Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 10
1.1. История изучения городских флор 10
1.2. Особенности флоры городов 13
1.3. Флора антропогенно нарушенных биотопов 22
ГЛАВА 2. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ Г.АСТРАХАНИ 28
2.1. Общая физико-географическая характеристика 28
2.2. Тектоника, геология 32
2.3. Геоморфология 33
2.4. Гидрография, гидрология 39
2.5. Климат 41
2.6. Почвы 43
2.7. Краткая характеристика растительности 45
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 47
3.1. Методы сбора и анализа флористических данных 51
3.2. Анализ флоры 56
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ФЛОРЫ Г. АСТРАХАНИ ЕГО ОКРЕСТНОСТЕЙ
4.1. Таксономический анализ 67
4.2. Эколого-биологический анализ 72
4.3. Эколого-фитоценотический анализ 80
4.4. Анализ флоры по отношению к условиям увлажнения 83
4.5. Ботанико-географический анализ 86
4.6. Анализ адвентивного элемента флоры 91
4.7. Фитосозологический анализ 94
ГЛАВА 5. ДИНАМИКА ФЛОРЫ ГОРОДА АСТРАХАНИ И ЕГО ОКРЕСТНОСТЕЙ ЗА ПОСЛЕДНИЕ 100 ЛЕТ 99
ГЛАВА 6. ОХРАНА И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ В Г. АСТРАХАНИ 114
6.1. Экологическая оценка и современное состояние растительных сообществ 114
6.2. Рекомендации по менеджменту природного парка 119
6.3. Таксономический анализ флоры о. Городской 121
6.4. Биоморфологический анализ 124
6.5. Интродукция редких и исчезающих видов растений 125
6.6. Менеджмент-план для природного парка-резервата «Дельта» 126
6.7. Перспективные древесные интродуценты городской среды..132
ВЫВОДЫ 136
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ 140
ПРИЛОЖЕНИЯ
- История изучения городских флор
- Общая физико-географическая характеристика
- Методы сбора и анализа флористических данных
Введение к работе
Актуальность исследования
Всестороннее познание конкретных флор приобретает все большее значение в связи с реализацией решения проблемы изучения антропогенной трансформации и сохранения биологического разнообразия организмов (Горчаковский, 1979). Упрощение флористического состава ведет к сокращению потенциальных возможностей эволюции (Камелин, 1978). Изучение этих тенденций является предпосылкой создания научной основы рационального использования растительных ресурсов и организации охраны редких и исчезающих видов растений, а также для решения многих важных хозяйственных задач и реконструкции растительного покрова. Между тем для сохранения здоровья человека и созданного им общества возникает кардинальная необходимость поддерживать в безопасности и стабильности экосистемы разного иерархического уровня (Хмелёв, 1999). Определяя некоторые перспективные направления развития флористических наук в XXI веке, Б.А. Юрцев (2000) отмечал, что неизбежно еще большее внимание исследователей будут привлекать формирование флор антропогенных экотопов и ландшафтов.
Необходимо отметить, что крайний Юго-Восток Европейской России -территории Астраханской, Волгоградской областей - представляет собой один из самых интересных и малоисследованных во флористическом отношении регионов России (Сагалаев, 2003).
Наиболее интенсивное влияние человеческой деятельности на окружающую среду проявляется в городах. Особенно актуальны исследования флоры городов, где темпы разрушения флоры и фитоценозов вследствие урбанизации заметно превышают скорость накопления знаний об этих процессах (Седельников и др., 1992; Седельников, 1997).
Городская флора (урбанофлора) представляет собой совокупность популяций видов растений, распространенных в пределах городской черты и зеленой зоны (Ильминских, 1982, 1993; Бурда, 1991). Формирование флоры -
частный случай процесса трансформации растительного покрова под влиянием антропогенных факторов. Генезис флоры, с одной стороны, связан с процессом преобразования аборигенной флоры, а с другой - формирование нового, собственно городского компонента флоры в условиях вторичных антропогенных экотопов городской застройки.
Вопросам изучения городской флоры и её трансформации посвящен ряд работ (Алексеев, Губанов, 1980; Чичев, 1981; Иванова и др., 1976; Ишбирдина, Ишбирдин, 1993; Хмелёв, Березуцкий, 1995; Антипина и др., 1996; Кравченко и др., 1998 и др.).
Города являются экосистемами, в которых концентрируется большая часть населения планеты. Высокая концентрация населения в городах определяет возникновение сложных экологических проблем. Особую актуальность эта проблема приобретает в современный период, когда ускоренными темпами развивается техногенный процесс, идет резкое сокращение природных экосистем, происходит полное уничтожение растительности на больших площадях. В дальнейшем в связи с ростом населения и в результате интенсивной эксплуатации территории и быстрого прогресса технологий, можно ожидать деградацию растительности.
Устойчивость и надежность экосистемы «город» обеспечивается законами «необходимого разнообразия» и «оптимальности», что предполагает необходимое разнообразие и единообразие городской среды. Устойчивость предполагает способность системы самовостанавливаться и саморегулироваться (Лихачева, Тимофеев, 2004). Растительности отводится значительное место в общем механизме функционирования урбосреды.
Существует сложная задача оптимизации город-растение-человек. Растительность является индикатором состояния качества городской среды и, следовательно, и здоровья человека. Анализ ее состояния, управления процессами, основанные на экологических принципах, является фактором изменения экологической ситуации в городах. От состояния растительности в первую очередь зависит способность природы противостоять антропогенным
загрязнениям химическому, физическому, биологическому. Растительность является индикатором антропогенных нагрузок на городскую экосистему. Изучение современного состояния растительности городов и разработка путей ее оптимизации является наиболее актуальным разделом современной экологии городов.
Составление полного списка видов для территории города Астрахани -важнейшая задача, которая позволяет осуществить один из вариантов биомониторинга, наблюдение за состоянием биологического разнообразия растений, так как они являются важнейшим санитарно-гигиеническим, градостроительным и эстетическим компонентом ландшафтной архитектуры города. Повторные наблюдения позволят выявить тенденции изменения флоры под влиянием естественных и антропогенных факторов. Зеленые насаждения города необходимо рассматривать как неотъемлемую часть аборигенных экосистем, их продолжение и важный стабилизирующий элемент экологической обстановки.
Особый интерес представляет изучение и анализ синантропизации флоры, что даст возможность выявить основные направления антропогенной эволюции растительности (Пилипенко, Сальников, 2002).
Антропохорный компонент флоры г. Астрахани, прежде всего, делится на два компонента: адвентивный - не намеренно распространяемый человеком, и интродуцированный или культивируемый - намеренно распространяемый человеком.
В настоящее время адвентизация растительности приобрела глобальный характер (Миркин, Наумова, 2001). На основе полного списка растений г. Астрахани, перспективным является рассмотрение процесса пополнения флоры адвентивными видами, что позволит изучить интенсивность трансформации растительности человеком. Изучение адвентивных видов также важно с точки зрения истории флоры. Динамика одних видов может иметь флуктуационный характер, а другие виды могут внедряться в естественные фитоценозы, например, Cyclachaena xanthiifolia, или становятся почти повсеместными,
например, такие придорожные виды как Sisymbrium altissimum, Xanthium strumarium.
Важное значение, для решения таких практических задач, как использование полезных сорных растений и улучшение экологических условий окружающей среды, является всесторонний анализ рудеральной растительности. Всесторонний анализ флоры г. Астрахани покажет пути оптимизации спонтанной растительности.
Цель и задачи исследования
Цель работы - изучение современного состояния и тенденций антропогенной трансформации флоры г. Астрахани.
В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:
Инвентаризация и анализ современной флоры сосудистых растений территории города Астрахани;
Сопоставление исторической и современной флор за 120-летний период на основе таксономического, хорологического, биологического и экологического анализов;
Изучение и анализ синантропизации флоры, что позволит выявить основные направления антропогенной эволюции растительности;
Выявление основных тенденций изменения флоры на основе флористических списков XIX-XXI веков под влиянием естественных и антропогенных факторов;
Выявление редких и исчезающих видов растений г. Астрахани;
Разработка мероприятий по оптимизации и охране флоры (растительности).
Научная новизна
Впервые проведено детальное изучение флоры сосудистых растений г. Астрахани. Составлен конспект современной флоры. Проведен анализ
таксономической, биоморфологической, эколого-фитоценотической, ботанико-географической, фитосозологической структуры современной флоры. Выявлены изменения флоры на основе флористических списков XIX-XXI веков под воздействием экологических факторов. Установлено 8 флороценотипов и 53 флороценоэлемента. В адвентивном компоненте флоры выявлено 158 адвентивных видов. На территории областного центра отмечено произрастание 29 редких и нуждающихся в охране растений.
Практическая значимость работы
Полученные результаты могут быть использованы в практической деятельности природоохранных, проектных и градостроительных организаций г. Астрахани. Конспект современной урбанофлоры может быть использован для разработки критериев построения экологических ядер и коридоров экологической сети урбанизированных территорий. Обосновать оптимальные режимы использования флоры и растительности и разработать на этой основе научную систему охраны растительного покрова; например, краткосрочные национальные и местные программы по охране растительных сообществ; при составлении кадастра городских земель, региональных флористических сводок. Материалы исследования могут быть использованы при подготовке теоретических и практических курсов по специальностям «Биология», «Экология», а также при проведении полевых практик в Астраханском государственном университете.
Данные по карантинным видам растений могут быть использованы государственной инспекцией по карантину растений РФ.
Разработано экологическое обоснование организации природного парка-резервата «Дельта» на территории г. Астрахани. В целях озеленения г. Астрахани предложены перспективные древесные интродуценты (36 видов) городской среды.
Апробация работы
Материалы исследования докладывались на ежегодных научных конференциях преподавателей Астраханского государственного университета (Астрахань, 2004-2006 г.г.); на заседаниях кафедры ботаники Астраханского государственного университета (2004-2007 гг.); Всероссийской научной конференции «Эколого-биологические проблемы Волжского региона и Северного Прикаспия» (Астрахань, 2004-2006 гг.); III Международной научной конференции «Проблемы сохранения и рационального использования биоразнообразия Прикаспия и сопредельных регионов» (Элиста, 2005 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Объём и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (302 наименований), четырех приложений. Объём работы 221 страниц, из них основного текста - 139 страницы, в том числе 6 рисунков и 20 таблиц.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю, к.б.н., доценту Сальникову А.Л., сотрудникам кафедры ботаники АГУ, коллективу гербария при Ботаническом институте им. В.А. Комарова РАН (г. Санкт-Петербург), к.б.н. Сухорукову А. (МГУ). Зав. каф. ботаники, д.б.н., проф. Пилипенко В.Н. за всестороннюю поддержку.
История изучения городских флор
В современном мире стремительно идет процесс урбанизации, города становятся существенной частью ландшафтов земного шара. Изучение флоры городов имеет большое значение для воссоздания полной картины современного филогенеза и синантропизации, открывает возможности повышения роли растительности в улучшении экологической обстановки. Флора городов в последние годы становится объектом пристального внимания ботаников, так как большая часть людей на планете проживает в городах.
Исследование растительного покрова урбанизированных территорий имеет за рубежом давние традиции (Третьяков, 1990; Пяк, Мерзлякова, 2000). В большинстве крупных городов Европы растительный покров хорошо изучен (Naegeli, Thelluhg, 1905; Kren, 1951; Sukopp, 1978; Trzcinskaacik, 1978, 1979; Janssen, Brandes, 1984; Rossi, Lippolis 1984; Brandes, 1984,1987; Klotz, 1987,1988; Otte, Ludwig, 1987; Pignatti, Pignatti 1990; Hobohm, 1996; Hobohm, Hardtle, 1997; Brandes etc., 1998 и т.д.). В Чехословакии работы по флоре и растительности крупных городов проводятся с 60-х годов XX века (Гейны и др., 1987). Для Праги (Plocek, 1972), Варшавы (Sudnik-Wojcikowska, 1988), Братиславы, Будапешта, Дели, Лондона составлены полные флористические списки (Терехина, 2000).
В отечественной науке было заметно отставание в этой области флористики и фитоценологии. До 1980 г. городская флора находилась вне сферы интересов ботаников (Шереметьева, 1989), в связи с чем на территории нашей страны она была изучена слабо (Il minskich, Klotz, 1986; Ильминских, 1993а). Большинство известных нам работ относится к двум последним десятилетиям XX века (Сахапов, 1988; Борисова, 1993). Одним из исключений является флора г. Казани, изучение которой проводится на базе Казанского университета почти 200 лет (Экология урбанизированных территорий, 1987). Другая крайность - города Ростовской области, сведения о флоре которых отсутствовали почти до конца XX века Вахненко (2000) и Астраханской области (Пилипенко, Сальников, 2003).
В последние годы все чаще проводятся параллельные исследования по флоре и растительности городов (Ишбирдина, 1992). Хотя также ведутся работы по изучению исключительно флоры городов.
Часто объектом исследования являлась только адвентивный компонент флора города (Чичёв, 1981; Небайкин, 1989), иногда - флора окрестностей города (Кавтарадзе и др., 1982), адвентивный (Вьюкова, 1983а, б, 1985) или синантропный (Пузырёв, 1986) компонент флоры области или республики, включающий и флору городов. Рассматривались также флоры по отдельным типам местообитаний и городским районам (Игошин, 1993). Велись отдельные работы, посвященные различным типам урбанизированных экотопов: газонам (Ильминских, 1981, 19856), городским кладбищам (Ильминских, 19866), паркам (Игнатьева, 1989), свалкам (Мотекайтите, 1989). Изучались и общие закономерности, связанные с синантропизацией флоры - процессом, усиленным в городах (Шадрин, 1992). Первым российским городом, для которого был составлен полный список современной флоры, стала Казань (Ильминских, 1982).
Важным шагом по изучению отечественной урбанофлоры явилось совещание «Изучение флоры городов» состоявшееся в Ботаническом институте им. В.А. Комарова (г. Санкт-Петербург) в 1989 г. К тому времени велись работы по изучению урбанофлоры в ряде городов: Жданов (Бурда, Гумеч, 1988; Бурда, 1991), Казань (Ильминских, Порфирьев, 1979; Il minskich N.V., 1987а, б), Киев (Мосякин, 1989), Одесса (Коваленко и др., 1989), Сарапул (Ильминских, Беликова, 1989), Тверь (Малышева, 1991), Саратов (Березуцкий, 2000), Воронеж, Гродно, Днепропетровск, Липецк, Минск, Самарканд, Саранск, Ульяновск. Это совещание стало первым шагом по интеграции подобных работ, обмена опытом между учёными, обследующими городскую флору (Игнатьева, 1990).
К концу XX века была исследована флора 275 городов, а для 77 из них составлены полные видовые списки - в частности, для Томска, Ижевска, Сарапула, Казани (Ильминских, 1981, 1992, 19936); Бирск (Рябова, 1996), Рубцовск (Терехина, 1996; Копытина, 2003), Барнаул и Камень-на-Об (Терехина, 2000), Брянск (Панасенко, 2001), Сыктывкар (Шушпанникова, 2001), Ульяновск (Раков, 2003) и др. В таёжной зоне России к настоящему моменту наиболее полно изучена урбанофлора Карелии (Антипина и др., 1996; Венжик, 1999; Дементьева, 2000; Антипина, 2003а), городов Ижевска (Баранова и др., 1998), Иркутска (Зарубин и др., 2001; Виньковская, 2003), Саратова (Хмелев и др., 1993; Хмелев, Березуцкий, 1995; Березуцкий, 1998, 2000) и Томска (Мерзлякова и др., 1996; Пяк, Мерзлякова, 2000).
В некоторых работах содержится анализ флоры по генетическим, историческим и другим признакам сравнительной флористики (Чичев, 1981; Пузырев, 1986).
Многие исследователи подчеркивают быструю изменяемость городских флор во времени. Изменение флоры рассматриваются за последние 50-200 лет (Ильминских, 1982; Чичев, 1985; Ишбирдина, 1992) и даже за 5000 лет (Lahame, 1982). Отмечается тенденция сокращения числа аборигенных видов, исчезновения редких видов, в тоже время флора обогащается, в основном за счет заносных и одичавших видов.
Общая физико-географическая характеристика
Город Астрахань расположен в верхней части дельты Волги, которая в свою очередь расположена на юге-востоке Восточно-Европейской равнины в пределах Прикаспийской низменности. Город Астрахань расположен в пределах северней и центральной дельты Волги. Площадь ее составляет 162,98 км2, население 570 тыс. человек (Атлас Астраханской..., 1997).
Город Астрахань расположен в нескольких ландшафтных зонах: 1) пустынная зона - на территории Западного ильменно-бугрового ландшафта и Волжско-Приергенинского ландшафта, 2) внутризональная ландшафтная зона -на территории Дельтового ландшафта. Значительная часть города расположена в дельте Волги. В свою очередь, ландшафт дельты реки Волги состоит из двух местностей: северней и центральной ее части (рис. 1 а, б).
Основная часть города находится в пределах центральной части дельты. Она состоит из островов, разделенных водотоками различной ширины. Основой островов, их каркасом, служат своеобразные повышения - бугры Бэра. Большую роль в изучении бугров сыграл К.М. Бэр (1856). Бэровские бугры -холмы с относительной высотой в 8-Ю м (иногда до 20 м) и длиной от 1-го до 5-6 км, с плоскими вершинами, вытянутые в западно-восточном направлении. Относительно происхождения этих форм рельефа до сих пор нет единой точки зрения. Однако большинство исследователей относят их к полигенетическим образованиям, в формировании которых принимали участие воды древней Волги, Каспия, а также ветры. Современная Астрахань была освоена на высоком Бэровском бугре, называвшемся (по имени острова, на котором он располагался) Заячьим. Центральная часть города расположена на самой высокой поверхности этого бугра. Дальнейшее расширение города также проходило по вершинам бугров: Паробичева, Садового, Рожденственского.
Бугры Бэра предопределяет сложный рисунок гидрографической сети. Остальная поверхность островов мелкогривистая, реже полого-волнистая, на ней сформировалась луговая растительность разной степени увлажнения. Широко распространены озеровидные водоемы - ильмени глубиной 1-3 м. Встречаются и солончаки.
Методы сбора и анализа флористических данных
Флористика — наука о флорах, их составе, структуре, происхождении и развитии. Флористика как раздел ботаники является основой оценки состояния и определения путей сохранения биологического и биохорологического разнообразия растений как части живой природы обеспечивает мониторинг флоры и флористическое районирование. Многолетние флористические исследования позволяют фиксировать природную и антропогенную динамику флоры, изучать и прогнозировать процессы современного флорогенеза.
Флора в традиционном понимании представляет собой совокупность видов растений, обитающих на определенной территории. Расширенное классическое определение трактует флору как «исторически сложившуюся совокупность видов растений, которая приурочена к определенному географическому пространству, связана с его современными природными условиями, геологическим прошлым и находящуюся в более или менее устойчивых отношениях с флорами других, в частности смежных, частей земной поверхности» (Шеляг-Сосонко, 1980).
В современном представлении флора рассматривается как система популяций всех видов растений, населяющих данную территорию (Юрцев, 1982; Юрцев, Камелин, 1991). Местные популяции понимаются при этом в демографическом смысле, т.е. как полная совокупность особей данного вида в топографическом контуре. Таким образом, флора - фундаментальное понятие биологии: за ним скрываются региональные сочетания видов, природные популяции которых на любой территории образуют исторически и экологически обусловленные системы с многосторонним взаимодействием элементов (Юрцев, 1998).
Из состава флоры исключаются растения закрытого грунта (комнатные, тепличные, оранжерейные, выращиваемые в фитотроне и т.п.), а также растения, открыто выращиваемые в ботанических садах и питомниках в условиях интродукционного эксперимента (Юрцев, Камелин, 1991). Все остальные культивируемые виды (культурные растения, интродуцентьт) включаются в список и конспект флоры. Анализируются такие виды в составе адвентивного компонента флоры или отдельно. По мнению Н.Н. Цвелева (2000), культивируемые и заносные виды не только являются неотъемлемой частью флоры любого района, но и представляют большой интерес при анализе этой флоры, показывая степень ее «синантропизации» — видоизменения под воздействием человека. Весьма важно зафиксировать время и пункты первого заноса антропохорных видов в качестве точки отсчета для дальнейшего слежения за их судьбой, так как многие из них имеют шансы со временем войти в естественные растительные сообщества.
Сегодня используют три подхода к анализу развития флористики: изучение региональных флор, т.е выявление списка видов территорий, границы которых достаточно произвольны. Обычно - это границы административной единицы; изучение конкретных флор, т.е. флор экологически однородных территорий; оценка гамма-разнообразия, т.е. выявление зависимости числа видов во флоре от размера обследованной территории и природных условий (климата и рельефа) (Миркин и др., 2001).
Методы изучения региональных флор. Оптимальная схема региональных флористических исследований (исследований флоры Астраханской области в том числе) на современном этапе заключается в синтезе двух методов: метода выборочных проб флоры и маршрутного метода. Конечной задачей является постепенный переход к методу регулярных проб флоры, т.е. к сплошному обследованию территории и картированию флоры на сеточной основе.
Маршрутный метод. Маршрутный метод флористических исследований -традиционный и наиболее старый. Линейные маршруты большой протяженности дают возможность проследить постепенные изменения флоры, выявить места прохождения границ. В то же время большие маршруты не дают достаточно полного представления о составе флоры того или иного пункта. В последнее время маршрутный метод сближается с методом выборочных проб флоры (оба метода дополняют друг друга: например выполняется линейный маршрут с сочетанием коротких и длительных остановок, при этом во время длительных остановок изучаются локальные флоры). Значение маршрутного метода повышается на антропогенно нарушенных территориях, где естественная растительность сохранилась лишь в виде отдельных фрагментов.
Метод выборочных проб флоры (конкретных, локальных флор). Метод выборочных проб флоры вырос из практики применения метода конкретных флор (КФ). Понятие «конкретная, или элементарная флора» было введено А.И. Толмачевым (1931) как основание нового метода изучения и сравнения флор. КФ - флоры сравнительно небольших территорий, однородных во флористическом отношении. Критерий однородности - постоянство набора видов на однотипных экотопах (постоянство состава ассоциаций). КФ по методу А.И. Толмачева изучаются путем постепенного расширения обследованной площади, начиная от базового лагеря (по радиусам), с осмотром всех (особенно редких и своеобразных) экотопов, пока прирост списка обнаруженных видов не прекратится, число видов не станет стабильным (свидетельство достижения площади выявления КФ, или минимум-ареала КФ). Дальнейшее увеличение радиусов обследования поначалу ничего (или почти ничего) не добавляет к имеющемуся списку видов (так называемая «мертвая зона»), но затем прирост списка возобновляется за счет обнаружения в знакомых типах местообитаний видов растений, которые раньше в них не встречались.
Конкретные (элементарные) флоры (КФ) и локальные флоры (ЛФ) — разные, хотя и взаимосвязанные, объекты сравнительной флористики. КФ (и в широком, и в узком понимании) в отличие от ЛФ - естественные выделы, ограниченные по флористическим признакам.
