Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы изучения растительного покрова урбанизированных территорий 7
Глава 2. История изучения флоры города Омска 18
Глава 3. Исторические условия развития города 28
Глава 4. Природные условия города Омска и его окрестностей 43
4.1. Рельеф и геологические особенности 43
4.2. Гидрологическая характеристика рек Иртыша и Оми 45
4.3. Климат 47
4.4. Почвы 50
4.5. Растительность 54
Глава 5. Конспект сосудистых растений города Омска 63
Глава 6. Анализ флоры сосудистых растений города Омска 140
6.1. Таксономический анализ 140
6.2. Экологический анализ 148
6.3. Биоморфологический анализ 151
6.4. Хорологический анализ 153
6.5. Эколого-географический анализ 157
6.6. Сравнительный анализ флоры г. Омска с другими урбанофлорами 164
Глава 7. Антропогенные изменения флоры города Омска 174
Глава 8. Редкие и исчезающие виды флоры города Омска и охрана растительного покрова 185
Выводы 196
Литература 199
- Рельеф и геологические особенности
- Гидрологическая характеристика рек Иртыша и Оми
- Таксономический анализ
- Биоморфологический анализ
Введение к работе
Актуальность темы.
Становление флоры и растительности городов происходит в условиях
разрушительной и созидательной деятельности людей. Главным
экологическим последствием воздействия человека на фитосферу стал процесс синантропизации. Создаваемые человеком новые субстраты и новые экотопы ранее не существовавшие в природе, активно заселяются аллохтонными видами, а автохтонные виды при этом вытесняются, эндемичные элементы заменяются космополитными, стенотопные -эвритопными. Происходит обеднение генофонда аборигенной флоры, что в свою очередь ведет к стиранию самобытных исторически обусловленных региональных черт растительного покрова. (Горчаковский, Пешкова, 1975; Горчаковский, 1979; Парфенов, 1985; Троценко, 1990; Бурда, 1991; Пяк, Мерзлякова, 2000; Терехина, 2000).
Антропогенное воздействие приводит к изменению нормальной структуры природных экосистем и нарушению взаимоотношений слагающих их компонентов. (Вынаев, Третьяков, 1979). С одной стороны, происходит процесс трансформации местной флоры в условиях урбанизированной среды, а с другой - формирования новой флоры в условиях антропогенных экотопов. В целом формируется качественно новая урбанизированная природно-антропогенная среда (Ильминских, 1989, Бурда 1991). Населенные пункты, где сочетаются разные экотопические зоны (техногенные экотопы, жилая застройка, искусственные фитоценозы и фрагменты естественной растительности), становятся центрами смешения видов и новыми очагами распространения. Здесь явно выражены 3 типа флор: аборигенная, интродуцированная и адвентивная (заносная). (Бурда, 1991; Горышина 1991; Миркин, Сахапов, 1990; Ильминских, Шмидт, 1994).
Создание благоприятной экологической атмосферы в городах весьма актуально в настоящее время. Немаловажную роль в этом процессе играет растительный покров. Знание особенностей функционирования антропогенных фитосистем в городах дает возможность прогнозировать последствия хозяйственной деятельности с целью создания оптимальной экологической атмосферы городов, поэтому инвентаризация и анализ флоры послужат основой для дальнейшего изучения экологии города (Бурда, 1991; Горышина 1991; Мерзлякова, 1997; Терехина, 2000; Григорьевская, 2000; Миркин и др., 2001;).
Омск является одним из старейших сибирских городов. Это крупный административный, научный, культурный и промышленный центр России. Несмотря на более чем столетнюю историю изучения флоры всей Омской области, территория областного центра в этом отношении слабо изучена. Наиболее полные сведения о флоре г. Омска и его окрестностей датируются еще 1884 годом.
Цель и задачи исследования.
В соответствии с темой целью настоящей работы было изучение, анализ и оценка современного состояния флоры сосудистых растений г. Омска.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи: инвентаризация, определение видового состава и составление конспекта флоры; проведение анализа таксономической, экологической, биоморфологической, хорологической, эколого-географической структуры флоры; анализ антропогенных изменений флоры; флористические исследования на охраняемых природных территориях города; выявление редких и исчезающих видов городской флоры.
Материалы и методы.
Полевые исследования проводились автором в течение 1998-2002 гг. традиционным маршрутным методом. В работе использованы материалы,
собранные автором (более 2500 листов). Учтены сборы сотрудников кафедры ботаники Омского государственного педагогического университета (ОмГПУ), гербарные образцы из коллекции Омского государственного историко-краеведческого музея (ОмГИКМ), материалы коллекций Гербария им. П. Н. Крылова Томского государственного университета (ТК). В работе применены методы флористического анализа (А. В. Куминова, 1960; А. И. Толмачев, 1962, 1974; Л. И. Малышев 1965; А. В. Положий, 1965; И. М. Красноборов, 1976). Для определения меры сходства между сравниваемыми урбанофлорами использовался кластерный анализ с применением компьютерной программы Biostat 1.1 (Пяк, Зверев, 1997)
Защищаемое положение.
Структура и видовой состав флоры г. Омска определяют ее как приуроченную к лесостепной зоне и значительно изменяющуюся под антропогенным воздействием.
Научная новизна.
Впервые составлен флористический список сосудистых растений г. Омска, включивший 689 видов из 355 родов и 84 семейств. Впервые приводятся 8 видов, которые ранее не были отмечены на территории Омской области: Gypsophila perfoliata, Halerpestes salsuginosa, Centaurea pseudomaculosa, Oenothera villosa, Rorippa sylvestris, Aconogonon divaricatum, Juncus ranarius. Из них Erigeron annuus - новый для Флоры Сибири. Впервые проведен анализ таксономической, экологической, биоморфологической, хорологической и эколого-географической структуры флоры. Выявлен и изучен адвентивный компонент флоры Омска. Оценено состояние растительного покрова охраняемых природных территорий города. Составлен список редких и исчезающих растений.
Практическая значимость.
Полученные сведения и собранный материал могут быть использованы для осуществления мониторинга и при разработке и проведении
природоохранительных мероприятий на исследуемой территории, составления регионального определителя и Красной книги, проведения учебных занятий на биологическом факультете в ОмГПУ, подготовки методических руководств по познанию природы родного края и экологическому образованию студентов, учителей и школьников города.
Апробация работы.
Материалы исследований докладывались на межрегиональных научно-практических конференциях: «Природа и природопользование на рубеже XXI века» (Омск, 1999), «Исследования молодых ботаников Сибири» (Новосибирск, 2001), «Природа, природопользование и природообустройство Омского Прииртышья» (Омск, 2001).
По теме диссертации опубликовано 11 работ.
Объем работы.
Диссертация изложена на 210 страницах машинописного текста и состоит из введения, 8 глав, выводов и списка литературы, который включает 143 наименования, в том числе 12 на иностранном языке. Работа содержит 12 рисунков и 18 таблиц.
Автор глубоко признателен своему научному руководителю, д. б. н., профессору А. С. Ревушкину за ценные указания и помощь при выполнении работы; за консультации и содействие заведующему кафедры ботаники Омского госпедуниверситета, д. б. н., профессору Б. Ф. Свириденко и преподавателям кафедры: Г. В. Самойловой, Р. Г. Зарипову, сотрудникам Гербария им. П. Н. Крылова: В. И. Курбатскому, М. В. Олоновой; преподавателям кафедры ботаники Томского государственного университета - А. Л. Эбелю, А. И. Пяку, А. А. Звереву, И. Е. Мерзляковой; за предоставленные материалы: преподавателю кафедры начального обучения Омского госпедуниверситета И. В. Бекишевой и сотруднице Омского историко-краеведческого музея С. Д. Авербух. Кроме того, за участие и поддержку сотруднице Гербария им. П. Н. Крылова Н. В. Курбатской.
Рельеф и геологические особенности
Омское Прииртышье - предельно ровная поверхность, ее однообразный рельеф слегка нарушается понижениями небольших плоских западин, приречных увалов, древних ложбин стока, грив. Абсолютные высоты колеблются от 69 м (пойма) до 124 м (водораздельное плато). Территория Омска расположена в пределах молодой платформы. В основании равнины на большой глубине находится фундамент, сложенный из древних допалеозойских, палеозойских и частично мезозойских сильно измененных осадочных горных пород и изверженных горных пород, смятых в сложные складки. На этом фундаменте залегает мощная толща более молодых мезо- и кайнозойских отложений (глин, песчаников и др.). Мощность покрова свыше 1000 м, во впадинах она может превышать 3000 м. Накоплению осадочных толщ способствовало и четвертичное оледенение, наблюдавшееся более 10 тыс. лет тому назад. Потоки талых ледниковых вод оставили значительную толщу водно-ледниковых отложений на территории области. Толща этих осадочных отложений, залегающих почти горизонтальными слоями, и обусловила равнинный характер поверхности (Костихина, 1970; Климат Омска, 1980).
В последние десятилетия геологические условия территории г. Омска в значительной степени определяются инженерно-хозяйственной деятельностью человека (Барац, 1974).
Рост города, увеличение плотности его застройки, а также степени благоустройства изменяют и геологические условия. В первую очередь развитие города влияет на формирование культурного слоя и распределение его на территории города. В городе ведутся значительные работы по созданию искусственных грунтов гидронамывом. Накопление этих грунтов приводит к изменениям естественного рельефа и возникновение новых форм микрорельефа. Как упоминалось выше, город расположен в долине Иртыша, в строении которой развиты две надпойменные террасы и пойма. В настоящее время, в черте города с трудом можно разделить надпойменные территории. Они постепенно переходят одна в другую и незаметно сливаются с водораздельной равниной. Склоны террас и аллювиально-озерные равнины значительно изменены в результате неоднократной застройки и перепланировки территории города. Изменение рельефа территории города происходит и в результате засыпки многих заболоченных участков оврагов и промоин. Наиболее сильно видоизменены участки пойменной террасы, которые в свое время были местом скопления свалочного материала, и куда в последствии для градостроительных работ производился гидронамыв песка. После намыва (мощность намывных грунтов от 2 м и более) поверхность террасы стала практически ровной и морфологически сливается с поверхностью I террасы. Изменению поверхности пойменной террасы способствовали и золоотвалы, которые были устроены в северной и южной частях города.
Застройка территории города сказывается и на гидрогеологических условиях. При возведении различных сооружений, асфальтировании территории происходит нарушение естественных условий аэрации. Следствием чего являются: повышение влажности, подъем уровня грунтовых вод и подтопление территорий. А повышение влажности грунтов естественно приводит к снижению их прочности. Кроме того, появление все большего количества многоэтажных зданий в современной застройке города приводит к повышению статической нагрузки на грунты. В результате чего происходит их уплотнение. А при длительных статических нагрузках от веса различных построек породы оснований изменяют некоторые физико-механические свойства (Барац, 1985).
Таким образом, современный рельеф города и его геологические особенности формировались в результате длительной геологической истории и при сильном воздействии антропогенных факторов.
Гидрологическая характеристика рек Иртыша и Оми
Протяженность главной реки Иртыш в пределах города составляет более 25 км. Река носит типичный равнинный характер. Срединный уклон около 0,034 %, средние скорости течения изменяются от 0,45 до 1,10 м/с. Здесь русло реки Иртыша слабоизвилистое, шириной 300-1000 м, с островами и многочисленными песчаными отмелями. Острова разделяют его на две, иногда на три параллельные широкие, но не длинные протоки. На Иртыше в черте города и его окрестностях расположены многочисленные острова. Годовой ход уровня р. Иртыш характеризуется весенне-летним половодьем и сравнительно медленным понижением уровня во второй половине лета и осенью.
Река Омь - правый приток Иртыша, берет начало на юго-восточной окраине Васюганской равнины. Русло Оми извилистое, неразветвленное, хорошо выражено, вода бурого цвета и, несмотря на медленное течение, не замерзает до глубокой осени. На отдельных участках она зарастает водной растительностью. Ширина русла может колебаться от 50до 100 м, средняя глубина 1,0-2,7 м. Уровни воды Оми у Омска находятся в подпоре от Иртыша, и поэтому ход ее уровня полностью отражает ход уровня воды Иртыша (Климат Омска, 1980).
Как было указано выше, территория города имеет геоморфологию речной долины: пойму, первую надпойменную террасу и вторую, постепенно переходящую в водораздел.
Долина Иртыша в районе города имеет направление северо-западное, ширину до 6 км. На северной окраине города Прииртышское поднятие сужает долину, и река, обходя его, делает здесь крутой поворот на северо-восток. Правый берег Иртыша террасирован, высота его местами достигает 20 м над урезом воды, левый берег пологий (Берников, 1963; Костихина, 1970).
Пойма Иртыша в черте города выражена слабо, на правобережье проявляется в основном в южной части города - самой низкой, на левобережье прослеживается непрерывной полосой шириной до 1 км, пойма имеет озерные котловины, которые являются старицами Иртыша. Для микрорельефа поймы характерно чередование невысоких очень пологих повышений и широких понижений сухих или заболоченных равнинных участков.
Большая часть города расположена на первой надлуговой террасе правобережья, незаметно пологим склоном переходящей ко второй. Высоты нарастают к востоку и северо-востоку, здесь проходит вторая надпойменная терраса и начало приводораздельной зоны. Долина Оми разделяет ее в районе города надвое, причем северная часть более высокая (абсолютная высота 110 м), а к югу от Оми терраса имеет несколько пониженных мест (Берников, 1963).
На левобережье Иртыша переход от первой террасы ко второй и к равнине с абсолютной высотой, не превышающей 100 м, происходит постепенно. Также, в систему гидросети входят многочисленные речушки, озера, протоки. Среди них озеро "Соленое" и система озер "Птичья Гавань" имеют статус охраняемой природной территории (Кожухарь, 1997; Губарев и др., 1999; Стицев, 1999, 2001).
Таксономический анализ
Всего во флоре г. Омска отмечено 689 видов высших сосудистых растений, которые относятся к 355 родам и 84 семействам. Из них местных видов - 544 (79, 0 %), адвентивных -145 (21,0 %).
Исходя из полученных нами данных и сведений И. В. Бекишевой (1999) по Омской области, согласно которым на этой территории выявлено 1104 вида высших сосудистых растений, флора областного центра составляет 62,4 % от флоры области в целом.
Участие высших споровых и голосеменных во флоре района исследования довольно незначительно. Высшие споровые представлены 4 семействами (4,8 %) и 4 родами (1,1 %), а голосеменные всего 1 семейством (1,2 %) и 1 родом (0,3 %). Лидируют покрытосеменные - 79 семейств (94,0 %) и 350 родов (98,6 %). Виды между отделами распределяются следующим образом: Equisetophyta (5 видов, 0,7 %) и Polypodiophyta (3 вида, 0,4 %) в сумме имеют 1,1 % от всего видового состава, Pinophyta (1 вид) - 0,1 % от общего числа видов, a Magnoliophyta - 680 видов или 98,7 % от всей флоры. В том числе на долю Magnoliopsida приходится 534 вида (77,5 %), а на долю Liliopsida 146 видов (21,2 %). Таким образом, последний отдел и по числу видов занимает ведущее положение. Данное соотношение систематических групп (лидерство Magnoliophyta) в основном соответствует характеру умеренных флор Голарктики.
Число видов в семействах варьирует от одного до 90. Зарегистрировано 27 одновидовых семейств (32,1 % от общего числа семейств) и 47 семейств представленных одним родом (55,6 %). В число семейств содержащих в своем составе только 1 вид входят: Botrychiaceae, Hypolepidaceae, Thelypteridaceae, Pinaceae, Fagaceae, Zannichelliaceae, Butomaceae, Araceae, Commelinaceae, Amaranthaceae, Portulacaceae, Ceratophyllaceae,
Papaveraceae, Fumariaceae, Aceraceae, Balsaminaceae, Rhamnaceae, Elatinaceae, Hippuridaceae, Limoniaceae, Hydrophyllaceae, Lentibidariaceae, Valerianaceae, Cucurbitaceae, Parnassiaceae, Hypericaceae, Frankeniaceae.
Во флоре областного центра выявлено 15 наиболее богатых в видовом отношении семейств (с числом видов - 12 и более), к которым принадлежат 250 родов (70,4 %) и 509 видов (73,9 %) (табл. 2).
Десять ведущих семейств содержат 426 видов, что составляет 61,8 % от общего числа видов флоры и 200 родов, что составляет 56,3 % от общего числа родов флоры. Соотношение этих семейств (по видовому богатству) наглядно демонстрирует диаграмма, которая представлена на рис. 6.
Наиболее многовидовыми семействами являются Asteraceae, Роасеае, Fabaceae, Brassicaceae, которые включают 244 вида (35,4 %), т. е. 1/3 часть от всей флоры. Но при этом, все-таки подчеркнуто преобладающее положение в семейственном спектре имеют Asteraceae и Роасеае.
По полученному набору ведущих семейств исследуемая флора сходна с флорами Бореальной области. Порядок следования этих семейств подтверждает положение г. Омска в лесостепной зоне и в основном соответствует данным для Западно-Сибирской флористической провинции (Малышев, 1972; Тахтаджян, 1978).
Что касается числа родов в семействах, то более чем из 10 родов состоят лишь 11 семейств. К ним относятся: Asteraceae (47 родов), Роасеае (32), Brassicaceae (27), Apiaceae (19), Lamiaceae (18), Rosaceae (16), Caryophyllaceae (15), Fabaceae (14), Boraginaceae (14), Ranuncidaceae (13), Chenopodiaceae (11). В сумме эти семейства содержат 226 родов (63,7 % от общего числа родов). Из этого следует, что многовидовые семейства, в большей степени, являются и многородовыми.
Родовой спектр, отраженный в табл. 3, показывает 17 родов, которые являются ведущими по числу видов (6 и больше). Наиболее разнообразными по видовому составу являются Сагех (24), Artemisia (18), Potentilla (12), Chenopodium (11), Salix, Vicia, Ranunculus (no 9), Astragalus, Plantago, Atriplex (по 8), Trifolium, Viola, Potamogeton, Rumex, Poa, Veronica (no 7), Lathyrus, (6). Вместе они охватывают почти УА часть (23,8 %) от общего числа видов.
Главенствующее положение Сагех (3,5 %) и нахождение в первой десятке Salix (1,3 %) подчеркивает голарктические и бореальные черты флоры. Передовые позиции Artemisia (2,6 %), Potentilla (1,7 %), Chenopodium (1,6 %), Astragalus (1,2 %), которые большей частью представлены мезоксерофитами и ксерофитами, связано с местонахождением областного центра в южной подзоне лесостепной зоны (близ границы лесостепной и степной природных зон), для которой характерен семиаридный климат. Значительное участие Сагех (3,5 %), Ranunculus (1,3 %), Potamogeton (1,0 %), Rumex (1,0 %), которые состоят в основном из мезогигрофитов, гигрофитов и гидрофитов, связано с развитой гидросетью на городской территории.
Биоморфологический анализ
Для биоморфологического анализа флоры г. Омска, основанного на определении соотношения жизненных форм, использовалась классификация предложенная в 1905 г. К. Раункиером, которым были выделены 5 крупных категорий жизненных форм (биологические типы) по одному критерию -положению (по отношению к поверхности почвы) и способу защиты почек возобновления в неблагоприятных условиях (зимой, в засушливый период).
Соотношение биоморф в составе всей флоры, которое отражено в таблице 6, показывает абсолютное лидерство гемикриптофитов - 339 видов или 49,2 % от всей флоры, а также значительное участие терофитов - 164 вида (23,8 %). Помимо этого, немалую долю составляют криптофиты (19,3 %), в их числе геофиты представлены 90 видами (13,1 %), а гидрофиты 43 видами (6,2 %). Невелико число фанерофитов - 38 видов (5,5 %) и хамефитов -15 видов (2,2%).
Довольно незначительное число фанерофитов, которые являются самыми неприспособленными к переживанию неблагоприятных условий, немалое число криптофитов и абсолютное преобладание гемикриптофитов во флоре обусловлено типом климата района изучения, для которого свойственна более или менее холодная и снежная зима. Количественное превосходство гемикриптофитов над другими биологическими типами указывает на связь флоры города Омска с флорой умеренной климатической зоны.
Большая часть терофитов - это сорные растений. И заметный процент участия этой группы в составе флоры объясняется длительным и интенсивным хозяйственным воздействием на растительный покров изучаемой территории.
Адвентивные виды во флоре г. Омска представлены следующими жизненными формами: фанерофиты - 7 видов (4,8 % от общего числа адвентов), гемикриптофиты - 38 видов (26,2 %), геофиты - 4 вида (2,8 %), гидрофиты - 1 вид (0,7 %), терофиты - 95 видов (65,5 %).
При отделении адвентов от всей флоры (таблица 6) несмотря на некоторое уменьшение численности, прежнее главенствующее положение сохраняют гемикриптофиты - 301 вид (55,3 %). Несколько снижаются числовые показатели у фанерофитов и криптофитов. Особо обращают на себя внимание терофиты, в составе которых отмечено резкое уменьшение числа видов, более чем в 2 раза. Доля их участия после указанных выше изменений - 69 видов (12,7 %). Они даже перемещаются на третье место, заметно уступив в численности криптофитам. Таким образом, основу аборигенной флоры также составляют гемикриптофиты. А доля участие однолетников в составе всей флоры сильно повышается за счет адвентивных видов.
Для определения путей миграции растений на изучаемую территорию, что в свою очередь способствует формированию представлений об истории данной флоры и ее связях с другими флорами, был проведен хорологический анализ. В основе его лежит выявление географических элементов (типов ареала) и учет значимости хорологических групп.
При определении географических групп видов флоры г. Омска использовались принципы, которые изложены в работах А. И. Толмачева (1962, 1974), А. В. Куминовой (1960), А. В. Положий (1965). Сведения об ареалах видов были взяты из следующих флористических работ: "Флора СССР" (1934-1964), "Флора Западной Сибири" (Крылов, 1927-1939; Сергиевская, 1961-1964), "Флора европейской части СССР" (1974-1979); "Флора Сибири" (1987-1997).
Виды флоры г. Омска распределены по следующим географическим группам: 1. Космополитная - образована видами, которые широко распространены как в северном, так и южном полушариях {Equisetum arvense, Typha angiistifolia, Capsella bursa-pastoris и др.); 2. Голарктическая - составлена видами, широко распространенными в северном полушарии (Европе, Азия, Северная Америка) (Triglochin maritimum, Carex rostrata, Humulus lupulus и др.); 154 3. Европейская группа включает подгруппы: 3.1. Собственно европейская - объединяет виды, распространенные на территории всей Европы (Erigeron annuus, Quercus robur, Ulmus laevis и др.);
3. 2. Восточноевропейская - содержит вид, распространенный на территории восточной Европы (Centaureapseudomaculosa); 4. Евразийская группа включает подгруппы: 4. 1. Собственно евразийская - включает виды, ареал которых охватывает территории Европы и Азии (Artemisia nitrosa, Kadenia dubia, Potentilla argentea и др.); 4. 2. Евросибирская - ее виды характерны для Европы и всей Сибири (Campanula wolgensis, Gypsophila altissima, Filipendula vulgaris и др.); 4. 3. Еврозападносибирская - содержит вид, ареал которого охватывает Европу и Западную Сибирь (Salix myrsinifolia); 5. Азиатская группа включает подгруппы: 5. 1. Собственно азиатская - объединяет виды, широко распространенные в пределах Азии (Knorringia sibirica, Kochia densiflora, Halerpestes salsuginosa и др.); 5. 2. Восточноазиатская - к ней относятся виды, ареал которых расположен в Приморье, Японии, Манчжурии, на Корейском полуострове (Aconogonon divaricatum, Carex rugulosa); 5. 3. Туранско-восточноазиатская - содержит вид, ареал которого охватывает Туранскую низменность и Восточную Азию (Scirpus ehrenbergii); 5.4. Централъноазиатская - включает вид, распространенный в южной Сибири и Центральной Азии (Carex duriuscula); 5. 5. Западносибирская - содержит вид, ареал которого лежит исключительно в Западной Сибири (Silene sibirica);
