Экологическая оценка изменения активности представителей сегетальной флоры вблизи г. Перми

Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

Экологическая оценка изменения активности представителей сегетальной флоры вблизи г. Перми

С.В. Лихачев

Аннотация. Актуальность и цели. Изучение активности сегетальных видов позволяет выявить процессы, которые происходят в агроландшафтах. По этой причине целью исследований являлся сравнительный ретроспективный экологический анализ активности представителей сегетальной флоры территории Пермского района к юго-западу от г. Перми. Материалы и методы. Исследования основаны на описании сегетальной флоры сельскохозяйственных угодий окрестностей г. Перми в 2020 г. и их сравнении с результатами, полученными А. А. Хребтовым в 1923 г. Применен семейственно-видовой анализ, экологические индексы и шкалы, а также предложенный нами показатель активности сегетальных видов. Результаты. В 1923 г. разнообразие сегетальной флоры сельскохозяйственных угодий окрестностей г. Перми включало 173 вида, 127 родов из 33 семейств. В настоящее время оно насчитывает 193 вида, 135 родов из 31 семейства. Преобладают семейства Compоsitae, Leguminosae, Gramineae, Cruciferae, Caryophyllaceae, Labiatae, Polygonaceae. Отмечено увеличение видовой (6,4 ед.) и родовой (4,5 ед.) насыщенности семейств. В 1923 г. видовая насыщенность семейств составляла 5,2 ед., а родовая насыщенность - 3,8 ед. Видовая насыщенность родов за период с 1923 по 2020 г. осталась без изменений и составила 1,4 ед. По сравнению с 1923 г. не обнаружено 13 видов растений. В соответствии с предложенной нами шкалой оценки активности 56 видов существенно снизили свою активность, а у 19 видов она возросла. Флористический анализ показал высокую степень сходства (индекс Жаккара - 79,4 %; индекс Чекановского-Сёренсена - 88,5 %) сравниваемого флористического разнообразия. Значение индекса Шеннона - Уивера не изменилось и составило 4,7 ед. Анализ с помощью шкал Г. Элленберга показал полное совпадение экологических характеристик. Выводы. За прошедшие сто лет произошел ряд изменений в видовом разнообразии сегетальной флоры. Причиной такого процесса является изменение технологий и спектра возделываемых культур. Применение индекса активности позволило выявить исчезнувшие или существенно снизившие свою активность виды. Освободившиеся экологические ниши были заняты другими видами, большинство из которых являются апофитами.

Ключевые слова: сегетальная флора, видовое разнообразие, экологическая характеристика, встречаемость, обилие

Ecological assessment of segetal flora activity's change near Perm

S.V. Lihachev

Abstract. Background. The research of segetal species' activity reveals the processes taking place on agricultural land. The purpose of the study is a comparative, retrospective, environmental analysis of the activity of segetal species in Perm region South-West of Perm. Materials and methods. In 2020, segetal flora of agricultural land near Perm was described. The results of 2020 were compared with the results of 1923 obtained by A.A. Khrebtov. The studies used floristic analysis, environmental indicators. An indicator of activity of segetal species is proposed. Results. In 1923, 173 species of weeds (127 genera, 33 families) were discovered on agricultural lands near Perm. Currently, 193 species have been identified (135 genera, 31 families). Mostly they are Compositae, Leguminosae, Gramineae, Cruciferae, Caryophyllaceae, Labiatae, Polygonaceae. The species saturation of families (6.4) and the generic saturation of families (4.5) increased. In 1923, the species saturation of families was 5.2 units, and the generic saturation was 3.8 units. The species saturation of genera (from 1923 to 2020) has not changed (1.4). In 2020, 13 species of plants were not found. An activity analysis of weed species was carried out according to our indicator. 56 species greatly reduced their activity, in 19 activity increased greatly. Flo- ristic analysis showed a high degree of similarity between 1923 and 2020 (Jacquard index - 79.4 %; Chekanovsky - S0rensen index - 88.5 %). The Shannon - Weaver index was unchanged (4.7). The analysis was carried out using G. Ellenberg's environmental indicators. He showed a complete coincidence of environmental characteristics. Conclusions. Over the past hundred years, there have been a number of changes in the diversity of segetal species. The reason is the change in technology and cultivated crops. The use of the activity index made it possible to identify departed species, and species that decreased activity. The vacated ecological niche was occupied by other species. Most of them are apophytes.

Keywords: segetal flora, species diversity, environmental characteristics, occurrence, abundance

экологический агроландшафт сегетальная флора пермский

Сегетальной флорой называется исторически сложившаяся совокупность сорных видов растений, населяющих какую-либо территорию. Разнообразие и активность сорных видов в большей мере зависит от культуры земледелия (технических средств, структуры посевных площадей, качества посевного материала, интенсивности ведения хозяйства и т.д.). С течением времени видовое разнообразие и активность сегетальных видов изменяются. Часто отмечается уменьшение видового разнообразия и увеличение активности определенных видов, что получило название сегетализации [1].

Активность растений в основном слагается из двух компонентов: постоянство (встречаемость), проективное покрытие (обилие). Если рассматривать активность сорных видов, то существенную роль играет ярус. В оценке агрофитоценотической активности сорных видов часто используются шкалы обилия А. И. Мальцева [2], Браун-Бланке [3], а также применяется комплексная оценка с использованием показателей обилия и постоянства [4].

Я.П. Дидух пришел к выводу, что активность целесообразно рассматривать не в комплексе, т.е. перемножением показателей встречаемости и проективного покрытия, а раздельно [5]. Однако сегетальная флора является крайне динамичной, поэтому расчет комплексного показателя и применение специальной интегрированной шкалы активности может быть вполне оправданным.

Представляют интерес ретроспективные экологические исследования растительных сообществ [6, 7], а также сегетальной флоры. Данные о разнообразии сорных растений, встречаемости и обилии отдельных видов в посевах полевых культур в разные годы для территории Пермского края и Предуралья приведены в работах П.В. Сюзёва [8], А.А. Хребтова [9], Д.Ф. Федюнькина и Н.А. Пономарёва [10], А.С. Кольцова [11]. Имеются подробные данные о разнообразии, встречаемости и обилии сорных видов на территории Липовой горы (г. Пермь) [9].

Целью исследований являлся сравнительный ретроспективный экологический анализ активности представителей сегетальной флоры территории Пермского района, примыкающей к юго-западной окраине г. Перми.

Материалы и методы

Исследования сегетальной флоры проведены на сельскохозяйственных территориях в Пермском районе на юго-западе относительно г. Перми. В 2020 г. описано более 30 агрофитоценозов на площади примерно 100 га по методике А. И. Мальцева [2]. Для тех видов, которые встречались единично и только на краях полей, обилие принималось равным нулю. Результаты описаний сравнивались с данными А. А. Хребтова [9]. Для сопоставления русского и латинского наименований видов растений с современными использ о- ваны определители В. П. Сюзёва [8] и П. Ф. Маевского (2014) [12].

В анализе нами предложено использовать интегральный показатель фитоценотической активности (далее активности) сегетальных видов, основанный на умножении показателя обилия (по Мальцеву, в баллах) на встречаемость (%). Поскольку максимальное обилие составляет 4 балла, а встречаемость 100 %, то максимальное значение показателя активности составит 400 ед. Такой уровень активности конкретного вида может быть выявлен на конкретном участке, но маловероятен для флоры в целом. Нами предложена шкала, в которой высокоактивными считаются виды с показателем активности >240 ед.; среднеактивными - 81-240 ед.; малоактивными - 21-80 ед.; неактивными <20 ед. Виды относили к неактивным, если их встречаемость была менее 20 %, а обилие на уровне единичных экземпляров.

Оценка сходства флористического разнообразия проведена с помощью коэффициента Жаккара и Чекановского-Сёренсена, видовое разнообразие оценено по индексу Шеннона-Уивера. Перечень видов проанализирован с использованием шкал Г. Элленберга [13], на основании чего дана экологическая оценка условий произрастания.

Результаты и обсуждение

В 1923 г. сегетальная флора включала 173 вида, 127 родов из 33 семейств. Результаты семейственно-видового анализа представлены в табл. 1. Для сегетальной флоры характерны невысокие значения таксономических пропорций. Родовая и видовая насыщенность семейств составляла 3,8 и 5,2 ед. соответственно, видовая насыщенность родов - 1,4 ед.

Таблица 1 Видовое разнообразие сегетальной флоры

По видовому разнообразию преобладали семейства - Compositae (27 видов), Leguminosae (17 видов), Caryophyllaceae (16 видов), Cruciferae (15 видов), Gramineae (14 видов). В общем видовом разнообразии представители этих пяти семейств занимают 51 %.

Среди 79 активных видов (46 % от общего числа видов) доминируют представители семейства Compositae (18 видов), Caryophyllaceae (10 видов), Labiatae (7 видов), Cruciferae (7 видов), что составляет 53 % от числа активных видов и 24 % от общего числа видов.

В настоящее время видовое разнообразие сегетальной флоры окрестностей г. Перми насчитывает 193 вида, 135 родов из 31 семейства. Преобладают семейства Compositae (33 вида), Leguminosae (20 видов), Gramineae (20 видов), Cruciferae (17 видов), Caryophyllaceae (13 видов), Labiatae (12 видов), Polygonaceae (11 видов). Виды этих семейств составляют 65 % от всего разнообразия. Среди 45 видов (23 % видового разнообразия) активных видов выделились семейства Compositae (10 видов), Cruciferae (7 видов), Polygo- naceae (6 видов), что составляет 51 % от числа активных видов и 12 % от общего числа видов. За рассматриваемый период в два раза уменьшилась доля активных видов в общем разнообразии, так, в 1923 г. этот показатель составил 46 %, а в 2019 г. - 23 %.

По сравнению с 1923 г. в агрофитоценозах не обнаружены представители Dennstaedtiaceae (ранее отмечался Pteridium aquilinum (L.) Kuhn s. l. с встречаемостью 1 %), Cuscutaceae (ранее отмечалась Cuscuta europea L. с встречаемостью 5 %), Polemoniaceae (ранее отмечался Polemonium caeruleum L. с встречаемостью 1,3 %). Отмечено увеличение видовой насыщенности (6,4 ед.) и родовой насыщенности (4,5 ед.) семейств на фоне снижения активности отдельных ранее распространенных видов. В 1923 г. видовая насыщенность семейств составляла 5,2 ед., а родовая насыщенность семейств - 3,8 ед. Видовая насыщенность родов за период с 1923 по 2020 г. осталась без изменений и составила 1,4 ед.

Динамика видового разнообразия и фитоценотической активности сегетальных видов объясняется изменением структуры посевных площадей и разнообразия возделываемых культур, а также в целом культуры земледелия. В 1923 г. большую долю посевных площадей занимала озимая рожь, далее следовали яровые зерновые культуры (яровая пшеница, овес, ячмень), лен, конопля, бобовые, клубне- и корнеплоды и клевер. В настоящее время доля озимой ржи существенно снизилась, перестали возделываться такие культуры, как лен и конопля. Существенно выросла доля многолетних трав и их разнообразие, в частности, возделываются люцерна посевная (Medicago sati- va L.), донник лекарственный (Melilotus officinalis (L.) Pallas), козлятник восточный (Galega orientalis Lam.), лядвенец рогатый (Lotus corniculatus L.), а также злаково-бобовые смеси. С середины XX в. на протяжении недолгого времени на полях возделывался Heracleum sosnowskyi Manden, однако в настоящее время этот вид включен в перечень инвазивных и произрастает вдоль дорог и на краях полей (встречаемость 6 %), особенно с многолетними травами. В качестве засорителей на полях встречаются Melilotus albus (L.) Medik. (4 %), Medicago falcata L. (10 %) Galega orientalis Lam. (10 %). В связи с увеличением доли многолетних трав часто на этих полях можно обнаружить в качестве апофитов Ajuga reptans L., Bromopsis inermis (Leyss.) Holub, Geum urbanum L., Epilobium palustre L., E. hirsutum L., Medicago falcata L., Persicaria minor (Huds.) Opiz, P. maculosa Gray., Poapratensis L., Prunella vulgaris L., Pilosella oficinarum F.W. Schultz et Sch. Bip., Tanacetum vulgare L., Viscaria vulgaris Bernh. Вблизи фермы КРС обнаружено несколько экземпляров Phalaris canariensis L., дальнейшее распространение которого не выявлено. Козлятник восточный в настоящее время увеличивает свое присутствие не только в агрофитоценозах, но и луговых и лесных фитоценозах рассматриваемой территории. На отдельных участках отмечается распространение чистотела большого Chelidonium majus L. (встречаемость до 6 %).

Оценка активности на основании только встречаемости не позволяет ранжировать виды достаточно объективно. Для дальнейшего анализа используем значение активности (рис. 1).

Рис. 1. Распределение видового разнообразия в соответствии со шкалой встречаемости (а) и активности (б)

На основании ранжирования и ретроспективного сравнения целесообразно выделить пять групп видов: 1) виды, которые больше не встречаются; 2) виды, активность которых уменьшилась; 3) виды, активность которых не изменилась; 4) виды, активность которых увеличилась; 5) виды, которые появились вновь.

Наибольшую активность в 1923 г. проявляли Cirsium incanum (S.G. Gmel.) Fisch. (267 ед.), Chenopodium album L. Aggr. (280 ед.), Elytrigia repens (L.) Nevski (280 ед.), Viola tricolor L. (244 ед.), а в 2020 г. - Cirsium arvense (L.) Scop. (259 ед.), Tripleurospermum inodorum (L.) Sch. Bip. (252 ед.). Доля активных видов в 1923 г. составила 44 % (117 видов), а в 2020 г. - 24 % (45 видов). На момент 1923 г. Cirsium incanum (S.G. Gmel.) и Cirsium arvense (L.) Scop. рассматривались как один вид, поэтому практически невозможно судить о динамике фитоценотической активности данных видов.

По сравнению с 1923 г. не выявлены следующие виды (в скобках указана встречаемость в 1923 г.): Lychnis flos-cuculi L. (18,2 %), Fagopyrum esculentum Moench (7,7 %), Scrophularia nodosa L., Pteridium aquilinum (L.) Kuhn s. l. (0,8 %), Cuscuta europea L. (5 %), Androsace septentrionalis L. (3,9 %), Polemonium caeruleum L. (1,3 %), Silene noctiflora L. (10,9 %), Gnaphalium sylvaticum L. (2,9 %), Spergularia rubra (L.) J. et C. Presl (23,1 %), Vaccaria hispanica (Mill.) Rauschert (3,2 %), Viola canina L. (1,3 %), Stachys annua (L.) L. (2,1 %).

Выявлено 56 видов, активность которых существенно снизилась: Achillea millefolium L., Alchemilla sp., Apera spica-venti (L.) Beauv., Brassica cam- pestris L., Brunnera sibirica Steven, Capsella bursa-pastoris (L.) Medik., Carduus crispus L., Centaurea cyanus L., C. phrygia L., C. scabiosa L., Cerastium fonta- num Baumg., Chenopodium album L. Aggr., Cirsium incanum (S.G. Gmel.) Fisch., Crepis tectorum L., Consolida regalis Gray, Dianthus deltoids L., Elytrigia repens (L.) Nevski, Equisetum pratense Ehrh., Erisimum cheiranthoides L., Fallopia convolvulus (L.) A. Love, Galeopsis ladanum L., G. spesiosa Mill., G. tetrahit L., Gnaphalium uliginosum L., Gypsophila muralis L., Knautia arvensis (L.) J.M. Coult., Lappula squarrosa (Retz.) Dumort., Lapsana communis L., Lathyrus pratensis L., Leontodon autumnalis L., Leucanthemum vulgare Lam., Matricaria discoidea DC., Myosotis arvensis (L.) Hill., Neslia paniculata (L.) Desv., Odontites vulgaris Moench, Pastinaca sativa L., Phleum pratense L., Pimpinella saxifraga L., Plan- tago major L., Polygonum aviculare L. s. str., Potentilla anserina L., Rorippa palustris (L.) Bess., Rumex acetosella L., Scleranthus annuus L., Sedum telephium L., Silene pratensis (Rafn) Godr., S. vulgaris (Moench.) Garcke., Spergularia rubra (L.) J. et C. Presl, Stachys palustris L., Trifolium medium L., T. repens L., Urtica dioica L., Veronica serpyllifolia L., Vicia cracca L., Viola arvensis Murray, V. tricolor L.

Несмотря на изменения в культуре земледелия, экологические ниши, освобожденные в результате снижения фитоценотической активности вышеперечисленных видов, были заняты 19 видами, активность которых возросла (в скобках указана: активность в 1923 г. / активность в 2020 г.): Artemisia absinthium L. (0/45), Avena fatua L. s. l. (14/100), Barbarea arcuata (Opiz ex J. Presl et C. Presl) Reichb. (8/44), Brassica juncea (L.) Czern. (6/21), Bunias ori- entalis L. (29/64), Cirsium arvense (L.) Scop. (0/259), Convolvulus arvensis L. (77/198), Linaria vulgaris Mill. (100/210), Echinochloa crus-galli (L.) Beauv. (3/150), Equisetum arvense L. (108/156), Erodium cicutarium (L.) L' Herit (9/145), Fumaria officinalis L. (28/145), Galium aparine L. (122/231), Glechoma hederacea L. (90/186), Raphanus raphanistrum L. (9/110), Thlaspi arvense L. (18/102), Tripleurospermum inodorum (L.) Sch. Bip. (112/252), Tussilago farfa- ra L. (74/132), Stellaria graminea L. (99/234). Увеличение видового разнообразия произошло в основном за счет малоактивных видов, чаще всего апофитов.

Выявлены и те виды, активность которых практически не изменилась: Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn., Mentha arvensis L., Persicaria lapathifolia (L.) Delarbre, Ranunculus repens L., Sinapis arvensis L., Sonchus arvensis L., Spergu- la arvensis L., Stellaria media (L.) Vill. s. l., Taraxacum officinale Wigg., Vicia hirsuta (L.) Gray. Можно сказать, что именно эти виды проявляют наиболее высокие адаптивные свойства к изменению агроэкологических условий.

Выявлена высокая степень сходства видового разнообразия 1923 г. и 2020 г. Значение индекса Жаккара составило 79,4 % ед. для общего перечня и 89,1 % при сравнении перечней активных видов, аналогичные результаты получены при расчете индекса Чекановского-Сёренсена - 88,5 и 94,2 % соответственно. Индекс Шеннона - Уивера является мерой разнообразия, учитывающей не только количество видов, но и их встречаемость. Значение данного индекса как в 1923 г., так и в 2020 г. составило 4,7 ед. Несмотря на то, что общее количество видов в 2020 г. оказалось выше, многие из них имеют очень низкую активность.

Экологический анализ перечня видов (по шкалам Элленберга) показал, что в 1923 и в 2020 г. наиболее распространены виды, предпочитающие среднюю степень увлажнения почв (4 и 5 категория); умеренно - или высокоплодородные почвы (6 категория), реакцию среды от слабо -кислой до слабощелочной, избегающие сильнокислые почвы (7 категория); по требованиям к интенсивности освещения от теневыносливых до сильно светолюбивых (6, 7 и 8 категории).

Заключение

1. Сравнительный анализ результатов исследований, проведенных А.А. Хребтовым в 1923 г. и нами в 2020 г., показал изменение активности представителей сегетальной флоры. В 1923 г. выявлено 137 видов из 127 родов и 33 семейств, а в настоящее время 193 вида из 135 родов из 31 семейства. Отмечено увеличение видовой (от 5,2 до 6,4 ед.) и родовой (от 3,8 до 4,5 ед.) насыщенности семейств.

2. По сравнению с 1923 г. не обнаружено 13 видов, 56 видов существенно снизили свою активность. Освободившиеся экологические ниши были заняты 19 видами, активность которых возросла, а также за счет внедрения ранее не проявлявших свою активность, неактивных и малоактивных в фито- ценотическом отношении видов, прежде всего апофитов. Несмотря на увеличение видового разнообразия в основном за счет апофитов, число фитоцено- тически активных видов существенно сократилось.

3. Ретроспективное сравнение видового разнообразия (1923 г. и 2020 г.) показало высокую степень сходства видового разнообразия активных сеге- тальных видов (индекс Жаккара - 89,1 %; индекс Чекановского - Сёренсена - 94,2 %).

Список литературы

1. Кондратков П.В., Третьякова А.С. Сегетальная флора Свердловской области // Вестник Оренбургского государственного педагогического университета. 2019. № 3. С. 26-37.

2. Марков М.В. Агрофитоценология. Казань : Изд-во Казанского ун-та, 1972. 272 с.

3. Braun-Blanquet J. Pflanzensociologie. 3 Aufl. Wien, 1964. 865 р.

4. Палкина Т.А. Флористический состав сорного компонента агроценозов на территории Рязанской области // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2011. № 4. С. 44-55.

5. Дидух Я.П. Проблемы активности видов растений // Ботанический журнал. 1982. Т. 67, № 7. С. 925.

6. Кошкин А.В., Никольский А.Н., Бочкарев Д.В. Изменение экологических условий как фактор динамики биоценотического состава растительности лугов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. 2020. № 1. С. 46-56.

7. Лихачев С.В. Элементы структуры засоренности агрофитоценозов ФГУП УОХ «Липовая гора» // Пермский аграрный вестник : сб. науч. тр. LXVII Всерос. науч.- практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. Пермь : Пермская ГСХА, 2008. С. 4-5.

8. Сюзев П.В. Конспект флоры Урала в пределах Пермской губернии. М. : И.Н. Куш- нерев и К°, 1912. 206 с.

9. Хребтов А.А. Сорные растения, аборигены и колонисты в районе Липовой горы близь г. Перми // Известия Биологического научно-исследовательского института и биологической станции при Пермском университете. 1924. Т. 2, вып. 9. С. 377-386.

10. Федюнькин Д.Ф., Пономарев Н.А. Засоренность посевов, почв и семян и некоторые приемы борьбы с сорняками в условиях Молотовской области // Труды Молотовского сельскохозяйственного института имени Д.Н. Прянишникова. Молотов, 1957. Т. 15. С. 11-131.

11. Кольцов А.С. Некоторые особенности мер борьбы с сорняками в условиях Предуралья // Материалы научно-производственной конференции по борьбе с сорно-полевой растительностью. Киров, 1974. С. 94-98.

12. Маевский П.Ф. Флора средней полосы Европейской части России. 11 -е изд. М. : Товарищество научных изданий КМК, 2014. 635 с.

13. Ellenberg H. Zeigerwerte der Gefasspflanzen Mitteleuropas. Gottingen : Goltze, 1974. 97 p.

Размещено на Allbest.ru