Фитоиндикация боров Серпуховского района

Олечка Шиянова

Фитоиндикация боров Серпуховского района

Растительный покров как индикатор условий среды широко используется в настоящее время самыми различными научно-исследовательскими и производственными организациями. Именно методы фитоиндикации были выбраны мной для биоиндикационной характеристики фитоценозов Серпуховского района. Они позволяют определять текущую экологическую обстановку и проводить экспресс-оценку степени антропогенной нагрузки на природные экосистемы. Фитоиндикация дает быструю и своевременную характеристику условий окружающей среды того или иного растительного сообщества. Это наиболее актуально в условиях постоянно растущей экологической напряженности в Московской области и наличия тенденции к увеличению антропогенного влияния на природу. В связи с этим нами была поставлена цель данной дипломной работы: изучение и оценка лесных сообществ на территории Серпуховского района Московской области методами фитоиндикации. Для достижения цели были поставлены следующие задачи: 1) Фитоиндикационная оценка эталонного участка – бора с минимальной антропогенной нагрузкой. 2) Фитоиндикационная оценка боров разной степени антропогенного воздействия. 3) Анализ результатов фитоиндикации боров на территории Серпуховского района Московской области.

Биология

Другие учебные работы

Вуз: Независимое исследование (нет вуза)

ID: 575497ac5f1be7670cacc6a9

UUID: 49c6f0b0-0d91-0134-102f-525400003e20

Язык: Русский

Опубликовано: больше 8 лет назад

Просмотры: 27

10.54

Олечка Шиянова

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 0 байт

Поделиться работой

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный областной университет Биолого-химический факультет Специальность Биоэкология Кафедра Ботаники и прикладной биологии Выпускная квалификационная (дипломная) работа Шияновой Ольги Алексеевны «Фитоиндикация боров Серпуховского района» Руководитель: д.б.н., проф. Зернов Александр Сергеевич К защите Зав. кафедрой: _____________/_д.б.н., проф. Немирова Е.С. Москва 2014 1

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................. 3 1.ФИТОИНДИКАЦИЯ И ЕЕ МЕСТО В ОЦЕНКЕ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ .......................................... 6 2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЕДОВАНИЯ ................................................................................................. 19 2.1. ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ..................................................................... 19 2.2. КЛИМАТ ......................................................................................................... 20 2.3. ГЕОЛОГИЯ ...................................................................................................... 22 2.5. РЕЛЬЕФ ........................................................................................................... 23 2.6. ГИДРОГРАФИЯ ................................................................................................ 23 2.7. ПОЧВЫ ........................................................................................................... 24 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИТОЦЕНОЗОВ СЕРПУХОВСКОГО РАЙОНА ......................................................................... 26 3.1. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕСТООБИТАНИЙ СООБЩЕСТВ ПО ШКАЛАМ Г.ЭЛЛЕНБЕРГА ...................................................................................................... 26 3.2. БИОИНДИКАЦИЯ ГАЗОДЫМОВЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПО СОСТОЯНИЮ ХВОИ PINUS SYLVESTRIS ................................................................................................. 31 4. ФИТОИНДИКАЦИЯ БОРОВ СЕРПУХОВСКОГО РАЙОНА МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ ............................................................................. 36 4.1. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КЛЮЧЕВЫХ УЧАСТКОВ .................................. 36 4.1.1. Участок № 1 .......................................................................................... 36 4.1.2. Участок № 2 .......................................................................................... 38 4.1.3. Участок № 3 .......................................................................................... 40 4.1.4. Участок № 4 .......................................................................................... 43 4.1.5. Участок № 5 .......................................................................................... 46 4.1.6. Участок № 6 .......................................................................................... 48 4.1.7. Участок № 7 .......................................................................................... 51 4.1.8. Участок № 8 .......................................................................................... 53 4.1.9. Участок № 9 .......................................................................................... 56 4.2. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ......................................................... 58 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................... 65 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ..................................... 66 2

ВВЕДЕНИЕ Понятие качества окружающей среды обитания включает в себя обобщенную характеристику природной среды, которая обеспечивает, прежде всего, сохранение здоровья и комфортные условия проживания человека. Главной задачей для этого является сохранение экологического равновесия в природе. Для этого необходимо учитывать не только общепринятые санитарно-гигиенические и токсикологические нормативы (ПДК, ПДУ), но и множество других показателей, характеризующих различные реакции отдельных организмов и их сообществ на антропогенное воздействие. Их реакции на различные химические и физические воздействия и их сочетания характеризуются такими особенностями, как интегральность и кумулятивность многих воздействий, парадоксальные эффекты малых доз на живые организмы, наличие цепных процессов и отдаленных последствий локальных влияний на различные «этажи» сложных экосистем (Мелихова, 2010). Среди различных средств экологических оценок и мониторинга условий и качества окружающей среды одно из почетных мест занимает фитоиндикация. Этот метод имеет ряд преимуществ, наиболее значимыми из которых являются: быстрое отражение происходящих в экосистеме изменений, определение степени токсичности различных веществ, возможность использования методов математической статистики, отсутствие дорогостоящих приборов биологических параметров, и трудоемких возможности методов определения для измерения изменений в экосистеме на ранних стадиях загрязнения, что позволяет прогнозировать нарушение равновесия и подготовить комплекс мер по защите окружающей среды. 3

Еще в античные времена предпринимались попытки использовать растительный покров как показатель – индикатор – среды. «Горькую землю узнают по черной, выродившейся траве, холодную – по криворастущей, влажную – также по некрасивой растительности», – писал Плиний Старший в «Естественной истории» (Викторов, 1988). На сегодняшний день накоплен огромный фактический материал, позволивший составить первые сводки об индикаторной роли растительного покрова. Растительные индикаторы используются в самых разнообразных исследованиях: почвенных (оценка плодородия почв, определение степени их влажности, химизма и т.д.), геологических (поиски полезных ископаемых, выявление геологического строения, литологии, новейшей тектоники и т.д.), гидрологических (поиски подземных вод, определение глубины их залегания, химизма, динамики и т.д.), геоморфологических (определение динамики геоморфологических процессов и др.); при изучении болот (определение строения, свойств торфяной залежи и др.), вечной мерзлоты (наличие мерзлоты, глубина ее летнего простаивания, динамики). По растительному покрову можно судить о климатических условиях, о загрязнении атмосферы вредными газами и радиоактивными веществами. По растительности восстанавливают условия среды далекого геологического прошлого (Корчагин, 1971), судят о воздействии человека на среду (пожары, распашка, пастбищный режим и др.) Таким образом, растительный покров как индикатор условий среды широко используется в настоящее время самыми различными научноисследовательскими и производственными организациями. Именно методы фитоиндикации были выбраны нами для биоиндикационной характеристики фитоценозов Серпуховского района. Они позволяют определять текущую экологическую обстановку и проводить экспресс-оценку степени антропогенной нагрузки на природные экосистемы. Фитоиндикация дает быструю и своевременную характеристику условий 4

окружающей среды того или иного растительного сообщества. Это наиболее актуально в условиях постоянно растущей экологической напряженности в Московской области и наличия тенденции к увеличению антропогенного влияния на природу. В связи с этим нами была поставлена цель данной дипломной работы: изучение и оценка лесных сообществ на территории Серпуховского района Московской области методами фитоиндикации. Для достижения цели были поставлены следующие задачи: 1) Фитоиндикационная оценка эталонного участка – бора с минимальной антропогенной нагрузкой. 2) Фитоиндикационная оценка боров разной степени антропогенного воздействия. 3) Анализ результатов фитоиндикации боров на территории Серпуховского района Московской области. 5

ГЛАВА I ФИТОИНДИКАЦИЯ И ЕЕ МЕСТО В ОЦЕНКЕ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ «Индикация – это, когда мы смотрим на то, что видим, и видим то, чего не видим». Такое шутливое, но принципиально верное определение сущности индикации любил повторять один из основоположников индикационной геоботаники С.В. Викторов (Цыганов, 1983). Действительно, любая биологическая система – будь то организм, популяция или биоценоз – в процессе своего развития адаптировалась к условиям окружающей среды. Способ оценки качества природной среды обитания при помощи живых организмов называется биоиндикацией (от лат. indicator – указатель). Соответственно, любой организм или сообщество, тесно связанный с определенным фактором среды и применяющийся для его оценки, называется биоиндикатором. Международная программа «Биоиндикаторы» делит их на шесть групп в соответствии с шестью биологическими дисциплинами: микробиологические, ботанические, зоологические, генетические, физиологические и гидробиологические (Булохов, 2004). Шире всего применяются ботанические или растительные индикаторы, поскольку именно они изо всех элементов природы имеют наибольшее индикаторное значение, как самые доступные для наблюдения, чрезвычайно пластичные и чутко реагирующие на любые изменения окружающей среды. Недаром Б.В. Виноградов в книге «Растительные индикаторы и их использование при изучении природных ресурсов» главу «Основы теории и практики растительных индикаторов» начал следующим определением: «Растительными индикаторами могут служить как отдельные растения и фитоценозы, так и особенности строения и состава растений, которые в силу 6

тесной их связи с различными элементами ландшафта указывают на характер, распределение и динамику условий окружающей среды» (Виноградов, 1964, с.5) В работах «Введение в индикационную ботанику» (Викторов и др., 1962) и «Растительные индикаторы и их использование при изучении природных ресурсов» (Виноградов, 1964) истоки данных исследований, в смысле документально зафиксированных наблюдений о приуроченности определенных растений к определенным условиям среды, относятся еще к античному времени. Упоминаются сочинения Теофраста, Катона, Плиния Старшего, Колумеллы, даже Вергилия. Говорится о развитии представлений о растительности, как об индикаторе вод и почв у народов древнего и средневекового Ближнего и Среднего Востока. На основе этого можно предположить, что наблюдения такого рода должны были накапливаться у человечества уже со времен палеолита. В середине девятнадцатого столетия в трудах А. Гумбольдта, А. Декандоля, А. Гризебаха и ряда других выдающихся ученых-ботаников была ясно показана глубокая связь растительного покрова с климатом, а существование тесной связи почвы с растительным покровом было установлено Е.Хильгардом, Ф. И. Рупрехтом, П. А. Костычевым и др. Ф. И. Рупрехт впервые доказал происхождение жизнедеятельности степной растительности. чернозема Глубокое в результате теоретическое обоснование индикации было дано уже в конце позапрошлого века Е.Вармингом, основоположником экологии растений, и В. В. Докучаевым, создавшим учение о зонах природы — учение о всеобщей взаимосвязи явлений и процессов на земной поверхности, особенно почвы и растительности. Последний считал, что все элементы природы настолько тесно взаимосвязаны между собой, что по одному из них можно судить и обо всех остальных (Булохов, 2004). Это основное положение учения В.В.Докучаева было в дальнейшем развито в трудах Л. С. Берга, Б. Б. 7

Полынова (Корчагин, 1971), исследованиями Б.В. Виноградова (1964), С.В. Викторова (1962) и его школой. Проводившиеся в начале прошлого столетия крупные исследования новых обширных колонизованных районов в России, Северной Америке и некоторых других странах требовали быстрой оценки пригодности этих территорий для сельскохозяйственного использования. Большую помощь в этих исследованиях оказало использование растительности в качестве индикатора степени плодородия, засоленности, влажности и других свойств почв. В результате был накоплен значительный фактический материал, позволивший составить первые сводки об индикаторной роли растительного покрова. Из них в первую очередь следует назвать выдающуюся работу Ф.Клементса, которая до сих пор является одной из лучших сводок по этому вопросу. В ней Ф.Клементс подчеркивал, что каждое растение или растительное сообщество «представляет лучшую меру условий, в которых оно произрастает» (Корчагин, 1971). С появлением аэрометодов и спутниковых методов исследования значение растительности еще более возросло. На снимках районов суши Земли видны, в первую очередь, гидрографическая сеть и растительный покров. О характеристике же геологического строения, рельефа, гидрологических, почвенных и других условий судят только косвенно, используя при дешифровании снимков индикаторную роль растительности. За рубежом и в нашей стране растительные индикаторы используются с середины XX века в связи с широким изучением природных ресурсов, а так же в связи с проведением крупных мероприятий по преобразованию природы (создание крупных водохранилищ, осушение и орошение земель, освоение новых территорий для сельскохозяйственных угодий и др.) 8

Изо всех имеющихся работ по данной теме особенно следует отметить сводку С.В. Викторова, Е.А. Востоковой (1962), в которой освещаются теоретические ботанических вопросы фитоиндикации, индикаторов, приводятся направления большие применения списки работ по ботанической индикации. Возможность использования растительности в качестве индикатора качества природной среды С. В. Викторов выделил в особое направление геоботаники и назвал его «индикационной геоботаникой» (Викторов, Востокова, 1962); Б.В.Виноградов (1964) применил другой термин – «учение о растительных индикаторах». Этот раздел ботанических исследований можно назвать также «фитоиндикацией». При фитоиндикации среды используются как отдельные растения (особенности их внешнего и внутреннего строения, биохимического состава, физиологических процессов и, соответственно, методов физиологии, анатомии, биохимии, морфологии), так и сообщества растений (их состав, строение, структура и т. д. и, соответственно, геоботанические методы). Резюмируя изложенное выше, можно охарактеризовать фитоиндикацию как раздел экологии растений, имеющий задачей в прикладных целях конкретизировать связь определенных ботанических объектов (видов, сообществ, экологических групп видов, морфофизиологических состояний индивидов в популяциях и т.п.) с определенными качественными и количественными параметрами состояния среды, включая как косную, так и биотическую ее части (Цыганов, 1983). А.А. Корчагин (1971) писал, что фитоиндикация не имеет своего особого «фитоиндикационного метода», своего предмета, а поэтому не может рассматриваться как самостоятельная наука; что теоретической базой ее являются различные разделы ботаники, но особое значение имеет экология растений; что успехи фитоиндикации и уровень ее исследований 9

зависят от успехов разработки теоретических вопросов геоботаники, экологии, морфологии и других разделов ботаники. Фитоиндикация, как отмечают С. В. Викторов, Е. А. Востокова (1962) и В. В. Виноградов (1964), является одним из видов практического использования различных признаков и свойств как отдельных растений, так и их группировок — растительных сообществ — для того, чтобы получить качественную, а в ряде случаев и количественную характеристику среды, например, кислотности и влажности почв, засоленности грунтовых вод, наличия геотектонических процессов, характера климата и т. д. Почти каждый вид растения можно уподобить особому приборчику, который дает характеристику различных факторов среды; при этом одни характеристики более детальны и точны, другие менее. И, естественно, чем больше видов-индикаторов в фитоценозе и чем они разнообразнее, тем более разностороннее и точное представление возможно получить о среде. Таким образом, сообщество как собрание различных фитоиндикаторов дает больше информации и более точно характеризует внешнюю среду, чем один вид (Викторов, Востокова, 1962; Виноградов, 1964). Если фитоиндикационная характеристика среды по самым крупным и средним таксономическим единицам растительности имеет в основном общий, познавательный интерес, то для конкретных практических целей следует использовать наименьшие, низшие единицы растительности — ассоциации и слагающее их сообщества, или фитоценозы. Они дают конкретную, наиболее полную и разностороннюю информацию о влажности почв, минеральном их богатстве, глубине грунтовых вод, кислотности и аэрации почв и т. д. Еще более глубокую и разностороннюю характеристику отдельных факторов среды можно получить при анализе отдельных признаков сообщества и при выяснении их индикаторного значения. Для индикации могут быть использованы все основные признаки сообщества: 10

состав, строение, степень участия видов в сложении сообщества (обилие вида) и т.д. хотя индикационное значении этих признаков различно. Что касается видов индикации, то здесь существуют различные ее виды, основанные на различных принципах. С.В. Викторов (1962) выделял гидроиндикацию (индикацию глубины залегания водоносных слоев в аридных зонах), геоиндикацию (индикацию разновидностей почв), галоиндикацию (индикацию вида и интенсивности засоления) и индикацию полезных ископаемых. В. В. Виноградов (1964) отдельно рассматривал индикацию климатопа (климатоиндикацию), индикацию почв (педоиндикацию), индикацию природных вод (гидроиндикацию), индикацию горных пород, полезных ископаемых и геологического строения (литоиндикацию), индикацию форм рельефа, геоморфологических процессов и четвертичных отложений, индикацию культурного ландшафта (антропогенных нарушений естественной среды). Д.Н. Цыганов (1983) отмечает следующие направления фитоиндикации: 1. Оценка среды по основным видам-индикаторам. Этот вид фитоиндикации имеет очень узкую сферу применения – для оценки жесткой связи почв или других видов среды с растениями в условиях аридной зоны, или других регионов с экстремальными условиями среды. 2. Оценка среды по растительным ассоциациям – индикаторам. Этот подход практиковался школой Викторова, пока она почти полностью не перешла на ландшафтные методы. Этот метод считается малопригодным при средних, не экстремальных режимах факторов среды. 3. Оценка среды по соотношению индикаторных групп видов. Этот метод оценивается достаточно высоко. Его преимущества в том, что индикаторы выбираются из числа всех видов и сообщества 11

оцениваются по соотношению участия представителей разных индикаторных групп. К этому направлению относятся методы индикации со шкальной или балловой оценкой среды и таким же выражением экологических амплитуд видов: школы Раменского, Погребняка, Элленберга и другие сходные с названными направления, а также математический метод Джеглама – метод прямого учета среды и оценки встречаемости и покрытия. Среди этих направлений особенно хочется отметить последнее, которое Цыганов (1983) также называет «экоиндикацией». И такое название правомерно вдвойне, поскольку этот вид индикации предполагает в качестве объекта индикации, или индиката, экотопы, или экологические режимы, а в качестве агента индикации, или индикатора, – экологические объединения. Наиболее разработанными методиками в решении задач такого рода являются методики, разработанные и применяющиеся школами последователей Раменского, Погребняка и Элленберга, сущностью которых является сопоставление балловых или шкальных оценок градиента среды с аналогичными оценками пределов толерантности видов. Преимуществами шкал Элленберга являются охват большого числа факторов (включая климатические, которых нет в шкалах Раменского), одинаковое количество баллов во всех шкалах и связь с наиболее разработанной в геоботанике флористической классификацией Браун-Бланке. Необходимо указать, однако, на некоторые трудности фитоиндикации и на обязательные условия достаточно успешного ее применения. Следует всегда помнить, что фитоиндикация — это дополнительный метод познания условий среды. Как отметил Д.Н. Сабуров (1972: с.135): «Индикация – это вспомогательный практический прием, убыстряющий и облегчающий прямые наблюдения. Если индикационные исследования по трудоемкости приближаются к методам непосредственного изучения объекта или они 12

настолько специфичны и сложны, что под силу лишь высококвалифицированным ученым, то индикация теряет смысл». Ключевыми понятиями фитоиндикации являются «индикат» и «индикатор». Индикаты, или объекты индикации — это те элементы географической среды или те отдельные ее признаки, для определения которых используются индикаторы. Индикаторами называют отдельные виды растений (или более мелкие внутривидовые единицы) или растительные сообщества, по состоянию которых судят об условиях окружающей среды. Индикационные признаки — особенности видов или сообществ, которые являются показателями этих условий (Викторов, Востокова, 1962). Различны варианты классификации индикаторов. С.В. Викторов и Г.Л. Ремезова (1988) отличают комплексные и частные индикаторы. К частным индикаторам относятся геоботанические (фитоценозы, отдельные виды и индикаторные видовые группы растений), геоморфологические (формы и структуры рельефа), почвенные (почвенная поверхность, лишенная растительности, и покрывающие ее новообразования, например соляные корки), гидрологические (поверхность открытых вод) и антропогенные. К комплексным индикаторам относятся эктоярусы ландшафтов в целом или различные сочетания частных индикаторов друг с другом. По характеру связи с индикатами индикаторы разделяют на прямые и косвенные. К прямым относятся те, которые имеют непосредственную связь с индикатами, а косвенными, которые связаны с индикатами через промежуточное звено. По степени связи с индикатами различают панареальные (сохраняющие связь с индикатом в пределах всего ареала вида или сообщества), региональные (сохраняющие связь только в пределах нескольких районов с 13

похожими физико-географическими условиями), локальные (сохраняющие связь лишь в узком физико-географическом районе). Фитоиндикация осуществляется на разных уровнях организации растительных систем: макромолекул, клеток, органов, организмов, популяций, растительных сообществ и их комплексов или территориальных сочетаний. А.Д. Булохов (2004) отмечает, что при проведении фитоиндикационных исследований необходимо учитывать показания не 2-3 доминирующих видов растений, а использовать свидетельства всех или большинства видов сообщества, которые дополняют друг друга. Это объясняется тем, что большая часть видов обладает широкими экологическими амплитудами, следовательно, приспособлена произрастать в широких диапазонах условий среды. В отличие от отдельных видов, растительные сообщества длительно формируются на экологически определенных местообитаниях, связь с которыми часто довольно устойчива. Экологические амплитуды растительных сообществ обычно значительно уже, чем у видов, их формирующих. Закон толерантности Шелфорда гласит: «Само присутствие и процветание организма в данном местообитании зависит от целого комплекса условий. Отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом» (Одум, 1986). Пределы толерантности, или пределы выносливости, естественно, различны у разных видов, но также, естественно, разнообразие этих пределов не может быть беспредельным. Вполне возможны и закономерно существуют классификации видов по сходству положений их пределов толерантности, или выносливости. Объединения видов со схожими характеристиками толерантности получили название экоморф (Цыганов, 1983). 14

С точки зрения фитоиндикации особенно важно знать именно пределы толерантности. Систематизация типов толерантности видов к режимам прямодействующих факторов - основа основ всех фитоиндикационных построений. С.В. Викторов и А.Г. Чекишев (1985) выделяют следующие экологические типы растений: по отношению к механическому составу почв и подстилающих пород различают растения: псаммофиты (на песках), пелитофиты (на глинах), алевритофиты (на суглинках и супесчаниках), хасмофиты (на щебнистых почвах), петрофиты или литофиты (на плотных скальных породах). По отношению к содержанию солей в почве: галофиты, приспособленные жить на почвах с высоким содержанием солей и гликофиты – растения незасоленных почв. По отношению к условиям увлажнения выделяются ксерофиты, мезофиты, гигрофиты и гидрофиты. Первые связаны с засушливыми местообитаниями, вторые – с умеренно увлажняемыми, третьи – с избыточно увлажняемыми и четверные – с мелководьями. Между ними существуют многочисленные переходы. Эти группы используются для ориентировочного разделения территории по засушливости. Но для гидроиндикационных целей более применима классификация видов по отношению к грунтовому увлажнению. Здесь выделяются фреатофиты, – растения, связанные с водоносными горизонтами, омброфиты – живущие за счет атмосферных осадков, трихогигрофиты – связанные с подвижной капиллярной каймой грунтовых вод. По отношению к кислотности почвы: ацидофилы, растения, произрастающие на кислых почвах, базофилы – растения щелочных почв, нейтрофилы – на нейтральных почвах. По отношению в почве элементов минерального питания выделяют экологический ряд по уменьшению требовательности к плодородию почвы: эвтрофы → мезотрофы → олиготрофы → дистрофы. Растения, нуждающиеся содержании азота в почве – нитрофилы (Булохов, 2004). 15 в повышенном

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что факторы среды, определяемые Помимо методами собственно фитоиндикации, природных чрезвычайно факторов разнообразны. фитоиндикация позволяет оценивать уровень антропогенного стресса, что чрезвычайно важно в условиях постоянно растущей нагрузки на природные сообщества. И, поскольку к настоящему моменту вопросы охраны окружающей среды приобрели первостепенное значение, развилось и принципиально новое направление фитоиндикационных исследований – природоохранная индикация, которая выявляет значимость антропогенного воздействия на природу, степень загрязненности природных сообществ токсическими веществами. Из области медицины в область биологии пришло понятие «стресс», изначально оно означало реакцию на повышенные нагрузки, проявляющиеся в синдроме, который слагается из всех неспецифических вызванных стрессом изменений в биологической системе. В биологии под понятием стресса подразумевается реакция биологических систем на экстремальные условия среды, более и менее сильно влияющие на них. Эти факторы называются стрессорами (Мелехова, 2010). Сила воздействия стрессора на биологическую систему зависит, прежде всего, от особенностей самой биологической системы. Способность сопротивляться стрессору (норма реакции) зависит так же от продолжительности воздействия стрессора и момента воздействия. Среди стрессоров можно выделить абиотические факторы (климат, температурный режим), различные химические вещества, ионизирующее излучение, которые действуют прямо или опосредованно, и различные стрессоры антропогенного происхождения. Их основная опасность в том, что природные сообщества и отдельные виды зачастую не успевают адаптироваться к ним. Причем, с течением времени количество антропогенных стрессоров неуклонно растет, биологические системы просто не в состоянии приспособится к ним и 16

выработать механизмы, компенсирующие губительные действия стрессора. Вещества и явления, действующие на организмы, могут быть и не новы, но количество их, продолжительность и момент воздействия могут совершенно не укладываться в понятие «биологической нормы» для этих организмов. Действие большинства стрессоров можно установить, используя соответствующие приборы и анализы. Но приборами не всегда можно установить действие стрессора на организм или сообщество. К тому же измерение интенсивности действия на организм требует больших затрат сил, времени и денежных средств. Тогда как для применения биологических методов контроля качества окружающей среды не обязательно заранее идентифицировать конкретные химические соединения или физические воздействия, эти методы довольно просты в исполнении, многие из них экспрессивны, не требуют больших денежных затрат и позволяют вести контроль качества среды в непрерывном режиме (Мелехова, 2010). На низших уровнях организации растительных систем (макромолекул, клеток, органов) преобладают прямые и, чаще, специфические виды индикации, связанные с воздействием определенного стрессора (например, метод тестов), на более высоком уровне организации биосистем господствует косвенная индикация. На этом уровне кроме биохимических и физиологических реакций используют различного рода анатомические, морфологические, фиторитмические отклонения. К числу морфологических (макроскопических) изменений, используемых при индикации, относят изменение окраски листьев: хлорозы – пожелтение, побурение, покраснение; некрозы – отмирание ограниченных частей растения; дефолиацию – опадение листвы. Такие повреждения характерны при действии диоксида серы. По окраске листьев можно судить и о недостатке элементов питания у растений. Изменение форм роста и ветвления также являются морфологическими индикаторами избытка или недостатка различных элементов (Булохов, 2004). 17

Стрессоры вызывают изменения и флористического состава в фитоценозах. Под их действием изменяются количественные и качественные отношения между видами, структура фитоценоза, обилие видов, слагающих данный фитоценоз. Поэтому именно на уровне фитоценозов очень четко прослеживается усиление или ослабление действия определенного стрессора. Сложившееся исторически сообщество растений – надежный индикатор качества природной среды. Все изложенное выше позволяет прийти к выводу, что фитоиндикация возможна везде, где есть растительный покров. Случаи одновидовых зарослей, и, как правило, даже в них при более внимательном поиске обнаруживается примесь хотя бы единичных экземпляров, если не сосудистых растений, то хотя бы мохообразных. Ограничение другого рода связано с антропогенными причинами и заключается в том, что все посеянное и посаженное искусственно должно быть исключено из анализа, хотя естественная гибель, а также состояние таких искусственных популяций и могут иметь индикационное значение. Именно фитоиндикационная оценка условий среды, с учетом закономерностей ее изменений при замене одного растительного покрова другим, может быть наиболее надежным критерием оценки пригодности того или иного местообитания или месторасположения для размещения, культивирования или охраны тех или иных видов. Это одинаково как для хозяйственных, так и для научных или эстетических целей. 18

ГЛАВА II ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЕДОВАНИЯ 2.1. Географическое положение Серпуховской район занимает южную часть Московской области, таким образом, располагаясь среди живописных ландшафтов центральной России. Протяженность территории района с севера на юг 40 километров, расстояние от крайней западной точки до восточной 48 километров. Площадь Серпуховского района составляет 1016 кв. км. Город Серпухов, расположенный на берегу реки Оки в месте впадения в нее реки Нары, занимает площадь 32 кв. км. Район лежит на стыке трех областей и граничит на юге с Заокским и Ясногорским районами Тульской области; на севере с Чеховским и Ступинским районами Московской области; на западе с Тарусским и Жуковским районами Калужской области. 19

Район расположен у северных отрогов Среднерусской возвышенности, при впадении в реку Оку значительных притоков: Протвы, Нары, Лопасни, Скниги и Речмы. Это придает району своеобразное физико-географические положение, отличное от других районов Московской области. Река Ока служит природной границей между двумя географическими областями: зоной хвойно-широколиственных лесов на севере района, и зоной широколиственных лесов на юге, переходящей постепенно в лесостепь. 2.2. Климат Климат Серпуховского района, находящегося в глубине материка, имеет континентальный характер – сравнительно холодная зима с низкими температурами и устойчивым снежным покровом сменяется теплым летом с эпизодическими периодами жары. Годовой приход суммарной радиации составляет около 87 ккал/см2, из них 41 ккал/см2 – в виде рассеянной радиации (Агроклиматический справочник по Московской области, 1967). Табл. 2.1. Среднемесячная, годовая температура воздуха, 0С и количество выпадающих атмосферных осадков: Мес. I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Год t, 0С -10,4 -9,6 -4,9 4 12,1 15,7 18,2 16,1 10,6 4,5 -2,9 -7,9 3,9 атм/о мм 30 26 29 32 34 60 78 56 46 42 38 37 513 Как видно из таблицы 2.1, наиболее жарким месяцем является июль (+18,2о), наиболее холодным – январь (−10,4о). Среднегодовая температура +3,9о. Многолетняя средняя сумма атмосферных осадков 513 мм (Научноприкладной справочник по климату СССР, 1980), две трети из которых выпадает в виде дождя, а одна треть – в виде снега. Преобладают кислые осадки с переносом рН 4,5 – 4,8, что обусловлено, в том числе, транграничным подкисляющих веществ, примышленными предприятиями выбрасываемых а атмосферу Тулы, Калуги, Подольска, Ступина (Экологическая ситуация в г. Серпухове, 2000). Среднегодовая температура и 20

сумма осадков благоприятны для ведения успешного сельского хозяйства. Вегетационный период продолжается 6 месяцев. Период со среднесуточной температурой +10о соответствует вегетационному периоду большинства сельскохозяйственных культур. Данные о повторяемости направлений ветра и штилей в течение года на рассматриваемой территории представлены в таблице 2.2: Табл. 2.2. Повторяемость направлений ветра и штилей (2013 год): Месяц С С.З 13 6 16 8 5 4 36 9 16 9 7 16 12 9 4 19 15 9 22 17 22 19 11 2 2 13 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Год С.В. 18 12 20 13 14 28 14 32 8 5 2 0 14 Направления ветра, % Ю Ю.З Ю.В 16 16 7 23 18 18 12 7 9 9 23 15 11 13 16 11 7 6 9 2 4 4 13 2 5 10 7 7 24 4 29 24 15 26 35 0 14 16 8 В З 5 6 5 8 14 15 7 7 19 9 2 0 8 16 13 12 9 18 7 11 11 16 31 19 21 15 штиль 7 6 2 6 5 2 4 7 3 5 2 0 4 Господствующими ветрами являются ветры западных и юго–западных направлений. Средняя относительная влажность воздуха в течение года составляет 84%. Преобладающим направлением ветров в осеннее–зимне–весенний период является юго–западное, а в летние месяцы господствуют, преимущественно, северо–восточные ветры. В летний период средняя скорость ветров не превышает 3 м/с, и, хотя количество дней со штилями невелико (8% за сезон) (Экологическая ситуация в г. Серпухове, 2000), это оказывает большое влияние на особенности загрязнения атмосферного воздуха, способствуя увеличению концентрации поллютантов в приземных слоях. Построенная на основании вышеприведенных данных роза ветров приведена на рис. 2.1. 21

С 200 150 СЗ СВ 100 50 З В 0 ЮЗ ЮВ Ю осень, зима, весна лето год Рис. 2.1. Роза ветров 2.3. Геология Кристаллический фундамент района лежит на большой глубине. В геологическом строении района принимали участие девонские, каменноугольные, юрские, четвертичные отложения. Как правило, на поверхность выходят породы нижнего и среднего карбона и четвертичные отложения. Юрские породы имеют меньшее распространение (Отчет Серпуховской геолого-съемочной партии, 1963). Четвертичный период оставил неизгладимые следы на землях Серпуховского района. Рельеф, гидрография, растительность и животный мир испытали сильнейшее действие ледника. В это время Серпуховской район подвергся оледенению, которое придало рельефу новые черты. Ледник оставил морену, которая просматривается на водоразделах. Московская область трижды подвергалась оледенению. Более всего коснулось Серпуховского района 2-е оледенение. Основная морена состоит из краснобурого суглинка, в котором рассеяны валуны. Морена покрыла выровненную ледником поверхность и создала рельеф местами волнистый с небольшими куполообразными возвышенностями. Потоки талых вод сильно изменили 22

рельеф морены. На месте древних ледниковых водотоков возникли постоянные реки и глубокие овраги-балки (Нехаев, 1961). 2.4. Рельеф Серпуховской район располагается в южной части МоскворецкоОкской морено-эрозийной равнины и северной части Среднерусской возвышенности. Границей между ними является Приокско-Террасная долина. Таким образом, на территории района выделяются три геоморфологические части. Скат древних доледниковых вод с севера на юг к Оке предопределил наклон современного рельефа и направление современных рек. По внешнему виду рельеф района равнинный, но холмы в заокской части, долины рек овраги придают всей поверхности волнистый характер. Водоразделы рек остаются относительно ровными. Падение высот отмечается на север и северо-восток. Абсолютная высота на юг в заокской части 329 м., на севере 195 м. (Нехаев, 1961). В целом рельеф Серпуховского района характеризуется сложными формами, но при этом не имеет резких поднятий и понижений, что способствует успешному ведению хозяйства с использованием современной техники. 2.5. Гигрография На территории района протекает крупная река Ока. Ее левые притоки – Лопасня, Нара, Речьма, на границе с Калужской областью Протва, правый приток Скнига, а так же речки Кровен и Восьма. Имеются озера-старицы, богат серпуховской район и выходами грунтовых вод. Река Ока берет начало на Среднерусской возвышенности и имеет длину 1478 км. В районе протекает на расстоянии 55 км., имея широтное направление. Ширина у г. Серпухова 255 м. Средняя скорость течения 0,35 23

м/сек, максимальная 3 м/сек. Местами глубина достигает 6-7 м. (Нехаев, 1961). На Оке встречаются озера-старицы: Долгое и Люци на левом берегу, около г. Серпухова, на правом берегу – Днепропетровское около д. Селино, Поганое близ с. Турчиново. Питательной средой для рек и озер являются дождевые осадки, талые внешние воды и подземные воды. Основным водоносными горизонтами подземных вод являются нижнекаменноугольный горизонт, Серпуховский водоносный горизонт, карбонский горизонт, выходящий в виде ключей, и горизонт, приуроченный к песчаным четвертичным отложениям. Подземные воды имеют большое хозяйственное значение – они снабжают питьевой водой население городов и района. Наряду с простым залеганием водоупоров в районе встречаются сложные залегания в виде артезианских скважин (Нехаев, 1961). 2.6. Почвы Верхнее-юрские и каменноугольные отложения, перемешанные в их верхних частях с ледниковой мореной, образовавшие почвы района, были раньше сплошь покрыты лесами. Но уже к середине XX века площадь лесов значительно сократилась, леса стали представлять отдельные массивы, носящие местами островной характер. Тем не менее, лес сильно повлиял на качество почв района в сторону ухудшения ее плодородия в результате процессов оподзоливания. По механическому составу лишь небольшая часть района, примыкающая к заливным лугам рек, состоит из супесчаных почв. Остальная часть района покрыта глинистыми и суглинистыми почвами с разной степенью оподзоленности. Поймы рек имеют аллювиальные почвы. Почвы водораздельносй части образовались на моренных глинах, левобережье Оки на террасных песках и Заокская часть на моренных глинах. 24

Серпуховской район располагается на границе двух почвенных зон: дерново-подзолистой и степной. Границей между ними служит р. Ока. Профиль средне-дерновых, слабо-подзодистых почв у с. Рай- Семеновское имеет следующее строение (Нехаев, 1961): 1. Перегнойно-аккумулятивный горизонт: 20 см., серый с бурым оттенком, с хорошо выраженной прочной мелкокомковатой структурой. 2. Переходный горизонт: 20-40 см., слабо выражен, на буроокрашенном фоне заметный след оподзоливания в виде серых пятен, структура листовато-ореховая, переход в следующий горизонт постепенный. 3. Иллювиальный горизонт: 40-90 см., тяжелый суглинок, плотный, красновато-бурой окраски, структура ореховая. 4. Материнская порода: от 90 см., красновато-бурый, бескарбонатный покровный суглинок. Серые лесные почвы в заокской части района относятся к категории вторично-подзолистых почв. Долины рек и заливных оврагов имеют аллювиальные почвенные образования, но, так как долины узки, то таких почв в сумме немного и только на Оке близ г. Серпухова, Лужков и устья Лопасни встречаются луга в 3-4 км. шириной. Среди других почв имеются небольшие включения полуболотных почв, как, например, у с. Шатово, в пустоши «Масловка», с. Турово и ст. Шарапова Охота (Нехаев, 1961). Указанные почвы образуют общий Серпуховского района. 25 фон почвенного покрова

ГЛАВА III МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИТОЦЕНОЗОВ СЕРПУХОВСКОГО РАЙОНА При исследовании фитоценозов Серпуховского района нами было заложено 9 ключевых участков площадью 10м2 с разной степенью антропогенной нагрузки. В первую очередь, стояла задача дать общую характеристику фитоценозов: общее описание растительных ярусов и определение распространенных на участке травянистых растений для последующей оценки по оптимумным экологическим шкалам Г. Элленберга. Кроме того, на каждом участке была проведена экспресс-оценка газодымовых загрязнений воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris). Для этого ключевые участки были заложены в разной удаленности от автомобильных трасс и иных источников загрязнения. 3.1. Экологическая оценка местообитаний сообществ по шкалам Г.Элленберга. Вся система фитоиндикации условий среды (в том числе и лесорастительных условий) основана на сопоставлении экологических свойств (потребностей) растений с экологически значимыми качествами среды, в первую очередь с режимами прямодействующих факторов. Данная методика фитоиндикации лесорастительных условий и условий среды (по Булохову, 2004) вообще предназначена, в основном, для стадийносинхронной индикации, т.е. индикации состояния экотопа на настоящее время. Исходной для данного приема фитоиндикации условий среды является техника Элленберга. В принципиальном присутствию и индикация отношении по различаются: отсутствию. Первая индикация по (индикация по присутствию) наиболее применима в нормальных (не экстремальных) 26

экотопах. Вторая (индикация по отсутствию) означает заключение о принадлежности режима фактора к экстремальному или близкому ему типу на основании отсутствия на данной территории видов, принадлежащих экоморфам определенного типа. Индикация по отсутствию применима исключительно или в экстремальных, или в близких к ним по режиму того или иного фактора экотопах. Переходя к характеристике приемов индикации по присутствию, необходимо отметить, что виды подразделяются на моноиндикаторы (индицируют данный тип режима фактора в одиночку) и кониндикаторы (индицируют его лишь в сочетании друг с другом, в силу того, что лишь в нем могут быть найдены вместе) (Цыганов, 1983). Существуют следующие методы фитоиндикации режимов прямодействующих факторов: 1. Метод определения режима по видам-кониндикаторам. Сущность его заключается в том, что одни из видов своим присутствием указывают на максимальную границу режима фактора в данном местообитании, а другие – на минимальную. Этот фитоиндикационный прием доступен лишь специалистам с квалификацией выше средней даже для геоботаников, не говоря уж об агрономах, лесоводах и землеустроителях 2. Метод определения режима фактора по преобладанию видов соответствующей экологической свиты. Метод дает однозначный ответ в том случае, если одна из свит явно преобладает по числу видов, и число видов в других свитах постепенно убывает по мере удаления от нее. Этот прием не всегда дает четкий ответ и может скорее служить дополнением к предыдущему. Кроме того, он требует четкого знания флоры, как и метод кониндикаторов. 3. Метод определения режима флоры путем нахождения среднего балла. Этот метод применяется последователями Элленберга, при этом видам даются, по большей части, однозначные балловые оценки, которые 27

олицетворяют собой порядковые номера режимов в шкале фактора. Сущность метода заключается в суммировании показаний всех видов и выведения из их суммы среднеарифметического. Этот прием делает такой принцип специалистов индикации средней несколько квалификации, более что и доступным для определило его использование в данной работе. Как уже было отмечено выше, для оценки условий местообитания любого сообщества вычисляется среднее из индикаторных значений отдельных растений, встречающихся в сообществе. Вычисление среднего индикаторного значения любого экологического фактора можно проводить двумя способами или «качественно», т.е. только по присутствию видов, или «количественно», т.е. по количественной оценке каждого вида в сообществе. Первый способ не только простой, но и в большинстве случаев правильный. Так как количество или соответственно степень проективного покрытия у видов растений зависит не только от качества биотопа, но и от их специфических способов роста. Среднее индикаторное значение экологических факторов, вычисленное «количественно» относительно выше у флористически бедных сообществ и в сообществах на сырых местообитаниях, на которых длительно господствуют виды-доминанты, которые определяют индикаторное значение биотопа. У прочих сообществ можно «качественно» вычислять среднее индикаторное значение. Экологическая оценка местообитания с помощью шкал Г. Элленберга проводится следующим образом. В полевых условиях делается геоботаническое описание фитоценоза или серия описаний. В нем для каждого вида проставляется балл изучаемого фактора, указанный в шкалах, или же группы индикаторного вычисления. факторов. значения При Затем фактора, качественном выполняют используя вычислении вычисление «качественный» среднего среднего способ индикаторного значения вычисляется сумма баллов фактора всех видов, независимо от их 28

обилия, и полученную сумму делят на число учтенных видов, исключая при этом «индифферентные» виды с балом «X». Полученные результаты необходимо занести в таблицу 3.1.1. Табл. 3.1.1. Таблица для качественного вычисления среднего индикаторного значения фактора. Значение по шкалам Элленберга F R N Название видов Сумма балов Общее число учтенных видов Среднее индикаторного значение фактора Характеристика почвы: F – влажность, R – кислотность, N – обеспеченность минеральным азотом. В приведенном в книге А. Д. Булохова (2004) примере «качественного» и «количественного» вычислений не выявлено существенных различий в средних значениях индикаторных факторов, что позволяет с полной уверенностью использовать метод «качественного» расчета для экологической оценки фитоценозов на ключевых участках. Числовые показатели этих шкал основаны на долголетних наблюдениях и частично на экспериментальных данных. Особую ценность этим шкалам придают данные об отношении растений к одному из важнейших экологических факторов – обеспеченности почвы доступным азотом. Шкалы Элленберга неоднократно использовались и проверялись инструментально в условиях Северо-Запада, Центра европейской части и Южного Нечерноземья России, причем во всех случаях сравнение результатов индикации и химического анализа почвы показало их достаточное соответствие (Булохов, 1992). Ниже представлены шкалы Г. Элленберга, используемые в данной дипломной работе (таблицы 3.1.2 – 3.1.4) 29

Экологические шкалы Г. Элленберга для сосудистых растений (Ellenberg et al., 1992) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Табл. 3.1.2. Шкала влажности – В Индикаторы сильно сухих мест, часто способные жить на высыхающих местах и на очень сухих почвах. Между 1 и 3, преимущественно на сухих местообитаниях Индикаторы сухих почв, изредка на свежих почках; на влажных почвах отсутствуют. Между 3 и 5, в основном, на суховатых почвах Индикаторы средневлажных (свежих) почв, оптимум на средневлажных почвах, но на сырых, или часто высыхающих почвах отсутствуют. Между 5 и 7. Индикаторы влажных почв, оптимум на хорошо увлажненных, но не на сырых почвах. Между 8 и 9. Индикаторы сырых, не просыхающих и часто плохо аэрируемых почв. Индикаторы переменного увлажнения. Водные растения, которые долгое время могут переносить отсутствие воды на поверхности почвы. Водные растения с погруженными в воду корнями, но с листьями на поверхности воды или свободноплавающие растения по поверхности воды. Погруженные водные растения. Табл. 3.1.3. Шкала кислотности почвы – К Индикаторы сильно кислых почв, никогда не встречаются на слабокислых почвах. Между 2 и 3 Индикаторы кислых почв, растут только на кислых почвах, но в виде исключения могут встречаться и на нейтральных. Между 3 и 5 Индикаторы умеренно кислых почв, на сильно кислых, как и на нейтральных и слабощелочных почвах встречаются очень редко. Между 5 и 7 Индикаторы слабокислых и слабощелочных почв, никогда не встречаются на сильно кислых почвах. Между 7 и 9, т.е. в большинстве указывают на известь в почве. Индикаторы щелочных и часто на богатых кальцием почвах, растения кальцефильные. 30

Табл. 3.1.4. Шкала обеспеченности почвы минеральным азотом – N Градации указывают на обеспечение почвы минеральным азотом во время вегетационного периода 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Очень бедные азотом местообитания. Между 2 и 3. Часто на бедных азотом местообитаниях, редко на умеренно богатых или только в виде исключения на богатых. Между 3 и 5. На умеренно богатых азотом местообитаниях, но на бедных и богатых азотом местообитаниях редко. Между 5 и 7. Часто на богатых азотом местообитаниях, редко на умеренно богатых или в виде исключения на бедных местообитаниях. Бесспорные индикаторы обеспеченных азотом местообитаний. На сверх богатых азотом местообитаниях (растения стойбищ). 3.2. Биоиндикация газодымовых загрязнений по состоянию хвои Pínus sylvéstris. Деревья хвойных пород очень чувствительны к наличию в воздухе диоксида серы. Наиболее чувствительны к нему ель, пихта, сосна обыкновенная. Сосна обыкновенная (Pínus sylvéstris) является в России одной из наиболее распространенных и хозяйственно важных пород. Это евроазиатский вид, произрастающий в умеренных широтах – от западной части Пиренейского полуострова до побережья Охотского моря. Светолюбивая древесная порода, свет стимулирует прорастание ее семян. Сосновый полог меняет световой режим фитоценоза, причем не только количество проникающей радиации, но и ее качественный состав. По отношению к температурному режиму сосна считается относительно теплолюбивой породой, хотя северная граница ее ареала совпадает с северным пределом распространения лесной растительности. 31

Сосна обыкновенная – ксерофит. Особенности ассимиляционного аппарата и корневой системы позволяют ей расти на различных почвах с весьма разными гидрологическими режимами. Благодаря этому сосна может длительное время сохранять жизнеспособность при очень большой сухости почвы, уменьшая до минимума интенсивность транспирации. Сосна не требовательна к минеральному питанию. Она может расти на очень бедных почвах и субстратах – там, где другие породы существовать не могут; с одной стороны, это пески, с другой – сфагновые болота с многометровой толщей торфа. Однако положительная корреляция сосновых древостоев с содержанием почвенного гумуса и азота прослеживается только при достаточно благоприятных лесорастительных условиях (достаток влаги в верхней толще почв, хорошая аэрация). Отношение к кислотности таково, что сосна растет и на очень кислых почвах (рН – 3,0–3,5), и на почвах, формирующихся на меловых выходах, но оптимальной рН для этой породы находится в пределах 4,5–5,6 (Рысин, Савельева, 2008). Как уж было отмечено, сосна накапливает в хвое вредные для ее жизнедеятельности соединения. Одним из вреднейших токсикантов является сернистый ангидрид. В местах, где количество диоксида серы не превышает допустимых значений, хвоя обычно живет 3 – 4 года. Загазованность особенно опасна в начале лета, когда анатомическая газоустойчивость сосны наиболее понижена. Под воздействием большого количества диоксида серы, накопившегося в ней, хвоя сосны приобретает коричневую окраску, которая распространяется от основания хвоинки к острию. Такая поврежденная хвоя живет один – два года, затем отмирает. Это свойство хвойных пород широко используется для определения загазованности воздуха и присутствия в нем сернистого газа. Сосновые леса 32

– надежный индикатор загрязнения атмосферы в районах большого скопления автомобильного транспорта. Именно на обнаруженной зависимости степени повреждения хвои сосны обыкновенной (усыханий и некрозов) от количества в воздухе диоксида серы базируются принципы этого метода биоиндикации. На ключевых участках, где необходимо провести обследование, отмечают молодые сосны, которые произрастают на открытых местах (полянах, опушках леса, просеках, вырубках). Затем выбирают из них 5 деревьев высотой не более 1-1,5 м. Выбирать хвою нужно с близко расположенных деревьев на площадке 10×10 метров. Обязательно отмечаются сведения о нахождении места отбора хвои, о расположенных вблизи автомобильных трассах, подсчитывается плотность автомобильного потока. Также указывают время сбора хвои (по Сарапульцевой, 2010). Важно учесть показатель вытоптанности исследуемого ключевого участка. Степень вытоптанности участка оценивается баллами 1 – 4: 1 – вытоптанности нет, 2 – вытоптаны тропы, 3 – нет ни травы, ни кустарников, 4 – осталось немного травы вокруг деревьев. При вытоптанности территории, оцениваемой баллами 3 и 4, экспресс-оценка загрязнения воздуха не проводится. Рис. 3.2.1. Участок побега, на котором проводят обследование хвои для экпресс-анализа качества воздуха 0,5 лет 1 год 1,5 года 2 года 33 2,5 года 3 года 4 года

У каждой сосны осматривают хвою прошлого года (со вторых сверху мутовок). При условии, что на участке сосны очень высокие, рассматривают один из боковых побегов (четвертая сверху мутовка) (рис.3.2.1). Осматривают не менее 30 хвоинок. Конец хвоинки не оценивается. По степени повреждения и усыхания хвои выделено несколько классов (табл.3.2.1). Далее определяют продолжительность жизни хвои. Для этого обследуют верхушечную часть ствола за несколько лет: каждая мутовка, если считать сверху, – годовой побег. Табл. 3.2.1. Классы повреждения и высыхания хвои Классы повреждения (некрозы) Классы усыхания 1 2 1 1 3 1 2 3 4 Классы повреждения: 1 – хвоинки без пятен, 2 – хвоинки с небольшим числом мелких пятен, 3 – хвоинки с большим числом черных и желтых пятен. Классы усыхания: 1 – на хвоинках нет сухих участков, 2 – на хвоинках усох кончик 2-5мм, 3 – усохла 1/3 хвоинки, 4 – вся или большая часть хвоинки сухая Оценку степени загрязнения воздуха и классы повреждения хвои на побегах второго года проводят при помощи таблицы 3.2.2, включающей возрастные характеристики хвои. 34

Табл. 3.2.2. Экcпресс-оценка загрязнения воздуха (I – VI) с использованием хвои Pínus sylvéstris Максимальный возраст хвои 4 3 2 2 1 1 1 I I II - Класс повреждения хвои на побегах 2-го года жизни 2 3 I-II III II III-IV III IV IV IV- V IV V-VI VI I - идеально чистый воздух; II - чистый; III - относительно чистый («норма»); IV - заметно загрязненный («тревога»); V - грязный («опасно»); VI - очень грязный («вредно); – – невозможное сочетание После того, как полевая работа окончена, все данные вносятся в общую таблицу; строятся графики, показывающие соотношение здоровой и поврежденной хвои, высчитывается средняя продолжительность жизни хвои, дается характеристика качества воздуха на ключевых участках. 35

ГЛАВА IV ФИТОИНДИКАЦИЯ БОРОВ СЕРПУХОВСКОГО РАЙОНА МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ 4.1. Результаты исследования ключевых участков 4.1.1. Участок № 1 (д. Лужки Серпуховского района) Данный участок был выбран эталонным по ряду признаков: удаленность от автомагистралей, промышленных предприятий, крупных населенных пунктов и иных источников загрязнения. На участке ключевой средообразующей породой является сосна обыкновенная (Pínus sylvéstris), реже встречается береза повислая (Bétula péndula). В кустарниковом ярусе участка встречаются подрост дуба черешчатого (Quércus róbur), подрост березы повислой (Bétula péndula), подрост сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris), рябина обыкновенная (Sórbus aucupária). В травяно-кустарничковом ярусе чаще всего встречаются марьянник луговой (Melampýrum pratense), ландыш майский (Convallária majális), купена лекарственная (Polygonátum odoratum), вейник тростниковый (Calamagrostis arundinacea), зимолюбка зонтичная (Chimaphila umbellata), тонконог сизый (Koeleria glauca), золотарник обыкновенный (Solidago virgaurea), черника обыкновенная (Vaccínium myrtíllus), вереск обыкновенный (Callúna vulgáris), кошачья лапка двудомная (Antennária dióica). 36

Анализ таблицы местообитания: 4.1.1. растительное дает сообщество следующую характеристику экспериментального участка распространено на суховатой (Fср – 4), умеренно кислой (Rср – 4,6) и бедной минеральным азотом (Nср – 2,8) почве. Табл. 4.1.1. Качественное вычисление среднего индикаторного значения выраженности экологических факторов по шкалам Г.Элленберга Название видов F R N Сосна обыкновенная x x x Береза повислая x x x Дуб черешчатый x x x Рябина обыкновенная x 4 x Марьянник луговой 5 3 2 Ландыш майский 4 x 4 Купена лекарственная 3 7 3 Вейник тростниковый 5 4 5 Зимолюбка зонтичная 4 6 3 Тонконог сизый 3 8 1 Золотарник обыкновенный 5 x 4 Черника обыкновенная x 2 3 Вереск обыкновенный 3 x 1 Кошачья лапка двудомная 4 3 2 36 37 28 Сумма балов 9 8 10 Общее число учтенных видов 4,6 2,8 Среднее индикаторное значение фактора 4 Характеристика почвы: F – влажность, R – кислотность, N – обеспеченность минеральным азотом. Степень вытоптанности данного участка оценивается 1 баллом, что дает возможность провести на участке экспресс-оценку качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris). Средняя продолжительность жизни хвои на участке 3,75 года. Из анализа диаграммы на рис. 4.1.1. видно, что количество здоровых хвоинок (1 класс повреждения) составляет 79% (158 шт.), а количество поврежденной хвои (2 классу повреждения) – 21% (42 шт.). Полученные данные взяты за эталон при экспресс-оценке качества воздуха на ключевых участках. 37

Рис. 4.1.1. Результаты экспресс-оценки качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) 21% 100% 80% 60% 79% 40% 20% 0% % здоровой хвои % хвои с повреждениями 4.1.2. Участок № 2 (г. Серпухов, район ул. Октябрьской) Выбор участка был обусловлен его нахождением в черте г. Серпухов. В 100 метрах от него находится проезжая часть с плотностью потока машин 350 а/ч. Сосны на участке сильно наклонены в юго-западную сторону, что и послужило его неофициальному названию «пьяный лес» среди местных жителей. На участке ключевой средообразующей породой является сосна обыкновенная (Pínus sylvéstris), реже встречается береза повислая (Bétula 38

péndula). В кустарниковом ярусе участка встречаются подрост березы повислой (Bétula péndula) и подрост сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris). В травяно-кустарничковом ярусе преобладают следующие растения: вейник наземный (Calamagróstis epigéios), пижма обыкновенная (Tanacétum vulgáre), тысячелистник обыкновенный (Achilléa пастушья millefólium), сумка обыкновенная (Capsélla búrsa-pastóris), ежа сборная (Dáctylis glomeráta), чистотел большой (Chelidónium május), горец птичий (Polýgonum aviculáre), полевица тонкая (Agrostis capillaris), овсяница овечья (Festuca ovina), мятлик луговой (Poa praténsis). Табл. 4.1.2. Качественное вычисление среднего индикаторного значения выраженности экологических факторов по шкалам Г.Элленберга Название видов Сосна обыкновенная Береза повислая Вейник наземный Пижма обыкновенная Тысячелистник обыкновенный Пастушья сумка обыкновенная Ежа сборная Чистотел большой Горец птичий Полевица тонкая Овсяница овечья Мятлик луговой Сумма балов Общее число учтенных видов Среднее индикаторное значение фактора F x x x 5 4 5 5 5 4 x x 5 33 7 4,7 R x x x 8 x x x x x 4 3 x 15 3 5 N x x 6 5 5 6 6 8 6 4 1 6 53 10 5,3 Характеристика почвы: F – влажность, R – кислотность, N – обеспеченность минеральным азотом. Анализ таблицы 4.1.2. местообитания: растительное дает сообщество следующую характеристику экспериментального участка распространено на средневлажной (Fср – 4,7), умеренно кислой (Rср – 5) и умеренно богатой минеральным азотом (Nср – 5,3) почве. 39

Рис. 4.1.2. Результаты экспресс-оценки качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) 100% 39% 80% 60% 61% 40% 20% 0% % здоровой хвои % хвои с повреждениями Степень вытоптанности данного участка оценивается 2 баллами, что дает возможность провести на участке экспресс-оценку качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris). Средняя продолжительность жизни хвои на участке 2,31 года. Из анализа диаграммы на рис. 4.1.2. видно, что количество здоровых хвоинок (1 класс повреждения) составляет 61% (122 шт.), а количество поврежденной хвои (2,3 классы повреждения) – 39% (78 шт.). 4.1.3. Участок № 3 (г. Серпухов, городской бор) 40

Лесопарк Городской бор, находящийся в черте г. Серпухов, является рекреационной зоной и любимым местом отдыха горожан и гостей города. Он занимает площадь 119 га и относится к особо охраняемым природным территориям, находясь в ведомстве Шатовского участкового лесничества и лесничества «Русский лес». Анализ растительности данного участка показал, что в ярусе древостоя ключевой средообразующей породой является сосна обыкновенная (Pínus sylvéstris), встречаются береза повислая (Bétula péndula), клѐн остролистный, (Ácer platanoídes), осина обыкновенная (Pópulus trémula), ольха серая (Álnus incána). В кустарниковом ярусе выделяются лещина обыкновенная (Córylus avellána), рябина обыкновенная (Sórbus aucupária), бересклет бородавчатый (Euonymus verrucosus), малина обыкновенная (Rúbus idáeus), подрост клѐна остролистного, (Ácer platanoídes), березы повислой (Bétula péndula), сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris), ясеня обыкновенного (Fráxinus excélsior). В травяно-кустарничковом ярусе преобладают следующие растения: щитовник игольчатый (Dryópteris carthusiána), недотрога мелкоцветковая (Impátiens parviflóra), чистотел большой (Chelidónium május), крапива двудомная (Urtíca dióica), тысячелистник обыкновенный (Achilléa millefólium), земляника лесная (Fragária vésca), василистник малый (Thalíctrum mínus), бор развесистый (Milium effusum), вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea), живучка ползучая (Ajúga réptans). Табл. 4.1.3. Качественное вычисление среднего индикаторного значения выраженности экологических факторов по шкалам Г.Элленберга Название видов Сосна обыкновенная Береза повислая Клѐн остролистный Осина обыкновенная Ольха серая Лещина обыкновенная Рябина обыкновенная F x x x 5 7 x x 41 R x x x x 8 x 4 N x x x x x 5 x

Продолжение табл. 4.1.3 Бересклет бородавчатый 4 Малина обыкновенная x Ясеня обыкновенного x Щитовник игольчатый x Недотрога мелкоцветковая 5 Чистотел большой 5 Крапива двудомная 6 Тысячелистник обыкновенный 4 Земляника лесная 5 Василистник малый 3 Бор развесистый 5 Вейник тростниковидный 5 Живучка ползучая 6 60 Сумма балов 12 Общее число учтенных видов Среднее индикаторное значение фактора 5 7 x 7 4 x x 7 x x 8 5 4 6 60 10 6 3 6 7 3 6 8 9 5 6 3 5 5 6 77 14 5,5 Характеристика почвы: F – влажность, R – кислотность, N – обеспеченность минеральным азотом. Полученный результат (табл. 4.1.3.) дает следующую характеристику местообитания: растительное сообщество экспериментального участка распространено на средневлажной (Fср – 5), умеренно кислой (Rср – 6) и умеренно богатой минеральным азотом (Nср – 5,5) почве. Степень вытоптанности данного участка оценивается 2 баллами, что дает возможность провести на участке экспресс-оценку качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris). Средняя продолжительность жизни хвои на участке 2,46 года. Из анализа диаграммы на рис. 4.1.3. видно, что количество здоровых хвоинок (1 класс повреждения) составляет 64% (127 шт.), а количество поврежденной хвои (2,3 классы повреждения) – 36% (73 шт.). 42

Рис. 4.1.3. Результаты экспресс-оценки качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) 100% 36% 80% 60% 64% 40% 20% 0% % здоровой хвои 4.1.4. Участок № 4 Высокиничи) % хвои с повреждениями (Шатовское лесничество, трасса Серпухов- Участок заложен на территории шатовского лесничества, в 50 метрах от трассы Серпухов-Высокиничи с плотностью потока машин 480 а/ч. Напротив готовится застройка коттеджного поселка, ежегодно проходит исторический фестиваль «Воиново поле». На участке ключевой средообразующей породой является сосна обыкновенная (Pínus sylvéstris), встречаются береза повислая (Bétula péndula), клѐн остролистный (Ácer platanoídes). 43

Табл. 4.1.4. Качественное вычисление среднего индикаторного значения выраженности экологических факторов по шкалам Г.Элленберга Название видов Сосна обыкновенная Береза повислая Клѐн остролистный Рябина обыкновенная Бересклет бородавчатый Малина обыкновенная Дуб черешчатый Осина обыкновенная Липа мелколистная Вейник наземный Марьянник луговой Ландыш майский Ежа сборная Мятлик луговой Иван-чай узколистный Тысячелистник обыкновенный Земляника лесная Икотник серо-зелѐный Недотрога мелкоцветковая Гравилат городской Полевица тонкая Сумма балов Общее число учтенных видов Среднее индикаторное значение фактора F x x x x 4 x x 5 5 x 5 4 5 5 5 4 5 3 5 5 x 60 13 4,6 R x x x 4 7 x x x x x 3 x x x 5 x x 6 x x 4 29 6 4,8 N x x x x 3 6 x x 5 6 2 4 6 6 8 5 6 4 6 7 4 78 15 5,2 Характеристика почвы: F – влажность, R – кислотность, N – обеспеченность минеральным азотом. В кустарниковом ярусе участка встречаются рябина обыкновенная (Sórbus aucupária), бересклет бородавчатый (Euonymus verrucosus), малина обыкновенная (Rúbus idáeus), подрост дуба черешчатого (Quércus róbur), осины обыкновенной (Pópulus trémula), липы мелколистной (Tília cordáta). В травяно-кустарничковом ярусе преобладают вейник наземный (Calamagróstis epigéios), марьянник луговой (Melampýrum pratense), ландыш майский (Convallária majális), ежа сборная (Dáctylis glomeráta), мятлик луговой (Poa 44

praténsis), иван-чай узколистный (Chamérion angustifólium), тысячелистник обыкновенный (Achilléa millefólium), земляника лесная (Fragária vésca), икотник серо-зелѐный (Bertéroa incána), недотрога мелкоцветковая (Impátiens parviflóra), гравилат городской (Géum urbánum), полевица тонкая (Agrostis capillaris). Анализ таблицы местообитания: 4.1.4. растительное дает сообщество следующую характеристику экспериментального участка распространено на суховатой (Fср – 4,6), умеренно кислой (Rср – 4,8) и умеренно богатой минеральным азотом (Nср – 5,2) почве. Степень вытоптанности данного участка оценивается 1 баллом, что дает возможность провести на участке экспресс-оценку качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris). Средняя продолжительность жизни хвои на участке составляет 2,07 года. Рис. 4.1.4. Результаты экспресс-оценки качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) 100% 80% 74% 60% 40% 26% 20% 0% % здоровой хвои % хвои с повреждениями Из анализа диаграммы на рис. 4.1.4. видно, что количество здоровых хвоинок (1 класс повреждения) составляет 26% (51 шт.), а количество поврежденной хвои (2,3 классы повреждения) – 74% (149 шт.). 45

4.1.5. Участок № 5 (г. Протвино, район искусственного озера) Данный участок находится на территории городского округа Протвино в зоне отдыха рядом с городским искусственным озером. Это излюбленное место отдыха горожан, летом его посещают тысячи купальщиков, зимой по склонам карьера организованы спуски для лыжников и сноубордистов. В карьере водится много рыбы, что привлекает туда рыболовов-любителей во все времена года. Ключевой средообразующей породой на участке является сосна обыкновенная (Pínus sylvéstris), встречается береза повислая (Bétula péndula), В кустарниковом ярусе участка встречаются подрост ивы ломкой (Sálix fragílis), сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris), осины обыкновенной (Pópulus trémula). В травяно-кустарничковом ярусе преобладают следующие растения: пижма обыкновенная (Tanacétum vulgáre), хвощ полевой (Equisétum arvénse), очиток едкий (Sédum ácre), овсяница овечья (Festuca ovina), бессмертник песчаный (Helichrýsum arenárium), ослинник двулетний (Oenothéra biénnis), мелколепестник канадский (Erigeron Canadensis), марьянник дубравный (Melampýrum nemorósum), клевер пашенный (Trifolium arvense), вейник наземный (Calamagróstis epigéios), василистник малый (Thalíctrum mínus). 46

Табл. 4.1.5. Качественное вычисление среднего индикаторного значения выраженности экологических факторов по шкалам Г.Элленберга Название видов Сосна обыкновенная Береза повислая Ива ломкая Осина обыкновенная Пижма обыкновенная Хвощ полевой Очиток едкий Овсяница овечья Бессмертник песчаный Ослинник двулетний Мелколепестник канадский Марьянник дубравный Клевер пашенный Вейник наземный Василистник малый Сумма балов Общее число учтенных видов Среднее индикаторное значение фактора F x x 8 5 5 x 2 x 2 4 4 4 3 x 3 49 11 4,5 R x x 6 x 8 x x 3 5 x 8 6 2 x 8 46 9 5,1 N x x 6 x 5 3 1 1 1 4 2 4 1 6 3 37 13 2,8 Характеристика почвы: F – влажность, R – кислотность, N – обеспеченность минеральным азотом. Анализ таблицы 4.1.5. местообитания: растительное дает сообщество следующую характеристику экспериментального участка распространено на суховатой (Fср – 4,5), умеренно кислой (Rср – 5,1) и бедной минеральным азотом (Nср – 2,8) почве. Степень вытоптанности данного участка оценивается 1 баллом, что дает возможность провести на участке экспресс-оценку качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris). Средняя продолжительность жизни хвои на участке составляет 3 года. Из анализа диаграммы на рис. 4.1.5. видно, что количество здоровых хвоинок (1 класс повреждения) составляет 46% (91 шт.), а количество поврежденной хвои (2,3 классы повреждения) – 54% (109 шт.). 47

Рис. 4.1.5. Результаты экспресс-оценки качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 54% 46% % здоровой хвои % хвои с повреждениями 4.1.6. Участок № 6 (г. Протвино, Рубеж Обороны) Город Протвино расположен в долине реки Протва, где в 1941 году велись ожесточенные бои за Москву. В декабре 1941 года советская армия перешла в наступление, неся огромные потери. Враг был остановлен на подступах к Москве. Траншеи и окопы, сохранившееся в окрестностях города, до сих пор служат немым напоминанием о тех героических днях. Сейчас на месте боевых действий шумит молодой сосновый бор; ветераны, 48

школьники каждую весну приходят навестить братские могилы на Рубеже Обороны. Выбранный участок бора находится далеко от автомобильных трасс, рядом с дачными участками и прогулочными тропами. Ключевой средообразующей породой на участке является сосна обыкновенная (Pínus sylvéstris). В кустарниковом ярусе участка встречаются рябина обыкновенная (Sórbus aucupária), малина обыкновенная (Rúbus idáeus), подрост сосны обыкновенной (Pínus В sylvéstris). травяно-кустарничковом ярусе преобладают следующие растения: пижма обыкновенная (Tanacétum vulgáre), ландыш майский (Convallária majális), купена лекарственная (Polygonátum odoratum), льнянка обыкновенная (Linaria vulgaris), икотник серо-зелѐный (Bertéroa incána), клевер ползучий (Trifolium repens), клевер средний (Trifolim medium), крапива двудомная (Urtíca dióica), гвоздика травянка (Dianthus deltoides), тимофеевка луговая (Phleum pratense), пырей ползучий (Elytrigia repens) , ежа сборная (Dáctylis glomeráta), марь белая (Chenopodium album), полынь обыкновенная (Artemísia vulgáris). Табл. 4.1.6. Качественное вычисление среднего индикаторного значения выраженности экологических факторов по шкалам Г.Элленберга Название видов F R N Сосна обыкновенная x x x Рябина обыкновенная x 4 x Малина обыкновенная x x 6 Пижма обыкновенная 5 8 5 Ландыш майский 4 x 4 Купена лекарственная 3 7 3 Льнянка обыкновенная 4 7 5 Икотник серо-зелѐный 3 6 4 Клевер ползучий 5 6 6 Клевер средний 4 6 3 Крапива двудомная 6 7 9 Гвоздика травянка 3 3 2 Тимофеевка луговая 5 x 7 Пырей ползучий x x 7 Ежа сборная 5 x 6 49

Продолжение табл. 4.1.6 Марь белая 4 Полынь обыкновенная 6 57 Сумма балов 13 Общее число учтенных видов Среднее индикаторное значение фактора 4,4 x x 7 8 54 9 6 82 15 5,5 Характеристика почвы: F – влажность, R – кислотность, N – обеспеченность минеральным азотом. Полученный результат, представленный в таблице 4.1.6., дает следующую характеристику местообитания: растительное сообщество экспериментального участка распространено на средневлажной (Fср – 4,4), умеренно кислой (Rср – 6) и умеренно богатой минеральным азотом (Nср – 5,5) почве. Степень вытоптанности данного участка оценивается 1 баллом, что дает возможность провести на участке экспресс-оценку качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris). Средняя продолжительность жизни хвои на участке составляет 3,25 года. Рис. 4.1.6. Результаты экспресс-оценки качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) 100% 31% 80% 60% 69% 40% 20% 0% % здоровой хвои % хвои с повреждениями 50

Из анализа диаграммы на рис. 4.1.6. видно, что количество здоровых хвоинок (1 класс повреждения) составляет 69% (138 шт.), а количество поврежденной хвои (2,3 классы повреждения) – 31% (62 шт.). 4.1.7. Участок № 7 (г. Протвино, центральная улица города) Данный участок интересен в первую очередь тем, что дает возможность оценить степень антропогенной нагрузки на природные сообщества в центре города. Он находится в парке между главной автомобильной дорогой города и главной пешеходной улицей. Плотность потока машин 130 а/ч. На участке ключевой средообразующей породой является сосна обыкновенная (Pínus sylvéstris), реже встречается береза повислая (Bétula péndula). В обыкновенная кустарниковом (Prúnus ярусе pádus), участка бересклет встречаются бородавчатый черѐмуха (Euonymus verrucosus), подрост дуба черешчатого (Quércus róbur), березы повислой (Bétula péndula), сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris), липы мелколистной (Tília cordáta), клѐна остролистного (Ácer platanoídes). 51

Табл. 4.1.7. Качественное вычисление среднего индикаторного значения выраженности экологических факторов по шкалам Г.Элленберга Название видов Сосна обыкновенная Береза повислая Черѐмуха обыкновенная Бересклет бородавчатый Дуб черешчатый Липа мелколистная Клѐн остролистный Ландыш майский Купена лекарственная Ежа сборная Марьянник дубравный Гравилат городской Клевер средний Крапива двудомная Полынь обыкновенная Сумма балов Общее число учтенных видов Среднее индикаторное значение фактора F x x R x x N x x 4 x 5 x 4 3 5 4 5 4 6 6 7 x x x x 7 x 6 x 6 7 x 3 x 5 x 4 3 6 4 7 3 9 8 46 10 4,6 33 5 6,6 52 10 5,2 Характеристика почвы: F – влажность, R – кислотность, N – обеспеченность минеральным азотом. В травяно-кустарничковом ярусе преобладают ландыш майский (Convallária majális), купена лекарственная (Polygonátum odoratum), ежа сборная (Dáctylis glomeráta), марьянник дубравный (Melampýrum nemorósum), гравилат городской (Géum urbánum), клевер средний (Trifolim medium), крапива двудомная (Urtíca dióica), полынь обыкновенная (Artemísia vulgáris). Результат, характеристику представленный в местообитания: табл. 4.1.7., дает растительное следующую сообщество экспериментального участка распространено на средневлажной (Fср – 4,6), слабокислой (Rср – 6,6) и умеренно богатой минеральным азотом (Nср – 5,2) почве. 52

Степень вытоптанности данного участка оценивается 2 баллами, что дает возможность провести на участке экспресс-оценку качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris). Средняя продолжительность жизни хвои на участке составляет 3,16 года. Рис. 4.1.7. Результаты экспресс-оценки качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) 100% 36% 80% 60% 64% 40% 20% 0% % здоровой хвои % хвои с повреждениями Из анализа диаграммы на рис. 4.1.7. видно, что количество здоровых хвоинок (1 класс повреждения) составляет 64% (127 шт.), а количество поврежденной хвои (2,3 классы повреждения) – 36% (73 шт.). 4.1.8. Участок № 8 (Серпуховской район, 4-й км. Балабановской трассы) 53

Выбор участка был обусловлен его непосредственной близостью к Балабановской трассе. Он находится в Серпуховском районе в нескольких километрах от поселка турбазы, в 30 метрах от проезжей части. Трасса загружена круглосуточно, плотность потока машин 1020 а/ч. Ключевыми средообразующими породами на участке являются сосна обыкновенная (Pínus sylvéstris), береза повислая (Bétula péndula), клѐн остролистный, (Ácer platanoídes), ольха серая (Álnus incána). Кустарниковый ярус представлен лещиной обыкновенной (Córylus avellána), рябиной обыкновенной (Sórbus aucupária), подростом осины обыкновенной (Pópulus trémula) и клѐна остролистного, (Ácer platanoídes). В травяно- кустарничковом ярусе преобладают осока волосистая (Carex pilosa), ландыш майский (Convallária majális), кочедыжник женский (Athýrium fílix-fémina), копытень европейский (Ásarum europaéum), майник двулистный (Maiánthemum bifólium), грушанка круглолистная (Pýrola rotundifólia). Полученный результат (табл. 4.1.8.) дает следующую характеристику местообитания: растительное сообщество экспериментального участка распространено на средневлажной (Fср – 5,5), умеренно кислой (Rср – 5,3) и умеренно богатой минеральным азотом (Nср – 4,6) почве. Степень вытоптанности данного участка оценивается 1 баллом, что дает возможность провести на участке экспресс-оценку качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris). Средняя продолжительность жизни хвои на участке составляет 1,77 года. Из анализа диаграммы на рис. 4.1.8. видно, что количество здоровых хвоинок (1 класс повреждения) составляет 20% (39 шт.), а количество поврежденной хвои (2,3 классы повреждения) – 80% (161 шт.). 54

Табл. 4.1.8. Качественное вычисление среднего индикаторного значения выраженности экологических факторов по шкалам Г.Элленберга Название видов Сосна обыкновенная Береза повислая Клѐн остролистный Ольха серая Лещина обыкновенная Рябина обыкновенная Осина обыкновенная Осока волосистая Ландыш майский Кочедыжник женский Копытень европейский Майник двулистный Грушанка круглолистная Сумма балов Общее число учтенных видов Среднее индикаторное значение фактора F x x x 7 x x 5 5 4 7 5 5 6 44 8 5,5 R x x x 8 x 4 x 5 x x 7 3 5 32 6 5,3 N x x x x 5 x x 5 4 6 6 3 3 32 7 4,6 Характеристика почвы: F – влажность, R – кислотность, N – обеспеченность минеральным азотом. Рис. 4.1.8. Результаты экспресс-оценки качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 80% 20% % здоровой хвои % хвои с повреждениями 55

4.1.9. Участок № 9 (Серпуховской район, 4-й км. Балабановской трассы) Ключевой участок находится в 500 метрах от Балабановской трассы, рядом с поселком турбазы, в 200 метрах протекает река Нара, на берегу которой расположены стихийные пляжи. Средообразующими породой являются сосна обыкновенная (Pínus sylvéstris) и береза повислая (Bétula péndula). В кустарниковом ярусе участка встречаются лещина обыкновенная (Córylus avellána), рябина обыкновенная (Sórbus aucupária), бересклет бородавчатый (Euonymus verrucosus), подрост дуба черешчатого (Quércus róbur), березы повислой (Bétula péndula) и сосны обыкновенной преобладают (Pínus марьянник В sylvéstris). луговой травяно-кустарничковом (Melampýrum pratense), ярусе копытень европейский (Ásarum europaéum), ландыш майский (Convallária majális), купена лекарственная (Polygonátum odoratum), недотрога мелкоцветковая (Impátiens parviflóra), марьянник дубравный (Melampýrum nemorósum), черника обыкновенная (Vaccínium myrtíllus), земляника лесная (Fragária vésca), осока волосистая (Carex pilosa), мятлик дубравный (Pōa nemorālis). Полученный результат, представленный в табл. 4.1.9., дает следующую характеристику местообитания: растительное сообщество экспериментального участка распространено на средневлажной (Fср – 4,5), умеренно кислой (Rср – 5,1) и умеренно богатой минеральным азотом (Nср – 4,25) почве. 56

Степень вытоптанности данного участка оценивается 1 баллом, что дает возможность провести на участке экспресс-оценку качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris). Средняя продолжительность жизни хвои на участке составляет 2,88 года. Из анализа диаграммы на рис. 4.1.9. видно, что количество здоровых хвоинок (1 класс повреждения) составляет 41% (81 шт.), а количество поврежденной хвои (2,3 классы повреждения) – 59% (119 шт.). Табл. 4.1.9. Качественное вычисление среднего индикаторного значения выраженности экологических факторов по шкалам Г.Элленберга Название видов Сосна обыкновенная Береза повислая Лещина обыкновенная Рябина обыкновенная Бересклет бородавчатый Дуб черешчатый Марьянник луговой Копытень европейский Ландыш майский Купена лекарственная Недотрога мелкоцветковая Марьянник дубравный Черника обыкновенная Земляника лесная Осока волосистая Мятлик дубравный Сумма балов Общее число учтенных видов Среднее индикаторное значение фактора F x x x x 4 x 5 5 4 3 5 4 x 5 5 5 45 10 4,5 R x x x 4 7 x 3 7 x 7 x 6 2 x 5 5 46 9 5,1 Характеристика почвы: F – влажность, R – кислотность, N – обеспеченность минеральным азотом. 57 N x x 5 x 3 x 2 6 4 3 6 4 3 6 5 4 51 12 4,25

Рис. 4.1.9. Результаты экспресс-оценки качества воздуха по состоянию хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) 100% 59% 80% 60% 40% 41% 20% 0% % здоровой хвои % хвои с повреждениями 4.2. Анализ результатов исследования 1. Сопоставляя степени увлажнения на ключевых участках, представленные в диаграмме на рис. 4.2.1. необходимо отметить, что степени увлажнения колеблются от значения «4» (суховатые почвы) на участке №1 – д. Лужки, до значения «5,5» (средневлажные, свежие почвы) на участке №8 – 4–й км. Балабановской трассы. Это позволяет сделать вывод, что данные растительные сообщества распространены на почвах со средней степенью увлажнения, экстремальных значений по показателю влажности на ключевых участках не выявлено. 2. Сравнивая значения шкалы кислотности почвы на ключевых участках, представленные в диаграмме на рис. 4.2.2. можно заметить, что кислотность почв колеблется от значения «4,6» (умеренно кислые почвы) на участке №1 – д. Лужки, до значения «6,6» (слабокислые, слабощелочные почвы) на участке №7 – центр г. Протвино. Полученные данные позволяют 58 сделать вывод о том, что

исследованные растительные сообщества распространены на слабокислых и нейтральных почвах, экстремальных значений по показателю кислотности почв на ключевых участках не выявлено. Рис. 4.2.1. Степень увлажнения ключевых участков 9 уч. 4.5 8 уч. 5.5 7 уч. 4.6 6 уч. 4.4 5 уч. 4.5 4 уч. 4.6 3 уч. 5 2 уч. 4.7 1 уч. 4 0 1 2 3 4 5 6 степень увлажнения по Г. Элленбергу Рис. 4.2.2. Кислотность почвы на ключевых участках 9 уч. 5.1 8 уч. 5.3 7 уч. 6.6 6 уч. 6 5 уч. 5.1 4 уч. 4.8 3 уч. 6 2 уч. 5 1 уч. 4.6 0 1 2 3 4 кислотность почвы по Г. Элленбергу 59 5 6 7

3. Сопоставляя степени обеспеченности почвы минеральным азотом на ключевых участках, представленные в диаграмме на рис. 4.2.3., можно отметить, что степени обеспеченности азотом колеблются от значения «2,8» (бедные азотом местообитания) на участках №1 (д. Лужки) и №5 (Карьер), до значения «5,5» (умеренно богатые азотом местообитания) на участках №3 (Городской бор) и №6 (Рубеж Обороны). Это приводит к выводу о том, что данные растительные сообщества распространены на почвах с различным количеством минерального азота, в большинстве случаев на ключевых участках выявлено умеренное количество минерального азота. Рис. 4.2.3. Обеспеченность минеральным азотом на ключевых участках 9 уч. 4.25 8 уч. 4.6 7 уч. 5.2 6 уч. 5.5 5 уч. 2.8 4 уч. 5.2 3 уч. 5.5 2 уч. 5.3 1 уч. 2.8 0 1 2 3 4 5 6 обеспеченность минеральным азотом по Г. Элленбергу 4. Результаты биоиндикации газодымовых загрязнений по состоянию хвои Pinus sylvestris представлены в сводной диаграмме на рис. 4.2.4. Все числовые значения, полученные при исследовании хвои, представлены в таблице 4.2.1. Анализируя полученные данные, можно заметить четкую корреляцию количества поврежденной хвои со степенью удаленности участка от проезжей части и плотности 60

автомобильного потока. Как и ожидалось, наименьшее количество поврежденной хвои отмечено на участке №1 (д.Лужки) – 21 %. Наибольшее количество поврежденной хвои отмечено на участках №8 (4–й км. Балабановской трассы) – 80%, №4 (трасса СерпуховВысокиничи) – 74% и №9 (500 м. от Балабановской трассы) – 59%. На остальных участках (№№2,3,6,7) обнаружено приблизительно одинаковое количество поврежденной хвои – 39%, 36%, 31% и 36% соответственно. На участке №5 (Карьер) количество поврежденной хвои составляет 54% при отсутствии вблизи автомобильных трасс. Это исключение не опровергает правило, а только подтверждает его и наводит на мысль о неучтенных факторах антропогенного воздействия: большое количество отдыхающих, близость дачного поселка, стихийные свалки вблизи ключевого участка. Рис. 4.2.4. Результаты оценки качества хвои сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) на ключевых участках 100% 90% 21% 39% 80% 31% 36% 36% 54% 70% 59% 74% 60% 80% 50% 40% 79% 61% 30% 69% 64% 64% 46% 20% 41% 26% 10% 20% 0% 1 уч. 2 уч. 3 уч. 4 уч. % здоровой хвои 5 уч. 6 уч. 7 уч. % хвои с повреждениями 61 8 уч. 9 уч.

Табл. 4.2.1. Результаты оценки качества хвои Сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) Номера ключевых участков Повреждение и усыхание хвои 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Лужки Серп. ул. Окт. Серп. Бор Леснич. Карьер Рубеж Самохвал Балаб.ш. Балаб.ш. 500м шт % шт % шт % шт % шт % шт % шт % шт % шт % Общее число обследованных хвоинок 200 100 200 100 200 100 200 100 200 100 200 100 200 100 200 100 200 100 Кол-во здоровых хвоинок 158 79 122 61 127 63,5 51 25,5 91 45,5 138 69 127 63,5 39 19,5 81 40,5 Кол-во хвоинок с повреждениями 42 21 78 39 73 36,5 149 74,5 109 54,5 62 31 73 36,5 161 80,5 119 59,5 класс 2 42 100 60 76,92 59 80,82 123 82,55 89 81,65 57 91,94 59 80,82 131 81,37 96 80,67 класс 3 0 0 18 23,08 14 19,18 26 17,45 20 18,35 5 8,06 14 19,18 30 18,63 23 19,33 0 0 18 23,08 14 19,18 26 17,45 20 18,35 5 8,06 14 19,18 30 18,63 23 19,33 класс 1 0 0 2 11,11 7 50 10 38,46 7 35 3 60 4 28,57 10 33,33 5 21,74 класс 2 0 0 3 16,67 3 21,43 9 34,62 7 35 1 20 2 14,29 5 16,67 7 30,43 класс 3 0 0 5 27,78 3 21,43 4 15,38 6 30 1 20 2 14,29 7 23,33 9 39,13 класс 4 0 0 8 44,44 1 7,14 3 11,54 0 0 0 0 6 42,86 8 26,67 2 8,70 Кол-во хвоинок с усыханием 62

Табл. 4.2.2. Средняя продолжительность жизни хвои (Qn) на ключевых участках Кол-во осмотренных деревьев с данной продолж. жизни хвои 4 года и б. 3 года 2 года 1 год Номера ключевых участков 2 3 Серп. Бор 4 5 6 7 8 Лужки Серп. ул. Окт. Леснич. Карьер Рубеж Сам-л Бал.ш. Бал. ш. 500м 21 7 0 0 0 9 16 1 0 11 13 0 0 5 19 3 5 15 5 0 8 14 2 0 6 17 2 0 0 4 15 11 3 16 6 0 1 В1 В2 В3 В4 9 Q1 = 3,75 Q4 = 2,07 Q7 = 3,16 Q2 = 2,31 Q5 = 3 Q8 = 1,77 Q3 = 2,46 Q6 = 3,25 Q9 = 2,88 В таблице 4.2.2. представлены результаты анализа средней продолжительности жизни хвои. По этим данным была составлена диаграмма, представленная на рис. 4.2.5. Рис. 4.2.5. Средняя продолжительность жизни хвои на ключевых участках 4 3.75 3.5 3.25 3 3 2.5 2.31 3.16 2.88 2.46 2.07 2 1.77 1.5 1 0.5 0 1 уч. 2 уч. 3 уч. 4 уч. 5 уч. 6 уч. продолж. жизни хвои, лет 63 7 уч. 8 уч. 9 уч.

Как видно из диаграммы на рисунке 4.2.5, наибольшая продолжительность хвои на ключевом участке (№1) – 3,75 г., наименьшая – на участках №№8,4,2,3. Эти данные дополняют результаты оценки качества хвои и позволяют провести экспресс-оценку качества воздуха на ключевых участках. На основе анализа полученных данных о продолжительности жизни хвои Сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) на ключевых участках и сопоставления их с таблицей экспресс-оценки загрязнения воздуха (3.2.2.) были сделаны следующие выводы:  На участке №1 (д. Лужки Серпуховского района) воздух относится к классу II – чистый («норма»);  На участке №2 (Серпухов, район ул. Октябрьской) воздух относится к классу IV – загрязненный («тревога»);  На участке №3 (Серпухов, городской бор) воздух относится к классу IV – загрязненный («тревога»);  На участке №4 Шатовское лесничество, (трасса Серпухов-Протвино) воздух относится к классу IV–V – загрязненный/грязный («опасно»);  На участке №5 (Протвино, район искусственного озера) воздух относится к классу III–IV – относительно чистый/загрязненный («тревога»);  На участке №6 (Протвино, Рубеж Обороны) воздух относится к классу III–IV – относительно чистый/загрязненный («тревога»);  На участке №7 (Протвино, центральная улица города) воздух относится к классу III–IV – относительно чистый/загрязненный («тревога»);  На участке №8 (Серпуховской район, 4–км Балабановской трассы) воздух относится к классу V–VI – грязный/очень грязный («вредно»);  На участке №9 (500 м от Балабановской трассы) воздух относится к классу III–IV – относительно чистый/загрязненный («тревога»). 64

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Оценивая и обобщая результаты проведенной работы, можно сделать вывод, что связь растительности и среды значительно более прочная, чем это может казаться при отсутствии единой системы экологических характеристик растительных объектов и экотопов. Фитоиндикация в данном случае представляется нам наиболее удобным средством оценки качества окружающей среды. Используя фитоиндикационные методы, нам удалось провести экспрессивную диагностику фитоценозов на ключевых участках. Выявить различия и сходства абиотических факторов – степени увлажнения, кислотности, количества доступного минерального азота. Так же была успешно проведена фитоиндикационная диагностика уровня антропогенной нагрузки – оценка ключевых участков по качеству воздуха. Однако, проводя фитоиндикационные исследования качества среды, необходимо помнить, что существование организмов и популяций обеспечивается комплексом процессов их жизнедеятельности. То есть, при анализе отдельного фактора важно не упускать из виду то, что эта связь осуществляется всегда на фоне и во взаимодействии со всем комплексом факторов среды. Учитывая эти нюансы, фитоиндикационные методы можно широко использовать для оценки различных природных сообществ. Важно, что эти методы под силу как специалистам различного уровня подготовки, так и людям, просто интересующимся природой. Знание внешних признаков, по которым можно определить почвы, горные породы, грунтовые воды, выявить процессы заболачивания, засоления может принести им большую пользу. Данная дипломная работа может использоваться так же для популяризации тех итогов, которых достигла фитоиндикация за последнее время в целом, и для характеристики природы родного края в частности. 65

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Агроклиматический справочник по Московской области. М.: Моск. рабочий, 1967. – 135 с. 2. Булохов А.Д. Синтаксономия Южного Нечерноземья: анализ спектров жизненных форм и экобиоморф// Бюл. МОИП. Отд. биологии. – 1992. – Т.97, Вып. 5. – С.83 – 90. 3. Булохов А.Д. Фитоиндикация и ее практическое применение. – Брянск: Издательство БГУ, 2004. – 246 с. 4. Викторов С.В., Востокова Е.А., Вышивкин Д.Д. Введение в индикационную геоботанику. – М.: Изд-во МГУ, 1962. – 262 с. 5. Викторов С.В., Ремезова Г.Л. Индикационная геоботаника. М.: Изд-во МГУ, 1988. – 168 с. 6. Викторов С.В., Чикишев А.Г. Ландшафтная индикация и ее практическое использование. – М.: Наука, 1985. – 96 с. 7. Виноградов Б.В. Растительные индикаторы и их использование при изучении природных ресурсов. – М.: Высшая школа, 1964. – 327 с. 8. Корчагин А.А. Использование растительных сообществ как индикаторов среды // Теоретические вопросы фитоиндикации. – Л.: Наука, 1971. – С. 7–15. 9. Мелехова О.П. Сарапульцева Е. И. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. – М.: Академия, 2010. – 288 с. 10.Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Части 1 – 6. Выпуск 8. Москва и Московская область. – Гидрометиздат, – 1980. 66

11.Нехаев А.В. Физико-географический очерк Серпуховского района: [машинописный материал]. – Серпухов, 1961. – 19 с. 12.Одум Ю. Экология. – М.: Мир, 1986. – Т.1 – 328 с.; Т.2 – 396 с. 13.Отчет Серпуховской геолого-съемочной партии о комплексной гидрогеологической съемке масштаба 1:50000 … (Серпухов), проведенной в 1961 – 63 гг. // Фонды ПТБЗ, 1963. 14.Рысин Л.П., Савельева Л.И. Сосновые леса России. – М.: Товарищество ночных изданий КМК, 2008. – 289 с. 15.Сабуров Д.Н. Леса Пинеги. – Л.: Наука, 1972. – 173 с. 16.Хакимов Ф.И., Попова А.Ю., Керженцев А.С. Экологическая ситуация в городе Серпухове и перспективы ее улучшения. – М.: Полтекс, 2000. – 228 с. 17.Хомякова И.М. Лесные травы. Определитель по вегетативным признакам. – Воронеж: Издательство ВГУ, 1974. – 176 с. 18.Цыганов Д.Н. Фитоиндикация экологических режимов в подзоне хвойно-широколиственных лесов. – М.: Наука, 1983. – 196 с. 67

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв