Изучение растительности с помощью экологических шкал

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

ИЗУЧЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ С ПОМОЩЬЮ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ШКАЛ



Содержание

Введение

1. Краткая характеристика исследуемой территории

1.1 Общие сведения о стадионе «Политехник»

1.2 Геологическая история

1.3 Климат

1.4 Почвы и рельеф

2. Антропогенная трансформация наземных экосистем

2.1 особенности флоры города Томска

2.2 Растительность Города Томска и стадиона «Политехник»

2.3 Процесс урбанизации

2.4 Синантропизация: масштабы явления

3. Материалы и методики исследования

3.1 Объекты исследования

3.2 Метод стандартных экологических шкал

3.3 Экологический анализ растительных сообществ

3.4 Методика геоботанических описаний

4. Комплексное исследование травянистой растительности стадиона «политехник» (результаты и обсуждение)

4.1 Флористический анализ семейственно-видового спектра флоры различных биотопов стадиона «Политехник»

4.2 Анализ встречаемости видов в сообществах травянистой растительности стадиона «Политехник»

4.3 Экологический анализ флоры различных биотопов стадиона «Политехник»

Выводы

Литература

Приложения

Приложение 1

Введение

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. В городскую территорию города Томска входят крупные, хорошо сохранившиеся участки растительного покрова, которые используются жителями для рекреационных целей. Антропогенный пресс вызывает существенные количественные и качественные сдвиги в составе и структуре растительного покрова. Особенно это заметно на фоне антропогенной трансформации растительного покрова изучение, которого стало одной из наиболее актуальных задач экологии. Численный подход к оценке степени трансформированности биоценозов в значительной степени затруднен комплексностью влияния человека на среду и порой невозможностью прямых инструментальных измерений ряда факторов, воздействующих на биоту. Однако, известны работы авторов, в которых предпринята попытка количественно (в баллах) оценить реакцию видов растений на антропогенный пресс. Это шкалы немецких исследователей С. Клотца, В. Кюника, Д. Франка, которые включают факторы урбанитета (урбанофильности - урбанофобности DURB) и аналогичные шкалы урбанитета IURB Н.Г. Ильминских.

Выпускная квалификационная (дипломная) работа посвящена изучению антропогенной трансформации травянистой растительности стадиона «Политехник», который является одним из наиболее важных объектов Томска и излюбленным местом отдыха Томичей.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

Впервые предприняты исследования количественных показателей синантропизации растительного покрова рекреационной зоны вокруг стадиона «Политехник».

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью работы является анализ синантропизации растительного покрова с помощью метода экологических шкал.

В связи с целью работы были поставлены следующие задачи:

Изучить разнообразие лесной травянистой растительности окрестности стадиона «Политехник».

Провести оценку степени синантропизации травянистой растительности с помощью метода экологических шкал.

Выявить зоны наибольшей антропогенной нагрузки на территории.



1. Краткая характеристика исследуемой территории

1.1 Общие сведения о стадионе «Политехник»

Стадион «Политехник» (бывшие названия "Буревестник", "Бурик") расположен в районе площади Южной, на улице 19 Гвардейской Дивизии, 13. Здесь же находится лыжная база «Политехник». Стадион и лыжная база принадлежат ТПУ. стадион почва рельеф экосистема

Раньше стадион официально назывался «Буревестник», что часто сокращалось до «бурик». Это название в речи студентов и многих коренных жителей Томска живо до сих пор.

Аналогичное название - «Буревестник» раньше носил стадион «Труд» и томская команда мастеров проводила свои поединки именно на нём.

Стадион "Политехник" расположен в промежутке между Богашёвским трактом и берегом Томи и со всех сторон окружён лесопосадками.

На стадионе есть футбольное поле, поле для мини-футбола с искусственным газоном, волейбольные площадки, лыже-роллерная трасса, беговая дорожка, городошная площадка. Летом действует прокат скейтбордов, велосипедов, роликовых коньков, зимой устраивается освещённая лыжная трасса. 15 сентября 2007 года на стадионе был открыт первый за Уралом и крупнейший в России круглогодичный каток площадью 400 мІ из сверхвысокомолекулярный полиэтилена, получаемого методом горячего прессования.

27 декабря 2007 года на стадионе была открыта освещённая с 16:00 до 22:00 и с 6:00 до 7:00 лыжная трасса.

Областные власти планируют постройку на стадионе крытого легкоатлетического манежа Также планируется построить здесь биатлонную трассу.

Кроме спортивных, на стадионе проводятся культмассовые мероприятия.

В 2010 году на большом поле оборудована система подогрева, травяное покрытие заменено на искусственное.

1.2 Геологическая история

В геологическом отношении территория Томска представляет собой палеозойский фундамент перекрытый мощной толщей осадочных пород мезозойско-кайнозойского возраста.

История развития этого района сложна. Отложения конца девона- начала карбона показывают, что в середине палеозоя данную территорию занимал мелководный прибрежно-морской бассейн, о чем свидетельствуют остатки тогдашней морской фауны -- мшанковые и брахиоподовые.

Затем произошел перерыв в отложениях вплоть до третичного периода. Море регрессирует и начинается складкообразование под влиянием активизирующихся тектонических процессов. Наступает длительный континентальный перерыв, который продолжается почти весь мезозой. Морских осадков после карбона в этой части Сибири не наблюдается. Преобладают вертикальные тектонические движения положительного знака и формируется Томская антиклинальная структура. Тогда же в глинистых сланцах образуются трещины, где сформировались жилы диабазов и диабазовых долеритов. Процессы размыва преобладают над осадконакоплением. В течение мезозоя сланцы подвергаются интенсивной денудации, в результате которой формируется неровная поверхность и мощная кора выветривания. Климат в это время был влажным и теплым.

В третичное время -- это уже сильно пенепленизированная страна. Горные складки оказались срезаны. Палеогеновые отложения, залегающие на них, говорят о том, что здесь протекали полноводные реки по озерно-болотистой равнине, на которой произрастала пышная широколиственная древесная растительность в условиях теплого и влажного климата, сравнимого с современным климатом Северного Кавказа. Среднегодовая температура -- 12°.

В неогене активизируются тектонические движения, которые привели к поднятию и формированию Томского вала, соответствующего Томской антиклинальной структуре палеозойского возраста. Эта структура имеет широтное простирание и образует как бы остров среди сравнительно мощной толщи четвертичных отложений. В неогене же заполнились впадины фундамента галечниками и гравелистыми песками. Таким образом, происходило выветривание дочетвертичного рельефа.

В последующее затем среднечетвертичное время устанавливаются иные климатические условия, наступает значительное похолодание. В окрестностях Томска в условиях влажного климата начинают отлагаться лессовидные суглинки с включением пачек аллювиальных и озерно- аллювиальных отложений с участками горизонтов погребенных почв. Похолоданий было несколько. Здесь господствовали тундровые и лесотундровые ландшафты на месте прежних таежных лесов и обитали мамонты. С наступлением сухой и теплой шохи тундра отступила и здесь стали господствовать степные ландшафты. Две-три тысячи лет назад климат несколько ухудшился и с севера опять надвинулась лесостепь и южная тайга.

Надо отметить, что территория продолжает формироваться. Тектонические движения и данном районе не затухают. Разрывные нарушения пронизывают все толщи рыхлых отложений и имеют северовосточное, северо-западное и субширотное простирание. Разнонаправленные смещения по ним происходят и в настоящее время: были зафиксированы в пределах Томь-Колывнской зоны землетрясения силой до 7 балов. Сохранились исторические документы, где были описаны землетрясения 1734,1822,1882, 1898, 1903 годов. В целом территория Томска и его окрестностей испытывает опускание 6 -- 8 мм/год. (http://tomsk.pro/?p=11)



1.3 Климат

Город Томск и его окрестности характеризуются континентальным климатом с теплым летом и холодной зимой, равномерным увлажнением, довольно резкими изменениями элементов погоды в сравнительно короткие периоды времени. Равнинная поверхность и открытость Томской области со всех сторон, кроме юго-востока, облегчает проникновение сюда воздушных масс из Арктики, Атлантики и Средней Азии. Поэтому в циркуляционных процессах во все времена года участвуют арктические и умеренные воздушные массы. Воздушные массы переносятся в системе циклонов и антициклонов, что приводит к неустойчивости погоды (Климат Томска, 1982).

Изменения погоды связаны с колебаниями давления, которое в среднем в году составляет на уровне станций в г. Томске 1001,1 гПа. В годовом ходе максимальное давление отмечается зимой, а минимальное летом.

На территории г. Томска преобладают ветры южного и юго-западного направлений. Средняя скорость ветра составляет от 2-5 м/сек до 15 м/сек.

Годовой приход суммарной радиации в г. Томске в среднем составляет 3884 МДж/м. Летом приход радиации немного больше, чем зимой, так как высота солнца и продолжительность дня больше, а количественно облачности меньше.

Для термического режима г. Томска характерны следующие показатели: средняя годовая температура воздуха составляет - 0,6°С (Климат Томска, 1982). Физико-географическое положение г. Томска обусловливает большую изменчивость температуры воздуха, как суточную, так и от суток к суткам Среднегодовая температура Томска с 2000 по 2007 годы составила от +1,3 °C (www.pogoda.ru.net). Безморозный период составляет 100-105 дней. Зима суровая и продолжительная, минимальная зарегистрированная температура -55 °C (январь 1969 года). Максимальная зарегистрированная температура +37°C. Средняя температура января: -19,2 °C, средняя температура июля: +18,1 °C (www.pogoda.ru.net).

По количеству выпадающих осадков г. Томск относится к зоне умеренного увлажнения. В среднем за год выпадает 517 мм осадков, в основном много осадков приносят юго-западные ветры. Основная часть осадков выпадает в тёплый период года.

Наибольшее количество осадков выпадает летом, годовой максимум приходится на июль и составляет 76 мм за месяц. За три летних месяца выпадает 40 % годовой суммы, зимой - около 15 %, весной и осенью соответственно 18 и 27 %. Твердые осадки - снег, снежная крупа, снежные зерна - составляют 34 % всех выпадающих осадков.

Выпадение осадков в г. Томске преобладает над испарением, поэтому относительная влажность воздуха колеблется в промежутке от 60 до 90 % (Климат Томска, 1982).

Повышенное количество осадков способствует развитию и разнообразию травянистой растительности.

Томск находится в зоне обычной трудности жизни населения по природно-климатическим условиям. Он характеризуется снежной зимой с суровой изменчивой погодой в течение трех-четырех месяцев, резко холодными весной и осенью, прохладным сухим летом, а так же изменчивой погодой и биологически активной радиацией в течение летних месяцев. Смена сезонов происходит достаточно быстро, но наблюдаются возвраты к холодам и оттепелям.

1.4 Почвы и рельеф

Томск находится на юго-востоке Западно-Сибирской низменности, на высоком правом берегу реки Томи, в 60 километрах от впадения ее в реку Обь. Река Томь течет в направлении, близком к меридиональному, огибая город с юго-запада и запада почти полукругом. Ширина поймы реки в районе города составляет до 1,5 км. Правобережье Томи является более высоким и расчлененным, оно прорезается притоками Томи: Большой Киргизкой, Ушайкой, Басандайкой.

Поверхность территории в значительной степени выровненная, лишь с юго-востока внедряются северные отроги Кузнецкого Алатау, они образуют водораздел между р. Томью и р. Яей. От водоразделов к рекам местность понижается, образуя широкие террасы. Как считали ранее, в долине реки Томь насчитывается до 6-7 террас (Кузнецов, 1946), а согласно современным представлениям - пойма и 3 надпойменные террасы (Осинцева, 2004).

Территория стадиона «Политехник» представляет собой совокупность разнообразных подразделений ландшафта, включающую склоны разной степени крутизны, овраги и др.

Согласно почвенному районированию Томской области, почвенный покров обследованного района располагается на контакте двух подзон: южной подзоны с преобладанием серых лесных почв и примыкающей к ней с севера подзоны дерново-подзолистых почв (Кузнецов, 1946).

Поэтому на участках района в почвенном покрове преобладают дерновые в той или иной степени оподзоленные почвы, а также серые и темно-серые лесные почвы суглинистого гранулометрического состава (Прокопьев и др., 2004). При этом на равнине под березовыми лесами с хорошо развитым травяным покровом и под луговой растительностью формируются серые лесные и темно-серые почвы, а под сосновыми и березово-сосновыми лесами - дерновые слабооподзоленные почвы.



2. Антропогенная трансформация наземных экосистем

2.1 особенности флоры города Томска

Во флоре любого района можно различить виды естественных местообитаний (аборигенные) и виды, попавшие на данную территорию из других областей земного шара - адвентивные, или пришлые. Хотя зачатки (диаспоры) растений распространяются разнообразными природными агентами - ветром, водой, животными, - но в расселении именно адвентивных видов преобладающая роль отводится человеку, не столько как биологическому существу, сколько благодаря его хозяйственной и социальной деятельности. Большое значение в переносе диаспор адвентивных видов растений имеют транспорт и торговля.

С развитием средств сообщения одним из самых действенных распространителей этих растений стал железнодорожный транспорт. Вдоль железнодорожного полотна возникли своеобразные местообитания (открытые, сильно прогреваемые, с насыпным глинисто-песчаным и щебнистым грунтом), на них нашли благоприятные условия растения - пришельцы из более южных районов.

На формирование растительного мира городов большое влияние оказала сознательная деятельность человека по интродукции и акклиматизации видов растений, новых для данного района. Рассматривая флору городов, ботаники далеко не всегда включают в нее интродуцированные виды, может быть, и не без основания, так как эти виды, принесенные человеком и окруженные его заботой, конечно, не подчиняются закономерностям формирования флоры под влиянием экологических условий. Но в истории акклиматизации хорошо известны случаи, когда интродуцированные виды полностью натурализуются, то есть проникают в состав природной флоры нового для них района и начинают возобновляться без помощи человека, а случаи освоения ими трансформированных местообитаний достаточно обычны. Эти растения - беглецы из культуры, или, как официально именуют их в ботанике, «ускользнувшие из культуры». Нередко они ведут себя при этом столь агрессивно, что начинают вытеснять аборигенные виды из привычных мест обитания или превращаются в злостные сорняки.

В последние десятилетия флора городов становится объектом не только сбора и составления списков, но и глубокого научного анализа. Для многих городов составлены списки адвентивной флоры или флоры отдельных антропогенных местообитаний (садов и парков, морских портов, железнодорожных станций, улиц, газонов, обочин дорог, свалок и т.д.).

Интересно выяснить, какое участие принимают во флоре города местные (аборигенные) виды. Следует отметить, что виды, нормально обитающие в естественном растительном покрове и охотно переходящие на антропогенные местообитания (местами даже лучше на них растущие), называются апофитами в отличие от антропофитов, появившихся в данной местности вслед за человеком. В основном это виды луговые, степные и других открытых местообитаний.

Понятно, что ни один вид не может заселить все доступные ему местообитания. С учетом других многочисленных факторов, влияющих на их распространение, в реальности наблюдается крайне разнообразное их распределение по территории. В то же время можно отметить, что разные виды предпочитают селиться в разных зонах города и городских местообитаниях, причем в этом пространственном распределении растений можно проследить определенные закономерности. Географами предложено деление крупного старого города на концентрические зоны, начиная с центра: древний город, старый город, новый город, пригороды и другие. Эти зоны имеют разный возраст и разную степень урбанизации, что отражается и на составе их флоры. В центре города обычно поселяются виды, получившие у ботаников название «урбанофильные», то есть «любители города». Они неплохо переносят городские условия, включая индустриальные загрязнения. От центра к окраинам число видов городской флоры обычно возрастает. Особенно богата флора окрестностей, поскольку здесь увеличивается разнообразие местообитаний. На окраинах много видов «урбанофобных» («боящихся города»); это обитатели естественных растительных сообществ, неспособные жить в сильно измененной городской среде и потому редко переступающие границы города.

В отличие от видового состава естественной растительности флора городов очень динамична и непостоянна, здесь бывают свои волны наступления и отступления видов. Зеленые пришельцы появляются постоянно. И количество, и набор видов растений меняются в городах за сравнительно короткие промежутки времени в зависимости от возраста поселения, расширения застройки, городского благоустройства, развития промышленности и транспорта (Пяк, Мерзлякова, 2000).

Первые сведения о флоре окрестностей г. Томска содержатся в работах М. К. Сиязова (1907), П. В. Сюзева (1921), М. И. Рожанец и С. Е. Рожанец-Кучеровской (1928). Более детально и на современном уровне флору сосудистых растений юго-востока Томской области изучил А. И. Пяк (1992), в том числе им впервые предпринята попытка специального изучения адвентивных элементов в ее составе (Пяк 1992, 1994). Адвентами называют виды, появившиеся на этой территории в результате хозяйственной деятельности человека. При этом археофиты (виды растений, занесенные на данную территорию в доисторическое время вместе с культурными растениями), выделение которых при отсутствии достоверных исторических сведений в любом случае гипотетично, не рассматриваются, то есть учтены лишь те виды, заносный характер которых не вызывает сомнений.

Учитывая исторические особенности развития города Томска и его растительного покрова, нам представляется наиболее удобным для анализа изученной флоры сосудистых растений применение следующей классификационной системы (таб. 1). Все виды растений подразделяются на две большие группы по своему происхождению: апофиты и адвенты. В свою очередь, апофиты подразделяются на подгруппы гемерофилов и гемерофобов, а все адвенты подразделяются по двум принципам: по степени натурализации (эпекофиты, колонофиты и эфемерофиты) и по способу иммиграции (ксенофиты, ксено-эргазиофиты и эргазиофиты).

Таблица 1. Флора сосудистых растений Томска (по Пяк, Мерзляковой)

Группы и подгруппы	Число видов	% от общего числа видов
Флора г. Томска	683	100
Апофиты	543	79,5
В том числе: Гемерофилы Гемерофобы	205 338	30 49,5
Адвенты	140	20,5
В том числе по способу иммиграции: Ксенофиты Эргазиофиты Ксено-эргазиофиты	101 30 9	14,8 4,4 1,3
В том числе по степени натурализации: Эпекофиты Колонофиты Эфемерофиты	23 58 59	3,4 8,5 8,6

Примечание. Апофиты - виды местной (аборигенной) флоры; адвенты - заносные растения, появившиеся в результате хозяйственной деятельности человека; гемерофилы - виды, положительно реагирующие на увеличение антропогенной нагрузки; гемерофобы - виды, отрицательно реагирующие на увеличение антропогенной нагрузки; ксенофиты - виды, случайно занесенные на данную территорию; эргазиофиты - дичающие виды культурных растений; ксено-эргазиофиты - виды, которые могут быть как случайно занесенными, так и дичающими; эпекофиты - виды, натурализовавшиеся и активно расселяющиеся по антропогенным местообитаниям; колонофиты - натурализовавшиеся виды, но их распространение ограничено, преимущественно местами заноса; эфемерофиты - растения, встречающиеся в местах заноса, но самостоятельно не размножающиеся (Пяк, Мерзлякова, 2000).

Выявленная современная флора города Томска представлена 683 видами высших сосудистых растений, которые относятся к 90 семействам. Из них 9 семейств являются чуждыми для естественной флоры данной территории и представлены исключительно адвентивными видами. В противоположность этому 56 семейств высших растений в настоящее время не имеет в своем составе ни одного заносного типа. При этом представители и той и другой группы являются преимущественно одновидовыми или маловидовыми семействами, за исключением отдельных полиморфных групп растений с весьма специфичной экологией. Большая же часть многовидовых семейств имеет в своем составе, как аборигенные виды растений, так и заносные (Пяк, Мерзлякова, 2000).

Итоговые результаты распределения видов растений по выделенным классификационным группам (таб. 1) и их анализ позволяют говорить о следующих основных закономерностях в эволюции городской флоры на современном этапе:

1. Несмотря на то, что флора города Томска, бесспорно, является сильно антропогенно трансформированной, изначальное видовое разнообразие, свойственное этой территории, сохранилось, видимо, достаточно полно. Об этом можно судить по тому, что апофиты в ней играют весьма существенную роль и сегодня составляют почти 80 %. Подтверждением того, что природное ядро флоры сохранилось достаточно полно, является и то, что более 60 % из них представлены гемерофобами, то есть видами, не выдерживающими значительных антропогенных нагрузок. Во многом это объясняется тем, что в административные границы города Томска входят большие по площади лесные массивы, включающие как лесопарковую и водоохранную зоны, так и вторичные мелколиственные, смешанные и сосновые леса. Кроме этого, особенно на левобережье Томи, в пределах города находится пойма Томи со всеми свойственными ей элементами (старицы, протоки, острова). Большая часть пойменных земель занята в настоящее время сельскохозяйственными угодьями (пашнями, сенокосами, пастбищами) и мичуринскими участками (Пяк, Мерзлякова, 2000).

Однако удивительнее то, что подавляющую часть апофитов, в том числе и гемерофобов, можно сейчас встретить в пределах застроенной части города, причем преимущественно старой застройки конца XIX -начала XX в. и ранее. Изначальное положение Томска, точнее Томской крепости, было таково, что дальнейшее развитие (расширение) города должно было идти по пути освоения сильно пересеченных ландшафтов Томского кряжа, или выположенной, но переувлажненной и во многих местах заболоченной поймы реки Томи.

Понятно, что неудобные, малопригодные для застройки участки просто игнорировались и не осваивались. Несмотря на то, что история Томска насчитывает почти 4 столетия, даже в районах древнейшей застройки до сих пор сохраняются неосвоенные участки. Это небольшие озера, болота, поймы и долины малых речек и ручьев, крутые склоны, овраги и т.п. На этих островках мало изменившихся местообитаний и сейчас встречаются многие растения, свойственные подобным экотопам в природной флоре.

В последние десятилетия ситуация начинает быстро изменяться в связи с применением современных строительных технологий, предусматривающих сплошную планировку строительных площадок на первом этапе. Понятно, что в этом случае происходит полное уничтожение имеющегося растительного покрова. Поскольку наметилась довольно отчетливая тенденция переноса основных объемов строительства в старые районы города с их ветхими строениями, но развитыми коммуникационными системами, то в недалеком будущем неизбежно существенное изменение структуры не только флоры, но и растительного покрова в целом. В первую очередь это должно выразиться в резком сокращении числа гемерофобов. Особенно ранимы из этой группы виды, пока еще не редких, но быстро сокращающих свою площадь водных и переувлажненных местообитаний (Пяк, Мерзлякова, 2000).

Правда, можно ожидать и незначительное увеличение числа гемерофилов за счет отбора и закрепления новых форм растений, лучше адаптированных к антропогенному прессу, но это, конечно, будут уже виды с другими экологическими потребностями.

2. Заносные виды, появившиеся в результате хозяйственной деятельности человека, составляют чуть более 20 %. По степени адвентизации флора города Томска сравнима с флорами таких огромных по площади территорий, как Московская, Липецкая области, государства Цен тральной и Западной Европы и т.п. Из этого можно сделать ошибочное предположение, что территория города Томска не испытывает значительного антропогенного пресса. Объяснение этому видится, с одной стороны, в тех причинах, о которых говорилось уже ранее при характеристике апофитов. С другой стороны, это связано с особенностями функционирования южнотаежных экосистем, в пределах которых находится город Томск. Таежные экосистемы отличаются тесными и достаточно жесткими ценотическими взаимоотношениями всех элементов. Учитывая также климатические особенности территории, то есть достаточно дождливый летний период, можно понять, что наиболее благоприятны условия для натурализации мезофитов и мезогигрофитов. Между тем уже отмечалось, что среди заносных видов преобладают растения условно южного происхождения - выходцы из степных и полупустынных районов, то есть ксерофиты и мезоксерофиты. Этим объясняются и особенности структуры адвентивных элементов флоры Томска, где по способу иммиграции доминируют случайно занесенные виды (101 вид, или 14,8 % от всей флоры), а по степени натурализации - эфемерофиты (8,6 %) и колонофиты (8,5 %), то есть виды, не выходящие за пределы искусственных местообитаний (Пяк, 1994).



2.2 Растительность Города Томска и стадиона «Политехник»

Территория Томской области расположена в зоне темнохвойных лесов, т.е. в таежной зоне. В прошлом территория Томь-Яйского междуречья имела густой таежный покров - это была коренная растительность, представленная хвойными лесами с доминированием в северных районах кедра Pinus sibirica Du Tour , а в южных - пихты Abies sibirica Ledeb.

Под влиянием деятельности человека и естественных лесных пожаров коренная растительность почти полностью исчезла и уступила место культурным землям с участками вторичных березовых лесов. Вокруг стадиона также вырисовывается смена растительных сообществ от черневой тайги через березово-сосновые леса до березовых лесов. Здесь наблюдается травяной покров таежного характера, преобладание лиственных пород (береза, осина) и присутствие местами вкраплений темнохвойной тайги. Следовательно, современные леса середины Томь-Яйского междуречья - это вторичные образования на месте темнохвойной тайги (Кузнецов, 1946).

Согласно схеме зонального подразделения растительного покрова юго-востока Западно-Сибирской равнины и на основании распределения растительности и смены типов почв юго-восток Томской области относится к Чулымскому южнотаежному пихтовому району подзоны травяной тайги. В Чулымском бассейне наибольшие площади занимают равнинные западносибирские пихтарники, смыкающиеся с горной темнохвойной тайгой Кузнецкого Алатау. Здесь имеет место переходная полоса крупнотравной тайги. Район города Томска относится к Томско-Чулымскому округу остаточных массивов предгорно-кузнецко-алатауской мелкотравной и травяной пихтовой тайги, долинных кедровников и ельников на фоне антропогенной растительности: длительно производных травяных березняков, осинников и суходольных лугов (Шумилова, 1978).

На южной окраине лесной зоны темнохвойные породы произрастают на пределе своего эдафоклиматического ареала, поэтому смена коренной растительности очень растянута. В результате таких смен формируются длительнопроизводные березняки, так называемые «бельники», с типичным таежным обликом напочвенного покрова. Часто они имеют молодой подрост хвойных пород. Под воздействием человека восстановление хвойных лесов задерживается.

Существует точка зрения, что березняки таежной зоны представляют исконную зональную формацию. В пользу этого мнения приводится факт существования в бассейне Оби «бельников», или «белой тайги», т. е. березовых и осиново-березовых лесов с фитоклиматом тайги или таежным характером нижних ярусов. Полагают, что «бельники», не представляя вторичных образований, могут сохраняться без содействия человека, хотя в них обычно имеется хвойный подрост (Крылов, 1953).

Леса из Betula pendula Roth носят парковый характер и представляют слабо сомкнутые насаждения из высокоствольных деревьев с хорошо развитыми кронами; на сырых местах в них много осины. Подлесок почти отсутствует, лишь изредка встречаются ивы, боярышник, шиповник. Травостой густой, высокий и сочный, из злаков и мезофильного лугово-лесного разнотравья. Здесь обильны: Dactylis glomerata L., Brachypodium pinnatum (L.) Beauv., виды мятликов, полевица, вейник Calamagrostis obtusata Trin.; большую роль играют зонтичные Anthriscus sylvestris (L.) Hoffm., Aegopodium podagraria L., Pleurospermum uralense Hoffm. и др., сложноцветные Cacalia hastate L., Crepis sibirica L., Solidago virgaurea L., огонек, борец, живокость, кровохлебка, герани, бобовые Vicia cracca L., Lathyrus pisiformis L., лютики, подмаренники и многие другие. На открытых полянах весной цветут эфемероиды и эфемеры: кандык Erythronium sibiricum (Fisch. et Mey) Kryl., первоцветы Primula macrocalyx Bunge, P. pallasii Lehm., анемоны, медуница, хохлатка.

Ряд авторов выделяют на юге лесной области Сибири лишь производные «таежные» березняки и отрицает наличие самостоятельной зоны березовых лесов. Поводом к такому взгляду послужил давно установленный факт, что береза бородавчатая Betula pendula Roth играет роль промежуточной породы при восстановлении тайги по гарям и вырубкам. Возобновление темнохвойных пород затруднено на участках, оголенных от леса, тогда как светолюбивая береза легко осваивает такие участки и, создавая лесной фитоклимат, обеспечивает развитие подроста таежных деревьев, которые с течением времени вытесняют березу (Шумилова, 1978).

Если же антропогенные воздействия повторяются, восстановление хвойных лесов задерживается, и березовый лес может существовать неопределенно долго. Так, в окрестностях города Томска совершенно не осталось таежных формаций, все они заменились парковыми березовыми лесами. В пунктах, лежащих южнее Томска, можно встретиться с нормальным восстановлением тайги после вырубок и пожаров. Таким образом, проникновение березовых лесов в таежную зону происходит лишь при содействии человека. Открытые безлесные пространства антропогенного характера на юге области, утрачивая черты типично-таежного климата, порой становятся пристанищем ряда степных растений, которые проникают по южным склонам береговых террас р. Томи и р. Оби до широты г. Томска (Шумилова, 1978).

Стадион «Политехник» по числу видов деревьев и кустарников относится к наиболее богатым по составу дендрофлоры участкам города. Здесь произрастают местные дикорастущие виды г. Томска и окрестных лесов, а также те виды деревьев и кустарников, которые исторически произрастали в городе. Обширна группа адвентивных растений, распространение которых связано со значительным влиянием как антропогенных, так и естественных факторов.

В настоящее время здесь располагается система тропинок с асфальтированными дорогами. На склонах сформировалась синантропная или адвентивная растительность следующих вариантов: полынно-разнотравные сообщества с господством полыней (Artemisia dracunculus L., A. absinthium L., A. sieversiana Willd., A. vulgaris L.), полынно-злаковые с участием Bromus L., Agropyron L. и Elymus L., а также лебедовые и полынные сообщества с небольшим участием других видов.

2.3 Процесс урбанизации

Урбанизация (направление в новейшей архитектуре и градостроительстве, считающее основой развития современного города чрезмерную концентрацию его застройки, предельное укрупнение города, в частности за счет строительства очень больших по объему зданий) как основная черта современной цивилизации непосредственно затрагивает обширные участки земного шара, вызывает резкие и быстрые изменения ландшафта, причем фактическое влияние города на природу выходит далеко за пределы его административных границ (различные виды загрязнений, дороги, свалки, склады, зоны массового отдыха горожан и т.д.). В складывающихся в результате урбанизации биоценозах (урбоценозах - совокупность живых организмов, населяющих однородный по условиям жизни участок городского ландшафта) количество диких животных и растений, способных существовать в таких условиях, конечно, ограничено. Как следствие естественные контакты человека с природой ослабевают, а его повседневное окружение составляет искусственная городская среда - многоэтажные дома и шумные улицы, металл, асфальт, загрязненный воздух. В результате в крупных городах формируется свой особый мир урбанизированной природы, существующий и развивающийся по своим законам.

При этом складывается парадоксальная ситуация. С одной стороны, человечество всеми силами старается как можно лучше обустроить окружающую территорию, и, в конце концов, настолько ее изменяет, что уже ничего не напоминает о ее прошлом облике. С другой стороны, чем больших успехов добивается в этом своем стремлении, тем острее становится, часто неосознаваемая, потребность общения с естественной природой и в первую очередь с такой важной ее компонентой, как мир зеленых растений (Пяк, Мерзлякова, 2000).

Урбанизированные территории современных областных центров занимают значительные площади, оказываются разнородными по ландшафтной структуре и антропогенным воздействиям, в связи с чем флора и растительность любого крупного города разнородны на разных его участках по всем показателям, в том числе и по уровню синантропизации (Прокопьев, Мерзлякова, 2004).

Изучение растительного покрова урбанизированных территорий имеет за рубежом давние традиции, и в настоящее время накоплена обширная литература, посвященная этому вопросу. В большинстве крупных городов Западной Европы растительный покров хорошо изучен, а во многих городах он исследован неоднократно или изучается постоянно. Несмотря на то, что развитие отечественной городской флористики началось значительно позже, чем зарубежной, она достигла определенных успехов. Обширные исследования флоры города Томска и его окрестностей систематически проводят уже более 100 лет. Полученные знания и выявленные закономерности функционирования урбоценозов позволяют уже в некоторых случаях давать определенные прогнозы, в каком направлении и в каких масштабах будут происходить изменения в случае реализации тех или иных хозяйственных мероприятий (Пяк, Мерзлякова, 2000).

2.4 Синантропизация: масштабы явления

Синантропизация растений и животных - одно из интереснейших биологических явлений, возникшее и неуклонно усиливающееся в связи с развитием человеческого общества. Под синантропизацией понимается переход организмов к обитанию в среде, измененной человеком (Клауснитцер, 1990; Шилов, 2000 и др.).

Выделяют три уровня синантропизации, соответствующих обитанию видов в различных природно-антропогенных средах (Плешанова, 1998).

Слабая синантропизация, приспособление к обитанию в субприродной среде, испытывающей эпизодические антропогенные воздействия и сохраняющей экологическое равновесие главным образом за счет саморегуляции.

Сильная синантропизация, адаптация к квазиприродной среде, подвергающейся регулярному антропогенному воздействию и сохраняющей равновесие благодаря активному вмешательству человека.

Полная синантропизация, внедрение в артеприродную среду, само существование которой обеспечивается постоянной деятельностью человека.

Диапазон экологической валентности допускает адаптацию к антропогенному изменению природы далеко не всех видов растений и животных. Как следствие, нарастает процесс обеднения биологического разнообразия, который затрагивает не только отдельные регионы, но приобретает на современном этапе глобальный.

Антропогенное воздействие на флору региона проявляется в виде заноса и расселения видов, сокращения численности популяций, размеров ареалов видов и даже выпадения некоторых из них из состава флоры.

Синантропизация - это процесс приспособления жизни растений и животных к условиям среды, созданным или измененным в результате деятельности человека. Этот процесс комплексный, поскольку помимо экологического он имеет черты этологического содержания (изменение поведения особей и популяций), генетические особенности (явления микроэволюции), относится к вопросам систематики (видовой состав и его изменение в новой среде) и т.д.

Интенсивное освоение естественных ландшафтов и уменьшение территории естественной растительности обычно сопровождается бурным развитием процессов синантропизации и исчезновением редких видов растений. Растительные сообщества в большинстве своем уже не имеют естественных черт - почти все они антропогенно преобразованы или созданы заново. Сегодня этот процесс приобрел масштабы, когда есть все основания говорить об антропогенной эволюции экосистем вообще и растительных сообществ в частности (Черкашин, 2000).

Таким образом, основным отличием современной эволюции растительности является ее синантропный характер. Синантропизация включает ряд связанных между собой процессов, главными из которых являются разрушение биологического разнообразия, повышение доли участия в сообществах апофитов, преадаптированных к повышенным антропогенным нагрузкам и адвентизация, т.е. занос и распространение чужеземных видов.

Синантропизация сопровождается обеднением аборигенной флоры, стиранием региональных черт, упрощением и унификацией растительного покрова, утратой генофонда, снижением биологической продуктивности экосистем (Горчаковский, 1999)

Процессы синантропизации и адвентизации являются нежелательным следствием влияния человека. Как правило, процесс внедрения адвентивных видов и обеднение видового разнообразия скоррелированы: чем активнее протекает процесс адвентизации растительности, тем интенсивнее идет процесс снижения биоразнообразия и пополнения содержания «Красных книг». При этом основными доминантами синантропных и синантропизированных сообществ становятся именно адвентивные виды.

Опасные последствия синантропизации делают необходимым мониторинг, прогноз и управление этими процессами. Управление включает, с одной стороны, ослабление антропогенного пресса, который постоянно продуцирует синантропные и синантропизированные сообщества, а с другой - восстановление биоразнообразия естественных сообществ с целью снижения уровня синантропизации. Для снижения интенсивности этого процесса необходим комплексный подход, включающий создание сети особо охраняемых природных территорий (ООПТ), снижение антропогенных (в первую очередь пастбищных) нагрузок на остальной территории, приемы экологической реставрации нарушенных земель, контроль за инвазией чужеродных видов и т.д.



3. Материалы и методики исследования

3.1 Объекты исследования

В качестве объекта исследования была выбрана травянистая растительность вокруг стадиона «Политехник» и вдоль прилегающих к нему дорожек . Выбор травянистой растительности был обусловлен тем, что при рекреационной нагрузке в городской парковой зоне, травы обладают гораздо большим индикаторным значением по сравнению с деревьями.

3.2 Метод стандартных экологических шкал

Теоретические основы ландшафтной экологии были заложены известным русским геоботаником Л. Г. Раменским (Раменский, 1939), который в дальнейшем (Раменский, 1971, 1956) разработал метод стандартных экологических шкал, позволяющий решать целый ряд задач ландшафтной экологии.

Метод стандартных экологических шкал относится к категории маршрутных полевых методов, основанных на изучении экологических рядов, под которыми в экологии растений понимают последовательные изменения обилия и состава ценопопуляций вдоль градиентов среды. Примером экологического ряда по увлажнению является изменение обилия и состава ценопопуляций при движении от верхней (более сухой) части склона к нижней (более влажной). При этом увеличение увлажнения в указанном направлении обусловливает смену не только ценопопуляций, но также и смену местообитаний. Следовательно, любому экологическому ряду соответствует свой ряд местообитаний. Различают два категории экологических рядов: а) конкретные экологические ряды, которые реально существуют в природе, и б) обобщенные экологические ряды, которые строятся путем обобщения (мысленного объединения) изученных экологических рядов.

Соответственно можно говорить также о конкретных и обобщенных рядах местообитаний.

Метод стандартных экологических шкал представляет собой один из методов градиентного анализа и (как любой из них) решает следующие три задачи: разбиение всего изученного диапазона изменяемости экологического фактора на классы (градации), изучение реагирования видов растений на данные классы, оформление результатов исследования в виде обобщенных (градиентных) рядов.

Исходным материалом для разработки метода стандартных экологических шкал Л. Г. Раменскому (Раменский, 1939, 1971, 1956) послужили около 20.000 геоботанических описаний. Первая задача была решена путем многомерной ординации описанных растительных сообществ и построения обобщенных рядов местообитаний по основным экологическим факторам: увлажнению, богатству и засолению, аллювиальности, переменности увлажнения, пастбищной нагрузке. Данные ряды местообитаний, получили название стандартных экологических шкал. Каждая стандартная шкала состоит из серии градаций апологического фактора, названных ступенями.

Так, шкала увлажнения состоит из 120 ступеней и охватывает весь диапазон увлажнения местообитаний, начиная от самого скудного пустынного увлажнения (1 ступень) и кончая увлажнением типичных водных местообитаний (120 ступень).

Шкала богатства и засоления включает 30 ступеней и отражает изменение плодородия (торфности) почв, начиная от крайне бедных (1 ступень) до очень богатых (16 ступень), а также изменение степени засоления почв и водоемов, начиная от слабо засоленных (1 ступень) до исключительно сильно засоленных (30 ступень).

Шкала аллювиальности разделяется на 10 ступеней и отражает интенсивность отложения наилка, начиная от местообитаний без отложения наилка (1 ступень) до катастрофически аллювиальных местообитаний, где мощность ежегодных аллювиальных отложений составляет 10 - 15 см и выше (10 ступень).

Шкала переменности увлажнения состоит из 20 ступеней и характеризует изменчивость уровня увлажнения местообитаний го сезонам года и по годам, начинал от местообитаний, с постоянно высокообеспеченным бескризисным водным питанием (1 ступень) до местообитаний с резко переменным увлажнением (20 ступень).

Шкала пастбищной дигрессии включает 10 ступеней, отражающих величину пастбищной нагрузки, начиная от полного отсутствия влияния выпаса (1 ступень) до предельно высокого влияния выпаса, обусловливающего полное уничтожение растительного покрова (10 ступень).

При решении второй задачи изучалось отношение видов растений, выявленных в упомянутой выше выборке геоботанических описаний, к ступеням каждой шкалы. В качестве реакции растений на изменения экологических факторов учитывалось функциональное среднее обилие, выраженное показателем проективного покрытия, а под функциональным средним обилием понималось такое среднее обилие ценопопуляций вида в серии местообитаний, которое обусловливается влиянием средних значений всех экологических факторов кроме одного - изучаемого фактора.

В популярных фитоиндикационных, или экологических, шкалах (в работах западных ботаников чаще используются шкалы X. Элленберга, Э. Ландольта, Р. Хундта, отечественных - Л.Г. Раменского, И.А. Цаценкина, Д.Н. Цыганова (Зверев, Бабешина, 2009)) факторы, характеризующие степень антропогенного влияния на растения, отсутствуют. Так, Е.А. Клещева (2007) предложила индекс нарушенности для сосновых лесов на основе использования амплитудных шкал Д.Н. Цыганова (1983) как комбинацию трех факторов: освещенности, богатства азотом и увлажнения почвы. Известны, однако, работы других авторов, в которых предпринята попытка количественно (в баллах) оценить реакцию видов растений на антропогенный пресс. Шкалы немецких исследователей С. Клотца, В. Кюника, Д. Франка включают факторы гемеробиальности (нарушенности) (Kunick, 1974; Klotz, 1984; далее используется обозначение DHEM) и урбанитета (урбанофильности - урбанофобности) (Frank, Klotz, 1990; DURB). Существуют также аналогичные шкалы Н.Г. Ильминских (1993; фактор нарушенности обозначен как IHEM, урбанитета - IURB). По трем факторам (DURB, IHEM и IURB) авторы приводят для видов только точки экологического оптимума, гемеробиальная шкала DHEM является амплитудной, в качестве точки оптимума используется медиана.

В данной работе использовались шкалы гемеробиальности и урбанитета, которые наиболее соответствуют цели исследования.

Шкала гемеробиальности Н.Г. Ильминских IHEM, включает 9 ступеней, отражающих степень антропогенной нарушенности, начиная от полного отсутствия антропогенного влияния (1 ступень) до предельно высокого влияния (9 ступень). Определены 1657 таксонов.

1, (С1). Растения, совершенно не переносящие антропогенного воздействия, сохранившиеся лишь в самых укромных местах близ внешней границы контура субурбанофлоры.

2, (С2). Растения, переносящие очень слабое антропогенное воздействие (едва намеченные тропы в лесах, выпас слабой интенсивности, нерегулярное сенокошение и т.п.).

3, (СЗ). Виды, мирящиеся со слабым нерегулярным антропогенным воздействием, ослабляющим доминирующие виды (небольшие вырубки, нарушенные места в поймах, на суходольных лугах), характерны для поздних стадий демутационных смен.

4, (С4). Виды, положительно реагирующие на слабое регулярное ан-тропогенное воздействие (рекреационные леса, «спокойные» участки в парках и на кладбищах, сенокосные луга).

5, (С5). Виды, активность которых возрастает при регулярном умеренном воздействии (доминанты замещены: рекреационные леса паркового типа, сеяные вырождающиеся луга, тропы в лесах и пр).

6, (С6). Виды, предпочитающие экотопы с довольно сильным и регулярным антропогенным воздействием (геотоп трансформирован: скверы, рудеральные газоны, старые пустыри и др.).

7, (С7). Растения экогопов с сильным антропогенным воздействием (геотоп искусственный, селективного воздействия нет: ж.-д. насыпи - зоны IV-III, обочины шоссе, дворы и т.п.).

8, (С8). Растения экотопов с очень сильным антропогенным воздействием (геотоп искусственный, выраженное селективное воздействие: декоративные газоны, поля, огороды, сады, цветники и т.п.).

9, (С9). Растения экотопов с отравленным субстратом (ж.-д. насыпи - зоны II-0, свалки).

Шкала урбанитета Н.Г. Ильминских IURB, определены 1659 таксонов.

1, (Х11). Урбанофобы: экстремальная категория.

2, (X10). Урбанофобы: умеренная категория.

3, (X7-Х9, Х12). Урбанонейтралы, в том числе виды, тяготеющие к районам новостроек, к "деревенским" местообитаниям, к обрабатываемым участкам.

4, (Х6). Урбанофилы: умеренная категория.

5, (Х7-Х9). Урбанофилы: экстремальная категория. Виды, распространенные более или менее повсеместно в городе, приурочены к местам подвоза, перевалки и хранения импортного зерна, железнодорожным и шоссейным путям и свалкам.

3.3 Экологический анализ растительных сообществ

Метод стандартных экологических шкал позволяет также проводить анализ состава растительных сообществ и выявлять их экологическое своеобразие. А такого рода информация имеет важное значение, как в плане рационального использования растительных сообществ, так и в плане прогнозирования их динамики при изменении теологических условий в определенном направлении.

Так как экологические типы растений выработались в результате адаптации к определенным условиям местообитания, следует ожидать, что наиболее часто растение будет произрастать именно в тех экотопах, к которым оно приспособлено. Сказанное относится и к растительным сообществам, поскольку среди факторов, определяющих их флористический состав и строение, ведущее место занимают экологические. Следовательно, по экологическим особенностям растений можно составить представление об условиях их местообитания. То есть растения и их сообщества могут служить индикаторами условий среды.

Объекты геоботанической индикации (фитоиндикации) весьма многообразны. В первую очередь это эдафические факторы (увлажнение, трофность, засоление, кислотность, уровень грунтовых вод, скелетность и т. д.), но также климатические (температурный режим, тип климата) и геологические (подстилающие породы, полезные ископаемые). Особо следует отметить возможности использования фитоиндикации в связи с природоохранными задачами: для обнаружения и картографирования зон различной загрязненности воздуха, почвы, воды, для выявления степени пастбищной и рекреационной нагрузки, нарушений почвенного покрова.

Преимущество геоботанической индексации над трудоемкими и сложными аналитическими методами состоит в дешевом и быстром получении информации о среде путем сравнительно простого анализа признаков растительности. Поэтому факторы, которые с той же степенью подробности могут быть определены непосредственно в поле, не представляют большого интереса как объекты индикации (например, гранулометрический состав и скелетность почвы, степень ее гумусированности) (Горышина и др., 1992).

Фитоиндикация приобретает особое значение, когда нужно определить режимы действия таких факторов среды, как увлажнение, минеральное питание, свет, тепло. Такая информация наиболее важна в прикладных исследованиях для сельского и лесного хозяйств, объектом которых является растительный покров. В этом случае фитоиндикация становится незаменимым методом, поскольку прямое измерение режимов либо чрезвычайно сложно, либо невозможно (Раменский, 1956).

...