Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Флора обочин транспортных магистралей Окско-Донской равнины

ВАК РФ 03.02.01, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Флора обочин транспортных магистралей Окско-Донской равнины"

На правах рукописи

Л

РАЗУМОВА Елена Владимировна

ФЛОРА ОБОЧИН ТРАНСПОРТНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ ОКСКО-ДОНСКОЙ РАВНИНЫ (на примере Воронежской области)

03.02.01 - ботаника

1 2 ДЕК 2013

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Воронеж 2013

005543519

005543519

Работа выполнена на кафедре ботаники и микологии в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ВГУ»)

Научный руководитель:

доктор биологических наук, доцент Агафонов Владимир Александрович

Официальные оппоненты: Жужжалова Татьяна Петровна

доктор биологических наук, профессор Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы Россельхозакадемии им. А.Л. Мазлумова, отдел биотехнологии, заведующая

Терехова Наталья Алексеевна

кандидат биологических наук, доцент Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный педагогический университет», кафедра биологии растений и животных, доцент

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (ФГАОУ ВПО НИУ «БелГУ)

Зашита диссертации состоится «18» декабря 2013 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.038.05 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет» по адресу: 394006, г. Воронеж, Университетская пл., д. 1, ауд. 59

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежского государственного университета

Автореферат разослан « 15 » ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук

Барабаш Галина Ильинична

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность . исследования. Флористический состав антропогенно нарушенных территорий обычно достаточно сильно отличается от аборигенной флоры (Бурда, 1991) и представлен в основном растениями с широкой амплитудой экологической толерантности (Горчаковский, 1979). Особый интерес в этом отношении представляют транспортные магистрали, которые способствуют восстановлению разорванных системно-информационных связей между фрагментами ранее целостных природных комплексов (Хмелев, 1996), заносу и расселению адвентивных видов (Бочкин, 1994), одновременно являясь иногда местами обитания редких и охраняемых аборигенных видов (Elias, 1981; Brandes, 1986; Уральская, 2003; Панин, Березуцкий, 2007; Ветлужских, 2010). В практическом плане флора транспортных магистралей - главный источник сорных, ядовитых, аллергенных растений (Скворцова, Березуцкий, 2008).

Изучение флоры обочин транспортных артерий дает возможность установить динамику изменений видового состава растительности, происходящих в результате антропогенных воздействий на естественные фитоценозы. Данные о современном состоянии этих флор и изучение их динамики необходимы для понимания особенностей формирования растительного покрова региона, оценки экологической ситуации в целом и постоянного мониторинга придорожной флоры. Следствием мониторинга может стать прогностическая модель (Борисова, 2008), не только вскрывающая механизмы формирования флор, но и определяющая облик фитоценозов будущего. Знание этой модели поможет выработать пути управления флорогенезом в условиях сильнейшего антропогенного прессинга.

Сведения о растениях обочин автотрасс и железнодорожных насыпей можно встретить в работах целого ряда воронежских ботаников (Голицын, 1947; Барабаш, Камаева, 1989; Стародубцева, 1995; Агафонов, Абрамова, 1999; Агафонов, 2002; Агафонов, Семенов, 2002; Адвентивная флора .., 2004; Григорьевская, Лепешкина, 2005 и др.). Однако специальные исследования особенностей придорожной флоры в условиях такой естественной геоморфологической структуры как Окско-Донская равнина не проводились и обобщающие работы по данной тематике отсутствуют. Уникальность района исследований заключается в том, что он лежит на пересечении транспортных магистралей, связывающих южные и юго-восточные регионы России, сопредельные с ними государства Средней Азии и Украину с ее центром, представляя тем самым большой интерес в плане изучения механизмов обогащения региональной флоры чужеродными видами.

Цель и задачи исследования.

Целью нашей работы стало выявление особенностей флоры обочин транспортных магистралей Окско-Донской равнины на примере Воронежской области.

В связи с поставленной целью, необходимо было решить следующие задачи:

1. Осуществить инвентаризацию флоры обочин транспортных магистралей района исследований, составить конспект флоры;

2. Провести комплексный анализ флоры и установить особенности ее таксономической, биоморфологической, эколого-ценотической и географической структур;

3. Вывить роль аборигенного и адвентивного компонентов в формировании растительного покрова обочин транспортных магистралей;

4. Разработать рекомендации по рациональному использованию флоры обочин транспортных магистралей.

Научная новизна. Данная работа является первым специальным исследованием флоры обочин транспортных магистралей в Воронежской области и на территории Окско-Донской равнины в целом. Для территории Окско-Донской равнины в границах Воронежской области впервые дана сводка по флоре двух типов транспортных магистралей (автодорожного и железнодорожного). Проведен разноплановый анализ (таксономический, биоморфологический, экологический, эколого-фитоценотический, ареалогический) структуры исследованной флоры. Установлена специфика состава флор каждого типа транспортных магистралей, дана оценка степени участия и роли адвентов в формировании изученных флор.

Впервые для территории Центрального Черноземья выявлены три адвентивных вида - Dodartia orientalis L„ Polygonum argyrocoleon L., Ipomoea hederacea (L.) Jacq., для Воронежской области 2 вида - Senecio dubitalis С. Jeffrey et G. L. Chen, Panicum capillare L. Для 10 адвентивных и редких в области аборигенных видов (Acalypha australis L„ Aegilops cylindrica Host, Ceratocephala reflexa Stev., Glycyrrhiza echinata L„ G. glabra L„ Gypsophila paulii Klok., Potentilla bifurca L., Lathyrus aphaca L„ Nonea lutea (Desr.) DC., Phalaris canariensis L.) установлены новые места нахождения.

Впервые на исследованных экотопах выявлены популяции 14 охраняемых на региональном и федеральном уровнях аборигенных видов сосудистых растений -Anchusa ochroleuca М. Bieb., Campanula altaica Ledeb., Cephalaria litvinovii Bobrov, Bromopsis benekenii (Huds.) Holub, Galatella biflora (L.) Ness., G. linosyris (L.) Reichenb., Iris halophyla Pall., Limonium sareptanum (A. Beck.) Gams, L. tomentellum (Boiss.) O. Kuntze., Pedicularis dasystachys Schrenk, Pholiurus pannonicus (Host) Trin., Senecio paucifolius S. G. Gmel., S. schvetzovii Korsh., Stipa pennata L. Зарегистрировано 15 потенциально уязвимых видов флоры области, внесенных в Приложение к Красной книге Воронежской области (2011).

Содержание диссертации соответствует специальности 03.02.01. - «Ботаника» Паспорта специальностей.

Практическая значимость исследования. Материалы диссертационной работы дополняют и уточняют географию адвентивных и охраняемых аборигенных видов Воронежской области и служат базой для проведения мониторинговых исследований, направленных на изучение состояния видов, подлежащих охране, возможностей натурализации в регионе карантинных адвентов. Сведения о распространении потенциально опасных карантинных видов переданы в Федеральную службу управления Россельхознадзора по Воронежской области. Материалы исследований, касающиеся охраняемых видов, будут востребованы при переиздании Красной книги Воронежской области. Разработаны рекомендации по

охране и рациональному использованию видов придорожной флоры. Результаты исследования используются в курсах лекций «Ботаника с основами фитоценологии», «Общая экология», читаемых студентам факультета физико-математического и естественно-научного образования Борисоглебского педагогического института.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Флора обочин транспортных магистралей Окско-Донской равнины формируется высокоактивными, в основном травянистыми видами зональной флоры при участии адвентивного компонента из малоактивных сорных малолетников-кенофитов преимущественно азиатского и североамериканского происхождения.

2. Апофитный компонент флоры отражает почвенно-ценотические условия комплекса биотопов Окско-Донской равнины, по которым пролегают транспортные магистрали.

3. Исследуемая флора является источником обогащения территории региона инвазийными видами, ее таксономическая структура отличается от зональной повышением видового разнообразия семейств Сгиа/егае и СИепороеНасеае, отсутствием в спектре ведущих семейства Сурегасеае.

Личный вклад соискателя. Все полевые исследования и камеральная обработка полученного материала выполнены лично автором в период с 2007 по 2012 гг. Анализ и оформление полученных данных осуществлен автором самостоятельно, в соответствии с планом, согласованным с научным руководителем. Вклад автора в подготовке и написании совместных публикаций составляет 40 - 90%.

Апробация работы. Материалы исследований докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях преподавателей и студентов Борисоглебского государственного педагогического института (Борисоглебск, 2007-2013), научной сессии ВГУ (Воронеж, 2011), VII совещании по флоре Средней России (Курск, 2011), Региональной научной конференции «Флора и растительность Центрального Черноземья-2012» (Курск, 2012), на третьей Межрегиональной конференции «Антропогенное влияние на флору и растительность» (Липецк, 2012), Всероссийской научно-практической конференции «Биоразнообразие и антропогенная трансформация природных экосистем» (Балашов, 2013).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных статей, в том числе три - в изданиях из перечня ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложения. Она изложена на 285 страницах машинописного текста (основного текста - 182 страницы), иллюстрирована 26 таблицами и 17 рисунками. Список литературы включает 328 источников, в том числе 37 на иностранных языках.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.б.н., доц. В. А. Агафонову, научному сотруднику ХГПЗ Е. С. Нескрябиной за консультационную помощь, а также Н. Н. Цвелеву за помощь, оказанную в проверке наших определений отдельных видов растений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Обзор литературы

На основании анализа литературных источников в главе в историческом аспекте обсуждаются проблемы изучения и особенности флоры техногенных местообитаний, характеризуются особенности транспортных магистралей как местообитания растений (Грунер, 1987; Гроссет, Замятнин,1925, 1935; Голицын, 1947; Горчаковский, 1987, 1979; Игнатов, Чичев, 1989; Юрцев, Камелин, 1991; Мельник,1993; Березуцкий, 1999; Шадрин, 2000; Миронова, 2000; Миркин, Наумова, 2001; Антипина, 2002; Абрамова, 2003; Баранова, 2003; Борисова, 2003; Гельтман, 2003; Григорьевская и др., 2004; Игошева, 2007; Ветлужских, 2010; Миркин, 2011; Kornas, 1982; Pimentel et al., 2000; Richardson et al., 2000; Celesti-Grapow et al., 2006; Westhus et al., 2006 и др.).

Глава 2. Материал и методы исследований

Приводится характеристика природных условий Окско-Донской равнины (Агроклиматические ресурсы .., 1972; Ахтырцев, 1981; Ахтырцева, 1976; Камышев, Хмелев, 1976; Окско-Донское плоскоместье, 1976; Прихоперье, 1979; Эколого-географические районы Воронежской области, 1996 и др.).

Объектом исследований является флора обочин транспортных магистралей Окско-Донской равнины в границах Воронежской области. Частично исследованиями были охвачены прилегающие территории Тамбовской и Саратовской областей. Изучен видовой состав растений обочин двух типов магистралей - автомобильных и железнодорожных. При изучении флоры автодорог федерального, областного и районного значения обследовались обочины, полосы отчуждения и дренажные канавы. На железнодорожных транспортных путях - полотно с покрытием из щебня и железобетонных или деревянных шпал, междупутья, откосы насыпей и участки, прилегающие к путям, дюкеры (сооружение для отвода временных водных потоков) и пристанционные территории. Общая протяженность обследованных автодорожных и железнодорожных путей составила около 811 км - 313,6 км по железной дороге и 496,8 км на автотрассах (рис. 1).

Основные участки, изученные в районе исследований на железной дороге: Борисоглебск - Жердевка (Тамбовская обл.) (протяженность 104 км); Поворино - Таловая (протяженность 123 км); Поворино - Борисоглебск (протяженность 26,7 км); Поворино - Родничок (Саратовская обл.) (протяженность 57,9 км). На автотрассах: Борисоглебск - Большие Алабухи (протяженность 69 км); Борисоглебск - Рогачевка (протяженность 189 км); Борисоглебск - Саратовская обл. (протяженность 53,9 км); Эртиль - Елань-Колено (протяженность 101 км); Терновка - Новохоперск (протяженность 85,5 км).

Рис. 1 Карта-схема района исследований

Материалом для написания работы послужили исследования автора, проведенные в период с 2007 по 2012 годы. Сбор материала осуществлялся с апреля по октябрь. Исследования проводились традиционным маршрутным методом с неоднократным посещением участков в различные сроки вегетационного сезона и сопровождались закладкой временных пробных площадок, флористические описания проводились по общепринятым методикам.

За указанный период было собрано и обработано более 1000 гербарных образцов. Определение растений проводилось по сводкам «Флора Европейской части СССР» (1974-1989), «Флора Восточной Европы» (1996-2001, 2004), «Флора средней полосы Европейской части России» (Маевский, 2006). Камеральная обработка собранных материалов осуществлялась на базе кафедры ботаники и микологии Воронежского государственного университета. Проанализировано 228 литературных источников по теме исследования. Собранный материал обрабатывался с использованием компьютерной программы Microsoft Office (приложения Microsoft Office Word 2003, Microsoft Office Access 2003 и Microsoft Office Excel 2003).

В процессе работы был составлен конспект флоры, в который включены виды обочин автомобильных дорог и железнодорожных насыпей, зарегистрированные для района исследований. Латинские названия таксонов приводятся по сводке «Флора средней полосы Европейской части России» (Маевский, 2006). При анализе адвентивной фракции исследованной флоры нами взята за основу классификация, принятая в монографии «Адвентивная флора Воронежской области: исторический, биогеографический, экологический аспекты» (2004).

В основе анализа флоры лежат общепринятые методики (Шафер, 1956; Шмидт, 1980, 1987; Толмачев, 1986; Ильминских, 1998). При количественном анализе флоры нами использовались следующие показатели: 1) коэффициент сходства Жаккара, применяемый для определения степени сходства видового состава флор обочин транспортных магистралей разных типов; 2) коэффициенты родового (Кр) и видового (Кв) сходства - отношение числа всех родов (видов) флор обочин разных типов транспортных магистралей к общему числу ее видов (родов); 3) индекс апофитизации - отношение апофитов к общему числу видов исследуемых флор; 4) индекс адвентизации - отношение адвентов к общему числу видов исследуемых флор (Чичев, 1981; Шадрин, 2000; Гнатюк, Крышень, 2005).

Глава 3. Анализ флоры

Таксономическая структура флоры. Исследованная флора характеризуется достаточно высоким уровнем видового разнообразия: на обследованных участках обочин автомобильных трасс и железнодорожных насыпей было выявлено 724 вида из 351 рода, входящих в состав 66 семейств из 4 классов и 3 отделов (Ецш$еЮркуга, РторкуШ, Ma.gnolioph.yta). Основной объем флоры (720 видов, или 99,4 %) составляют цветковые растения, среди которых преобладают представители класса Magnoliopsida (82,2 %). Однодольных растений оказалось всего 17,3 %, что несколько меньше, чем в естественной флоре Воронежской области - 19,6 %

(Камышев, Хмелев, 1976).

Соотношение видов однодольных и двудольных во флорах автодорожных магистралей 1:6, железнодорожных - 1:5 (рис. 2), что практически равнозначно и отражает общее снижение роли однодольных растений во флорах антропогенно трансформированных территорий по сравнению с природными, отмечаемые и для других регионов (Ильминских, 1982; Ефимова, Ильминских, 1985; Хмелев, Березуцкий, 1995; Антипина и др., 1996; Березуцкий, 1999 и др.).

800 700 600 500 400 300 200 100 о

СФМ АДМ ЖДМ

Рис. 2. Соотношение видов однодольных и двудольных во флоре обочин транспортных магистралей.

Условные обозначения: СФМ - сводная флора магистралей, АДМ - флора автодорожных магистралей, ЖДМ - флора железнодорожных магистралей.

□ всего видов ■ двудольные

□ однодольные

Соотношение апофитных и адвентивных видов во флоре двух типов исследованных транспортных магистралей составляет 3:1 и демонстрирует глубокий характер нарушенное™ растительного покрова исследованных территорий (рис. 3). Более высокое участие участие адвентивных видов, зарегистрированных во флоре железнодорожных магистралей ..(31,7%) по сравнению с А ДМ (20,9%), позволяет рассматривать железнодорожные магистрали на исследуемой территории в качестве главных агентов в экспансии чужеродной флоры из сопредельных регионов. Значительная доля общих видов во флорах ЖДМ и АДМ (93,6% и 73,9%) с доминированием апофитной фракции (73,7% и 58,2% соответственно) определяется сходством экологических условий их местообитания. Однако флористическая специфика различных участков транспортных магистралей определяется особенностями почвенного покрова территории их пролегания и видовым составом прилегающих биотопов.

Рис. 3. Соотношение апофитных и адвентивных видов во флоре обочин транспортных магистралей.

Анализ систематической структуры флоры (табл.1) показал, что по характеру расположения в спектре десяти наиболее крупных семейств, исследованная флора несет черты зональной лесостепной (Цвелев, 1988), в которой, видовое разнообразие таких семейств как Сгиыгегае, РаЬасеае, Ьат1асеае, итЬеШ/егае, заметно выше, чем в лесной зоне (Миняев, Конечная, 1976). Высокое видовое богатство семейств Айегасеае и Роасеае в приведенном флористическом спектре в целом типично для различных территорий Восточноевропейской провинции Циркумбореальной флористической области (Миняев, Конечная, 1976; Камышев, 1978; Цвелев, 1988, 2000; Абрамов, 2000; Казакова, 2004 и др.). Характерной чертой спектра исследованной флоры является более высокое положение семейства Сгиы/егае, а также присутствие в первой его десятке семейства СкепоросИасеае. Оба эти семейства подчеркивают экстремальный характер исследованных экотопов. В

отличие от зональной флоры семейство Сурегасеае не входит в состав десяти ведущих по видовому богатству семейств.

Таблица 1

Спектр ведущих семейств флоры транспортных магистралей

Ведущие семейства Место в спектре Число видов % от общего числа видов Число родов % от общего числа родов

Asteraceae I 116 16,0 51 14,5

Роасеае II 84 11,6 41 11,7

Cruciferae Ш 50 6,9 31 8,8

Fabaceae IV 44 6,1 16 4,6

Umbelliferae V 36 5,0 26 7,4

Labiatae VI 35 4,8 22 6,3

Rosaceae VII 32 4,4 18 5,1

Caryophyllaceae VIII 31 4,3 13 3,7

Scrophulariaceae IX 30 4,1 11 3,1

Chenopodiaceae X 28 3,9 8 2,3

Итого: I-XIV 486 67,1 237 67,5

Снижение доли типичного для бореальных флор гигрофильного семейства Сурегасеае на исследованной территории по сравнению с региональной флорой в два раза (2,1% и 4,2% соответственно) связано со спецификой условий местообитаний придорожной флоры, которые, в основном, благоприятствуют развитию мезофильных и ксерофильных видов. Но в тоже время роду Сагех в родовом спектре исследованной флоры (табл.2), принадлежит одно из ведущих мест, что объясняется качественным составом видов этого рода, более половины которых (Сагех colchica J. Gay, С. contigua Hoppe, С. melanostachya Bieb. et Willd, C. praecox Schreb., C. stenophylla Wahlenb., C. supina Wahlenb.) относится к мезоксерофитам и ксерофитам, для некоторых из них, например, С. contigua, С. melanostachya, характерен довольно широкий спектр местообитаний.

В целом относительно высокая видовая представленность рода Сагех и присутствие в исследованной флоре гигрофильных видов осок определяется условиями района исследований, среди которых следует особо отметить близкое залегание уровня грунтовых вод на Окско-Донской равнине и конструктивные особенности насыпей дорог и дорожных обочин (наличие различных понижений, вымочек в кюветах, сооружений для водоотведения и т.п.).

Таблица 2

Спектр ведущих родов флоры транспортных магистралей

Ведущие роды Место в спектре Число видов % от общего числа видов

Сагех i-ni 10 1,4

Centaurea I-III 10 1,4

Veronica I-Ш 10 1,4

Artemisia iv-vni 9 1,2

Atriplex iv-vni 9 1,2

Polygonum iv-vin 9 1,2

Potentilla IV-VIII 9 1,2

Senecio IV-VIII 9 1,2

Galium IX-XI 8 1,1

Vicia IX-XI 8 1,1

Viola IX-XI 8 1,1

Итого: I-XIV 99 13,5

Положение в спектре рода Verónica совпадает с его местом в региональной флоре (Камышев, Хмелев, 1976) и связано с соседством автодорожных обочин и железнодорожных насыпей с луговыми и степными фитоценозами, наиболее характерными для района исследований. Высокий статус родов Centaurea и Artemisia демонстрирует тенденции к ксерофитизации антропогенных обочин, значительная доля видов которых ксерофиты.

Анализ флористического состава исследуемых типов транспортных магистралей с использованием коэффициента Жаккара (Kj) показал, что флоры АДМ и ЖДМ обладают большим сходством как полных списков видов, так и их апофитных и адвентивных фракций (KJ=0,7; 0,72; 0,63 соответственно), что объясняется относительной однообразностью характеризующих их экологических параметров.

Биоморфологическая структура (рис. 4) демонстрирует преобладание в исследуемой флоре травянистых растений, а среди них - многолетников (368 видов, или 51,9%), что является закономерным отражением ее региональной приуроченности и соответствует биологическому спектру К. Раункиера (Культиасов, 1982) для флоры умеренной зоны Евразии, указывающей на ее гемикриптофитный характер.

Преобладание среди многолетних травянистых растений во флоре транспортных магистралей антропофобных видов (79,5% от всех травянистых многолетников исследуемой флоры), определяется тем, что дороги нередко прилегают вплотную к природным фитоценозам.

Рис. 4. Соотношение видов жизненных форм во флоре транспортных магистралей (по: Серебряков, 1964): 1 - древесные (12 видов); 2 - полудревесные (33 вида); 3 - многолетние травы (376 видов); 4 - малолетние травы (303 вида).

Довольно высокая доля участия малолетников во флорах двух типов транспортных магистралей подчеркивает экстремальность исследованных экотопов, где именно они становятся обильными (табл. 3). Превосходство многолетних видов характерно в основном для тех участков автодорог и железнодорожных насыпей, которые пролегают через слабо трансформированные естественные фитоценозы.

Таблица 3

Соотношение жизненных форм во флоре разных типов транспортных магистралей

Биоморфологическая группа АДМ ЖДМ

Число видов % от общего числа видов СФМ Число видов % от общего числа видов СФМ

Древесные 12 1,7 9 1,2

Полудревесные 31 4,3 31 4,3

Многолетние травы 365 50,4 262 36,2

Малолетние травы 281 38,8 242 33,4

Итого: 689 95,2 544 75,1

На участках транспортных магистралей, где уровень антропогенной нагрузки возрастает (остановки и стоянки автотранспорта, придорожные кафе, различные структуры сервисных служб, железнодорожные платформы и др.), обычно, напротив, преобладают аборигенные и адвентивные сорные малолетние виды.

Занимая обычно открытые и хорошо освещаемые пространства, железнодорожные насыпи и обочины автомагистралей благоприятствуют развитию в придорожных условиях сообществ, формируемых светолюбивыми растениями.

Экологическая структура. Характерные черты экологической структуры (рис.5) исследуемой флоры - преобладание в ней видов мезофильного ряда и участие видов гигрофильного ряда, которые вместе составляют немногим более половины флоры (58,1%) всех ее представителей, определяются общими физико-географическими особенностями Окско-Донской низменности (слабая дренированность территории при близком залегании уровня грунтовых вод), а также наличием дюкеров, понижений, иногда довольно глубоких, в основании насыпей.

С другой стороны, высокая доля участия во флоре ксерофитов обусловлена конструктивной спецификой транспортных магистралей, особенно железных дорог - приподнятостью полотна, крутизной насыпей, характером насыпного субстрата, хорошей продуваемостью, освещенностью, и, как следствие, высокой испаряемостью с поверхности.

41,9%

50,5%

Рис. 5. Соотношение экологических рядов во флоре транспортных магистралей: 1-гигрофитный (53 вида); 2- мезофитный (366 видов); 3 - ксерофитный (303 вида).

Эколого-фитоценотическая структура. Проведенный эколого-фитоценотический анализ (табл. 4) выявил общую закономерность для всех исследованных транспортных магистралей и в целом сводной флоры -преобладание сорных видов, которых зарегистрировано на АДМ - 223, ЖДМ - 209 и в СФМ - 242. Сорные виды составляют практически третью часть (33,1%) от всех видов транспортных магистралей. На синантропный характер исследуемой флоры указывает также обилие уходящих из культуры растений.

Снижение доли луговых (8,4%), степных (5,0%), прибрежно-водных (2,8%) и лесных (1,4%) видов в исследуемой флоре по сравнению с региональной, определяется условиями густо населенного района исследований, где остатки индигенной растительности немногочисленны и часто представляют собой узкие полосы между дорожным полотном и агроценозами, созданными в результате распашки некогда существовавших на этом месте природных сообществ.

Таблица 4

Эколого-фитоценотическая структура флоры транспортных магистралей

Эколого-фитоценотическая группа Число видов во флоре транспортных магистралей

АДМ Ж ДМ СФМ

Число видов % от общего числа видов СФМ Число видов % от общего числа видов СФМ Число видов % от общего числа видов СФМ

Культивируемые 80,0 11,0 62,0 8,6 85,0 11,7

Сорные 223,0 30,8 209,0 28,7 240,0 33,1

Опушечные 158,0 21,8 104,0 14,4 160,0 22,1

Псаммофильные 61,0 8,4 53,0 7,3 67,0 9,3

Луговые 56,0 7,7 44,0 6,1 61,0 8,4

Галофильные 41,0 5,7 20,0 2,8 39,0 5,4

Степные 35,0 4,8 31,0 4,3 36,0 5,0

Прибрежно-водные 22,0 3,0 12,0 1,7 20,0 2,8

Лесные 10,0 1,4 6,0 0,8 10,0 1,4

Кальцефильные 3,0 0,4 3,0 0,4 4,0 0,6

Всего: 689,0 95,2 544,0 75,1 724,0 100,0

Ареалогический анализ. Формирование апофитного элемента флоры транспортных магистралей осуществляется преимущественно за счет евроазиатских, европейско-западноазиатских видов европейско-азиатской группы и видов плюризональной группы ареалов (рис. 6).

2 55%

Рис. 6. Географическая структура апофитной фракции флоры транспортных магистралей: 1-плюризональная группа (82 вида), 2 - европейско-азиатская (302 вида), 3 - восточноевропейско-азиатская (44 вида), 4 - юго-восточноевропейско-азиатская (16 видов), 5 - евросибирско-азиатская (19 видов), 6 - евросибирская (21 вид), 7 - европейская (63 вида).

Пополнение придорожной флоры происходит в основном за счет адвентивных видов азиатского происхождения (табл. 5), что вполне объяснимо спецификой географического положения района исследований, находящегося на пересечении транспортных путей, связывающих между собой Центральную и Западную Россию с ближними и дальними азиатскими регионами.

Таблица 5

Происхождение видов адвентивной фракции флоры транспортных магистралей

Родина; исходный ареал Число видов в группе % от общего числа адвентивных видов

Средиземноморье 29 16,4

Азия 50 28,4

Европа 18 10,2

Юг Евразии 20 11,4

Америка 41 23,3

Южная Африка 3 1,7

Сибирь 3 1,7

Кавказ 1 0.6

Другие: 11 6,3

Итого: 176 100

Среди представителей других континентов лидируют американские, преимущественно североамериканские, растения, которые вместе с выходцами из Азии составляют более половины адвентивного компонента флоры (51,7 %). Приток европейских и североамериканских видов растений осуществляется в результате мощного грузопотока с западных территорий России.

Активность видов исследуемой флоры. В стратегии активности апофитных и адвентивных видов флоры транспортных магистралей наблюдаются следующие тенденции (рис. 7). Наибольшее количество видов апофитной фракции - 254, проявляют высокую активность.

В адвентивной фракции преобладают малоактивные виды, на которые приходится около половины (47,2 %) видов фракции. Высокую ценотическую активность демонстрируют лишь 7,3% адвентивных видов исследуемой флоры, что подтверждает данные других исследователей (Борисова, 2002; Третьякова, 2010).

250

я 200 §150

Щ юо

и а

х 50

О

3 4

АКТИВНОСТЬ

□ Адвенты ИАпофиты

Рис. 7. Активность видов флоры транспортных магистралей: 1 - неактивные; 2 -малоактивные; 3 - среднеактивные; 4- активные; 5 - высокоактивные.

Глава 4. Анализ сорной фракции флоры транспортных магистралей

На железнодорожных насыпях и автодорожных обочинах зарегистрировано 242 вида сорных растений, относящихся к 145 родам и 34 семействам, что составляет треть представителей исследуемой флоры (табл. 6). Оба типа транспортных путей характеризуется примерно одинаковым составом таксонов надвидового уровня.

Таблица 6

Структура сорной фракции придорожной флоры

Типы транспортных путей

АДМ ЖДМ

Показатели СФМ Сорная фракция Число таксонов, групп (доля в %) во флорах транспортных путей от общего числа таксонов в, группах СФМ / сорной фракции

Отделов 3 1 1 1

Классов 4 2 2 2

Семейств 66 34 34 31

Родов 351 145(41,3) 133(37,9/91,7) 127(36,2/87,6)

Видов, из них: 724 240(33,1) 226(31,2/93,4) 207(28,6/85,5)

Двудольные 595 214(40,5/89,1) 204(34,3/84,6) 181(30,4/84,6)

Однодольные 125 26(20,8/10,8) 22(17,6/84,6) 16(12,8/61,5)

Апофиты 548 178(32,5/74,2) 173(31,6/97,2) 145(26,5/81,5)

Адвенты 176 62(35,2/25,8) 53(30,1/85,5) 62(35,2/100)

В составе сорной фракции исследованной флоры преобладают апофиты (178 видов, 72,2%), среди которых доминируют представители европейско-азиатской группы (61,2%), преимущественно евроазиатские и европейско-западноазиатские малолетние (60,9%), мезофитные (49,4%) виды. Для сорной фракции исследованной флоры характерна относительно высокая видовая представленность семейств Cruciferae и Chenopodiaceae и таких родов как Atriplex, Polygonum, Chenopodium, Cirsium. Кроме того, специфика сорной фракции проявляется в обилии маловидовых родов (82,4 % от общего состава сорной фракции). Коэффициенты родового (Кр) и видового (Кд) сходства для каждого из типов магистралей одинаковы (0,8) и демонстрируют высокий уровень флористического сходства сорной флоры АДМ и ЖДМ, одновременно свидетельствуя о своеобразии выделенных биотопов, выражающемся в более высокой доле участия родов Atriplex, Potentilla и Cirsium во флоре АДМ.

В адвентивном компоненте сорной фракции флоры преобладают американские (27,4%), азиатские (22,6%) и европейские виды (17,7%), причем в составе флоры ЖДМ доля адвентивных видов выше, чем во флоре АДМ.

Глава 5. Адвентивная фракция флоры транспортных магистралей и ее

анализ

К адвентивной фракции флоры принадлежит 176 видов сосудистых растений из 131 рода, входящих в состав 42 семейств из отдела Magnoliophyta.

Формирование адвентивной фракции флоры транспортных магистралей осуществляется преимущественно травянистыми мезофитными (75,0%), «беглецами из культуры» (46,6%) и сорными (41,5%) малолетниками (65,9%) в основном из класса Magnoliopsida (152 вида) азиатского и североамериканского происхождения.

В спектре семейств лидируют Asteraceae (15,9%), Роасеае (13,1%), Cruciferae (6,8%), Fabaceae (6,3%). Отличительные черты таксономической структуры адвентивного компонента от спектра зональной аборигенной флоры - высокое положение семейств Cruciferae (6,8%), Fabaceae (6,3%) и Chenopodiaceae (5,7%) и присутствие такого крупного по видовой представленности семейства как Cucurbitaceae, отсутствующего в спектре ведущих семейств региональной флоры (Камышев, Хмелев, 1976). Специфика адвентивной фракции обусловлена присутствием маповидовых родов. По времени заноса преобладают кенофиты (90,3%), способу заноса ксенофиты (52,8%), преимущественно сорные (80 видов), по степени натурализации более трети видов (37 %) принадлежит к эпекофитам (табл.

7).

Для некоторых эфемерофитов (Dodartia orientalis, Polygonum argyrocoleon, Ipomoea hederaceae, Senecio dubitalis, S. viscosus L., Acalypha australis, Lathyrus aphaca, Panicum capillare, Gypsophila paulii) придорожные условия - единственное место их обитания в Воронежской области.

Таблица 7

Распределение адвентивных видов флоры транспортных магистралей по времени заноса, способу заноса и степени натурализации.

Группы адвентивных видов *эф эф-эп эф-агр кол кол-агр эп эп-кол агр агр-эп всего

Абсолютное число видов / % от общего числа адвентивных видов

ксенофиты археофиты 1/0,6 5/2,8 1/0,6 7/4

кенофиты 16/9 9/5,1 1/0,6 4/2,3 40/22,7 2/1,1 12/6,8 84/47,7

итого 17/9,6 9/5,1 1/0,6 4/23 47/26,7 2/1,1 13/7,4 93/52,8

эргазиофиты археофиты 2/1,1 5/2,8 1/0,6 8/4,5

кенофиты 19/10,8 6/3,4 4/2,3 18/10,2 5/3,4 12/6,8 2/1,1 67/38,1

итого 21/11,9 11/63 4/23 19/10,8 5/3,4 12/6,8 2/1,1 74/42,6

эргазиофиго-фиты археофиты 2/1,1 2/1,1

кенофиты 1/0,6 1/0,6 2/1,1

итого 1/0,6 2/1,1 1/0,6 4/23

эргазиофиго- фиты- ксенофиты археофиты

кенофиты 1/0,6 1/0,6

итого 1/0,6 1/0,6

ксеноэргазио-фиты археофиты

кенофиты 1/0,6 1 1/0,6 1/0,6 3/1,7

итого 1/0,6 1/0,6 1/0,6 3/1,7

Всего 41/233 22/12,5 1/0,6 8/4,5 1 65/37 7 26(14,8) 2/1,1 176

♦Сокращения: эф - эфемерофиты, агр - агриофиты, эф-эп - эфемерофиты-эпекофиты, эф-агр - эфемерофиты-агриофиты, кол - колонофиты, кол-агр - колонофиты-агриофиты, эп -эпекофиты, эп-кол - эпекофиты-колонофиты, агр-эп - агриофиты-эпекофиты.

Глава 6. Проблемы охраны и рационального использования флоры обочин транспортных магистралей

На обочинах исследованных транспортных магистралей, как правило, в своеобразных микрорефугиумах экотонных зон, тесно соседствующих с природными слабо трансформированными растительными комплексами, зарегистрировано 14 степных и галофильных видов, охраняемых на региональном и федеральном уровнях. Из них в Красную книгу РФ (2008) занесены 2 вида: Cephalaria litvinovii (статус федеральный категория 2 - вид, сокращающийся в численности) и Stipa pennata (категория 3 - редкий вид). Особую ценность представляет находка первого вида, которому в Красной книге Воронежской области присвоена категория 0 - вероятно исчезнувший с территории области вид. Довольно крупная популяция головчатки Литвинова была найдена на обочине автотрассы Курск-Саратов. В Красную книгу Воронежской области занесены с присвоением категории 2 - сокращающиеся в численности Anchusa ochroleuca, Iris halophyla, Limonium sareptanum\ категория 3 - редкий вид, присвоена 9 видам: Campanula altaica, Bromopsis benekenii, Galatella biflora, G. linosyris, Limonium tomentellum, Pedicularis dasystachys, Pholiurus pannonicus, Senecio paucifolius, S. schvetzovii.

В специфических условиях дорожных обочин мероприятия по сохранению популяций редких видов должны включать мониторинг состояния популяций, изучение особенностей биологии в данном местообитании, щадящее отношение к местам обитания редких видов при проведении работ по содержанию автотрасс и железных дорог (регламентация сроков обкашивания обочин, запрет на применение гербицидов), при необходимости проведение реинтродукции популяций в подходящие природные условия.

В хозяйственном отношении в исследованной флоре преобладают лекарственные растения (рис. 8), особо следует отметить карантинные сорняки (Acroptilon repens (L.) DC., Ambrosia artemisiifolia L., A. trífida L. и Ipomoea hederaceae (L.) Jacq.) и ядовитыми виды, представляющие угрозу для агроценозов и здоровья людей и требующими постоянного контроля со стороны карантинных и санитарно-эпидемиологических региональных служб.

Рис. 8. Группы хозяйственно-значимых растений флоры транспортных магистралей: 1 -лекарственные (92 вида); 2 - технические (6 видов); 3 - декоративные (38 видов); 4 - карантинные сорняки (4 вида); 5 - медоносные (46 видов); 6 - ядовитые (19 видов); 7 - пищевые (37 видов); 8 -кормовые (32 вида).

Кроме того, это лекарственные (12,8% от СФМ), кормовые (4,6%), медоносные (7,3%) и пищевые (5,3%) растения. Некоторые многолетники могут с успехом использоваться в озеленении придорожного пространства населенных пунктов и в качестве закрепляющих, противоэрозионных естественных покрытий.

Выводы

1. Флора обочин транспортных магистралей района исследований представлена 724 видами из 351 рода, 66 семейств из классов Ецшзе1орз1йа, Pinopsida, MagnoUopsida, LiUopsida, принадлежащих отделам Equisetophyta, Рторкуга, Magnoliophyta. Характерной особенностью систематической структуры флоры является отсутствие в составе ведущих семейства Сурегасеае, высокая видовая представленность семейств Cruciferae и Chenopodiaceae, что подчеркивает

антропогенный характер исследованных местообитаний. Установлено, что дорожные обочины являются местообитаниями 14 редких степных и галофильных видов, охраняемых на региональном (12 видов) и федеральном (2 вида) уровнях.

2. Анализ биоморфологической структуры показал, что флора транспортных магистралей формируется преимущественно травянистыми многолетними (51,9 %) и малолетними (41,9 %) растениями, среди которых высока доля сорных аборигенных и адвентивных видов (33,4%).

3. На фоне преобладания во флоре видов мезофильного ряда (50,5 %) существенное участие видов ксерофитного ряда (41,9 %) объясняется гетерогенностью исследованных местообитаний, которые обусловлены физико-географическими особенностями территории Окско-Донской равнины и конструктивными особенностями транспортных магистралей.

4. Индикаторами почвенно-ценотических условий Окско-Донской равнины, по которым пролегают транспортные магистрали, являются представители аборигенных степной (5,0%), псаммофильной (9,3 %), галофильной (5,4 %) и луговой (8,4%) эколого-ценотических групп исследованной флоры.

5. Формирование апофитного элемента флоры транспортных магистралей осуществляется преимущественно за счет видов европейско-азиатской группы (302 вида, 55 %), в которой преобладают виды с евроазиатским и европейско-западноазиатским типами ареалов, и видов плюризональной группы ареалов (82 вида, 15 %). Обогащение исследованной флоры происходит в основном за счет адвентивных видов азиатского и североамериканского происхождения, которые составляют более половины адвентивной фракции (51,7 %).

6. В адвентивной фракции флоры по времени заноса преобладают кенофиты (90,3%), по способу иммиграции - ксенофиты (52,8%), по степени натурализации -эпекофиты (38,0%), причем высокую ценотическую активность из числа адвентов демонстрируют лишь 7,3% видов, остальные - малоактивные и неактивные.

7. В исследованной флоре 30% видов имеют хозяйственное значение, являясь лекарственными, кормовыми, медоносными и пищевыми растениями. Предложен перечень корневищных и дерновинных злаков исследуемой флоры, пригодных для использования в создании противоэрозионных покрытий естественного происхождения. Для видов, занесенных в Красные книги РФ (2008) и Воронежской области (2011), разработаны мероприятия по сохранению их локальных популяций в специфических условиях дорожных обочин.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Статьи в изданиях из перечня ВАК РФ

1. Агафонов В. А. Новые и редкие виды сосудистых растений для флоры Воронежской области / В. А. Агафонов, А. П. Сухоруков, М. Л. Зайцев, В. В. Негробов, Б. И. Кузнецов, Е. В. Разумова // Ботанический журнал. - 2011. - Т. 96. -№ 1. - С. 274-279.

2. Агафонов В. А. Новые материалы к флоре Воронежской области / В. А. Агафонов, Е. В. Разумова, Б. И. Кузнецов, В. В. Негробов, О. В.Прохорова // Ботанический журнал. - 2012. - Т. 97. - № 2. - С. 276-279.

3. Разумова Е. В. Таксономический анализ флоры транспортных магистралей Юго-Восточной части Окско-Донской равнины (в границах Воронежской области) / Е. В. Разумова // Вестник Воронежского государственного университета, серия: Химия. Биология. Фармация. - 2012. - № 1. - С.134-139.

Статьи в прочих изданиях

4. Агафонов В. А. Дополнительные материала к флоре Воронежской области / В. А. Агафонов, В. В. Негробов, Б. И. Кузнецов, Е. В. Разумова, Е. В. Авдеева // Вестник Воронежского государственного университета, серия: Химия. Биология. Фармация. - 2009. - № 2. - С. 76-82.

5. Разумова Е. В. К вопросу о необходимости изучения и формирования флористического комплекса города Борисоглебска / Е. В. Разумова // Исследования естественных экосистем Прихоперья и их использование в обучении (флора, фауна, экология, физиология). Вып. 5. - Борисоглебск, 2009. - С. 62-65.

6. Разумова Е. В. Glycyrriza glabra L. на железнодорожной насыпи в окрестностях города Борисоглебска / Е. В. Разумова / Исследования естественных экосистем Прихоперья и их использование в обучении (флора, фауна, экология, физиология). Вып. 6. - Борисоглебск, 2010. - С. 62-65.

7. Разумова Е. В. Карантинные сорняки Ambrosia artemisiifolia L. и A. trífida L. (Asteraceae) в городе Борисоглебске / Е. В. Разумова / Состояние и проблемы экосистем среднерусской лесостепи. - Воронеж, 2010. - (Труды биологического учебно-научного центра Воронежского государственного университета «Веневитиново»; Вып. XXIV) - С. 88-92.

8. Разумова Е. В. О некоторых синантропных видах во флоре города Борисоглебска / Е. В. Разумова / Состояние и проблемы экосистем среднерусской лесостепи. - Воронеж, 2010. - (Труды биологического учебно-научного центра Воронежского государственного университета «Веневитиново»; вып. XXIV) - С. 9395.

9. Разумова Е.В. Роль рудеральных местообитаний в формировании адвентивного компонента флоры города Борисоглебска / Е. В. Разумова / Исследования естественных экосистем Прихоперья и сопредельных территорий, их использование в обучении (флора, фауна, экология, физиология). - Вып. 7. -Борисоглебск, 2011. - С. 16-21.

10. Разумова Е. В. О новых местонахождениях некоторых адвентивных видов на антропогенно-трансформированных экотопах Северо-востока Воронежской области / Е. В. Разумова // Изучение и охрана флоры Средней России: материалы VII науч. совещ. по флоре Средней России (Курск, 29-30 января 2011 г.) / Под. ред. В. С. Новикова, С. Р. Майорова и А. В. Щербакова. — М.: Изд-во Ботанического сада МГУ, 2011.-С. 128-131.

11. Разумова Е.В. О новых местонахождениях адвентивных видов во флоре транспортных магистралей юго-востока Окско-Донской равнины в пределах Воронежской области / Е. В. Разумова, В. А. Агафонов // Антропогенное влияние на флору и растительность: Материалы Ш межрегиональной науч. конф. (г. Липецк, 17-18 февраля 2012 г.). - Липецк: Липецкий государственный педагогический университет, 2012. - С. 128-131.

12. Разумова Е. В. О некоторых адвентивных и редких видах флоры транспортных магистралей Воронежской области / Е. В. Разумова, В. А. Агафонов // Флора и растительность Центрального Черноземья - 2012: Материалы науч. конф. (г. Курск, 6 апреля 2012 г.). - Курск: Курский государственный университет, 2012. -С. 86-89.

Подписано в печать 14.11.2013 г. Тираж 100 экз. Заказ № 2170 Отпечатано в типографии ООО «Кристина и К» г. Борисоглебск, ул. Свободы, 188в

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Разумова, Елена Владимировна, Воронеж

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «ВГУ»)

На правах рукописи

04201452^59

РАЗУМОВА Елена Владимировна

ФЛОРА ОБОЧИН ТРАНСПОРТНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ ОКСКО-ДОНСКОЙ РАВНИНЫ (на примере Воронежской области)

Шифр и наименование специальности: 03.02.01. - ботаника

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент Агафонов Владимир Александрович

Воронеж 2013

Введение 4

Глава 1. Обзор литературы 9

1.1. Проблемы изучения флоры техногенных местообитаний и их специфика 9

1.2. Механизмы формирования флористического состава анропогенно нарушенных территорий. Роль адвентивного компонента антропофильной флоры 14

1.3. Особенности магистральных ландшафтно-техногенных систем как мест обитания растений 27

1.3.1. Общая характеристика транспортных магистралей 27

1.3.2. Железные дороги как места обитания флоры 28

1.3.3. Автомобильные дороги как места обитания флоры 31

1.4. Краткий исторический очерк изучения флоры транспортных магистралей и ее специфики 33 Глава 2. Материалы и методы исследований 43

2.1. Физико-географические и природные условия района исследования 43

2.2. Объект, материалы и методы исследований 47 Глава 3. Анализ флоры 52

3.1. Анализ систематической структуры флоры 52

3.2. Биоморфологический анализ флоры 60

3.3. Экологическая структура флоры 67

3.4. Анализ эколого-фитоценотической структуры флоры 73

3.5. Ареалогический анализ 80

3.6. Активность видов исследуемой флоры 87 Глава 4. Анализ сорной фракции флоры транспортных магистралей 96 Глава 5. Адвентивная фракция флоры транспортных магистралей

и ее анализ 110

Глава 6. Проблемы охраны и рационального использования флоры

обочин транспортных магистралей 132

2

Выводы 245

Список литературы ¡47

Приложение 2 33

ВВЕДНИЕ

Актуальность исследования. Флористический состав антропогенно нарушенных территорий обычно достаточно сильно отличается от аборигенной флоры (Бурда, 1991) и представлен в основном растениями с широкой амплитудой экологической толерантности (Горчаковский, 1979). Особый интерес в этом отношении представляют транспортные магистрали, которые способствуют восстановлению разорванных системно-информационных связей между фрагментами ранее целостных природных комплексов (Хмелев, 1996), заносу и расселению адвентивных видов (Бочкин, 1994), одновременно являясь иногда местами обитания редких и охраняемых аборигенных видов (Elias, 1981; Brandes, 1986; Уральская, 2003; Панин, Березуцкий, 2007; Ветлужских, 2010). В практическом плане флора транспортных магистралей - главный источник сорных, ядовитых, аллергенных растений (Скворцова, Березуцкий, 2008).

Изучение флоры обочин транспортных артерий дает возможность установить динамику изменений видового состава растительности, происходящих в результате антропогенных воздействий на естественные фитоценозы. Данные о современном состоянии этих флор и изучение их динамики необходимы для понимания особенностей формирования растительного покрова региона, оценки экологической ситуации в целом и постоянного мониторинга придорожной флоры. Следствием мониторинга может стать прогностическая модель (Борисова, 2008), не только вскрывающая механизмы формирования флор, но и определяющая облик фитоценозов будущего. Знание этой модели поможет выработать пути управления флорогенезом в условиях сильнейшего антропогенного прессинга.

Сведения о растениях обочин автотрасс и железнодорожных насыпей

можно встретить в работах целого ряда воронежских ботаников (Голицын,

1947; Барабаш, Камаева, 1989; Стародубцева, 1995; Агафонов, Абрамова,

1999; Агафонов, 2002; Агафонов, Семенов, 2002; Адвентивная флора ...,

4

2004; Григорьевская, Лепешкина, 2005 и др.). Однако специальные исследования особенностей придорожной флоры в условиях такой естественной геоморфологической структуры как Окско-Донская равнина не проводились и обобщающие работы по данной тематике отсутствуют. Уникальность района исследований заключается в том, что он лежит на пересечении транспортных магистралей, связывающих южные и юго-восточные регионы России, сопредельные с ними государства Средней Азии и Украину с ее центром, представляя тем самым большой интерес в плане изучения механизмов обогащения региональной флоры чужеродными видами.

Цель и задачи исследования.

Целью нашей работы стало выявление особенностей флоры обочин транспортных магистралей Окско-Донской равнины на примере Воронежской области.

В связи с поставленной целью, необходимо было решить следующие задачи:

1. Осуществить инвентаризацию флоры обочин транспортных магистралей района исследований, составить конспект флоры;

2. Провести комплексный анализ флоры и установить особенности ее таксономической, биоморфологической, эколого-ценотической и географической структур;

3. Вывить роль аборигенного и адвентивного компонентов в формировании растительного покрова обочин транспортных магистралей;

4. Разработать рекомендации по рациональному использованию флоры обочин транспортных магистралей.

Научная новизна. Данная работа является первым специальным

исследованием флоры обочин транспортных магистралей в Воронежской

области и на территории Окско-Донской равнины в целом. Для территории

Окско-Донской равнины в границах Воронежской области впервые дана

сводка по флоре двух типов транспортных магистралей (автодорожного и

5

железнодорожного). Проведен разноплановый анализ (таксономический, биоморфологический, экологический, эколого-фитоценотический, ареалогический) структуры исследованной флоры. Установлена специфика состава флор каждого типа транспортных магистралей, дана оценка степени участия и роли адвентов в формировании изученных флор.

Впервые для территории Центрального Черноземья выявлены три адвентивных вида - Dodartia orientalis L., Polygonum argyrocoleon L., Ipomoea hederacea (L.) Jacq., для Воронежской области 2 вида - Senecio diibitalis С. Jeffrey et G. L. Chen, Panicum capillare L. Для 10 адвентивных и редких в области аборигенных видов {Acalypha aiistralis L., Aegilops cylindrica Host, Ceratocephala reflexa Stev., Glycyrrhiza echinata L.; G. glabra L., Gypsophila paidii Klok., Potentilla bifurca L., Lathyrus aphaca L., Nonea lutea (Desr.) DC., Phalaris canariensis L.) установлены новые места нахождения.

Впервые на исследованных экотопах выявлены популяции 14 охраняемых на региональном и федеральном уровнях аборигенных видов сосудистых растений — Anchusa ochroleuca М. Bieb., Campanula altaica Ledeb., Cephalaria litvinovii Bobrov, Bromopsis benekenii (Huds.) Holub, Galatella biflora (L.) Ness., G. linosyris (L.) Reichenb., Iris halophyla Pall., Limonium sareptanum (A. Beck.) Gams, L. tomentellum (Boiss.) O. Kuntze., Pedicularis dasystachys Schrenk, Pholiurus pannonicus (Host) Trin., Senecio paucifolius S. G. Gmel., S. schvetzovii Korsh., Stipapennata L. Зарегистрировано 15 потенциально уязвимых видов флоры области, внесенных в Приложение к Красной книге Воронежской области (2011).

Содержание диссертации соответствует специальности 03.02.01. -«Ботаника» Паспорта специальностей.

Практическая значимость исследования. Материалы

диссертационной работы дополняют и уточняют географию адвентивных и

охраняемых аборигенных видов Воронежской области и служат базой для

проведения мониторинговых исследований, направленных на изучение

состояния видов, подлежащих охране, возможностей натурализации в

б

регионе карантинных адвентов. Сведения о распространении потенциально опасных карантинных видов переданы в Федеральную службу управления Россельхознадзора по Воронежской области. Материалы исследований, касающиеся охраняемых видов, будут востребованы при переиздании Красной книги Воронежской области. Разработаны рекомендации по охране и рациональному использованию видов придорожной флоры. Результаты исследования используются в курсах лекций «Ботаника с основами фитоценологии», «Общая экология», читаемых студентам факультета физико-математического и естественно-научного образования Борисоглебского педагогического института.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Флора обочин транспортных магистралей Окско-Донской равнины формируется высокоактивными, в основном травянистыми видами зональной флоры при участии адвентивного компонента из малоактивных сорных малолетников-кенофитов преимущественно азиатского и североамериканского происхождения.

2. Апофитный компонент флоры отражает почвенно-ценотические условия комплекса биотопов Окско-Донской равнины, по которым пролегают транспортные магистрали.

3. Исследуемая флора является источником обогащения территории региона инвазийными видами, ее таксономическая структура отличается от зональной повышением видового разнообразия семейств Сгксг/егае и СкепоросИасеае, отсутствием в спектре ведущих семейства Сурегасеае.

Личный вклад соискателя. Все полевые исследования и камеральная обработка полученного материала выполнены лично автором в период с 2007 по 2012 гг. Анализ и оформление полученных данных осуществлен автором самостоятельно, в соответствии с планом, согласованным с научным руководителем. Вклад автора в подготовке и написании совместных публикаций составляет 40 - 90%.

Апробация работы. Материалы исследований докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях преподавателей и студентов Борисоглебского государственного педагогического института (Борисоглебск, 2007-2013), научной сессии ВГУ (Воронеж, 2011), VII совещании по флоре Средней России (Курск, 2011), Региональной научной конференции «Флора и растительность Центрального Черноземья-2012» (Курск, 2012), на третьей Межрегиональной конференции «Антропогенное влияние на флору и растительность» (Липецк, 2012), Всероссийской научно-практической конференции «Биоразнообразие и антропогенная трансформация природных экосистем» (Балашов, 2013).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных статей, в том числе три - в изданиях из перечня ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложения. Она изложена на 285 страницах машинописного текста (основного текста - 182 страницы), иллюстрирована 26 таблицами и 17 рисунками. Список литературы включает 328 источников, в том числе 37 на иностранных языках.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.б.н., доц. В. А. Агафонову, научному сотруднику ХГПЗ Е. С. Нескрябиной за консультационную помощь, а также Н. Н. Цвелеву за помощь, оказанную в проверке наших определений отдельных видов растений.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Проблемы изучения флоры техногенных местообитаний и их

специфика

На рубеже третьего тысячелетия антропогенное воздействие на биосферу резко возросло. Это, в первую очередь, отражается на флоре и растительности. Флористическое богатство антропогенно

трансформированных территорий зависит от степени сохранности участков естественной растительности и характера антропогенной нагрузки (Толмачев, 1974; Шадрин, 2000). Во многих странах Европы антропогенные ландшафты уже преобладают над естественными (Мельник, 1993).

Являясь своеобразным индикатором процессов, протекающих в биосфере, состояние флоры позволяет достаточно достоверно судить о состоянии окружающей среды (Миронова, 2000). Увеличивающееся с каждым годом антропогенное влияние на растительный покров приводит к глубоким изменениям и снижению его устойчивости, особенно в техногенных экосистемах, где действие антропогенных факторов перекрывает по масштабу и интенсивности природные факторы. Растительный покров антропогенных местообитаний, как правило, отличает бедность видового состава. Нередко список видов цветковых растений включает немногим более половины флористического богатства естественных сообществ (Антипина, 2002; Игошева, 2007).

Кроме того, техногенные ландшафты могут быть хорошим объектом для изучения скорости и характера восстановления растительного покрова, количества и качества сукцессионных стадий, однако понимание этих процессов невозможно без детального изучения флоры и растительности (Ветлужских, 2010). Этим определяется необходимость познания закономерностей генезиса растительного покрова на антропогенно нарушенных территориях (Шатохина, 2009).

В последнее время процесс антропогенной трансформации флоры многими авторами рассматривается как глобальный (Горчаковский, 1979; Березуцкий, 1999; Миркин, 2011), затрагивающий в той или иной степени все техногенные территории, неотъемлемой частью которых являются транспортные магистрали.

Активная хозяйственная деятельность обычно сопровождается уничтожением на обширных пространствах коренной растительности и ростом нарушенных и неизвестных в природе типов местообитаний, заселяемых синантропными растениями (Борисова, 20036). Взгляды на трактовку самого термина «синантропные виды» у разных авторов различны.

П. JI. Горчаковский (1979, 1984, 1999), основываясь на классификации J. Kornas (1982), к синантропным относит как заносные растения из других районов (антропофиты), так и виды местной флоры (апофиты), позиция которых в составе растительных сообществ усиливается при возрастании антропогенных нагрузок. Если, по В. А. Шадрину (2000), синантропные виды - это сорные виды, встречающиеся на антропогенных местообитаниях, включая и «потенциальные виды», которые имеют случайную потенцию к этому и при ослаблении антропогенной нагрузки возвращаются в естественную среду, то у Е В. Дорогостайской (1972) - это сознательно заносимые растения: культивируемые (культурные) и полукультурные. В то время как В. В. Туганаев и А. Н. Пузырев (1988) указывают на явное несовпадение объемов понятий «синантропы» и «адвентивные растения», считая, что второе уже первого.

По отношению к растениям инвазийным мнения тоже весьма

разноречивы. A. Thellung, (1918, 1919) и Е. В. Дорогостайская (1972)

называют их антропохорами, a J. Jalas (1955) предлагает использовать этот

термин лишь как способ расселения растений с помощью человека.

Существующий термин «гемерофиты» (Туганаев, Пузырев, 1988) тоже,

вероятно, не совсем удачен по смысловой нагрузке. Более удачно понятие

«антропофит» (Kornas, 1982; Горчаковский, 1987), но его в большей степени

10

следует считать синонимом синантропных видов в целом. И. О. Шадрин (2000) отождествляет понятие «сорные» и «синантропные виды», не подразделяя их на дикие и культурные, как это делает Н. Ф. Комаров (1940).

В. А. Шадрин (20036) считает, что если среди синантропных видов растений адвентивные (имея в виду лишь неофиты) выявляются более или менее корректно, то местные виды, или апофиты, зачастую бывает выделить намного труднее. К тому же в этот список могут попасть и археофиты, то есть виды, занесенные очень давно. В. А. Шадрин (20036) указывает на неизбежный субъективизм этого понятия, соглашаясь в этом с Е. В. Дорогостайской (1972).

Таким образом, внедряясь в естественные фитоценозы, синантропные виды трансформируют их в синантропные флористические комплексы. В результате происходит, с одной стороны, обеднение естественной флоры, ее унификация, касающаяся, в частности, аборигенного элемента, с другой -обогащение адвентивной фракции за счет натурализации новых заносных и некоторых культивируемых видов растений, приводящее к стиранию зональных отличий (Шушпанникова, 2001а; Панасенко, 2003).

Показателем степени антропогенной трансформации флоры в результате деятельности человека служит индекс синантропизации (1э) - доля синантропных видов (как апофитов, так и антропофитов) в процентах от общего числа видов, известных для данной территории (Шадрин, 2000; Шушпанникова, 20016). Второй показатель - индекс апофитизации - доля апофитов в процентах от общего числа видов синантропной флоры. Он определяет процент местных (аборигенных) видов, составляющих синантропные флористические комплексы (Горчаковский, Козлова, 1998; Горчаковский, Демченко, 2002). Третий показатель - индекс адвентизации (1а) (Силаева, 2000; Шадрин, 2000; Шушпанникова, 20016), процент адвентивных (заносных) видов от всей флоры, который позволяет следить за видами, вызывающими изменение флористического состава данной территории (Телегова, 2005).

Процесс антропогенных изменений растительного покрова формирует континуум от сравнительно нетронутых человеком сообществ до сообществ, которые полностью (или почти полностью) сформированы за счет синантропных видов. Таким образом, наряду с естественными сообществами, сохранившими свой первозданный облик, в составе которых нет или очень мало синантропных видов, и чисто синантропными сообществами можно наблюдать множество сообществ переходного типа, в составе которых сочетаются природные и синантропные виды. Выстроив ряд от практически нетронутых сообществ к синантропным, можно выявить разные ступени процесса синантропизации (Абрамова, 2003).

Существует ряд подходов к оценке состояния растительного покрова (\\Ш1агс1, Магг, 1970; Горчаковский, 1999, Горчаковский, Коробейникова,