Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Структура и генезис синантропной флоры Среднего Урала

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Структура и генезис синантропной флоры Среднего Урала"

Д-2114 6'

Третьякова Алена Сергеевна

на правах рукописи УДК 581:581.9(470.54)

СТРУКТУРА И ГЕНЕЗИС СИНАНТРОПНОЙ ФЛОРЫ СРЕДНЕГО УРАЛА

03.00.05 - ботаника

\

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Екатеринбург 1999

Работа выполнена в Уральском государственном университете им. А.М. Горького

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор МУХИН В.А.

Оффициальные оппоненты:

доктор биологических наук,

профессор

ТУГАНАЕВ В.В.

доктор биологических наук,

профессор

ТАРШИС Г.И.

Ведущая организация: Институт биологии Коми научного

центра УрО РАН

Защита диссертации состоится ".¿¿Г " /¿¿и^АЛ 199 ^ года в часов на заседании диссертационной совета Д.002.05.01

в Институте экологии растений и животных УрО РАН по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Икршгута экологии растений и животных УрО РАН. -X

- ' 7 Л

Автореферат разослан " " 1 э^

Ученый секретарь диссертационного совета; кандидат биологических наук

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Неолитическая революция - переход от охоты, рыболовства и сбора дикорастущих растений к земледелию и скотоводству (ЕЬеНпд, 1976), происшедшая около 10 тысяч лет назад, вызвала к жизни крупномасштабные процессы антропогенной трансформации растительного покрова. Совершенно очевидно, что исключить полностью антропогенное воздействие даже теоретически невозможно и, поэтому, а будущем пространства занятые антропогенной растительностью будут все более расширяться иона будет играть все более значимую роль в развитии биосферы. Это выводит проблему изучения закономерностей антропогенной трансформации растительности и флоры в число наиболее актуальных проблем современной ботаники.

Изучение антропогенной динамики растительного покрова, флоры позволяет не только зафиксировать современные процессы и состояние природных сообществ, но и разработать прошосшческие модели растительного покрова будущего. Это позволит, с одной стороны, рассчитать их возможные эюлого-хозяйсгвенные параметры, а сдругой-даст основание для разработки методов управления процессами, обусловленными антропогенными факторами.

В настоящее время большая часть растительного покрова Свердловской области характеризуется сильным, катастрофическим уровнем антропогенной деградации (Горчаковский и др.,1995) и, поэтому, для Урала исследования по изучению антропогенной динамики растительности и закономерностей формирования синантропной флоры имеет особую актуальность. Цели и задачи исследований. Цепь данной работы - изучение структуры и закономерностей формирования синантропной флоры на Среднем Урале. В ходе исследований разрабатывались следующие основные вопросы: 1. изучение таксономической и географической структуры синантропной флоры; 2. изучение генетических элементов и процессов флорогенеза синантропной флоры; 3. анализ биоэкологических особенностей и хозяйственной ценности синантропных растений.

Научная новизна. Впервые получены данные, характеризующие состав и структуру синантропной флоры Среднего Урала, особенности рудеральной и сегетальной флор, а также их происхождение.

Теоретическая значимость. МатериальгдисЬёргацифнной работы необходимы для решения такой фунДам|&альной л£юёгГе|Е1й современной ботаники как изучение закономерностей гвдродной ц динамики растительного

покрова и разработки на этой основе концепции современных динамических тенденций в развитии растительного мира Урала.

Практическая ценность работы. Материалы исследований необходимы для решения таких практически значимых вопросов как прогнозирование развития растительного покрова и экологический мониторинг окружающей среды. Кроме того, полученные данные об эколого-биологических свойствах антропотоперантных растений закладывают основу для разработки научно-обоснованных критериев выделения видов, перспективных для целей биологической рекультивации нарушенных земель. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры ботаники Уральского госуниверситета.

Положения, выносимые на защиту. 1. Синанггропная флора Среднего Урала отличается низким таксономическим разнообразием, преобладанием в ее ареалогическом спектре евразиатских и голарктических видов, преимущественно бореальных и полизональных. 2. Рудеральная и сегетальная флоры различаются по таксономической, географической и биоморфологической структурам. 3. Синантропная флора состоит из апофипюго и адвентивного флорогенетических элементов, антропофшы преимущественно выходцы из средиземноморской, ирано-тура некой и североамериканской флористических областей, что свидетельствует о принадлежности синантропной флоры Среднего Урала кевропейскомутипуфлор.

(Апробэаия работы. Результаты работы были доложены, на Международной научно-практической конференции 'Экология и охрана окружающей среды* (Пермь, 1995), на международном совещании "Биологическая рекультивация нарушенных земель" (Екатеринбург, 1996), на Всероссийской конференции по ботаническому ресурсоведению (Санкт-Петербург, 1997), на научном семинаре кафедры ботаники УрГУ (1997), на заседаниях Екатеринбургского отделения Русского ботанического общества (г. Екатеринбург, 1997,1999), на Всероссийском совещании заведующих кафедрами ботаники университетов и педагогических университетов России (Барнаул, 1997), на молодежной конференции Института экологии растений и животных УрО РАН (г. Екатеринбург, 1995,1996,1997,1998), на молодежной научной конференции "Актуальные проблемы биологии" (Сыктывкар, 1998), на региональном семинаре «Стратегические направления экологических исследований на Урале и экологическая политика» (г. Екатеринбург,-1997), на съезде Русского ботанического общества (Санкт-Петербург, 1998), на IV совещании по сравнительной флористике (г. Ижевск, 1998), на Всероссийской конференции

'Развитие идей академика С.С.Шварца в современной экологии" (г. Екатеринбург, 1999).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 работ, из них 5статеЙи8тезисов,

Объем работы. Диссертация изложена на J/Л страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов и приложений. Список использованной литературы включает///- наименований отечественных и зарубежных авторов.Работа содержит ■ ¿3 таблиц и ¿¿рисунков. ГЛАВА 1. РАЙОН И МЕТОДИКА РАБОТЫ

В первой части главы - разделы 1.1.-1.2. -приведена краткая характеристика теологического строения, рельефа, гидрологической сети, климата, почвенного покрова и растительности Среднего Урала в целом и района исследований в' частости, •

1.3. Методика работы. Исследования проведены в юго-восточной части Среднего Урала - Сысертский и Каменский районы Свердловской области.Для этих районов характерна высокая концентрация населения, а также промышленного и сельскохозяйственного производства. По существующим оценкам, уровень деградации растительности в районе исследований составляет70-90% (Горчаковский и др.,1995). Именно поэтому юго-восточные районы Свердловской области являются одними из наиболее иктесных для изучения структуры и закономерностей формирования сикзктропной флоры.

Для изучения сегетнльной флоры были обследованы культурфитоценозы яровых культур (пшеница, овес), озимых (рожь), пропашных (картофель, морковь, свекла) и многолетних (травосмесь костреца безостого и ежи сборной) в Сысертсюм и Каменском районах Свердловской области общей площадью около 1000 га. Особенности рудеральной растительности анализировались на примере растительных сообществ, сформировавшихся на золоотвалах Красногорской ТЭЦ в Каменском районе (250 та), а также вдоль шоссейных дорог Сысертского района и железных дорог Екатеринбург - Каменск-Уральский, Екатеринбург - Ревда и Екатеринбург - Нижний-Тагил. Общая протяженность маршрутных учетов составила около 300 км.

Описание сегетапьных (»обществ и растительности на золоотвале проводилось на пробных площадях размером 10x10 м. Вдоль железных и шоссейных дорог закладывались площадки шириной 1 м и длиной 100 м- На пробной площади учитывался видовой состав высших растений, оценивалось обилие видов по шкале Друде и общее проективное покрытие на 10 учетных площадках 0.25 мг. Всего сделано около 500 геоботанических описаний.

Собраный гербарий, насчитывающий 300 листов, хранится в Гербарии кафедры ботаники Уральского госуниверситета.

Фяоришмеский анализ синакгропной флоры проведен в соответствии с принципами и методами, разработанными А.И. Толмачевым (1974), Б.А. Юрцевым и Р.В. Камепиным (1991). В основу классификации географических элементов положен "принцип биогеографических координат* предложенный Б.А.Юрцевым (1968), При анализе жизненных форм использована схема И.Г. Серебрякова (1962,1964), а также система малолетних растений А.И. Мальцева (1932). Активность видов оценивалась .по методике, предложенной БАЮрцевым (1968) и Я.П.Дидухом (1982). Для выделения генетических элементов синантропной флоры были использовали критерии, разработанные В.В.Туганаевым и А.Н. Пуэыревым (1988). ГЛАВА 2. СТРУКТУРА СИНАНТРОПНОЙ ФЛОРЫ

Заметное воздействие человека на растительный покров Среднего Урала началось с XVII века в связи с появлением здесь русского земледельческого по своей культуре населения. В настоящее время более половины растительного покрова Свердловской области характеризуется сильным, катастрофическим уровнем антропогенной деградации. Поэтому, во многих работах уральских ботаников рассматриваются вопросы, касающиеся антропогенной динамики растительного покрова и особенностей формирующейся синантропной флоры (Коробейникова,Салмина,1986; Шурова,1990,1991;Горнаковский,Коробейникова,1997идр.). 2.1. Систематическая структура синантропной флоры. В составе синантропной флоры отмечено 288 видов, 49 семейств,198 родов высших сосудистых растений. Основная масса видов (98.6 %) относится к МадпоГюрЬ^а. Преобладают двудольные растения - 85.6 % видов. Шор$На представлены пятью семействами Роасеае, Сурвгасеае, Л/псасеае, .Лотсадйтасеае, ТурЬасеае, включающих в общей сложности 13% видов анализируемой флоры.

Ядро синантропной флоры составляют 10 семейств, включающие 71 % видов: Asteгaceaet Роасеае, РаЬасвае, Яогасеав, ЭсгорЛи1аг!асвае, , Вгаъз'юзсеав, СагуорЬуНасеае, 1.ат(асеае, Ро1удопасеае, Ар/асеае. Спектр ведущих семейств синантропной флоры не совпадает полностью с таковым естественной флоры Среднего Урала. Из числа существенных отличий мтоюго отметить выход из состава 10 ведущих семейств Сурегэсеае и Йапипси!асеае, а также усиление значимости семейств Ро)удопасеае и Ар!асеае, которые в синакгропной флоре входят в десятку ведущих таксонов. Наиболее крупными

родами являются Potentitia (7 видов), Verónica (7 видов), Artemisia (5 видов), Gatiuiri (5 видов). Абсолютное большинство родов, 145 или 72 %, являются монотипными. Монотипные рода содержат 45 % видов синэм рол ной флоры. Пропорции синантропной флоры Среднего Урала -1.5:5.9:4.0. 2.2. Геоэлементь) синантропной флоры Наиболее широко представлена группа еврззиатских видов (46 %). Второе место занимают голарктические растения - 18% видов. Далее следуют группы видов с европейским и евросибирским ареалом, их доля 15 % и 10 % соответственно. Единичным числом видов представлены группы растений космополитного и азиатского распространения (рис. 1).

о%

ЩЩ ^»fi'Viií

■ф'Щ l-Í 1 í . - г:?.,*: ■r ^ • ¡

i '■-тт жт -1-

-I? ¿j. ,¡í>Ví?4

Смнактрошая 4лора

Рудеральная фтора

Сегвтапьнзя сопора

Рис. 1 Соотношзние долготных геозпементов в синантропной флоре

□ евраэиатские □ голарктические Оевропейские □евросибирские □ коемополиггные □ азиатские

Большая часть видов синантропной флоры относится кбореальным-53%. На втором месте по значимости находятся полизональные виды - 20 %. Далее следуют группы лесостепных (14 %) и степных (7 %) растений. Беднее всего представлена группа неморальных видов - 2 % (рис. 2). 2.3. биоморфологическая структура. В синантропной флоре преобладают травянистые жизненные формы - 91 % видов. Большинство из них (60 %) это

100% т

80% -

60% --

40% --

20% --

0%

м

^'■Л'-^'н:

ЯР

та ¡мг

■к/^.з-т

мш

ЩЙ

Синаитропная флор»

Рудерэльна* фоора

Сегетапьная флора

Рис. 2 Соотношение ццротных геозлемектов в синактропной флоре ■

: аборвальные Пполизональные □лесостепные □степные О аморальные

многолетние травы, корневищные (35%), стержнекорневые (17%), корнеотлрысковые (3 %) и дерновинные (5 %). Треть видов относится к малолетним растениям, среди которых преобладают однолетние яровые (13 %) и двулетние (10 %) формы. Доля озимых и зимующих растений ниже - б %. Наряду с травя нистыми жизненными формами в сложении снвакгропной флоры участвуют и древесные растения, кустарники, полукустарники и полукустарнички, представленные 24 видами (рис. 3). 2.4. Флорогенетическне элементы синантропной флоры. Апофиты составляют 74 % синантропной флоры, а антролофиты, соответственно, 26 %. Первые представлены 42 семействами, тогда как вторые лишь 26. Только 7 ведущих семейств являются общими для них: А&гасеае, Роасеаэ, Яозасеав, РаЬасеае, СагуорЬуЦасеае, 1ап$асеае, Ро1удопасеае. В адвентивной фракции из числа ведущих выходят Ар/асеав и 5сгорЬи1аг1асеае, а Вга$&сасеае и СЛелороЛ'асеае появляются в числе таковых (рис. 4). Как среди апофитов, так и среди антропофитоа самыми крупными геоэлементами являются голарктический и евразиагекий. Среди апофитов преобладают бореапьные виды (66 %), а среди антропофагов - полизональные." Господствующее положение в составе каодой из выделенных групп занимают травянистые формы (более 90 %). Однако, если большинство антропофитоа (69 %) относится к одно-

двулетним травам, то большинство апофитов (73 %) относится кмногалетним.

100% т

80% ■■

60% -■

40% ■■

20% -■

0%

. J 'J

-Ts -j -'г. ä-^ < •rii" i

РШ

Я ■¡jj

'У F' ^г- : • - л-J.-Ü Utfftri •; ■» --1- m» ¿bii^iii -!-1- ШШ

Синантропная рудеральная Сегетальная

фюра г., ^' ((лора флора

Рис. 3. Биоморфологические типы синантропных растений

Впрочие* Л**"

□ древесные

□ многолетние стержнекорневые травы В многолетние корневищные травы

□ малолетние травы ■

В ценотичесхом спектре апофитов.наиболее широко представлены луговые виды (50 %). Другие группы представлены меньшим числом видов: лесные (18 %), лугово-лесные (7 %), болотные (4 %), степные (5 %), эрозиофильные (7 %). Ад ве нт и в н ы о. расген ця происходят из семи флористических областей: "средиземноморской, ирано-туранской, североамериканской, сибирской, восточноевропейской, западноевропейской и восточноазиатской. Самуюкругшуютруппуч (39 %) составляют виды средиземноморского происхождения. Второй центр, оказавший значительное влияние на формирование синантропной флоры Среднего Урала, ирано-туранская флористическая область (ЭЙ;%) (рис.5). - ' *-2.5. Активные виды синантропной флоры. Лишь небольшая часть синантропных растений являются высокоактивными (4 %), гораздо шире представлены группы средне-, мало- и неактивных видов, причем наиболее

Рис. 4. Таксономический спектр алофитной и адвентивной фракций синангропной флоры

ОАпофиты ОАнтропофиты

многовидовой является последняя группа (41 %). Практически все высокоактивные виды представлены апофитами. Адвентивные виды характеризуются по преимуществу малой активностью, их представленность шире в группах средне- (23 %), мало- (22 %) и, особенно, неактивных растений (31 %). Наряду с видами, обнаруживающими высокую активность во всех типах флор {Convolvulus arvensis, GJechoma hederacea, Achillea millefolium, Cirsium setosum, Taraxacum officinale), выделяются виды, специфичные для рудеральной - Cenfaurea scabiosa, Polygonum aviculare, Calamagrostis epigeios, Efytngia repens -или только для сегетал ьной FaSopia convolvulus, TNaspiarvense, GaSum aparine Stellarfa media, Fumarta officinalis, Sonchus arvensis флор. 2.6. Хозяйственная ценность синантропных растений. Больше половины вцдов синантропньос растений (227) обладают лекарственными свойствами. Крупную часть фонда полезных растений составляют кормовые растения (161 вид). Важное значение в последнее время приобретает, новая категория растительных ресурсов - расгения-фитомелиоракты, способных заселять и устойчиво развиваться на нарушенных промышленностью землях. В соответствии с разработанными нами критериями (Мухин,Третьякова,1990) к данной категории могут быть отнесены 98 видов синангропных растений.

Сибирские ■

Североаме- ропейские g;~ Средиземно-

рикаьркие 3% морские

Восточно-азиатские 4%

U%

Ирано-туранскме 32%

Восточноев' ролейские 3%

Рис. 5. Состав фпорогенетических элементов адвентивной фракции синантроп ной флоры

ГЛАВА 3. СТРУКТУРА РУДЕРАЛЬНОЙ ФЛОРЫ

В настоящее время рудеральная растительность вбирает в себя растительность целого ряда экологически различных местообитаний, возникающих в связи с антропогенным воздействием на среду (Василевич, Мотекайтите, 1988), условием устойчивого существования рудеральной растительности является постоянное и частое нарушение местообитаний (Миркин и др.,1989). В настоящей работе рудеральная флора изучена на примере парциальных флор техногенных субстратов (золоотвалы Красногорской ТЭЦ), транспортных коммуникаций -железные и шоссейные дорот. Комплексный анализ синантропной флоры.приуроченной «железным и автомобильным дорогам Свердловской облает выполнен впервые.

3.1. Флора техногенных субстратов. Во флоре золоотвалов обнаружено 182 вида высших сосудистых растений, относящихся к 132 родам и 36 семействам. Десять ведущих семейств охватывают 72.3 % видов. Спектр долготных элементов возглавляет группа евразиатских видов (51 %), за ней следует фуппа голарктических видов (20 %). По широтному распространению преобладают бореальные растения (55 %) и полизональные (20 %). Абсолютное большинство видов рассматриваемой флоры - многолетние травянистые растения (67 %) на малолетники приходится около четверти видового состава (25.5 %). Преобладающая группа растений в анализируемой флоре -апофиты (82%). В ценотическом спектре алофитной фракции лидируют луговые растения (58%).

3.2. Флора железных дорог. Флора железных дорог включает 172 вида, 131 род, 37 семейств. Преобладают евразиатские виды (49 %), а в спектре широтных элементов бореальные (50 %). Больше половины вцдов относится к группе многолетних травянистых жизненных форм (63 %). Апофиты и актропофиты составляют 74 % и 26 % соответственно.

3.3. Флора шоссейных дорог. Флора шоссейных дорог отличается максимальным видовым богатством: 223 вида, 161 род и 40 семейств. Из долготных элементов преобладают евразиатские растения (49 %). Спектр широтных элементов возглавляет группа бореальных видов (57%). В биоморфололмеском спектре доминируют травянистые многолетники (63.6% видов). Апофитные виды составляют 80 % видового состава.

3.4: Общая характеристика рудеральной флоры 3.4.1. Систематическая структура рудеральной флоры. Рудеральную флору Среднего Урала можно охарактеризовать как развитое в видовом отношении образование - 278 видов. Из 48 семейств ведущими являются

Asteraceae и Poaceae. За ними следуют Fabaceae, Rosaceae, Scrvphuiariaceae, Brassicaceae, CaryophySaceae, Lamiaceae, Polygonaceae и Apiaceae. в целом, названная группа ведущих семейств включают 71.3 % видов рудеральной флоры.

3.4.2. Геоэлементы рудеральной флоры. В ареалогическом спектре преобладают евразиаггские (48 %) и голарктические (18 %) воды. Европейские (15 %), евросибирские (10 %), космополитные (3 %) и азиатские (2 %) играют несравненно меньшую роль. В спектре широтных геоэлементов преобладают бореальные растения (53 %) и полизональные -19%. Значительно меньше по объему группы лесостепных (14 %) и степных видов (8 %) и , особенно, неморальных-2 % (рис.1.2). -

3.4.3. Биоморфологическая структура. В рудеральной флоре Среднего Урала абсолютно преобпадаюгтравянисгые растения - 90 % видов. Треть из них являются корневищными и ползучими многолетними травами. Менее многочисленна группа стержне- и кистекорневых видов (17 %). Дерновинные и корнеотпрысковые виды составляют 3 и 5 % соответственно. На долю малолетних форм приходится 29 % расгений-рудералов (рис. 3).

3.4.4. Флорогенетические элементы рудеральной флоры. Большая часть, растений рудеральной флоры (77 %) являются апофитами, преимущественно это луговые виды (50 %). Адвективные виды составляют 23 %. Основную роль в формировании адвентивной фракции играют виды ирано-тураносого (39 %), средиземноморского (28%) и североамериканского (16%) происхождения.

3.4.5. Активные виды рудеральной флоры. Только 5 % видов рудеральной флоры могут бьггь отнесены к высокоактивным и 36 % к категории сред неактивных видов. Более половины видов флоры оцениваются нами каша л о- и неактивные. Подавляющее число высокоактивных видов являются апофитами (85 %) и лишь 2 адвентивных вида входит в состав названной группы - Convotvukis an/ensis, Artemisia absinthium, В группе среднеакгивных видов антропофигы составляют уже около 20%. Подавляющее же число актропофитов отличаются малой активностью. Специфичными активными видами рудеральной флоры являются Centaurea scabbsa, Polygonum avtcolam, Calamagrostisepi&bs, Eiytriglarepens.

ГЛАВА 4, СТРУКТУРА СЕГЕТАЛЬНОЙ ФЛОРЫ

К настоящему времени накоплен большой материал по изучению сегетальной флоры различных районов России (Минибаев.1968; Туганаев, 1970,1971,1977; Казанцева, 1971; Шлякова, 1972; 1973; 1976 а, б и др.; Ульянова. 1976; 1978а,

б; Слепцова и Рудаков,1985; Рудаков и Миркин, 1986). Вместе с тем, сегетальная флора Среднего Урала до качала наших исследований не являлась объектом комплексных ботанических исследований и, в сипу этого, не было каких-либо сведений о видовом составе сорных растений и структуре сегетальной флоры данного региона.

4.1. Систематическая структура сегетальной флоры. Сегетальную флору отличает более низкое в сравнении с руд еральной видовое разнообразие - 85 видов, ее систематические пропорции следующие 1.2:3.5:3.1. Ведущими семействами являются А&егасеае, Роасеав, Вгазз'юасеае, £аш/асеае, Вогад/ласеае, СагуорЛуИасеае, Ро/удопасеав, РаЬасеае, Яозасдав, ЭсгорЛи/апасеае, на долю которых приходится 76 % видов сегеталькых растений. Самыми многовидовыми родами являются Ро}еп(Ша (3 вида), СНепоросНит (3 вида).

Наибольшее видовое разнообразие отмечено в составе флоры многолетних культур 57 видов, наименьшее - во флоре озимых зерновых 36 видов. Флоры яровых зерновых и пропашных культур включают 43 и 42 вцда соответственно. Анализ видового сходства парциальных флор показал, что наибольшее сходство видового состава обнаруживают флоры яровых и озимых зерновых (0.63). К ним примыкает флора многолетних культур (0.58). •

4.2. Геоэлементы сегетальной флоры. В сегетальной флоре представлены 5 долготных групп: евразиатская (53%), голарктическая (26%), европейская (13%) космополктная(7%) и азиатская (1%). Среди широтныхгеоэлементов широко представлены бореальные (51 %), полизональные виды - 33 %, меньше лесостепных (11%), степных (4%), неморальных (1%) (рис. 1,2).

4.3. Биоморфологическая структура. Все сегетальные растения относятся к травянистым. Малолетние виды составляют (48 %), среди них наиболее многовидовую группу образуют- яровые формы (24 %). Озимые и зимующие растения являются второй по величине группой (12 %), двулетних видов 12%. Многолетние виды представляют вторую половину видового состава сегетальной флоры - 52 %. Среди них самой крупной группой являются корневищные травянистые растения (27 %). Стержнекорневые растения составляют 13%, корнеотпрысковые - 8 % и дерновинные - 3 % (рис. 3).

4.4. Флорогенетические элементы сегетальной флоры. Более половины видов (62 %) являются апофитами; среди которых преобладают луговые растения (68 %). Видов из других ценотических групп значительно меньше -лесные (10%), эрозиофилы (10%), болотные (3%), степные (1 %). Адвентивные виды (38 %) - выходцы из средиземноморской, ирано-туранской

и североамериканской флорогенетических областей. Самую крупную группу (73 %) составляют виды средиземноморского происхождения. 4.5. Активные виды сегетальной флоры. Группы высокоактивных, среднеакгивных, малоактивных и неактивных видов представлены среди сегетапьных растений приблизительно в равном объеме (25 %, 18 %, 32 % и 25 % соответственно). Подавляющее же число антропофагов отличаются малой активностью. Специфичными для сегетальной флоры видами являются FaHopia convolvulus, Thlasplarvense, Galium aparine Stellaria media, Fumaria officinalis, Sonchus arvensis. ВЫВОДЫ

1. Синантролная флора Среднего Урала содержит в своем составе 238 видов 198 родов 49 семейств. Около 70 % видов принадлежат к десяти ведущим семействам: Asteraceae, Poaceae, Fabaceae, Rosaceae, Scrophularíaceae, Brassicaceao, Caryophyllaceae, Lamlaceae, Polygonaceae, Aplaceae.

2. Наиболее развитой в видовом отношении является рудеральная флора -278 видов 192 рода 48 семейств. Видовое богатство сегетальной флоры значительно ниже - 85 видов 73 рода 24 семейства. Как в рудерапьной, так и в сегетальной флоре ведущие семейства охватывают большую часть видового состава. Спектр ведущих семейств сегетальной и рудеральной флор одинаков, но в составе сегетальной флоры повышается значимость семейств Brassicaceae, Lamiaceae, Boraginaceae.

3. Ареалогический спектр синантроп ной флоры включает, главным образом, еврззиатские (48%) и голарктические (18%) виды, преимущественно бореального (53 %) и полизонального (20 %) распространения. Соотношение отмеченных геозлементов одинаково для рудеральной и сегетальной флор.

4. Основу синантропной флоры состаагиюттравянистые многолетние растения (60 %). преимущественно корневищные (35 %) и сгержнекорневые (17 %). Малолетники составляют около трети флоры. Их доля максимальна в составе сегетальной флоры- 48 %. Древесные растения представлены исключительно в рудеральных фитоценозах и составляют около 10% синантропной флоры.

5. Синантролная флора состоит из двух флорогенетических элементов -апофитного и адвентивного. Большинство видов синантропных растений относится к апофитам (74 %). Ценотический спектр апофитной фракции достаточно широк, но основная масса апофитов относится к луговой фитоценотической группе (50 %). Наибольшее влияние на формирование адвентивного компонента синантропной флоры оказали средиземноморская, ирано-туранекая и североамериканская флористические области - 39,32 и

14 % видов соответственно.

6. Большинство синантропных растений относится к средиеатшным (32 %), малоактивным (23 %) и неактивным (41 %) видам. Практически все высокоактивные виды, к которым относится лишь 4 % растений,-являются апофитами. Адвентивные виды характеризуются по преимуществу малой активностью, их представленность шире в группахсредне-(23 %), мало- (22 %) и неактивных растений (31 %).

7. Наряду с видами, обнаруживающими высокую активность во всехтипах флор {Convolvulus arvensis, Glechoma hederacea, Achillea millefolium, Cirsium setosum, Taraxacum officinale), выделяются виды, специфичные для рудерапьной - Centaurea scabtosa, Polygonum aviculare, Calamagrostis eptgeios, Elytrigia repens -и сегетальной Fallcpla convolvulus, Thiaspi arvense, Galium aparfne Stellaria media, Fumaria officinalis, Soncfius arvens/s фпор.

8. Апофитная и адвентивная фракции синантропной флоры различаются по таксономической, географической и биоморфопогической структурам. В адвентивной фракции из чиспа ведущих семейств выходят Apiaceae и Scrophulariaceae, замещающиеся Brassicaceae и Chenopodiaceae. Среди апофитов преобладают бореальные виды (66 %)га среди антропофитов -полизональные. Большинство апофитов (73 %) относится к многолетним травам, аантролофитов(69%)-кодно-двулегним. ...

9. Формирующиеся синантропные растительные сообщества обладают достаточно высоким ресурсным потенциалом. Самую крупную группу образуют растения слекарсгвенными свойствами (227 видов), вторую по объему видов группу составляют кормовые растения (181), Широко среди синантропных растений представлены медоносные растения (139), пищевые (81), декоративные (79), красильные (64). 98 видов обладают фитомелиорапгивными свойствами и являются перспективными для биорекультивации.

Список работ, опубликованных по теме диссертационной работы -

1. Третьякова А.С., Глазырина М.А. Структура и жизненость ценопопуляции костреца безостого в условиях Коркинского угольного разреза II Механизмы поддержания биологического разнообразия: Материалы конф. -Екатеринбург Иад-во 'Екатеринбург", 1995. - С. 159.

2. Третьякова А.С. Оценка жизненосги ценопопуляции костреца безостого в условиях Коркинского угольного разреза // Экология и охрана окружающей среды: Тез. докл. 2-Й Международной научно-практической конф. - Пермь: Изд-во ПГПУ, 1995. - 4.1 - С.95.

3. Третьякова АС. Пути приспособления растений к техногенным субстратам/ / Проблемы общей и прикладной экологии: Материалы конф. -

Екатеринбург Изд-во "Екатеринбург', 1996 а. - С .252-256.

4. Третьякова A.C. Оценка жизненности ценополуляции вейника наземного на

пылевидных субстратах // Биологическая рекультивация нарушенных земель. Тез. докл. Международного оовещ. - Екатеринбург, 1996 б. -С.153-154.

5. Третьякова A.C., Федотова A.A. Оценка антропогенной трансформации травянисто-кустарничкового яруса лесных фитоценозов // Вертикаль: Вестник молодой науки Урала. - Оренбург: АМУиС, 1997, - Т. 2 , № 1. -С.73-75.

6. Третьякова A.C. Синантропная флора подтаежной зоны Среднего Урала. Там же. - С.76 - 78.

7. Мухин В.А., Третьякова A.C. Фитомелиоранты как новая категория растительных ресурсов// Труды Первой Всероссийской конф. по ботаническому ресурсоведению: Тез. докл. (С.-Петербург, 25 - 30 ноября 1996 г.) - СПб, 1996. - С.50 - 51.

8. Мухин В А., Третьякова A.C. Основная динамическая тенденция в развитии

растительного покрова // Материалы к Всеросс. совещ. заведующих кафедрами ботаники университетов и педагогических университетов России : Краткие сообщ. - Барнаул: Изд-во АГУ, 1997. - С. 41 - 44.

9. Третьякова A.C. Состав сегетальной растительности и ее генезис // Проблемы

изучения биоразнообразия на лопуляционном и экосистемном уровне: Материалы конф. - Екатеринбург: Изд-во 'Екатеринбург", 1997. - С. 234 -236.

10. Третьякова A.C. Формирование комплекса адвентивных растений - новый этап в развитии флоры // Стратегические направления экологических исследований на У^але и экологическая политика: Тез. докл. второго регион, семинара (Екатеринбург, 17-18сент. 1997 г.)-Екатеринбург, 1997.-С.46.

11 .Третьякова A.C. Систематическая структура синантропной флоры Среднего Урала//Проблемы ботаники на рубеже XX -XXI веков: Тез. докл., представленных II (X) съезду Рус. ботан. об-ва (26-29 мая 1998 г., г. С.Петербург). СПб.: Ботан. ин-т РАН, 1998. - Том 2.- С. 229-230.

12. Третьякова A.C. Генезис сегетальной флоры Среднего Урала//Актуальные проблемы биологии: Тез. докл. 5 молод еж. науч. конф. - Сыктавкар, 1998. -С. 192-193.

13. Третьякова A.C. Таксономическая структура и происхождение синантропной фпорьЙСовременные проблемы популяционной, исторической и прикладной экологии: Материалы конф. - Екатеринбург Изд-во ■Екатеринбург", 1998. -С. 129-138. -7 j

Отпечатано в мини-типографяи «ЭСКОР»-Екатерннбург, ул. Блюхера д.26 оф. 108 Подписано в печать 12.08.1999 г. Объем 1п.л. Тираж 100

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Третьякова, Алена Сергеевна

Введение.

Глава 1. Район и методика работы.

1.1. Рельеф и климат.

1.2. Почвы и растительность.

1.3. Методика работы.

Глава 2. Структура синантропной флоры.

2.1. Систематическая структура синантропной флоры.

2.2. Геоэлементы синантропной флоры.

2.3. Биоморфопогическая структура.

2.4. Флорогенетические элементы. синантропной флоры.

2.5. Активные виды синантропной флоры.

2.6. Хозяйственная ценность. синантропных растений.

Глава 3. Структура рудеральной флоры.

3.1. Флора техногенных субстратов.

3.2. Флора железных дорог.

3.3. Флора шоссейных дорог.

3.4. Общая характеристика рудеральной флоры.

3.4.1. Систематическая структура рудеральной флоры.

3.4.2. Геоэлементы рудеральной флоры.

3.4.3. Биоморфологическая структура.

3.4.4. Флорогенетические элементы. рудеральной флоры.

3.4.5. Активные виды рудеральной флоры.

Глава 4. Структура сегетальной флоры.

4.1. Систематическая структура сегетальной флоры.

4.2. Геоэлементы сегетальной флоры.

4.3. Биоморфологическая структура.

4.4. Флорогенетические элементы. сегетальной флоры.

4.5. Активные виды сегетальной флоры.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Структура и генезис синантропной флоры Среднего Урала"

Актуальность исследований. Неолитическая революция - переход от охоты, рыболовства и сбора дикорастущих растений к земледелию и скотоводству (ЕЬеПпд, 1976), происшедшая около 10 тысяч лет назад, вызвала к жизни крупномасштабные процессы антропогенной трансформации растительного покрова. К настоящему времени естественная растительность многих стран, биомов полностью заменена производной антропогенной. Широко известными, можно сказать классическими, примерами подобного рода событий является уничтожение американских прерий, распашка казахстанских степей.

Совершенно очевидно, что остановить антропогенную трансформацию растительного покрова даже теоретически невозможно и, поэтому, в будущем пространства занятые антропогенной растительностью будут все более расширяться и она будет играть все более значимую роль в развитии биосферы. Именно этим продиктована необходимость изучения закономерностей антропогенной трансформации растительности и флоры. Среди первоочередных задач можно назвать следующие: отслеживание миграций адвентивных растений; изучение их эколого-биологических свойств, а также взаимоотношений адвентивных видов с аборигенными, путей формирования синантропных сообществ и оценка значимости синантропных растений в создании биологической продукции и в почвообразовательных процессах. Только на этой основе можно судить о путях, способах и скорости расселения растений, их адаптационных возможностях (Тихомиров, 1989).

К этому следует добавить и то, что изучение антропогенной динамики растительного покрова, флоры позволяет не только зафиксировать современные процессы и состояние природных сообществ, но и разработать прогностические модели растительного покрова будущего. Это позволит, с одной стороны, рассчитать их возможные экологохозяйственные параметры, а с другой - даст основание для разработки методов управления процессами обусловленными антропогенными факторами.

Экологические последствия антропогенных преобразований растительного покрова с исчерпывающей полнотой даны в работах П.Л.Горчаковского (1979, 1987). Наиболее важным, на наш взгляд, из проявлений синантропизации является повсеместное региональное обеднение флоры, снижение видовой насыщенности и видового разнообразия отдельных растительных сообществ, что необходимо влечет глобальное обеднение флоры Земного шара в целом.

За 300 лет промышленного освоения Среднего Урала существенно изменился и его растительный покров. Сотрудниками лаборатории «Фитомониторинга и охраны окружающей мира» Института экологии растений и животных составлена фитоэкологическая карта Свердловской области (Горчаковский и др., 1995). Согласно их оценкам, уже в настоящее время 53 % растительного покрова Свердловской области характеризуется сильным, катастрофическим уровнем антропогенной деградации. В особенности это характерно для южных районов области, отличающихся высокой концентрацией населения, промышленного и сельскохозяйственного производства. Здесь уровень деградации растительности составляет, по оценкам выше названных авторов, 70 - 90 %. Именно южные районы Среднего Урала представляют наибольший интерес для изучения особенностей структуры и закономерностей формирования синантропной флоры.

Цели и задачи исследований. Цель данной работы - изучение структуры и закономерностей формирования синантропной флоры на Среднем Урале. В ходе исследований разрабатывались следующие основные вопросы: 1. изучение таксономической и географической структуры синантропной флоры; 2. изучение генетических элементов и процессов флорогенеза синантропной флоры; 3. анализ биоэкологических особенностей и хозяйственной ценности синантропных растений.

Научная новизна. Впервые получены данные, характеризующие состав и структуру синантропной флоры Среднего Урала, особенности рудеральной и сегетальной флор, а также их происхождение.

Теоретическая значимость. Материалы диссертационной работы необходимы для решения такой фундаментальной проблемы современной ботаники как изучение закономерностей природной и антропогенной динамики растительного покрова и разработки на этой основе концепции современных динамических тенденций в развитии растительного мира Урала.

Практическая ценность работы. Материалы исследований необходимы для решения таких практически значимых вопросов как прогнозирование развития растительного покрова и экологический мониторинг окружающей среды. Кроме того, полученные данные об эколого-биологических свойствах антропотолерантных растений закладывают основу для разработки научно-обоснованных критериев выделения видов, перспективных для целей биологической рекультивации нарушенных земель. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры ботаники Уральского госуниверситета.

Положения, выносимые на защиту. 1. Синантропная флора Среднего Урала отличается низким таксономическим разнообразием, преобладанием в ее ареалогическом спектре евразиатских и голарктических видов, преимущественно бореальных и полизональных. 2. Рудеральная и сегетальная флоры различаются по таксономической, географической и биоморфологической структурам. 3. Синантропная флора состоит из 7 апофитного и адвентивного флорогенетических элементов, антропофиты преимущественно выходцы из средиземноморской, ирано-туранской и североамериканской флористических областей, что свидетельствует о принадлежности синантропной флоры Среднего Урала к европейскому типу флор.