СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОСТЕПНЕННЫЕ ПОЙМЫ С ПРЕОБЛАДАНИЕМ ОЛЬХИ ЧЕРНОЙ
METHOD FOR DETERMINING THE DEGREE OF ANTHROPOGENIC IMPACT ON SETTLED FLOODPLAINS WITH PREDOMINANCE OF BLACK ALDER

Изобретение относится к области геоботаники и экологии, в частности к оценке состояния окружающей среды. Способ может быть использован для выявления нарушенных естественных ландшафтов остепненных пойм, а также оценки степени антропогенного воздействия на данные ландшафты. Способ основан на выявлении фитоценотической структуры сообществ остепненных пойм с преобладанием ольхи черной. Смена данных сообществ свидетельствует об изменении степени антропогенного воздействия на окружающую среду.
Увеличение численности таких видов как Urtica dionica, Solanum dubamara, Calystegia sepium, Salix pentadra, Populus alba, populous nigra, также как уменьшение численности Alnus glutinosa, Thelipteris palustris, Geum urbanum, Corex acuta, Salix viminalis может свидетельствовать об интенсивном антропогенном воздействии. Данные виды могут быть использованы для индикации степени антропогенного воздействия на остепненные поймы с преобладанием ольхи черной. 1 ил., 2 табл.
Область техники, к которым относится изобретение.
Изобретение предназначено для использования в научных исследованиях степени антропогенного воздействия фитоценозов остепненных пойм с преобладанием ольхи черной.
Черноольховые уремы характерны для теновых склонов в местах выхода пластовых вод, пойм речек и ручьев. Данный тип леса имеет важное экологическое значение: водоохранное, рекреационное и средообразующее (являются водоохранными участками и местами обитания некоторых видов птиц, ряда ценных околоводных млекопитающих). Черноольшанники на территории Оренбуржья являются коренными сообществами [6, 13-17]. Однако, как и любой фитоценоз, они подвержены сукцессионным изменениям. Антропогенное воздействие в значительной степени изменяет характер и скорость сукцессии [3-5]. Заявляемый метод предназначен для использования в полевых геоботанических исследования степени данного воздействия.
Уровень техники.
В современной литературе описываются различные методы геоботанических исследований деградации естественных фитоценозов.
Известен эколого-географический метод оценки состояния фитоценозов. Суть метода в выделение в структуре вида экотипов - совокупностей однородных, близкородственных по происхождению ценопопуляций одного и того же вида, приспособленных к определенным условиям местообитания, основные признаки которых закреплены наследственно. Предлагаемый способ длителен в исполнении, чтобы получить достоверные сведения об усилении антропогенного воздействия на ценопопуляций ольхи черной необходимо проводить исследования в течение - минимум - 10-15 лет и более [19-24].
Существенным недостатком этого метода является трудоемкость, так как для того, чтобы выявить определенные виды растений в ценопопуляции и, соответственно, в фитоценозе - нужно выделить типы популяций, затем возраст и экотипы. Кроме того данный метод сложен в исполнении, имеет высокие погрешности и требует учитывать затраты на рекогносцировочные исследования ценопопуляции.
Известны несколько модификаций метода оценки фитоценозов на основе учета особенностей, характеризующих обилие вида с применением различных шкал, среди которых широко распространена шкала, предложенная О. Друде [10]:
soc (socialis) - растения смыкаются надземными частями;
сор3 (copiosae) - растения очень обильны;
сор2 - растения обильны;
cop1 - растения довольно обильны;
sp (sparsae) - растения редки;
sol (solitaries) - растения единичны.
Существует несколько модификаций данной шкалы [1, 2. 7]. Также применяют и комбинированные оценки обилия, которые означают, что обилие колеблется от одной ступени до другой, чаще приближаясь к той ступени, которая названа первой. Достоинство таких шкал - в малом количестве ступеней, недостатки - общие, нередко субъективные оценки обилия, длительность в исполнении при стационарных исследованиях.
Известны методы оценки фитоценозов, определяющие размещение вида [11, 12, 20]. Основными критериями в данных методах являются степень неравномерности, величина (диаметр) зарослей, чистота зарослей, их густота, сомкнутость (несомкнутые «группы» и более или менее сомкнутые «заросли»), резкость их отграничения, форма зарослей, происхождение (семенное, вегетативное, остатки прежнего сплошного покрова данного вида).
Исследование характера размещения видов очень важно при детальном описании растительных ассоциаций. Обычно, данные исследования совмещают с оценкой обилия по Друде.
Основным недостатком данного метода является достаточно высокая трудоемкость и затратность при маршрутных исследованиях.
Вышеперечисленные методы являются общепринятыми.
Известен способ выделения стадий деградации степной растительности в условиях антропогенного воздействия, основанный на изменении состава, структуры и продуктивности фитоценозов. Данный способ позволяет осуществлять оценку состояния степных фитоценозов для оптимизации степного землепользования.
Недостатками метода являются необходимость проведения сплошных укосов, что не всегда является возможным, трудоемкость метода и продолжительные временные затраты [8].
Известен способ комплексной оценки состояния лесных экосистем в районах техногенного воздействия промышленных объектов, который основан на мониторинговых исследования всех компонентов фитоценоза. Данный способ предполагает оценку биоразнообразия всех ярусов, определение динамики площади и продуктивности насаждений, санитарно-патологического состояния, качественного состояния и перспектив развития подроста, дендрохронологический анализ роста основных лесообразователей, лихеноиндикацию, геоботанические исследования живого напочвенного покрова, палинологические исследования, цито- и морфогенетические исследования растений. Обязательным условием данного метода является проведения мониторинга почвенного покрова. Данный метод трудоемок, требует значительных по объему лабораторных исследований и изучения архива сведений по состоянию лесных насаждений [9].
Несовершенство описанных ранее методов заставляет искать более доступные, менее дорогостоящие, легкие в исполнении, а также дающие быструю оценку степени антропогенного воздействия на остепненные поймы с преобладанием ольхи черной.
Установление способа фитоиндикации степени антропогенного воздействия на остепненные поймы с преобладанием ольхи черной является новшеством в геоботанике, подтвержденным исследованиями на экологическом, геоботаническом, ценотическом, популяционном уровне впервые на Южном Урале. Ранее проводились исследования только на фитоценотическом уровне и в основном они носили локальный характер определенного пункта и дают общие представления о растительном покрове, детальные и стационарные исследования отсутствуют. Исследователи применяли лишь один или два метода из перечисленных, но ни один не применил метод изучения растительных сообществ на популяционном уровне. Проводя комплексные исследования на протяжении десяти лет, проверяя результаты каждого экспедиционного стационарного исследования, мы пришли к формуле способа фитоиндикации степени антропогенного воздействия на остепненные поймы с преобладанием ольхи черной, которая является универсальной для установления степени антропогенного воздействия на остепненные поймы с преобладанием ольхи черной Южного Урала.
Новизной заявляемого способа является то, что впервые в процессе определения степени антропогенного воздействия на остепненные поймы с преобладанием ольхи черной предлагается использовать определенные виды-индикаторы, появляющиеся в пойменных черноольшанниках, по которым можно определить стадию антропогенной трансформации фитоценоза.
Подводя итог данному разделу описания изобретения, следует указать, что заявляемый способ не известен из-за уровня техники, т.е. является новым.
Сущность изобретения
Основной задачей, на решение которой направлен заявляемый способ, является повышение точности и быстроты определения степени антропогенного воздействия на уремы с преобладанием ольхи черной на территории Южного Урала.
Используемое техническое решение предлагается впервые в геоботанических исследованиях (маршрутных рекогносцировочных, детально - маршрутных, стационарных), так как в качестве индикаторов степени антропогенного воздействия предлагается использовать определенные виды растений, появляющиеся в фитоценозах с преобладанием ольхи черной.
Решение поставленной задачи стало возможным благодаря тому, что в настоящее время накоплено достаточно данных о том, что в зависимости от степени нарушенности ландшафта появляются определенные виды растений. Так по данным З.Н. Рябининой (2003) в стадии регенерации плотнокустовой залежи (15-18 лет) Южного Урала (Оренбургская область) появляются определенные виды растений - это Stipa capillata L., Galatella villosa (L.) Reichenb.fil., Stipa lessingiana Trin. et Rupr [8].
Все это позволило предположить, что в фитоценозах остепненных пойм с преобладанием ольхи черной (Южный Урал) вследствие антропогенной сукцессии будут появляться определенные виды растений.
Опытное обоснование видов - индикаторов в растительном покрове остепненных пойм с преобладанием ольхи черной на территории Южного Урала.
Изучение видового состава сосудистых растений остепненных пойм Южного Урала позволило выявить определенные виды растений, появляющиеся в данных фитоценозах. Это необходимо для выявления закономерностей антропогенной сукцессии остепненных пойм с преобладанием ольхи черной и оптимизации степного природопользования. Результат выявлены две последовательности трансформации (смены) сообществ остепненных пойм с преобладанием ольхи черной (рис. 1). Каждой стадии антропогенной сукцессии данных фитоценозов характерно появление в фитоценозах видов-фитоиндикаторов, и характеризующих степень антропогенного воздействия (табл. 1).
Сущностью заявляемого способа, сформулированного на основе геоботанических исследований на территории Южного Урала по изучению видового состава сосудистых растений, растительного покрова остепненных пойм с преобладанием ольхи черной, является следующее: определенные виды растений, появляющиеся в фитоценозах, являются наиболее информативным параметром, позволяющим осуществить фитоиндикационное прогнозирование антропогенного изменения фитоценозов.
Соответственно, реализация заявляемого способа оценки стадий антропогенной сукцессии, закономерностей смены сообществ на основе появления в фитоценозах определенных видов растений представляется следующим образом: способ выделения степени антропогенного воздействия на остепненные поймы с преобладанием ольхи черной, основан на выявлении индикаторных видов, определяющих стадию деградации сообщества, включает общую геоботаническую характеристику обследуемой территории с выявлением районов, различных в геоботаническом отношении; получают полную флористическую и фитоценотическую характеристики остепненной поймы с преобладанием ольхи черной, сопровождаемую картой размещения фитоценозов и количественным учетом занятых ими площадей, составляют геоботаническую карту, показывающую ассоциации или группы ассоциаций, стадии смен коренных фитоценозов; проведят анализ флоры остепненных пойм и выявляют виды растений, появляющиеся в фитоценозах и являющиеся показателями интенсивности антропогенного воздействия для фитоиндикационного прогнозирования состояния остепненных пойм с преобладанием ольхи черной:
- в черноольшанниках, формирующихся в заболоченных долинах ручьев, характеризующихся избыточным застойным увлажнением, сокращают обилие при негативном воздействии виды: Alnus glutinosa, Thelypteris palustris, Geum urbanum, Carex acuta, Salix viminalis; безразличны к негативному воздействию: Poa angustifolia, Rubus caesius; увеличивают обилие при негативном воздействии: Urtica dioica, Agrimonia eupatoria, Artemisia dracunculus, Arctium minus, Bromopsis inermis, Festuca valesiaca, Solanum dulcamara;
- в черноольшанниках, формирующихся в местах выхода пластовых вод и верховодьях родников, сокращают обилие при негативном воздействии виды: Alnus glutinosa, Geum urbanum, Carex acuta, Ribes nigrum; безразличны к негативному воздействию: Rubus caesius, Galium palustre; увеличивают обилие при негативном воздействии: Agrimonia eupatoria, Arctium minus, Calystegia sepium, Solanum dulcamara.
На первом этапе проводится общая геоботаническая характеристика обследуемой территории. Получают материалы, характеризующие главные черты флоры и растительного покрова, выделяются районы, различные в геоботаническом отношении.
На втором этапе проводится полная флористическая и фитоценотическая характеристика остепненной поймы с преобладанием ольхи черной, которая сопровождается картой размещения фитоценозов и количественным учетом занятых ими площадей.
Для этого должна быть заложена серия маршрутов по изучаемой территории и проведено их сплошное и равномерное обследование. На геоботанической карте должна быть детальность и достоверность технического отображения выделенных в природе контуров, определенная степень полноты изучения растительного покрова в поле.
Составляются геоботанические карты масштаба от 1:10000 до 1:50000. Должна быть заложена густая сеть маршрутов со средним отстоянием друг от друга от 200 до 1000 м, почти каждый выделенный контур посещается в натуре и характеризуется полным или сокращенным описанием. Отчетливо показываются ассоциации или группы ассоциаций; стадии смен коренных фитоценозов, происходящие под влиянием, как естественных причин, так и антропогенных факторов.
На третьем этапе проводится анализ флоры остепненных пойм и выявляются определенные виды растений, появляющиеся в фитоценозах и являющиеся показателями интенсивности антропогенного воздействия (таблица 2). Исследования производятся на небольших площадях и охватывают специально выбранные и наиболее характерные для данной территории фитоценозы; они должны отражать как зональные особенности территории, так и типичные для нее экологические варианты растительных сообществ. При выборе пробных площадей должны учитываться следующие признаки: сходный характер рельефа, однородность почвообразующей горной породы, почвы, залегание грунтовых вод, сходство растительного покрова по составу, строению, физиономичности, однородности по своей культурной истории и состоянию (расчистка из-под леса, пастбище определенной степени использования). При этом пробная площадь должна отличаться от площадей смежных фитоценозов, отличия должны быть хорошо экологически объяснимыми, закономерными.
Для определения размера пробной площади необходимо учитывать, что
а) пробная площадь должна быть не меньше площади выявления;
б) чтобы чрезмерно не увеличивать трудоемкость работ эта площадь не должна превышать размеров, гарантирующих принятую точность исследований. Травяная растительность степей 10×10 м (1 ар). Для повышения точности описания видов нужно разделить пробную площадь на четыре отдельно учитываемых квадрата, внутри которых по отдельности составляется описание и определяется обилие видов.
Ряд А характерен для заболоченных долин ручьев, характеризующихся избыточным застойным увлажнением, где формируются черноольшанник лабазнико-папоротниковый.
На начальной стадии антропогенной сукцессии черноольшанник лабазнико-папоротниковый трансформируется черноольшанник стройноосоковый: данная смена характеризуется появлением определенных видов: Solanum dulcamara, Роа angustifolia, Galium palustre, Caltha palustris, которые вытесняют Salix triandra, Salix pentandra, Galium aparine, Carex caespitosa, Paris quadrifolia, Lycopus europaeus, Scutellaria galericulata.
Рубки приводят к резкому уменьшению полноты и смене черноольшанника стройноосокового черноольшанником лабазниково-крапивным, при этом отмечается появление Cardamine amara, Veronica becabunda, Epilobium palustris, Geum urbanum, Stellaria graminea, Arctium minus. Полностью вытесняются такие виды как Thelypteris palustris, Carex acuta, Cicuta virosa, Humulus lupulus.
По мере порослевого возобновления ольхи черной черноольшанник лабазниково-крапивный сменяется черноольшанником крапивным. Появляется Salix cinerea, Populus alba, Populus nigra, Salix pentandra, Calystegia sepium, Glechoma hederacea, выпадают Ribes nigrum, Rosa majalis, Rubus caesius, Filipendula ulmaria, Cardamine amara, Veronica beccabunga, Epilobium palustre. При этом ольха черная из вида доминанта переходит в разряд второстепенных видов, полнота насаждений снижается до 0,2-0,3.
Конечной стадией деградации данного фитоценоза является формирование разнотравно-злакового рудерального сообщества, которое сопровождается исчезновением древесно-кустарниковой растительности (Alnus glutinosa, Salix cinerea, Populus alba, Populus nigra, Padus racemosa, Salix viminalis, Salix pentandra), а также Urtica dioica, Geum urbanum, и появлением Galium aparine, Trifolium hybridum, Agrimonia eupatoria, Bromopsis inermis, Elytrigia repens, Festuca valesiaca, Artemisia dracunculus, Silaum silaus.
Ряд Б показывает антропогенную сукцессию черноольшанника гравилатового - фитоценоза, формирующихся в местах выхода пластовых вод и верховодьях родников.
Первой реакцией на антропогенный стресс является появление таких видов как Galium aparine, Urtica dioica, Cicuta virosa, и исчезновение Lonicera tatarica, Viburnum opulus, Fragaria viridis, Trifolium hybridum, Stellaria graminea, Origanum vulgare, Agrimonia eupatoria, Arctium minus. Формируется черноольшанник омежнековый.
По мере усиления антропогенного воздействия черноольшанник омежнековый трансформируется в черноольшанник ежевичниковый. На даной стадии появляются Rubus caesius, Populus alba, Populus nigra, Humulus lupulus, и исчезают Ribes nigrum, Cicuta virosa.
Следующей стадией является формирование черноольшанника разнотравно-злакового. Появляются такие виды как Salix cinerea, Rosa majalis, Cerasus fruticosa, Spiraea crenata, Amygdalus nana, Geum urbanum, Fragaria viridis, Stellaria graminea, Origanum vulgare, Agrimonia eupatoria, Galium palustre, Sanguisorba officinalis, Solidago virgaurea, и исчезают Populus alba, Populus nigra, Humulus lupulus.
Конечной стадией, как и в ряду А, является формирование разнотравно-злакового рудерального сообщества, которое сопровождается исчезновением древесно-кустарниковой растительности Salix cinerea, Rosa majalis, Cerasus fruticosa, Spiraea crenata, Amygdalus nana, Rubus caesius, Rubus saxatilis, Lonicera tatarica, а также Galium palustre, Sanguisorba officinalis, Solidago virgaurea, и появлением Solanum dulcamara, Calystegia sepium, Glechoma hederacea, Trifolium hybridum, Arctium minus, Sanguisorba officinalis, Bromopsis inermis, Elytrigia repens, Festuca valesiaca, Artemisia dracunculus, Silaum silaus.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Опытное обоснование возможности выделения степени антропогенного воздействия на остепненные поймы с преобладанием ольхи черной осуществлялось на основе геоботанического мониторинга растительности Урало-Илекского междуречья.
На основе флористического и фитоценотического анализов следует сделать заключение о том, что антропогенное воздействие на остепненные поймы с преобладанием ольхи черной вызывает антропогенную сукцессию коренных сообществ. Изменения происходят по одной из предложенных схем:
- Ряд А: черноольшанник лабазнико-папоротниковый → черноольшанник стройноосоковый → черноольшанник лабазниково-крапивный → черноольшанник-крапивный → разнотравно-злаковое рудеральное сообщество
- Ряд Б: черноольшанник гравилатовый → черноольшанник омежнековый → черноольшанник ежевичниковый → черноольшанник-разнотравно-злаковый → разнотравно-злаковое рудеральное сообщество
В заключении следует отметить, что определенные виды растений, появляющиеся в фитоценозах, являются наиболее информативным параметром, позволяющим осуществить фитоиндикационное прогнозирование состояния остепненных пойм с преобладанием ольхи черной.
Источники информации
1. Алехин В.В. Методика полевого изучения растительности и флоры. М.: Наркомпрос, 1938, с. 208.
2. Алехин В.В. Теоретические проблемы фитоценологии и степеведения. М.: Наука, 1986, с. 600.
3. Ангальт Е.М., Калякина Р.Г. Состав и состояние подлеска в городских насаждениях г. Оренбурга // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. №5 (73). С. 136-138.
4. Казанская Н.С. Классификация антропогенных модификаций растительности с применением ординационного метода. Л.Г.Раменского. М., 1975, с. 180.
5. Калякина Р.Г., Влияние нефтедобычи на состояние лесных экосистем оренбургской области (на примере Мясниковской рощи) / Р.Г. Калякина, Е.М. Ангальт, В.В. Подседов, С.Н. Шимарева // В сборнике: Современное ландшафтно-экологическое состояние и проблемы оптимизации природной среды регионов Материалы XIII Международной ландшафтной конференции, посвященной столетию со дня рождения Ф.Н. Милькова. В 2-х томах. Под редакцией В.Б. Михно. 2018. С. 359-361.
6. Колодина М.В., Рябухина М.В., Рябинина З.Н. Современное состояние флоры Общего сырта и правовые основы охраны отдельных видов растений. Вестник Оренбургского государственного университета. 2015. №10(185). С. 257-260.
7. Корчагин А.А. Строение растительных сообществ. В кн.: Полевая геоботаника, т. 5, 1976, 7-313 с.
8. Патент 2389175 Российская Федерация, МПК A01G 7/0 (2006.01) Способ выделения стадий деградации степной растительности в условиях антропогенного воздействия / Рябинина З.Н.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Оренбургский государственный педагогический университет "(ОГПУ) - №2008108261/12; заявл. 03.03.2008; опубл. 20.05.2010. Бюл. №14.
9. Патент 2389175 Российская Федерация, МПК A01G 23/00 (2006.01) G01N 33/00 Способ комплексной оценки состояния лесных экосистем в районах техногенного воздействия промышленных объектов / Глазун И.Н., Егорушкин В.А., Иванов В.П., Иванов Ю.В., Марченко С.И., Нартов Д.И., Соболева Л.М. заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" - №2011138109/13; заявл. 16.09.2011; опубл. 20.08.2013 Бюл. №23.
10. Работнов Т.А. Фитоценология. М.: Изд. МГУ, 1992, с. 296.
11. Раменский Л.Г. Введение в комплексное почвенно-геоботаническое исследование земель. М.: Сельхозгиз, 1938, с. 431.
12. Раменский Л.Г. Избранные работы. Проблемы и методы изучения растительного покрова. Л.: Наука, 1977, с. 334.
13. Рябинина З.Н. Степная растительность Урало-Илекского междуречья, ее антропогенные изменения и пути охраны // Автор дисс. Канд. биолог. Наук. Свердловск: 1981, с. 25.
14. Рябинина З.Н. Растительность и растительные ресурсы степной зоны Оренбургской области. В кн.: География, экономика и экология Оренбуржья. Оренбург: 1993, 63-64 с.
15. Рябинина З.Н. Конспект флоры Оренбургской области. Екатеринбург: 1998, с. 163.
16. Рябинина З.Н. Растительный покров степной зоны Южного Урала (Оренбургская область). Оренбург, 2003, с. 400.
17. Рябинина З.Н., Князев М.С. Определитель сосудистых растений Оренбургской области. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2009, с. 758.
18. Серебряков И.Г. Жизненные формы высших растений и их изучение. В кн.: Полевая геоботаника, т. 3. М.-Л., 1964, 146-202 с.
19. Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах. Новосибирск: Наука, 1978, с. 318
20. Сукачев В.Н. Растительные сообщества. М.: Книга, 1957, с. 232.
21. Шенников А.П. Введение в геоботанику. Л.: Изд. ЛГУ, 1964, с. 447.
22. Шенников А.П. Экологические группы растений. М.: Наука, 1964, с. 238.
23. Юнатов А.А. Типы и содержание геоботанических исследований. Выбор пробных площадей и заложение экологических профилей. В кн.: Полевая геоботаника, т. 3. М.-Л.: Наука, 1964, 9-36 с.
24. Ярошенко П.Д. Геоботаника. М.-Л., 1961, с. 474.