Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности урбоэкосистем (обзор литературы) 12
1.1. Особенности урбоэкосистем (климат, почвы, растительность и др.) 14
1.1.1. Экологические факторы климатической группы 14
1.1.2. Экологические факторы эдафической группы 17
1.1.3. Орографическая группа экологических факторов 22
1.1.4. Зональность урбанизированной среды 22
1.1.5. Системный характер города 23
1.1.6. Почвенные микроорганизмы городов 24
1.1.7. Городская растительность 24
1.1.8. Животный мир городов 26
1.2. Изученность почвенных цианобактериально-водорослевых ценозов 28
городов и их окрестностей
1.3. Флористический подход при изучении сообществ водорослей и 38
цианобактерий
Глава 2. Материалы и методы 47
2.1. Основные биотопы населенных мест 47
2.2. Характеристика объектов исследования 50
2.3. Методы исследования водорослей и цианобактерий
2.3.1. Отбор проб 63
2.3.2. Культивирование и микроскопирование 64
2.3.3. Описание цианобактериально-водорослевых ценозов (ЦВЦ) 66
2.4. Подход Браун-Бланке 68
Глава 3. Анализ состава цианобактериально-водорослевых ценозов почв населенных мест и зональных экосистем их окрестностей Южно Уральского региона (ЮУР)
3.1. Общие сведения о почвенных водорослях и цианобактериях урбанизированных территорий ЮУР
3.2. Состав ЦВЦ рекреационных зон (зональные участки окрестностей 76
населенных мест, парки, лесопарки, скверы)
3.2.1.Состав ЦВЦ зональных участков окрестностей населенных мест 79
3.2.2. Состав ЦВЦ лесопарков, парков и скверов 98
3.2.2.1. Состав ЦВЦ парков и лесопарков лесной зоны 99
3.2.2.2. Состав ЦВЦ парков и лесопарков лесостепной зоны 106
3.2.2.3. Состав ЦВЦ парков и скверов степной зоны 119
3.3. Состав ЦВЦ селитебных зон (дворы домов, территории школ и детских садов, пустыри)
3.4. Состав ЦВЦ транспортных зон 139
3.4.1. Состав ЦВЦ придорожных газонов и обочин автомобильных дорог 139
3.4.2. Состав ЦВЦ трамвайных и железнодорожных насыпей 167
3.5. Состав ЦВЦ промышленных зон 173
3.5.1. Состав ЦВЦ местообитаний, загрязненных твердыми бытовыми отходами (ТБО)
3.5.1.1. Состав ЦВЦ контейнерных площадок для сбора ТБО 177
3.5.1.2. Состав ЦВЦ полигона ТБО г. Уфа (Новые Черкассы)
3.5.2. Состав ЦВЦ отвалов вскрышных пород 184
3.5.3. Состав ЦВЦ промышленных территорий 192
3.6. Общая характеристика ЦВЦ урбанизированных территорий ЮУР 205
Глава 4. Синтаксономический анализ ЦВЦ урбанизированных территорий Южно-Уральского региона
4.1. Класс Bracteacocco minoris-Hantzschietea amphioxyos Khaibullina et al. 215 2005
4.2. Порядок Eustigmatetalia magni Khaibullina et al. 2005 217
4.2.1. Союз Chlamydomonado ellipticae-Desmotetrion stigmaticae Sukhanova et Ishbirdin 1997
4.2.2. Союз Naviculo nivalis-Phormidion dimorphi Sukhanova et Ishbirdin 1997
Глава 5. Закономерности формирования ЦВЦ в почвах урбанизированных территорий и их диагностическая роль в биомониторинге состояния городских экосистем
5.1. Сукцессии ЦВЦ в процессе развития населенного пункта 226
5.1.1. Формирование ЦВЦ в условиях лесной зоны Башкирского Предуралья (лес-деревня-средний город)
5.1.2. Формирование ЦВЦ в условиях лесостепной зоны Башкирского Предуралья (лес-деревня-поселок-средний город-крупный город)
5.2. Сезонная динамика почвенных фототрофов в городских экосистемах 234
5.3. Вертикальное распределение водорослей и цианобактерий в городских почвах
5.4. Зональные особенности формирования ЦВЦ городских экосистем 245
5.5. Приуроченность почвенных ЦВЦ к основным типам местообитаний 248
5.6. Изменение характеристик ЦВЦ в процессе антропогенной 251
трансформации почв
5.7. Использование водорослей и цианобактерий в целях биомониторинга состояния городских экосистем
Выводы 274
Список литературы
- Экологические факторы эдафической группы
- Методы исследования водорослей и цианобактерий
- Состав ЦВЦ парков и лесопарков лесной зоны
- Формирование ЦВЦ в условиях лесной зоны Башкирского Предуралья (лес-деревня-средний город)
Введение к работе
Актуальность проблемы
Для современного общества процесс урбанизации является неотъемлемой
чертой. Актуальность изучения, охраны и улучшения городской среды связана
с высокими темпами развития процесса урбанизации, территориальным
расширением урбанизированного пространства, продолжающимся ростом
людности городов, дальнейшим усложнением их функциональной структуры,
возрастанием производственного и инфраструктурного потенциалов,
сосредоточенных в городах. В мире ежегодно происходит увеличение доли городского населения и городов (Владимиров, 1999; Стольберг, 2000; Николайкин и др., 2000; Денисов и др., 2008). Процесс урбанизации сопровождается уменьшением площади естественных экосистем и повышением уровня загрязнения окружающей среды (Денисов и др., 2008). Крупные города и населенные пункты оказывают влияние на состояние всех компонентов биоты (Курбатова и др., 2004). Получение точных знаний о жизненном пространстве, в котором с каждым годом живет и работает все больше людей, – одна из первоочередных задач биологии и экологии. Эти данные необходимы для наблюдения за окружающей средой и оценки стабильности городских экосистем. Для оценки происходящих структурно-функциональных изменений почв урбанизированных территорий необходимо проведение мониторинга с использованием наиболее показательных групп живых организмов. В качестве таких организмов могут выступать водоросли и цианобактерии почв (Голлербах, Штина, 1969; Штина, Голлербах, 1976; Гайсина и др., 2008; Хайбуллина и др., 2011).
При уменьшении площади высшей растительности под влиянием промышленного освоения территорий возрастает роль водорослей и цианобактерий почв как составной части автотрофного блока экосистемы (Кабиров, 1991). Развиваясь на поверхности и в толще почвы, водоросли и цианобактерии оказывают влияние на ее физико-химические свойства. Они синтезируют и выделяют в окружающую среду разнообразные вещества, улучшают водный режим и аэрацию почвы, препятствуют ее эрозии.
В последние годы интерес к изучению микроскопических водорослей и
цианобактерий городских почв значительно вырос. Изучалось видовое
разнообразие водорослей и цианобактерий почв городов и их окрестностей
Российской Федерации: Уфы (Суханова, 1996; Сугачкова, 2000; Шарипова,
Дубовик, 2004), Ижевска (Аксенова, 2010), Новосибирска (Артамонова, 2002),
Красноярска (Трухницкая, 2005; Трухницкая и др., 2008), Кирова (Кондакова,
2012; Ефремова, 2014), Стерлитамака (Шкундина и др., 2011), Ишимбая
(Кузяхметов, Кузнецова, 2004) и др., ближнего зарубежья: Кишинева (Ciubuc,
2005), Гомеля (Бачура, 2013), Киева (Костiков и др., 2001) и др. Водоросли и
цианобактекрии рассматривались как биоиндикаторы санитарно-
гигиенического состояния почв (Москвич, 1972; 1973), как тест-организмы при оценке фитотоксичности почвенного и снежного покрова, а также
атмосферного воздуха городов (Кабиров и др., 1997; Кабиров и др., 2000; Домрачева, 2005; Суханова, Едренкин, 2006).
Цель настоящей работы
Выявление и анализ видового и синтаксономического разнообразия водорослей и цианобактерий почв урбанизированных территорий ЮжноУральского региона, изучение распределения почвенных фототрофов в разных типах городских биотопов и их фитоиндикационной роли в биомониторинге населенных мест.
Задачи исследования:
-
Выявление видового разнообразия водорослей и цианобактерий почв урбанизированных территорий лесной, лесостепной, степной зон ЮжноУральского региона (ЮУР). Сравнительный таксономический и эколого-флористический анализ ценозов водорослей и цианобактерий почв нарушенных урбанизацией по широтному и долготному градиенту природно-климатических условий городов на территории ЮУР.
-
Синтаксономический анализ сообществ водорослей и цианобактерий почв урбанизированных территорий. Выделение валидных синтаксонов, составление продромуса водорослей и цианобактерий урбанизированных территорий и зональных экосистем окрестностей населенных мест ЮУР.
-
Выявление закономерностей формирования цианобактериально-водорослевых ценозов (ЦВЦ) в городских экосистемах с разным типом загрязнения и хозяйственного использования, разработка схемы трансформации ЦВЦ урбанизированных территорий.
4. Исследование сукцессионных процессов ЦВЦ, протекающих в почве
территорий, подверженных урбанизации.
5. Изучение особенностей вертикального распределения водорослей и
цианобактерий почв в условиях города Уфы.
6. Выявление видов микроскопических водорослей и цианобактерий и их
сообществ, индицирующих различные экологические условия (увлажнение,
засоление, уплотнение почвы в результате вытаптывания и др.) в целях
биомониторинга состояния городских экосистем.
Научная новизна
Впервые проведен обобщенный комплексный анализ состава ЦВЦ почв урбанизированных территорий ЮУР, включающий населенные пункты разных природно-климатических зон, отличающихся уровнем урбанизации и промышленным потенциалом. Использование флористических критериев подхода Браун-Бланке позволило установить закономерности изменения характеристик ЦВЦ в процессе антропогенной эволюции почв в городах. Построена схема трансформации ЦВЦ под воздействием урбанизации.
Альго-цианобактериальный анализ состояния почв городов,
различающихся по широтному и долготному градиенту природно-климатических условий ЮУР показал, что процесс урбанизации приводит к унификации таксономической структуры ЦВЦ.
Впервые проведенный анализ приуроченности синтаксонов ЦВЦ к городским местообитаниям показал, что наибольшее синтаксономическое разнообразие ЦВЦ характерно для газонов и обочин автомобильных дорог.
Защищаемые положения
1. Адаптированы методы изучения сообществ водорослей и
цианобактерий почв к флористической классификации с использованием
подхода Браун-Бланке для построения классификации ЦВЦ урбанизированных
территорий. Выделенные синтаксоны урбанизированных территорий ЮУР
относятся к классу Bracteacocco minor-Hantzschietea amphioxys. ЦВЦ
урбанизированных территорий лесостепной зоны принадлежат к 1 порядку, 2
союзам, 4 ассоциациям.
-
Сходство таксономической структуры ЦВЦ почв городов лесной, лесостепной и степной природно-климатических зон при сохранении их зональных черт в масштабах ЮУР происходит за счет нивелирования почвенных и климатических условий в городах. В почве городов лесной и лесостепной зоны, по сравнению с зональными почвами, возрастает разнообразие и роль цианобактерий, в степной зоне – зеленых и диатомовых водорослей. ЦВЦ конкретных городских населенных пунктов отличаются значительным синтаксономическим разнообразием, отражающем роль отдельных таксонов водорослей и цианобактерий и их сообществ в функционировании городских биотопов.
-
Схема трансформации ЦВЦ под воздействием урбанизации для установления роли водорослей и цианобактерий почв и их сообществ при биомониторинге состояния городских экосистем. Чувствительным критерием для оценки антропогенного воздействия на городские экосистемы является показатель среднего значения числа видов на пробу.
Практическая значимость работы
Материалы исследования предназначены для использования при
составлении кадастра водорослей и цианобактерий почв ЮУР. Результаты
работы содержат экспериментальные данные, которые востребованы в качестве
одного из показателей состояния окружающей среды, при проведении
экологического мониторинга урбанизированных территорий ЮУР. Комплексы
диагностических таксонов ассоциации Phormidio tenues-Desmococcetum olevacei
индицируют уплотнение почвы в результате рекреационной и пастбищной
нагрузки. Биоиндикаторами урбаноземов (сухих, пылеватых,
минерализованных субстратов, с долей песка или щебня не менее 10%) являются диагностические таксоны ассоциации Naviculo muticae-Hantzschietum amphioxyos, антропогенных биотопов с достаточным уровнем увлажнения почвы – ассоциация Naviculetum muticae.
Полученные данные расширяют представление об экологии отдельных видов наземных водорослей и цианобактерий и перспективах их использования для рекультивации техногенно-нарушенных территорий.
Основные результаты работы включены в лекционные и специальные курсы баклавриата по дисциплинам «Ботаника», «Экология»; магистратуры для курсов по выбору «Почвенная альгология», «Экология водорослей»,
«Синтаксономия цианобактериально-водорослевых ценозов почв»
биологических специальностей Башкирского государственного
педагогического университета им. М.Акмуллы.
Личный вклад автора в работу. Диссертационная работа представляет результат альгологических и микробиологических исследований, выполненных в период с 1992 по 2015 гг. Автором проведены полевые работы на природных, урбанизированных и техногенных территориях, а также лабораторные исследования, включающие обработку более 700 почвенных проб. Автором работы сформулированы цели и задачи исследования, выполнен анализ состава ЦВЦ, обработка и интерпретация экспериментальных данных, сформулированы выводы. Исследования, осуществленные в соавторстве, отражены в совместных публикациях.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и
обсуждались на: заседании альгологической секции Российского ботанического
общества, посвященном памяти профессора М.М. Голлербаха (Санкт-
Петербург, 1994), Съезде Русского ботанического общества «Проблемы
ботаники на рубеже ХХ-ХХ1 веков» (Санкт-Петербург, 1998), Международной
конференции «Микология и криптогамная ботаника в России: традиции и
современность» (Санкт-Петербург, 2000), Всероссийской научной конференции
«Флористические и геоботанические исследования в Европейской России»
(Саратов, 2000), Международной научной конференции «Биоразнообразие и
биоресурсы Урала и сопредельных территорий» (Оренбург, 2001),
Всероссийской научно-практической конференции «Альгологические
исследования: современное состояние и перспективы на будущее» (Уфа, 2006),
30th International Conference of the Polish Phycological Society "The past, present,
future of phycological research. Its signification for man and environment protection"
(Wroclaw-Pawlowice, Poland, 2011), Всероссийской научной конференции
«ЭкоБиотех» (Уфа, 2011), 1st International Biological conference: Biodiversity &
Nature Conservation in the Middle & Central Asia (Ostrava, Czech Republic,
2012), XIII Международной научной конференции альгологов "Диатомовые
водоросли: современное состояние и перспективы исследований" (Борок, 2013),
XIII Съезде Русского ботанического общества и конференции «Научные
основы охраны и рационального природопользования растительного покрова
Волжского бассейна» (Тольятти, 2013), Международной конференции
«Актуальные проблемы современной альгологии» (Киев, 1999, 2012; Кишинев,
2014), III Международной научной конференции «Водоросли: проблемы
таксономии, экологии и использование в мониторинге» (Борок, 2014),
Международной конференции «Проблемы систематики и географии водных
растений» (Борок, 2015). Апробация работы проводилась на базе кафедры
биологии растений, селекции и семеноводства, микробиологии ФГБОУ ВО
Вятской ГСХА (г. Киров) в рамках Международной научно-практической
конференции, посвященной 105-летию со дня рождения профессора
Э.А. Штиной «Водоросли и цианобактерии в природных и
сельскохозяйственных экосистемах», которая состоялась 21 октября 2015 г.
Связь диссертационной работы с плановыми исследованиями и научными программами. Исследования были выполнены при поддержке грантов Академии Наук Республики Башкортостан (2011 г.), Темплана БГПУ им. М. Акмуллы 2011 г. (договор №5.47.47.2011 от 24.11.2011 г. «Исследование устойчивости популяций почвенных водорослей к экологическим факторам» АВЦП Минобрнауки России).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 59 научных работ, в том числе 1 коллективная монография, 15 статей в журналах, рекомендованных ВАК МОН РФ для защиты докторских диссертаций, 6 статей в зарубежных журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 399 источников, из них 78 на иностранных языках. Работа изложена на 326 страницах, содержит 84 таблицы, 41 рисунок, 3 карты. Приложение включает список выявленных видов, 4 характеризующие таблицы выделенных синтаксонов, основные характеристики ассоциаций, фотографии видов водорослей и цианобактерий, имеющих высокую встречаемость в почве населенных мест.
Экологические факторы эдафической группы
Первые сведения о почвенных водорослях появились в ХVIII веке (о наземных водорослях сообщали еще в ХVII веке (Кондратьева и др., 1991). Формирование почвенной альгологии как отрасли науки, входящей, с одной стороны, в состав ботаники, с другой – в состав почвенной биологии, как раздела почвоведения, произошло только в начале прошлого столетия (Голлербах, Штина, 1969) и получило интенсивное развитие во многих странах.
В настоящее время почвенные водоросли изучаются по многим направлениям: 1. флористико-систематическом, занимающемся выяснением состава водорослей в почвах и изучением отдельных систематических групп; 2. эколого-ценологическом, изучающем группировки водорослей в их взаимодействии с экологическими факторами; 3. физиологическом; 4. педобиологическом, рассматривающем роль водорослей в почвообразовании; 5. сельскохозяйственном, связанном с изучением водорослей пахотных почв и с попытками их практического использования, 6. биотехнологическом и др. Проводя общий микробиологический анализ городских почв Днепропетровска, Л.М.Горовиц-Власова (1927) обнаружила 7 видов водорослей. Работа Горовиц-Власовой оказалась первой публикацией, касающейся почвенных водорослей населенных мест. В 1928 году вышла статья А.А.Рихтера и К.И.Орловой “Опыт учета флоры водорослей в почвах г. Саратова” (1928), где они рассмотрели вопрос количественного учета водорослей в почвах, а систематический состав их был учтен только до рода. В этом же году Н.А.Сологуб и А.А.Толстых (1928) выпустили очерк растительности и почв городских земель г. Петропавловска Акмолинской губернии, затрагивая и почвенные водоросли. Никто из вышеперечисленных исследователей не продолжил заниматься поднятой темой.
Флора почвенных водорослей изучалась также в окрестностях населенных мест. Так, в окрестностях городов Тихвина, Луги, Слуцка (Ленинградской обл.) с помощью водных культур было обнаружено 50 видов Cyanophyta (ныне Cyanobacteria) и 58 видов Chlorophyta (диатомеи не учитывались). Из сине-зеленых преобладали: Nostoc punctiforme, N. punctiforme f. populorum, N. muscorum (=Desmonostoc muscorum), Anabaena oscillarioides, Cylindrospermum licheniforme, Phormidium foveolarum (=Leptolyngbya foveolara), Ph. tenue (=Leptolyngbya tenuis), Ph. tenuissimum (=Leptolyngbya vorochiniana), Lyngbya martensiana, Microcoleus vaginatus, Plectonema boryanum (=Leptolyngbya boryana) (Голлербах, 1936).
Е.Я.Андросова (1964) в березовых и осиновых лесах окрестностей г. Новосибирска обнаружила, соответственно, 15 и 12 видов водорослей, из них 7 и 4 вида принадлежали сине-зеленым водорослям. В березовом лесу наиболее часто встречались некоторые представители пор. Nostocales (Nostoc punctiforme f. populorum, N. linckia) и пор. Oscillatoriales (=Phormidium uncinatum, Ph. autumnale (=Microcoleus autumnalis), Ph. corium). В почве осинового леса нитчатые формы сине-зеленых водорослей обнаружены не были.
При изучении возможности использования водорослей для индикации санитарно-гигиенического состояния почв (Москвич, 1972, 1973), довольно подробно исследована альгофлора г. Луганска (Ворошиловограда). В городских почвах было обнаружено 128 видов и форм почвенных водорослей. Из них 45 видов – сине-зеленых, 42 – зеленых, 32 – диатомовых, 6 – желто-зеленых, 2 – эвгленовых и 1 – красных. Тогда как в целинных почвах (степных) выявлено 64 вида: 8 – сине-зеленых, 20 – зеленых, 11 – диатомовых, 25 – желто-зеленых. В почвах г. Луганска доминирующим являлся порядок Chlorococcales (который в настоящее время объединен с порядком Chlamydomonadales).
Отбор проб в г. Луганске проводился в парках, дворах домов, школ, детских садов, магазинов, гостиниц, на центральном рынке, в местах, сильно загрязненных хозяйственно-бытовыми отбросами. По отношению к степени загрязнения почвы органическими веществами были выделены группы видов: полисапробные, сапробные и олигосапробные водоросли, а также группы видов эвритопных (Phormidium autumnale (=Microcoleus autumnalis), Ph. foveolarum (=Leptolyngbya foveolara), Chlorococcum humicola (=Chlorococcum infusionum), Chlorella terricola (=Chlorella vulgaris), Hantzschia amphioxys, Nitzschia palea), стенотопных (Oscillatoria tenuis, Os. limosa, Muriella magna F.E.Fritsch & R.P.John, Hypnomonas schizochlamys (=Chlorococcum schizochlamys), Pinnularia borealis и др.) и редко встречающихся (Porphyridium cruentum (S.F.Gray) Ngeli (=Porphyridium purpureum (Bory de Saint-Vincent) K.M.Drew & R.Ross.), Fernandinella alpina, Calothrix elenkinii, Phormidium woronichinii (=Leptolyngbya woronichinii), Diatomella balfouriana Greville).
На основании проведенных исследований Н.П. Москвич (1972) был сделан вывод, что характерной чертой группировок водорослей населенных мест является богатство видового состава, обилие сине-зеленых, зеленых и диатомовых водорослей и незначительное количество желто-зеленых. Численность клеток водорослей в некоторые периоды может достигать 2 миллионов на 1 г почвы. В сильно загрязненных почвах происходит изменение видового состава, соотношения отдельных систематических групп, значительные сезонные изменения. “Цветение” почвы, вызванное почвенными водорослями может быть использовано как экспресс-метод проведения санитарно-альгологического исследования.
При изучении почвенных водорослей техногенных ландшафтов Р.Р. Кабиров большое внимание уделил городским биотопам. Он изучал группировки почвенных водорослей на однотипно загрязненных участках: газонах автомобильных дорог, парках и скверах, свалках и полигонах твердых бытовых отходов и других. На неполивных газонах г. Ишимбая (Башкортостан) по числу видов преобладали зеленые и сине-зеленые водоросли, в городских парках и лесопарках больше половины видового разнообразия приходилось на зеленые водоросли (Кабиров, 1986). На газонах города Уфы большая часть водорослей относилась к Ch жизненной форме, в лесопарковой зоне больше было видов, относящихся к Х, Н и В формам (Ханисламова, Кабиров, 1987).
Методы исследования водорослей и цианобактерий
На территории города действует ОАО «Белорецкий металлургический комбинат» (БМК), который входит в группу предприятий «Мечел» и является одним из крупнейших предприятий России по производству метизной продукции. Кроме ОАО БМК к наиболее значимым промышленным предприятиям города относятся ЗАО «Белорецкий завод рессор и пружин», ООО «Дельта плюс» – производство готовых металлоизделий, ООО «Производственная компания «СТИН» – производство строительного оборудования и инструмента для строительной отрасли (краскопульты, пневмомолотки, бетоносмесители), ООО «Белорецкий электромеханический завод «Максимум» – производство люминесцентных светильников и садово-огородного металлического инвентаря. г. Ишимбай – административный центр Ишимбайского района Республики Башкортостан. Расположен в 160 км от города Уфы. Ишимбай основан в 1815 году как деревня Ишимбаево, с 1940 года получил статус – город республиканского подчинения.
Ишимбай – современный город с разветвлнной инфраструктурой, один из крупных индустриальных и социально-культурных центров юга Башкирии. Наряду со Стерлитамаков и Салаватом входит в Южно-Башкортостанскую полицентрическую агломерацию.
Численность населения Ишимбая составляет 66 тыс. человек (2012 года), площадь – 103,47 км. Климат умеренно-континентальный, достаточно влажный, лето тплое, зима умеренно холодная и продолжительная с устойчивым снежным покровом. Средняя температура января -12,5C, средняя минимальная -16,6C; средняя температура июля +20,1C, средняя максимальная +26,4C. Среднегодовая температура воздуха +3,31C. Среднемесячное количество осадков – 1,87 мм/день. Относительная влажность воздуха – 67,63 %. Средняя скорость ветра – 4,44 м/с, ветер преимущественно с запада. Для города Ишимбая характерна проблема загрязнения воздушного и водного бассейнов. Основными загрязнителями воздушного бассейна города являются: диоксид азота, сероводород, пыль, оксид азота, оксид углерода, аммиак, диоксид серы. Площадка расположения Ишимбая характеризуется неблагоприятными метеорологическими условиями (4 климатическая зона, 50 % дней в году – штилевые явления, 75 % дней в году – температурные инверсии приземного слоя атмосферы), что способствует накоплению выбросов загрязняющих веществ в воздушном бассейне города. При определнных метеорологических условиях на атмосферу города Ишимбая оказывают воздействия и техногенные выбросы промышленных комплексов городов Салавата и Стерлитамака.
На территории Ишимбая находятся предприятия машиностроительной и нефтеперерабатывающей промышленности: ОАО «Машиностроительная компания «Витязь» (Ишимбайский завод транспортного машиностроения), ОАО «Ишимбайский машиностроительный завод», ООО «Идель Нефтемаш» (Ишимбайский завод нефтепромыслового оборудования), ООО «Ишимбайский специализированный химический завод катализаторов», ООО «Агидель-нефтепродуктсервис» (Ишимбайский нефтеперерабатывающий завод) и др. г. Кумертау – находится в 250 км к югу от Уфы. Основан в 1947 году, статус города приобрел в 1953 г. Население составляет более 61 тыс. чел. (2014 г.). Градообразующим предприятием является Кумертауское авиационное производственное предприятие, известное производством гражданских и военных самолетов КБ имени Камова. В окрестностях города (близ деревни Канчура) функционирует Канчуринско-Мусинский комплекс подземного хранения газа. г. Сибай Сибай – город республиканского значения. Расположен на юге Башкирского Зауралья, у подножья отрогов хребта Ирендык, в 464 км от Уфы и 95 км от Магнитогорска. Город был заложен в связи с начатыми в середине 30-х годов разведкой и освоением Сибайского медноцинковоколчеданного месторождения. С 1938 года – рабочий поселок, с 1955 г. – город. Население в 1995 г. составило – 53,7 тыс. человек, в 2002 г. – 60,144 человек. Сибай – промышленный и учебно-культурный центр юга Башкирского Зауралья. В настоящее время в городе функционируют около 20 промышленных предприятий, наиболее крупный из которых: Башкирский медно-серный комбинат («Сибай», 1995) в 2004 году на его базе создан Сибайский филиал ОАО «Учалинский ГОК».
Климат континентальный. Лето умеренно теплое, иногда жаркое и сухое, а зима холодная. Проникновению влажного атлантического воздуха препятствуют горы. Нередкие северо-западные, южные и юго-восточные ветры несут сухие воздушные массы и пыльные бури. Годовая разница температур превышает 80 градусов: абсолютный минимум зимой составляет минус 470С, а абсолютный максимум летом плюс 390С. Количество теплых дней (свыше 100С) в году достигает 140-160. Сумма активных температур 1800-20000С. Количество осадков 320-400мм, из них летом выпадает около 200 мм. Мощность снежного покрова 30-40 см. Повторность засух 20-30%. Эти места принято считать зоной недостаточного увлажнения. Преобладающим направлением ветра на территории города и в окрестностях является северо-западное и южное, причем, южное направление ветра доминирует в зимнее время («Сибай», 1995).
Город Сибай расположен на обыкновенных черноземах, приуроченных к умерено засушливым, настоящим степям. Преобладающими почвообразующими породами для них служат делювиальные отложения. Средняя мощность гумусового горизонта 30 см. Отличительными чертами этих почв является большая плотность, сильно связанное сложение профиля и недостаточная водопрочность структуры (Почвы Башкортостана, 1995).
Состав ЦВЦ парков и лесопарков лесной зоны
Общее понятие рекреационной нагрузки заключается в непосредственном влиянии отдыхающих людей (туризм, отдых, сбор даров леса, спортивная охота, рыболовство и др.), их транспортных средств, строительства дачных и временных жилищ и других сооружений на природные комплексы или рекреационные объекты (живописные места, памятники архитектуры и др.).
Наиболее чувствителен к рекреационной нагрузке почвенный и растительный покров. Основные нарушения, отражающиеся на почвенно-растительном комплексе и почвенной фауне, связаны с вытаптыванием. Оно проявляется в виде прямого механического повреждения растений и верхнего горизонта почв и в виде косвенного влияния – через ухудшение физических и химических свойств почвы. Инженерные исследования показали, что стоящий человек давит на поверхность с силой 200 г/см2 , а гуляющий – до 47 кг/см2 (Чижова, 1977). Отрицательные последствия вытаптывания для почвенного покрова прослеживаются на протяжении 7 последовательных стадий (Чижова, 1977): I – истирание опада и органического материала, уменьшение глубины гумусового слоя; II- уменьшение количества органики в почве; III – увеличение плотности и уменьшение пористости почвы; IV, V и VI – уменьшение проницаемости почв, особенно с тонкими илистыми фракциями, уменьшение инфильтрационной способности, увеличение поверхностного стока; VII – увеличение эрозии почв, развитие плоскостной эрозии и смыва.
Визуально рекреационная дигрессия почв видна на последней эрозионной стадии изменения, когда травяной покров частично разрушен и пятна рекреационного сбоя обнажены. В местах повышенной сухости связи между почвенными частицами нарушаются и образуются свободные перемещающиеся пески. При чрезмерном увлажнении уплотнение верхних горизонтов ведт к заболачиванию.
Уплотнение в результате вытаптывания затрагивает преимущественно верхний слой почвы (10-15 см), но его влияние сказывается на водообеспеченности и содержании питательных веществ на всм профиле (Оборин, 2010). На участках с высокой рекреационной нагрузкой уплотнение почвенных горизонтов прослеживается до глубины 50 см, увеличивается объемный вес почвы и ее твердость, возрастает непродуктивный расход влаги на физическое испарение (Пешко, 1979). По данным некоторых авторов (Голубинская, Спиридонов, 1979) уплотнение почвы отрицательно влияет на образование и активность микоризы. Происходит постепенное уменьшение запасов подстилки, а затем полное ее исчезновение – это одно из узловых событий в общей цепи изменений биогеоценоза, подвергающегося рекреационному воздействию. Важнейшим показателем, определяющим экологическое состояние территории и степень влияния на нее антропогенных факторов (в частности, рекреационного), является уплотнение почвы. Кроме того, существует еще ряд факторов, которые влияют на плотность почвы. 1. Увлажненность территории. Чем выше влажность почвы, тем меньше ее плотность. Уплотненность почвы резко увеличивается даже при малой антропогенной нагрузке, поскольку сухая почва сама по себе плотная, а при рекреационном воздействии она еще более уплотняется. 2. Влияние растительности (задернованности). Особенно около леса и на очень заросших травостоем местах плотность верхнего горизонта почти всегда будет высокой из-за корнеобитаемого слоя растений, но она меньше подвержена воздействию от вытаптывания, так как пластичность почвы увеличивается при сильной задернованности. 3. Сельскохозяйственное использование. Выпас скота способствует уплотнению любого типа почв. Сенокошение иногда оказывает положительное влияние. Например, если сенокосные угодия располагаются на крайне переувлажненных почвах, то водно-воздушный режим почв улучшается. На сухую почву сенокошение оказывает обратный эффект. 4. Освоенность территории. Антропогенная нагрузка (застройка территории, вырубка леса, рекреационное воздействие) всегда в той или иной степени увеличивает плотность почвы. 5. Развитие дорожно-тропиночной сети. При бездорожной рекреации плотность почвы увеличивается не только на дороге, но и на расстоянии до 10 м от нее. Дорожная рекреация минимизирует уплотнение почвы, что позитивно сказывается на функционировании прилегающих лесных сообществ.
При приближении к дорогам (до 3-6 м) плотность увеличивается. Высокие и максимальные значения плотности почвы имеют весьма задернованные территории, суходольные луга, используемые под сенокос, грунтовые дороги и территории шоссе, а также места стоянок рекреантов. Здесь плотность колеблется от 1,0 до 1,88 г/см3. Плотность лесных почв также изменяется незначительно и составляет в среднем 0,9-1,24 г/см3 (Оборин, 2010).
В научной литературе есть ряд работ, касающихся влияния рекреационной нагрузки на плотность лесных почв (Оборин, 2007). В этих исследованиях считается, что наиболее благоприятной для большинства видов растений хвойных лесов является объемная масса верхнего 10-сантиметрового слоя супесчаной среднеподзолистой почвы, равная 0,90-1,25 г/см3. При плотности 1,35-1,45 г/см3 лесные и лесолуговые виды исчезают, а сорные начинают интенсивно внедряться. Следовательно, значение плотности почвы 1,45 г/см3 является границей устойчивости лесных биогеоценозов к рекреационному воздействию (Оборин, 2007).
Сегодня в связи с урбанизацией зеленым зонам, находящимся в окрестностях населенных пунктов уделяется большое внимание. Антропогенная нагрузка на такие территории достаточно велика. С одной стороны, близость промышленных центров с загрязнением атмосферного воздуха, водной среды и почвы влечет за собой нарушение естественных биопроцессов в природе. С другой стороны, непосредственное присутствие жителей в окрестностях населенных мест также наносит ощутимый вред.
ЦВЦ почв зональных участков окрестностей населенных мест нами были выбраны в качестве контрольных, характерных для естественных биогеоценозов, которые в последствие были преобразованы в урбанизированные. Однако данные местообитания также испытывают достаточно большое рекреационное воздействие. Рекреационное воздействие на естественные биоценозы проявляется в механическом повреждении растений, ожогах почвы от костров, распугивании животных, птиц. Уплотняется почва, спрессовывается подстилка, гибнут всходы. Обломанные ветки, зарубки на стволах способствует поражению деревьев болезнями и вредителями. При массовом наплыве людей процессы восстановления отстают от процессов разрушения, ресурсы сушняка исчерпываются, лес редеет, исчезает подрост деревьев. В результате вытаптывания повреждаются корни и корневища растений, исчезают многие типичные для естественных фитоценозов растения, вместо них появляются сорняки, мирящиеся с уплотнением почвы и вытаптыванием. Следующим фактором, влияющим на состояние почвы, является постоянное наличие мусора.
В почве зональных участков окрестностей населенных мест ЮУР обнаружено 216 видов и внутривидовых таксонов микроскипических фототрофов. Из них 52 вида (24% от общего числа видов) цианобактерий, 104 (48%) зеленых водорослей, 5 (2%) стрептофитовых, 32 охрофитовых (из них 30 видов (14%) желто-зеленых, 2 (1%) эустигматовых), 22 вида (10%) диатомовых, и 1 вид (1%) эвгленовых (табл. 7, рис. 2).
Формирование ЦВЦ в условиях лесной зоны Башкирского Предуралья (лес-деревня-средний город)
В почве Городского центрального парка культуры и отдыха (ГЦП) г. Нефтекамск (Южное Предуралье) было обнаружено 66 видов. При этом на тропинке в посадке Populus nigra L. видов водорослей было немного больше, чем под деревьями вне тропинок (51 и 48, соответственно). Среднее число видов на пробу на тропинках составляло 21 вид (этот показатель варьировал от 7 до 33), тогда как под деревьями – 18 (от 13 до 23). На тропинках снижалась доля охрофитовых водорослей, но возрастало значение зеленых, диатомовых водорослей и цианобактерий. Наибольшую встречаемость (80-100%) вне тропинок имели такие виды, как Leptolyngbya foveolara, Botrydiopsis eriensis, Characiopsis saccata, Eustigmatos magnus, Nitzschia palea var. palea, Adlafia minuscula var. muralis, N. pelliculosa, Pleurastrum terricola, Characium acuminatum. На тропинках чаще всего встречались Leptolyngbya foveolara, Characiopsis saccata, Nitzschia palea var. palea, N. palea var. debilis, Fistulifera pelliculosa, Pleurastrum terricola, Chlorococcum infusionum.
По видовому составу наибольшим сходством (коэффициент Серенсена-Чекановского равен 0,67) характеризовались пробы почвы, взятые с тропинок в посадках городского центрального парка и контейнерных площадок для сбора ТБО на территории города (табл. 19).
В почве парков лесной зоны Южного Урала (гг. Аша, Белорецк) выявлено 60 видов водорослей и цианобактерий, из них 8 цианобактерий, 34 зеленых водорослей, 1 стрептофитовых, 10 охрофитовых, 7 диатомовых. Группа наиболее часто встречающихся видов (встречаемость 80-100%) включала: Nostoc punctiforme, Bracteacoccus minor, Desmotetra stigmatica, Lobosphaera incisa, Botrydiopsis eriensis, Hantzschia amphioxys, Fistulifera pelliculosa, Luticola mutica, L. ventricosa. Число видов в пробах варьировало от 12 до 32 (в среднем 24), суммарное обилие видов на стеклах обрастания изменялось в пределах от 68 до 155 (в среднем 119). 52 вида водорослей и цианобактерий выявлено в почве парков и лесопарков г. Екатеринбург (Средний Урал). Флора водорослей и цианобактерий изучалась на участках с разной степенью нарушенности почвенно-растительного покрова, где преобладали Pinus sylvestris, Betula pendula. В пробах почвы сосняка преобладали зеленые водоросли сем. Chlamydomonadaceae, тогда как цианобактерии и диатомовые водоросли отсутствовали полностью. В пробах почвы, взятых в посадке Betula pendula, а также на тропинках в хвойных посадках большую роль в структуре ЦВЗ играли цианобактерии. Встречаемость видов в пробах не превышала 67%, поэтому не выделилась группа со встречаемостью 80-100%.
В 70-е годы прошлого века установлено (цит. по Артамонова, 2010), что в почвах лесных массивов Новосибирского Академгородка активная вегетация фотосинтетиков приурочена к подстилке и поверхности почв с синтезом биомассы до 6,7 г/м2. «Оголение» почв (освобождение от высших растений) сопровождается усилением динамичности запасов биомассы с участием высокопродуктивных ассоциаций азатофиксирующих ностоковых цианобактерий и крупных подвижных форм липидосодержащих диатомовых водорослей, привносящих в почву до 202,9 г/м2 внутрипанцирной биомассы (с учетом веса створок около 630 г/м2). При этом самозаселение почвенной поверхности осуществляется видами из ближайшего окружения, в составе которого присутствуют редкие виды цианобактерий и диатомовых водорослей.
В начале 90-х годов, в почвах тех же лесных массивов со слабой выраженностью тропиночной сети, первичные продуценты сохранили исходные черты видовой структуры, доминирование альго-цианобактериального комплекса с суммарной биомассой 124 мг/100 г почвы (Артамонова, 2002). Однако в местах выраженной вытоптанности растительности: на тропах и тропинках, сезонных полевых дорогах, увеличилась в десятки раз численность водорослей и в тысячи возросла протяженность трихомов цианобактерий (Артамонова, 2010).
В парках г. Кирова (зона таежных лесов) обнаружен 101 вид и разновидность почвенных водорослей (Ефремова, 2014), в том числе Cyanobacteria – 33 вида и разновидности (33%), Bacillariophyta – 10 видов и разновидностей (10%), Xanthophyta – 13 видов (13%), Eustigmatophyta – 4 вида (4%), Chlorophyta – 41 вид и разновидность (40%). Доминирующее положение в альгогруппировках занимали представители отделов Cyanobacteria и Chlorophyta, вместе их доля составила 73%. Комплекс доминирующих видов разнообразен и включает Leptolyngbya foveolarum, Microcoleus vaginatus, Phormidium autumnale, Ph. boryanum, Ph. formosum, Nostoc punctiforme, Cylindrospermum licheniforme, C. michailovskoense, Hantzschia amphioxys, Chlamydomonas gloeogama, Bracteacoccus minor, Chlorella vulgaris.
Состав ЦВЦ парков и лесопарков лесостепной зоны 247 видов, включая формы и вариации микроскопических водорослей и цианобактерий, выявлено в почве парков и лесопарков лесостепной зоны Южного Предуралья (табл. 15). Наибольшее число видов принадлежало зеленым водорослям 113 видов (46% от общего числа). Почти вдвое меньше было цианей, их насчитывалось 62 вида (25%), еще меньше – диатомовых 35 видов (14%) и охрофитовых 33 вида (13%) (из них желто-зеленых 29 видов (11%), эустигматовых 4 вида (2% от общего числа)), незначительное участие в сложении биоразнообразия микроскопических фототрофов играли представители отдела стрептофитовые (4 вида и 2% от общего числа) (табл. 20, рис. 5). Из соотношения числа видов в отделе к общему их числу в ЦВЦ, видно, что в парках и лесопарках лесостепной зоны заметно возросла доля цианобактерий, а охрофитовых водорослей, наоборот, уменьшилась, по сравнению с альго-цианобактериальными комплексами парков лесной зоны.