Экологическая оценка антропогенно-нарушенных местообитаний селитебной зоны Левобережной части Новосибирска шкалами Раменского

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО НГМУ Минздрава России)

Медико-профилактический факультет

Кафедра гигиены и экологии

Выпускная квалификационная работа

По специальности 020803 - Биоэкология

Специализация - экология человека

Экологическая оценка антропогенно-нарушенных местообитаний селитебной зоны Левобережной части Новосибирска шкалами Раменского

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Фитоиндикация

1.1.1 Существующие методы фитоиндикации

1.1.2 Преимущество фитоиндикации перед инструментальными методами

1.2 Экологические шкалы

1.2.1 Какие бывают шкалы

1.3 Шкалы Л.Г. Раменского

1.3.1 Область применения экологических шкал

1.3.2 История создания

1.3.3 Применение

1.3.4 Существующие шкалы Л.Г. Раменского

1.4 Использование шкал Раменского для экологической оценки синантропных местообитаний

1.5 Эколого-флористическая классификация растительности

ГЛАВА II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объект исследования

2.2 Характеристика района исследования. Географическое положение

2.3 Рельеф

2.4 Почвы и сельское хозяйство

2.5 Климат и фенология

2.6 Флористическое и геоботаническое районирование

2.7 Растительность природной зоны

2.8 Статистический анализ результатов исследования

ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Характеристика урбаноценофлоры исследуемого района

3.2 Синантропная травяная растительность

3.3 Экологические шкалы

3.4 Восстановительная секцессия

ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. На сегодняшний день существует проблема повсеместно растущей урбанизацией, суть которой состоит в том, что есть необходимость определять степень трансформации естественных и антропогенных местообитаний, для принятия мер по предотвращению или уменьшению загрязнения селитебных участков.

Актуальность исследования выбранной темы состоит в том, что раннее ценофлора левобережья города Новосибирска не была изучена. Впервые была проведена оценка антропогенно-нарушенных местообитаний с использованием метода фитоиндикации и для более точного анализа были применены шкалы Л.Г.Раменского (1956). Таким образом, можно выявить основные тенденции изменения экологических режимов местообитаний при различных формах антропогенной динамики растительности, в частности, при сукцессиях, вызванных различными проявлениями ускоренной антропогенной эрозии, а также при разнообразных воздействиях, обусловленных рекреационно-туристическим использованием территории. Необходимо также отметить, что практическая значимость вопросов изучения урбаценофлоры заключается в том, что горожанин на протяжении всей жизни контактирует тем или иным образом с синантропными видами растений, в которую входят как полезные растениятак и вредоносные, которые влекут за собой аллергические реакции, а также, другие хозяйственно значимые группы, которые могут быть использованы человеком. Существует несколько подходов к решению этой проблемы. В частности, инструментальные методы и методы фитоиндикации. Инструментальные методы, часто применяющиеся в экологии, нередко, оказываются чрезмерно дорогостоящими и требуют специальной квалификации исследователя, в то время как методы фитоиндикации менее затратны. Этот метод более прост, в своем практическом применении, так как позволяет использование подручных средств.

Одна из сложных проблем современной фитоценологии и синэкологии при изучении растительного покрова - учет и оценка роли важнейших факторов среды, влияющих на его развитие и приводящих к формированию сообществ определенного облика и строения, как результат различий в экологических предпочтениях конкретных видов растений.

Использование растений в качестве индикаторов условий местообитаний вместо прямых измерений физических или химических параметров среды имеет несколько важных преимуществ: 1) экономит время и средства на проведение исследований; 2) дает интегральную, сглаженную по времени (усредняются суточные, сезонные и многолетние флуктуации) оценку абиотических параметров; 3) дает возможность в ряде случаев провести ретроспективный анализ изменения условий среды (например, при использовании палеопалинологических материалов или данных о флористическом составе торфяных залежей); 4) позволяет оценить комплексные непрямодействующие факторы, не поддающиеся прямому инструментальному измерению (например, степень антропогенной трансформации местообитаний) (Зверев А.А., БабешинаЛ.Г., 2009.).

Исследование экологической дифференциации видов и ценопопуляций представляет интерес как для решения фундаментальных проблем систематики, эволюции, экологии и биогеографии, так и для решения практических вопросов природопользования и охраны природы (Селедец В.П., Пробатова Н.С., 2003; Probatova N.S., Seledets V.P., 1997, 2001; Seledets V.P., Probatova N.S., 2003). Антропогенные факторы - это формы деятельности человека и человеческого общества. Антропогенные изменения могут быть преднамеренными и попутными. Они приводят к изменению ландшафтов (распашка степей, вырубка лесов, строительство водохранилищ), к изменению состава биосферы и сложившегося круговорота веществ в ней, включению в него новых, ранее неизвестных в природе веществ, к изменению энергетического и теплового баланса, широкомасштабным изменениям в биоте (сокращение видового разнообразия, интродукция отдельных видов, выведение новых сортов растений и пород животных) (Постнов И.Е., Ионова Г.Б., ;2009.).

Цель исследования. Провести экологическую оценку антропогенно-нарушенных местообитаний левобережной части Новосибирска, используя экологические шкалы Л.Г. Раменского.

Задачи исследования.

1. Провести геоботанические описания, учитывая местоположение, географические характеристики, особенности почвы и микрорельефа, освещенность, влажность, с учетом удаленности от очагов антропогенного воздействия.

2. Охарактеризовать урбаноценофлору исследуемого района. Выявить черты антропогенной трансформации растительного покрова.

3. Проанализировать собранный материал, используя экологические шкалы Л.Г. Раменского.

Практическая значимость.

Результаты исследования могут быть востребованы организациями, занимающимися оценкой антропогенного воздействия на разные части города например, таковыми являются: Департамент природных ресурсов и охраны окружающей среды Новосибирской области (ДПРиООС НСО); Комитет природных ресурсов и охраны окружающей среды департамента развития промышленности и предпринимательства администрации области;Главное управление благоустройства и озеленения. Возможность применения полученных результатов в экологическом просвещении.

Полученные данные имеют важную практическую значимость в улучшении экологической обстановки любого района на котором применим данный метод. Необходимо отметить, что шкалы могут быть использованы широкомасштабно, что позволяет использовать их в решения широкого круга задач, связанных с изучением природных угодий и разработкой методов их рационального использования и охраны. Результаты могут быть использованы для поддержания газонов в нормальном состоянии, и для оценки степени нарушенности селитебной зоны для поддержания экологического равновесия экосистемы на небольших участках. Для посадки лесополосы, и учитывая влияние растений на организм человека ограничивать детские площадки на детских, школьных и дошкольных учреждениях, исключая из ценофлоры вредоносные растения

Путем тонкого анализа видового состава можно связать растительность с особенностями местообитания, и сделать вывод о том какие могут быть применены профилактические работы в устранении тех или иных форм загрязнителей, либо дефектов данной местности. Например, усилить профилактические работы по озеленению, поддержанию газонов, либо выщелачиванию, либо подкислению, орошению, ит.д. для более плодородной растительности тех или иных сообществ.

Список печатных работ, опубликованных по теме, апробация.

Основные результаты по теме дипломной работы были опубликованы:

1. Янина В.А., Шевцова А.С. Таксономическая и биоморфологическая структура ценофлоры левобережья города Новосибирска. Актуальные проблемы гигиены и экологии: Региональная студенческая межвузовская научно - практическая конференция. Тезисы докладов / Авторская редакция. - Новосибирск: Издательство “Сибмедиздат”, 2010. - 92-93 с.

2. Янина В.А. Экологическая оценка антропогенно нарушенных местообитаний левобережной части Новосибирска шкалами Раменского. Материалы ежегодной конкурс-конференции студентов и молодых ученых “ Авиценна-2011 ” - Новосибирск: Сибмедиздат НГМУ, 2011. - 150 - 151с.

3. Янина В.А. Структура урбаноценофлоры селитебной зоны левобережной части Новосибирска. Материалы XVII международной экологической студенческой конференции “ Экология России и сопредельных территорий ”: В 2х томах. Том 2./ Новосибирский гос. ун-т. Новосибирск, 2012. 43-44.

4. Янина В.А. Урбаценофлора селитебной зоны левобережной части Новосибирска. Актуальные проблемы гигиены, экологии и медицинской реабилитации в условиях инновационного развития: материалы I Региональной научно-практической конференции - Новосибирск :Сибмедиздат НГМУ, 2013. - 42-44 с.

5. Янина В.А. Экологическая оценка антропогенно-нарушенных местообитаний селитебной зоны левобережной части Новосибирска шкалами Раменского.Материалы IV Российской (итоговой) научно - практической конкурс- конференции студентов и молодых ученых “ Авиценна - 2013 ” : в 2 т. - Новосибирск : Сибмедиздат НГМУ, 2013. - Т. 1 -208-209с.

6. Апробация работы: Янина В.А. Таксономическая и биоморфологическая структура ценофлоры левобережной части города Новосибирска. Диплом I Российской (итоговой) научно - практической конкурс-конференции студентов и молодых ученых АВИЦЕННА - 2010 в номинации “Молодой ученый” III место. 2010 г.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

местообитание селитебный экологический раменский

1.1 Фитоиндикация

Растительную биоиндикацию можно рассматривать как метод экологической топологии земель, которая представляет собой экологический анализ местности по растительному покрову, то есть разбиение территории на мозайку экотопов. Фитоиндикация это один из наиболее значимых современных методов определения состояния окружающей среды. Для фитоиндикации целесообразнее одновременно учитывать несколько параметров, включающих несколько уровней организации растительного покрова.

В современном понимании, фитоиндикация, согласно Д.Н. Цыганову (1983), - это раздел экологии растений, включая и аутэкологию, и синэкологию, имеющей задачей в прикладных целях конкретизировать связь определенных ботанических объектов (видов, сообществ, экологических состояний индивидов в популяциях и т.д.) с определенными качественными и количественными параметрами состояния окружающей природной среды, включая как косную, так и биотическую ее часть.

Одной из наиболее актуальных задач фитоиндикации можно признать оценку условий среды по соотношению индикаторных групп видов. При всем многообразии индикационных возможностей растений они еще очень мало используются для выяснения событий исторического прошлого. Экологические свойства видов имеют важнейшее значение при изучении флоры и растительности, а именно, отношение растений к световому, тепловому, водному и солевому режимам, так как они составляют условия существования растительного организма, то есть те факторы экологической среды, без которых жизнедеятельность растений вообще не возможна. С помощью фитоиндикации можно вычислить индексы нарушенности и однородности растительных сообществ по значениям экологических шкал вдов.

Термин «фитоиндикатор» был предложен Алексеем Порфирьевичем Ильинским в 1914 г. Ученый рекомендовал выращивать одинаковые растения в сосудах с одной и той же почвой, помещая их в различные участки поля, а по отклонениям в биомассе определять влияние микроклимата поля на урожай.

Выяснилось, что возможности фитоиндикации практически неисчерпаемы. Цели же при этом могут быть поставлены самые различные. Большое внимание исследователей в настоящее время уделяется всестороннему изучению морфологических, онтогенетических, размерных, воспроизводственных, ритмологических, временных поливариантностей в ценопопуляциях различных видов растений. Таким образом, фитоиндикация -- это практические приёмы использования как растительности в целом, так и отдельных растений или их частей в качестве показателя (индикатора) интересующих нас компонентов среды. При всем многообразии индикационных возможностей растений они еще очень мало используются для выяснения событий исторического прошлого.

1.1.1 Существующие методы фитоиндикации

Методы фитоиндикациив самых общих чертах складываются из ряда приемов, выполняемых в полевых или лабораторных условиях. Основными являются: метод эталонов и метод экологических профилей. К числу методов, используемых в фитоиндикации, относят изучение жизненных форм и экобиоморф, динамики растительности, жизненности растений, дендрохронолоогический, лихенологический, гидробиологический и споро-пыльцевой методы.

В настоящее время разработаны количественные методы оценки индицируемости градиентов, которые позволяют оценить, насколько индицируемый фактор среды значим для варьирования растительности. Обычно используются методы, опирающиеся на результаты прямой ординации среды: экологические, пространственные, временные. (Булохов А.Д., 1996.).

1.1.2 Преимущество фитоиндикации перед инструментальными методами

Несомненным преимуществом фитоиндикации является тот факт, что она как форма интерпретацииусловий среды косвенно объективизирует решение задачи классификации растительности на экологической основе (Миркин Б. М., Розенберг Г.С., 1978). Одной из наиболее актуальных задач является проблема фитоиндикации условий среды по соотношению индикаторных групп видов. Наиболее разработанными методиками в решении задач такого рода являются методики Леонтия Григорьевича Раменского, Петра Степановича Погребняка и Генри Элленберга, сущность которых является сопоставление балловых или шкальных оценок градиента среды с аналогичными оценками пределов толерантности видов.

1.2 Экологические шкалы

Одним из современных методов экологической оценки территории по растительному покрову являются экологические шкалы (Раменский Л.Г., 1910, 1924, 1937, 1938; Цаценкин И.А. и др., 1978; Родман Л.С. и др., 1972; Санникова Т.И. и др., 1972; Селедец В.П., Пробатова Н.С., 2007.).

Экологические шкалы Л.Г.Раменского (1956) можно использовать для оценки состояния окружающей среды по целому ряду параметров, в том числе, что очень значимо сегодня, по уровню антропогенной нагрузки. Одним из преимуществ шкал является то, что они рассчитаны для многих видов растений, позволяя вычислить индексы нарушенности и однородности растительных сообществ по значениям экологических шкал видов. Экологические шкалы в настоящее время получили признание в качестве основы классификации растительных сообществ (Александрова В.Д., 1969; Санникова Т.И., 1972; Соболев Л.И., 1971.). Так же несомненным достоинством шкал, например Л.Г. Раменского, Д.Н. Цыганова, Р. Хунда, Г. Элленберга, Э. Ландольта является то, что напряженностью исследуемого экологического режима характеризуется количественно (в баллах), причем шкалы построены на основе амплитуд толерантности или экологических оптимумов видов - индикаторов, равноценны.

При экологической классификации ценотическая взаимосвязь растений определяется как взаимовлияние растений, осуществляемое через среду обитания. Экологическая классификация фитоценозов основывается на оценке в первую очередь основных экологических режимов местообитания - увлажнения и богатства и засоления почвы (трофности). Экологические шкалы могут служить основой для отнесения видов растений к тем или иным эколого - фитоценотическим критериям, что способствует объективизации анализа флоры. Оценка видов по экологическим шкалам позволяет более строго классифицировать виды растений по их отношению к экологическим факторам (Цыганов Д.Н., 1974; Титов Ю.В., 1975.).

Метод экологических шкал позволяет выявить основные тенденции изменения экологических режимов местообитаний при различных формах антропогенной динамики растительности, в частности, при сукцессиях, вызванных различными проявлениями ускоренной антропогенной эрозии, а также при разнообразных воздействиях, обусловленных рекреационно-туристическим использованием территории (Селедец В.П., 1975 а, б, в, 2000.). Хотелось бы добавить, что несомненным достоинством шкал является то, что напряженностью исследуемого экологического режима характеризуется количественно (в баллах), причем шкалы построены на основе амплитуд толерантности или экологических оптимумов видов - индикаторов, равноценны. Определение экологических оптимумов растений является одной из приоритетных задач современной геоботаники (Работнов Т.А., 1974.).

При изучении растительных сообществ давно было подмечено, что растительность чутко реагирует на изменения экологических факторов. Вследствие этого у многих исследователей возникла мысль о возможности определения экологических условий конкретного местообитания по специфике растительного сообщества (Цыганов Д.Н., 1983).

Условия экотопа, в котором встречена ЦП (ценопопуляция) конкретного вида, находятся в пределах экологических диапазонов факторов, пригодных для ее существования. Таким образом, основой фитоиндикации являются экологические характеристики популяций видов, входящих в состав конкретных фитоценозов. Индикационная значимость видов тем выше, чем эже их экологические диапазоны. Это справедливо для растений с высоким обилием.

По ширине экологических амплитуд виды разделяются на эвритопные - широко распространенные, со значительными экологическими амплитудами по ряду факторов, и стенотопные - с узкими экологическими амплитудами. Стенотопные виды точнее индицируют условия местообитаний (Ипатов В.С., Кирикова Л.А., 1997.).Определение экологических амплитуд и оптимумов для природных популяций растений при инструментально измеренных значениях фактора крайне трудоемко. Чтобы получить аутэкологические характеристики, необходимо поставить эксперименты с популяциями разных видов. Кроме того, некоторым экологическим факторам трудно дать количественную оценку. Например, почвенное плодородие определяется многими параметрами: содержанием элементов питания, водного режима, кислотности, аэрации и т. п. Экологи пошли упрощенным, но достаточно эффективным путем: были построены экологические шкалы, где значения экологического фактора представляются в виде ранжированного ряда баллов - от наименьшего до наибольшего. Каждый вид на такой шкале фактора занимает определенное местоположение. Таким образом, экологические шкалы -- это балловые таблицы характеристик экологии видов, на основе которых проводится оценка условий среды (Миркин Б. М. и др., 1989; Миркин Б. М. и др., 2001.).

1.2.1 Какие бывают экологические шкалы

В настоящее время известны экологические шкалы более 20 авторов. Все они основаны на оценках, полученных в естественных условиях. Несмотря на то, что материалы для построения экологических шкал получены в разнообразных регионах, экологические оценки видов по шкалам разных авторов близки друг другу (Самойлов Ю. И., 1973.). На сегодняшний день, в геоботанических исследованиях Европейской части России наиболее популярны отечественные экологические шкалы Раменского Л.Г. (Раменский Л.Г. и др., 1956) и Цыганова Д.Н. (1983), а также европейские шкалы Г. Элленберга (Ellenbergetal., 1991.) и Э. Ландольта (Landolt, 1977.).

Все экологические шкалы подразделяются на диапазонные (амплитудные) и точечные. Амплитудные экологические шкалы, например, шкалы Л.Г. Раменского, шкалы Д.Н. Цыганова, содержат балловую оценку диапазона на шкале фактора, а точечные - балловые оценки экологических оптимумов видов, например таковыми являются шкалы Г. Элленберга и Э. Ландольта.

В настоящее время экологические шкалы широко используются в научных исследованиях (Королюк А. Ю., 2007; Широких, Мартыненко, 2008.).

1.3 Шкалы Раменского

Работы великого русского эколога Леонтия Григорьевича Раменского - одна из наиболее ярких и поучительных страниц истории не только российской, но и мировой науки. В 1910 г. на 12-ом съезде русских естествоиспытателей и врачей в докладе “О сравнительном методе экологического изучения растительных сообществ” Л.Г.Раменский сформулировал основные положения учения о непрерывности растительного покрова, одним из следствий которых явился метод экологических шкал. Лишь через несколько лет, в 1917 г. с аналогичными взглядами публично (статья в научном журнале) выступил американкий ботаник Г.А.Глинзон. Эта концепция, хотя и более адекватная известным в настоящее время закономерностям структуры и функционирования природных экосистем, в первой четверти двадцатого столетия не была принята. Лишь в конце сороковых годов пробудился интерес к этому учению. В настоящее время теория о непрерывности растительного покрову принята большинством исследователей в нашей стране и во многих странах мира.

Л.Г.Раменский настойчиво подчеркивал необходимость перехода от описательных и во многом субъективных приемов исследования к объективным, количественным методам анализа растительного покрова. Метод экологических шкал Л.Г.Раменского применяется для объективного выявления требований растений к факторам и режимам природной окружающей среды и для оценки на этой основе природного и хозяйственного потенциала тех или иных типов земельных угодий территорий в целом.

В первой отечественной сводке данных по экологическим шкалам “Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову” (Раменский и др., 1956) приведены экологические шкалы более чем для 1500 видов флоры европейской части России. Этот материал имеет не только исключительное значение для экологической оценки территории, но может быть использован также для различных экологических исследований.В последующие годы и десятилетия аналогичные экологические шкалы были составлены учениками и последователями Л.Г.Раменского как для азиатской части России (Урал, Сибирь и Дальний Восток), так и для сопредельных с Россией территорий (Кавказ, Центральная Азия, Карпаты, Балканы, Памир), и эта работа продолжается.

Метод экологических шкал - первое широкое применение впервые провозглашенных Л.Г.Раменским принципов ординации растительных сообществ. Экологические шкалы Л.Г.Раменского - одно из наиболее массовых и эффективных внедрений в теорию и практику фитоиндикации в нашей стране и далеко за ее пределами.

1.3.1 Область применения экологических шкал

Экологические шкалы - это сводка данных по экологии видов растений для оценки условий окружающей среды по характеру растительного покрова. Они составляются во многих странах мира, но экологические шкалы, разработанные в нашей стране по методу Л.Г.Раменского (1971), дают более полную информацию об экологии видов растений, чем экологические шкалы, составленные по методике зарубежных авторов (Соболев Л.И., 1975, 1978). Многолетний опыт использования экологических шкал в различных условиях показал их применимость для решения широкого круга задач, связанных с изучением природных угодий и разработкой методов их рационального использования и охраны.

В настоящее время экологические шкалы разработаны для многих регионов России и сопредельных стран: для средней полосы европейской части бывшего СССР (Раменский и др., 1956), для Урала, Алтая и республик Центральной Азии (Цаценкин И.А., 1967), Кавказа (Раменский Л.Г., Цаценкин И.А., 1968), Карпат и Балкан (Цаценкин И.А., 1970), Памира (Цаценкин И.А., Касач А.И., 1970), лесостепной и степной зон Сибири (Цаценкин И.А. и др., 1974), тундровой и лесной зон Сибири и Дальнего Востока России (Цаценкин И.А. и др., 1978). Эти экологические шкалы были разработаны во Всесоюзном научно-исследовательском институте кормов им. В.Р.Вильямса. Они получили широкое распространение и получили высокую оценку. Использование этих экологических шкал при геоботаническом обследовании природных кормовых угодий колхозов, совхозов и других сельскохозяйственных предприятий было рекомендовано специальной инструкцией, утвержденной Министерством сельского хозяйства Российской Федерации. В нескольких работах была продемонстрирована возможность использования шкал для ординации сообществ, выделенных методами эколого-флористической классификации (Габбасов К.К., Саяхова Н.И., 1974; Королюк А. Ю., и др., 2005.).

Экологические шкалы Л.Г.Раменского обладают рядом преимуществ по сравнению со шкалами Элленберга, Хунта, Клаппа и других:

1) значительно большая дробность шкал;

2)объединение шкалы богатства почв со шкалой засоления;

3)охват большего числа экологических факторов.

Эти преимущества и обусловили широкую сферу применения экологических шкал Л.Г.Раменского как при землеустроительных и других практических работах в области природопользования, так и при теоретических исследованиях, особенно при выделении экоморф и классификации растительности на экологической основе.

Затянувшийся на многие десятилетия процесс вовлечения метода экологических шкал в область практического природопользования объясняется рядом причин: недостаточная ботаническая подготовка многих рядовых исполнителей, нехватка и несовершенство региональных определителей растений, отсутствие приспособлений для инструментальной оценки проективного покрытия растений, недостаточно эффективное обучение методу экологических шкал в процессе подготовки кадров в области сельского и лесного хозяйства, рекреации и туризма. Несмотря на все эти трудности, метод экологических шкал пробивает себе дорогу как в практике землеустроительных работ, так и при различных фундаментальных и прикладных научных исследованиях.

По мере расширения области применения экологических шкал выявляются пути их совершенствования. Основных путей два: 1) увеличение количества экологических факторов, учитываемых экологическими шкалами и 2) стандартизация экологических шкал в смысле единообразной трактовки единообразного применения независимо от того, на какой конкретной территории и для каких целей они используются. Наибольшие успехи достигнуты в первом направлении. Если первоначально экологические шкалы учитывали увлажнения, то позднее стали учитываться континентальность климата, механический состав почв, степень дренированности местоположения, стадии пастбищной или рекреационной дигрессии растительного покрова.

Метод экологических шкал оказался перспективным для научных исследований, в частности, при разработки ботанико-географических основ формирования системы особо охраняемых природных территорий. С помощью метода экологических шкал оказалось возможным выявить экологические последствия антропогенных воздействий на луговые сообщества различной топологической приуроченности и на почвах различного механического состава.

Сочетая методы экологических шкал с анализом возрастной структуры растительных сообществ, оказалось возможным выявить различные стратегии выживания растений в условиях высокой антропогенной нагрузки. Анализ поведения видов в разных частях экологического градиента того или иного ведущего фактора с помощью метода экологических шкал подтверждает высокую избирательность видов к другим факторам. Из этого следует вывод, имеющий большое значение для классификации растительность сообществ. При создании иерархической системы растительных сообществ необходимо в первую очередь выявить иерархию экологических факторов и экологических режимов. Экологические факторы, не имеющие решающего значения на одном иерархическом уровне, могут оказаться наиболее важным на другом.

Учение Л.Г. Раменского о неполночисленности природных фитоценозов открывает широкие возможности для научных исследований и практических действий в области рационализации природопользования и охрани природы. Оно имеет оптимистическую направленность и ориентирует на конструктивный подход к растительному покрову.

Л.Г.Раменского можно с полным правом считать основоположником конструктивной фитоценологии. Из его учений следует, что поскольку природные фитоценозы неполночисленны, они при определенных условиях могли бы содержать более богатый фитогенофонд, иметь более совершенную структуру, быть более продуктивными и устойчивымико внешним воздействиям. Поскольку растительный покров является энергетической и структурной основой биосферы, то учение Л.Г.Раменского о неполночисленности природных фитоценозов - это конкретное философское, методологическое, фитоценологическое обоснование необходимости целенаправленных воздействий на природные экосистемы.

По результатам анализа литературы, посвященной исследованиям с применением метода экологических шкал Л.Г. Раменского, можно сделать однозначный вывод, что область применения этого метода непрерывно расширяется.

1.3.2 История создания

Основоположником создания и применения экологических шкал был наш соотечественник Л.Г. Раменский (Раменский и др., 1956). По мере накопления новых данных стали создаваться региональные шкалы (Цаценкин И.А., 1967, 1970; Цаценкин И.А., Касач А.И., 1970; Методические указания.., 1974.). Типы экологических шкал, вопросы их разработки и применения, а также проблемы соответствия инструментально измеренных параметров местообитаний характеристикам, рассчитанным по шкалам, исследуются в целом ряде работ (Ниценко А. А., 1957; Федорчук В.Н., 1976; Дымина Г.Д., Ершова Э.А., 2001;Комарова и др., 2003; Королюк А. Ю., 1993, 2007.).

Появление монографии Л. Г. Раменского и его учеников вызвало бурную теоретическую дискуссию. Основные проблемы в использовании шкал были проанализированы Ниценко А. А. (1957). Как достоинства взглядов Л. Г. Раменского на растительный покров и разработанных им экологических шкал отмечались следующие:

1. Стремление связать растительность с особенностями местообитания путем тонкого анализа видового состава.

2. Утверждение о том, что для выделения синтаксонов растительности недостаточно использования нескольких доминирующих видов. Для классификации и типизации растительных сообществ необходим тщательный анализ всего флористического состава.

3. Вывод об экологической неоднородности формации в традиционном понимании советских геоботаников.

1.3.3 Применение экологических шкал

При решении многих вопросов природопользования и охраны природы, например, при создании сеяных лугов, при подсеве кормовых растений в естественные травостои с целью повышения их хозяйственной ценности, при залужении эродированных склонов а также во многих других случаях необходимо ответить на вопрос, являются ли имеющиеся условия достаточно благоприятными для роста и развития кормовых растений. Этот вопрос нередко решается на основании глазомерной оценки участка и сопоставления его с теми участками, на которых, соответствующие культуры удаются. Другой путь - проведение подробных агрометеорологических и агрохимических исследований участка. Этот способ связан с большими затратами времени, сил и средств, использованием разнообразной аппаратуры и для повсеместной практики в настоящее время он рекомендован быть не может. Третий путь - оценка местообитаний по характеру растительного покрова с помощью экологических шкал и сопоставление полученных данных с экологическими требованиями видов растений, которые предпологаются высевать или подсевать в естественные травостои. Этот способ имеет ряд преимуществ. Полученные данные выражаются в определенных величинах - ступенях экологических шкал, их можно подвергнуть математической обработке и изобразить графически. Следует при этом иметь ввиду, что хотя результаты такой оценки выражаются в цифрах, оценка не является количественной. Это - балльная оценка.

Функции единой системы измерения при оценки природных угодий могут выполнять экологические шкалы. Каждой ступени экологических шкал соответствует определенный уровень напряженности экологического фактора. Метод определения степени выраженности экологического фактора по экологическим шкалам полностью не исключают, но значительно сужают роль субъективного фактора.

С использованием экологических шкал можно изучать также экологическое значение различных признаков почвенного покрова: механического состава почв, характера и степени их засоления, особенностей химического состава.

Унифицированное и уточненное понимание различных факторов среды, основанное на применении экологических шкал, значительно облегчает ориентировку в природно - хозяйственной ситуации на любой территории, где имеется естественный растительный покров.

Экологичекие шкалы находят применение при осуществлении полевых опытов по улучшению природных сенокосов и пастбищ без их распашки, а также опытов по различному режиму использования сенокосов и пастбищ. Определение условий местообитания по экологическим шкалам позволяют осуществлять интерпретацию результатов полевых опытов и научно обоснованно определять территорию, на которую могут быть распространены результаты проведенных опытов.

Особое значение экологические шкалы имеют при разработке вопросов, связанных с применением удобрений. С использованием экологических шкал можно определить как потребности в удобрениях, так и эффективность отдельных видов удобрений. Так, например, при внесении полного минерального удобрения (NPK) на естественных лугах прибавка в урожае колебалась в значительных пределах (12 - 19 ц/га) и зависела от влажности почвы. На бедных и сравнительно богатых почвах, но сухих или, наоборот, избыточно увлажненных, болотистых лугах прибавки урожая резко снижались. На сухих лугах действию удобрений мешал недостаток влаги, а на болотистых - недостаток кислорода в почве, на богатых - малая потребность в удобрениях, на бедных - сложившееся в этих условиях растительное сообщество, не способное дать высокого урожая. Этот пример показывает, какую определенность и четкость имеют результаты полевых опытов, если опытные участки охарактеризованы экологическими условиями, приведенными к единой системе показателей (Раменский и др., 1956). Оценки условий произрастания растений посредством экологических шкал “считывается” не только с природной, естественной растительностью, ненарушенного растительного покрова, но что особенно важно, - также и с производственной. Индикатором экологических условий могут быть различные стадии антропогенной трансформации естественного растительного покрова. Метод экологической оценки местообитаний по растительному покрову позволяют установить разногодичные изменения условий окружающей среды. Систематические многолетние наблюдения на одних и тех же пробных площадях позволяют выявить особенности вегетации каждого года наблюдений. Большое значение экологические шкалы имеют для разработки классификации природных угодий, в частности - сенокосов и пастбищ. Определение ступеней экологических шкал для соответствующих факторов среды по каждому описанию растительности может послужить ориентиром для подразделения сенокосов и пастбищ на экологические группы. На основании оценки местообитаний по экологическим шкалам луга могут быть подразделены на сухие, влажные, сырые, болотистые - соответственно степени влагообеспеченности местообитаний, на небогатые, довольно богатые, богатые - по богатству почвы.

1.3.4 Существующие шкалы Л.Г. Раменского

Всего Л.Г.Раменским изучены пять экологических характеристик («шкал»): 1) шкала «увлажнения» (далее в таблицах обозначается буквой «У»),

2)шкала «переменности увлажнения» («ПУ»),

3) шкала «активного богатства и засоленности почв» («БЗ»),

4) шкала «аллювиальности» («А»),

5) шкала «пастбищной дигрессии» («ПД»).

Наиболее широкое применение получили предложенные Л.Г.Раменским экологические шкалы для оценки степени увлажнения (У), богатства и засоления почвы (БЗ), а также шкала пастбищной дигрессии (ПД).

Метод экологических шкал оказался плодотворным также при изучении антропогенной трансформации растительного покрова. Было установлено, что для видов с различным уровнем плоидности характерна та или иная стратегия выживания условиях экологического стресса. Сравнительный анализ естественной относительно слабо нарушенной растительности и растительности антропогенных местообитаний показал, что при усилении антропогенных воздействий возрастает роль полиплоидов в растительном покрове.

Преимущества использования экологических шкал при решении практических вопросов не всегда очевидны. Следует иметь ввиду, что абсолютного совпадения реальных и оптимальных условий для того или иного вида практически почти никогда не удается достичь. Каждый раз приходиться выбирать с учетом природных и хозяйственных условий. Экологические шкалы помогают ориентироваться при решении широкого круга задач природопользования и охраны природы.

1.4 Использование шкал Раменского для экологической оценки синантропных местообитаний

В геоботанических работах экологические шкалы обычно используются для анализа положения растительных сообществ на осях экологических факторов (Ипатов В.С., 1964.). Чаще всего проводится ординация по факторам увлажнения и богатства - засоленности почв. Экологические шкалы используются для анализа условий произрастания растений определенной территории или при сравнении экологии растений крупных регионов, выделения экологических групп видов.Шкалы могут быть использованы для оценки зависимости между экологическими факторами и частными ресурсными характеристиками отдельных видов, популяций и сообществ.

Рядом авторов были предприняты попытки сравнения различных экологических шкал. Самойловым Ю. И. (1973) было предложено три метода оценки их пригодности. Первый заключался в сравнении амплитуд одних и тех же видов из разных шкал - использовалась медиана амплитуды, которая оценивалась как точка оптимальных условий для произрастания вида. Было показано, что шкалы различных западноевропейских исследователей объективны и, в сущности, тождественны. Кроме того, было показано хорошее совпадение со шкалами Л. Г. Раменского. Это еще раз подтверждает вывод о возможности создания единых шкал для крупных регионов. Второй метод основывался на сравнении конкретных экологических рядов с прямыми измерениями факторов и оценок по шкалам.

Для шкал Л. Г. Раменского были проанализированы методы вычисления экологических амплитуд видов и основные недостатки интервальных оценок. Была отмечена важность выявления центра амплитуды вида, поскольку именно он характеризует оптимальные для вида условия. Многие исследователи склоняются к мысли о необходимости превращения амплитудной шкалы Л. Г. Раменского в шкалу оптимумов (Ипатов В.С., Тархова Т.Н., 1969; Работнов Т.А., 1979.). По существующим шкалам возможно вычисление среднего арифметического, что корректно для симметричных распределений. Для вычисления оптимума при несимметричном распределении предлагается использовать моду.

В последнее десятилетие интерес к использованию экологических шкал резко возрос, что, вероятнее всего, объясняется доступностью новых информационных технологий. В Западной Европе вышла в свет новая редакция шкал, включающая индексы по высшим сосудистым растениям, мхам и лишайникам (Ellenbergetal., 1991). Для территории Украины опубликована монография, обобщающая опыт использования экологических шкал, а также предлагающая серию новых методов и приемов экологического анализа растительности (Дiдух Я.П., Плюта П.Г., 1994.). Для российского Дальнего Востока были разработаны оригинальные шкалы, позволившие провести частичную систематизацию флоры региона по 7 параметрам и полную по трем: увлажнению, богатству и засоленности почвы, рекреационной и пастбищной дигрессии (Селедец В.П., 2000.).

Для территории Сибири экологические шкалы были разработаны около 30 лет назад коллективом Всесоюзного НИИ кормов имени В.Р. Вильямса отдельно для лесного и степного биомов (Методические указания., 1978). В Европе экологические шкалы разрабатывались многими авторами (Hundt, 1966; Landolt, 1977.). Наиболее активно используются шкалы Г. Элленберга (Ellenberg, 1974, 1979).

Из многочисленных работ, касающихся различных аспектов использования экологических шкал в геоботанических исследованиях, можно сделать следующие выводы:

* Шкалы объективно отражают экологические требования видов.

* Указания на неточности и ошибки шкал Л. Г. Раменского в отношении отдельных видов в значительной мере ошибочны.

* Для видов растений необходимо вычисление баллов, отражающих оптимальные условия.

* Экологические шкалы должны разрабатываться для крупных регионов - ячеек зонально-секторального расчленения Евразии.

* Точность шкал Л. Г. Раменского, в первую очередь шкалы увлажнения, мнимая. Предпочтение должно быть отдано шкалам с малым числом градаций (около 10). Шкалы неоднородны - они чрезмерно дробны на краях экологической амплитуды и вполне информативны в ее средней части. Так, различие в 10 ступеней в верхней части шкалы увлажнения несущественно. Например, 90 или 100 баллов могут характеризовать одни и те же ценозы прибрежно-водной растительности. Данные сообщества обычно флористически бедны и появление одного или двух видов могут сильно сдвинуть оценку положения сообщества на градиенте фактора.

Предложенные Л. Г. Раменским методы оценки местообитаний и определения положения сообществ на градиентах экологических факторов в той или иной степени используют середину амплитуды экологических шкал, которая обычно рассматривается как оптимум вида. Интервальные оценки распределения видов по осям факторов не позволяют проводить их корректное изменение. Это связано в первую очередь с тем, что для вида неизвестно на каком количестве геоботанических описаний установлены значения. Это приводит к субъективности при изменении шкал. Допустим, что положение данного вида в стандартных шкалах определялось по 5 описаниям, а в нашем распоряжении таких описаний 100, и они представляют эколого-ценотический ареал вида. В этой ситуации правильным решением была бы коррекция шкалы, базирующаяся на анализе новых материалов. В противоположной ситуации, когда количество описаний, включающих данное растение, мало и они представляют край эколого-ценотического ареала, можно неоправданно изменить экологическую амплитуду вида, сдвинув одну из ее границ.

Флористический состав сообщества отражает среднемноголетние экологические показатели местообитания, проективное же покрытие отдельных видов значительно изменяется от года к году и внутри вегетационного периода.

Следует признать актуальным создание новых шкал, объединяющих отечественные и европейские традиции. Для этого на основании анализа репрезентативного материала и с использованием существующих шкал необходимо определить оптимумы видов на осях основных экологических факторов. Для оценки широты экологической амплитуды информативно определение среднеквадратичного отклонения или дисперсии (Королюк А. Ю., 2007.).

1.5 Эколого-флористическая классификация растительности

Эколого-флористический метод классификации (система Браун - Бланке), разработанный в Центральной Европе (школа Браун-Бланке), построен на использовании всего видового состава фитоценозов и групп диагностических (характерных) видов (Миркин и др., 2009.).

В зарубежной литературе работ по фитоиндикации мало, что связано с развитой техникой экологической классификации растительности. Ассоциации и субассоциации системы Браун-Бланке в отличие от единиц доминантной системы, являются хорошими индикаторами среды, так как, по существу, являются уже готовыми «образами» растительности, организованными условиями среды.

Эколого-флористическая классификация основана на дедуктивно-индуктивном подходе, при котором главную роль играет процесс установления синтаксонов «снизу» путем группирования сообществ по сходству флористического состава, отражающего экологические условия и стадию сукцессии.

Общая характеристика метода.

Синтаксоны эколого-флористической классификации устанавливаются на основе диагностических видов, среди которых различают характерные, дифференцирующие и константные.

Возникновение эколого-флористического подхода к классификации связано с именем швейцарского геоботаника Ж. Браун-Бланке. Метод класификации растительности, названный его именем, основывается на группировке сообществ в соответствии с подобием флористического состава, который отображает экологические условия и стадию сукцессии и установлении синтаксонов от более низких к высшим. Синтаксоны в системе Браун-Бланке выделяются на основании диагностических видов, среди которых отличают характерные, дифференцирующие и константные:

характерные виды встречаются только в одном синтаксоне или встречаются в этом Синтаксоны чаще, чем в других;

дифференцирующие виды диагностируют границей своего ареала и входят в состав нескольких синтаксонов;

константные виды встречаются за высоким постоянством, но проходят через этот Синтаксоны «транзитом».

Виды, константные для более низких единиц могут быть дифференцирующими или характерными для высших. Но есть мнение, что разница между дифференцирующими и характерными видами незначительная и часто их объединяют в единую группу диагностических видов (в этом случае константные виды рассматриваются отдельно).

Создание названий синтаксонов, их видоизменение и отмена регулируется «Кодексам фитосоциологической номенклатуры», впервые опубликованным в 1976 году. Существуют следующие основные ранги синтаксанамической классификации (сверху вниз): класс (окончание -etea), порядок (-etalia), союз (-ion), ассоциация (-etum). При выделении синтаксона указывают фамилию его автора и год утверждения. Перечень всех синтаксонов, встречающихся на определенной территории называется продромусом. (Миркин Б. М., Наумова Л. Г., Соломец А. И., 2001.).

Достоинства метода Браун-Бланке

Рассмотрим особенности подхода Браун-Бланке, которые обеспечили его популярность и превратили самого Браун-Бланке в «фитосоциологического Линнея».

Развитая методология, в основе которой лежит редукция непрерывности до дискретности. В логике метода заложены возможности классифицирования любой растительности независимо от того, дискретна она или непрерывна.

Высокая информативность синтаксонов, отражающих экологические условия и сукцессионный статус сообществ. С экологическим и сукцессионным статусом скоррелированы многие другие сущностные признаки сообщества, отражающие его функцию: продуктивность, видовое богатство, синморфология, синфенология.

Гибкость критериев классификации. Флористические критерии - основные, но не единственные, и широко дополняются физиономическими, экологическими и ботанико-географическими критериями, которые как бы «стоят за» классификацией.

Открытость системы, преемственный характер развития классификации. При развитии синтаксономии возможны любые ее дополнения: уточнение диагноза уже выделенных синтаксонов, встраивание новых синтаксонов в уже существующую иерархию, дополнение ее новыми высшими единицами.

Совершенная система номенклатуры. Синтаксономия имеет свои собственные правила опубликования результатов классификации и документирования принятых решений на основе «Кодекса фитосоциологической номенклатуры».

Развитая форма документирования результатов синтаксоно-мического исследования. Эта часть системы Браун-Бланке также регламентируется «Кодексом». Для описания нового синтаксона необходима публикация хотя бы одного (обычно 10 и более) полного геоботанического описания, которое его представляет.

Метод Браун-Бланке в России и странах ближнего зарубежья (особенно на Украине и в Литве) постепенно вытесняет доминантные классификации, хотя его распространение началось лишь в 70-х годах.(Миркин Б. М., Наумова Л. Г., Соломец А. И., 2001.).

ГЛАВА II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объект исследования

Материалы и методы исследования. Материалом исследования послужили геоботанические описания, выполненные на селитебных участках левого берега города Новосибирскав 2009-2012 полевых сезонах. Описания были сделаны в затененных местообитаниях, в экотопах средней степени освещенности и фоновые сообщества, произрастающие при полном освещении. В местах с различной степенью увлажнения и на разных по своей гетерогенной структуре почвах. Изучались фитоценозы на внутридорожных газонах, по обочинам автотрассы, на расстоянии примерно в 200 м от дороги и отделенные от шоссе деревьями и строениями, а также были исследованы участки расположенные вблизи жилых зданий, овощехранилищ, и на площадках где велись строительные работы, в том числе проводились описания и на пустырях. Выполнено 120 геоботанических описаний. Видовая принадлежность растений устанавливалась с помощью Определителя растений Новосибирской области (Красноборов И.М. и др., 2000).

Основным методом, использующимся в данном исследовании является метод геоботанических описаний. В настоящее время, существуют и используется множество методик проведения геоботанических описаний растительности, предназначенных для различных целей. Так, различаются между собой методики описания луговых и лесных сообществ, методики описаний с природоохранными и лесохозяйственными целями, методики описаний при исследованиях сукцессионных смен растительности и т.п. Различаются между собой методики геоботанических описаний, разработанные различными школами (направлениями) в геоботанике и в разных странах. В связи с особенностями синантропных сообществ, существуют модификации традиционных методик, учитывающие эти особенности.

Для упрощения проведения описания и унификации описываемых параметров физической среды и самого фитоценоза разработан бланк описания участка растительного покрова, т.е. таблица с заранее расчерченными графами для каждого параметра описания среды. Бланки заполняются непосредственно на месте проведения описания. Перед выходом на определенную территорию необходимо растиражировать бланки в необходимом количестве, а во время работы только заполнять их.

В качестве материалов и оборудования при проведении простейшего геоботанического описания при себе нужно иметь:

- бланк описания;

- простой карандаш или ручка; предпочтительнее пользоваться простым карандашом, т.к. текст, написанный карандашом, не размывается водой, что немаловажно в полевых условиях; линейка, если вдруг понадобиться расчертить ещё бланк; Может также потребоваться полиэтиленовый пакет или гербарная папка для сбора неизвестных растений. Для сбора мхов потребуются бумажные пакетики. Для определения неизвестных растений используется определитель.

Порядок заполнения бланка:

Заполнение шапки бланка: Сначала необходимо внести в бланк общие данные об описании и месте его проведения: дата, номер описания, название улицы, номер дома.

Для облегчения повторного нахождения места описания в будущем подробно описывается географическое и местное положение - регион (область, край, республика), район, ближайшие населенные пункты. Положение в рельефе - произвольное описание местоположения точки (площадей) исследования: на ровном месте; на склоне к ручью или оврагу; на террасе реки; в понижении, овраге, на возвышении, бугре, на берегу реки, краю обрыва и т.п.;