XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ОСОБЕННОСТИ ФЛОРЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ НАСЫПЕЙ ОКРЕСТНОСТЕЙ Г. СЕРДОБСКА

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лебедева С.А. 1

---

1Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образоания Центр детского творчества г. Сердобска

Морунов А.Г. 1

---

1муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования Центр детского творчества г. Сердобска

Работа в формате PDF

291.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Воздействие человека на окружающую среду с каждым годом усиливается. Под влиянием антропогенного фактора, с одной стороны, происходит внедрение адвентивных видов во флоры регионов, а с другой – вымирание части аборигенных видов, что в свою очередь вызывает унификацию флор Земного шара. Кроме того, деятельность человека приводит к расширению площади антропогенных территорий. На данных типах ландшафтов формируются измененные человеком флористические комплексы. Флористический состав на них довольно сильно отличается от природной флоры данной местности (Бурда, 1991) и представлен в основном растениями, характеризующимися широкой амплитудой экологической толерантности (Горчаковский, 1979). Особый интерес в этом отношении вызывает флора техногенных биотопов, отдельные из которых не имеют природных аналогов. В первую очередь это относится к железнодорожным насыпям. Железные дороги в настоящее время выполняют ряд важнейших функций на преобразованных человеком территориях. Они отчасти восстанавливают разорванные системно-информационные связи между отдельными фрагментами ранее целостных природных комплексов. Кроме того, железные дороги играют большую роль в заносе и расселении адвентивных растений и таким образом, определяют степень и интенсивность изменения флоры той или иной территории. На протяжении длительного времени флора железных дорог слабо привлекала внимание исследователей. И только в последнее время интерес к этой проблеме заметно усилился. Появляется все больше работ, посвященных этому перспективному направлению современной флористики. Однако до настоящего времени отсутствуют обобщающие работы по флоре железнодорожных насыпей регионов области.

Мы сформулировали рабочую гипотезу - железнодорожные насыпи являются современными миграционными путями флоры, по которым происходит проникновение в наш регион новых видов сосудистых растений.

Для проверки нашей гипотезы мы провели исследование.

Цель исследований заключалась в анализе флоры железнодорожных насыпей центральной части Сердобского района окрестности районного центра.

При этом были поставлены и решены следующие задачи:

1) выявить видовой состав сосудистых растений железнодорожных насыпей окрестностей районного центра;

2) на основе сравнения структур исследуемой и региональной флор установить специфические особенности формирования флористических комплексов на железнодорожных насыпях;

3) провести сравнительный анализ флоры отдельных участков железнодорожных насыпей, расположенных в различных условиях, исследовать видовой состав неофитов насыпей; провести детальный анализ данной фракции флоры; идентифицировать виды, представляющие опасность для здоровья и хозяйственной деятельности человека;

4) выявить на железнодорожных насыпях популяции редких и охраняемых сосудистых растений.

5. На основе данных 2013 года проследить динамику изменения флористического состава насыпей.

Новизна. Впервые для территории Сердобского района исследована флора железнодорожных насыпей за определенный период времени.

Научно-практическая значимость. Конспект флоры железнодорожных насыпей может быть использован для проведения мониторинговых исследований. Данные о распространении на насыпях видов, представляющих опасность для здоровья и хозяйственной деятельности человека, могут быть применены для работ по видовому составу флоры региона.

Глава 1 Обзор литературы.

Одним из специфических комплексов техногенных местообитаний являются железнодорожные насыпи. Железные дороги в настоящее время выполняют ряд важнейших функций на преобразованных человеком территориях. Они отчасти восстанавливают разорванные системно-информационные связи между отдельными фрагментами ранее целостных природных комплексов. Железные дороги играют решающую роль в заносе и расселении адвентивных растений и, таким образом, определяют степень и интенсивность изменения флоры той или иной территории. В практическом плане флора насыпей представляет интерес как главный источник появления новых сорных, ядовитых видов, а также растений, вызывающих аллергию. Своевременное выявление и изоляция популяций таких видов может принести существенную пользу для экономики и здоровья населения региона. Таким образом, без детального изучения флоры железнодорожных насыпей невозможно установить закономерности современного процесса становления и развития региональных флор. Кроме того, интегральное проявление двух процессов - внедрения во флоры адвентивных видов и вымирания части аборигенных под влиянием антропогенных факторов - приводит к унификации флор Земного шара, и обедняет специфичность флор (Малышев, 1981). Изучение этих процессов сейчас становится важнейшей задачей, так как проблема биологического разнообразия за последние годы осознана как одна из ключевых проблем глобальной экологии (Юрцев, 1991)., но и сокращением потенциальных возможностей эволюции, искусственным обеднением филогенеза, филоценогенеза и биотогенеза (Камелин, 1978). В этой связи транспортные коммуникации являются одной из концентрированных форм воздействия человека на природные экосистемы. Пересекая многообразные рельефы и ландшафты, они изменяют местные гидрологические и геохимические процессы, усиливают придорожные эрозионные и химические эффекты, способствуют обеднению исходной автохтонной флоры, ее упрощению и унификации (Кулиев, Хабибуллина, 1990), что объективно ведет к сокращению ареалов ряда аборигенных видов растений и увеличению числа случаев спонтанной гибридизации (Малышев, 1981). Вместе с тем они усиливают иммиграции растений из различных природно-климатических зон на новые территории. Некоторые сведения об адвентивных растениях, обнаруженных на транспортных путях Ярославской области, содержатся в публикациях В. К. Богачева и др. (1962, 1964); А. В. Дубровиной, О. Д. Шаханиной (1971); В. Г. Папченкова, Л. И. Лисицыной (1991, 1993). М.А. Березуцким приведены данные по количеству видов, обнаруженных на железнодорожных насыпях и станциях разных стран, показывающие уменьшение их количества с увеличением широты местности: на железнодорожных насыпях Украины обнаружено 500 видов, на севере Германии – 385. В то же время И.В. Скворцовой и М.А. Березуцким на крайнем северном и крайнем южном участках исследования (в пределах Саратовской области) выявлено почти идентичное число видов – 129 и 128 соответственно, что, по их мнению, является следствием недостаточно большого расстояния между изученными участками (около 30 км с севера на юг). На станциях Воронежской области зарегистрировано 367 видов, северо-запада России – от 470 в Псковской до 233 в Мурманской областях. На железных дорогах Самарской области в настоящее время зарегистрировано 304 вида сосудистых растений (Рыбакова И.В.2008). Ю.Д. Гусевым была выявлена закономерность распределения жизненных форм растений в зависимости от географического положения территории, на которой они произрастают. В южных областях преобладают однолетники, а в северных, в основном, травянистые многолетники. В южных регионах занос новых видов происходит интенсивнее с преобладанием малолетников, поэтому в спектре жизненных форм эта группа является лидирующей. И.В. Скворцовой и М.А.Березуцким показано, что характер прилегающих фитоценозов существенно не влияет на уровень видового богатства отдельных участков железной дороги: на участке с прилегающей степной растительностью найдено 153 вида, тогда на участке с прилегающей лесной растительностью обнаружено 156 видов.

Глава2 Материалы и методика.

Материал для работы был собран в полевой сезон 2024 г. Время сбора июль-август. Обследовалось железнодорожное полотно в границах балластной призмы, на обочинах путей и на территории станции Сердобск, основным покрытием которых является щебнистая насыпь с железобетонными шпалами. При работе исследовались: железнодорожное полотно, насыпь, прилегающие дренажные канавы, междупутья. Для более детального изучения фитоценоза нами было заложены 20 пробных площадок. Площадь каждой составляла 2 кв.м. Площадки размещались по профилю железнодорожной насыпи. Описание каждой площадки делали по общепринятой в геоботанике методике. В процессе описания изучаются: флористический состав, общая численность и количественные соотношения между видами и группами видов, пространственное вертикальное и горизонтальное — распределение растений и структурные части фитоценоза. Для оценки всех этих признаков пользуются количественными показателями. Сравнивая описания, полученные на всех площадках, вычисляли «встречаемость» видов. Встречаемость определяют, как процент площадок, на которых встречен данный вид вне зависимости от его обилия. Устанавливают классы встречаемости. Например, 1-й класс—от 81 до 100%, 2-й—от 61 до 80, 3-й—от 41 до 60, 4-й—от 21 до 40, 5-й—от 0 до 20%. (Как правило, последний класс удобнее рассматривать еще более дробно: 20—10%, 10—5%, 5%—0.) [18]. Все виды группируют по классам встречаемости. Виды, имеющие встречаемость 80—100%, называются константными. Особо оценивают встречаемость видов с высоким проективным покрытием — видов-доминантов. Проективное покрытие рассчитывали по методике Л.Г. Раменского. Флористическую общность площадок высчитывали, применяя формулу Жаккара. ИНДЕКС ЖАККАРА, предложенная П. Жаккаром(1901) формула, означающая отношение числа видов, найденных на двух исследуемых участках биотопа, к сумме видов, найденных на участке А, но не найденных на участке В, и найденных на участке В, но отсутствующих на участке А. Называется также коэффициентом флористического сходства (общности). Список видов сосудистых растений железнодорожных насыпей анализировался по общепринятым методикам. Для анализа адвентивной фракции использовалась классификация, изложенная в работе В.В. Туганаева и А.Н. Пузырева. [11] Из разработанного В.В.Туганаевым и А.Н.Пузыревым «артериального кодекса» гемерохоров можно выделить три значимых критерия: «экологический» (приуроченность к вторичным местообитаниям и безусловная связь распространения диаспор с хозяйственной деятельностью), «хорологический» (удаленность местонахождений в регионе от первичного ареала) и «биологический» (затрудненность прохождения всего жизненного цикла в данных природно-климатических условиях)[11]. Определение обнаруженных растений проводили, используя следующие определители: Флора средней полосы России. Атлас-определитель К. В. Киселева, С. Р. Майоров, В. С. Новиков. Маевский П.Ф. Флора средней полосы Европейской части России. 10-изд. М., 2006. Номенклатура видов приводится по сводке С.К. Черепанова [20].

Глава III. Характеристика района исследования

Наш город расположен на юго-западе Пензенской области. Является железнодорожной станцией. Движение поездов через станцию Сердобск началось в 1896 году. В наше время эта железнодорожная линия одна из самых грузонапряженных в России. В летний период только пассажирских поездов проходит в сутки – 23. Грузовых поездов намного больше. Маршрут по железнодорожной насыпи начинался от ж.д. моста с высоты 169 м.н.у.м. а заканчивался через 3900 м на высоте 147 м. н.у.м. За рекой начинается степная часть района, далее на протяжении 2000м. железная дорога проходит в городской черте, за тем входит в лесной массив представленный сосновым бором и дубравой.

Глава IV. Результаты

IV-1Собственные данные

В результате проведенных исследований мы выявили присутствие 94 видов высших растений, принадлежащих к следующим семействам - злаки, бобовые, астровые, яснотковые, шиповниковые, амарантовые, гераниевые, вьюнковые, гречишные, маковые, подорожниковые, гвоздиковые, бурачниковые, мареновые, крапивные, ослиниковые, маревые, капустные, сельдерейные, молочайные, сапиндовые, лютиковые, сытиевые. Сравнив все обнаруженные семейства, по их присутствию в изучаемых фитоценозах, мы увидели, что наибольшее количество видов относится лишь к 8 семействам. Астровые- 26 видов, Злаки 11 видов, Маревые 8 видов, Шиповниковые 7 видов, Капустные – 6 видов, Бобовые 5 видов, Гвоздиковые-4 вида, Яснотковые – 3 вида. На долю этих видов пришлось 74,5%. Взяв за основу данные В.М.Васюкова, мы выяснили, что в структуре природной флоры Юго-запада Пензенский области на долю данных семейств приходится 42,6%. Получившаяся в результате исследований разница указывает на высокую синантропизацию флоры железнодорожных насыпей, так как именно в этих семействах велико количество рудеральных и сегетальных видов, т.е. значительна степень антропогенного воздействия. Среди отмеченных нам видов однолетние составляли - 24,18% многолетние-62,31% Проанализировав флору насыпей по жизненным формам, мы выяснили, что значительное количество растений (70,2%) относится к гемикриптофитам. На долю терофитов пришлось 29,8%. Высокое участие терофитов является показателем подвижности субстратов и постоянного нарушения. Анализ флоры показал, что среди выявленных сосудистых растений высока представленность апофитов – 66 видов, антропотолерантов местной флоры. Мы также проанализировали флору насыпей по времени заноса. Всего мы выявили 23 адвентивных вида, что составило 24,4% от общей флоры насыпи. Для сравнения доля адвентов во флоре района -16%, в городской флоре – 22%. По времени заноса адвентивные виды распределились таким образом – археофиты- 5 видов, кенофиты (неофиты) – 19 видов [1]. По способам иммиграции основную массу составили промежуточные формы ксеноэргазиофиты – 20 видов, 4 вида относятся к эргазиофитам [5]. Вычислив встречаемость видов, мы получили следующие результаты: 7 видов относятся к 4 классу встречаемости (пырей, одуванчик, мелколепестник канадский, клоповник, мятлик луговой и кохия). Остальные 87 видов мы отнесли к 5 классу встречаемости от 0 до 20%. Константных видов по всем площадкам мы не выявили. Поперек железнодорожной насыпи нами было построено 5 профилей. Профили закладывались в тех же местах, что в 2013 году, согласно имеющимся координатам. 2 профиля были заложены там, где насыпь проходить по пойме реки Сердобы, 3 профиля в районе «Майского» родника. Профили, заложенные в пойменной части, показали большее видовое разнообразие 29 и 27 видов. Профили в районе родника оказались беднее по флористическому составу соответственно 14, 11 и 10 видов травянистых растений. Профили строились от подошвы насыпи с одной стороны и переходили через линию железной дороги до подошвы на противоположной стороне. Число видов в каждом профиле различалось.

IV-2. Обсуждение собственных данных

Если проанализировать полученные данные, то видно, что видовой состав флоры железнодорожной насыпи беднее, чем окружающие фитоценозы. Было обнаружено 94 вида против 1080 (Васюков В.М.) региональной флоры [1]. Для сравнения укажем, что при исследованиях 2013 года было отмечено 72 вида высших растений. Часть видов, в частности циклахена дурнишниколистная, повилика не отмечались в 2024 году. Число видов на отдельно взятой площадке колебалось от 3 до 9. Характерно, что минимальное и максимальное количество видов зафиксировано на участках, расположенных недалеко друг от друга. Максимальное флористическое сходство в нашем случае 33%. Незначительное число видов объясняется интенсивным движением поездов и соответственно повышенным уходом за насыпью со стороны железнодорожной службы (использование гербицидов, подсыпка балласта и др.). Структура видового разнообразия железнодорожной насыпи отличается от структуры фонового видового разнообразия.

Таблица 1

Структура крупнейших семейств флоры железнодорожных насыпей.

Как видно из таблицы процент многих семейств выше фонового в несколько раз. Особенно заметно превышение значений у семейства астровые, маревые, шиповниковые и капустные. Совокупный процент астровых и злаков составляет свыше 39,3% против 20% в фоновом флористическом окружении. Совокупный процент видов в семействах Asteraceae и Poaceae является показательным и служит критерием экстремальности существования флор. Кроме того, можно отметить типичное для железнодорожных насыпей, повышение процентного содержания видов семейства Poaceae (7,44% по сравнению с 6,5% во флоре региона). Анализ ведущих семейств показывает, что на железнодорожных насыпях возрастает роль семейств: Brassicaceae, Chenopodiaceae, Asteraceae и Leguminosae. Это указывает на экстремальный и засушливый характер условий, в которых оказались растения, произрастающие на железной дороге. По шкале Цыганова диапазон отношения к увлажнённости представителей этих семейств, обнаруженных на насыпи, достаточно широк от сухопустынного-1, до свежелесолугового-12[1,9,19]. Именно в этих семействах много видов-рудералов, внедряющихся в хорошо прогреваемые и постоянно нарушающиеся местообитания. Особенно значительно увеличение процентного содержания видов в семействе Asteraceae (27,6% на насыпях по сравнению с 11,6% в юго-западной части области). Это связано с высокой степенью распространённости данного семейства, большой экологической пластичностью и адаптационным потенциалом сложноцветных. Так по отношению к свету подавляющее большинство видов этого семейства относится к световой экологической группе (по шкале Цыганова), очень широкий температурный диапазон – от мезоарктической до мезосредиземноморской (по шкале Цыганова). Наше обследование показало, что железнодорожное полотно находится в отличном состоянии – зарастания почти не происходит. Этому здесь препятствует каменистый характер субстрата верхней части железнодорожных путей (незначительная водоудерживающая способность, провальная водопроницаемость, контрастность температурных режимов), регулярная обработка гербицидами.

Заключение

Флора насыпей железнодорожных путей является нестабильной. Состав ее очень динамичен и сильно зависит от интенсивности и географии грузоперевозок, связан с постоянным заносом новых адвентивных видов. Активно внедряясь в местные сообщества, они зачастую вытесняют местные виды растений, представляя большую опасность для биоразнообразия. При этом они нередко могут быть агрессивными сорными растениями, способными стать злостными сорняками. В связи с этим работы по мониторингу флоры железнодорожных путей является актуальной. Редких и охраняемых видов растений выявить не удалось. В группу факторов, влияющих на биоразнообразие, входят инженерные характеристики и особенности эксплуатации железнодорожного полотна. К инженерным особенностям отнесены факторы, связанные непосредственно со строительством железной дороги: временем строительства, характером балластного материала, земляного полотна и почво-грунтов, электрификацией. Во вторую подгруппу входят такие факторы, как интенсивность движения и линейные характеристики дороги, направление и дальность перевозок, а также их особенности, техническое обслуживание и ремонт полотна [16]. В настоящее время становится очевидным, что противостоять процессу изменения растительного покрова невозможно по причине его масштабности, остается лишь сделать этот процесс управляемым и предсказуемым. Железные дороги как, своеобразное биогеографическое явление, изучены недостаточно, а ведь именно они, по словам Р.Е. Левиной [7], играют наибольшую роль в распространении растений внутри континента. Наиболее ярко динамика железнодорожной флоры «обнаруживается лишь при появлении видов, чуждых местной флоре».

Выводы

Таким образом, анализ флоры транспортных путей, позволяет сделать следующие выводы:

– по видовому и таксономическому составу флора достаточно бедная, большая часть видов сосредоточена в первых семи семействах.

– из-за постоянного вмешательства человека не формируется устойчивых экосистем. Распахивание, выкашивание, обработка гербицидами приводит к заселению полосы вдоль железной дороги сорными растениями, среди которых очень много заносных видов.

– в результате неблагоприятных условий существования, антропогенного прессинга увеличивается доля растений с коротким жизненным циклом.

– все выше перечисленные факторы приводят к формированию крайне унифицированной флоры экосистем транспортных магистралей.

Литература

1 Васюков В. М. Растения Пензенской области (конспект флоры): Монография. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2004. – 184 с.: 1 ил., библиогр.142 назв.

2 Березуцкий М.А., Скворцова (Рыбакова) И.В. О современных миграционных путях флоры Саратовской области // Бюллетень Ботанического Сада СГУ. – Вып.4. – Саратов: Научная книга, 2005. – С. 35 – 40.

3 Березуцкий М.А., Скворцова (Рыбакова) И.В., Сухоруков А.П. Новые адвентивные виды в Липецкой, Тамбовской и Саратовской областях и их распространение на территории Средней России // Ботанический журнал. – Т.89. – №3. – 2004. – С. 484 – 491.

4 Бочкин В.Д. Сравнительный анализ парциальных флор трех железных дорог г. Москвы // Актуальные проблемы сравнительного изучения флор: Материалы совещ. - СПб, 1994. - 276 - 296.

5 Ю.К. Виноградова, С.Р. Майоров, Л.В. Хорун Черная книга флоры Средней России (Чужеродные виды растений в экосистемах Средней России). -- М.: ГЕОС. 2009. -- 494 с.

6 Ильминских Н.Г. Флорогенез в условиях урбанизированной среды: Автореф. дис. д-ра биол. наук. – СПб., 1993. – 36 с.

7 Левина Р.Е. Способы распространения плодов и семян. М.: Изд-во МГУ, 1957. 358 с.

8 Малышев Л.И. Изменения флор земного шара под влиянием антропогенного давления // Научн. Докл. Высшей школы. Биол. науки, 1981. – №3. – С. 5-20

9 «Растительность Пензенской области:методические указания по спецкурсу для студентов естественно-географического факультета/Автор-составитель Л.А.Новикова. Пенза 2000.-42с.

10 Толмачев Ф.И. Введение в географию растений. – Л.: Изд. Ленингр. гос. ун-та, 1974. – 244 с.

11 Туганаев В.В., Пузырев А.Н. Гемерофиты Вятско-Камского междуречья. – Свердловск: Изд-во Уральск. Ун-та, 1988. – 128 с.

12 Туганаев В.В., Веселкова Н.Р., Туганаев А.В. Флоро- и ценгенез растительного покрова возделываемых земель на территории Среднего Поволжья и Вятско-Камского Предуралья // Бюллетень Ботанического сада Саратовского гос. ун-та. - Саратов: Изд-во Научная книга, 2006. – Вып. 5. С. 54-56.

13 Флора средней полосы России: Атлас – определитель./ Киселёв К.В. Майоров С.Р. Новиков В.С.М., ЗАО «Фитон+»2010 554с

14 Рыбакова И.В. К изучению флоры железнодорожных насыпей южной части Приволжской возвышенности // Принципы и способы сохранения биоразнообразия: Материалы III всероссийской научной конференции. / Мар. гос. ун-т. – Йошкар-Ола – Пущино, 2008. – с. 193.

14 Скворцова (Рыбакова) И.В., Березуцкий М.А. Флора железнодорожных насыпей южной части Приволжской возвышенности // Поволжский экологический журнал. – 2008. – № 1. – С. 55 – 64.

16 С.А. Сенатор, Н.А. Никитин, С.В. Саксонов, Н.С. Раков ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ФОРМИРОВАНИЕ ФЛОРЫ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14, № 1 Институт экологии Волжского бассейна РАН, г. Тольятти

17 Фомина О. В., Тохтарь В. К. АНАЛИЗ АДВЕНТИВНОЙ ФРАКЦИИ АНТРОПОГЕННО ТРАНСФОРМИРОВАННЫХ ФЛОР В УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЕ ЮГА СРЕДНЕРУССКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ // Научные ведомости БелГУ. Серия: Естественные науки. 2012. №3. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/analiz-adventivnoy-fraktsii-antropogenno-transformirovannyh-flor-v-urbanizirovannoy-srede-yuga-srednerusskoy-vozvyshennosti (дата обращения: 18.10.2013).

18 ХАРАКТЕРИСТИКА ФЛОРЫ НАСЫПЕЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ (РЕСПУБЛИКА БАШКОРТОСТАН СТАНЦИИ АЛКИНО, ЮМАТОВО, ЧИШМЫ) © 2012 С.А. Абдуллина, А.Ф. Хусаинов// Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14, № 1(7)

19 Хмелев К.Ф. Проблемы антропогенной трансформации растительного покрова Центрального Черноземья // Состояние и проблемы экосистем Центрального Подонья. — Воронеж, 1996. – Вып. 6. - 138 - 143.

20 Черепанов С. К. Сосудистые растения России и сопредельных стран. СПб: Мир и семья, 1995. 990 с.

Приложение.

Рис 1. Расположение площадок М 1.:250 (1см-250м)

Рис.2.Таксономическая структура флоры железной дороги.

Рис.3.Распределение флоры по жизненному циклу

Рис.4.Сравнение количества адвентивных видов 2013 и 2024 гг.

Таблица 1.

Наиболее распространенные семейства на железнодорожных насыпях

Рис.5.Структура сигнальных видов 2024 год

Рис.6.Структура сигнальных видов 2013 год

Рис.7.Соотношение сигнальных видов в местной флоре(фоновое) и на железнодорожных насыпях.