CC BY
42
УДК 581.524:574.2
DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-5-896-900
БИОТОПЫ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ РЕГИОНАЛЬНОГО ПАМЯТНИКА ПРИРОДЫ «ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОРОДСКОЙ БОР»
© Е.Н. Ильин, Н.Н. Назаренко
Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет 454074, Российская Федерация, г. Челябинск, ул. Бажова, 46а E-mail: [email protected]
Выполнена фитоиндикационная оценка биотопов лесных экосистем памятника природы регионального значения «Челябинский городской бор». Ведущими абиотическими факторами формирования растительного покрова бора являются атмосферное и почвенное увлажнение и терморежим, определяемые рельефом местности, а также условия освещенности, связанные со структурой лесного полога. Биотопы Челябинского городского бора практически не отличаются по режимам абиотических факторов, а разнообразие лесных экосистем определяется ценотическими особенностями лесных сообществ и внутриценотическими биотическими взаимодействиями. Выделенные лесоводственно-типологическими методами типы лесов характеризуют ценотическую структуру растительности бора и не могут служить для оценки влияния абиотических факторов. Необходимы более детальные исследования биотопов бора и классификация биотопов, прежде всего, на основе особенностей рельефа.
Ключевые слова: фитоиндикация биотопов; Челябинский городской бор
ВВЕДЕНИЕ
Ботанический памятник природы регионального значения «Челябинский городской бор» располагается в границах городской черты г. Челябинск и имеет особо важное значение для населения этого промышленного центра Южного Урала, выполняя средозащитные, водоохранные, санитарно-гигиенические, оздоровительные и рекреационные функции. Бор находится на юго-западе города, на правом берегу р. Миасс и с бота-нико-географической точки зрения является уникальным островным бором, реликтом плейстоценовой пе-ригляциальной лесостепи, формировавшейся на рубеже верхнего плейстоцена и голоцена в период аридизации климата и отступления сплошной лесной зоны на север. Его общая площадь составляет 1130,5 га, площадь охранной зоны - 14,8 га.
Почвенный покров образован дерново-подзолистыми (80 %), супесчаными и песчаными типами почв. Основными подстилающими горными породами являются граниты, местами выходящие на поверхность. Лесная растительность представлена преимущественно чистыми сосняками, березняками, смешанными березово-сосновыми и сосново-березовыми древо-стоями. Удельный вес насаждений сосны обыкновенной составляет порядка 94,1 %. Возраст отдельных сосновых насаждений достигает 140 лет. Подлесок и травяной покров представлен видами, типичными для сухих боров.
Несмотря на расположение в городской черте, Челябинский городской бор является недостаточно изученным в эколого-типологическом плане. Задачей данной работы является оценка биотопов Челябинского городского бора фитоиндикационными методами.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Для оценки биотопов на территории бора выполнялись геоботанические описания в 52 лесохозяйствен-ных выделах, выбранных методом простого случайного отбора. Описание растительности проводилось согласно геоботанических методик изучения лесной растительности [1].
Традиционно в лесоведении оценка биотопов производится на основе выделения типов лесораститель-ных условий и типов леса, при этом рекомендуется использование растений-фитоиндикаторов [2-4]. В нашей работе использовались унифицированные фито-индикационные шкалы [5], которые соответствуют шкалам Цыганова [6] для режимов термо- (Тт) и кри-оклимата (Сг), почвенного увлажнения (Ш), солевого ^1), азотного (№) режимов и переменности увлажнения (£Н), а также с небольшой детализацией соответствуют балльные оценки кислотного режима ^с), конти-нентальности (Кп) и омброрежима (От). Шкала освещенности (Ъс) является обратной шкале освещенности Цыганова. Шкала аэрации (Ае) соответствует одноименной шкале Л.Г. Раменского [7] с небольшой детализацией.
Фитоиндикационная оценка биотопов проводилась методом «среднего балла» [5]. Биотопы группировались по выделенным типам леса с учетом материалов последнего лесоустройства (2015 г.). Ординация описаний выполнялась методом неметрического многомерного шкалирования (ЫМБ) [8-10], привязка выделенных осей ординации к факторам среды - непараметрическим корреляционным анализом [11] по показателю тау Кэндалла. Оценка классификации проводилась дискриминантным анализом [8; 9; 12] по алгорит-
му General Discriminant Analysis (GDA) Models статистического пакета Statistica v.10.
РЕЗУЛЬТАТ^1 И ОБСУЖДЕНИЕ
Лесотипологические обследования для обследованных лесохозяйственных выделов показали наличие шести типов леса: 1) березняк осоково-лабазниковый (БОСЛБ); 2) березняк разнотравный (БРТР); 3) березняк ягодниковый (БЯГ); 4) сосняк мшисто-ягодниковый (СМШЯГ); 5) сосняк разнотравный (СРТР); 6) сосняк злаково-лишайниковый (СЗЛШ). При этом анализ фитоиндикационных показателей обследованных биотопов (табл. 1) указывает на невысокую вариабельность ведущих экологических факторов. Таким образом, данные фитоиндикации указывают на отсутствие значимых отличий биотопов по выделенным типам леса.
В целом, методами фитоиндикации для обследованных биотопов Челябинского городского бора определяются следующие режимы ведущих экологических факторов:
- почвенное увлажнение - сухо-лесной режим сплошного промачивания атмосферными осадками в весенний период, дефицитом влаги во второй период лета и уровнем грунтовых вод ниже 5-7 м;
- неравномерное увлажнение корнеобитаемого горизонта при небольшом его промачивании осадками;
- слабокислые, небогатые солями подзолистые почвы, бедные минеральным азотом с незначительным содержанием карбонатов и высоко аэрированные;
- климатопы суббореальные, семигумидные континентального типа с умеренно суровыми зимами.
Оценка типов леса по фитоиндикационным показателям и величинам неметрического многомерного шкалирования дискриминантным анализом подтвердила выделение лесотипологических единиц. Ординация описаний в осях дискриминантных функций (канонический анализ по критерию хи-квадрат указывает на статистически достоверное выделение двух осей) позволяет выделить четкий ряд эколого-ценотического замещения от березняков до сосняков (табл. 2). При этом распределение величин центроидов типов леса в пространстве дискриминантных осей указывает на существование трех резко различающихся между собой экологических групп в ряду замещения - березовых типов, сосновых и отдельная группа березняков осоково-лабазниковых, не укладывающаяся в ордина-ционный ряд. Расположение выделенных типов леса непосредственно в пространстве абиотических факторов (табл. 3) свидетельствует об отсутствии отличий
Таблица 1
Фитоиндикационная характеристика биотопов Челябинского городского бора, баллы
Показатель Фактор
hd fh rc sl Ca nt ae tm om Kn Cr lc
Среднее 10,6 6,2 7,1 6,6 7,1 4,6 6,3 8,0 13,4 9,3 7,3 7,0
Медиана 10,7 6,2 7,1 6,6 7,1 4,6 6,3 7,9 13,4 9,3 7,4 7,0
Мода 10,7 6,2 7,0 6,6 7,1 4,6 6,3 7,9 13,5 9,2 7,4 6,9
Стандартное отклонение 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1
Интервал 0,7 0,5 0,2 0,8 0,5 0,9 0,5 0,8 1,0 0,4 0,6 0,7
Минимум 10,4 5,9 7,0 6,4 6,8 4,5 6,2 7,8 12,6 9,0 7,2 6,4
Максимум 11,1 6,3 7,2 7,2 7,3 5,4 6,6 8,6 13,6 9,4 7,8 7,0
Таблица 2
Центроиды обследованных типов леса Челябинского городского бора в эколого-ценотических осях
Дискриминантные оси СЗЛШ БРТР СРТР БЯГ СМШЯГ БОСЛБ
1 дискриминантная ось -0,8 5,4 -0,5 6,3 -0,4 -26,5
2 дискриминантная ось -1,3 3,3 -0,5 4,3 -1,1 7,2
Таблица 3
Центроиды обследованных типов леса Челябинского городского бора в пространстве экологических факторов
Тип леса Фактор
NMS1 NMS2 hd fh rc sl Ca nt ae tm om Kn Cr lc
СЗЛШ 0,4 -0,3 10,6 6,2 7,1 6,7 7,1 4,7 6,3 8,0 13,3 9,4 7,4 6,9
БРТР -0,4 1,0 10,7 6,2 7,1 6,6 7,0 4,6 6,2 8,2 13,3 9,3 7,2 7,0
СРТР -0,1 -0,1 10,6 6,2 7,1 6,6 7,1 4,6 6,3 8,0 13,4 9,3 7,3 7,0
БЯГ -0,5 1,3 10,7 6,2 7,1 6,6 7,1 4,6 6,2 8,2 13,2 9,3 7,2 7,0
СМШЯГ 0,3 -0,5 10,6 6,2 7,1 6,6 7,1 4,6 6,3 7,9 13,5 9,3 7,4 7,0
БОСЛБ -1,1 1,0 10,8 6,2 7,2 6,7 7,1 4,7 6,4 8,1 13,1 9,3 7,2 7,0
лесорастительных условий для обследованных типов леса - по абиотическим факторам характеристики практически идентичны. При этом центроиды типов леса в ценотических осях (ЫМБ1 и NMS2) различаются очень четко, что указывает на ординацию биотопов не по абиотическим факторам среды, а по ценотической структуре лесных экосистем.
Непосредственно ординация биотопов в пространстве осей неметрического многомерного шкалирования подтверждает вышеизложенное. Достоверно определяются две оси ценотической ординации (ЫМ81, NMS2), и при этом в пространстве выделенных осей биотопы формируют две достаточно четкие обособленные ценотические группы (рис. 1) - березняков (верхний левый угол) и сосняков. Отдельную группу формируют смешанные хвойно-лиственные древостои типа леса злаково-лишайниковых сосняков (правая часть диаграммы). Березовые и сосновые типы леса и сосняки разнотравные образуют два совмещенных ряда ценотического замещения.
Таким образом, выделенные лесоводственно-типо-логическими методами типы леса характеризуются однообразными экотопическими условиями, но при этом формирующиеся в этих лесорастительных условиях насаждения показывают четкие различия в цено-
тической структуре, связанные преимущественно со второй осью ординации (ЫМ82).
Идентификация осей неметрического многомерного шкалирования (табл. 4) показала сложный характер влияния биотопических условий на формирование це-нотической структуры лесных сообществ Челябинского городского бора. Однозначно биотопические факторы, определяющие ценотическую ординацию лесных сообществ, не выделяются. При этом, исходя из особенностей корреляции показателей абиотических факторов с величинами неметрического многомерного шкалирования, можно сделать вывод, что экологическую структуру сообществ бора определяет, прежде всего, формирование более плотного полога леса (нарастание затенения) при увеличении атмосферного увлажнения (NMS1) и нарастание почвенного увлажнения при росте терморежима (ЖМ82). Таким образом, ведущими факторами формирования ценотической структуры лесных насаждений Челябинского городского бора являются условия увлажнения (почвенного и атмосферного), терморежим и освещенность. Первые три фактора для Челябинского городского бора определяются мягко-увалистым рельефом территории бора с пологими склонами отдельных холмов, а освещенность - строением лесного полога.
Рис. 1. Ординация биотопов в осях неметрического многомерного шкалирования (объяснение в тексте)
Идентификация осей ординации лесных насаждений Челябинского городского бора*
Таблица 4
Ось Фактор
М £Ъ гс s1 Са nt ае 1т от Кп Сг 1с
0,0 0,0 -0,1 -0,1 0,0 0,4 0,4 -0,4 0,6 -0,1 0,4 -0,7
!ЫМ82 0,5 -0,4 0,0 0,4 -0,2 0,1 -0,1 0,7 -0,6 -0,2 -0,6 0,4
Примечание: полужирным выделены статистически значимые величины тау Кэндалла.
ВЫВОДЫ
Ведущими абиотическими факторами, влияющими на формирование растительного покрова Челябинского городского бора, являются атмосферное и почвенное увлажнение и терморежим, определяемые особенностями рельефа, а также условия освещенности, связанные со структурой лесного полога.
Выделенные лесоводственно-типологическими методами типы лесов Челябинского городского бора не вполне отвечают особенностям формирования лесных экосистем и не могут служить в качестве основы для оценки влияния абиотических факторов. Необходимы более детальные исследования биотопов бора и классификация биотопов, прежде всего, на основе особенностей рельефа.
Биотопы Челябинского городского бора практически не отличаются по режимам абиотических факторов, разнообразие лесных экосистем определяется, прежде всего, ценотическими особенностями сложившихся лесных сообществ и внутриценотическими биотическими взаимодействиями. При этом выделенные лесоводственно-типологическими методами типы лесов характеризуют, прежде всего, ценотическую структуру растительности бора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методы изучения лесных сообществ. СПб.: НИИХимии СПбГУ, 2002. 240 с.
2. Воробьев Д.В. Типы лесов Европейской части СССР. Киев: АН УССР, 1953. 452 с.
3. Погребняк П.С. Основы лесной типологии. Киев: АН УССР, 1955. 456 с.
4. Сукачев В.Н., Зонн С.В. Методические указания к изучению типов леса. М.: АН СССР, 1961. 104 с.
5. Didukh Ya.P. The ecological scales for the species of Ukrainian flora and their use in synphytoindication. Kyiv: Phytosociocentre, 2011. 176 p.
6. Цыганов Д.Н. Фитоиндикация экологических факторов в подзоне хвойно-широколиственных лесов. М.: Наука, 1983. 198 с.
7. Раменский Л.Г., Цаценкин И.А., Чижиков О.Н., Антипов Н.А. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову. М.: Сельхозгиз, 1956. 472 с.
8. Джонгман Р.Г.Г. и др. Анализ данных в экологии сообществ и ландшафтов / пер. с англ. под ред. А.Н. Гельфана, Н.М. Новиковой, М.Б. Шадриной. М.: РАСХН, 1999. 306 с.
9. McCune B., Grace J.B. Analysis of Ecological Communities. Gleneden Beach, Oregon: MjM Software Design, 2002. 300 p.
10. Legendre L., Legendre P. Numerical ecology. Amsterdam: Elsevier Science B.V., 1998. 853 p.
11. Persson S. Ecological indicator values as an aid in the interpretation of ordination diagrams // Journal of Ecology. 1981. V. 69. № 1. P. 71-84.
12. McLachlan G.J. Discriminant analysis and statistical pattern recognition. Hoboken: Wiley-Interscience, 2004. 580 р.
Поступила в редакцию 29 июня 2017 г.
Ильин Егор Николаевич, Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет, г. Челябинск, Российская Федерация, магистрант естественно-технологического факультета, е-таД: аЬег[email protected]
Назаренко Назар Николаевич, Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет, г. Челябинск, Российская Федерация, доктор биологических наук, доцент, профессор кафедры химии, экологии и методики обучения химии, е-таД: [email protected]
UDC 581.524:574.2
DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-5-896-900
FORESTS BIOTOPES OF THE REGIONAL NATURAL MONUMENT "CHELYABINSK CITY PINE FOREST"
© E.N. Ilyin, N.N. Nazarenko
South Ural State Humanitarian Pedagogical University 46a Bazhova St., Chelyabinsk, Russian Federation, 454074 E-mail: [email protected]
The phytoindicational estimation of biotopes of forest ecosystems of the regional natural monument "Chelyabinsk city pine forest" is made. The principal abiotic factors in the formation of vegetation of pine forest are atmospheric and soil moisture and thermal regime, which are determined by relief, and illumination intensity related with the structure of the forest canopy. Biotopes of Chelyabinsk city pine forest do not differ practically on abiotic factors regimes, and diversity of forest ecosystems are determined by coenotic features of forest communities and intracoenotic biotic interactions. The forest types, identified by forestry methods, describe coenotic structure of pine forests vegetation only and has not used for abiotic factors estimation. More detailed researches and the classification of biotopes of pine forest have been necessary primarily on the basis of relief features.
Keywords: habitats phytoindication; Chelyabinsk city pine forest
REFERENCES
1. Metody izucheniya lesnykh soobshchestv [Methods of Forest Community Study]. St. Petersburg, Scientific-Research Institute of Chemistry of Saint-Petersburg State University, 2002, 240 p. (In Russian).
2. Vorobev D.V. Tipy lesov Evropeyskoy chasti SSSR [Types of Forests of European Part of the USSR]. Kiev, Academy of Sciences of the Ukrainian SSR, 1953, 452 p. (In Russian).
3. Pogrebnyak P.S. Osnovy lesnoy tipologii [Basements of Forest Typology]. Kiev, Academy of Sciences of the Ukrainian SSR, 1955, 456 p. (In Russian).
4. Sukachev V.N., Zonn S.V. Metodicheskie ukazaniya k izucheniyu tipov lesa [Methodology Guidelines to the Study of Forest Types]. Moscow, Academy of Sciences of the USSR, 1961, 104 p. (In Russian).
5. Didukh Ya.P. The Ecological Scales for the Species of Ukrainian Flora and Their Use in Synphytoindication. Kyiv, Phytosociocentre Publ., 2011, 176 p.
6. Tsyganov D.N. Fitoindikatsiya ekologicheskikh faktorov v podzone khvoyno-shirokolistvennykh lesov [Phytoidentification of Ecological Factors in Subarea of Pine Large-Leaved Forests]. Moscow, Nauka Publ., 1983, 198 p. (In Russian).
7. Ramenskiy L.G., Tsatsenkin I.A., Chizhikov O.N., Antipov N.A. Ekologicheskaya otsenka kormovykh ugodiy po rastitel'nomu pokrovu [Ecological Estimation of Foraging Sites for Plant Formation]. Moscow, Selkhozgiz Publ., 1956, 472 p. (In Russian).
8. Dzhongman R.G.G. et al. Analiz dannykh v ekologii soobshchestv i landshaftov [Analysis of Data in Ecology of Communities and Landscapes]. Moscow, Russian Academy of Agricultural Sciences, 1999, 306 p. (In Russian).
9. McCune B., Grace J.B. Analysis of Ecological Communities. Gleneden Beach, Oregon, MjM Software Design, 2002, 300 p.
10. Legendre L., Legendre P. Numerical Ecology. Amsterdam, Elsevier Science B.V., 1998, 853 p.
11. Persson S. Ecological indicator values as an aid in the interpretation of ordination diagrams. Journal of Ecology, 1981, vol. 69, no. 1, pp. 71-84.
12. McLachlan G.J. Discriminant Analysis and Statistical Pattern Recognition. Hoboken, Wiley-Interscience, 2004, 580 p. Received 29 June 2017
Ilyin Egor Nikolaevich, South Ural State Humanitarian Pedagogical University, Chelyabinsk, Russian Federation, Master's Degree Student of Science and Technology Faculty, e-mail: [email protected]
Nazarenko Nazar Nikolaevich, South Ural State Humanitarian Pedagogical University, Chelyabinsk, Russian Federation, Doctor of Biology, Associate Professor, Professor of Chemistry, Ecology and Methods of Chemistry Teaching Department, e-mail: [email protected]
Для цитирования: Ильин Е.Н., Назаренко Н.Н. Биотопы лесных насаждений регионального памятника природы «Челябинский городской бор» // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2017. Т. 22. Вып. 5. С. 896-900. DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-5-896-900
For citation: Ilyin E.N., Nazarenko N.N. Biotopy lesnykh nasazhdeniy regional'nogo pamyatnika prirody «Chelyabinskiy gorodskoy bor» [Forests biotopes of the regional natural monument "Chelyabinsk city pine forest"]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki — Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 2017, vol. 22, no. 5, pp. 896-900. DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-5-896-900 (In Russian, Abstr. in Engl.).
