты (29,8%) и колонофиты (16,9%). Индекс адвентизации составляет 0,72, что демонстрирует высокий уровень нарушенности урбанофлоры.
10. За последние полвека из урбанофлоры г. Ульяновска исчезло 76 и по явилось 595 видов сосудистых растений. Из числа последних большая часть (55,3%) представлена видами-интродуцентами, 14,3% случайными заносными видами и 30,4% аборигенными видами. В настоящее время на территории Улья новска обнаружено 55 охраняемых видов сосудистых растений, из которых вид занесен в Красную книгу Ульяновской области и 22 вида – в Красную кни гу Российской Федерации.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В изданиях, рекомендованных ВАК:
1. Димитриев Ю.О., Масленников А.В. Охраняемые виды растений го рода Ульяновска // Естественные и технические науки. 2010. №1. С. 78-81.
Димитриев Ю.О., Масленников А.В., Фролов Д.А. Сравнительный 2.
анализ линейных структур ландшафта во флоре города Ульяновска (на примере поймы реки Свияги и железных дорог) // Проблемы региональной экологии. 2011. №1. С. 27-32.
Димитриев Ю.О., Масленников А.В. Современные тенденции в раз 3.
витии урбанофлоры города Ульяновска // Экология урбанизированных тер риторий. 2011. №1. С. 29-34.
В прочих изданиях:
Димитриев Ю.О. Интродуцированные виды растений города Ульяновска // 1.
Современные наукоемкие технологии: материалы Междунар. науч. конф.
"Экология и рациональное природопользование", Египет (Шарм-Эль -Шейх), 21-28 февраля 2010 г. 2010. №1. С. 58-61.
Димитриев Ю.О. Анализ флоры интродуцентов города Ульяновска // Лю 2.
бищевские чтения – 2010. Современные проблемы эволюции: Сб. материа лов конф., Ульяновск, 6-8 апреля 2010 г. Ульяновск: УлГПУ, 2010. С. 299 303.
Димитриев Ю.О. Таксономический анализ урбанофлоры в оценке состоя 3.
ния урбосреды (на примере г. Ульяновска) // Современные наукоемкие тех нологии: материалы Междунар. науч. конф. "Природопользование и охра на окружающей среды", Франция (Париж), 15-22 октября 2010 г. 2010. №9.
С. 136-137.
Димитриев Ю.О. Флористический мониторинг поймы реки Свияги в усло 4.
виях урбосреды г. Ульяновска // Материалы XV Междунар. экологической студенческой конф. "Экология России и сопредельных территорий", Ново сибирск, 29-31 октября 2010 г. Новосибирск, 2010. С. 124-125.
Димитриев Ю.О. К изучению флоры железных дорог города Ульяновска // 5.
Природа Симбирского Поволжья: Сб. науч. трудов XII межрегион. науч. практ. конф. "Естественнонаучные исследования в Симбирском-Улья новском крае". Вып. 11. Ульяновск: Корпорация технологий продвижения;
УлГПУ, 2010. С. 41-44.
Димитриев Ю.О. Современное состояние урбанофлоры города Ульяновска 6.
как типичной флоры антропогенно трансформированных территорий лесо степной зоны Средней России // Материалы VII совещ. по флоре Средней России, Курск, 29-30 января 2011 г. Курск, 2011. С. 61-64.
Димитриев Ю.О. Экологическая структура флоры города Ульяновска // 7.
Любищевские чтения – 2011. Современные проблемы эволюции: Сб. мате риалов междунар. конф., Ульяновск, 5-7 апреля 2011 г. Ульяновск: УлГПУ, 2011. С. 294-296.
Пописано в печать 11.04.2011 г.
Формат 6084 1/ Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать оперативная.
Усл. печ. л.1,2. Тираж 100 экз.