Экологически группы растений и их использование в биоиндикации

- индекс сапробности Сладечека S = sh/h.

Организмы полисапробы имеют значимость - 4, а-мезосапробы - 3, в-мезосапробы - 2 и олигосапробы -1. Относительное количество особей (h) учитывается в баллах: массовые скопления - 5, частая встречаемость - 3, случайные находки - 1. В загрязненных водоемах индекс принимает значения от 4,51 до 8,5; в чистых - от 0 до 0,5.

1.3.3 Биоиндикация в почве

Биоиндикация применяется в случаях:

- установления таксона почвы и ее происхождения;

- выяснения отдельных свойств почвы и почвенных процессов;

- оценки антропогенного вмешательства (рекреация, загрязнение, эвтрофикация почв).

Развитие методов биоиндикации применительно к почве связано с работами основателя отечественной почвенной зоологии М.С. Гилярова и его школы, обобщенными в книге. Эта работа дала мощный импульс подобным исследованиям не только в нашей стране, но и за ее пределами.

Установление таксона почвы и ее происхождения

1. Выяснение природы красноцветных почв южного берега Крыма по данным почвенной фауны. По поводу происхождения этих почв существовали две гипотезы почвоведов: 1) это такие же почвы, как красноцветные почвы (terra rossa) в Италии, 2) это реликты третичной эпохи, которые должны исчезнуть.

По данным почвенной зоологии оказалось, что 96% всех видов беспозвоночных красноцветных почв Крыма имеют средиземноморское распространение или более широкое, и только 4% обитают в других областях. В других типах почв южного берега Крыма средиземноморские виды уступают широкораспространенным. Беспозвоночные указывают на то, что условия обитания (и прежде всего гидротермический режим) в красноцветных почвах Крыма такой же, как и в других красных почвах Средиземноморья. Следовательно, с точки зрения почвенной зоологии, красноцветные почвы на выходах известняков в Крыму - это terra rossa, образующиеся в настоящее время, а не реликтовые почвы.

2. Выяснение природы почв безлесных горных вершин северо-западного Кавказа. Это степные участки на высоте, где мог бы расти лес. Почвы под ними специалисты относили то к черноземам, то к горно-луговым, то к перегнойно-карбонатным и т.д.

Учеты почвенной фауны показали, что она слагается в основном из тех же видов, которые преобладают в почвах целинных разнотравно-ковыльно-типчаковых степей на равнине. Таким образом, по зоологической оценке почвы на вершинах являются своеобразными черноземами.

3. Черноземы иногда могут формироваться под светлыми дубовыми лесами (юг Молдавии, Центрально-Черноземный заповедник). Было показано, что население беспозвоночных здесь сходно с населением степей, а не лесов. В таких случаях животные более четко отражают почвенные условия, чем естественный растительный покров.

Выяснение отдельных свойств почвы

- Механический состав

Мокрицы - показатели тяжелых почв (в песчаных почвах их норки обрушиваются). По останкам пустынных мокриц установлено, что современные такыры недавно были солончаками.

Вертикальное распределение микроартропод коррелирует с общей порозностью почвы.

- Виды гумуса

Грубый гумус (мор) - диагностируют многоножки-геофилиды, мягкий гумус (мулль) - личинки комаров-долгоножек. В настоящее время для отдельных групп, например, коллембол, выявлены виды, характерные для разных видов лесного гумуса.

- Степень гумификации органических остатков

Зоологическая характеристика компостов по Н.М. Черновой [11] позволяет отличать разные стадии созревания компостов по преобладанию разных групп беспозвоночных (в зрелых компостах много дождевых червей, среди коллембол преобладают белые почвенные формы).

Разные стадии разложения древесины осуществляются при участии разных групп организмов, которые могут служить индикаторами. Первую стадию маркируют жуки-усачи и короеды, вторую - ферментативная активность грибов, третью - муравьи и четвертую - дождевые черви.

- Кислотность (рH)

Кислотность - один из ведущих факторов, определяющих видовой состав и численность сообществ почвенных беспозвоночных. Численность дождевых червей, например, обычно прямо пропорциональна рH от 3 до 8.

- Содержание кальция

Калькофилы - это наземные раковинные моллюски, многоножки-диплоподы, сухопутные рачки-мокрицы, раковина или панцирь которых состоят в основном из углекислого кальция. Обилие этих групп в почве говорит о большом содержании кальция.

- Гидротермический режим

 

2 Методика сбора и обработки материала

Обследование проведено путем рекогносцировочных экскурсий. Проанализировано 20 полных геоботанических описаний сообществ с участием заносных видов. Вследствие мелкоконтурности большинство сообществ описаны в пределах естественных границ. В характеризующих таблицах приводится площадь каждого описания (в м2). Оценка количественного участия вида в фитоценозе дана по шкале Браун-Бланке (Булохов, 2004): «r» – очень редки, 1 – 4 особи; «+» – разреженно и покрывают менее 1% площадки; «1» – особи многочисленны, но покрывают не более  5% площадки или довольно разрежены, но с такой же величиной покрытия; «2» – от 6% до 25%; «3» – покрыто от 26% до 50%; «4» – покрыто от 51% до 75%; «5» –более 75.

Классификация сообществ дана по доминантам.

Для более наглядной характеристики сообщества Festuca arundinacea, мы сочли необходимым включить в Приложение некоторые характеризующую таблицу из работы по классификации растительности г. Брянска и его пригородной зоны (Булохов, Харин, 2008)1.

Характеризующие  таблицы даны в Приложении.

Синэкологические оптимумы для каждого синтаксона по влажности, кислотности и обеспеченности азотом почвы рассчитаны по экологическим шкалам Х. Элленберга (Булохов, 2004).

Статистический анализ данных произведен средствами MS Excel.

Индикаторная ценность видов устанавливалась на основе анализа сводок по растительности Европы (Миркин, Наумова, 1998; Mucina, 1997) и Южного Нечерноземья России (Булохов, 2001; Булохов, Харин, 2008).

Для определения сосудистых растений использовались следующие определители: А. Д. Булохов, Э. М. Величкин (1998). Номенклатура сосудистых растений дана по сводке С. К. Черепанова (1995).

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Характеристика отмеченных травянистых неофитов и их сообществ

В работе приводится характеристика 4 травянистых видов-неофитов и их сообществ. В ходе исследований были отмечены и древесные заносные виды (Acer negundo, Fraxinus pennsylvanica, Hippophaё rhamnoides), но мы решили подробно остановиться на травянистых.

Родина неравноцветника – южные районы Восточной Европы и Западной Азии, Центральная Азия и Средиземноморье .

Характеристика сообществ. Неравноцветник доминирует в сообществах в первой половине лета. Наиболее константные виды: Echium vulgare (синяк обыкновенный), Berteroa incana (икотник серый), Taraxacum officinale (одуванчик лекарственный), Artemisia vulgaris (полынь обыкновенная) и Medicago lupulina (люцерна хмелевая). Высота травостоя в среднем составляет 25 см. Проективное покрытие варьирует от 40 до 60%. Видовое богатство колеблется от 10 до 14 видов на пробной площади.

Экология. Часто вид встречается на нарушенных щебнистых песках. Характеристика почвы территорий, описанных в 2012 г: влажность – 4.2, кислотность  - 6.3, обеспеченность минеральным азотом – 4.7.

Распространение. В Южном Нечерноземье вид Anisantha tectorum чаще всего распространен по остепненным склонам коренных берегов рек, а также откосам железных дорог.

Светолюбивый, термофильный вид. Родина - Северная Америка. Это ценное пищевое и кормовое растение, часто культивируется и дичает.

Характеристика сообществ. Монодоминантные сообщества, легко распознаваемые по желтому аспекту топинамбура в период цветения. Проникающие под полог топинамбура виды имеют незначительное обилие-покрытие и низкую жизненность. Наиболее постоянны в этих сообществах Saponaria officinalis (мыльнянка лекарственная) и Tanacetum vulgare (пижма обыкновенная). Высота травостоя около 1м. Общее проективное покрытие 50-70%. Сообщества отличаются низким видовым разнообразием – 7, 8 видов на пробной площади.

Экология. Вид часто произрастает на песчаных или суглинистых (часто нарушенных почвах). Характеристика почвы территорий, описанных в 2012 г: влажность – 4.2 (сухие и суховатые), кислотность – 6.9 (нейтральные), обеспеченность минеральным азотом – 4.7 (с умеренным содержанием).

Распространение. В настоящее время сообщества топинамбура широко распространились на территории г. Брянска и других городов области (Булохов и др., 2011) по нарушенным местообитаниям: пустырям, особенно вблизи дачных кооперативов, автозаправочных станций, гаражей.

Характеристика сообществ. Диагностический вид-доминант – ослинник двулистный – Oenothera biennis. Сообщества легко опознаются по аспекту ослинника двулистного. В составе ценофлоры сообщества в наибольшей степени представлены псаммофитными и рудеральными видами: Artemisia campestris (полынь полевая) и Poa angustifolia (мятлик узколистный), Medicago lupulina, Melilotus officinalis (донник лекарственный), Berteroa incana (икотник серый), Tanacetum vulgare (пижма обыкновенная). Высота травостоя в среднем составляет 90 см. Общее проективное покрытие 50 – 80%. Видовое богатство составляет 10-12 видов на 100 м2.

Экология. Сообщества произрастают на подзолистых сухих и суховатых (4.5), умеренно кислых (6.6), бедных минеральным азотом (4.8) песчаными и супесчаными почвами.

Распространение. Сообщества широко распространены по всем районам области, особенно в пределах полесских ландшафтов и ландшафтов зандровых равнин, разнообразным нарушенным местообитаниям: разбитным пескам, залежам, на заброшенных пашнях, реже по опушкам сосновых лесов (Булохов и др., 2011).

Festuca arundinacea Schreb. – овсяница тростниковидная

(сем. Poaceae – Мятликовые или Злаковые)

(Приложение: таблица 1 (Оп. 12), таблица 55)

Евро-западноазиатский вид с дизъюнктивным (разорванным) ареалом. Светолюбивое растение.

Характеристика сообщества. Основу травостоя формирует Festuca arundinacea.  В составе травостоя многочисленны луговые виды. Из них константны, но не обильны: Achillea millefolium (тысячелистник обыкновенный), Dactylis glomerata (ежа сборная), Lotus corniculatus (лядвинец рогатый), Galium mollugo (подмаренник мягкий), Phleum pretense (тимофеевка луговая), Vicia cracca (горошек мышиный), Veronica chamaedrys (вероника дубравная).  Общее проективное покрытие – 70-100%. Флористическая насыщенность – 17-23 вида  на 100м2.

Экология. В нашем регионе Festuca arundinacea сообщества в мезофитных условиях, на свежих почвах. Сообщества распространены на серых лесных суглинистых, а также на дерново-слабоподзолистых, свежих (5.0), слабокислых или слабощелочных (6.7), умеренно обеспеченных минеральным азотом (5.6) почвах.

Распространение. Овсяница тростниковидная культивировалась на сеяных лугах в Брянской области в 60-е годы как ценное кормовое растение. В настоящее время широко распространилась по территории Брянской области. Большие участки лугов с доминированием овсяницы тростниковидной обнаружены в окрестностях старого аэропорта г. Брянска, вблизи птицефабрики «Снежка» и у завода Кремний, а также на заброшенных дачных участках, которые превратились в залежи (г. Брянск, Брянский, Жуковский и Клетнянский районы).  Необходимы дальнейшие наблюдения за распространением вида в средней полосе европейской части России.

3.2 Описание антропогенных нарушений индикаторными группами растений

Любой вид неразрывно связан с растительным сообществом. По характеру сочетания видов можно достоверно судить о состоянии фитоценоза в конкретный момент времени. Например, наличие луговых видов в составе сообществ заброшенных пахотных земель свидетельствует об их сукцессионной продвинутости

Для получения достоверной информации о местообитании сообществ часто используют термин «экологическая группа» (ЭГ). ЭГ охватывают виды растений, которые однородно относятся ко многим или отдельным экологическим факторам. Для индикации местообитаний Южного Нечерноземья России А. Д. Булоховым выделялись эколого-ценотические группы (ЭЦГ) травяной (2001) и лесной (2003) растительности. ЭЦГ отличаются от ЭГ тем, что их виды не только сходны по требованиям к различным факторам, но и «верны» определённым типам растительности.

В настоящей работе предлагается устанавливать степень антропогенных нарушений индикаторными группами видов, выделенных на основе описаний сообществ неофитов. Отнесение растений к той или иной группе производилось на основе литературных данных. Устанавливалась принадлежность каждого вида в описаниях к высшим единицам (классам) растительности по флористической классификации Браун-Бланке. Таким образом, каждая индикаторная группа – это «минианалог» соответствующего класса растительности. Название каждой группы даётся по наиболее типичному представителю.

Горошек жестколистный Vicia hirsuta-группа: Vicia hirsuta, Bromus mollis, Vicia villosa, Atriplex sagittata. Рудеральные однолетники. Индицирует местности с регулярными механическими нарушениями. Виды первых стадий зарастания. Соответствует классу Stellarietea mediae R. Tx. et al. ex von Rohow 1951.

Полынь обыкновенная Artemisia vulgaris-группа: Artemisia vulgaris,  Euphorbia virgata, Phalacroloma annuum, Medicago lupulina, M. sativa, M. falcata, Calamagrostis epigeios, Melilotus officinalis, Cichorium intybus, Tanacetum vulgare, Echium vulgare, Equisetum arvense, Saponaria officinalis, Berteroa incana,. Рудеральные многолетники. Индицирует экотопы с не частыми механическими нарушениями. Как правило, приходят на смену однолетникам. Соответствует классу Artemisietea vulgaris Lohm., Prsg. et Tx. 1950.

Мятлик однолетний Poa annuun-группа: Poa annuum, Trifolium repens, Lepidium ruderale, Taraxacum officinale, Chamomilla suaveolens, Capsella bursa-pastoris. Группа, индицирующая местности, подверженные сильному вытаптыванию. Соответствует классу Plantaginetea majoris R. Tx. et Preising in R. Tx. 1950.

Полынь полевая Artemisia campestris-группа: Potentilla argentea, Herniaria glabra, Rumex acetosella, Hieracium pilosella, Poa angustifolia. Растения-псаммофилы. Индикаторы неразвитых песчаных почв. Соответствует классу Koelerio–Corynephoretea Klika in Klika et Novak 1941.

Пырей ползучий Elytrigia repens-группа: Poa pratensis, Trifolium pratense, Lotus corniculatus, Achillea millefolium, Plantago lanceolata, Galium mollugo, Festuca rubra, Trifolium hybridum, Carex hirta, Centaurea jacea, Dactylis glomerata. Луговые многолетники. Индицируют относительно восстановленные экотопы. Соответствуют наиболее поздним стадиям восстановительной сукцессии. Является аналогом класса Molinio–Arrhenatheretea Тx. 1937.