XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние вытаптывания как одного из антропогенных факторов на формирование растительности в луговом и лесном сообществах (на примере приволжского склона в г.о Тольятти
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Актуальность работы.
Проблема сохранения естественных (луговых и лесных) растительных сообществ чрезвычайно актуальна. Деятельность человека наносит огромный ущерб практически всем природным экосистемам, но особенно на малолесных территориях, к каковым и относится Заволжская лесостепная зона, где расположен город Тольятти. Леса, расположенные в Тольятти, в значительной степени и на достаточно больших площадях изменены деятельностью человека (антропогенно трансформированы). Последствия аномального 2010 г. привели к резкому сокращению площади городских тольяттинских лесов в результате сильных пожаров в августе-сентябре. В связи с этим необходимо проведение целого комплекса исследований по оценки воздействия того или иного экологического фактора на лесные и близкие к ним луговые сообщества.
Цель работы.
Одним из факторов, влияющих на сохранение лесных и луговых растительных сообществ, является фактор человеческий или антропогенный, связанный с вытаптыванием – воздействием на почвенный и растительный покров сообществ. Нами поставлена цель, изучить этот фактор и оценить его влияние на сохранность и изменения видового состава растительных сообществ.
Задачи исследования.
1. Ознакомиться с научно-методической и учебной литературой по вопросам, связанным с воздействием антропогенных факторов на экосистемы, в том числе и растительные сообщества.
2. Изучить тропы вблизи Института экологии Волжского бассейна в двух растительных сообществах (лесном и луговом) с определением рекреационной нагрузки на тропы их видового состава.
3. Привлечение внимания жителей города к проблеме сохранности естественных растительных сообществ, как важного условия для улучшения экологической ситуации в урбаэкосистеме и сохранения биологического и ландшафтного разнообразия.
Сроки проведения исследования.
Полевые исследования и камеральная обработка собранного материала были проведены в августе-сентябре 2020г.
ВВЕДЕНИЕ
Леса, окружающие город Тольятти, в основном естественного происхождения. Около 6-7 тысяч лет назад, в наших местах господствовал тёплый и влажный атлантический климат, в долинах рек появились сосново-широколиственные леса. На месте речных аллювиальных отложений Волги, ныне представляющие ее высокие террасы, сформировались сосновые леса.
Значение леса для Тольятти огромно. Прежде всего, он, как и любой естественный участок территории, является местом обитания определённого комплекса организмов.
Во–вторых, лес играет водоохранную роль по отношению к располагающимся на его территории месторождениям питьевой воды.
В-третьих, лес защищает почвы от разрушения везде, где разрушен растительный покров, приходят в движение пески, на которых расположена большая часть лесных кварталов.
И, конечно же, для индустриального города неоценимо его санитарно-гигиеническое значение.
Учёными подсчитано, что тольяттинский лес способен выделять 38,5 тыс. т кислорода в год и поглощать 45 тыс. т углекислого газа, 237 тыс. т пыли, 2 тыс. т сернистого газа, 2,5тыс. т окислов азота. Кроме того, лес выделяет фитонциды и отрицательные ионы, поглощает шум и радиоактивные вещества, снижает температуру воздуха и повышает его влажность, улучшая тем самым микроклимат окружающей местности. На его территории находятся несколько десятков оздоровительных учреждений, в том числе туберкулёзный санаторий общероссийского значения «Лесное».
Расположение лесного массива в черте города определяет ещё одну функцию леса, наверное, одну из главнейших – рекреационную. В выходные дни независимо от времени года тысячи горожан устремляются на отдых в лес.
Среди основных физических факторов воздействия посетителей в лесных сообществах на растительный и почвенный покров главным является вытаптывание.
ВЫТАПТЫВАНИЕ — процесс уплотнения почвы, сотрясения в результате вибрации и механического повреждения растительности животными или людьми. Связан этот процесс с перевыпасом, а также с массовым туризмом и плохой планировкой рекреационных зон. Данный фактор является антропогенным, т.е связан с воздействием человека на природу. Процесс вытаптывания территории приводит к нарушению лесной подстилки, уплотнению верхних слоев почвы и ее иссушению, нарушается ее структура, снижается воздухо и влагопроницаемость, воздухо и влагоемкость; на наклонных участках происходит смыв почв и линейная эрозия, а на песчаных грунтах – развевание [2]. А также обламываются высокорослые растения.
Уплотнение верхнего слоя почвы приводит к локальным деформациям поверхности. В зависимости от влажности почвы, механических свойств, мощности дернового слоя, крутизны рельефа, интенсивности и продолжительности эксплуатации возникают остаточные деформации, в результате которых восстановление почв невозможно. В весенний период, когда на почвы оказывается дополнительная гидростатическая нагрузка (таяние и сход снега, обильные дождевые осадки), при этом снижаются их механические показатели, деформации становятся более сильными. Появляются углубления, вызванные динамическим воздействием на увлажненную почву. Переувлажнённые склоны с повышенной крутизной в результате вытаптывания становятся неустойчивыми, что приводит к возникновению оползней и обвалов. Также происходит покрывание изрезывающими тропинками, это способствует выносу частиц почвы с поверхности, что приводит к развитию экзогенных эрозионных процессов. С уплотнением верхнего слоя почвы меняются ее водно-воздушные свойства, возрастает объемный вес почвы, снижается ее влагоемкость, скорость проникновения воды, объем пор. При уплотнении почвы в сочетании с повышенной прогреваемостью её после отчуждения наземных органов травянистых растений возрастает испарение воды с ее поверхности. И это на сухих и умеренно влажных почвах приводит к большей сухости. В местах с близким залеганием верховых грунтовых вод, богатых легкорастворимыми солями, под влиянием выпаса может происходить засоление почв.
ЭРОЗИЯ ПОЧВ – процесс потери частиц почвенного мелкозёма в результате воздействия внешних сил (воды и ветра). Собственно эрозия почв вызывается плоскостными и линейными водными потоками, смывающими почву на склонах, на слабо защищённых растительным покровом участках.
Чтобы понять, какие растения являются устойчивыми к вытаптыванию, и к чему приводит данный процесс, мы отправились изучать тропы вблизи Института экологии Волжского бассейна РАН.
Физико-географическое положение района исследования.
Изучены 2 тропы, пролегающие по лесному и луговому сообществу на высокой волжской террасе Волги в Зеленой зоне города Тольятти вблизи Института экологии Волжского бассейна РАН.
Тольятти - город областного подчинения и один из крупнейших по численности населения в Самарской области.
Самарская область располагается в Среднем Поволжье в зоне лесостепи.
Методика исследования.
Каждую из двух троп (рис. 1 и 2) мы поделили на определённое количество поперечных профилей (пробных площадок), шириною 80 см (от центра тропы по обе стороны), между ними делали отрезки длиной около метра. На профиле 1 (луговой) было заложено 5 пробных площадок, а на профиле 2 (лесной) – 10 (таблица 1, 2).
На каждом профиле (пробной площадке) составлялся список произрастающих сосудистых растений, и оценивалось общее проективное покрытие.
Состав сосудистых растений сверялся по работам С.В. Саксонова и С.А. Сенатора[5;7;8], С.А. Сенатора с соавторами [6;9]
Рис. 1. Тропа в луговом сообществе и 5 заложенных профилей.
Рис. 2. Тропа в лесном сообществе и 10 заложенных профилей.
ПРОЕКТИВНОЕ ПОКРЫТИЕ - показатель, определяющий относительную площадь проекции отдельных видов или их групп, ярусов и т.д. фитоценоза на поверхность почвы. Проективное покрытие является одним из основных показателей обилия в фитоценологии.
Проективное покрытие может определяться в количественных или в балльных величинах. Для определения количественных характеристик проективного покрытия применяют ряд методов [3;4]
1) определение на глаз. Проективное покрытие можно определять по визуальной шкале с 10 градациями: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80,90, 100%. Глаз человека вполне может определить степень проективного покрытия с точностью 10% .;
2) метод уколов;
3) сеточка Раменского.
Мы пользовались первым самым простым методом – определение на глаз.
Результаты исследования
Луговая тропа (таблица 1)
Первый профиль. Число видов 8 (астрагал пёстрый, икотник серо-зелёный, ковыль днепровский, кострец безостый, люцерна серповидная, мятлик узколистный, полынь австрийская, хондрилла). Граница вытоптанной части резкая, без переходов.
Второй профиль. Число видов 10 (астрагал пёстрый, икотник серо-зелёный, ковыль днепровский, кострец безостый, люцерна серповидная, мятлик узколистный, полынь австрийская, хондрилла, василёк луговой, молочай). Граница вытоптанной части резкая, без переходов.
Третий профиль. Физиономически аналогичен 1 и 2 профилю. Число видов 15, к ранее записанным видам добавляются вейник наземный, смолёвка обыкновенная и пижма обыкновенная. Также присутствует фактор водной эрозии почвы, т.е разрушение и перенос частей почвы под действием течения воды (рис. 3).
Таблица 1
Видовой состав лугового профиля
|
Название растений |
Номер площадки |
Всего |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
Астрагал пёстрый |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
|
Василёк ложнопятнистый |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
4 |
|
Вейник наземный |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
3 |
|
Гвоздика изменчивая |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
|
Икотник серо-зеленый |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
|
Качим метельчатый |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
|
Ковыль днепровский |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
|
Ковыль перистый |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
3 |
|
Кострец безостый |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
|
Люцерна серповидная |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
|
Марь проростки |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
|
Молочай |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
4 |
|
Молочай прутьевидный |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
|
Мятлик узколистный |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
|
Пижма обыкновенная |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
Полынь австрийская |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
|
Пырей ползучий |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
|
Ракитник русский |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
|
Смолёвка обыкновенна |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
3 |
|
Тмин |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
3 |
|
Хондрилла |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
|
Число видов |
8 |
10 |
15 |
20 |
20 |
|
Четвёртый профиль. Число видов 20. Появились новые, непомеченные ранее виды растений: гвоздика изменчивая, качим метельчатый, марь (проростки) и ракитник русский.
Пятый профиль. Число видов 20. По видовому составу профиль схож с пятым профилем.
Рис. 3. Проявление водной эрозии почвы, спровоцированной отсутствием травянистого покрова
Рис. 4. Тропа, пролегающая по луговому сообществу нарушает целостность растительного покрова фитоценоза. Проективное покрытие на тропе не более 5%, а рядом с ней, достигает 100%.
Всего на луговой тропе было отмечено 21 вид растений. Из этого числа все виды - типичные представители лугово-степных сообществ. Рядом с тропой, там, где луговое сообщество не испытывает вытаптывания, а это злаково-разнотравные фитоценозы, общее проективное покрытие составляет около 100%, а на тропинке едва достигает 5% (рис. 4).
Выяснено, что наиболее устойчивыми к вытаптываю являются 8 видов сосудистых растений, они были встречены на каждом профиле. Среди последних назовем полынь австрийскую из семейства сложноцветных, которая является корнеотпрысковым травянистым многолетником. Особенности корневой системы и позволяют ей долго удерживаться в зоне активного вытаптывания. К аналогичной жизненной форме принадлежит и хондрилла злаковая из семейства сложноцветных, а так же два вида злаков - кострец безосный и мятлик узколистный.
Лесная тропа (таблица 2)
Вторым, контрастным к первому, участком для наблюдения была выбрана тропа, проходящая через липово-кленовый лес с участием сосны обыкновенной. Если луговые фитоценозы были достаточно освещены, что способствовало развитию травянистой растительности с высоким проективным покрытием, то травяной состав лесных фитоценозов находится в иных условиях недостатка солнечного света. Здесь общее проективное покрытие травянистого яруса составляет около 15-20% , а в зоне тропинки итого меньше, едва достигая 3-5%.
Рис. 5. Лесная тропа, травянисты ярус составляет 3-5%
проективного покрытия
В лесном сообществе вдоль тропы мы заложили 10 профилей (таблица 2), краткая характеристика которых приведена ниже.
Таблица 2
Видовой состав лесного профиля
|
Название растений |
Номер площадки |
Всего |
||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|||
|
Бересклет бородавчатый |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
8 |
|
|
Бузина кистистая |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
8 |
|
|
Вяз гладкий |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
Герань Роберта |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
10 |
|
|
Гравилат городской |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
4 |
|
|
Девичий виноград |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
8 |
|
|
Дуб (проростки) |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
8 |
|
|
Жестер слабительный |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
7 |
|
|
Звездчатка средняя |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
|
|
Ильм (проростки) |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
9 |
|
|
Кизильник блестящий |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
6 |
|
|
Клён (проростки) |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
10 |
|
|
Клён американский |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
4 |
|
|
Клён остролистный |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
7 |
|
|
Крапива двудомная |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
|
|
Крестовник Якова |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
10 |
|
|
Купена лекарственная |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
9 |
|
|
Ландыш майский |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
|
|
Латук татарский |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
|
|
Лопух малый |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
Малина обыкновенная |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
4 |
|
|
Мятлик дубравный |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
10 |
|
|
Перловник поникающий |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
|
|
Подмаренник цепкий |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
Фиалка холмовая |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
8 |
|
|
Чистец лесной |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
2 |
|
|
Чистотел лекарственный |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
Всего |
5 |
6 |
11 |
13 |
14 |
18 |
21 |
20 |
23 |
26 |
||
Видовой состав на профилях изменялся от 5 до 26 видов. Максимальное число видов приходится на площадки, место расположения которых совпало с изреживанием крон лиственных пород, и образовывались так называемые «окна». Травянистый покров очень быстро реагировал на фактор света, и на профилях 8-10 видовое разнообразие самое большое.
Поскольку сообщество лесное, то, следовательно, здесь возрастает число древесно-кустарниковых видов в качестве проростков. Тропа создает эффект, понижающий конкуренцию среди растений, и для проростков дуба черешчатого, клена остролистного, ильма гладкого создаются благоприятные условия.
Здесь отмечены также растения чужеродные для нашей флоры, считающиеся биоинвазионными. Это лиана девичий виноград, кустарники кизильник блестящий и бузина кистистая, дерево клен американский.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Благодаря этой работе можно сделать вывод, что вытаптывание является важным антропогенным фактором, который влияет не только на покров почвы, но и помогает разносу сорных и чужеродных растений, а водная эрозия, о которой мы говорили, нарушает защитную функцию почвы.
Конечно, от данного фактора невозможно избавиться, так как он является элементом человеческой обыденности, но уменьшить её влияние человек в силах.
Список использованных источников и литературы
Влияние антропогенных факторов на устойчивое функционирование ландшафтно-геоэкологических систем. Автор: Коробко А.М.
Иванов А.Н., Чижова В.П. Охраняемые природные территории: Учебное пособие. Изд-во Моск. ун-та, 2003. 119 с.
Миркин Б.М., Розенберг Г.С., Наумова Л.Г. Словарь понятий и терминов современной фитоценологии. М.: Наука, 1989. 223 с.
Попов С.Ю. Геоинформационные системы и пространственный анализ данных в науках о лесе: учебное пособие. СПб : ИЦ "Интермедия", 2013. 400 с.
Саксонов С.В., Сенатор С.А. Путеводитель по Самарской флоре (1851-2011) / Флора Волжского бассейна. Т. 1. Тольятти: Кассандра, 2012. 627 с.
Сенатор С.А., Раков Н.С., Саксонов С.В., Васюков В.М., Иванова А.В. Новые и редкие чужеродные растения в Среднем Поволжье // Российский журнал биологических инвазий. 2013. № 3. С. 98-104.
Сенатор С.А., Саксонов С.В. Растительный покров Тольятти. Сообщение 1: Флора // Проблемы экологии городского округа Тольятти и пути их решения: Сборник трудов научно-практической конференции (3 декабря 2010 г.). Самара, 2010а. С. 183-189.
Сенатор С.А., Саксонов С.В. Растительный покров Тольятти. Сообщение 2: Растительность // Проблемы экологии городского округа Тольятти и пути их решения: Сборник трудов научно-практической конференции (3 декабря 2010 г.). Самара, 2010б. С. 190-197.
Сенатор С.А., Саксонов С.В., Раков Н.С., Васюков В.М., Иванова А.В., Сидякина Л.В. Сосудистые растения Тольятти и окрестностей (Самарская область) // Фиторазнообразие Восточной Европы. 2015. Т. IX, № 1. С. 32-101. https://www.sites.google.com/site/enciklopediasamarskojoblastit2/home/pocvy/erozia-pocv