На правах рукописи

Димитриев Юрий Олегович

СОВРЕМЕННОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ФЛОРЫ

УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ

(НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА УЛЬЯНОВСКА)

03.02.01 – Ботаника

03.02.08 – Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Сыктывкар – 2011

Работа выполнена на кафедре ботаники ГОУ ВПО «Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова»

кандидат биологических наук, доцент

Научный руководитель:

Масленников Андрей Викторович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, доцент Казакова Марина Васильевна кандидат биологических наук, доцент Шушпанникова Галина Сергеевна Ботанический сад МГУ имени М.В. Ломоносова

Ведущая организация:

Защита состоится «25» мая 2011 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.004.007.01 в Институте биологии Коми НЦ УрО РАН по адресу: 167982, ГСП-2, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая 28.

Факс: (8212) 24-01-63, e-mail: [email protected], адрес сайта Института: http//www.ib.komisc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Коми научного центра УрО РАН по адресу: 167982, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая 24.

Автореферат разослан «16» апреля 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук А. Г. Кудяшева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время урбанизация является одной из основных тенденций развития общества. Согласно данным Федеральной службы государственной статистики, численность городского населения Ульяновской области на 1 января 2011 г. составляла 1,3 млн. человек, из которых 48,1% приходилось на областной центр г. Ульяновск. В этой ситуации санитарно-гигиеническая комфортность городской среды становится главным критерием её оценки, и на первый план выходит вопрос её оптимизации путем создания устойчивых зеленых насаждений с целью обеспечения полноценных условий проживания населения.

Согласно Генеральному плану города Ульяновска, основным направлением зеленого строительства является формирование устойчивой дифференцированной системы естественной и искусственно культивируемой растительности, берущей начало в пригородных лесах и проникающей вглубь застройки, обеспечивая ее аэрацию. При этом в основу проектирования Генерального плана положен принцип максимального сохранения лесных ландшафтов как в окрестностях города, так и среди застроенных территорий, включения фрагментов естественных лесов, кустарников и лугов в городское озеленение.

В то же время существующий опыт зеленого строительства города Ульяновска не учитывает в полной мере специфичность экологических условий различных районов города и уровень их техногенного загрязнения, а вопросы состояния насаждений жилых и промышленных районов, устойчивости растительного покрова к воздействию городской среды остаются недостаточно изученными. Поэтому мониторинг зеленых насаждений в условиях города, включающий инвентаризацию и оценку современного состояния флоры, представляется весьма актуальным.

Цель диссертационной работы: изучение современного экологического состояния урбанофлоры города Ульяновска как типичной флоры урбанизированных территорий лесостепной зоны.

При выполнении исследования ставились следующие задачи:

1) провести инвентаризацию видового состава сосудистых растений г.Ульяновска с составлением конспекта урбанофлоры (базы данных);

2) выявить и проанализировать адвентивную фракцию урбанофлоры;

3) провести таксономический, хорологический, эколого-фитоценотический, биоморфологический, экологический анализы урбанофлоры г. Ульяновска в целом и по фракциям;

4) выявить эколого-флористический характер изменений парциальных флор, представляющих относительно стабильные и подверженные различной степени антропогенной трансформации городские экотопы;

5) определить характер антропогенной динамики урбанофлоры г. Ульяновска и меры по сохранению флористического богатства урбоэкосистем и их рациональному использованию.

Научная новизна. Впервые проведено эколого-флористическое сравнение антропогенно трансформированных и относительно стабильных городских экотопов, что позволило выявить ослабление зональных свойств флоры урбанизированных территорий лесостепной зоны и обеднение ее видового состава с нарастанием величины техногенной нагрузки на урбоэкосистемы.

На основе собственных исследований, критического обзора литературных источников и гербарного материала составлен конспект сосудистых растений муниципального образования "город Ульяновск" в пределах городского округа и обнаружено 115 новых видов растений (в сравнении с последней флористической сводкой Н.С. Ракова за 2003 г.). Создана электронная база данных, включающая сведения о географической, эколого-фитоценотической, биоморфологической и экологической принадлежности видов. Составлен список редких и исчезающих растений города Ульяновска.

Теоретическая и практическая значимость работы. Материалы диссертации вносят вклад в теоретическую экологию растений и флористику.

Эколого-флористическое исследование урбанизированных территорий в условиях лесостепи определяет методические подходы для аналогичных исследований в других природных зонах. Полученные материалы имеют значение для разработки тактики и стратегии сохранения биоразнообразия в условиях интенсивного хозяйственного освоения. Выявлены наиболее приспособившиеся к условиям урбосреды виды сосудистых растений, которые можно использовать для создания растительного покрова при формировании зеленых насаждений и улучшения гигиенического состояния урбанизированных территорий лесостепной зоны. Результаты исследования могут быть использованы для организации мониторинга состояния флоры г.

Ульяновска, в том числе участков коренной растительности; в работе природоохранных и контролирующих организаций при оценке состояния городских особо охраняемых природных территорий; с целью мониторинга заноса новых адвентивных видов растений и разработки мер для предотвращения распространения карантинных сорняков; для оптимального подбора как местных, так и интродуцируемых видов и дифференцированного подхода при составлении ассортиментов, предназначенных для озеленения различных функциональных зон города; при проведении лекционных, практических и лабораторных занятий, учебных полевых практик ботанического и экологического цикла на естественно-географическом факультете ГОУ УлГПУ им. И.Н. Ульянова.

Апробация работы. Материалы диссертации прошли апробацию на международных научных конференциях "Экология и рациональное природопользование" (Египет, Шарм-Эль-Шейх, 21-28 февраля 2010 г.), "Природопользование и охрана окружающей среды" (Франция, Париж, 15- октября 2010 г.), обсуждены на XV Международной экологической студенческой конференции "Экология России и сопредельных территорий" (г.

Новосибирск, 29-31 октября 2010 г.) и на Седьмом совещании по флоре Средней России (г. Курск, 29-30 января 2011 г.), доложены на международной научной конференции "Современные проблемы эволюции" (XXIV и XXV Любищевские чтения) (г. Ульяновск, 6-8 апреля 2010 г. и 5-7 апреля 2011 г.), на XII межрегиональной научно-практической конференции "Естественнонаучные исследования в Симбирском-Ульяновском крае" (г. Ульяновск, 6-7 декабря 2010 г.).

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры ботаники естественно-географического факультета ГОУ УлГПУ им.

И.Н. Ульянова в курсах "Систематика растений", "Биогеография", "Основы фитоценологии" при чтении лекций, проведении лабораторно-практических занятий и полевых практик.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе – 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора. Автором лично осуществлен весь комплекс полевых исследований, проведен анализ полученных материалов, включая статистическую обработку. Доля участия автора в совместных публикациях пропорциональна числу авторов.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций, списка литературы и 2 приложений.

Работа содержит 126 страниц машинописного текста, 12 рисунков и таблицы. Список литературы включает 213 наименований, в том числе иностранных публикаций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе проводится обзор работ по исследованию флоры отечественных и зарубежных городов, в которых большое внимание уделяется проблемам синантропизации и исторической динамики флор (Ильминских, 1982;

Ишбирдина, Ишбирдин, 1993; Григорьевская, 2000; Антипина и др., 2001;

Раков, 2003; Буданова, 2003; Копытина, 2003; Хозяинова, 2004; Панин, 2005;

Лупова, 2006; Соколова, 2006; Максимов, 2006; Thellung, 1915; Scholz, 1960;

Sukopp, 1966; Falinski, 1971; Gutte, 1990; Landolt, 1992 и др.). При этом всё чаще объектом исследований ученых становится не вся урбанофлора в целом, а конкретные природные объекты, развивающиеся в условиях урбосреды:

сохранившиеся в пределах города естественные участки, различные исторические или функциональные зоны, промышленные районы, железнодорожные пути, коммуникационные узлы, парки, стены, руины и заброшенные замки, кладбища, свалки, улицы, шоссейные дороги и т.п., а также большое внимание уделяется изучению сельских населенных пунктов (Горчаковский, 1973; Зажицкий, 1977; Ильминских, 1992; Березуцкий, Панин, 2007; Kent, 1975 и др.). Рассматривая последствия синантропизации, приводятся две точки зрения о характере флористических урбанистических градиентов в городской среде: прямолинейные (V-образные) (Ильминских, 1989, 1998; Хозяинова, 2004; Вахненко, 2005; Панин, 2005) и криволинейные (S-образные, волнообразные) (Дементьева, 2000; Шушпанникова, 2001;

Уральская, 2003; Вахненко, 2005; Шевера, 2005) картины изменчивости параметров в ряду "окраины – центр города".

Дана краткая историческая справка, показывающая постепенное становление города Ульяновска в качестве одного из крупнейших индустриальных центров Среднего Поволжья. Прослежена история изучения растительного покрова г. Ульяновска и его окрестностей, связанная с именами П.С. Палласа (1809) и И.И. Лепехина (1821), А.П. Шенникова (1924, 1930), С.В.

Голицына (1945, 1947), Р.Е. Левиной и С.В. Голицына (1953), М.И. Котова (1968), В.В. Благовещенского (1989, 1994, 2005), Ю.А. Пчёлкина (1974, 2003), Н.С. Ракова (1988, 1989, 1996, 1997, 2000, 2003, 2006, 2007, 2009), А.В.

Масленникова (1992) и др. Несмотря на долгую историю изучения флоры г.

Ульяновска, возникает необходимость в комплексной экологической характеристике урбанофлоры в целом и сравнительном экологическом анализе парциальных флор, представляющих различные группы местообитаний.

Краткая географическая и экологическая характеристика города Ульяновска. Ульяновск расположен в области умеренно-континентального климата и характеризуется теплым летом и умеренно холодной зимой.

Среднегодовое количество осадков составляет 484 мм при соотношении осадков теплого и холодного периодов как 3:1. По обеспеченности атмосферными осадками район исследования может быть отнесен к зоне с достаточным увлажнением. Характерной особенностью следует считать перебои в выпадении осадков весной и в первую половину лета.

Согласно агропочвенному районированию Ульяновской области г.

Ульяновск располагается на стыке трех агропочвенных районов: Северного (выщелоченные черноземы), Юго-восточного (выщелоченные черноземы, перегнойно-карбонатные почвы, серы лесные почвы) и Восточного (долинные и оподзоленные черноземы, серые лесные почвы). В связи с интенсивной антропогенной деятельностью почвенный покров города претерпел существенные изменения и характеризуется сложностью и мозаичностью, а также наличием специфических городских почв.

В соответствии с флористическим районированием Ульяновской области (Пчелкин, Раков, Масленников, 2003) г. Ульяновск занимает пограничное положение не только относительно почвенных районов, но и флористических:

Северного Ульяновского (с преобладанием степного элемента флоры), Приволжского северо-восточного Ундоровского (с преобладанием лесного элемента флоры), Восточного правобережного Сенгилеевского (с преобладанием лесостепного элемента флоры) и Северного левобережного Старомайнского (с преобладанием лесостепного элемента флоры).

В пределах городской зоны Ульяновска расположены крупные промышленные предприятия машиностроительного комплекса, комплекса отраслей по производству конструкционных материалов и др., на долю которых приходится более 85% выбросов, сбросов отходов и т.д. Максимальный вклад в загрязнение атмосферы города вносит Засвияжский административный район (17 предприятий); три остальных городских района – Железнодорожный ( предприятий), Заволжский (10 предприятий) и Ленинский (10 предприятий) – каждый в три раза меньше.

Выбросы автотранспорта дают наибольшее количество загрязняющих веществ – более 70 % от общего загрязнения атмосферы. Их распределение по территории города обусловлено плотностью улично-дорожной сети и интенсивностью движения. В свою очередь загрязнение атмосферы влечет загрязнение и других природных сред (почвы, поверхностных и подземных вод). По суммарному показателю тяжелых металлов наиболее загрязненными являются северо-восточная и центральная части города, что согласуется с преобладающими направлениями ветров (юго-западное и западное).

Поверхностные воды Ульяновска, в основном представленные Куйбышевским водохранилищем на р.Волге и р. Свиягой, также испытывают значительную техногенную нагрузку.

Таким образом, антропогенные факторы в условиях урбосреды являются основными факторами, влияющими на состояние флоры, и способны воздействовать на нее как комплексно, так и в отдельности.

Основные подходы к исследованию флоры города Ульяновска и методы исследования. Согласно общепринятым традициям, объем урбанофлоры принят как совокупность всех видов на территории города, для которых установлен факт их самопроизвольного появления и произрастания (пусть без прохождения всего жизненного цикла), а также культивируемые деревья и кустарники, для которых возможно существование в составе рудеральных сообществ (Ильминских, 1992; Антипина, 2002; Бабкина, 2002, 2008). Для выделения городских парциальных флор в составе урбанофлоры г. Ульяновска использовали метод модельных выделов, разработанный Н.Г. Ильминских (1992) на основе метода парциальных флор (Юрцев, 1975, 1994; Юрцев, Семкин, 1980). Всего было выделено и проанализировано семь парциальных флор, начиная от слабо нарушенных естественных участков, сохранившихся на территории города, до полностью трансформированных техногенных экосистем (пустыри и свалки, железные дороги и т.п.): садово-огородные комплексы (ПФ 1), городские кварталы (ПФ 2), парковые комплексы и лесопарковые санитарные зоны предприятий (ПФ 3), пустыри (ПФ 4), техногенные территории (ПФ 5), пригородная зона (ПФ 6), естественные участки долины реки Свияга (ПФ 7). Данные выделы представляют собой контуры территории, в пределах которых проводились тщательные флористические исследования по традиционной методике (Алехин, 1938; Полевая геоботаника, 1959-1976;

Вальтер, 1982). Полученные результаты были экстраполированы на генеральную совокупность – урбанофлору в целом. Достоверность экстраполяции обеспечивалась выполнением требований при подборе модельных выделов: равновеликость, более или менее одинаковая форма (обычно квадрат), типичность для данного типа использования территории, цельность и дискретность (выраженная экологическая и визуальная изоляция).

Участки линейных структур урболандшафта (автомобильные магистрали, железные дороги, долины рек Волги и Свияги) были изучены маршрутнорекогносцировочным методом с заложением на наиболее типичных участках геоботанических трансект.

Конспект флоры составлен на основе собственных материалов, полученных в результате полевых исследований, изучении гербарных фондов Ульяновского государственного педагогического университета имени И.Н.

Ульянова (UPSU), а также критическом анализе литературных источников.

При статистической обработке данных использовали программный модуль "GRAPHS", предназначенный для полуавтоматической классификации геоботанических описаний, расчета коэффициентов сходства и корреляции и отображения результатов расчета в виде графов (Новаковский, 2004). Для определения численных значений мер сходства систематической структуры парциальных флор в сравнительно-флористическом анализе использовался коэффициент Жаккара (Шмидт, 1984). Для визуализации полученных результатов был построен граф с пороговыми значениями, необходимыми для разбиения парциальных флор на компоненты связности. В ходе кластерного анализа результаты расчетов были представлены в виде дендрограммы, исходным материалом для которой послужила матрица рассчитанных коэффициентов для каждой пары сравниваемых объектов. Для определения отношения всех парциальных флор к одной (центральной) было использовано построение графа в виде "звезды", что дает возможность выявления существенного влияния одной или двух парциальных флор на все остальные и использования полученных данных в последующем для оптимизации растительного покрова в процессе моделирования урбосреды г. Ульяновска.

Во флоре г. Ульяновска зарегистрировано 1304 вида сосудистых растений из 551 рода и 127 семейств. Основу таксономической структуры составляют покрытосеменные растения, насчитывающие 1271 вид (97,5%), причем на долю двудольных приходится 79,5%, однодольных – 18,0%; 20 видов (1,5%) составляют голосеменные, 13 видов (1,0%) – высшие споровые.

Показатели систематического разнообразия согласуются с таковыми других урбанофлор: наибольшее разнообразие наблюдается в аборигенной фракции, которая и определяет показатели урбанофлоры Ульяновска в целом (табл. 1). Число семейств с одним видом во флоре – 32 (25%), из которых 53% приходится на адвентивную фракцию. Анализ родового спектра показывает высокое содержание родов с малым числом представленных видов. Так доля одно- и двувидовых родов составляет 73,3% и объединяет 39% видов, трех- и четырехвидовых родов – 15,8% (22,4% видов). Наиболее крупными по числу видов являются роды Carex (31), Veronica (18), Artemisia (17), Galium (15), Vicia (14) и другие, объединяющие 503 вида (38,6%). Специфическими элементами урбанофлоры являются отделы Equisetophyta, Polypodiophyta и 41 семейство (32,3%) из отдела Magnoliophyta, в составе которых отсутствуют адвентивные виды. За исключением семейств Cyperaceae и Campanulaceae, это небольшие семейства с малым видовым разнообразием, объединяющие 6,6% видов.

Основные параметры флоры г. Ульяновска в целом и по фракциям Флора Адвентивная фракция насчитывает 544 (41,7%) вида из 298 родов и семейств. Ее ядро (до 70%) составляют интродуценты. 527 видов относятся к отделу покрытосеменных, из которых 458 видов являются представителями класса двудольных, 69 видов – класса однодольных. Остальные 17 видов принадлежат отделу голосеменных: 16 видов из класса Pinopsida и 1 вид (Taxus baccata L.) из класса Gnetopsida. Ввиду высокой динамичности состава уровень видового разнообразия ниже, чем аборигенной фракции или урбанофлоры в целом (табл. 1). Отличительной особенностью адвентивного компонента является наличие в его составе 33 семейств, отсутствующих в аборигенной фракции флоры: Amaranthaceae Juss., Cucurbitaceae Juss., Elaeagnaceae Adans., Hydrophyllaceae R.Br., Juglandaceae A.Rich. ex Kunth, Portulacaceae Juss., Resedaceae S.F. Gray, Sambucaceae Batsch ex Borkh. и др.

На 10 ведущих семейств урбанофлоры (табл. 2) приходится 720 видов (55,2%), в аборигенной фракции эта доля составляет 60,3%, в адвентивной – 55,9%.

Ведущие семейства флоры г. Ульяновска и ее фракций (%) В целом спектр ведущих семейств согласуется со спектром флоры Голарктики, где первые три места занимают семейства Asteraceae, Poaceae, Fabaceae (Березуцкий, Панин, 2007). Перемещение на одну позицию вверх семейства Rosaceae объясняется закономерным участием в урбанофлоре дичающих интродуцентов из этого таксона. Семейства Brassicaceae и Chenopodiaceae обладают выраженным синантропным характером, и их высокий ранг вполне закономерен.

Городские условия накладывают отпечаток на эколого-фитоценотический спектр флоры: группа сорных растений занимает вторую позицию (19,3%) после видов культурценозов (21,9%), а на долю видов, приуроченных к лесным ценозам и экотопам с повышенным увлажнением (1-4 группы), приходится 23,8% против 35,0% видов открытых пространств (табл. 3).

Эколого-фитоценотические группы в урбанофлоре Ульяновска Сохранение существенной роли гидрофильных фитоценотических групп в составе урбанофлоры объясняется протеканием по территории г. Ульяновска с юга на север р. Свияги и расположением города на обоих берегах Куйбышевского водохранилища. Полученное соотношение числа видов нарушенных местообитаний (41,2%) и растений зонально обусловленных сообществ (58,8%) обеспечивается в основном за счет адвентивной фракции флоры.

При хорологическом анализе урбанофлоры г. Ульяновска за основу была взята система фитохорий А.Л. Тахтаджяна (1978). В аборигенной фракции урбанофлоры заметно преобладание видов с широкими ареалами, что характерно для многих антропогенных местообитаний: еврозападноазиатские виды составляют 40%, евразиатские – 31,3%, голарктические – 15,7%. В широтно-географическом спектре преобладают плюризональные (39,7%), степные (23,8%) и бореальные (14,5%) виды, что не согласуется с ботаникогеографическим составом зональной флоры Ульяновской области с явным преобладанием лесных элементов (65,6%) над степными (32,6%) (Пчёлкин, 1974). Это объясняется экологическими условиями произрастания растений на территории города, где в условиях иссушения и уплотнения почв наиболее приспособленными оказываются виды с широкой экологической амплитудой (плюризональные) и виды более южных широт (степные). Относительный вклад каждого долготного геоэлемента в широтные группы отражен на рис. 1.

Рис. 1. Соотношение широтно-долготных географических элементов в аборигенной фракции урбанофлоры г. Ульяновска, в %.

флорогенетических элементов, среди которых заметно преобладание средиземноморских (19,7%), ирано-туранских (17,5%), североамериканских (17,5%) и восточноазиатских (12,9%) видов. Определенная роль в структуре урбанофлоры принадлежит видам, возникшим в культуре в результате гибридизации (3,9%): Aronia mitschurinii Skvorts.et Maitulina, Clematis x jackmanii T.Moore, Populus sowietica pyramidalis Jabl., Viola x wittrockiana Gans.

и т.д. Также выделена небольшая группа прогрессирующих видов (0,9%), первичные ареалы которых расположены в соседних (контактных) регионах (Борисова, 2007).

Специфику изучаемой флоры отражает спектр жизненных форм, который является показателем экологических условий обитания растений. Согласно классификации жизненных форм, предложенной К. Раункиером (Raunkiaer, 1934), наиболее многочисленной группой в спектре биоморф являются гемикриптофиты (41,1%), что обеспечивается аборигенными видами (57,1% против 18,7% адвентивных). Обращает на себя внимание большое количество терофитов (20,3%), среди которых велика доля адвентивных видов (35,1% против 9,7% аборигенных), что соответствует условиям произрастания на антропогенно нарушенных местообитаниях. В сравнении с зональной флорой региона, в урбанофлоре повышается доля фанерофитов (17,2%), что объясняется дичанием интродуцированных древесно-кустарниковых культур (32,4% адвентивных видов против 6,3% аборигенных). Далее следуют криптофиты (13,7%), хамефиты (4,1%), гемикриптофиты или терофиты (3,5%).

Согласно классификации И.Г. Серебрякова (1962), наибольшее число видов урбанофлоры относится к типу травянистых многолетников (44,8%), что обеспечивается аборигенным ядром флоры (60% против 23,5% адвентивной фракции). Следующие позиции занимают монокарпические травы (28,5%), кустарники (8,2%) и деревья (7,5%), среди которых значительную роль играют адвентивные виды, связанные чаще всего с результатами интродукции. Отнюдь не последнее место занимают биоморфологические типы земноводных трав (6,9%), плавающих и подводных трав (1,6%), что обусловлено зарождением и развитием городской флоры на междуречье двух рек Волги и Свияги.

Замыкают спектр деревянистые лианы (1,2%), полукустарники и полукустарнички (1,1%), кустарнички (0,3%).

Самой представительной экологической группой в урбанофлоре по отношению к условиям увлажнения являются мезофиты (47,6%), преобладание которых характерно для флор умеренной зоны. Вторую и третью позиции занимают ксеромезофиты (16,9%) и ксерофиты (11,0%), что соотносится с общей тенденцией ксерофитизации урбанофлор. Высокие показатели ксерофильного ряда (32,7%) обусловлены антропогенным прессом, приводящим к уплотнению и значительному иссушению городских почв. На своеобразие природных условий указывает наличие во флоре гигрофитов (10,4%) и гидрофитов (2,8%), разнообразие которых обеспечивается аборигенной фракцией.

В процессе анализа урбанофлоры г. Ульяновска при выделении трофоморф была использована шкала А.Л. Бельгарда, разработанная им для условий степной зоны (Бельгард, 1950, 1971). Преобладающими экологическими группами являются мезотрофы (60,4%) и мегатрофы (29,9%), что в целом соответствует условиям произрастания на урбанизированных территориях. Олиготрофы составляют 7,5%. Большая их часть приурочена к естественным степным и лесостепным участкам окрестностей села Арское и аллювиальным песчаным отложениям рек Волга и Свияга. Лишь 25-30% всех олиготрофов встречается на антропогенно нарушенных территориях: улицах, пустырях, железнодорожных насыпях и автостоянках. Галомегатрофы (1,7%) и галофиты (0,5%) встречаются крайне редко: или в местах выхода соленосных глин юрского периода в пойме р. Свияги, или вдоль дорог, обрабатываемых в зимний период смесью песка и соли.

Для определения спектра антропогенных преобразований среды обитания растительных сообществ применяется шкала гемеробности (Jalas, 1953, 1955;

Sukopp, 1972; Ziarnek, 2007). На основе анализа флористических работ последних лет (Макарова, 2000; Панасенко, 2002; Лупова, 2006) для установления антропотолерантности растений в нашем исследовании была использована пятибалльная шкала гемеробности (рис. 2). Практически вся олигогемеробная группа образована аборигенными видами, а в мезо-, эу- и полигемеробной группах адвентивных видов почти в два раза больше, чем аборигенных. Очевидно, что изменения экологических факторов на антропогенно трансформированных участках создают определенные ниши, которые могут быть колонизированы адвентивными видами быстрее и лучше, чем местными видами.

При исследовании выделенных нами парциальных флор в концепции сопряженного развития городской и природной сред основной приоритет в выборе качественных характеристик был отдан экологическим характеристикам.

Таким образом, структурирование парциальных флор в процессе анализа происходило по следующим четырем критериям: системе биоморф К.Раункиера, экоморфам по отношению к условиям увлажнения и почвенным условиям, эколого-фитоценотическим группам. В качестве контрольных флор, отражающих природную среду, в которой развивался город, были взяты парциальные флоры ПФ 6 (лесостепные ландшафты и остепненные участки волжского косогора в окрестностях города) и ПФ 7 (супераквальные ландшафты рек Свияга и Куйбышевского водохранилища).

Как показал биоморфологический анализ (рис. 3), во всех парциальных флорах ведущими группами являются гемикриптофиты, фанерофиты и терофиты, при этом их местоположение в спектре меняется соответственно экотопам. Так, преобладание терофитов является характерной особенностью антропогенно нарушенных территорий (ПФ 1, ПФ 4), а существенная роль фанерофитов в значительной степени является результатом формирующей деятельности человека, в частности, планомерных посадок (ПФ 1, ПФ 2, ПФ 3).

В спектре гигроморф как в урбанофлоре в целом, так и в парциальных флорах ведущими группами являются мезофиты, ксеромезофиты, причем в ряду от ПФ 1 к ПФ 6 наблюдается ксерофитизация флор за счет снижения доли мезофитов. По отношению к эдафическим условиям во всех парциальных флорах двумя основными группами являются мезотрофы и мегатрофы. Более дифференцированными при сравнении выбранных спектров оказались соотношения эколого-фитоценотических групп (рис. 4).

Рис. 3. Классификация жизненных форм по системе К. Раункиера в парциальных флорах г. Ульяновска и урбанофлоре в целом, в %.

В рис. 3 и далее: ПФ 1 – садово-огородные комплексы, ПФ 2 – городские кварталы, ПФ 3 – парковые комплексы и лесопарковые санитарные зоны предприятий, ПФ 4 – пустыри, ПФ – техногенные территории, ПФ 6 – пригородная зона, ПФ 7 – естественные участки долины реки Свияга.

Рис. 4. Эколого-фитоценотические группы в парциальных флорах Для оценки общности флористических списков парциальных флор был использован коэффициент сходства Жаккара, а на основании полученной матрицы при помощи программы GRAPHS построена дендрограмма (рис.5).

Достаточно четко видно, что наибольшим флористическим сходством между собой обладают ПФ 2 и ПФ 3, а также ПФ 4 и ПФ 5.

Рис.5. Коэффициенты Жаккара для парциальных флор, в%.

Все парциальные флоры г. Ульяновска имеют общие виды, что свидетельствует об их взаимообусловленном развитии. Однако в целом коэффициенты сходства между парциальными флорами и флорой речных долин (ПФ 7) значительно выше, нежели между парциальными флорами и флорой лесостепи (ПФ 6), что позволяет сделать вывод о более значительном влиянии флоры супераквальных ландшафтов на развитие урбанофлоры.

Таким образом, с одной стороны, высокий уровень сходства продемонстрировали флоры, чей видовой состав в значительной степени формируется человеком в процессе целенаправленной хозяйственной деятельности (ПФ 1, ПФ 2, ПФ 3); с другой стороны, обособились флоры антропогенно нарушенных территорий (ПФ 4 и ПФ 5), видовой состав которых формируется стихийно, без планомерного участия человека, но под воздействием целого комплекса отрицательных техногенных факторов. ПФ характеризуется смешанным типом формирования видового состава, так как отражает видовой состав фрагментов как искусственных, так и естественных фитоценозов, вошедших в состав парковых комплексов и санитарных зон.

проблемы охраны урбанофлоры города Ульяновска Показателями антропогенной динамики флоры, как правило, служат индексы адвентизации (отношение числа адвентивных видов к общему числу видов природной флоры) и синантропизации (отношение числа синантропных видов к индигенным видам), равные 0,72 и 0,87 соответственно, что демонстрирует высокий уровень нарушенности городской флоры. Для сравнения, в 1953 г. Р.Е. Левиной и С.В. Голицыным (1953) во флоре г.

Ульяновска выделялось всего 139 адвентивных видов с индексом адвентизации, равным 0,22, и 196 синантропных видов (25% всей флоры) с индексом синантропизации, равным 0,34.

Выявить направленность современной динамики изучаемой флоры позволяет анализ адвентивных растений по времени и способу заноса, степени их натурализации в естественные сообщества с учетом жизненных стратегий и места их первичного произрастания. Используя традиционные классификации адвентивного элемента, нами выявлена следующая структура адвентивной фракции урбанофлоры (табл. 4).

Структура адвентивной фракции урбанофлоры г. Ульяновска По времени иммиграции преобладают кенофиты – 428 видов (32,8% урбанофлоры в целом), а на долю археофитов приходится лишь 116 видов (8,9%). По способу миграции насчитывается 160 видов ксенофитов (29,5%), ксено-эргазиофигофитов – 33 (6,1%), ксено-эргазиофитов – 8 (1,5%), аколютофитов – 4 (0,7%), остальные относятся к категории преднамеренно занесенных видов (62,2%). Во всех группах по времени заноса преобладают кенофиты. Однако следует отметить, что если среди эргазиофитов безусловное доминирование кенофитов над археофитами вполне ожидаемо (10 : 1,4), то среди ксенофитов они соотносятся как 10 : 7,8. Последнее означает, что основная масса ксенофитов проникла на территорию города еще в период освоения "дикого поля" с середины XVII до начала XIX веков. По степени натурализации выделяются эфемерофиты (44,3%), что свидетельствует о значительной роли миграционных процессов и неустойчивости городских экосистем. Далее следуют эпекофиты – 29,8%, колонофиты – 16,9%, агриоэпекофиты – 5,7% и агриофиты – 3,3%.

Вследствие повышенного антропогенного воздействия на сохранившиеся в пределах города естественные экосистемы из урбанофлоры вытесняются наиболее уязвимые виды лесных, луговых, болотных, прибрежно-водных и водных растений-антропофобов. Так, за более чем полувековой период в урбанофлоре г. Ульяновска исчезло 76 видов, но в то же время было обнаружено 595 новых видов сосудистых растений, из числа последних большая часть представлена видами-интродуцентами (55,3%), 14,3% случайными заносными видами и 30,4% аборигенными видами. При исследовании урбанофлоры г. Ульяновска выявлено 55 охраняемых видов сосудистых растений: занесенных в Красную книгу Ульяновской области (2008) – 41 вид и в Красную книгу РФ (2008) – 22 вида. Следует отметить, что при анализе учтены три вида (Nelumbo nucifera Gaertn., Matthiola fragrans Bunge, Panax ginseng C.A. Mey.), исключенные из общего списка урбанофлоры ввиду невозможности их спонтанного произрастания в городе и не учитываемые в других видах анализа.

На степных участках в окрестностях с. Арское, вошедшего в состав города в 2004 г., произрастает 20 видов охраняемых растений, в созданном в 1993 г. в пойме р. Свияга экопарке "Черное озеро" – 10, на остепненных волжских склонах и Заволжском лесу, подверженных слабой антропогенной нагрузке, – 10, в городских садах, парках и скверах – 23 вида. На вторичных нарушенных местообитаниях, близ железнодорожных путей, встречено 5 видов (Argusia sibirica, Artemisia pontica, Cotoneaster lucidus, Equisetum ramosissimum, Stipa pennata), куда они, вероятно, были занесены транспортными потоками или животными. Все это говорит о необходимости включения в систему особо охраняемых территорий фрагментов урбанизированных ландшафтов, ставших прибежищем редких и охраняемых видов.

ВЫВОДЫ

1. Урбанофлора города Ульяновска насчитывает 1304 вида сосудистых растений, относящихся к 551 роду и 127 семействам. Из них 1271 вид (97,5%) относится к покрытосеменным, причем на долю двудольных приходится 79,5%, однодольных – 18,0%; 20 видов (1,5%) составляют голосеменные, 13 видов (1,0%) – высшие споровые. Впервые для изучаемой территории выявлено новых видов сосудистых растений.

2. В эколого-фитоценотическом спектре г. Ульяновска преобладают группы культивируемых (21,9%), сорных (19,3%), лесных (10,8%), степных (10,7%), прибрежно-водных (8,5%), луговых (7,2%) и лесостепных (6,9%) растений, доля остальных групп не превышает 5%. В составе экологической структуры ведущими группами по отношению к условиям увлажнения являются мезофиты (47,6%), ксеромезофиты (16,9%), ксерофиты (11,0%) и гигрофиты (10,4%), по отношению к трофическим условиям – мезотрофы (60,4%) и мегатрофы (29,9%). По степени антропотолерантности видов первое место занимают мезогемеробы (37,2%), далее следуют олигогемеробы (26,8%) и эугемеробы (20,9%). Несмотря на тенденцию к увеличению доли ксерофильных видов преимущественно открытых местообитаний в связи с возрастанием техногенной нагрузки, в составе урбанофлоры сохраняется существенная роль олигогемеробных гидрофильных фитоценотических групп, разнообразие которых обеспечивается аборигенной фракцией флоры.

3. В географическом составе аборигенной фракции урбанофлоры г.

Ульяновска преобладают виды с широкими ареалами: еврозападноазиатские виды составляют 40%, евразиатские – 31,3%, голарктические – 15,7%. В широтно-географическом спектре преобладают плюризональные (39,7%), степные (23,8%) и бореальные (14,5%) виды, что не согласуется с ботаникогеографическим составом зональной флоры Ульяновской области с явным преобладанием лесных элементов (65,6%) над степными (32,6%). Однозначное доминирование первых двух групп объясняется экологическими условиями произрастания растений на территории города.

4. Во флорогенетической структуре адвентивной фракции выделяются средиземноморские (19,7%), ирано-туранские (17,5%), североамериканские (17,5%) и восточноазиатские (12,9%) виды, широко распространившиеся благодаря своим декоративным и ценным хозяйственным свойствам, а также высокой способности к натурализации. Доля представителей других флорогенетических регионов невысока, хотя отдельные представители Западной и Южной Европы, Южной и Центральной Америки, Кавказа занимают стойкие позиции в растительном покрове, в том числе являются опасными сорняками.

5. Среди биоморф (по системе И.Г. Серебрякова) преобладают травянистые многолетники (44,8%), далее следуют малолетники (28,5%), кустарники (8,2%), деревья (7,5%), а на долю земноводных, плавающих и подводных трав приходится 8,5% видов. Согласно классификации К.

Раункиера, наблюдается безусловное доминирование гемикриптофитов (41,1%), значительна роль терофитов (20,3%) и фанерофитов (17,2%). Состав биоморф отражает особенности урбосреды, где, несмотря на сохранение зонального характера лесостепной флоры, наблюдается его ослабление, связанное как с интенсивной деятельностью человека по озеленению территории, так и техногенными процессами, ведущими к ксерофитизации ряда парциальных флор.

6. Анализ парциальных флор по четырем экологическим характеристикам (биоморфы по системе К. Раункиера, гигроморфы, трофоморфы, экологофитоценотические группы) показал, что спектры парциальных флор в целом сохраняют соотношения, присущие урбанофлоре г. Ульяновска.

7. Сравнительный анализ парциальных флор с использованием коэффициента Жаккара продемонстрировал наибольшее флористическое сходство между ПФ 2 и ПФ 3, ПФ 4 и ПФ 5, а также сходство ПФ 1 с ПФ 2.

Таким образом, на территории города выделено две группы парциальных флор:

1) чей видовой состав формируется стихийно, 2) чей видовой состав при формировании в той или иной степени испытывает непосредственное и планомерное участие человека.

8. На видовой состав урбанофлоры г. Ульяновска, расположенного в лесостепной зоне, значительное влияние оказывает флора речных долин Свияги и Волги (Куйбышевского водохранилища) нежели зональная флора лесостепи.

9. Адвентивная фракция урбанофлоры представлена 544 видами (41,7%) из 298 родов и 86 семейств. По времени иммиграции преобладают кенофиты (428 видов), по способу миграции – преднамеренно занесенные виды (62,2%) и ксенофиты (29,5%), по степени натурализации – эфемерофиты (44,3%), эпекофиты (29,8%) и колонофиты (16,9%). Индекс адвентизации составляет 0,72, что демонстрирует высокий уровень нарушенности урбанофлоры.

10. За последние полвека из урбанофлоры г. Ульяновска исчезло 76 и появилось 595 видов сосудистых растений. Из числа последних большая часть (55,3%) представлена видами-интродуцентами, 14,3% случайными заносными видами и 30,4% аборигенными видами. В настоящее время на территории Ульяновска обнаружено 55 охраняемых видов сосудистых растений, из которых 41 вид занесен в Красную книгу Ульяновской области и 22 вида – в Красную книгу Российской Федерации.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ,

ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Димитриев Ю.О., Масленников А.В. Охраняемые виды растений города Ульяновска // Естественные и технические науки. 2010. №1. С. 78-81.

2. Димитриев Ю.О., Масленников А.В., Фролов Д.А. Сравнительный анализ линейных структур ландшафта во флоре города Ульяновска (на примере поймы реки Свияги и железных дорог) // Проблемы региональной экологии. 2011. №1. С. 27-32.

3. Димитриев Ю.О., Масленников А.В. Современные тенденции в развитии урбанофлоры города Ульяновска // Экология урбанизированных территорий. 2011. №1. С. 29-34.

В прочих изданиях:

1. Димитриев Ю.О. Интродуцированные виды растений города Ульяновска // Современные наукоемкие технологии: матер. междунар. науч. конф.

"Экология и рациональное природопользование", Египет (Шарм-ЭльШейх), 21-28 февраля 2010 г. 2010. №1. С. 58-61.

2. Димитриев Ю.О. Анализ флоры интродуцентов города Ульяновска // Любищевские чтения – 2010. Современные проблемы эволюции: Сб.

матер. конф., Ульяновск, 6-8 апреля 2010 г. Ульяновск: УлГПУ, 2010. С.

299-303.

3. Димитриев Ю.О. Таксономический анализ урбанофлоры в оценке состояния урбосреды (на примере г. Ульяновска) // Современные "Природопользование и охрана окружающей среды", Франция (Париж), 15октября 2010 г. 2010. №9. С. 136-137.

4. Димитриев Ю.О. Флористический мониторинг поймы реки Свияги в условиях урбосреды г. Ульяновска // Матер. XV междунар. экологической студенческой конф. "Экология России и сопредельных территорий", Новосибирск, 29-31 октября 2010 г. Новосибирск, 2010. С. 124-125.

5. Димитриев Ю.О. К изучению флоры железных дорог города Ульяновска // Природа Симбирского Поволжья: Сб. науч. трудов XII межрегион. науч.практ. конф. "Естественнонаучные исследования в СимбирскомУльяновском крае". Вып. 11. Ульяновск: Корпорация технологий продвижения; УлГПУ, 2010. С. 41-44.

6. Димитриев Ю.О. Современное состояние урбанофлоры города Ульяновска как типичной флоры антропогенно трансформированных территорий лесостепной зоны Средней России // Матер. VII совещ. по флоре Средней России, Курск, 29-30 января 2011 г. Курск, 2011. С. 61-64.

7. Димитриев Ю.О. Экологическая структура флоры города Ульяновска // Любищевские чтения – 2011. Современные проблемы эволюции: Сб.

матер. междунар. конф., Ульяновск, 5-7 апреля 2011 г. Ульяновск: УлГПУ, 2011. С. 294-296.

Подписано в печать 14.04.2011. Формат 6084/16.

Усл. печ. л. 1,40. Тираж 100 экз. Заказ 400.

Типография УлГТУ. 432027. г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, 32.