ИЗУЧЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ОКРЕСТНОСТИ СТАДИОНА С ПОМОЩЬЮ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ШКАЛ

... ...

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..4
1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ……....6
1.1.Общие сведения о стадионе «Политехник»……………………………6
1.2. Геологическая история………………………………………………..8
1.3. Климат…………………………………………………….…………..10
1.4. Почвы и рельеф……………………………………………………….12
2. АНТРОПОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ...15
2.1. Особенности флоры города Томска…………….…………………….15
2.2. Растительность Города Томска и стадиона «Политехник»………... 22
2.3. Процесс урбанизации………………………………………………….26
2.4. Синантропизация: масштабы явления………………………………..27
3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ……...………………...31
3.1.Объекты исследования…………………………………………………31
3.2. Метод стандартных экологических шкал…………………………....31
3.3. Экологический анализ растительных сообществ……………………36
3.4. Методика геоботанических описаний………………………………..40
4. КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАВЯНИСТОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ СТАДИОНА «ПОЛИТЕХНИК» (РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ)…………………………………………………………………44
4.1. Флористический анализ семейственно-видового спектра флоры различных биотопов стадиона «Политехник»………...……………………….45
4.2. Анализ встречаемости видов в сообществах травянистой растительности стадиона «Политехник»………..…………………………..…50
4.3. Экологический анализ флоры различных биотопов стадиона «Политехник».…………………………………………………………………...51
ВЫВОДЫ …...………………..………………………………………………….60
ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………...61
ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………………….65
Приложение 1…………………………………………………………………….65

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:
1. Изучить разнообразие лесной травянистой растительности окрестности стадиона «Политехник».
2. Провести оценку степени синантропизации травянистой растительности с помощью метода экологических шкал.
3. Выявить зоны наибольшей антропогенной нагрузки на территории.

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 Исследования3.1. Объекты исследованияВ 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 шкалТеоретические 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 антропогенное 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). Однако при всех преимуществах оценка среды по растительности дает, как правило, качественные и относительные характеристики экологических факторов. Это объясняется многими причинами, основные из которых – многомерность и стохастический характер взаимосвязей растительности и среды. Растительность действительно чутко реагирует на экотопические условия, но насколько эти условия многообразны и связаны между собой, настолько велико разнообразие вариантов реакции растительности.Возможность произрастания вида зависит от всего комплекса условий, причем, согласно «закону» толерантности Шелфорда, «отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или, наоборот, избытком любого из ряда фактором, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом» (Одум, 1975). Это означает, что если есть хоть один лимитирующий фактор, растение будет неадекватно реагировать на многие другие. Поэтому не всегда возможно сказать, какие значения факторов индицирует данная растительность – ее индикаторные функции изменчивы.Так, например, поскольку элементы минерального питания поступают в растворе, один и тот же вид на богатых почвах заселяет (и индицирует) более сухие, а на бедных – более влажные местообитания. При увеличении аридности климата гигрофильные виды «сдвигаются» на более сырые экотопы, а с увеличением гумидности многие мезотрофы переходят на богатый сухие почвы.Стохастический (вероятностный) характер связи растительность – среда проявляется в том, что любому комплексу факторов местообитания соответствует, как правило, целый спектр состояний растительности. Даже в совершенно идентичных экотопах мы не встретим одинаковых фитоценозов, так как их состав и строение зависят не только от условий среды, но и от случайных причин (например, от возможности заноса зачатком), роль которых достаточно велика. Индикация должна строиться на системе запретов: условия среды накладывают запреты на произрастание вида, но там, где запретов нет, наличие вида лишь вероятно, но не обязательно.Нельзя сбрасывать со счета значение взаимодействий между растениями. Результаты экспериментов показали, что в смешанных посевах для многих видов оптимальными оказываются иные градации факторов (увлажнения, богатства почвы, кислотности), чем в чистом или разреженном посеве, при отсутствии конкуренции. В связи с этим говорят о несовпадении аутэкологического (физиологического) и синэкологического (фитоценотического) ареалов и оптимумов. Таким образом, индикационные функции растений изменяются и в зависимости от того, с какими видами они сообитают. Поскольку в пределах своего ареала вид входит в разные сообщества, взаимодействует с разными по экологии и конкурентной мощности видами, синэкологические оптимумы имеют региональные отличия. Влияние конкуренции, сочетаясь с влиянием термоклиматических условий, заставляет осторожно пользоваться экологическими оценками вида вне региона, где они получены. Хотя, по-видимому, в пределах одной природно-климатической зоны различиями можно пренебречь (Горышина и др., 1992).Весь набор индикаторных признаков, используемых в фитоиндикации разделяется на флористические, физиологические (эколого-физиологические и физиолого-биохимические), анатомо-морфологические и фитоценотические. Признаки растений, рассмотренные в предыдущих разделах, относятся к эколого-физиологическим и анатомо-морфологичееким. В соответствии с задачами данной главы обсудим флористические и фитоценотические признаки. Между флористическими и фитоценотическими признаками несомненна тесная связь, поскольку основные фитоценотические характеристики – флористический состав и строение (обилие, покрытие, встречаемость видов) – не могут быть индикаторными без знания экологических особенностей отдельных видов, т. е. флористических признаков. Основой индикации на фитоценотическом уровне являются экологические характеристики видов.Выявив процентное соотношение экологических групп видового состава растительных сообществ, можно построить экологические спектры, позволяющие сравнивать сообщества друг с другом и одновременно характеризовать условия местообитания растительных сообществ (Горышина и др., 1992).Экологический анализ сообщества начинается с определения принадлежности входящих в него видов к экологическим группам и выявления их разнообразия, характеризующего экологическую емкость местообитания (чем разнообразнее состав групп, тем больше емкость местообитания). Затем вычисляется представленность (процентное участие) каждой теологической группы и на основе этих данных, выявляются наиболее характерные для сообщества (модальные) группы, индицирующие основные черты экологических режимов местообитания. Таким образом, экологический анализ видового состава растений позволит выявить растения-индикаторы, указывающие на особенности природной среды и протекающих в ней процессов (Прокопьев, 1993).3.4. Методика геоботанических описаний При исследовании использовался метод геоботанических описаний принятый в рамках геоботанической школы Браун-Бланке.Метод Браун-Бланке – это способ классификации растительных ассоциаций. В его основе лежит экспертное выделение более или менее единообразных комплексов растений.