Содержание к диссертации
Введение
1 Ландшафтно-экологические условия Среднерусской лесостепи 14
2 Теоретические и методические аспекты изучения антропогенной трансформации растительного покрова 31
2.1 Концепция оценки антропогенной трансформации растительного покрова на региональном и топологическом уровнях 31
2.2 Факторы трансформации растительного покрова природных и урбанизированных экосистем 33
2.3 Методика оценки антропогенной трансформации природных экосистем 37
2.4 Материалы и методы исследований 43
3 История биогеографических исследований растительного покрова 48
4 Трансформация флоры урбоэкосистем .58
4.1 Биоэкологическая структура флоры .58
4.2 Антропотолерантность флоры 63
4.3 Активность флоры 66
4.4 Особенности адвентивного компонента урбанофлоры .72
4.5 Географический анализ синантропного элемента флоры 77
4.6 Роль транспортных путей в формировании городской флоры 81
4.7 Флора - индикатор состояния урбоэкосистем 85
4.8 Редкая и реликтовая флора урбоэкосистем и проблемы ее охраны 101
5 Современное состояние флоры природных экосистем 104
6 Растительность как индикатор степени трансформации урбоэкоси стем 124
6.1 Экоиндикационные ряды растительности 124
6.2 Индекс экологического состояния 155
7 Картографирование структуры и вертикальные проекции фитоценозов разных режимов природопользования 160
7.1 Карта растительности заповедного урочища «Галичья гора» 160
7.2 Динамика растительности Галичьей горы за 100 лет 180
7.3 Карта растительности заказника «Липовская гора» 185
7.4 Карта растительности памятника природы «Бекарюковский бор» 194
7.5 Карта растительности г. Воронежа 201
7.6 Вертикальные проекции фитоценозов разных режимов природопользования 217
7.7 Принципы оптимизации системы природопользования в ЦЧР и ее роль в сохранении биоразнообразия 233
Выводы... 247
- Факторы трансформации растительного покрова природных и урбанизированных экосистем
- Активность флоры
- Флора - индикатор состояния урбоэкосистем
- Карта растительности г. Воронежа
Введение к работе
Актуальность темы. Глобальное антропогенное изменение растительного покрова нашей планеты в прошлом и настоящем тысячелетиях прямым образом связано с экологической обстановкой, порожденной антропогеогенезом, который приобрел планетарный характер. Изучение его фитоиндикационной реакции на экологические условия местообитаний является актуальным направлением в биогеографии. Эта проблема - одна из факторов устойчивого развития биосферы и отражает ключевую позицию современной экологии, основанную на знании сущности организации экосистем, что обеспечивает стабильность биоразнообразия.
Длительное, начавшееся еще в субатлантическое время (2500-1000 лет назад) и особенно значительно усилившееся в ХУШ-ХХ веках воздействие человека на природу принесло ей настоящее бедствие. «Пожалуй, только во второй половине XX века люди стали особенно остро сознавать отрицательные результаты своего воздействия на природу.... В настоящее время проблемы экологии, защиты окружающей среды ради сохранения биологического разнообразия становятся одним из направлений государственной деятельности» (Цвелев, 2000, с. 12).
Это нашло отражение в программе «Сохранение биоразнообразия», вве-денной в 1996 году (по 2001) при Государственном комитете РФ по охране окружающей среды и программе ЮНЕСКО «Человек и биосфера», где предусматривается составление кадастра флоры (Юрцев, 1998).
Сохранение видового состава флоры нашей планеты возможно лишь при наличии сведений об интенсивности, специфике и степени антропогенной трансформации растительного покрова, который, являясь основным компонентом экосистем, в первую очередь претерпевает значительные изменения в результате глобального процесса антропогеогенеза.
Отечественная и зарубежная литература располагает достаточно обширными сведениями об антропогенной трансформации растительного покрова (Парфенов, 1983; Горчаковский, 1979, 1984; Хмелев, 1990; Бурда, 1994; Мир-кин, Наумова, 2001; Хмелев, Березупкий, 2001; Григорьевская. Флора..., 2000; Ильминских, Шмидт, 1998; Dierssen, 1983; Schellhammer, 1993; Rybnicek, Rybnickova, 1992). Однако вопросы использования структурно-функциональной организации растительного покрова как индикатора экологического благополучия топологического и регионального уровня находятся лишь на начальной стадии изучения.
Интенсивно и одновременно идут процессы обогащения и обеднения флоры. Обогащение происходит за счет распространения интродуцентов, руде-ральных и сегетальных сорняков, адвентивных, культивируемых растений, а обеднение - за счет исчезновения природных элементов флоры. Эти два процесса не равнозначны и могут привести к существенным сдвигам в развитии биосферы.
Знание взаимообуславливающей зависимости между растительным по
кровом и экотопом, построенное на индикационных связях, важно для установ
ления параметров ее трансформации антропогенным фактором. По результатам
оценки нарушенности принимаются меры предотвращения деградации бирраз-
нообразия, прогноза динамики, охраны природы и многих других практических
задач. „-о, .
В этой связи выявление структуры, бирэкологических, географических, динамических особенностей растительного покрова является первоочередной задачей, решение которой обеспечивает научную основу оптимизации природопользования, геоэкологического мониторинга, сохранения биоразнообразия, а в целом - устойчивого развития региона.
Таким образом, использование подходов и методов частных дисциплин, отсутствие до настоящего времени комплексной оценки антропогенной трансформации растительного компонента топологических, региональных экосистем требует заполнения этой ниши. Это возможно, на наш взгляд, лишь при уело-
б вий использования в качестве теоретической основы методологических подходов и практических методов современной биогеографии, экологии, фитоценологии, геоэкологии и т.д.
Цели и задачи исследования. Целью работы является оценка индикационной роли растительного покрова в условиях его антропогенной трансформации в урбанизированных и природных экосистемах при различных режимах природопользования, а также разработка подходов к сохранению биоразнообразия на основе оптимизации региональной системы особо охраняемых природных территорий (ООН Г). В процессе исследования последовательно решены следующие основные задачи.
Разработаны теоретические основы методологических и методических подходов оценки индикационной роли растительного покрова в условиях антропогенной трансформации в урбанизированных и природных экосистем при различных режимах природопользования.
На фактических данных многофункционального анализа урбанофлоры определена ведущая роль антропогеогенеза во флороценогенезе урбоэкосистем.
Теоретически обоснована возможность использования структурно-морфологических и биоэкологических особенностей растительного покрова в условиях антропогеогенеза как индикатора экологического качества экосистем для различных режимов природопользования.
Рассмотрено современное состояние природной флоры в рефугиумах Среднерусской возвышенности, и показана роль сложного экотонного положения ^ этого региона в сохранении биоразнообразия.
Разработаны принципы оптимизации системы ООПТ в пределах центральной части Среднерусской лесостепи на основе современных теоретических положений биогеографии и геоэкологии.
Научная новизна работы.
1. Показана возможность использования биогеографического принципа, который является отражением теоретически обоснованных методов смежных
научных дисциплин в исследовании экосистем для решения широкого круга прикладных задач в области изучения антропогенной трансформации растительного покрова при различных режимах природопользования, оптимизации сети ООПТ с целью геоэкологического обустройства регионов.
Анализ флорогенеза урбоэкосистем вскрыл общие закономерности преобразования биоразнообразия, характерные для всех городов России, происходящие под влиянием антропогенного фактора.
Впервые для г. Воронежа составлен и критически проанализирован конспект флоры, включающий 1246 видов. Многофункциональный анализ флоры отражает взаимодействие биоты с абиотической средой при доминировании антропогеогенеза во флорогенезе урбоэкосистем. Даны рекомендации обустройства городской среды для повышения уровня комфортного проживания человека и организации охраняемых территорий внутри большого города с целью сохранения биоразнообразия с его редким элементом флоры. Среди 42 редких и реликтовых растений 5 числятся в списке Красной книги СССР и РСФСР, а 7 -в списках других Красных книг.
Впервые разработаны и применены принципиальные подходы и методы оценки трансформированных экосистем по биотическому компоненту с ан-тропотолерантным и биоморфологическим анализом его структуры через эко-индикационные ряды растительности и индекс экологического состояния.
Впервые растительный покров использован как фитоиндикатор комплексной оценки состояния экосистем разных режимов природопользования с анализом карт растительности и вертикальных проекций сообществ. Сведения такого рода закладывают основу для мониторинга и оптимизации ландшафтов Среднерусской лесостепи.
Многосторонний анализ и современное состояние природной флоры Среднерусской лесостепи дают основания рассматривать этот регион как крупный экотон с большим разнообразием в нем экотопов-рефугиумов, способствующий сохранению разновозрастной аборигенной флоры и биоразнообразия.
7. Развито новое теоретическое дополнение в содержании "реликтовой"
гипотезы конца ХГХ века, подтвержденное долговременным наблюдением за
фитоценотическими ареалами реликтовой флоры, что утверждает ее древний аборигенный характер и отсутствие процесса "вымирания".
8. Оптимизация системы ООПТ на основе предложенных в работе мето
дов, принципов формирования, подходов оценки репрезентативности объектов
с использованием малых форм в качестве каркаса природоохранной сети, дает
возможность осуществить ее обустройство в ЦЧР на геоэкологической основе.
Положения, выносимые на зашиту.
ф 1. Разноплановые подходы исследования урбанофлоры с использованием ее в
качестве индикатора урбоэкосистем раскрывают ведущую роль антропогенного фактора, диктующего направление динамики и флорогенеза биоразнообразия городов и их конгломератов.
Методика и методология изучения биоморфологической структуры растительного покрова рассматривается как основа регионального биогеографического анализа антропогенной трансформации экосистем.
Принципы и методы фитоэкологического картографирования, экоиндика-ционных рядов растительности, вертикальных проекций выражены в интеграции структурных, экологических, динамических свойств растительности, обусловленых состоянием экосистем разного природопользования.
* 4. Современная пространственная структура растительного покрова - следст-
вие экологической обусловленности.
Рассматриваемое природное положение Среднерусской лесостепи как набор экотонов-рефугиумов в крупном экотоне - важное условие в сохранении реликтового компонента флоры и биоразнообразия.
Оптимизация системы ООПТ - основа геоэкологического обустройства ЦЧР и решения прикладных задач широкого круга.
\*
Научная и практическая значимость.
І. В работе приведены реальные разработки оценочных состояний экосистем, которые служат биоиндикатором природной среды, закладывают основы регионального мониторинга и представляют практическую деятельность не только охраны природы, но и других отраслей народного хозяйства.
П. Оценка антропогенной трансформации растительного покрова Среднерусской лесостепи сделана с учетом анализа его экосистемной организации. Принципы и методы анализа экологической обусловленности растительного покрова раскрывают теоретические подходы научных и практических решений многих аспектов прикладного характера. Биогеографическая оценка фактических сведений о биоте урбанизированных и природных территорий является основой оптимизации и мониторинга экосистем Среднерусской лесостепи. Информационный банк данных позволяет сделать выбор практических действий в сохранении экологического равновесия в природе и рациональном экономическом развитии общества, обеспечивая стабильность биосферы.
Ш. Решение практических вопросов осуществлялось через разработанные подходы, принципы, методические приемы и биогеографические закономерности, которые реализовались при выполнении плановой научно-исследовательской тематики в качестве руководителя в заповеднике «Гали-чья гора» Липецкой области с 1975 по 1986 гг.; грантов РФФИ № 98-05-64987 за 1998-2100 гг.; № 01-05-64336 за 2001-2003 гг. и исполнителя на факультете географии и геоэкологии ВГУ по НИЧ 48 Р. 1 с 1987 по 2000 г.
IV. Результаты исследований использованы для публикаций муждународных монографических справочных изданий с участием в авторском коллективе: Adas Florae Europaea: Fask 6 - Helsinki, 1983; Fask 7 - 1986; Fask 8 - 1989; Fask 9 - 1991; Fask 10 - 1994; Grigorjevskaya, 1996; монографий, изданных в России (Тихомиров, Григорьевская, Казакова, 1988; Флора..., 1996); каталога (Особо..., 1994); методических пособий (Методические..., 1987; Биогеография... 2 курса..., 1989; Биогеография... 3 курса..., 1989; Методические..., 1990, ч. 1., 2; Определение..., 1991; Биогеография..., 1995, Методическое...,
2001); дилектусов (Голицын, Григорьевская, 1966, 1967, 1969, 1970; Григорьевская. Справочник-указатель..., 1972, 1974, 1976; Григорьевская, Красно-штанова, Цыганова, 1975; Григорьевская, Карташова, 1978; Григорьевская, Казакова, Юркина, 1980; Григорьевская, Казакова. Справочник-указатель..., 1982; Григорьевская, Казакова, Недосекина, 1984). Они учтены в Красной книге РСФСР (1988) и могут быть использованы при составлении региональных, республиканских «Флор» и Красных книг.
V. Собранные автором гербарные коллекции в числе 21000 образцов служат на
учным справочным материалом и используются в учебном процессе по под
готовке специалистов геоэкологов и географов при изучении курсов «Био
география с основами экологии», «Систематика сосудистых растений», «Оп
ределение растений», «Биология», «Экология», выполнении дипломных и
курсовых работ.
VI. На основании составленной нами документации нашли практическое
внедрение природоохранные мероприятия. Решением Липецкого Облиспол
кома от 13.11.81 за № 633 организованы Краснинский, Липецкий, Елецкий,
Задонский ландшафтные заказники. Решением Липецкого Облисполкома от
12.12.83 за № 691 установлен лицензионный сбор лекарственного сырья и
охрана 96 редких и исчезающих видов растений. Решением Липецкого Обл
исполкома от 23.05.89 за № 227 расширена сеть ООПТ. Постановлением гла
вы Администрации Липецкой области от 10.06.94 за № 300 взяты под охрану
279 видов высших растений. Постановлением главы Администрации Воро
нежской области от 25.10.00 за №1001 создан Государственный комплексный
природный заказник регионального значения "Коротоякские акваорешники".
Апробация исследований. Материалы основных положений работы докладывались на Международных, Всесоюзных, Российских конгрессах, симпозиумах, съезде, конференциях, совещаниях.
Международные конгрессы, симпозиумы, съезд. Конгрессы: V Международный конгресс Европейско-Средиземноморского отделения международной ассоциации ботанических садов. «Роль ботанических
11 садов в современном урбанизированном мире» (Тбилиси, 1991) — «Наука и образование на пороге Ш-го тысячелетия» (Минск, 2000).
Симпозиумы: «Степи Евразии: сохранение природного разнообразия и мониторинг состояния экосистем» (Оренбург, 1997), «Степи Северной Евразии: стратегия сохранения природного разнообразия и степного природопользования в XXI веке» (Оренбург, 2000).
Съезд: П (X) съезд Русского ботанического общества «Проблемы ботаники на рубеже XX - XXI веков» (СПб., 1998).
Всесоюзные, Российские, Международные конференции и совещания. Конференции преподавателей ВГУ (Воронеж, 1972-2002); «Изучение природных комплексов, их охрана и ведение заповедного хозяйства в условиях лесостепной и степной зон Советского Союза» (Воронеж, 1977); «Состояние и перспективы заповедного дела в СССР» (М., 1981); «Экология малого города» (Пущино, 1981, 1982); «Охрана заповедных природных комплексов на малых территориях» (Воронеж, 1983); «Проблемы охраны генофонда и управления экосистемами в заповедниках степной и лесостепной зон» (М., 1984); .«Состояние и перспективы исследования флоры Средней полосы Европейской части СССР» (М., 1984); «Теоретические основы заповедного дела» (М, 1985); «Природные ресурсы заповедных территорий, перспективы их охраны в условиях ускоренного научно-технического прогресса» (Воронеж, 1986); «Проблемы охраны генофонда и управления экосистемами в заповедниках лесной зоны» (М., 1986); «Экология малого города» (Пущино, 1987); Всесоюзное совещание по сравнительной флористике (г. Кунгур Пермской обл., 1988); «Промышленная ботаника: состояние и перспективы развития» (Донецк, 1990); «Пути повышения эффективности природоохранной деятельности» (Липецк, 1990); «Физико-географические аспекты изучения урбанизированных территорий» (Ярославль, 1992); «Проблемы использования и захоронения производственных и бытовых отходов» (Воронеж, 1993); «И.И. Спрыгин и современные проблемы изучения и сохранения растительного покрова Среднего Поволжья» (Самара, 1993);
«Геоэкологические аспекты хозяйствования, здоровья и отдыха» (Пермь, 1993); «Проблемы сохранения разнообразия природы степных и лесостепных регионов» (М., 1995); «Проблемы изучения и охраны заповедных природных комплексов» (Воронеж, 1995); «Геоэкологические проблемы устойчивого развития городской среды» (Воронеж, 1996); «Территориальная организация общества и управления в регионах» (Воронеж, 1996); «Проблемы реликтов Среднерусской лесостепи в биологии и ландшафтной географии» (Воронеж, 1997); «Принципы формирования сети особо охраняемых природных территорий Белгородской области» (Белгород, 1997); «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий» (Краснодар, 1998); «Международные экологические чтения К.К. Сент-Илера» (Воронеж, 1998); «Экологические проблемы бассейна крупных рек» (Тольятти, 1998); «Лесные экосистемы зеленой зоны города Воронежа» (Воронеж, 1999); «Проблемы сохранения и восстановления степных экосистем» (Оренбург, 1999); «Геоботаника XXI века» (Воронеж, 1999); «Современные проблемы ботанической географии, картографии, геоботаники, экологии» (СПб., 2000); «Математика. Образование. Экология. Тендерные проблемы» (Воронеж, 2000); «Состояние, изучение, сохранение заповедных природных комплексов лесостепной зоны (Воронеж, 2000); «Флористические исследования в Центральной России на рубеже веков» (М., 2001); «Теоретические и прикладные аспекты оптимизации и рациональной организации ландшафтов» (Воронеж, 2001); «Молодая наука - XXI веку» (Иваново, 2001); «Современные проблемы естествознания» (Владимир, 2001); «Научно-практическая конференция учителей предметов естественно-математического цикла» (Белгород, 2001); «Проблемы формирования региональных систем особо охраняемых природных территорий» (Ярославль, 2001).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 138 работ, в т.ч. 1 личная и 10 монографий в соавторстве, 10 учебно-методических пособий, 2 карты, 115 научных статей. Монографии изданы в: Финляндии (Хельсинки) - 6, Англии (Кью) — 1 с участием в международном авторском коллективе, центральной пе-
чати в соавторстве - 2, региональном издании в соавторстве - 1. В центральной печати опубликовано 27 статей. Общий объем публикаций составил 117 печатных листов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, основной части, представленной 7 главами, выводов, списка 538 библиографических источников, в том числе 71 - иностранных. Общий объем диссертации составляет 368 стр., в том числе 38 таблиц, 47 рисунков. Приложение "Конспект флоры города Воронежа" имеет эколого-географическую, антропотолерантную, фитоценотическую характеристики о 1246 видах сосудистых растений.
Факторы трансформации растительного покрова природных и урбанизированных экосистем
Растительный покров чутко реагирует на изменение условий среды и может играть роль индикатора ее состояния. Одновременное действие на растительный покров многих составляющих среды приводит к разного рода последствиям. В мировой литературе имеются сведения о факторах трансформации, порожденных антропогеогенезом. Рассмотрим действие и последствия некоторых из них. Сокращение и уничтожение жизненного пространства происходит от действия многих причин таких как: интенсификация сельского хозяйства, осушения, мелиорации, строительства водоемов, разработки и добычи полезных ископаемых, вырубки лесов и многих других. Результат действия этих факторов с указанием числа исчезнувших видов растений приводит для Германии (Dierssen, 1983). Расширение градостроительства, изменение гидрологического режима с указанием последствий дают (Moor, 1976; Kaantonen, 1982).
Эвтрофикация, техническое загрязнение почв и водоемов не только очень трудно переносятся растениями, но и этот процесс ведет к их исчезновению (Schellhammer, 1993; Хмелев, 1990). Осушение пагубно сказывается на растительном покрове коренных лугов (Парфенов, Ким, 1976; Dabrowska, 1986; Вегon, 1964; Lammert, 1985). Чрезмерный скотобой нарушает структуру почвы, микроклимат, растительный покров луговостепных пастбищ (Wistrand, 1965; Grigorjevskaya, 1991). Сенокошение лишает обсеменения однолетников (Парфенов, 1983), твердое покрытие (Dierssen, 1983), распашка многолетней залежи (Perring, Hampton, Classey, 1970), вырубка лесов (Pettersson, 1965; Wistrand, 1965; Козловская, 1978; Хмелев, Попова, 1988) также сопровождаются исчезновением биоразнообразия. Катастрофически сказывается на биоте и нарушение структуры соотношения между залежными и пахотными землями. На юго-востоке Украины пашни составляют 72-75% (Бурда, 1994), в ЦЧР - 90% (Хмелев, 1987), что ведет к эрозии почв, сокращению площади экотопов, выполняющих роль рефугиумов биоты (Dierssen, 1983). В то же время разумное антропогенное действие может положительно влиять на сохранение биоразнообразия (Fries, 1969; Вахрамеева, 1991; Виды ..., 1997; Дидух, 1988). Сокращение численности популяций и исчезновение видов растений обычно прямо пропорциональны площади и силе антропогенного воздействия. Это положение подтверждают количественные показатели исчезнувших растений, которые составляют для: Японии - 1,3% (Yahara, 1990), Германии - 2,4% (Sukopp, 1976), Бельгии - 4,85% (Lawalree, 1971), Средиземноморья - 0,11% (Greuter, 1994), Нидерландов - 3,6% (Westhoff, 1976), Великобритании - 7,3% (Perring, Hampton, Classey, 1970), Чехии - 76 видов (Rybnicek, Rybnickova, 1992), Белоруссии - 70 видов (Козловская, Парфенов, 1972).
Значит, последствия как от указанных, так и других факторов, ведут к обеднению геноценофонда, который связан с «сокращением ареала и численности, снижением фитоценотической активности и репродуктивной способности», что созвучно с заключением Р.И. Бурды (1991, с.90). Другим мощным фактором трансформации растительного покрова выступает явление синантро-пизации, сопровождающееся ростом адвентизации. Синантропные фитоценозы сменяют природные, адвентивные элементы флоры, заменяют аборигенные (Тихомиров, 1989). Заносные элементы флоры тесно связаны с деятельностью человека и являются индикаторами антропогенной трансформации растительного покрова (Саксонов, 1994). Для примера в Норвегии с 1906-1952 гг. адвентивная флора пополнилась 106 видами (Ouren, 1959), флора устья Вислы за 100 лет возросла почти в пять раз (Markowski, Stasiak, 1984), с 1500 г. в Нидерланды занесено почти 900 видов, а в странах Западной Европы адвентивная флора возросла от 13 до 18% (Sukopp, 1976), адвентивных растений на юго-востоке Украины числится 5,9% (Бурда, 1991). Сорная флора Воронежской области составила 18,7%, Белгородской - 22%, Липецкой - 22,5%, Тамбовской - 23%, Курской - 23,3%, ЦЧР - 20,8% (Камышев, 1978). В штате Бихар (Индия) флора возросла на 300 видов за 30 лет (Srivastava, 1956). Число адвентивных растений Японии равно 14% (Jager, 1988). Активный процесс внедрения адвентивных видов наблюдается на островах из-за наличия открытых территорий. Так на острове Крит адвентивная флора составляет 33%, Азорских островах — 60% (Sjogren, 1973), на островах Тристан-де-Кунья - 73% (Jager, 1988). Антропогенное влияние распространилось и на заповедные территории. В заповеднике «Аскания-Нова» отмечено занесенных 91 вид растений (Головане-ва, 1984). В литовских заповедниках «Жувинтас» и «Чанкяляй» — 58 синан-тропных видов (Лапяле, Лекавичус, 1986), Болыпехехцирском заповеднике -10% (Мельникова, 1989), «Висимском» - 8% (Марина, 1989), «Малая Сосьва» -19% (Васина, 1989), «Галичья гора» - 27,6% (Григорьевская. Сорная..., 1987), Воронежском - 40% (Стародубцева, 1995, 1999). В заповедниках бывшего СССР число синантропофитов 1-40% (Нухимовская, 1984). Процесс синантро-пизации на последующих этапах сменяется обеднением флоры (Kornas, 1982), что подтверждают показатели Западной Словакии (Elias, 1987), Нижней Саксонии (Brandes, 1987). Все это указывает на экологические последствия влияния человека на хрупкую оболочку биосферы - фитосферу. Неотъемлемым последствием си-нантропизации растительного покрова является космополитизация и унификация флоры, оскуднение, эволюционные преобразования с мутагенным процессом и перестройкой флоры.
Следующим сильнодействующим фактором воздействия на растительный покров являются промышленные отходы и выбросы. Накопленные химические вещества (отражающие почти всю таблицу Менделеева) в почве, воде, воздухе от выбросов и сточных вод предприятий, вызывают генотипические изменения у растений. Наблюдается формирование техногенных экотопов на массивах отстойников, горнорудных отвалах КМА в Белгородской, Курской областях и урбанизированных территориях. Сведения о формировании структуры и динамики экосистем техногенных ландшафтов очень важны во многих аспектах научного и хозяйственного назначения (Федотов, Двуреченский, Пантелеева, 1993; Двуреченский, Федотов, 1974). Вариации габитуальных изменений у растений проявляются в гигантизме и карликовости, нарушении фенологии, образовании терат, неотении и т.д. Широко прогрессируют тераты у рудеральных растений.
Разнообразные формы их проявления хорошо изучены у Cyclachaena xantifolia (Барабаш, Камаева, 1991). Отмеченные аномалии в морфологической и анатомической структуре констатируют генотшшческие нарушения. Эти явления объяснимы нарушением экологических условий жизни, так как такие популяции отмечены на загрязненных территориях. В природе над тератологическими явлениями существует генетический контроль (Васильченко, 1965; Тахтаджян, 1961, 1970), а в техногенных экотопах его действие снижено, и поэтому наблюдаются не единичные, а массовые аномалии. Многочисленные тераты формы листовой пластинки отмечены у Acer пе-gundo. Пролификации подвержены представители семейства Asteraceae. У Taraxacum officinale обнаружено множество «уродств», как фасциация, нарушение роста листьев, зеленый махровый венчик, пролификация и т.д. Растительный покров урбоэкосистем формируется в более жестких условиях техногеогенеза с присущей им постоянной трансформацией и загрязненной средой жизни. Здесь более заметна роль интродукции, приусадебного земледелия, миграции и других факторов, которые придают свой колорит уцелевшим городским условно-природным биотопам.
Активность флоры
Оценку роли видов в сложении урбанофлоры можно дать путем анализа экотопов, определяющих экотопологическии режим среды, которому отвечает экологическая толерантность элементов флоры. Этот же признак диктует видовую насыщенность, обилие, покрытие, встречаемость. По названным признакам можно установить "активность" вида как показателя "веса" (количества) в сложении урбанофлоры (Юрцев, 1975, 1982; Юр-цев, Семкин, 1980; Ильминских, 1988). Наиболее "активные" виды растут почти по всем экотопам с повсеместно обычным и равномерным размещением внутри них. Даже визуальная оценка встречаемости видов в экотопах города дает представление об их характеристике. Анализ активности урбанофлоры сделан с выделением синантропофитной группы, включающей 536 видов растений, среди которых 378 адвентивных и 158 рудеральных, сорно-полевых, антропофит-ных. Последние рассматриваются в связи с их частой встречаемостью в городских экотопах. Для удобства изложения далее в тексте они будут именоваться просто синантропофитами. Активность урбанофлоры с выделением указанной группы синантропо- фитов представлена в табл. 6.
При этом преследовалась цель отразить "вес" и роль этой группы в формировании урбанофлоры, что наглядно демонстрируют W, процентные показатели каждого из параметров (редко, единично, часто и т.д.) заносных синантропофитов по отношению к общим показателям этого же компонента и к сводной урбанофлоре. Такой подход указывает на ведущую направленность "веса" экотопа в формировании всей урбанофлоры. Биоморфологическая особенность анализируемой синантропной группы, урбанофлоры и флоры Воронежской области (рис. 4) убедительно демонстрирует роль однолетников, сосредоточенных во всех городских экосистемах, как бы сигнализируя об опасной в них обстановке, т. е. трансформации экосистем, что, видимо, объясняется превосходством социального комплекса над природным. Путем анализа "веса" (количества видов) каждого параметра активности (редко, единично и т.д.) с учетом характера распределения по экотопам, первичного географического ареала, путей миграции, степени натурализации можно получить информационную модель истории урбанофлоры. Попытаемся раскрыть истинность подхода к оценке "активности" и "веса" видов экотопов в сложении урбанофлоры. Параметр редко активных элементов флоры синантропной группы имеет 24,4% в "весе" своего компонента и 10,5% в "весе" урбанофлоры. Такие количественные показатели объясняются многими причинами. Рассматривая видовой состав параметра анализируемых редких синантропофитов, можно отметить разные пути становления этой группы. Географические ареалы ее самые разные.
Выходцы из Америки Amaranthus blitoides, A. cmentus редко встречаются по нарушенным местам. Такие "беженцы" из культур, как Coriandrum sativum из Передней Азии; Daucus sativus с широким евразиатским ареалом обживают мусорники, обочины железных, автомобильных дорог. Эту группу пополняют и интродуценты - Catalpa bignonioides родом из Америки. Активное пополнение заносными мигрантами идет транспортным путем. Несколько иначе формируется компонент редких видов урбанофлоры, на-счтьівающий 334 вида, или 26,9%. Многие из них - аборигены природных сообществ, сохраняющиеся в местах изначального местообитания, возможно, не одну сотню лет. Сейчас же они стали редкими ввиду деградации природных сообществ. Это положение подчеркивает внутреннюю устойчивость, как сообщества, так и его флоры. До сих пор на территории города находим "верные" виды в другой фитоценотической обстановке. Например, Adoxa moschatellina -редко встречается рано весной в саду северной окраины г. Воронежа по понижениям затененных мест; Anemone sylvestris можно видеть на лугово-степных склонах балок и в парках и т.д. Параметр единично активных элементов имеет 28,9% в "весе" своей группы и 12,5% в урбанофлоре. В его формировании принимают участие многочисленные интродуценты самых разных географических ареалов. Здесь огромна роль транспортных путей как пристанищ заносных или одичавших растений, к примеру, Artemisia annua евразиатского ареала, или "беженцев" из культуры как Ricinus communis родом из Африки. В урбанофлоре виды единичной активности составляют 23,4%. Заметна доля в ней индигенофитов и апофитов природной флоры лесопарков, парков, балок и других убежищ окраины и внутри города. К ним можно причислить 42 редких, эндемичных, реликтовых элементов флоры экотопов, расположенных в черте города В списки Красных книг из этого числа внесено семь видов. Параметр часто активных элементов флоры имеет всего 4,1% от численного состава своей группы. В урбанофлоре их доля снижается до 1,8%. Среди них в экотопах города часто встречаются культивируемые интродуценты из родов Syringa, Padus. Антропофит Aegopodium podagraria часто возобновляется по мусорным местам, садам, огородам и становится сорным растением приусадебных участков. Надо полагать, что в прошлом эти территории покрывались широколиственными лесами с доминированием дубрав.
Внедрившийся в городские экотопы северо-американский сорный интродуцент Echinocystis lobata быстро заселил все свободные ниши характерных для него сообществ. На долю рассматриваемого параметра активности в урбанофлоре приходится 12,6%. И здесь проявляется роль антропофитов, например, Bupleurum falcatum - частый компонент почти всех экотопов. А такие европейско-западно-азиатские виды, как Daucus carota, Falcaria vulgaris, образуют монодоминантные сообщества со 100%-ным проективным покрытием по обочинам железных, автомобильных дорог и нарушенным местам. С отметкой "часто" встречаются индигенофиты в природных экотопах только по своим, характерным для них местообитаниям, к примеру, Comarum palustre на болоте у поворота на "Турбазу" по Задонской автотрассе; Asarum europaeum - в дубравах. Параметр обильно активных элементов флоры совсем незначителен по "весу" в составе своей группы (1,5%) и урбанофлоры (0,6%). Однако наблюдается ряд индивидуальных особенностей для представителей этого параметра. Так, северо-американский эпэкофит Acer negundo быстро и успешно расселился по всем экотопам в городе и очень трудно искореним. Азиатского происхождения эпэкофиты - bnpatiens grandulifera и I. parviflora - также обильны в своих экотопах. Echium vulgare, вид широкого евразиатско-северо-африканского ареала, создает синий аспект в городских экотопах во время цветения. Другой адвентик Sisymbrium loeselii, евразиатского ареала, окрашивает желтым фоном экотопы. В урбанофлоре незначительно повышается "вес" обильного параметра (2,2%). Активность свойственна апофитам. Из числа их представителей можно назвать Euonymus verrucosa, Anemonoides ranunculoides, Fragaria viridis и др.
Параметр спорадически активных видов синантропной группы по "весу" составляет 2,4% в своей группе и 0,9% в урбанофлоре города. В формировании флоры этого параметра важная роль отводится "беженцам" из культуры. Например, представитель средиземноморского ареала Callendula officinalis наряду с северо-американским видом Rudbeckia bicolor успешно осваивают руде-ральные экотопы. Заметна роль и антропофитов: так, Taraxacum erythrospermum с данной оценкой активности растет в городских экотопах. Транспортный путь миграции ускорил расселение северо-американского вида Elymus trachycaulus. В урбанофлоре "вес" спорадически активных видов мал - всего 3,3%, с заметной ролью апофитов в его формировании. Одни из апофитов переселились на новые места, как, например, Stachys recta, другие уцелели в природных изо-лятах - Spiraea crenata. Отмечается пополнение этой группы такими интроду-центами, как Hydrangea paniculata, родина - Япония, Китай. Влияние урбаноэкотонного эффекта (Ильминских, 1988), возможно, сказалось на появлении "антропогенного" гибрида в условиях г. Воронежа Предположительно таким гибридом можно считать Campanula spryginii.
Флора - индикатор состояния урбоэкосистем
Флора - чуткий индикатор, являющийся своего рода констатирующим документом оценки урбоэкоснстем. По результатам биоморфологического анализа флоры можно судить об экологической обстановке в городе. Современная функционально-планировочная структура г. Воронежа есть результат его развития в довоенно-послевоенный период. Она имеет определенную специфику, связанную с географическим положением города и историей его социально-экономического становления (Хрипякова, Дроздов 1996). Отмечается четыре функциональные зоны в г. Воронеже (рис. 7). Селитебная функциональная зона занимает 42,8% всей территории города. Из них низкоэтажной селитьбе принадлежит 15,3%, высоко-этажной - 27,5%. Индивидуальная застройка на правобережье занимает долин-но-балочные, а на левобережье периферийные участки городской территории. Для нее характерен расчлененный рельеф города. Здесь разместились одноэтажные строения послевоенного времени с наличием небольшого приусадебного участка. Коттеджные постройки распространены на окраинах города с отдельными вкраплениями в давно освоенные территории. Высокоэтажная селитебная застройка (9-16 этажей) появилась в г. Воронеже в 60-х г.г. Она занимает окраины правобережья («спальные» районы) и прибрежно-террасовое левобережье. Центральная часть правобережья характеризуется наличием средне-этажной застройки, где находятся селитебно-управленческие строения.
Промышленная функциональная зона охватывает 23,5% территории города и насчитывает более 200 предприятий, которые играют заметную роль в формировании напряженной экологической обстановки. Это АООТ «Воронежпшна», «Воронежсинтезкаучук», ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ВАСО, АО «Тяжмехпресс», АО «Тяжэкс» и ряд других. Промышленные предприятия в границах города расположены мозаично. В Коминтерновском и Левобережном районах они охватывают большие площади. Южный левобережный массив представлен предприятиями химической, энергетической, авиационно-строительной промышленности, горно-добывающего машиностроения. В Коминтерновском районе сконцентрированы предприятия машиностроительного направления. В довоенный период промышленные новостройки располагались на определенном расстоянии от городского ядра Быстрый темп роста города, особенно селитебного каркаса, в послевоенный период «поглотил» отдаленные промышленные предприятия и включил их в систему плотной городской застройки. Поэтому промышленные и селитебные массивы города перемешаны и не имеют санитарнс—защитных зон (Социально ..., 1997). Транспортная функциональная з о н а составляет 10,7% от площади города В нее входят железнодорожные и автомобильные магистрали республиканского, областного и регионального значения. Они пронизывают город с севера на юг (направление Москва — Ростов) и с запада на восток (направление Пенза — Курск, Урал — Украина). С приближением к городу плотность дорог нарастает, поток машин увеличивается. Протяженность «активных» транспортных путей в окрестностях и в границах города составляет около 100 км.
Зеленая функциональная зона занимает 14% площади города В нее входят сады, парки, лесопарки. Левобережье имеет большую площадь озеленения из-за включения в городскую черту пригородных лесных массивов, перешедших в ранг лесопарков. Садово-парковые массивы - небольшие по площади и в большинстве своем расположены на правобережье. Наиболее крупными городскими парками являются: Центральный парк культуры и отдыха (276 га), Южный (18 га), «Алые паруса» (12 га), «Строитель» (25 га), «Шинник» (11 га), Юго-Западный (25 га), Юных натуралистов (16 га). Анализ соотношения функциональных зон и их сравнение с учетом требований СНиПа (1975) показывает «переизбыток» в городской застройке промышленно-транспортной нагрузки и недостаток селитебно-садово-парковой (табл. 10). Плотность застройки в г. Воронеже (50-60%) и специфика архитектурно-планировочной структуры отрицательно влияют на микроклимат. Проведенные исследования (Хрипякова, 1999) позволили вьщелить четыре типа погоды в границах городского ядра: псевдоциклонально-городской («острова тепла»), бризовый аквально-долинный, городской умеренно-влажный, городской умеренный (рис. 8). Псевдоциклонально-городской тип погоды занимает 50% территории города и характерен для центральной селитебнс—управленческой части правобережья, индустриального левобережья, северного и юго-западного «спальных» микрорайонов. Этот тип погоды имеет самые высокие показатели температуры (30-40 С), что на 3-5 С выше окрестных значений; высокую относительную влажность (96-98%), что на 20-40% выше окрестной. Бризовый аквально-долинный тип погоды имеет 8% территории (без водохранилища). К нему принадлежит прибрежное правобережье и поверхность левобережной первой надпойменной террасы, непосредственно соприкасающаяся с водохранилищем и большой площади улиц, выходящих к водохранилищу. В зону его влияния попадают низкоэтажная селитьба и некоторые парковые массивы («Дельфин», «Алые паруса») левобережья. Для названного типа погоды характерен пониженный температурный режим - 26-27 С, что на 0,5 — 1 С ниже, чем в окрестностях; высокие показатели относительной влажности (97-98%), что на 30—45% выше средних окрестных значений.
Городской умеренный тип погоды характерен только для северного и южного левобережья и занимает 22% территории. На севере расположились промышленно-селитебные комплексы, а на юге - промышленные, болыпие по площади и важные по технологическим процессам. Погода имеет высокие температурные значения (28 - 32 С), что на 1,0 - 1,5 С выше, чем в окрестностях, и низкие показатели относительной влажности - 70 - 75%. Это на 25% ниже таковой в окрестностях, что создает определенный дефицит влажности в этих районах. Городской умеренно-влажный тип погоды отмечен только на правобережье и распространен на 20% территории города. Он представлен тремя участками, расположенными в лесопарковой части. Это районы ВГАУ, ВГЛТА, Березовой рощи, западной окраины ул. 9 января, южной окраины ул. Острогожской. Здесь сконцентрирован селитебный район. Температура и относительная влажность близки к окрестным значениям - 25-26 С и 90-95%. Особенностью рельефа города является его положение в пределах серии суглинистых песчаных террас Доно-Воронежского междуречья. Длительное (более 400 лет) воздействие человека, в связи с градостроительным освоением территории, на верхний слой геологических пород привело к появлению серии контаминационных (смешанных) разноплановых образований мощностью до 30 м, на которых формируются городские почвы — урбаноземы. Согласно исследованиям ученых МГУ (Почва, город, экология, 1997), в границах города выделено несколько типов почв, соответствующих определенным функциональным структурам.
Урбаноземы в основном типичны для селитебных массивов и обладают как чертами природных почв, так и специфическими свойствами, т. е. наличием слоя - урбик - мощного темноокрашенного органического горизонта Индустриземы характерны для промышленных зон. Городские почвы этого типа сильно техногенно загрязнены тяжелыми металлами, уплотнены и бесструктурны. Интруземы приурочены к транспортным системам, пропитаны органическими масляно-бензиновыми жидкостями. Культуроземы - городские почвы фруктовых, ботанических садов, старых огородов, садово-парковых комплексов. Они имеют мощный гумусовый горизонт с перегнойно-компонентными слоями. В границах г. Воронежа перечисленные почвенные различия развиваются по суглинистому, суглинисто-песчаному и песчаному типу, имеют полнопрофильное, редуцированное, усеченно-профильное и беспрофильное строение, различие в возрасте (50 - 300 лет), содержание гумуса от 0,9 до 8% (Хрипякова, Решетов, 1995).
Карта растительности г. Воронежа
Изучение растительности застроенной городской территории проводилось одновременно с выявлением флоры в 1989-2001 годах. Методом закладки пробных площадей описывались все фитоценозы. На площади 300 км2 было описано 3120 метровых площадок, выделено 303 ассоциации из 80 формаций древесного и травянистого типов растительности. Трудность выделения систематических единиц урборастительности связана с чрезмерной мозаичностью и малой площадью ассоциаций. Их формирование идет под влиянием особых абиотических условий, созданных антропоге-огенезом в границах своего максимального проявления, какими являются городские системы, где коррелируют процессы круговорота вещества и энергии, лежащие в основе природно-социальных состояний на уровне микрозон, массивов и участков. Малые площади ассоциаций всех формаций имеются в пределах каждого городского комплекса Для восприятия и читаемости информации на карту растительности нанесено 40 доминирующих формаций с учетом величины их площади (рис. 34-35) с условными обозначениями в табл. 37. Карта растительности составлена в 2001 году. При этом преследовалась цель показать экологическое состояние функциональных зон в пределах основных форм рельефа, роль антропогенного фактора в формировании и трансформации растительности, индикационную роль растительности для установления параметра нарушенности урбоэкосистем и констатации их экологического состояния. Выявленная функциональная ландшафтная закономерность в распределении формаций по основным формам рельефа и функциональным зонам отра-жена в табл. 37.
Анализ числа формаций обозначенных форм рельефа показывает неравномерность их распределения в пределах города, что объясняется двумя причинами. Основная причина заключается в величине форм рельефа, которая составляет в долях от застроенной части города от 41,3% для второй и третьей террас, 21,3% - для водораздела суглинистого, 16% - для водораздела зандрово-го, 13,4% для склонов песчано-суглинистых и 8% - для первой надпойменной террасы. Широкий разброс площадей не может не сказаться на особенностях растительности, поскольку на большей территории естественная пестрота физико-географических условий представляет более разнообразные возможности для образования большего числа формаций растительности. Вторая по значимости причина состоит в функциональной роли территории, выраженной плотностью застройки, развитием промышленного потенциала и транспортной инфраструктуры, а также наличием рекреационных зон и т.д. Степень корреляции между величиной форм рельефа и числом формаций в ней, рассчитанная в единицу площади отражает причинность экологического состояния урбоэкосистем, диктуемой проявлением природных условий среды, регулируемых функциональной направленностью зоны. Эта зависимость показана в табл. 38.
Повышенный показатель числа формаций на единицу площади для террасы и склонов можно объяснить более длительным их освоением, функциональной направленностью и особенностью природных условий, которые проявляются в следующем. Коренной склон р. Воронеж представлен большим разнообразием более мелких форм рельефа, обладающих набором вариаций, повышающих емкость среды. Разные по размерам балки, овраги, эрозионные террасы и оползни создают возможность для появления множества растительных сообществ. Природный фактор среды с особенностью микроклимата, почвенных условий, влиянием водного режима от реки Воронеж в прошлом и водохранилища в настоящем остается регулятором уже сформированного и измененного человеком растительного покрова В этом случае просматривается устойчивость природных экологических факторов, их приоритетность от которых "зависит экологический эффект антропогенных воздействий, форм, интенсивность и длительность их проявления" (Исаченко, 2001, с. 3). Для выявления степени нарушенности урбоэкосистем проведен анализ антропотолерантности количественных (видовая насыщенность, покрытие, ярусность) и качественных (экологические типы, жизненные формы, географический элемент) признаков флоры формаций. По этим показателям установлены параметры нарушенности фитоценоза, используемого как индикатора урбоэкосистем.
В подтверждение высказанных положений охарактеризуем растительность освоенных городом склонов. Сформированные в балках на северной и южной окраинах г. Воронежа дубравы и луговые степи являются остатками природных сообществ с рядом редких реликтовых растений. В степях большие площади занимают пырейная - 9,3%, полынная - 8,3%, мятликовая - 6,7%, а малые - низкоосоковые -1%, люцерновая - 1% и ряд других формаций. Древесный тип растительности сложен дубовой - 26,6%, тополевой - 5,9%, сосновой - 4,5%, ивовой - 3,3%, липовой - 1,6%, березовой - 1%, ясеневой - 1% формациями. Качественные признаки их выражены апофитным составом доминирующих древесных пород и травянистых растений, увеличением индигенофитов, поддержанием структуры сообществ в условиях сильного антропогенного существования. По этим показателям растительность склонов отличается от других форм рельефа. Регулирующее влияние природных экологических факторов в условиях антропогеогенеза наиболее ярко проявляется в окраинном эффекте, где городские окраины заняты лесопарками. На нарушенных местах плотно застроенных склонов большее значение приобретают антропогенные формации: птичьегор-цовая - 3,3%, вейниковая - 2%, одуванчиковая - 1%. Многочисленные участки ассоциаций циклахеновой - 10% формации являются обязательными компонентами не только склонов, но и всех форм рельефа города. Вторая и третья надпойменные террасы осваивались человеком в разное время. В начале XX столетия приобрела современную функциональную структуру. В недалеком прошлом здесь преобладали сообщества боров антропогенного происхождения, которые при освоении терассы прекратили существование.
Проявление регулирующего действия абиотических факторов среды в условиях террас заключается в формировании псаммофитной растительности с доминированием таких формаций как осотовая - 9,6%, полынная - 8,6%, гуляв-никовая - 6,3%, ослинниковая - 2,8%, тысячелистниковая - 1,1%, трехреберни-ковая - 0,7%, цикориевая - 0,5% и т.д. Характерная для этой микрозоны сильно развитая промышленно-селитебно-транспортная функциональная направленность отражается на качественных признаках структуры сообществ с их антро-потолерантностью. Водораздел суглинистый с развитой селитебно-промышленной высокой плотности застройкой способствует появлению "островов тепла" внутри города. Присущая ей постоянная трансформация урбоэко-систем, связанная с селитебно-промышленной нагрузкой отражается на качественной характеристике формаций с антропофитным набором доминантов. Большие площади заняты формациями, сформированными из газонных трав как пырейная - 20,8%, мятликовая - 9,5%, ежесборовая - 6%, типчаковая - 4,9%; приуроченные к паркам, скверам, садам, бульварам. В этих же экотопах находятся ассоциации березовой - 7,1%, вязовой - 5,2%, тополевой - 4,9%, кленовой - 2,7% формаций, выполняющих роль зеленых строителей в городе. Регули рующая роль природной составляющей среды очень снижена, а функциональ ная направленность зон, диктуемая антропогенным фактором, является главен ствующей. Зандровый водораздел характерен для правобережной западной окраины города, где высокая селитьба имеет преимущественное положение. Постоянной и длительной коренной трансформацией ландшафта полностью уничтожена природная растительность, а современная имеет регулируемый характер и преимущественное положение. Наибольшие площади заняты -мятликовой - 27,8%, циклахеновой - 13,9%, одуванчиковой - 9,7%, овсяницевой- 8,4%, березовой - 8,3%, сосновой - 4,2% формациями. Первая надпойменная т е р р а с а приурочена к левобережью города и имеет развитую селитьбу. Растительность антропогенного происхождения находится в регулируемом режиме природопользования. Небольшие по площади природные формации ивовая - 6,8%, мятликовая - 5% по берегу водохранилища служат убежищами малочисленной индигенофитной флоры. Ослабленное стабилизирующее действие природных факторов среды объясняется постоянной трансформацией территории в селитебной функциональной зоне.
