Эколого-фитоценотический анализ растительности лесных экосистем городов Калуги и Обнинска

УДК 574.47

DOI: 10.24411/1728-323X-2019-14010

ЭКОЛОГО-ФИТОЦЕНОТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ ГОРОДОВ КАЛУГИ И ОБНИНСКА

А. А. Евсеева, к. б. н., доцент кафедры ботаники, микробиологии и экологии, ФГБОУ ВО «Калужский государственный университет им. К. Э. Циолковского», annahabarova@yandex.ru, Калуга, Россия

Настоящее исследование посвящено анализу экологической структуры городских лесных фитоце-нозов двух городов — Калуги и Обнинска. Поскольку эти города практикуют разные подходы к сохранению естественной лесной растительности на городской территории, было важно выявить различия в эколого-фитоценотической структуре данных лесных фитоценозов. В результате были выявлены различия в составе эколого-ценотических групп растений и эколого-биологической структуры фитоцено-зов, обусловленные разными путями сохранения лесных сообществ. Исходя из полученных в ходе исследования данных, можно предположить, что запас устойчивости лесных фитоценозов при стратегии озеленения, практикующейся в г. Обнинске, будет выше, чем при способах озеленения, реализуемых в г. Калуге. Полученные данные могут служить методологической основой для проектов по озеленению городов.

The presented study is devoted to the analysis of the ecological structure of urban forest phytocoenoses in the cities of Kaluga and Obninsk. Since these cities practice different approaches to the conservation of natural forest vegetation in the urban area, it was important to identify the differences in the ecological and phytocoenotic structure of these forest phytocoenoses. As a result, the differences were defined in the composition of the ecological-coenotic groups of plants and the ecological and biological structure of phytocoenoses. The differences are due to various ways of the conservation of forest communities. Analyzing the data from the research, it can be assumed that the stock of forest phytocoenotic stability in the landscaping strategy practiced in Obninsk will be higher than in the landscaping methods implemented in the city of Kaluga. The obtained data can be a methodological basis for projects in landscaping the cities.

Ключевые слова: городские лесные фитоцено-зы, эколого-ценотические группы растений, эколого-биологическая структура фитоценозов, устойчивость лесных фитоценозов, урбанофлора.

Keywords: urban forest phytocoenoses, ecological-coenotic groups of plants, ecological and biological structure of phytocoenoses, the stability of forest phytocenos-es, urban flora.

Введение. Растительные сообщества, являющиеся остатками естественных лесов в городе, улучшают здоровье урбо-экосистемы, являющейся наиболее заселенной экосистемой. Городские леса постоянно участвуют в повышении качества условий жизни в урбанизированной среде, улучшают ее эко-системные условия, выполняя большой ряд экосистемных услуг и функций, среди которых: средообразующая, ресурсная, санитарно-гигиеническая, медико-социальная, декоративно-планировочная и научно-познавательная [1]. Экологическая структура лесных сообществ отражает негативные процессы, происходящие в сообществе под воздействием антропогенной нагрузки. Поэтому изучение экологической структуры городских лесных сообществ является актуальной темой для исследований.

Известно, что при замене аборигенной естественной растительности ценотически неорганизованными антропогенными группировками существует определенная граница, за которой наступает экологическая катастрофа. При этом происходит разрушение эколого-ценотической структуры растительного покрова, и изменения растительного покрова приобретают совершенно необратимый характер. Замена растительности, имеющей прочные внутриценотические связи, растительностью ценотически неорганизованной, приводит к утрате негэнтропии в данной части биосферы и к снижению общего экологического разнообразия ландшафтов [2]. Поэтому становится важным проведение эколого-фитоценотичес-кого анализа растительности урбофитоценозов, являющихся остатками естественных, для обнаружения признаков снижения запаса устойчивости и следующих за этим необратимых изменений в урбофитоценозах.

Модели и методы

Изучение остатков лесных сообществ проводилось в двух городах — Калуге и Обнинске. Для изучения эколого-фито-ценотической структуры городских лесных фитоценозов в каждом городе было выбрано по 30 площадок. Площадки выбирались по принципу схожести типов лесорастительных условий. При выборе площадок учитывался фактор близости городских кварталов. Выбранные города имеют различия в сохранении естественных лесных сообществ в составе городских территорий. Данные различия заключаются в следующем: в Обнинске крупные лесные массивы естественного происхождения были сохранены при развитии городской территории, в Калуге сходные по размеру лесные массивы были подвержены лесоустроительным работам.

Результаты и обсуждение Эколого-ценотические группы

В спектре эколого-ценотических групп растительности изучаемых городов были найдены различия. Выявленные группы растений были объединены в 4 укрупненные эколого-ценотические группы: сорные виды, лесные виды, интродуцен-ты и группа видов, относящихся к другим естественным местообитаниям (луговые, болотные, прибрежные и др.) [3]. Было выявлено различное соотношение данных укрупненных групп для исследованных городов (рис. 1).

Выявлено, что к лесным видам в Калуге относятся 52,7 % от всех обнаруженных видов, в Обнинске их доля выше — 60,7 %. Интродуценты имеют м еньший д олевой вес в Обнинске — 2,1 %, что в 3 раза меньше, чем в Калуге, где их доля составляет 6 %. В обоих городах сорные виды занимают одинаковую долю (15 %).

В период, характеризующийся аномально жаркими погодными условиями (август 2010 г.), было отмечено снижение количества лесных видов в г. Калуге и возрастание доли интродуцен-тов, сорных видов и видов, характерных для прочих местообитаний. В Обнинске процент участия лесных видов при аномально жарких погодных условиях не снизился, и даже немного возрос вследствие снижения участия видов прочих местообитаний. Это может свидетельствовать о более высокой устойчивости остаточных лесных фитоценозов Обнинска.

Прочие эколого-ценотические группы, наличие которых говорит об измененности или снижении запаса устойчивости лесных сообществ, в этот период, как и во все предыдущие периоды наблюдений, в Обнинске составляли меньшую долю, чем в Калуге.

Для флор городов средней полосы России характерно явление остепнения [4]. Установлено, что для флоры изученной территории Обнинска доля группы прочих видов, куда входят главным образом луговые и степные виды, во все периоды наблюдений м еньше, чем в Калуге. Как известно, олуговение и остепнение лесов сопровождаются снижением устойчивости экосистемы [5].

Во временной динамике также отмечается большая стабильность соотношения эколого-фи-тоценотических групп растений при разных климатических воздействиях в лесных сообществах Обнинска и большая измененность и синантро-пизация лесных сообществ Калуги (рис. 2).

В образовании живого напочвенного покрова лесных сообществ Обнинска принимают участие типичные лесные виды, причем лесной элемент

22,2

26,3

лесные

60,7 ^В  сорные

интродуценты

Калуга Обнинск

Рис. 1. Спектры эколого-фитоценотических групп растений лесных экосистем Калуги и Обнинска

достаточно разнообразный и представляет большую долю от общего числа видов по сравнению с лесными фитоценозами Калуги. Живой напочвенный покров первый подвергается механическим воздействиям, таким как вытаптывание. При этом из травянистого покрова исчезают многие, в первую очередь, лесные виды [6]. Поскольку травянистый ярус является наименее устойчивым компонентом экосистемы, из вышесказанного можно сделать предположение, что структура лесных фитоценозов Обнинска более устойчива при сходной рекреационной нагрузке с лесными сообществами Калуги.

Исходя из полученных данных видно, что традиционный подход к сохранению природных растительных сообществ в городе ведет к изменению их видового состава — происходит распространение не свойственных для данного типа сообщества видов, а также не свойственных для региона интродуцентов.

Эколого-биологическая структура лесных фитоценозов

Многообразие жизненных форм и соотношение их пропорций отражает характер адаптации растительности к условиям среды и взаимосвязь растительного сообщества с условиями экотопа [7].

В проведенном исследовании нами была применена классическая классификация жизненных форм растений по Серебрякову [8].

Доминирующей эколого-биологической группой растений в обоих городах являются многолетние травы. В Калуге их доля несколько выше (рис. 3).

Анализ травянистых фракций спектра жизненных форм показал существующую разницу в долях однолетних растений сравниваемых групп сообществ — доля однолетников в Обнинске более чем в два раза больше по сравнению с долей

70 60 50 40 30 20 10 0

Г -

п

. I . И-П.

70 60 50

август

2009 40

июнь

2010 30

август 20 2010

10 0

т

И

Лесные Сорные Интроду- Прочие Лесные Сорные Интроду- Прочие

центы центы

Калуга Обнинск

Рис. 2. Временная динамика соотношений эколого-центотических групп растений лесных экосистем Калуги и Обнинска

однолетников в Калуге. Представители данной группы растений являются менее устойчивыми к механическому воздействию, следовательно, обнинские фитоценозы, содержащие большее количество однолетних, обладают большей устойчивостью и более высокой способностью к восстановлению после вытаптывания при одинаковом уровне рекреационных нагрузок с городскими лесами Калуги. Этим объясняется и большее содержание в спектре жизненных форм растений Обнинска двулетних трав, содержание которых также почти в два раза выше, чем в сообществах Калуги. Меньшее долевое содержание древесных форм в спектре Обнинска объясняется большим видовым разнообразием его сообществ: в результате этого уменьшается доля древесных и кустарниковых форм, но в абсолютных значениях число их видов в Обнинске больше, чем в Калуге.

Существует точка зрения об унификации ур-банофлоры: спектры жизненных форм городской растительности в различных природно-зо-нальных условиях похожи [9]. Данное явление можно рассматривать как универсальный тип ан-

22,2

26,3

прочие

лесные

сорные

интродуценты

15,0 15,0

6,0  н 2,1 м

Калуга Обнинск

Рис. 3. Соотношения эколого-биологических групп растений лесных экосистем Калуги и Обнинска

тропогенного изменения флоры, для которого характерны общие признаки вне зависимости от действия климатических факторов, поскольку в формировании урбанофлор доминирующими факторами формирования растительности выступают локальные экологические и антропогенные факторы [10]. Для многих городских флор европейской ч асти России отмечается схожая картина в распределении растений по группам жизненных форм. Доминантами являются многолетние травы. Древесно-кустарниковые виды в совокупности занимают 15—20 % спектра, травы (однолетние и двулетние) около 30 %, доля кустарничков в спектре незначительна. Для Калуги и Обнинска в целом характерно похожее соотношение, что подтверждает изложенные выше факты. Отличие наблюдается лишь в соотношении многолетних — однолетних. Поскольку настоящее исследование не охватывает всю территорию данных городов и не учитывает растительность многих других типов биотопов, полученные результаты объясняются этим фактом. При полном обследовании территории этих городов, предположительно, будет получена подобная картина соотношений эколого-биологических спектров растений.

Эколого-фитоценотическая характеристика различий лесных сообществ городов Калуги и Обнинска

Из общего количества всех выявленных видов на исследованной территории двух городов почти половина встречается и в Калуге и в Обнинске (48,5 %). Исключив общие виды двух флористических списков лесных сообществ городов, мы выявили виды, показывающие различия в их флористическом составе (рис. 4). Эколого-флористи-ческие спектры различающихся видов показали, что в фитоценозах Калуги лесных видов значи-

19,2

вя ш

43,8  4,0

сорные виды  прочие .  лесные виды Iинтродуценты

однолетние

двулетние

О многолетние травы

I кустарничек

кустарник

I деревья

Рис. 4. Соотношения эколого-флористического состава флор Калуги и Обнинска, за исключением общих обнаруженных видов для изученных сообществ городов

Рис. 5. Соотношения эколого-биологических групп растений лесных сообществ Калуги и Обнинска, за исключением обнаруженных общих видов для изучаемых городов

тельно меньше, и, напротив, интродуценты составляют значительную часть всех видов. Большая часть видов, обнаруженных только в Обнинске, являются лесными видами, среди них лишь небольшая доля относится к интродуцентам.

Сравнение соотношения эколого-биологи-ческих групп указывает на присутствие в сообществах Обнинска большего количества однолетних и двулетних растений, в сравнении с Калугой (рис. 5).

Как было сказано выше, эта группа видов, наиболее подверженных исчезновению при рекреационном использовании территории, что может свидетельствовать о большей устойчивости лесных сообществ Обнинска при одинаковой рекреационной нагрузке с сообществами Калуги.

Анализ биоморфологической структуры лесных урбофитоценозов Калуги и Обнинска показал различия в соотношении жизненных форм, представленных на изученной территории. Исходя из того, что эколого-биологическая структура флоры отражает адаптацию растительности к ус-

ловиям среды, выявленные различия возможно свидетельствуют о большей измененности экологической структуры лесных фитоценозов Калуги по сравнению с фитоценозами Обнинска под влиянием факторов рекреации.

Заключение. Данное исследование выявило флористические и экологические особенности лесных урбофитоценозов Калуги и Обнинска, реализующих различные подходы к сохранению остаточных природных сообществ к городской среде. Определены различия в флористическом составе и структуре лесных фитоценозов, обусловленные сложившимися различиями в сохранении этих сообществ на городской территории. Исходя из этих данных, предполагается, что более высокие запасы устойчивости фитоценозов будут наблюдаться при стратегии сохранения естественных зеленых объектов, практикующейся в г. Обнинске. Лесные массивы, вошедшие в городскую территорию в состоянии естественной сукцессии, будут дольше сохранять устойчивость и способность к самоподдержанию.

Библиографический список

1. Потапова Е. В. Глобальные проблемы озеленения населенных пунктов / Е. В. Потапова // Технологии и оборудование садово-паркового и ландшафтного строительства. Сб. статей Всероссийской научно-практической конференции. - 2017. - С. 24-28.

2. Шадрин В. А. Состояние и антропогенная трансформация растительного покрова лесопарковой зоны (на примере парка Космонавтов г. Ижевска) / В. А. Шадрин, А. А. Русинова // Наука Удмуртии. — 2017. — № 4 (82). — С. 195—209.

3. Федорова Л. В. Классификация городских экотопов в связи с изучением синантропности (на примере города Орехово-Зуево) / Л. В. Федорова, Г. А. Купатадзе, Н. Г. Куранова, В. П. Викторов // Социально-экологические технологии. — 2017. — № 1. — С. 52—64.

4. Шадрин В. А. Особенности растительного покрова урбанизированной среды: флора / В. А. Шадрин // Наука Удмуртии. — 2018. — № 4 (86). — С. 106—115.

5. Шадрин В. А. Состояние лесных экосистем под влиянием рекреации (на примере города Ижевска) / В. А. Шадрин, А. В. Федчук // Молодежный научный вестник. — 2017. — № 12 (25). — С. 33—39.

6. Полякова Н. В. Сравнительный анализ изменения состояния урбофитоценозов пригородных лесов северо-западной окраины города Воронежа под воздействием рекреационных нагрузок / Н. В. Полякова // Модели и технологии природообустройства (региональный аспект). — 2016. — № 1 (2). — С. 87—91.

7. Сенатор С. А. Зависимость видового разнообразия урбанофлор от ряда факторов / С. А. Сенатор, Н. В. Костина, С. В. Саксонов // Вестник Удмуртского университета. — 2013. — Вып. 2 — С. 23—29.

8. Серебряков И. Г. Экологическая морфология растений. Жизненные формы покрытосеменных и хвойных растений / И. Г. Серебряков — М., 1962. — 378 с.

9. Димитриев Ю. О. Проблемы эколого-флористического мониторинга урбанизированных территорий / Ю. О. Димитриев, М. Ю. Куприянова // Успехи современного естествознания. — 2013. — № 7. — С. 161—163.

10. Тохтарь В. К. Исследование антропогенно-трансформированных флор с помощью дискриминантного анализа / В. К. Тохтарь // Промышленная ботаника. — 2012. — Т. 12. — С. 81—88.

ECOLOGICAL AND PHYTOCOENOTIC ANALYSIS OF THE VEGETATION OF FOREST ECOSYSTEMS IN THE CITIES OF KALUGA AND OBNINSK

A. A. Evseeva, Ph. D. (Biology), Associate Professor, Department of Botany, microbiology and ecology, Tsiolkovsky Kaluga State University, annahabarova@yandex.ru, Kaluga, Russia.

References

1. Potapova E. V. Tehnologii i oborudovanie sadovo-parkovogo i landshaftnogo stroitelstva Sb. statej Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Technologies and equipment of landscape gardening and landscape construction. Collection of articles of the All-Russian scientific-practical conference]. 2017. P. 24—28. [in Russian].

2. Shadrin V. A., RusinovaA. A. Sostoyanie i antropogennaya transformaciya rastitelnogo pokrova lesoparkovoj zony (na primere parka Kosmonavtov g. Izhevska). Nauka Udmurtii. [Science of Udmurtia] 2017. No. 4 (82). P. 195—209. [in Russian].

3. Fedorova L. V., Kupatadze G. A., Kuranova N. G., Viktorov V. P. Klassifiikaciya gorodskih ekotopov v svyazi s izucheniem sinantropnosti (na primere goroda Orehovo-Zuevo). Socialno-ekologicheskie tehnologii. [Socio-environmental technologies]. 2017. No. 1. P. 52—64. [in Russian].

4. Shadrin V. A. Osobennosti rastitelnogo pokrova urbanizirovannoj sredy: flora Nauka Udmurtii [Science of Udmurtia]. 2018. No. 4 (86). P. 106—115. [in Russian].

5. Shadrin V. A., Fedchuk A. V. Sostsoyanie lesnyh ekosistem pod vliyaniem rekreacii (na primere goroda Izhevska). Molodezhnyj nauchnyj vestnik. [Youth Scientific Herald]. 2017. No. 12 (25). P. 33—39. [in Russian].

6. Polyakova N. V. Sravnitelnyj analiz izmeneniya sostoyaniya urbofitocenozov prigorodnyh lesov severo-zapadnoj okrainy goroda Voronezha pod vozdejstviem rekreacionnyh nagruzok. Modeli i tehnologii prirodoobustrojstva (regionalnyj aspekt). [Models and technologies of environmental management (regional aspect)]. 2016. No. 1 (2). P. 87—91. [in Russian].

7. Senator S. A., Kostina N. V., Saksonov S. V. Zavisimost vidovogo raznoobraziya urbanoflor ot ryada faktorov. Vestnik Ud-murtskogo universiteta. [Bulletin of Udmurt University]. 2013. No. 2. P. 23—29. [in Russian].

8. Serebryakov I. G. Ekologicheskaya morfologiya rastenij. Zhiznennye formy pokrytosemennyh i hvojnyh rastenij [Ecological morphology of plants. Life forms of angiosperms and conifers]. Moscow, 1962. 378 p. [in Russian].

9. Dimitriev Yu. O., Kupriyanova M. Yu. Problemy ekologo-floristicheskogo monitoringa urbanizirovannyh territorij. Uspehi sovremennogo estestvoznaniya. [Achievements of modern science]. 2013. No. 7. P. 161—163. [in Russian].

10. Tokhtar V. K. Issledovanie antropogenno transformirovannyh flor s pomoshyu diskriminantnogo analiza. Promyshlennaya botanika. [Industrial Botany]. 2012. Vol. 12. P. 81—88. [in Russian].