Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Флора бассейна реки Инзы

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Флора бассейна реки Инзы"

На правах рукописи

005009635

Истомина Елена Юрьевна

ФЛОРА БАССЕЙНА РЕКИ ИНЗЫ: ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ, АНТРОПОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ И ПРОБЛЕМЫ ОХРАНЫ

Специальности: 03.02.08 - экология (биология) 03.02.01 - ботаника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 6 ЯНВ 2012

Тольятти 2012

005009635

Работа выполнена на кафедре ботаники и физиологии растений Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Силаева Татьяна Борисовна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Плаксина Тамара Ивановна;

кандидат биологических наук Сенатор Степан Александрович

Ведущая организация: Институт биологии

Уфимского Научного Центра РАН

Защита диссертации состоится 21 февраля 2012 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 002.251.01 при Институте экологии Волжского бассейна РАН по адресу:

445003, Самарская обл., г. Тольятти, ул. Комзина, 10.

Тел. (8482)48-99-77; факс: (8482) 48-95-04; E-mail: ievbras2005@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии Волжского бассейна РАН, с авторефератом - на сайте ИЭВБ РАН: http://www.ievbras.ru.

Автореферат разослан « января 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

А.Л. Маленев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. В настоящее время сохранение биоразнообразия и обеспечение устойчивого использования биологических ресурсов входит в число наиболее актуальных направлений исследований как необходимое условие сохранения естественной среды обитания человека. Решение этих сложных проблем невозможно без тщательных флористических исследований, т.к. для рационального природопользования и разработки мер по охране окружающей среды важно иметь сведения о современном состоянии флоры и растительности, их антропогенной трансформации.

Одним из подходов изучения биоразнообразия и организации рационального природопользования является бассейновый, который имеет важнейшее значение для принятия эффективных мер охраны природных ресурсов. Бассейновый подход дает возможность определять направленность неблагоприятных геоморфологических и экологических процессов и прогнозировать их развитие в ближайшем будущем. Растительный покров водосборного бассейна отличается от всякого другого растительного объекта тем, что находится в составе системы и исследуется на фоне среды, во взаимодействии с которой он возник, развивался и фактически существует (Тимофеев, 1975; Уитгекер, 1980; Устинова, 1982; Приходько, 1994; Критерии и методы..., 1999; Хлызова, 2010; Демина, 2011). Особую привлекательность при использовании бассейнового подхода имеет бассейн средней по размерам реки.

Цель п задачи исследования. Цель работы - эколого-биологический анализ современной флоры бассейна реки Инзы для оценки ее антропогенной трансформации и оптимизации охраны.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Выявление видового состава сосудистых растений и составление критического конспекта флоры бассейна Инзы.

2. Комплексный анализ аборигенной фракции флоры и проведение ботапико-географического районирования.

3. Комплексный анализ адвентивной фракции для выяснения антропогенной трансформации флоры.

4. Выделение редких видов сосудистых растений, оценка их состояния и разработка рекомендаций по их охране.

5. Выявление ботанических объектов, нуждающихся в охране, и рекомендации по оптимизации сети охраняемых территорий.

Научная новизна работы. Впервые специально изучена флора бассейна р. Инзы как естественного природного выдела. Выявлен ее видовой состав, составлен критический конспект флоры. Обнаружено 25 новых видов, не отмеченных ранее во флоре изучаемой территории. Выявлены новые виды сосудистых растений для флор субъектов Российской Федерации: Senecio sylvaticus, Alchemilla plicata, Spiraea hypericifolia - для Пензенской области; Phaiacroloma septentrionale, Puccinellia hauptiana, Senecio sylvaticus, Viola kitaibeliana, V. suavis, Pilosella glomerata, P. leptophyton, Alchemilla hebescens - для Ульяновской области. Обнаружены новые местонахождения для многих редких растений, занесенных в Красные книги РФ, Ульяновской и Пензенской областей и их приложения, в том числе для 10 видов, входящих в список видоз общеевропейского значения. Проведена оценка репрезентативности сети ООПТ региона и даны рекомендации по ее оптимизации. Выявлены основные факторы антропогенной нагрузки на флору для каждого из административных районов изучаемой территории. Дана оценка степени антропогенной трансформации флоры бассейна Инзы.

Теоретическое значение работы. Отраженные в диссертационной работе материалы, научные положения и выводы вносят вклад в развитие теоретических основ ботаники, флористики, фтоценологии, экологии растительных сообществ.

Практическая значимость работы. Материалы исследований будут использованы при создании современных критических сводок по флоре Ульяновской и Пензенской областей, переиздании региональных Красных книг. Результаты исследований вошли в 10-е и 11-е издания «Флоры...» П.Ф. Маевского. На основании полученных данных 12 видов сосудистых растений рекомендованы к включению в основные списки Красных книг Пензенской и Ульяновской областей. Материалы исследований включены в справочник «Изумрудная книга Российской Федерации: территории особого природоохранного значения Европейской России» (2011). Проведена оценка состояния сети ООПТ и предложено к охране 7 участков в статусе региональных памятников природы. В составе естественных сообществ на территории бассейна р. Инзы выявлено 27 видов инвазионных растений. Полученные данные могут быть использованы для мониторинга чужеродных растений в составе природных территорий, а также включены в проектные списки региональных «Черных книг». Современная оценка антропогенной трансформации территории является важнейшим критерием для выявления дальнейших тенденций и динамики антропогенных изменений. Гербарный материал пополнил фонды научного гербария Ульяновского государственного педуниверситета (UPSU), дублетные сборы переданы в фонды 4-х федеральных и региональных гербариев. Полученные данные используются в учебном процессе в Ульяновском государственном педагогическом университете им. И.Н. Ульянова при чтении лекций, проведении спецкурсов, и полевых практик по экологическим и ботаническим дисциплинам.

Положения, выносимые на защиту:

- конспект флоры бассейна р. Инзы, составленный на основе личных полевых исследований, с учетом и пересмотром всех доступных материалов в гербариях и литературе;

- нарушение естественного растительного покрова бассейна р. Инзы способствовало проникновению на его территорию большого числа чужеземных растений (около четверти современной флоры), более 60 % которых натурализовались в новых условиях;

- состав и состояние сосудистых растений бассейна, нуждающихся в охране, требуют расширения сети ООПТ.

Личное участие автора. Все виды работ по теме диссертации от сбора материала до анализа и обработки результатов осуществлены автором или при его участии.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных семинарах кафедры ботаники и физиологии растений Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева, на заседаниях Ульяновского отделения Русского Ботанического общества (Ульяновск, 2008-2011 гг.), конференциях и совещаниях: Природа Симбирского Поволжья (Ульяновск, 2007-2011), «Биоразнообразие: Проблемы и перспективы сохранения» (Пенза, 2008), «Современные проблемы морфологии и репродуктивной биологии семенных растений» (Ульяновск, 2009), «Экологические проблемы бассейнов крупных рек - 4» (Тольятти, 2008), «Актуальные проблемы экологии Волжского бассейна» (Тольятти, 2009), «Раритеты флоры Волжского бассейна» (Тольятти, 2009), «Труды молодых ученых Поволжья» (Тольятти, 2009), «Молодые исследователи - ботанической науке 2009» (Гомель, 2009), Всероссийской школе-семинаре по сравнительной флористике, посвященной 100-летию «Окской флоры» А.Ф. Флерова (Рязань, 2010), «Гидроботаника 2010» (Борок, 2010), VII совещания по флоре средней России (Курск, 2011), «Исследования растительного мира Самарско-Ульяновского Поволжья» (Тольятти, 2011), «Красная книга Волжского бассейна: флористические раритеты» (2012).

Связь работы с научными программами. Исследования выполнялись в рамках научной тематики кафедр ботаники и физиологии растений Мордовского госуниверситета им. Н.П. Огарева. Часть из них выполнена в рамках программ «Ведение Красной книги Ульяновской области», «Инвентаризация сети особо охраняемых природных территорий Ульяновской области».

Публикации. По теме диссертации автором опубликована 21 работа, в том числе - в соавторстве 3 статьи в российских журналах из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Работа изложена на 264 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы (244 наименований, из них 19 - на иностранных языках) и 2 приложений, содержит 23 таблицы и 17 рисунков. Приложения: 1 - Конспект флоры бассейна р. Инзы; 2 - Карты распространения редких и уязвимых видов растений.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.б.н. профессору Т.Б. Силаевой и доценту Н.С. Ракову, моей семье, помощь и поддержка которых неоценимы. За советы при выполнении диссертации, помощь в определении гербария автор благодарит H.H. Цвелева, А.Н. Сенникова, С.Р. Майорова, К.П. Глазунову, A.B. Щербакова, B.C. Новикова, А.П. Серегина, C.B. Саксонова, J1.A. Новикову, A.B. Масленникова и JI.A. Масленникову, Т.В. Разживину, Е.В. Варгот, И.В. Кирюхина, В.М. Васюкова, сотрудников гербариев; за помощь в проведении полевых исследований - Ю.А. Истомина.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. История флористических исследований на территории бассейна реки Инзы

История эколого-флористических исследований на территории бассейна р. Инзы насчитывает более 240 лет и связана с деятельностью таких исследователей, как П.С. Паллас (1768), В.И. Рагозин (1881), И.И. Спрыгни (1931, 1936, 1938, 1941), В.В. Благовещенский (1955, 1956, 1958, 1962, 1973, 1979, 2005), Ю.А. Пчелкин (1974), Н.С. Раков (1989), A.A. Солянов (2001), Т.Б. Силаева (2000, 2001, 2005, 2006), A.A. Чистякова (1996, 2002), В.М. Васюков (2004), Л.А. Новикова (2002,2003), Т.В. Горбушина (2011) и др.

В конце главы обосновывается бассейновый принцип выбора территории для изучения. Бассейн реки и сложившиеся в нем экосистемы, представляют собой единое целое и отличаются от бассейнов других рек.

Глава 2. Материалы и методы исследований

Основным материалом для исследования и эколого-флористических обобщений послужили гербарные сборы и полевые наблюдения автора на протяжении 2007-2011 гг. в различных пунктах бассейна р. Инзы, сведения, имеющиеся в литературе и гербарных хранилищах, а также флористические списки Н.С. Ракова, Т.Б. Силаевой, И.В. Кирюхина, Е.В. Варгот.

Полевые исследования на территории бассейна проводились традиционным маршрутным методом (Алехин, 1938; Вальтер, 1982; Программы флористических исследований..., 1983) в сочетании с детальным изучением флоры в нескольких стационарных пунктах: 1) г. Никольск и его окрестности; 2) г. Инза и его окрестности; 3) р.п. Базарный Сызган и его окрестности. Обследовались разнообразные урочища, особо охраняемые природные территории, населенные пункты, транспортные пути. Основные пункты эколого-флористических исследований приведены на рис. I.

Рис. 1. Основные пункты полевых исследований на территории бассейна р. Инзы

Ульяновская область: 1) р.п. Базарный Сызган и его окрестности, Базарносызганский охотничий заказник (кварталы 53, 54, 70, 71, 80, 81, 87, 88), окрестности сел 2) Ясачный Сызган, 3) Красная Сосна, 4) Черный Ключ, 5) Нечаевка, 6) Юрловка, 7) Папузы, 8) Сосновый Бор; 9) исток р. Инзы в окрестностях с. Вороновка, 10) урочище Вельдяпка, 11) окрестности сел Аристовка, 12) Большая Борисовка, 13) Малая Борисовка, 14) Черемушки, 15) Репьевка, 16) Оськино, 17) Забалуйка, ¡8) Вырыпаевка, 19) Глотовка, 20) город Инза и его окрестности, 21) памятник природы Юловский пруд и его окрестности 22) болото Малое. Пензенская область: 23) окрестности села Субботино и урочище «Суббстанские склоны», 24) окрестности р.п. Сура и устье р. Инзы, 25) село Усть-Инза и его окрестности, 26) город Никольск и окрестности, 27) окрестности сел Новоараповка, 28) Кенчурка, 29) Междуречье, 30) Ночка, 31) Коржевка.

В ходе флористических исследований собрано около 2000 гербарных листов, которые хранятся в гербарии Ульяновского государственного педагогического университета им. И.Н. Ульянова (иРБи). Часть образцов передана в фонды гербариев Московского госуниверситета им. М.В. Ломоносова (М\У), им. И.И. Спрыгина Пензенского педуниверситета (РКМ) и Мордовского госуниверситета (вми).

Определение видов проводилось при помощи справочников и определителей: «Флора СССР» (1934-1964), «Флора Восточной Европы» (1974-2004), «Флора Юго-востока Европейской части СССР» (1927-1936), «Флора средней полосы Европейской части СССР» (Маевский, 1964, 2006), «Определитель растений Среднего Поволжья» (Благовещенский и др., 1984) и др. При обработке материала использовались сводка С.К. Черепанова (1995), однако в ряде случаев мы отдавали предпочтение пониманию номенклатуры и объема таксонов, основанному на специальных исследованиях (Егорова, 1999; Еленевский и др., 2000, 2001; Тихомиров, 2001; Цвелев, 1976, 2000 и др.).

Глава 3, Природные условия района исследований

Река Инза - правый приток Суры, протекающий по центральной части Приволжской возвышенности по территории Базарносызганского, Инзенского, Барышского районов

Ульяновской области и Никольского района Пензенской области. Протяженность реки от истока до устья составляет 103 км. Река протекает в широтном направлении с востока на запад. Инза отличается быстрым течением и чистой водой. Высота истока - 240 м, устья -116 м, что составляет более 1 м падения на 1 км течения. Долина имеет крутой лесистый правый склон и пологий левый. Площадь бассейна равна 3115 км2.

В диссертации дается характеристика основных физико-географических параметров водосборного бассейна р. Инзы. Показаны особенности геологического строения, рельефа, климата, гидрографии, почвенного и растительного покрова.

Глава 4. Современное состояние природной флоры бассейна реки Инзы 4.1. Общий обзор флоры бассейна Пизы

В результате инвентаризации флоры бассейна реки Инзы нами выявлено 1022 вида сосудистых растений из 465 родов и 107 семейств. В общее число видов включены как аборигенные дикорастущие растения, так и заносные виды, культивируемые и «уходящие» из культуры интродуценты. Соотношение наиболее крупных таксонов флоры приведено в таблице 1.

Видовой состав флоры бассейна Инзы, занимающей лишь 20-ю часть бассейна Суры, составляет 63,2 % ее флоры. Число родов и семейств - соответственно 76,1 % и 87,7 %. Столь высокая репрезентативность таксономических единиц на исследуемой территории указывает на разнообразие экологических условий (соответственно, на разнообразие биотопов), а также высокий уровень флористической изученности.

Таблица I.

Таксономическая структура флоры бассейна р. Инзы

% от % от % от

Число общего Число общего Число общего

Таксоны видов числа родов числа семейств числа

видов родов семейств

Ріегісіоріїуіа 12 1,2 9 2,0 6 5,7

Ес/шзеюрЬуш 6 0.5 2 0,4 1 0,9

ІусороіїіорЬуІа 4 0,3 3 0,6 1 0,9

РіпорНуШ 6 0,5 5 1,1 3 2,8

поІіорНуШ 994 97,5 446 95,9 96 89,7

В том числе:

Ма§поІіор5і<іа 775 76,0 372 80,0 75 г 70,1

Ііііорзійа 2)9 21,5 74 15,9 21 19,6

Всего 1022 100,0 465 100,0 107 100,0

4.2. Современное состояние аборигенной фракции флоры

По материалам проведенных полевых исследований, а также сведениям, имеющимся в литературе и гербариях, в аборигенной флоре бассейна Инзы зарегистрировано 778 видов сосудистых растений из 360 родов 99 семейств. Споровых сосудистых растений насчитывается 22 вида, в том числе ЬусоросИорЬуШ - 4, Еци'ке1орЪуЧа - 6, Р1егЫорЪу1а - 12 видов. Остальные 756 видов - семенные растения, из них Рмор11у1а - 3, Mag^юliophyta -753 вида. ИИор$1с1а насчитывают 184 вида, Magnoliopsida - 569 видов.

Ведущие 10 семейств охватывают 445 видов, составляющих 57,1 % природной флоры, а первые три семейства (Ав1егасеае, Роасеае, Яозасеае) содержат 209 видов, что составляет

26,8 % состава аборигенной фракции (табл. 2). Анализ семейственного спектра флоры бассейна показывает, что при бореалыюм характере первой триады (флора Лол7«д<?-типа по А.П. Хохрякову (1995), последующие семейства спектра выдают более «южный» характер флоры.

Таблица 2.

Ведущие 10 семейств аборигенной флоры бассейна Инзы

№п/п Семейство Число

видов родов

абсолютное % от аборигенной флоры абсолютное

1 Аяіегасеае 98 12,5 41

2 Роасеаг 64 8,2 28

3 Кояасеае 47 6,1 17

4 Сурегасеае 45 5,8 7

5 СагуорЬуИасеае 42 5,4 21

6 РаЬасеае 40 5,1 13

7 ЗсгорИиІагіасеаг 32 4,1 12

8 Ар ¡асе аг 28 3,6 22

9 Іатіасеае 27 3,5 17

10 Вгаззісасеае 22 2,8 11

Всего 445 57,1 189

По приспособленности к перенесению неблагоприятных условий, в соответствии с классификацией К. ЯаипИаег (1934), спектр жизненных форм видов аборигенной флоры выглядит следующим образом: фанерофиты (мега-, мезо-, микро- и нанофанерофиты) насчитывают 56 видов (7,2 % от числа видов аборигенной флоры), хамефиты - 42 вида (5,4 %), гемикриптофиты - 425 видов (54,6 %), криптофиты (геофиты, гелофиты и гидрофиты) - 121 вид (15,6 %), терофиты - 74 вида (9,5 %). Полученные соотношения ожидаемы, т.к. доминирование гемикриптофитов при небольшом участии фанерофитов и хамефитов свойственно флорам умеренной зоны.

Согласно классификации жизненных форм, предложенной И.Г. Серебряковым (1964), наиболее многочисленной группой во флоре являются поликарпические травы (556 видов; 71,4 %). Среди них лидируют короткокорневищные - 145 видов (18,6 %) и длиннокорневищные - 135 (17,2 %) растения, что свидетельствует о хорошей аэрации субстратов. Доля монокарпических трав составляет 152 вида (19,6 %), большую часть которых относится к ценофобиым видам, приуроченным к условиям произрастания в нестабильных антропогенных или нарушенных местообитаниях.

Соотношение биоморф в исследованной флоре отражает умеренно-континентальные эколого-географические условия, в которых она развивалась, что в целом соответствует положению территории бассейна на границе лесной и степной зон.

В составе аборигенной флоры бассейна р. Инзы, с учетом приуроченности видов к определенным растительным группировкам, мы выделяем 7 эколого-фитоценотических групп (рис. 2). Наибольшее число видов аборигенной флоры сосредоточено в лесных (267 видов, 34,2 %), луговых (152; 19,6 %), болотных (128; 16,5 %) и степных (95; 12,2 %) сообществах. Сорных видов, произрастающих по нарушенным человеческой деятельностью местообитаниям, в составе аборигенной фракции насчитывается 63 (8,1 %). Группа водных и прибрежно-водных растений представлена 30 и 43 видами соответственно.

'5 20

Болотная Водная Прибвежно- Лесная

водчая

Рис 2. Эколого-фитоиснотичсский состав аборигенной флоры бассейна р, Инзы

Характеристика экологической структуры подразумевает выделение групп видов по отношению к режиму почвенного увлажнения. Проведенный анализ показывает на мезофитный характер флоры (264 вида. 34,0 %), который определяется зональностью и почвенно-климатическими параметрами экосистем бассейна Инзы. На втором месте располагаются растения сырых местообитаний - гигрофиты (134; 17,3 %). Ксерофиты представлены 63 видами (8.1 %). Доля гидрофитов составляет 5,0 % (39 видов). Группа психрофитов представлена 8 видами (1,0 %) и является специфичной для аборигенной флоры бассейна.

Типологический анализ по широтным и долготным критериям показал, что флора характеризуется пестрым сочетанием элементов и зональных групп. Во флоре бассейна, как и в целом во флорах Средней России, преобладают виды с широкими ареалами: евроазиатские, евросибирские, голарктические, европейские (220, 196, 147, 88 видов, или 28,2 %; 25,1 %; 19,0 %; 11,3 % соответственно). Видов других долготных групп геоэлементов немного.

На территории бассейна Инзы преобладают виды, характерные почти для всей умеренной зоны Голарктики, Евразии и Европы, имеющие широкое плюрирегиональное распространение, они отнесены нами к группе плюризональных (284 вида; 36,5 %) (рис. 3).

неморальные 63 вида

бо реально-неморальные; 128 видов

плюризональ-ные; 284 вида

степные; 61 вид

лесостепные; 159 видов

гипоаркто-бореальные, ] 2 видов

бореальные; 71 вид

Рис. 3. Соотношение ботанико-географнческих элементов аборигенной флоры

Соотношение широтных групп географических элементов позволяет охарактеризовать флору как лесостепную с большим участием видов бореально-неморального и бореального флористического комплексов, что соответствует зональному положению бассейна на стыке лесной и лесостепной зон, с большим участием видов степного элемента, сосредоточенных в степных группировках восточной, южной и центральной частей левобережья р. Инзы. Во флоре бассейна заметно участие видов восточного (сибирского) тяготения, что соответствует зональному положению бассейна в центральной части Приволжской возвышенности.

4.3. Современное состояние адвентивной фракции флоры

Под адвентивными мы, как и большинство исследователей (8с11гоес1ег, 1969; Чичев, 1985; Бурда, 1991; Приходько, 1994; Хорун, 1998; Шадрин, 1999; Григорьевская, 2004; Борисова, 2008; Крылов, 2008 и др.), понимаем виды растений, появление которых на изучаемой территории обусловлено антропогенным влиянием и не связано с естественными процессами флорогенеза.

К адвентивной фракции природной флоры относится 244 вида, принадлежащих к 152 родам и 46 семействам, что составляет 23,9 % от всей флоры бассейна р. Инзы.

Основу адвентивной флоры составляют Magnoliophyta (241 вид, или 98,8 %), в том числе ЫПоряШа всего 35 видов (14,4 %), Magnoliopsida - 206 видов (84,4 %). Кроме того, 3 вида из отдела РторИу(а (1,2 % от общего числа адвентивных растений).

К первой тройке ведущих семейств адвентивной флоры, как и всюду в Средней России, относятся АНегасеае, Роасеае, Вгазисасеае, объединяющие 94 вида (38,7 %). Ведущие 10 семейств содержат 172 вида, или 70,4 % всей адвентивной фракции флоры (табл. 3). Остальные 36 семейств, насчитывающие от 1 до 5 видов, объединяют 72 вида (29,6 %).

Таблица 3.

Перестройка систематического спектра флоры бассейна Инзы под влиянием антропогенного фактора

Ведущие семейства Спектр флоры

адвентивной фракции аборигенной фракции

порядковый номер семейства число видов % от всех адвентивных видов порядковый номер семейства число видов % от всех аборигенных видов

Азіегасеае 1 42 17,2 1 92 12,0

Роасеае 2 30 | 12,3 2 64 8,4

Вгаяяісасеае 3 22 9,0 10 22 2,9

Яозасеае 4 19 7,4 4 44 ОС

РаЬасеае 5 15 6,2 і 5 40 5,2

Іатіасеае 6-7 12 5,0 9 27 3.5

Скепоросііасеае 6-7 12 5,0 31-33 4 0,5

Аріасеае 8 8 3,3 8 28 3,7

їоіапасеае 9-10 6 2,5 65-99 1 0,1

АтагапіЬасеае 9-10 6 2,5 - - -

г

В сравнении с аборигенной флорой более высокие позиции занимают семейства, свойственные аридным областям - СкепоросЧасеае, Ар'шсеае, 8о1апасеае и АтагаШкасеае, занимающие в аборигенной флоре более низкие позиции. В первую триаду попадает семейство Вгам/'сдсеаг, представители которого характерны для Средиземноморья. Кроме

того, для систематической структуры адвентивной фракции флоры характерны семейства, не свойственные аборигенной флоре: Amaranthaceae, Portulacaceae, Berber idaceae, Resedaceae, Vitaceae, Elaeagnaceae, Cornaceae, Cucurbitaceae. Это свидетельствует в пользу активной синантропизаиии природной флоры, изменяющей не только видовые спектры, но и обогащающей флору на уровне семейств (Саксонов, 2000).

В родовом спектре адвентивной фракции флоры бассейна Инзы лидируют представители флор аридных территорий Евразии (Amaranlhus, Xanthhm, Atriplex, Chenopodium). Специфичными являются 100 родов, содержащие по 1 виду, из которых наиболее показательны Elodea, Ley mus, Echinocystis, Bidens, Cyclachaena, Ambrosia и др.

Главной особенностью адвентивной фракции флоры является резкое преобладание терофитов (114 видов, 46,7 %) над всеми остальными группами. Вторая по численности группа - гемикриптофиты (55; 22,5 %). Фанерофиты по числу видов в сумме занимают 3 место (46; 18,9 %). В основном это уходящие из культуры интродуцируемые виды, широко используемые в озеленении. Доли геофитов (5; 2,0 %), гелофитов (2; 0.8%), гидрофитов (3; 1,2 %) и хамефитов (1; 0,4 %) незначительны.

В составе жизненных форм адвентивной флоры, выделенных по И.Г. Серебрякову, явно преобладают травянистые растения (198; 81.1 %), из которых первое место занимают однолетние монокарпические травы (116: 47,5 %). Доминирование монокарпиков ожидаемо, так как большинство адвентивных растений отмечено на синантропных местообитаниях с нарушенным растительным покровом, где у них больше возможностей для выживания из-за сниженной конкуренции со стороны других растений. Второй по численности является группа травянистых поликарпиков (50; 20,5 %). Деревянистые растения представлены 46 видами (18,9 %).

Экологический анализ указывает на мезофитный характер флоры, который определяется зональностью и почвенно-климатическими параметрами экосистем бассейна Инзы (рис. 4). В результате адвентизации флоры изучаемой территории не наблюдается процесса ксерофитизации, как это свойственно более северным регионам.

гигромезофиты гигрофиты: 2,5% гидрофиты; 2,9% 1 1.2%

ксерофиты;

4.9% 1 ' ' _ меэогигрофиты;

0,4%

мезоксерофиты 13,1%

ксеромезсфиты; 27,0%

мезофиты;

Рис. 4. Соотношение экологических групп адвентивной фракции флоры

Во флорогенетическом спектре адвентивной флоры преобладают выходцы из средиземноморского региона (65 видов, или 26,7 % от всей адвентивной флоры бассейна). Второй флористический центр, оказавший основное влияние на становление видового состава адвентивной фракции флоры бассейна - североамериканский (47; 19.3 %). Ирано-туранские виды занимают 3 место (45; 18.4 %), среди которых много широко

распространенных сорных видов. В состав западно- и восточноевропейских элементов (27; 11,1 %) вошли преимущественно виды, заносимые с соседних с бассейном территорий. Возрастает роль восточноазиатских и сибирских элементов (по 12 видов, 4,9 %). На долю остальных флорогенетических элементов (южно-азиатского, африканского, кавказского, южно- и центрально-американского), а также видов культурного происхождения приходится 29 видов (11,8 %).

Глава 5. Особенности современного распространения растений в бассейне Инзы и его ботаннко-географическое районирование

Территория бассейна р. Инзы расположена в лесостепной зоне лесостепной провинции центральной части Приволжской возвышенности и относится к бассейну Средней Суры. Проведено комплексное ботанико-географическое районирование бассейна Инзы на основе соотношения эколого-географических групп (флористических комплексов), анализа современного распространения видов флоры, в том числе «индикаторных», и территориальной приуроченности их типичных местообитаний. При этом учитывались также геоморфологические, эдафические и геоботанические особенности выделяемого территориального контура (Шеляг-Сосонко, Дидух, 1987 и др.). В результате изучаемая территория подразделена на 2 района:

1) Правобережный лесной район бассейна п. Инзы. Расположен на наиболее высокой и холмистой территории Ульяновской и Пензенской областей. Для реки Инзы и ее правобережных притоков характерна резкая ассиметрия склонов: крутой облесненный правый берег и пологий левый. Большая часть территории занята лесами, среди которых господствуют сосняки сложные и сосняки-зеленомошники. Район отличается большим флористическим богатством, что связано с меньшей антропогенной нагрузкой и сохранностью на большей территории района сосновых и сосново-широколиственных лесов. В аборигенной флоре района зарегистрировано 743 вида, из них 43 являются специфичными: Corydalis marschalliana, Drosera anglica, Uíricularia intermedia, U. minor, U. vulgaris, Goodyera repens, Gymnadenia odoratissima, Nardus siricta и др. На территории района обнаружены 5 видов, занесенных в Красную книгу РФ (2008) - Cephalanthera rubra, Gymnadenia odoratissima, Neottinanthe cucullata, Iris aphylla и Stipa pennata. Из числа растений, включенных в Красную книгу Ульяновской (2008) и Пензенской (2002) областей, отмечены 74 вида: Botrychium multißdum, Centaurea ruthenica, Lycopodhtm annotimm, L. clavatum, Ophioglossum vidgatum, Polygala sibirica, Rhynchospora alba и др.

2) Левобережный лесостепной район бассейна р. Инзы. Включает всю левобережную часть бассейна и расположен на высоком плато Приволжской возвышенности, сложенном песчаниками, песками, трепелом, и изрезанном балками и долинами рек с разнообразными лесами (дубравы, липняки, ясенники, сосняки и сосново-широколиственные леса). Для района характерны степные участки на месте боров, на карбонатных почвах, обнажениях мелов. В аборигенной фракции флоры отмечено 677 видов, из них 35 специфичных: Cystopteris fragilis, Cypripedium guttatum, Hammarbia paludosa, Coeloglossum víride, Corallorhiza trífida, Artemisia armeniaca, Prunella grandiflora, Aconogonon alpinum, Alchemilla nemoralis, Mélica transsilvanica и др. Из числа раритетных видов на территории левобережного района зарегистрировано 48 видов (Adonis vernalis, Pulsatilla patens, Dianthus versicolor, Viola tanaitica, Oxycocct/s palustris, Cotoneaster melanocarpus, Potentilla alba, Astragalus austriacus, Linum flavum и др.), из них Cephalanthera rubra, Neottinanthe cucullata, Iris aphylla и Stipa pennata входят в Красную книгу РФ.

Особое внимание при изучении распространения растений нами уделено видам из категории редких, находящихся на границах своего географического распространения, т.к.

они более уязвимы и нуждаются в тщательном сохранении местообитаний. Проведенный анализ показал, что 45 видов находятся на границах своего естественного распространения или близ него, что составляет 28,3 % от всех редких видов.

Глава 6. Антропогенная трансформация флоры бассейна реки Пизы

На изученной территории, как и на большей части бассейна Средней Волги, естественная растительность заменена производной антропогенной. Важнейшее значение имело сведение лесов и развитие сельского хозяйства. Лесистость в Поволжье на разных участках за последние столетия (300 лет) уменьшилась в 1,5-3 и более раз (Розенберг, Краснощекое, 1996). Несмотря на это лесистость изучаемой территории остается и в настоящее время значительной (около 50 %).

Другими типами антропогенного воздействия на территорию бассейна Инзы были строительство и эксплуатация дорог, ЛЭП, газопроводов, строительство и функционирование селитебно-промышленных комплексов, в том числе городов; пожары, рекреационные воздействия, сбор полезных растений. В результате на территории бассейна произошло широкое распространение аборигенных антропофильных и вселение чужеземных видов. В настоящее время чужеродные виды после разрушения мест обитания считаются второй по значению угрозой биоразнообразию (Lambdon et al., 2008; Виноградова и др., 2010).

Синалтропизация и адвентизация флоры являются важнейшими показателями ее антропогенной трансформации. Индекс синантролизации (Isa) определяется соотношением числа синантропофитов к общему числу видов флоры и составляет 0,36. Этот показатель повышается в урбанофлорах: в г. Никольске - 0,53, в г. Инзе - 0,55 и р.п. Базарном Сызгане - 0,49.

Для определения антропогенной трансформации флоры бассейна р. Инзы подробно анализировалась адвентивная фракция флоры, определялся индекс адвентизации флоры (Iad), отношение числа адвентивных видов к общему числу видов флоры (Шадрин, 2000; Шушпанникова, 2001 и др.). Во флоре бассейна доля адвентивных видов составляет 23,9 %, то есть около четверти всей природной флоры, что свидетельствует о биологическом загрязнении территории.

Анализ адвентивных растений по времени и способу заноса, степени натурализации в естественные сообщества с учетом жизненных стратегий и места их первичного произрастания позволяет выявить направленность динамики региональных флор (Саксонов, 2000). По способу заноса доминируют непреднамеренно занесенные на территорию района виды - ксенофиты (133 вида 54,5 %). Эргазиофиты представлены 79 видами (32,4 %), Виды с промежуточным типом заноса (ксеноэргазиофиты) составляют небольшую долю (32 вида; 13,1 %) (табл. 5).

В структуре адвентивной флоры бассейна р. Инзы преобладают эпекофиты (132 вида,

54.1 %), которые совместно с агриофитами (20 видов, 8,2 %) образуют стабильное ядро адвентивной флоры. Доля колонофитов (50 видов, 20,5 %) и эфемерофитов (42 вида,

17.2 %) составляет 37,7 %. Большая часть видов этих групп относится к эргазиофитам, т.е. намеренно занесенным видам (табл. 5).

Таким образом, основная часть видов адвентивной фракции флоры проникла на исследованную территорию за последние 100 лет в связи с расширением транспортной сети, интенсификацией товарооборота, активной урбанизацией. Адвентивные виды заняли преимущественно нарушенные местообитания, но, несмотря на это, являются постоянным элементом флоры.

Таблица 5.

Соотношение групп адвентивной флоры по времени и способу заноса, степени натурализации

Группы видов Эфеме- Колоно- Эпеко- Агрио- Всего Итого

рофиты фиты фиты фиты

Ксенофиты Археофиты 2 - 36 5 43 133

Кенофиты 9 3 71 7 90

Ксеноэрга Археофиты - - - 1 1 32

зиофиты Кенофиты ! 14 11 5 31

Эргазиофиты Археофиты 12 - - 2 14 79

Кенофиты 18 33 14 . 65

Всего 56/188 42 50 132 20 244 244

Из 52 широко распространенных инвазионных видов, включенных в Черную книгу флоры Средней России (2010), на территории бассейна Инзы отмечено 36. Из них 17 видов (47,2 %) относятся к агриофитам, т.е. непосредственным компонентам природных фитоценозов. Родиной большинства видов (20) является Северная Америка, экспансия которых объясняется сходством климатических условий. По способу иммиграции среди инвазионных видов доминируют ксенофиты, т.е. виды, занесенные случайно.

В качестве одного из критериев оценки адаптации флоры к антропогенному влиянию предлагается использование способа распространения диаспор (Бурда, 1998; Раков, 2008). Для характеристики способов диссеминации инвазионных видов нами использовалась классификация, предложенная P.E. Левиной (1957). Анализ способов диссеминации показал, что первое место занимают анемохоры - 14 видов (38,9 %), за ними следуют баллистохоры - 6 видов (16,7 %), эндозоохоры представлены 4 видами (11,1 %). Различают 2 типа автохории - автомеханохорию и барохорию. Она широко распространена у сорных растений. Барохоров среди инвазионных опасных видов 4 (11,1 %), автомеханохоров - 3 вида (8,3 %). К ним относятся Impatiens grandulifera, 1. parviflora и Lupinas polyphyllus.

Инвазионные виды разделены нами по категориям (Виноградова и др., 2010; Борисова, 2011): 0 - трансформеры, в значительной степени преобразующие природные сообщества (Acer negundo, Bidens frondosa, Elodea canadensis, Heracleum sosnowskyi, Conyza canadensis)', 1 - трансформеры, активно внедряющиеся в сообщества (7 видов -Echinocystis lobata, Oenothera biennis, Sambucus racemosa и др.); 2 - активно расселяющиеся инвазионные виды (11 видов - Anisantha tectorum, Elsholtzia ciliata, Hordeum jubatum, Puccinellia distans и др.); 3 - активно натурализующиеся инвазионные растения (17 видов - Amaranthus albus, Cardaría draba, Gagea orientalis, Geranium sibiricum, Helianthus tuberosas, Ulmus pumita, Xanthium albinum и др.), 4 - потенциально инвазионные виды (8 видов - Amaranthus blitoides, Artemisia sieversiana, Aster novi-belgii, Bellis perennis, Kochia scoparia, Oenothera rubricauiis, Rosa rugosa, Thladiantha dubia).

Особо следует отметить, что среди адвентивных видов исследованной территории нами выделено 7 видов, представляющих наибольшую потенциальную опасность для здоровья человека: Acer negundo, Ambrosia artemisiifolia, Cannabis ruderalis, Cyclachaena xanthiifolia, Heracleum sosnowskyi, Lonicera tatarica, Populus balsamifera.

Для экологической оценки угроз биоразнообразшо и охраны окружающей среды от инвазионных растений была использована разработанная американскими учеными система протокольной оценки (Morse, 2004), успешно апробированная на Украине (Абдулсева и др., 2009). По оценке ранга инвазионное™, согласно данной классификации, следует признать опасными в составе естественных сообществ на территории бассейна Инзы 27 видов. К

группе видов-трансформеров естественной природной среды, согласно данной классификации, относятся 16 видов - Acer negundo, Elodea canadensis, Bidens frondosa, Conyza canadensis, Sambucus racemosa, Salix fragilis, Oenothera biennis, Phalacroloma septentrionale и др.

Результатом изучения адвентивной флоры является составление списков видов, рекомендуемых для включения в региональные Черные книги Ульяновской и Пензенской обласгей. Рекомендовано для включения в региональные «Черные книги» Ульяновской области - 32 вида (Amelanchier spicata, Echinocystis lobata, Sambucus racemosa, Géranium sibiricum, Ulmus pumila и др.), для Пензенской области - 29 видов (Impatiens parviflora, Hordeum jubatum, Fraxinus pensylvanica, Lupinus polyphyllus, Galega orienialis и др.).

Глава 7. Вопросы охраны флоры бассейна реки Низы

Флора бассейна р. Инзы содержит в своем составе 159 редких сосудистых растений. В их числе Cephalanthera rubra, Gymnadenia odaratissima, Iris aphylla, Neottianthe cucullata, Stipa pennata - виды, включенные в Красную книгу Российской Федерации (2008). Выявлено 47 видов, входящих в Красную книгу Пензенской области и 58 видов - в Красную книгу Ульяновской области, 10 - из списка видов общеевропейского значения: Adenophora liliifolia, Dianthus arenarius, Iris aphylla, Pulsatilla païens, Serratula lycopifolia, Jurinea cyanoides и др. (Resolution No. 6, 1998; Council Directive, 2006).

Среди редких и уязвимых видов большая часть сосредоточена в лесных сообществах (56 видов, 35,2 %). К ним относятся Epipactis atrorubens, Goodyera repens, Lilium martagon, Lupinaster pentaphyllus и др. В составе степных и лесостепных сообществ обнаружено 39 видов (24,5 %) - Iris aphylla, Polygala sibirica, Salvia pratensis, Linum flavum, Galatella villosa, Ephedra distachya и др. Среди редких и уязвимых видов представительна группа болотных и лугово-болотных растений (30 видов, 18,9 %), например: Scheuchzeriapalustris, Carex juncella, Oxycoccus palustris, Chamaedaphne calyculata, Epipactis palustris, Eriophorum polystachyon, E. vaginatum и др. Число видов луговых ценозов также значительно (20; 12,6 %). Группа водных, прибрежно-водных и водно-болотных растений представлена 14 видами (8,8 %).

Анализ флористических материалов и оценка встречаемости видов Fia территории бассейна р. Инзы в пределах Пензенской и Ульяновской областей делает очевидным, что число редких растений в списках региональных Красных книг должно быть увеличено. На основании проведенных исследований и материалов литературы мы рекомендуем к охране 12 видов: Eriophorum gracile, Festuca ciltissima, Lycopodiella immdata, Polamogeton gramineus, Ranunculus kauffmanii, Spiraea hypericifolia, Viola tanaitica - для Пензенской области; Carex globularis, Ephedra distachya, Epipactis palustris, Eriophorum gracile, E. latifolium, Galatella villosa, Lycopodiella inundata, Potamogeton gramineus, Ranunculus kauffmanii - для Ульяновской области.

Согласно Сводному списку особо охраняемых природных территорий Российской Федерации (2001), в бассейне р. Инзы располагаются 16 памятников природы и Базарносызганский государственный охотничий заказник. Суммарная площадь охраняемых объектов - 1032,9 га, что составляет лишь 3,3 % всей площади бассейна. Из 90 видов, включенных в Красные книги Ульяновской и Пензенской областей, лишь 38 растений (42,2 %) находится в пределах особо охраняемых природных территорий. Учитывая возрастающее антропогенное воздействие, следует признать, что доля и площадь сети ООПТ в бассейне р. Инзы является явно недостаточной и ее дальнейшее расширение в ближайшие годы - необходимое условие сохранения биоразнообразия региона. Нами рекомендовано к охране в статусе памятников природы регионального значения 7 новых наиболее ценных природных территорий.

В рамках проекта «Выявление потенциальных территорий особого природоохранного значения Изумрудной сети в Российской Федерации», осуществленного по поручению Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации в рамках Программы содействия Совета Европы и Европейского Союза выполнению Программы работ по охраняемым территориям Конвенции о биологическом разнообразии, в бассейне Инзы проведено описание 12 участков. Эти территории могут выполнять не только природоохранную функцию, но и служить базой для дальнейших мониторинговых наблюдений за изменением флоры и растительности данного региона.

ВЫВОДЫ

1. Во флоре бассейна р. Инзы выявлено 1022 вида сосудистых растений из 465 родов и 107 семейств. Обнаружено 25 видов новых для флоры бассейна, в том числе 8 приводятся впервые для Ульяновской и 3 - для Пензенской области. К аборигенной фракции отнесено 778 (76 %) видов из 360 родов и 99 семейств, к адвентивной фракции -244 (24 %) вида из 152 родов и 46 семейств.

2. На основе современного распространения растений, а также результатов анализа рельефа, почвенного и растительного покрова, бассейн Инзы подразделяется на 2 ботанико-географических района: правобережный лесной и левобережный лесостепной. Правобережный район отличается большим флористическим богатством, что связано с меньшей антропогенной нагрузкой и сохранностью на большей территории района сосновых и сосново-широколиственных лесов.

3. Показателями антропогенной трансформации флоры является ее синантропизация (Isa=0,36) и адвентизация (Iad=0,24). Во флоре бассейна доля адвентивных видов составляет около четверти всей природной флоры, что свидетельствует о биологическом загрязнении территории. В адвентивной фракции 10 ведущих семейств содержат 172 вида, или 70,4 % ее состава. В составе жизненных форм преобладают терофиты - 46,7 %. Виды адвентивной флоры происходят из 11 флористических областей, преобладают выходцы из Средиземноморья - 26,7 %, Северной Америки - 19,3 %, Ирано-Туранской области -18,4% и Европы - 11,1%.

4. На территории бассейна Инзы отмечено 36 инвазионных видов, из них 17 (47,2 %) относятся к агриофитам. По способу иммиграции среди инвазионных видов доминируют ксенофиты, большинство из которых выходцы из Северной Америки. По оценке инвазионное™ опасными в составе естественных сообществ являются 27 видов. Выделено 7 видов, представляющих наибольшую потенциальную угрозу для здоровья человека. Рекомендованы виды для включения в региональные «Черные книги» Ульяновской и Пензенской областей.

5. К числу растений подлежащих охране отнесено 159 видов. Доминируют в составе редких виды лесных (35 %), степных и лесостепных сообществ (25 %). 45 из них находятся на границах своих ареалов. Лишь 38 редких видов (42 %) отмечены в пределах охраняемых территорий, что указывает на необходимость расширения сети ООПТ. Предложено к охране 7 участков в статусе региональных памятников природы. Выявлено и проведено описание 12 участков для справочника «Изумрудная книга Российской Федерации: территории особого природоохранного значения Европейской России».

Список работ, опубликованных по теме диссертации

а) статьи в российских журналах из перечня ВАК

1. Масленников A.B. Дополнения к «Флоре...» П.Ф. Маевского (2006) по Ульяновской области / A.B. Масленников, J1.A. Масленникова, Н.С. Раков, Т.Е. Силаева, Е.В. Варгот, ЕЛО. Истомина, В.М. Васюков // Бюл. МОИП. - Отд. биол. - 2008 - Т 113 вып. 6. - С. 75-76.

2. Истомина Е.Ю., Варгот Е.В. Водная и прибрежно-водная флора реки Инзы // Известия Самарского научного центра РАН. - 2011. - Т. 13, № 1. -С. 69-73.

3. Истомина Е.Ю., Силаева Т.Е. Ботанико-географическое районирование бассейна реки Инзы // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. -2011.-№3(15).-С. 49-54.

б) статьи в других журналах и материалах конференции

4. Истомина Е.Ю. Тонколучник северный (Phalacroloma septentrionale, Asteraceae) -новинка адвентивной флоры Ульяновской области // Природа Симбирского Поволжья. Сборник науч. трудов. Вып. 8. - Ульяновск: Изд-во «Корпорация технологий продвижения», 2007. - С. 69-71.

5. Истомина Е.Ю. Материалы к (¡шоре бассейна реки Инзы. Биоразнообразие: проблемы и перспективы сохранения // Материалы междунар. науч. конф., посвященной 135-летию со дня рожд. И.И. Спрыгина 13 - 16 мая 2008 г. Часть I. ПГПУ им. В.Г. Белинского. - Пенза, 2008. - С. 228-231.

6. Истомина Е.Ю. Адвентивные растения во флоре бассейна реки Инзы и способы их диссеминации // Современные проблемы морфологии и репродуктивной биологии семенных растений: Материалы междунар. конф. посвящ. памяти P.E. Левиной. Сборник научных статей. - Ульяновск: УлГПУ, 2008. - С. 282-285.

7. Истомина Е.Ю. Флора бассейна реки Инзы как инструмент экологического мониторинга // Экологические проблемы бассейнов крупных рек - 4: Тезисы докл. междунар. конф. / Отв. ред. Г.С. Розенберг и C.B. Саксонов [электронный ресурс]. -Тольятти: ИЭВБ РАН, 2008. - С. 66-67.

8. Истомина Е.Ю. Материалы к флоре бассейна р. Инзы. О нахождении здесь некоторых редких видов // Природа Симбирского Поволжья. Сборник науч. трудов. Вып. 9. - Ульяновск, 2008. - С. 203-204.

9. Истомина Е.Ю. Материалы к флоре бассейна р. Инзы. Рабочий поселок Базарный Сызган // Экологический сборник 2: Труды молодых ученых Поволжья. - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2009. - С. 78-82.

Ю.Истомина Е.Ю. Редкие и исчезающие растения бассейна реки Инзы. Материалы к Красной книге Ульяновской области // Раритеты флоры Волжского бассейна: доклады участников российской науч. конф. - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2009. - С. 62-65.

П.Истомина Е.Ю. Остепненные склоны окрестностей рабочего поселка Базарного Сызгана как интересный ботанический объект // Природа Симбирского Поволжья. Сборник научно-практич. конф. «Естественнонаучные исследования в Симбирском-Ульяновском крае». Вып. 10. - Ульяновск, 2009. - С. 89-94.

12.Истомина Е.Ю. Фиалка Китайбеля (Viola kitaibeliana Schult.) - новинка адвентивной флоры Ульяновской области // Природа Симбирского Поволжья. Сборник научно-практич. конф. «Естественнонаучные исследования в Симбирском-Ульяновском крае». Вып. 10. - Ульяновск, 2009. - С. 94-95.

О.Истомина Е.Ю. Редкие и исчезающие растения в основных типах растительных сообществ бассейна р. Инзы // Молодые исследователи - ботанической науке 2009: II Междунар. научно-практич. конф. - Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины, 2009. - С. 153-157.

Н.Истомина Е.Ю. Сравнительная характеристика локальных флор бассейна р. Инзы (Ульяновско-Пензенское Предволжье) // Труды Рязанского отделения Русского ботанического общества. - Вып.2 - 4.2: Сравнительная флористика: материалы Всерос. школы-семинара по сравнит, флористике, посвящ. 100-летию «Окской флоры» А.Ф. Флерова. - Рязань, 2010. - С. 82-86.

15. Истомина Е.Ю. Материал к флоре города Никольска (Пензенская область) // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. - 2010. - Т. 19, № 4. - С. 136-141.

16. Истомина Е.Ю. Водная и прибрежно-водная флора бассейна реки Инзы // Материалы I (VII) Междунар. конф. по водным макрофитам «Гидроботаника 2010» . -Ярославль: «Принт Хаус», 2010. - С. 136-138.

17. Истомина Е.Ю. Ценные ботанические объекты и перспективы развития системы ООПТ в бассейне р. Инзы // Природа Симбирского Поволжья. Сборник научно-практич. конф. «Естественнонаучные исследования в Симбирском-Ульяновском крае». Вып. 11,-Ульяновск, 2010. - С. 50-54.

18. Истомина Е.Ю. Редкие и уязвимые виды флоры бассейна реки Инзы // Материалы VII науч. совещ. по флоре Средней России (Курск, 29 - 30 января 2011 г.). - М., 2011. - С. 7174.

19. Истомина Е.Ю., Горбушина Т.В. Восточная граница ясеня обыкновенного в центральной части Приволжской возвышенности И Экология и география растений и сообществ Среднего Поволжья. - Тольятти, 2011. - С. 292-297.

20. Истомина Е.Ю. Распространение некоторых эндемичных видов в центральной части Приволжской возвышенности // Третьи чтения памяти O.A. Зауралова: Материалы науч. конф. - Саранск, 2011. - С. 29-32.

21.Истомина Е.Ю. Дополнение к Красной книге Ульяновской области. Находки редких видов растений на территории Базарносызганского государственного охотничьего заказника // Природа Симбирского Поволжья. Сборник научно-практич. конф. «Естественнонаучные исследования в Симбирском-Ульяновском крае». Вып. 12. -Ульяновск, 2011. - С. 65-67.

Подписано в печать 13.01.2012. Формат 60x84 1/16. Усл. п. л. 1,16. Тираж 120 экз. Заказ 27. Типография Ульяновского государственного технического университета, 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Истомина, Елена Юрьевна, Тольятти

61 12-3/523

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева

На правах рукописи

ИСТОМИНА ЕЛЕНА ЮРЬЕВНА

ФЛОРА БАССЕЙНА РЕКИ ИНЗЫ: ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ, АНТРОПОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ

И ПРОБЛЕМЫ ОХРАНЫ

Специальности: 03.02.08 - «экология» (биология)

03.02.01 - «ботаника»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Силаева Т. Б.

Саранск, 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................4

Глава 1. ИСТОРИЯ БОТАНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА

ТЕРРИТОРИИ БАССЕЙНА РЕКИ ИНЗЫ..............................................9

1.1. Основные направления ботанических исследований на территории

бассейна реки Инзы..........................................................................9

1.2. Бассейновый подход во флористических исследованиях.................20

Глава 2. ОБЪЕКТ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ............26

2.1. Объект исследований.............................................................26

2.2. Материалы и методы исследования...........................................27

Глава 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ..............32

3.1. Географическое положение, геология, рельеф..............................32

3.2 Гидрологические условия.........................................................34

3.3. Климат...............................................................................36

3.4. Почвенный покров...............................................................38

3.5. Растительный покров.............................................................39

Глава 4. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИРОДНОЙ ФЛОРЫ БАССЕЙНА РЕКИ ИНЗЫ................................................................48

4.1. Общий обзор флоры бассейна реки Инзы.....................................48

4.2. Современное состояние аборигенной фракции флоры....................51

4.2.1. Систематическая структура аборигенной фракции флоры..........51

4.2.2. Биоморфологический анализ аборигенной флоры.....................56

4.2.3. Эколого-фитоценотический состав аборигенной флоры.............60

4.2.4. Экологические элементы аборигенной флоры.........................62

4.2.5. Ботанико-географический анализ аборигенной флоры..............64

4.3. Современное состояние адвентивной фракции флоры...................71

4.3.1. Систематическая структура адвентивной фракции флоры..........71

4.3.2. Биоморфологический анализ адвентивной флоры.....................74

4.3.3. Экологический и эколого-фитоценотический анализ адвентивной флоры...........................................................................................77

4.3.4. Флорогенетический анализ адвентивной флоры.....................78

Глава 5. ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАСТЕНИЙ В БАССЕЙНЕ РЕКИ ИНЗЫ И ЕГО БОТАНИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ.........................................82

5.1. Положение бассейна реки Инзы в системе природного районирования..............................................................................82

5.2. Ботанико-географическое районирование бассейна реки Инзы........87

5.3. Особенности современного распространения растений на территории

бассейна реки Инзы, находящихся на границах ареала..........................93

Глава 6. АНТРОПОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ФЛОРЫ БАССЕЙНА РЕКИ ИНЗЫ.................................................................................101

6.1. Виды антропогенного воздействия на флору бассейна реки Инзы...........................................................................................101

6.2. Степень антропогенной нарушенности флоры бассейна реки Инзы ... 111

6.3. Инвазионные виды бассейна реки Инзы.....................................118

Глава 7. ПРОБЛЕМЫ ОХРАНЫ ФЛОРЫ БАССЕЙНА РЕКИ ИНЗЫ.......129

7.1. Редкие и уязвимые виды флоры бассейна реки Инзы....................129

7.2. Ценные ботанические объекты и их состояние, перспективы развития

системы ООПТ и ТПОЗ на территории бассейна реки Инзы......................146

ВЫВОДЫ..................................................................................158

ЛИТЕРАТУРА.............................................................................160

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Конспект флоры бассейна реки Инзы......................180

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Карты распространения редких и уязвимых видов растений.....................................................................................256

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. В настоящее время сохранение биоразнообразия и обеспечение устойчивого использования биологических ресурсов входит в число наиболее актуальных направлений исследований как необходимое условие сохранения естественной среды обитания человека. Решение этих сложных проблем невозможно без тщательных флористических исследований, т.к. для рационального природопользования и разработки мер по охране окружающей среды важно иметь сведения о современном состоянии флоры и растительности, их антропогенной трансформации.

Одним из подходов изучения биоразнообразия и организации рационального природопользования является бассейновый, который имеет важнейшее значение для принятия эффективных мер охраны природных ресурсов. Бассейновый подход дает возможность определять направленность неблагоприятных геоморфологических и экологических процессов и прогнозировать их развитие в ближайшем будущем. Растительный покров водосборного бассейна отличается от всякого другого растительного объекта тем, что находится в составе системы и исследуется на фоне среды, во взаимодействии с которой он возник, развивался и фактически существует (Тимофеев, 1975; Уиттекер, 1980; Устинова, 1982; Приходько, 1994; Критерии и методы..., 1999; Хлызова, 2010; Демина, 2011). Особую привлекательность при использовании бассейнового подхода имеет бассейн средней по размерам реки.

Цель и задачи исследования. Цель работы - эколого-биологический анализ современной флоры бассейна реки Инзы для оценки ее антропогенной трансформации и оптимизации охраны.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Выявление видового состава сосудистых растений и составление критического конспекта флоры бассейна Инзы.

2. Комплексный анализ аборигенной фракции флоры и проведение ботанико-географического районирования.

3. Комплексный анализ адвентивной фракции для выяснения антропогенной трансформации флоры.

4. Выделение редких видов сосудистых растений, оценка их состояния и разработка рекомендаций по их охране.

5. Выявление ботанических объектов, нуждающихся в охране, и рекомендации по оптимизации сети охраняемых территорий.

Научная новизна работы. Впервые специально изучена флора бассейна р. Инзы как естественного природного выдела. Выявлен ее видовой состав, составлен критический конспект флоры. Обнаружено 25 новых видов, не отмеченных ранее во флоре изучаемой территории. Выявлены новые виды сосудистых растений для флор субъектов Российской Федерации: Senecio sylvaticus, Alchemilla plicata, Spiraea hypericifolia - для Пензенской области; Phalacroloma septentrionale, Puccinellia hauptiana, Senecio sylvaticus, Viola kitaibeliana, V. suavis, Pilosella glomerata, P. leptophyton, Alchemilla hebescens-для Ульяновской области. Обнаружены новые местонахождения для многих редких растений, занесенных в Красные книги РФ, Ульяновской и Пензенской областей и их приложения, в том числе для 10 видов, входящих в список видов общеевропейского значения. Проведена оценка репрезентативности сети ООПТ региона и даны рекомендации по ее оптимизации. Выявлены основные факторы антропогенной нагрузки на флору для каждого из административных районов изучаемой территории. Дана оценка степени антропогенной трансформации флоры бассейна Инзы.

Теоретическое значение работы. Отраженные в диссертационной работе материалы, научные положения и выводы вносят вклад в развитие теоретических основ ботаники, флористики, фитоценологии, экологии растительных сообществ.

Практическая значимость работы. Материалы исследований будут использованы при создании современных критических сводок по флоре

Ульяновской и Пензенской областей, переиздании региональных Красных книг. Результаты исследований вошли в 10-е и 11-е издания «Флоры...» П. Ф. Маевского. На основании полученных данных 12 видов сосудистых растений рекомендованы к включению в основные списки Красных книг Пензенской и Ульяновской областей. Материалы исследований включены в справочник «Изумрудная книга Российской Федерации: территории особого природоохранного значения Европейской России» (2011). Проведена оценка состояния сети ООПТ и предложено к охране 7 участков в статусе региональных памятников природы. В составе естественных сообществ на территории бассейна р. Инзы выявлено 27 видов инвазионных растений. Полученные данные могут быть использованы для мониторинга чужеродных растений в составе природных территорий, а также включены в проектные списки региональных «Черных книг». Современная оценка антропогенной трансформации территории является важнейшим критерием для выявления дальнейших тенденций и динамики антропогенных изменений. Гербарный материал пополнил фонды научного гербария Ульяновского государственного педуниверситета (иРБИ), дублетные сборы переданы в фонды 4-х федеральных и региональных гербариев. Полученные данные используются в учебном процессе в Ульяновском государственном педагогическом университете им. И. Н. Ульянова при чтении лекций, проведении спецкурсов, и полевых практик по экологическим и ботаническим дисциплинам.

Положения, выносимые на защиту:

- конспект флоры бассейна р. Инзы, составленный на основе личных полевых исследований, с учетом и пересмотром всех доступных материалов в гербариях и литературе;

- нарушение естественного растительного покрова бассейна р. Инзы способствовало проникновению на его территорию большого числа чужеземных растений (около четверти современной флоры), более 60 % которых натурализовались в новых условиях;

- состав и состояние сосудистых растений бассейна, нуждающихся в охране, требуют расширения сети ООПТ.

Личное участие автора. Все виды работ по теме диссертации от сбора материала до анализа и обработки результатов осуществлены автором или при его участии.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных семинарах кафедры ботаники и физиологии растений Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева, на заседаниях Ульяновского отделения Русского Ботанического общества (Ульяновск, 2008-2011 гг.), конференциях и совещаниях: Природа Симбирского Поволжья (Ульяновск, 2007-2011), «Биоразнообразие: Проблемы и перспективы сохранения» (Пенза, 2008), «Современные проблемы морфологии и репродуктивной биологии семенных растений» (Ульяновск, 2009), «Экологические проблемы бассейнов крупных рек - 4» (Тольятти,

2008), «Актуальные проблемы экологии Волжского бассейна» (Тольятти,

2009), «Раритеты флоры Волжского бассейна» (Тольятти, 2009), «Труды молодых ученых Поволжья» (Тольятти, 2009), «Молодые исследователи -ботанической науке 2009» (Гомель, 2009), Всероссийской школе-семинаре по сравнительной флористике, посвященной 100-летию «Окской флоры» А.Ф. Флерова (Рязань, 2010), «Гидроботаника 2010» (Борок, 2010), VII совещания по флоре средней России (Курск, 2011), «Исследования растительного мира Самарско-Ульяновского Поволжья» (Тольятти, 2011), «Красная книга Волжского бассейна: флористические раритеты» (2012).

Связь работы с научными программами. Исследования выполнялись в рамках научной тематики кафедр ботаники и физиологии растений Мордовского госуниверситета им. Н. П. Огарева. Часть из них выполнена в рамках программ «Ведение Красной книги Ульяновской области», «Инвентаризация сети особо охраняемых природных территорий Ульяновской области».

Публикации. По теме диссертации автором опубликована 21 работа, в том числе - в соавторстве 3 статьи в российских журналах из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Работа изложена на 264 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы (242 наименований, из них 19 - на иностранных языках) и 2 приложений, содержит 23 таблицы и 17 рисунков. Приложения: 1 - Конспект флоры бассейна р. Инзы; 2 - Карты распространения редких и уязвимых видов растений.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.б.н. профессору Т. Б. Силаевой и доценту Н. С. Ракову, моей семье, помощь и поддержка которых неоценимы. За советы при выполнении диссертации, помощь в определении гербария автор благодарит Н. Н. Цвелева, А. Н. Сенникова, С. Р. Майорова, К. П. Глазунову, А. В. Щербакова, В. С. Новикова, А. П. Серегина, С. В. Саксонова, Л. А. Новикову, А. В. Масленникова и Л. А. Масленникову, Т. В. Разживину, Е. В. Варгот, И. В. Кирюхина, В. М. Васюкова, сотрудников гербариев; за помощь в проведении полевых исследований - Ю. А. Истомина.

Глава 1. ИСТОРИЯ БОТАНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ БАССЕЙНА РЕКИ ИНЗЫ

1.1. Основные направления ботанических исследований на территории бассейна реки Инзы

История изучения растительного покрова на территории бассейна р. Инзы насчитывает более 240 лет. За многолетний период были накоплены сведения о характере растительности, рельефе, почвах, гидрологии данной территории, нуждающиеся в систематизации и обобщении.

Из числа первых исследователей данного района можно назвать академика П. С. Палласа, проследовавшего в составе экспедиции летом 1768 г. по территории Пензенской и Симбирской губерний. Его путешествие проходило по территории бассейна р. Инзы из Пензы через села Озерки и Сызган в Симбирск. Исследования П. С. Палласа носят в большей степени описательный характер. В ходе экспедиции П. С. Паллас высказывает предположение, что леса между Пензой и Симбирском, богаты растениями (Паллас, 1773), но конкретные флористические данные им, к сожалению, не приводятся.

В начале XIX века на территории Приволжской возвышенности началось описание лесов и составление карт в связи с учреждением Лесного департамента. Данные геометрических карт Симбирской губернии 1805 г. (ГАУО, ф. 933, оп. 1, д. 224) и 1808 г. (ГАУО, ф. 933, оп. 1, д. 223) содержат сведения о корабельных сосновых лесах, казенных и принадлежащих селениям лесах. По этим данным лесистость территории, относящейся к Инзенскому району, составляла 85,3 %.

В 1834 г. по распоряжению Департамента государственных имуществ было предписано всем губерниям дать подробные сведения о произрастающих в лесах деревьях и кустарниках. Подобного рода описания обнаружены для Симбирской губернии (ГАУО, ф. 318, оп. 13, д. 30). По этим

сведениям лесистость Инзенского района составила 73 %.

Важным моментом в комплексном исследовании Поволжья является деятельность В. И. Рагозина (1881). В ходе путешествия по Волге и ее притокам исследователь побывал на Суре, а затем и на реке Инзе. Он приводит данные о протяженности реки (115 верст) и отмечает, что правый ее берег значительно круче левого. Им указано, что территория бассейна р. Инзы почти полностью покрыта сосновыми и широколиственными лесами (Рагозин, 1881).

Нельзя не отметить большой вклад в изучение растительного покрова в целом на Приволжской возвышенности таких ученых, как Ф. И. Рупрехта (1866), А. И. Липинского (1868), А. Н. Бекетова (1884, 1896), С. И. Коржинского (1888,1891,1893,1898), А. П. Ильинского (1925,1926).

Вся научная деятельность И. И. Спрыгина, начиная с 1896 г., связана с геоботаническими и флористическими исследованиями Приволжской возвышенности. В 1931 г. выходит в свет работа «Растительный покров Средневолжского края» со сводной картой. Согласно этой карте на территории бассейна р. Инзы преобладают лиственные леса, а сосновые встречаются небольшими массивами в окрестностях г. Инзы, с. Глотовки, р.п. Базарного Сызгана и у истока р. Инзы. Степные участки в бассейне р. Инзы на карте указаны точечно в восточной части. Автор отмечает, что хуже всего ботанически обследована Ульяновская область, поэтому изучение ее очень важно и актуально.

В более поздних работах особое внимание И. И. Спрыгин уделял редким и реликтовым видам растений (1936, 1938, 1941). В Никольском районе Пензенской области И. И. Спрыгиным обнаружен ряд редких видов, которые в дальнейшем были включены в Красную книгу Пензенской области. Это такие виды, как Andromeda polifolia, Artemisia armeniaca, A. pontica, Aster bessarabicus, Botrychium multifidum, Dactylorhiza incarnata, Diphasiastrum complanatum, Lupinaster pentaphyllus, Drosera obovata, Lycopodium с lav alum.

Platanthera chlorantha, Polygala sibirica, Prunella grandiflora, Pulmonaria mollis.

В рамках изучения естественноисторических условий Пензенской губернии в 1915 г. Пензенское Губернское Земство публикует труды экспедиций, организованных почвоведом Н. А. Димо. В работе дается подробнейшее описание рельефа, геологии, почв всего Городищенского уезда Пензенской губернии, приводятся карты изучаемых территорий. Большая часть этой работы посвящена изучению р. Инзы от ее истока и до устья, а также ее притоков. Особо отмечены в долине р. Инзы участки с кварцевыми песками, мелами и торфом. Работа Н. А. Димо (Архангельский, 1915) послужила основой для дальнейшего комплексного изучения бассейна р. Инзы.

В 1926 г. М. В. Лентовский приводит описания гидрографической сети Инзенского района, в котором отмечает, что «не считая рек Суры и Инзы, в районе более или менее больших рек нет». Протекающие по различным направлениям речки: Сюксюмка, Юловка, Озимка, Вырыпаевка, Сызган, Колдаиска, Маиска маловодны, однако, все быстротекущи и не лишены красоты и типичности речек холмистых и лесных районов (Лентовский, 1926а). В работе отмечается «бедность озерами и прудами И�