CC BY
89
Известия Тульского государственного университета Естественные науки. 2012. Вып. 1. С. 276-283 Биология
УДК 581.55; 574.474
Сравнительная оценка устойчивости и а-разнообразия городских лесных фитоценозов Калуги и Обнинска
А. А. Евсеева
Аннотация. Произведена комплексная оценка устойчивости городских лесных фитоценозов, включающая потенциальную устойчивость, антропогенную нагрузку, аттрактивность и измененность сообществ. Выявлены различия этих параметров для изучаемых городов, произведен анализ их корреляции между собой и с величинами показателя видового богатства — «-разнообразия.
Ключевые слова: городское озеленение, городские фитоценозы, устойчивость фитоценозов, «-разнообразие.
Одним из путей улучшения среды проживания людей в городе является озеленение. Озелененность селитебной территории является важной составляющей качества жилой среды, наряду с близостью реликтов природных экосистем (лесопарки) и различными приемами натурализации урбанизированных районов.
Озелененные городские территории включают комплексы естественной растительности и искусственно созданные сообщества. Созданные человеком элементы озеленения характеризуются более упрощенной структурой, отсутствием внутриценотических связей и нарушением саморегуляции (как особенности естественных природных экосистем). Поэтому важно использовать в зеленом строительстве остатков естественной растительности, где еще сохраняются закономерности функционирования элементов стабильности фитоценозов. Растительность таких территорий обладает большим биоразнообразием и устойчивостью, близкими к таковым естественной растительности. Изучение городских фитоценозов, являющихся остатками естественных, наиболее подвергшихся синантропизации, чем растительность вне города, необходимо для оценки устойчивости городских экосистем, прогнозирования дальнейших изменений на экосистемном уровне, связанных с процессами урбанизации.
В данной статье приведены результаты сравнения устойчивости лесных фитоценозов городов Калуга и Обнинск, в которых практикуются разные подходы к озеленению. В Калуге на месте уничтоженной
урбанизацией естественной растительности преобладают спонтанно возникшие вторичные ценозы с преобладанием синантропных видов. В Обнинске при градостроительстве практикуется сохранение естественных лесных массивов между жилыми кварталами.
Наблюдения велись на экспериментальных площадках в городах Калуга и Обнинск, в течение 2009 и 2010 годов, дважды за вегетационный сезон — в июне и августе. В каждом городе было заложено по 30 площадок размером 100 м2, в лесных массивах, находящихся в черте города. Группы площадок находились на одинаковом удалении от жилых кварталов в обоих городах. На данных площадках были представлены разные типы лесных фитоценозов, но в примерно одинаковом соотношении в исследуемых городах. Площадки подбирались со сходными условиями местопроизрастания, для возможности сравнения выборок в двух городах. Типы лесорастительных условий определялись по классической методике Сукачева [3]. В Калуге и Обнинске были выявлены и отобраны для изучения следующие типы условий, повторяющиеся в обоих городах пропорционально: А2 (свежие боры), В2 (свежие субори), В3 (влажные сложные субори), С2 (свежие судубравы, свежие сложные субори), С3 (влажные судубравы, влажные сложные субори), С4 (сырые субори, сырые судубравы), Б3 (влажные дубравы). Преобладают в основном типы лесорастительных условий ряда С. В Калуге и Обнинске соответственно по 12 и 11 площадок с типом лесорастительных условий С2 и по 12 и 13 площадок с типом условий С3. В основном фитоценозы этих лесорастительных условий свежие и влажные судубравы, а также свежие сложные и влажные сложные субори.
В настоящем исследовании использовалась методика оценки устойчивости лесных фитоценозов, предложенная Ю.И. Дробышевым [10].
Методика включает определение четырех коэффициентов для каждой пробной площадки: потенциальную устойчивость, аттрактивность,
антропогенную нагрузку и измененность. Результаты рассчитывались аналогично И.В. Эмсису [4]:
где X — искомое значение группы признаков; к — коэффициент существенности признака; Р — выражение г-го признака в баллах; п — количество признаков.
Коэффициенты потенциальной устойчивости и измененности рассчитывались для каждого посещения площадки, т.к. для их расчета учитывались такие параметры, которые могут варьировать как от года к году, так и от сезона к сезону, а аттрактивность и антропогенная нагрузка
Методика исследования
рассчитывались для каждого города однократно, т.к. они не так вариабельны во времени.
Группа показателей потенциальной устойчивости включает: тип условий местопроизрастания, сомкнутость, количество больных и ослабленных деревьев, пространственную структуру древостоя, происхождение древостоя, возрастную структуру древесной ценопопуляции, количество ярусов, породы подроста, крутизну наклона местности.
В группу показателей аттрактивности входят: размещение деревьев, характер рельефа, рекреативность древостоя, просматриваемость, наличие и выраженность акцентов, проходимость, расстояние до водоема, имеющего рекреационное значение, пешеходная доступность, уровень шума и прочие факторы аттрактивности, привлекающие отдыхающих (наличие грибов, ягод, лекарственных и красивоцветущих растений).
Группа показателей антропогенной нагрузки включает: систематичность рекреационных нагрузок, характер рекреационной деятельности, наличие транзитных потоков отдыхающих, степень загрязненности воздуха.
Группа показателей измененности лесного сообщества охватывает: антропогенные повреждения ствола, обнаженность корней, поврежденность подроста, измененность живого напочвенного покрова, поврежденность подлеска, изменение лесной подстилки, задернованность, сбой до минеральных горизонтов почвы, площадь тропинок, замусоренность, кострища.
Данные средних величин, коэффициента вариации и показатели корреляции были получены с использованием классических методов математической статистики [2], а также прикладного пакета программ Microsoft Office.
Результаты исследования
Потенциальная устойчивость в г. Калуге по всем сезонам оказались ниже показателей г. Обнинска. В Калуге этот показатель находился на уровне 1,79-1,80, (при коэффициенте вариации 5,0-5,2%), а в период аномального жаркого лета 2010 г. отмечалось его снижение до 1,76 (при вариации 5,7%). В Обнинске коэффициент потенциальной устойчивости равен 1,94 (вариация 4,6%) , и отмечено лишь его незначительное снижение летом 2010 года. Результаты расчета коэффициента потенциальной устойчивости представлены на рис.1.
При сопоставлении полученных значений можно судить о запасе устойчивости экосистем изучаемых городов. При сравнении показателей разных сезонов в одном городе, отмечается незначительное снижение потенциальной устойчивости в г. Калуге к концу летнего сезона в нормальных климатических условиях. В период природной погодной аномалии лета 2010 года здесь наблюдается существенное снижение этого показателя. При этом в начале лета уровень потенциальная устойчивость в
2,50000
г = -0,964
□ Потенциальная устойчивость В Измененность
Рис. 1. Показатели потенциальной устойчивости и измененности в городах Калуга и Обнинск по сезонам
Калуге была на уровне предыдущего года, т.к. погода июня 2010 г. была в пределах климатической нормы. Снижение этого показателя произошло к концу лета, что могло быть связано с аномальной жарой, установившейся с началом июля. В городе Обнинск же такого снижения к концу лета 2010 года не наблюдается, показатель потенциальной устойчивости остается на прежнем уровне. Это может свидетельствовать о большей упругости лесных фитоценозов Обнинска по сравнению с фитоценозами Калуги в целом, а также в частном случае климатической аномалии жаркого лета 2010 года.
Под аттрактивностью понимается привлекательность, внешняя ненарушенность ландшафта. Исходя из расчета показателей аттрактивности исследуемых городов видно, что фитоценозы Обнинска обладают большей привлекательностью как места рекреации, а это значит, что внешне они наименее нарушенные, чем фитоценозы Калуги (рис. 2). В Калуге этот показатель находится на уровне 1,74 (вариация 20,0%), в Обнинске он равен 2 (вариация 9,9%).
Уровень антропогенной нагрузки на городские лесные фитоценозы в двух городах примерно одинаков и составляет 1,76, (при вариации 22,7% в Калуге и 24,5% в Обнинске), что дает возможность объективного сравнения других исследуемых параметров (рис. 3).
Наблюдаются различия показателей измененности фитоценозов Калуги и Обнинска. Фитоценозы Калуги характеризуются большей измененностью (1,12-1,16, при вариации 21,4-27,6%) по сравнению с фитоценозами Обнинска (0,86-0,87, вариация 18,0%), при этом уровень антропогенной нагрузки, как было выявлено, находится в этих двух городах на одинаковом уровне.
Измененность является выражением нагрузки на экосистему в результате снижения запаса ее устойчивости. Корреляция по Спирмену [1, с. 259-263]
2,00000 ------------------------------------------------^
X * | г-*-| 35
1,50000
~3г гЬ -Ь [*
1,00000
-ЇЕ-і
0,50000
0,00000 , —1— I-------------------I —I— —I— ®-----------
Калуга Калуга Калуга Калуга Обнинск Обнинск Обнинск
июнь август июнь август август июнь август
2009 2009 2010 2010 2009 2010 2010
Калуга Обнинск
Рис. 2. Показатели аттрактивности для городов Калуга и Обнинск
Рис. 3. Показатели антропогенной нагрузки для городов Калуга и
Обнинск
между показателями потенциальной устойчивости и измененности (rs) в двух городах по всем исследованным сезонам составила —0,964 (табл.) при уровне достоверности p ^ 0, 010, что говорит о достоверной обратной зависимости между этими двумя показателями.
Корреляция между параметрами устойчивости и аттрактивности (rs) равна 0,875 при уровне достоверности p ^ 0, 050 (таблица). Это говорит о высокой степени прямой зависимости внешней привлекательности фитоценоза и его потенциальной устойчивостью. Исходя из полученных значений, можно сделать вывод, что наиболее привлекательные для рекреационных целей фитоценозы также обладают и наибольшей потенциальной устойчивостью.
Корреляция между значениями устойчивости и антропогенной нагрузки и между измененностью и аттрактивностью rs = —0,625 (таблица), что находится на пределе статистической значимости. Корреляция между измененностью и антропогенной нагрузкой (rs) составляет 0,875 (при p ^ 0,050). То есть измененность природной экосистемы можно
рассматривать как следствие антропогенной нагрузки. Выявлена прямая взаимосвязь между аттрактивностью и антропогенной нагрузкой при коэффициенте корреляции равном 1,000 (при p ^ 0, 010). Это объясняется большей посещаемостью наиболее визуально привлекательных лесных массивов, а большая посещаемость в свою очередь говорит о высокой нагрузке. Наиболее привлекательные сообщества в черте города пользуются наибольшей популярностью среди населения, из этого следует повышенная на эти сообщества антропогенная нагрузка.
Из этого следует, что обладающие большей потенциальной устойчивостью естественные лесные сообщества Обнинска подверглись меньшей измененности по сравнению с изучаемыми лесными сообществами Калуги.
Корреляция между группами признаков устойчивости лесных сообществ
городов Калуга и Обнинск
Устойчивость > Аттрактивност ьАнтропогеннаі нагрузка Измененность
Устойчивость
Аттрактивност ь0,875
Антропогенная нагрузка -0, 625 1,000
Измененность -0, 964 -0, 625 0,875
Для исследуемых территорий также был рассчитан коэффициент а-разнообразия (рис. 4).
Показатель а-разнообразия характеризует видовое богатство — разнообразие видов в пределах определенного местообитания. Оценка а-разнообразия используется различными авторами для оценки
биоразнообразия растительных сообществ [6-8].
Средний показатель а-разнообразия растительности соответствующих месяцев сезонов разных городов отличается (рис.4). В Калуге он меньше в сравнении с Обнинском по всем сезонам наблюдений.
Это говорит о более высоком видовом богатстве растительных сообществ Обнинска. В Калуге в августе 2009 г. этот показатель равен 0,19 ± 0, 011, а в Обнинске составляет 0,24 ± 0,009. В 2010 г. наблюдаются схожие результаты для июня — в Калуге 0,19 ± 0, 012, в Обнинске — 0, 23 ± 0, 008. Для аномально жаркой второй половины лета 2010 г. выявлены падения этой величины, как в Калуге, так и в Обнинске. Следует отметить, что в августе 2010 г. в Обнинске а-разнообразие уменьшилось не так значительно, как в Калуге, что может говорить о более высокой стабильности к неблагоприятным и экстремальным условиям городских фитоценозов Обнинска. В этот период среднее значение а-разнообразия в Калуге составило 0,15 ± 0, 007, а в Обнинске 0, 21 ± 0, 007.
0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0
Калуга Калуга Калуга Калуга Обнинск Обнинск Обнинск
июнь август июнь август август июнь август
2009 2009 2010 2010 2009 2010 2010
Рис. 4. а-разнообразие фитоценозов в городах Калуга и Обнинск
по сезонам
Обнаруженная обратная корреляция между антропогенной нагрузкой и а-разнообразием слабо выражена (т8 = — 0,616). Выявлена прямая зависимость а-разнообразия и потенциальной устойчивости (т8 = 0,902) при р ^ 0,010), а также а-разнообразия и аттрактивности (т8 =
= 0,884). Наблюдается обратная зависимость между а-разнообразием и измененностью фитоценозов, достигающая значительной величины статистической значимости (т8 = — 0, 830).
Высокая степень статистической зависимости между параметрами потенциальной устойчивости, аттрактивности и а-разнообразия, а также обратная зависимость между измененностью системы и а-разнообразием дают возможность использовать показатель а-разнообразия как одну из характеристик устойчивости лесных сообществ. В ходе исследования установлено, что показатель а-разнообразия корреляционно связан со значениями групп показателей устойчивости и отражает общие тенденции стабильности растительных сообществ двух изучаемых городов.
Таким образом, можно сделать вывод, что городские лесные фитоценозы Обнинска, при подходе к озеленению, предусматривающему сохранение участков леса в городской застройке, устойчивее фитоценозов г. Калуги, образующихся спонтанно, зачастую на измененных городом территориях. Обнинские фитоценозы обладают большим запасом потенциальной устойчивости, а также устойчивостью к внешним воздействиям, т.е. обладают как резистентной устойчивостью (способностью сопротивляться факторам, воздействующим на экосистему извне), так и упругой устойчивостью (способностью восстанавливаться после негативных внешних воздействий) [5, 9], о чем говорит их меньшая измененность, по сравнению с городскими лесами Калуги.
Список литературы
1. Елисеева И.И., Юзбашев М.М. Общая теория статистики: учебник. М.:
Финансы и статистика, 2002. 480 с.
2. Лакин Г.Ф. Биометрия: учебное пособие. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.
3. Сукачёв В.Н. Избранные труды в трех томах / под ред. Е.М. Лавренко. Т.1: Основы лесной типологии и биогеоценологии. Л.: Наука, 1972. 419 с.
4. Эмсис И.В. Рекреационное использование лесов Латвийской ССР. Рига: Зинантне, 1989. 133 с.
5. Perry D.A. Forest ecosystems. Baltimore, London, 1994. 649 p.
6. Беднова О.В. Биоразнообразие в лесных экосистемах: зачем и как его оценивать // Лесной вестник: сб. научн. трудов. М.: Изд-во МГУЛ, 2003. № 2(27). С.149-155.
7. Ефимова А.П. Антропогенные изменения состава и структуры лесных и кустарниковых сообществ долины средней Лены // Вестник ЯГУ. 2009. Т.6. №1. С.14-21.
8. Реуцкая В.В. Проблемы сохранения биоразнообразия в пригородных лесных экосистемах зеленой зоны города Воронежа // Нива Поволжья. 2009. № 4(13). С.95-98.
9. Larsen J.B. Ecological stability of forests and sustainable silviculture // Forest Ecology and Management. 1995. V.73. Iss.1-3. P.85-96.
10. Дробышев Ю.И. Устойчивость рекреационных лесных фитоценозов в связи с их структурными особенностями: дис. ... канд. биол. наук. Москва, 2000. 168 с.
Евсеева Анна Александровна (annahabarova@yandex.ru), аспирант, кафедра ботаники, экологии и микробиологии, Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского.
Comparative evaluation of stability and а-diversity of the urban forest phytocenosis Kaluga and Obninsk
A. A. Evseeva
Abstract. Made a comprehensive assessment of sustainability of urban forest plant communities, including the potential for sustainability, human pressure, attractiveness, and changes in the communities. Identified a differences of these parameters for the investigated cities, the analysis of their correlation with each other and with the values of the indicator species richness — a-diversity.
Keywords: urban gardening, urban plant communities, the stability of phytocenosis, a-diversity.
Evseeva Anna (annahabarova@yandex.ru), postgraduate student, department of botany, ecology and microbiology, Kaluga State University by Tsiolkovsky.
Поступила 26.01.2012
