IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Ценофлористическая характеристика лесов, прилегающих к экологической тропе «Дорога домой» (ООПТ «Черняевский лес»)

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Дулесов М.А. 1

---

1МАОУ «СОШ № 132 с углубленным изучением предметов естественно-экологического профиля»

Буравлева В.П. 1

---

1МАОУ «СОШ № 132 с углубленным изучением предметов естественно-экологического профиля»

Работа в формате PDF

0.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Потребность людей в отдыхе на природе, в частности в лесу, закономерна, так как эволюционно человек не адаптирован к жизни в городских условиях. Поэтому рекреация получила очень широкое распространение с ростом урбанизации Земли. Для своевременного принятия адекватных решений по оптимизации рекреационного лесопользования необходима оценка текущего состояния лесов и прогноз на будущее.

Охраняемый ландшафт «Черняевский лес» выполняет роль буфера, защищающего большую часть Перми от вредных выбросов предприятий Осенцовского промышленного узла, расположенного в юго-западной части города. Черняевский лес является востребованным населением местом отдыха, на его территории размещен парк культуры и отдыха «Балатово». Он занимает 0,5% от общей площади леса. К кварталу 2 с севера, востока и юго-востока подступают жилые дома и гаражи, две лыжных базы, стадион и остановочный комплекс «Гознак» с киосками. На территории проходит лыжная трасса (3,0 км), и лес буквально во всех направлениях прорезают дорожки, тропы и проходы между ними (Бузмаков и др., 2013). В результате данная местность испытывает постоянные рекреационные нагрузки.

В то же время, несмотря на современную известность и привлекательность Черняевского леса для пермяков, его исключительную общественную значимость, сведения о нем явно недостаточны (Малеев, Молганова, Бойко, 2007). В этой связи с целью экологического образования и просвещения, популяризации знаний о городских лесах среди населения, в 2013 году педагоги и учащиеся пермской школы № 132 совместно с Пермским городским лесхозом создали в Черняевском лесу экологическую тропу «Дорога домой». Экотропа инициировала исследования школьниками природных комплексов в Черняевском лесу, в том числе – лесных экосистем.

Цель данной работы: ценофлористическая характеристика лесов, прилегающих к начальным точкам экологической тропы «Дорога домой» (ООПТ «Черняевский лес»). Для достижения поставленной цели были сформулированы основные задачи исследования:

выявить разнообразие лесных фитоценозов на исследуемом участке тропы и провести их геоботаническое описание;

выявить флористический состав фитоценозов, включая сосудистые растения и моховидные;

по итогам исследования составить аннотированный список видов и охарактеризовать степень участия отдельных видов в составе растительности;

провести систематический, биоэкологический и ресурсный анализ выявленных ценофлор.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю В.П. Буравлевой за помощь и поддержку на всех этапах работы; Е.М. Шкарабе, А.Г. Безгодову за ценные консультации, помощь при определении мхов и высших сосудистых растений.

1. Материал и методы исследования

Для характеристики лесных фитоценозов нами был использован метод геоботанических описаний (Миркин, 2001). Для этого в типичном для данного фитоценоза месте закладывались пробные площади размером 200 м². После ограничения пробной площади с помощью вешек и шпагата изучались все основные компоненты ценоза в ее пределах. На пробных площадях подсчитывалось количество деревьев, определялась их высота с помощью высотомера «Suunto PM-5/1250», измерялся диаметр ствола с помощью мерной вилки на высоте 1,3 м от почвы, определялся класс жизненности по классификации Г. Крафта. Измеренные деревья помечались, чтобы не пропустить ни одного дерева или не измерить его дважды. У подлеска определялся видовой состав образующих его пород, давалась глазомерная оценка густоты и состояния. Для определения естественного возобновления подсчитывалось количество подроста каждого вида деревьев, образующих древостой, устанавливался класс жизненности, отмечалось происхождение. Для выявления флористического состава (списка видов) травяно-кустарничкового яруса внутри пробной площади мы закладывали по 25 учетных площадок размером 0,25 м².

На учетных площадках отмечались все представители сосудистых растений и моховидных. Для оценки участия видов в составе фитоценоза мы использовали глазомерную оценку численности особей каждого вида: определяли общее проективное покрытие и проективное покрытие мхов (в %), оценку обилия каждого вида в баллах по шкале Браун-Бланке (Миркин и др., 2001). Результаты заносили в полевой дневник в заранее заготовленные бланки геоботанических описаний.

Незнакомые сосудистые растения гербаризировали для последующего определения. Образцы моховидных с каждой площадки отбирали в бумажные пакеты для последующей идентификации видовой принадлежности.

Кроме полевых исследований проводилась ежедневная работа по закладыванию принесенных образцов в гербарный пресс, сушке гербария, определению и этикетированию растений. Камеральная обработка собранных материалов проводилась в лаборатории Центра эколого-биологических исследований и природоохранной работы, на кафедре ботаники Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета под руководством и при непосредственном участии преподавателей.

Для определения видовой принадлежности сосудистых растений использовался Иллюстрированный определитель растений Пермского края (2007). Гербарные образцы, вызывающие затруднения, определялись с участием специалистов.

Обилие деревьев определялось путем подсчета количества деревьев каждого вида на пробной площади с последующим пересчетом на 1 га. Устанавливалась формула состава древостоя по количеству стволов каждой породы от общего числа всех его стволов.

Обработка образцов мохообразных и определение видовой принадлежности проводилась с применением микроскопического метода (Мошковский, 1999).

На первом этапе работы с образцом также разделяли попавших в образец печеночники, верхоплодные и бокоплодные листостебельные мхи в связи с тем, что для их определения используются разные определители (Игнатов, Игнатова, 2003, 2004; Шляков, 1982). Определение видовой принадлежности велось по признакам гаметофита и спорофита или, при отсутствии последнего, только по признакам гаметофита.

Дальнейшая работа по определению выделенного из образца мха осуществлялась с применением микроскопа, для чего изготавливалась серия временных микропрепаратов изолированных от стебля листьев с учетом их расположения и выполняемых функций. При необходимости изготавливались поперечные срезы листьев и стебля.

Для оценки правильности идентификации проводили сверку с гербарными образцами соответствующих видов из бриологического гербария кафедры. На завершающем этапе осуществлялся ввод информации в базу данных, изготавливалась чистовая этикетка, и образцы помещались в научный гербарий Пермского педагогического университета (PPU – акроним, под которым зарегистрирован гербарий в международном каталоге Index herbariorum).

Для каждого вида растений была определена встречаемость (постоянство) – частота нахождения определенного вида в фитоценозе. Этот показатель характеризует не только численность, но и равномерность размещения растений того или иного вида. Мы определяли его учетом каждого вида на учетных площадках и выражали в процентах: R= n/n_o × 100, где R – частота встречаемости; n – число площадок, на которых обнаружен данный вид; n_o– общее число проанализированных площадок.

Данные геоботанических описаний мы использовали для составления таблицы постоянства. Виды с близкими значениями встречаемости объединялись в классы постоянства с интервалом в 20% (Миркин и др., 2001): 1 – встречаемость менее 20%; 2 – 20-40%; 3 – 40-60%; 4 – 60-80%; 5 – более 80%.

Полученные данные по флористическому составу каждого фитоценоза сравнивались, для этого определялся коэффициент сходства по формуле Серенса (Василевич, 1969): К = 2с/(а + в), где а – число видов в первом из сравниваемых описаний, в – число видов во втором из сравниваемых описаний, с – число видов, общее для двух сравниваемых описаний.

2. Результаты исследований и их обсуждение

2.1 Характеристика растительных сообществ

В результате полевых исследований в 2017-2019 гг. на ООПТ «Черняевский лес», экологическая тропа «Дорога домой» было сделано 3 геоботанических описания. При анализе геоботанических описаний и флористического состава были выявлены 2 типа лесных фитоценозов: сосняк кисличный (описания 1, 2) и мелколиственно-хвойный черничный лес. Высокий коэффициент флористического сходства описаний 1 и 2 (0,52) позволяет отнести их к одному типу фитоценоза – сосняку кисличному.

Сосняк кисличный (пробная площадь 200 м²) расположен на начальном этапе экологической тропы на повышении рельефа. Древостой исследуемого фитоценоза на пробной площади №1 образован сосной обыкновенной (Pinus silvestris) с примесью ели сибирской (Picea obovata) и березы повислой (Betula pendula), а на пробной площади № 2 – сосной обыкновенной (рис. 1). Состав древостоя: 10С+Е+Б; 10С. Изредка на площади №1встречается интродуцированный вид – черемуха Маака (Padusmaackii). Подрост образован елью сибирской (Picea obovata). Подлесок равномерной густоты, в составе подлеска выявлено всего 9 видов. Подлесок представлен растениями местной флоры: рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia), крушина ломкая (Frangula alnus), малина обыкновенная (Rubusidaeus), бузина сибирская (Sambucus sibirica), черемуха обыкновенная (Padus avium), смородина (Ríbes sp.). В подлеске также встречаются интродуцированные виды: клен американский (Acer negundo), яблоня ягодная (Malus baccata), ирга колосистая (Amelanchier spicata).

Рис. 1. Сосняк кисличный, пробная площадь №2, сентябрь 2017 г.

Фото автора

Напочвенный покров представлен травяным ярусом (22 вида) с небольшим участием мхов (8 видов). В травяном ярусе преобладает кислица обыкновенная (Oxalis acetosella).Проективное покрытие травяного яруса составляет около 60%. Проективноепокрытие мхами не превышает4%. Мхи представлены листостебельными мхами: сциурогипнум вздутоножковый (Sciurohypnum oedipodium), сциурогипнум Штарке (Sciurohypnum starkei), циррифиллум волосконосный (Cirriphyllum piliferum), плагиотециум светло-зеленый (Plagiothecium laetum), плагиомниум Драммонда (Plagiomnium drummondii) саниония крючковатая (Sanionia uncinata), амблистегиум ползучий (Amblystegium serpens). Изредка встречается печеночник лофоколеа разнолистная (Lophocolea heterophylla).

Мелколиственно-хвойный черничный лес (пробная площадь 200 м²) расположен в понижении рельефа. Древостой образован сосной обыкновенной с примесью ели сибирской и березы бородавчатой (рис. 2). Состав древостоя: 6С2Е2Б. Подрост образован в основном елью сибирской 2-4 классов жизненности, пихтой сибирской и березой пушистой. Подлесок очень густой, выявлено 10 видов. Подлесок представлен растениями местной флоры: рябиной обыкновенной, бузиной сибирской, черемухой обыкновенной, шиповником майским (Rosa majalis), малиной обыкновенной, калиной обыкновенной (Viburnum opulus). В подлеске также встречается интродуцированные виды: клен платанолистный (Acer platanoides), яблоня ягодная, ирга колосистая (Amelanchier spicata), ирга овальная (Amelanchier ovalis).

Рис. 2. Мелколиственно-хвойный черничный лес.

Пробная площадь № 3, июнь 2018 г. Фото автора

В травяном ярусе преобладает черника (Vaccinium myrtillus). Проективное покрытие травяного яруса в среднем составляет около 40%. Проективноепокрытие мхами составляет в среднем 5%. Мхи представлены листостебельными мхами: сциурогипнум вздутоножковый (Sciurohypnum oedipodium), сциурогипнум Штарке, циррифиллум волосконосный, саниония крючковатая, амблистегиум ползучий, сциурогипнум отогнутый (Brachythecium reflexum), плагиотециум мелкопильчатый (Plagiothecium denticulatum), брахитециум полевой (Brachythecium campestre), полия поникшая (Pohlia nutans). Изредка также встречается печеночник лофоколеа разнолистная. Напочвенный ярус из мхов в обоих фитоценозах не выражен, мхи встречаются небольшими участками: заселяют преимущественно подстилку, валежник и очень редко встречаются на почве, что не очень характерно для леса, отсутствуют лесные виды. Обобщенная характеристика изученных фитоценозов представлена в таблице 1.

Таблица 1

Обобщенная характеристика изученных фитоценозов

Сравнительные данные по флористическому составу исследованных фитоценозов сведены в таблицу 2. В напочвенном ярусе сосняка кисличного явным доминантом является кислица обыкновенная: встречаемость 100% (5-й классы постоянства) с высоким обилием (1 – 5 баллов). Содоминантами выступают осока пальчатая (встречаемость – 76%, обилие – до 2 баллов), ожика волосистая и будра плющевидная также характеризуются достаточно высокой встречаемостью (60%) и высоким обилием (до 3 баллов). В мелколиственно-хвойном лесу в напочвенном ярусе отмечаются высокие показатели встречаемости (92%) и обилия у черники (до 3 баллов); в качестве содоминантных видов выступают кислица обыкновенная, осока пальчатая, вейник тростниковый, седмичник европейский.

Таблица 2

Сравнительная характеристика доминирующих и содоминирующих видов напочвенного покрова

Коэффициент сходства флористического состава сосняка кисличного и мелколиственно-хвойного леса достаточно высок и составил 0,53.

2.2 Анализ флористического состава фитоценозов

Систематическая структура флоры. В результате проведенных полевых исследований на ООПТ «Черняевский лес», экологическая тропа «Дорога домой» выявлено 66 видов растений, относящихся к 54 родам и 34 семействам (табл. 3).

Основу флоры, как и во всех умеренных флорах северного полушария, составляют цветковые растения – 48 видов (72,7 % от общего числа видов); а среди них около 3/4 являются двудольными растениями (39 видов). К отделу Моховидные принадлежат 13 видов. Доля участия сосудистых споровых и голосеменных растений минимальна. К голосеменным относятся 3 вида; высшие споровые растения представлены отделами Хвощевидные (1 вид) и Папоротниковидные (1 вид). Соотношение флор сосудистых растений и листостебельных мхов в фитоценозе составляет 5,1:1. Это свидетельствует о ведущей роли сосудистых растений в формировании флоры леса и меньшей роли листостебельных мхов.

Таблица 3

Основные таксоны флоры ООПТ «Черняевский лес»,

экологическая тропа «Дорога домой»

Таксономический анализ бриофлоры. Подавляющее большинство выявленных видов мхов (12) относятся к классу Листостебельные, 1 вид – к классу Печеночники. Ведущую роль в бриофлоре обследованной территории играет семейство Brachytheciaceae (6 видов), что составляет 46,2% от общего числа видов мхов. Семейство Plagiotheciaceaeвключает в себя 2 вида (15,4%). Остальные 5 семейств содержат по 1 виду (38,5%) от всей бриофлоры обследованной территории.

Все роды представлены либо одним видом (5), либо двумя видами (4). Таким образом, во флоре листостебельных мхов ООПТ «Черняевский лес», экологическая тропа «Дорога домой» широко представлены одновидовые семейства и роды, как и в других бореальных бриофлорах.

Таксономический анализ флоры сосудистых растений. Высшие сосудистые растения изученной флоры (53 вида) принадлежат к 27 семействам. Наиболее крупным семейством является семейство Rosaceae (10 видов). Оно объединяют 18,9% видов сосудистых растений исследованных лесных фитоценозов. Семейство Poaceae насчитывает 4 вида, семейства Liliaceae и Pinаceae – по 3 вида. Остальные семейства насчитывают по 2 вида (10 семейств) и 1 виду растений (13 семейств). В среднем на 1 семейство приходится около 2 видов.

Родовой спектр лесных сосудистых растений представлен 45 родами. Все роды содержат либо по 2 вида (9 родов) и 36 родов – по 1 виду. Таким образом, во флоре на долю родов, представленных 1 видом, приходится 80% состава флоры сосудистых растений. Среднее количество видов в роде (родовой коэффициент) составило 1,2.

Эколого-биологическая структура флоры. Биоэкологический анализ флоры представляет соотношение видов по составу жизненных форм и экобиоморф. При проведении биоэкологического анализа, прежде всего, следует остановиться на распределении видов по группам биологического спектра К. Раункиера (C. Raunkiaer, 1934). Система К. Раункиера руководствуется единственным критерием – положением почек возобновления по отношению к почве, что является показателем приспособленности видов флоры к переживанию неблагоприятного сезона вегетации (табл. 4).

Таблица 4

Спектры жизненных форм флоры ООПТ «Черняевский лес»,

экологическая тропа «Дорога домой» по системе К. Раункиера

Гемикриптофиты составляют большую часть всех видов сосудистых растений данной территории – 19 (35,8%), что свидетельствует об умеренно-холодном голарктическом характере флоры. Значительное число видов содержат группы фанерофитов – 17 видов (32,1%). Среди них преобладают мезофанерофиты – 7 видов (13,2%); криптофиты представлены геофитами – 8 видов (15,1%). Группа хамефитов насчитывает 6 видов, среди них зимне-зеленых и вечнозеленых по 1 виду. К фанерофитам относятся 17 видов, что указывает на лесной характер флоры. Вечнозеленые фанерофиты относятся к группам мезофанерофитов (3 вида) и нанофанерофитов (6 видов), также встречаются микрофанерофиты (4 вида). Терофиты представлены всего тремя видами (5,7% от общего числа видов сосудистых растений), что сближает исследуемую флору с северной.

Более подробную экологическую характеристику флоры можно получить при анализе распределения видов флоры по жизненным формам по классификации И.Г. Серебрякова (1962). Виды, составляющие флору Пермского края, С.А. Овесновым (2005) распределены по 55 группам биоморф. Биоморфы высших споровых растений (плаунов, хвощей, папоротников) рассматриваются как специфические жизненные формы, в этом анализе они не учитываются. Значительное участие в сложении флоры изученных лесных фитоценозов Черняевского леса принимают травянистые растения (30 видов, 58,8%), среди которых доминируют наземные поликарпики (табл. 5). Из поликарпических травянистых растений значительное место занимают столонообразующие и ползучие. На древесные растения приходится 23 вида (45,1%). Наличие древесных растений характеризует флору как лесную.

Таблица 5

Соотношение биоморфных групп во флоре «Черняевский лес», экотропа «Дорога домой»

Выявленное большое разнообразие жизненных форм свидетельствует о богатстве приспособительных адаптаций, характерных для растений флоры.

Распределение видов флоры по типам местообитаний с определенным водным режимом (табл. 6) дополняет картину экологического разнообразия изученной флоры.

Таблица 6

Соотношение групп растений по их отношению к условиям увлажнения во флоре ООПТ «Черняевский лес», экологическая тропа «Дорога домой»

По степени увлажнения субстрата выделено 3 экогруппы растений. В связи с достаточной влажностью и умеренным климатом, во флоре существенную роль играет группа мезофитов – 45 видов, она составляет 84,9% от общего числа видов. Совсем незначительный процент составляют гигрофиты (2 вида, 3,8%) и гигромезофиты –1 вид (1,9%). В целом, по особенностям биоморфологической и экологической структуры анализируемая флора относится к умеренно мезофильному лесному типу.

Ресурсный анализ выявленных ценофлор. Растительный мир дает человечеству до трех четвертей пищи. Кроме этого, люди используют растения в различных отраслях промышленности и хозяйства (строительной, текстильной, кожевенной, лакокрасочной, парфюмерно-косметической, пищевой и др.).

Из 53 видов сосудистых растений флоры обследованных фитоценозов 52 вида (98,1%) используются или могут быть использованы в той или иной области практической деятельности человечества. Виды растений, произрастающие в изученных фитоценозах Черняевского леса, можно подразделить на 26 хозяйственных групп (табл. 7). В исследуе­мой флоре наиболее широко представлены лекарственные растения – 45 видов (84,9%), кормовые – 27 видов (50,9%), декоративные – 27 видов (50,9%). Всего у одного вида растений (осока пальчатая) хозяйственное значение не выявлено.

Таблица 7

Ресурсное значение растений ООПТ «Черняевский лес»,

экотропа «Дорога домой»

Выводы

На исследованной территории выявлено 2 типа фитоценоза: сосняк кисличный и мелколиственно-хвойный черничный лес. Древостой и подлесок отличается по составу видов от типично зонального. Особенности экологических условий и специфика ухода за насаждениями ООПТ «Черняевский лес» позволяют интродуцентам внедряться в древостой и подлесок. Доля интродуцентов в общем числе видов древесных растений составляет 26,1%. 4 вида из их числа внедрились в сообщества и возобновляются семенным путем: черемуха Маака, ирга овальная, ирга колосистая, клен американский.

По результатам исследований составлен аннотированный список, включающий 66 видов растений, относящихся к 5 отделам, 54 родам и 33 семействам. Высшие сосудистые растения изученной флоры (53 вида) принадлежат к 27 семействам. Наиболее крупным семейством является семейство Rosaceae (10 видов, 18,9%). Мохообразные представлены 13 видами (19,7% от общего числа выявленных видов). Мхи встречаются небольшими участками: заселяют преимущественно подстилку, валежник и очень редко встречаются на почве, что не характерно для леса, отсутствуют лесные виды.

В спектре жизненных форм по Раункиеру большую часть всех видов сосудистых растений данной территории составляют гемикриптофиты и фанерофиты – 35,8 и 32,1% соответственно.

В биоморфологическом спектре флоры сосудистых растений преобладают травяни­стые растения (30 видов, 58,8%), среди которых доминируют наземные поликарпики. На древесные растения приходится 23 вида (45,1%). Выявленное большое разнообразие жизненных форм свидетельствует о богатстве приспособительных адаптаций, характерных для растений флоры.

По степени увлажнения субстрата выделено 3 экогруппы растений. Существенную роль играет группа мезофитов – 45 видов, 84,9% от общего числа видов. В целом, по особенностям биоморфологической и экологической структуры анализируемая флора относится к умеренно мезофильному лесному типу.

В исследуе­мой флоре наиболее широко представлены лекарственные растения (84,9%), кормовые (50,9%) и декоративные – 50,9% от общего числа видов сосудистых растений.

Исследованная территория экологической тропы «Дорога домой» испытывает на себе типичное для подобных мест антропогенное давление: вытаптывание растительного покрова, перераспределение поверхностного стока вод из-за асфальтирования дорожек без дренажных систем, нерегулируемый отдых.

Список литературы

Бузмаков С.А., Воронов Г.А., Андреев Д.Н. Роль ООПТ «Черняевский лес» в г. Перми. / С.А. Бузмаков, Г.А. Воронов, Д. Н. Андреев // Географический вестник. Пермь, 2013. № 1. С. 87-95.

Василевич В.И. Статистические методы в геоботанике. Л.: Наука, 1969. С. 134-135.

Игнатов М.С., Игнатова Е.А. Флора мхов средней части европейской России. Том 1. М.: КМК, 2003. 608 с.

Игнатов М.С., Игнатова Е.А. Флора мхов средней части европейской России. Том 2. М.: КМК, 2004. 960 с.

Игнатов Н.С., Игнатова Е.А. Мохообразные. Описание отдела и терминология. Флора мхов средней части европейской России. Том 1. М.: КМК, 2003. С. 6-19.

Иллюстрированный определитель растений пермского края / С.А. Овеснов, Е.Г. Ефимик, Т.В. Козьминых [и др.]. Пермь: Кн. мир, 2007. 743 с.

Малеев К.И., Молганова Н.А., Бойко Т.А. Материалы к описанию ООПТ «Черняевский лес» г. Пермь. // Флора Урала в пределах бывшей Пермской губернии и ее охрана: материалы межрегиональной конференции, посвященной 140-летию со дня рождения П.В. Сюзева. Пермь, 2007. С. 79-83.

Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Соломец А.И. Современная наука о растительности: Учебник. М.: Логос, 2001. 264с.

Мошковский С.А. Сбор и определение мхов в заповедниках. М., 1999. 34 с.

Овеснов С.А. Конспект флоры Пермской области / С.А. Овеснов, Пермь: Изд-во ПГУ, 1997. 252 с.

Серебряков И.Г. Экологическая морфология растений. Жизненные формы покрытосеменных и хвойных / И.Г. Серебряков. М.: Высшая школа, 1962. 378 с.

Шляков Р.Н. Печеночные мхи севера СССР, вып. 5. Печеночники: Лофоколиевые – Риччиевые. Л.: Наука, 1982. 196 с.

Raunkiaer C. The life form of plants and statistical plant geophy / C. Raunkiaer. Oxford: Oxford Univ. Press, 1934. 632 p.