Проект: «О чем говорят растения»

Номинация: Самая актуальная работа
Просмотреть картинки списком
Автор: Оводкова Олеся, Яворская Анжелика. Наставник: Качалов И.Ю.
Город: Москва
Место учебы: ГБОУ СПО Колледж связи №54

На экосистемы в пойме р. Москвы оказывается многокомпонентное и разнонаправленное воздействие. В настоящее время уже никто не станет возражать, что воздействие человека на экосистемы в пойме р. Москвы в пределах города есть. Даже не специалист в области экологического мониторинга, находясь в пойме р. Москвы, например, в районе Капотни, окинув взглядом, уходящую вдаль дорогу рядом с берегом, подстриженные под полубокс луга, места от кострищ, бегущую воду из трубы в реку -скажет, что влияние человека видно во всем. Это не полностью искусственные поля монокультуры, но и далеко не естественные природные сообщества. Что уж говорить когда, по сути, все луга в пойме рек на территории России носят антропогенное происхождение, когда то на их месте произрастали леса. И поэтому нам интересно узнать насколько сильно антропогенное воздействие здесь, используя научные методы. Хотя растения не могут говорить, как многие думают, уже сам по себе факт отсутствия или присутствия какого-либо конкретного вида растения может сказать о многом если расшифровать эту растительную азбуку. Данную задачу, возможно, решить при использовании методов фитоиндикации, являющихся частью общей системы мониторинга окружающей среды.

Большой интерес представляет изучение флоры и растительности луговых сообществ, находящихся в черте такого большого города, как Москва. Ведь в данных условиях эти характеристики отличаются большой динамикой во времени.

Наибольшее биоиндикационное значение имеют растения, как наиболее доступный для наблюдения и чутко реагирующий на все изменения среды организмы. Использование растительности как индикатора условий среды называют фитоиндикацией, которая выгодно отличается от инструментального метода дешёвым и быстрым получением информации о среде по признакам растения. Дать быструю оценку экологических особенностей среды можно лишь при глубоком знании флоры и экологии растений изучаемого региона. При фитоиндикации по растительным сообществам используют методы геоботаники, в связи, с чем выделяют флористические и геоботанические индикаторы (Булохов, 2004).

Цель проекта: Составить характеристику состояния пойменных лугов р. Москвы с помощью метода фитоиндикации и представить ее для возможности выделения особо охраняемой природной территории.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить видовой состав растений луговых сообществ:

a. Изучить систематическую структуру

b. Изучить эколого-ценотическую структуру

c. Изучить жизненные формы

d. Изучить географическую структуру

e. Выявить заносные виды

2. Изучить луговые сообщества в пойме р. Москвы и определить экологические параметры экотопов на исследуемой территории с помощью экологических шкал (фитоиндикация)

3. Довести полученные сведения до управы микрорайона Капотня.

Глава 1. Природные условия района исследований

Общая площадь города 1081 км². Город располагается в зоне смешанных лесов. Основные климатические показатели города:

• Средняя температура воздуха самого холодного месяца - 10,3°С;

• Средняя температура воздуха самого теплого месяца 18,1°С;

• Годовая амплитуда средних температур 28,4°С;

• Абсолютный минимум температур - 42°С;

• Абсолютный максимум температур 37°С;

• Сумма температур за период со средней температурой воздуха выше 10°С 2055°С;

• Среднее годовое количество атмосферных осадков 716 мм;

• Коэффициент атмосферного увлажнения Высоцкого-Иванова 1,2. Москва включает территории четырех ландшафтных районов:

• Долина р. Москвы вместе с ее главным притоком (в черте города) - долиной р. Яузы (абс. высота 120-160 м);

• Смоленско-Московская возвышенность, представленная ее южными отрогами (абс. высота 175-185 м);

• Мещерская низменность (абс. высота 155-165 м);

• Теплостанская возвышенность (северная часть Москворецко-Окской равнины, абс. высота 175-250 м).

Объект исследования расположен в ландшафтном районе - Долина р. Москвы (вместе с долиной р. Яузы) (Москва: геология и город, 1997).

Долина р. Москвы пересекает город с северо-запада на юго-восток. Вместе с долиной р. Яузы она разделяет три других вышеназванных ландшафтных района.

Ландшафтный район долины р. Москвы - главный в столичном мегаполисе. Он играет роль организующей оси городской ландшафтной структуры. Долина р. Москвы -сквозная дренажная система, стягивающая к себе поверхностный и грунтовый сток с территории всего города.

В составе коренных ландшафтов долины р. Москвы-Яузы преобладали сосновые и широколиственно-сосновые надпойменые террасовые леса на дерново-подзолистых легкосуглинистых и супесчаных почвах. Пойменные луга и болота сочетались с пойменными черноольшаниками и дубравами на аллювиальных дерновых почвах.

Глава 2. Материалы и методы исследования

Исследование лугов в пойме р. Москва проводилось в 2011-2013 г. в районе Капотня г. Москва (Рис. 1). Было сделано 7 геоботанических описаний. Также дополнительно определялись виды вне площадок. Сбор полевого материала в ходе обследования проводился по стандартной методике маршрутных геоботанических описаний (Миркин и др., 2001, Сохранение и восстановление биоразнообразия, 2002) с составлением флористических списков, оценкой обилия видов по шкале Ж. Браун-Бланке (Наумова, 1995), оценкой характера экотопа и др. Размер учетной площадки составлял 100 м² (Работнов, 1992).

На исследуемой территории было определено 53 вида травянистых сосудистых растений, сведенных в таблицу с определением принадлежности каждого вида к эколого-ценотической, фитогеографической, хозяйственно-ценной группе и др.

Для определения видов использовались следующие работы: определитель растений Татарской АССР (1979), иллюстрированный определитель растений Средней России, Т. 1. (2002), Т. 2. (2003), определитель сосудистых растений центра европейской части России (1991).

При исследовании лугового растительного покрова мы применяли классификацию эколого-ценотических групп видов сосудистых растений, составленную на основе эколого-ценотических свит А. А. Ниценко и исторических свит Г. М. Зозулина (Бакин и др., 2000).

За основу типа ареала взята система фитохорий А.Л. Тахтаджяна (Бакин и др., 2000). Обработка описаний проводилась в программе MS Office Excel.

Для определения позиций растительного сообщества в экологическом пространстве факторов использовалась разработка, основанная на регрессионном анализе. (Бузук, Созинов, 2009).

Глава 3. Изучение флоры луговых сообществ

3.1 Анализ систематической структуры

В ценофлоре луговых сообществ в пойме р. Москва нами было выявлено 53 вида сосудистых травянистых растений, объединенных в 19 семейств и 45 родов (приложение 1). Положение семейств во флористическом спектре представлено в таблице 1.

Малое количество отмеченных видов не дает нам полноценно сравнивать ценофлору исследуемых лугов с другими флорами, но некоторые выводы можно сделать. Наибольшую роль играют первые три семейства флоры. Первое место по количеству видов занимает семейство Сложноцветные - 15 видов, второе - Бобовые - 6 видов, третье место - Злаковые - 5. В общих чертах по первым трем семействам спектра (табл. 1) ценофлора сосудистых растений лугов соответствует флоре Голарктического флористического царства (Тахтаджян, 1978). Половина семейств представлена только одним видом. Большой отрыв от остальных семейств Сложноцветных и 4 место в спектре Крестоцветных указывает на сильное антропогенное воздействие на луговые сообщества. В целом требуется дальнейшее более полное выявление ценофлоры лугов.

На исследуемой территории обнаружен один вид, занесенный в Красную книгу г. Москвы. Это - Земляника зеленая (Fragaria viridis).

Среда обитания: Луга

Округа: ЗАО, ЮАО, СЗАО, ЮВАО.

Встречается в Москве: Кузьминский лесопарк, Нагатинская пойма, Коломенское, Долина р. Язвенки, Долина р. Городни, Крылатская пойма, Щукинский п-ов, Долина р. Сетуни, Долина р. Раменки.

3 категория редкости.

3 - уязвимые виды - виды, изначально малочисленные в природных условиях или обычные в соответствующих им местообитаниях, численность которых в Москве под воздействием специфических факторов городской среды может сократиться за короткий промежуток времени.

3.2 Изучение эколого-ценотической структуры

В эколого-ценотическом спектре ценофлоры лугов в пойме р. Москвы (Рис.3) преобладает рудеральная (сорная) группа - 24 вида (45%), что указывает на сильное антропогенное воздействие и изменение естественных экосистем исследуемого района. Рудеральные виды - Пижма обыкновенная, Подорожник большой, Мятлик однолетний, Лопух малый, Полынь горькая, Цикорий обыкновенный, Крапива двудомная, Лапчатка средняя, Пустырник пятилопастной, Бодяк щетинистый. На большую степень антропогенного воздействия, указывает также то, что во многих луговых сообществах исследуемого района сорные виды доминируют в травостое.

Луговая эколого-ценотическая группа (ЭЦГ) занимает второе место - 11 видов (21%). К ним относятся: Люцерна серповидная, Василистник простой, Кульбаба осенняя, Клевер луговой, Горошек мышиный, Зверобой продырявленный, Ежа сборная, Тысячелистник обыкновенный, Кострец безостый, Осока ранняя и др.

Влажно-луговая ЭЦГ на третьем месте - 7 видов (13%) - Щавель густой,

Щавель курчавый, Лапчатка гусиная, Амория гибридная, Бодяк беловойлочный, Осока коротковолосистая, Амория ползучая.

Лесо-луговая группа представлена 4 видами: Будра плющевидная, Вейник наземный, Золотая розга обыкновенная, Борщевик сибирский.

Культурная ЭЦГ представлена 3видами - Астра иволистная, Люцерна посевная, Хрен обыкновенный.

Заносная ЭЦГ представлена 2 видами - Мелколепестник канадский, Недотрога железистая.

Из остепненно-луговой ЭЦГ 1 вид - Земляника зеленая, и из водно-болотной 1 - Череда трехраздельная.

3.3 Изучение жизненных форм

Наибольшую популярность не только среди ботаников, но и среди неспециалистов завоевала классификация жизненных форм, предложенная крупным датским ботаником К. Раункиером. Раункиер очень удачно выделил из всей совокупности признаков жизненных форм один чрезвычайно важный признак, характеризующий приспособление растений к перенесению неблагоприятного времени года — холодного или сухого. Этот признак — положение почек возобновления на растении, но отношению к уровню субстрата и снегового покрова. Раункиер связал это с защитой почек в неблагоприятное время года. (Жизнь растений, 1974)

В спектре жизненных форм (Рис.4) преобладают гемикриптофиты (63,5% от общего числа видов), что характерно для луговых сообществ; также много геофитов (17%) - Хвощ полевой, Кострец безостый, Бодяк щетинистый, Пырей ползучий, Вьюнок полевой, Осока ранняя, Бодяк беловойлочный, Льнянка обыкновенная, Осока коротковолосистая.

Большое число терофитов (15%) - это в основном рудеральные (сорные) и заносные виды, указывает на сильное антропогенное влияние на луговые сообщества в пойме р. Москва. Это такие виды, как: Гулявник Лозеля, Череда трехраздельная, Спорыш птичий, Пастушья сумка обыкновенная, Марь белая, Мелколепестник канадский, Недотрога железистая, Лебеда стрелолистная.

Хамефитов (6%),это Люцерна посевная, Полынь обыкновенная, Амория ползучая. Нами не отмечены в описаниях деревья - фанерофиты, но на исследуемом участке они присутствуют - есть подрост Березы повислой, что свидетельствует о возможности восстановительных сукцессий - образование лесов на месте лугов.

3.4 Географическая характеристика видов

Ареал вида - это территория, в пределах которой он распространен.

Ареалогический анализ ценофлоры лугов в пойме р. Москвы (рис. 5) показывает преобладание видов с широкими ареалами, евроазиатский (32%), евро-западноазиатский (25%), голарктический (9%). Это характерно для ценофлор лугов в бассейне больших рек (Качалов, 2006). Большой процент видов растений гемикосмополитов (9%) и заносных (9%) свидетельствует об антропогеном воздействие на луговые фитоценозы и на биотопы в целом в районе исследования.

Первое место в географическом спектре ценофлоры лугов занимает Евроазиатский элемент - 17 видов. Это такие виды как Кострец безостый, Вейник наземный, Бодяк щетинистый, Пырей ползучий, Хвощ полевой, Будра плющевидная, Яснотка белая, Люцерна серповидная и др.

Второе место занимает Евро-западноазиатский элемент - 13 видов. Это такие виды, как Полынь горькая, Осока ранняя, Цикорий обыкновенный, Ежа сборная, Земляника зеленая, Зверобой продырявленный и др.

Плюризональные виды — космополиты и гемикосмополиты — отличаются очень широким распространением, встречаясь во многих или нескольких зонах земного шара. Настоящие космополиты обитают на всех материках. Космополиты нами не отмечены на территории исследования.

Гемикосмополитами являются виды, расположенные на двух-трех материках, но непременно в северном и южном полушариях. К ним относятся Марь белая, Пастушья сумка, Лапчатка гусиная, Мятлик однолетний, Вьюнок полевой. Плюризональные голарктические виды встречаются в разных зонах только северного полушария: Подорожник большой, Спорыш птичий, Щавель курчавый, Пижма обыкновенная.

Большинство космополитов и гемикосмополитов являются сорными растениями, в расселении которых большую роль играет человек.

Ценофлора исследуемых лугов включает 10 плюризональных видов. Это третья по распространению группа растений.

Заносной (адвентивный) элемент флоры самый динамичный. Чаще всего заносные виды встречаются в виде сорняков на полях, огородах и около жилья. Всего выявлено 5 заносных видов, из них два имеют североамериканское (Астра иволистная, Мелколепестник канадский), 2 южноазиатское (Люцерна посевная, Недотрога железистая) происхождение и у одного растения родина произрастания юго-восток России (Хрен обыкновенный).

Евросибирско-югозападноазиатский географический элемент ценофлоры лугов представлен двумя видами - Осока коротковолосистая и Амория гибридная, как и Евро-югозападноазиатский - Лебеда стрелолистная, Бодяк беловойлочный. Один вид -Лапчатка средняя относится к европейскому элементу.

3.5 Адвентивная флора

В анализе признаков флоры большое внимание уделяется заносным (адвентивным) видам, появление которых - одна из сторон антропогенной эволюции растительности.

По современным классификациям (Миркин и др.,2001) эти виды различают по трем критериям: времени и способу заноса, а также степени натурализации, т.е. уровню адаптированнности к новым географическим условиям. По времени заноса выделяют:

археофиты - виды, появившиеся до XVI века. Представлены 4 видами (Табл.2), это - Гулявник Лозеля, Спорыш птичий, Пастушья сумка обыкновенная, Лебеда стрелолистная;

кенофиты (неофиты) — виды, появившиеся в более позднее время. К их числу относятся 5 видов: Астра иволистная, Мелколепестник канадский, Недотрога железистая, Люцерна посевная, Хрен обыкновенный;

По способу заноса различают:

ксенофиты - виды, занесенные случайно. К этой группе относится преобладающая часть адвентивных видов. На исследуемых лугах к группе относится 5 видов: Гулявник Лозеля, Мелколепестник канадский, Спорыш птичий, Пастушья сумка обыкновенная, Лебеда стрелолистная;

эргазиофиты - виды, занесенные преднамеренно (весьма многочисленная группа видов, наиболее известный пример - клен американский Acer negundo, давно расселяющийся без помощи человека). Нами выявлено 3 вида - Недотрога железистая, Люцерна посевная, Хрен обыкновенный;

ксеноэргазиофиты - переходная группа с неясным сценарием появления в новом районе. На исследуемой территории не выявлены;

По степени натурализации различают:

эфемерофиты - виды, флюктуирующие в локальных местообитаниях - иноземные виды растений, не способные акклиматизироваться. Это - Астра иволистная, Недотрога железистая. Эти виды распространились с приусадебных участков, которые находились рядом с исследуемой территорией раньше;

колонофиты - виды, прочно закрепившиеся в новых местообитаниях, но не распространяющиеся из них. На исследуемой территории не выявлены;

эпекофиты - виды, распределяющиеся по нарушенным местообитаниям (входят в состав рудеральных сообществ, например, виды рода Ambrosia). На исследуемых лугах это - Пастушья сумка обыкновенная, Лебеда стрелолистная, Люцерна посевная, Гулявник Лозеля;

агриофиты виды, внедряющиеся в естественные сообщества (например, зверобой в США, опунция в Австралии и др.). На исследуемых лугах это - Мелколепестник канадский, Спорыш птичий, Хрен обыкновенный.

Глава 4. Изучение растительности лугов в пойме р. Москвы

4.1 Описание пробных площадок Пробная площадка №1

Рядом с дорогой, идущей в 3 м от р. Москвы, немного притемненное место.

Доминанты: Клевер луговой, Осока коротковолосистая, Лапчатка гусиная.

Количество видов: 17.

Пробная площадка №2

Рядом с дорогой, идущей в 3 м от р. Москвы, открытое место.

Доминанты: Кострец безостый. Содоминанты: Пижма обыкновенная, Бодяк щетинистый.

Количество видов: 27.

Пробная площадка №3

Рядом с дорогой, идущей в 3 м от р. Москвы, немного дальше описания №2, но сообщество находится в полутени - рядом несколько деревьев Вербы.

Доминант: Полынь обыкновенная.

Количество видов: 16.

Пробная площадка №4

Рядом с обрывом у реки и группой деревьев, на возвышенном месте. С другой стороны проходит дорога. Открытое место.

Доминанты: Ежа сборная, тысячелистник обыкновенный. Количество видов: 20.

Пробная площадка №5

30 м. от р. Москвы. Открытое место. Вытоптанный луг.

Доминант: Клевер ползучий. Количество видов: 7.

Пробная площадка №6

100 м. от р. Москвы. Небольшое понижение поверхности. Открытое место. С другой стороны деревья и кустарники.

Доминанты: Вейник наземный, Пижма обыкновенная. Количество видов: 9.

Пробная площадка №7

70 м. от р. Москвы. Открытое место. С другой стороны территория, где заложена площадка № 6. Доминанты: Вейник наземный, Земляника зеленая. Количество видов: 18.

Островки Земляники зеленой, внесенной в Красную книгу г. Москвы, находятся на территории описания №7.

Растительность на исследуемой территории периодически скашивается. Все описанные луговые сообщества деградированы в разной степени.

4.2 Определение экологических факторов биотопа по видовому составу луговых сообществ

Наиболее популярными в геоботанических исследованиях европейской части России являются отечественные экологические шкалы Л.Г.Раменского (Раменский и др., 1956) и Д.Н. Цыганова (1983), а также европейские шкалы Г. Элленберга (Ellenberg, 1974, 1996) и Э. Ландольта (Landolt, 1977).

Шкалы Д.Н. Цыганова, используемые нами: термоклиматическая, континентальности климата, увлажнения почв, трофности почв, богатства почв азотом, кислотности почв, освещенности/затенения, переменности увлажнения почв. Баллы, вычислялись по средним арифметическим значениям и с помощью регрессионного анализа

Термоклиматический параметр среды

Баллы, вычисленные по средним арифметическим значениям (рис. 13) - от 8,1 до 8,9, что соответствует суббореальному/неморальному параметру.

Баллы, вычисленные на основании регрессионного анализа: 5,6 и 6,5 - 6 и 4 площадка - бореальный параметр, 8,5 и 10,6 - 3 и 7 площадки - неморальный параметр среды, остальные площадки - балл 7,6 - 7,9 - суббореальный параметр.

Освещенность

Баллы, вычисленные по средним арифметическим значениям: от 2,7 до 3,1, что соответствует полуоткрытым пространствам, это не соответствует действительности.

Баллы, вычисленные на основании регрессионного анализа: 1-1,1 - открытые пространства, внелесные световые биотопы.

Трофность почв

Баллы, вычисленные по средним арифметическим значениям - от 7,9 до 8,6, что соответствует довольно богатым почвам.

Баллы, вычисленные на основании регрессионного анализа: 2,8 и 3: 5 и 7 площадка -бедные почвы; от 5,4 до 6,5 - небогатые почвы.

Богатство почв азотом

Баллы, вычисленные по средним арифметическим значениям: 5,7 и 6 - 5 и 6 площадка соответственно - бедные азотом почвы, остальные площадки от 6,5 до 7,4, что соответствует достаточно обеспеченным азотом почвам.

Баллы, вычисленные на основании регрессионного анализа: от 9 (4 площадка) до 10,5 (2 площадка) - богатые азотом почвы.

Увлажнение почв

Если смотреть на баллы, вычисленные по средним арифметическим значениям, то местообитания, описанных сообществ относятся к сухолесолуговым - на всех площадках балл примерно 11. По данным регрессионного анализа - самая низкая бальная оценка местообитания 9 - лугово-степной биотоп на площадке №5. По видимому, из-за малого числа видов в описании (деградированное сообщество) мог получиться неправильный результат. Остальные баллы более объективно отражают условия биотопа, по сравнению со средними арифметическими значениями. Так на второй и шестой площадке - балл 12,7, что соответствует влажно-лесолуговому биотопу, на остальных площадках баллы от 10,8 до 12 - сухолесолуговые биотопы.

Переменность увлажнения почв

Баллы, вычисленные по средним арифметическим значениям - от 6,1 до 7, что соответствует почвам умеренно переменного увлажнения.

Баллы, вычисленные на основании регрессионного анализа: от 6 до 7,1 - что соответствует почвам умеренно переменного увлажнения. Баллы, полученные двумя расчетами примерно схожие.

Кислотность почв

Баллы, вычисленные по средним арифметическим значениям - от 7,1 до 8, что соответствует слабокислым почвам (pH=5,5-6,5).

Баллы, вычисленные на основании регрессионного анализа: 10,2 - 1 площадка -нейтральные почвы; от 10,8 до 11,9 (6 площадка) - слабощелочные почвы (pH=7,2-8,0).

Предложения по практическому использованию результатов

Результаты проведенных исследований могут быть использованы для биоэкологического мониторинга, геоботанического картирования и для выделения ООПТ. Также полученные сведения можно использовать для выявления антропогенной динамики растительности и негативного влияния человека на биогеценозы поймы р. Москвы.

Заключение

С помощью метода фитоиндикации мы составили характеристику состояния пойменных лугов р. Москвы в виде презентации, которая была представлена в управе микрорайона Капотня, на общем обсуждение о возможности выделения ООПТ в месте района исследований. Данная презентация также была представлена студентам колледжа - для понимания важности бережного отношения к природе.

В ходе проектной работы нами были сделаны следующие выводы, которые оформлены в виде презентации:

1. Во флоре луговых сообществ в пойме р. Москвы нами было выявлено 53 вида

травянистых растений, объединенных в 19 семейств и 45 родов. Анализ флористического спектра указывает на сильное антропогенное воздействие на растительные сообщества.

2. На исследуемой территории обнаружен один вид, занесенный в Красную книгу г. Москвы - Земляника зеленая (Fragaria viridis).

3. Проведенный анализ эколого-ценотической структуры видового состава лугов показал, что преобладает рудеральная (сорная) группа - 24 вида (45%), которая указывает на сильное антропогенное воздействие и изменение естественных экосистем исследуемого района. Так же есть виды из культурной (6%) и заносной (4%) группы.

4. В спектре жизненных форм наблюдается повышенное присутствие терофитов

(15%) - это в основном рудеральные (сорные) и заносные виды, что указывают на сильное антропогенное влияние на луговые сообщества в пойме р. Москвы.

5. Ареалогический анализ ценофлоры лугов в пойме р. Москвы показывает преобладание видов с широкими ареалами, евроазиатский (32%), евро-западноазиатский (25%), голарктический (9%). Это характерно для ценофлор лугов в бассейне больших рек. Большой процент видов растений гемикосмополитов (9%) и заносных (9%) свидетельствует об антропогеном воздействие на луговые фитоценозы и на биотопы в целом в районе исследования.

6. Нами выявлено 9 заносных видов - 5 ксенофитов (виды, занесенные случайно) и 4 эргазиофита (виды, занесенные преднамеренно).

7. Экологический анализ видового состава луговых сообществ по шкалам Д.Н.

Цыганова показал, что на территории исследуемого района: почвы бедные и есть небогатые; увлажнение почв - от сухолесолуговых до влажнолесолуговых; почвы умеренно-переменного увлажнения; кислотность - нейтральные и слабощелочные; богатые азотом и достаточно обеспеченные азотом.