Фитоиндикация антропогенной трансформации лесорастительных условий в Останкинской дубраве

УДК 630.181

ФИТОИНДИКАЦИЯ АНТРОПОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫХ УСЛОВИЙ В ОСТАНКИНСКОЙ ДУБРАВЕ

PHYTOINDICATION OF ANTHROPOGENIC TRANSFORMATION OF FOREST GROWTH CONDITIONS IN THE OSTANKINO OAKERY

Беднова О.В., Фомина А.А.

(Мытищинский филиал Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана, г.Москва, РФ)

Bednova O.V., Fomina A.A.

(Mytishchi branch of Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia)

Представлены результаты анализа геоботанических описаний на пробных площадях в лесных насаждениях на территории Главного ботанического сада РАН. Фитоценозы не подверглись сильной рекреагенной трансформации: в составе травяно-кустарникового яруса доминируют лесные виды. Доля нитрофильных видов составляет 32-56%.

The results of the geobotanical descriptions analysis on sample plots in forest plantations on the territory of the Main Botanical Garden of the Russian Academy of Sciences are presented. The phytocenoses have not been undergone to strong recreogenic transformation: forest species dominate in the herb-shrub layers. The share of nitrophilic species is 32-56%.

Ключевые слова: фитоиндикация, лесные фитоценозы, рекреагенная трансформация, азотное эвтрофирование, нитрофильные виды

Key words: phytoindication, forest phytocenoses, recreogenic transformation, nitrogen eutrophication, nitrophilic species

В урбаногенной среде имеет место сочетание техногенного воздействия на лесные экосистемы с рекреационным использованием последних. К тому же состояние лесной растительности – компонента, определяющего жизнедеятельность других составляющих лесных биоценозов, усугубляется специфическими условиями городского микроклимата. На этом фоне в урбанизированных условиях создаётся мощная основа для перестройки видовой структуры лесных экосистем, специфической временной и пространственной динамики лесных сообществ.

В области изучения последствий антропогенного воздействия на лесные экосистемы большинство исследований и практических рекомендаций посвящены вопросам индикации и нормирования в сферах лесной рекреации и аэротехногенного загрязнения. Соответствующие изменения в городских лесах являются примерами аллогенных сукцессий [1]. В обоих случаях ответные реакции лесной экосистемы сходные: упрощение структуры сообществ; сокращение длины трофических цепей; торможение биологического круговорота; повышение доли участия вторичной и поврежденной растительности; повышение ценотической открытости и проникновение видов-интродуцентов и рудеральных видов. Но в схемах динамики лесных сообществ в условиях влияния каждого отдельно взятого из этих двух комплексов экологической дестабилизации есть отличия. При аэротехногенном загрязнении первоочередная ответная реакция принадлежит древостою, тогда как живой напочвенный покров остается сравнительно консервативным (если, конечно, не имеет место массированный распад древостоя в условиях острого аэротехногенного загрязнения, приводящий к резким изменениям в условиях произрастания всего фитоценоза). В условиях же рекреационного воздействия начальная реакция всегда принадлежит растительности нижних ярусов. Но следует подчеркнуть, что аэротехногенное загрязнение способно оказывать как прямое воздействие на состояние ассимилирующих органов растений, так и косвенное: осаждение поллютантов на почвенную поверхность может приводить к изменению режима минерального питания растений. И если у деревьев в условиях хронического атмосферного загрязнения в первую очередь включаются физиолого-биохимические механизмы стрессоустойчивости [2], то у подпологовой растительности на фоне изменения почвенных условий устойчивость обеспечивается за счёт постепенных видовых перестроек [3]. Последнее касается в настоящее время, прежде всего, реакции лесной биоты на азотное эвтрофирование вследвие хронического поступления в городскую атмосферу техногенного азота, главным образом, в виде оксидов – NO_x [4, 5] и осаждения их на лесные почвы.

Обогащение лесных почв азотом сопряжено с изменением лесорастительных условий. На фоне повышения азотного статуса почв растет продуктивность фитоценозов, в видовом разнообразии травяно-кустарничкового яруса (ТКЯ) увеличивается обилие и число нитрофильных видов, а в хвойных и смешанных лесных насаждениях в целом усиливается тенденция к неморализации видового состава [4]. Но при этом реальны и другие экологические изменения. Так, у древесных растений постепенно нарастает тенденция к отставанию роста биомассы корней в сравнении с биомассой крон, а это снижает ветроустойчивость деревьев и повышает их уязвимость в отношении патогенов (прежде всего – возбудителей корневых гнилей) [6]. Повышенной реакцией при этом отличаются хвойные породы, вследствие чего в хвойных лесах и развиваются экологические сукцессии, ведущие к упрочению позиций лиственных пород [4]. Проявляются тенденции в изменении характера микоризообразования [7] и взаимоотношений древесных пород с насекомыми-фитофагами [6]. По мере «азотного насыщения» возрастает интенсивность миграционных потоков азота из лесных почв не только в растительность, но и в сопряженные среды – почвенно-грунтовые воды и атмосферу. В итоге добавочный азот провоцирует ускоренную минерализацию органического вещества, подкисление почв, дисбаланс элементов питания, денитрификацию, вымывание нитратов в почвенно-грунтовые воды и изменение видовой структуры биоценозов. Т.е. в лесных экосистемах в условиях бесперебойного поступления техногенного азота имеет место существенная трансформация азотного биогеохимического цикла [5,6].

Используя результаты регулярных наблюдений изменения видового разнообразия ТКЯ, можно отслеживать экосистемные изменения как в связи с рекреационным воздействием, так и в связи с изменением азотного статуса лесных почв, а также исследовать сопряженную динамику лесных экосистем под действием обоих факторов в урбанизированных условиях. При этом об обеспеченности почв азотом и её изменениях можно судить по размеру доли участия стенобионтных в отношении богатства почв азотом видов в суммарном обилии ТКЯ. Ранее были опубликованы результаты мониторинговых исследований в ельнике Кунцевской дачи [8]. Этот городской лесной массив находится в зоне автотранспортного загрязнения и подвержен рекреации. Установлено, что нитрофильные виды преобладают в суммарном обилии и размер доли их участия за десятилетний период наблюдений проявляет стойкую тенденцию к увеличению независимо от принадлежности к той или иной эколого-ценотической группе (ЭЦГ) и выраженности рекреационной дигрессии. Интересно, каково же положение дел в немногочисленных участках городских лесов, до сих пор мало подверженных рекреационной трансформации, но тем не менее не избегающих участи функционировать в условиях хронического аэротехногенного загрязнения.

В северо-восточной части Москвы располагаются насаждения некогда монолитного Останкинского лесного массива. На настоящее время – это лесные фрагменты на территории Главного ботанического сада имени Н.В. Цицина РАН (ГБС), а также участки лесной растительности, выходящие на территории усадьбы «Останкино» и ВДНХ. На основе хорошо сохранившихся дубовых насаждений при организации ГБС в 1949 г. для изучения динамических тенденций в лесном массиве в условиях урбанизированной среды, был локализован участок леса площадью 22 га – так называемая «Заповедная дубрава», где исключалась какая-либо деятельность кроме научных наблюдений. Окружающие же насаждения предполагалось использовать как буферную зону, где допускались рекреация и необходимые лесохозяйственные мероприятия. Но, к сожалению, идея строгого заповедного режима на части территории не прошла проверку временем: полностью исключить проникновение людей в заповедную зону не удалось, и состояние лесных биогеоценозов заповедной и буферной зон на настоящее время, практически, снивелировалось [9].

Нами были проведены исследования по фитоиндикации антропогенной изменённости лесных фитоценозов на территории ГБС на основе обработки данных геоботанических описаний. Полевые учёты проводились на круговых пробных площадях (размер 500 м²), каждая из которых разбивалась на 6 равновеликих секторов. При полевых описаниях проводилась комбинированная оценка обилия-покрытия видов растений по 10-балльной шкале Друде-Уранова. При обработке результатов виды распределяли по ЭЦГсогласно системе С.А. Ильинской и А.А. Матвеевой [10] и по принадлежности к диапазонам на шкале богатства почв азотом Д.Н. Цыганова [11]. Последнее позволяет определить долю участия в суммарном обилии травяно-кустарничкового яруса видов с диапазонами толерантности по шкале богатства почв азотом «от 5 до 9» (почвы, достаточно обеспеченные азотом) и «от 7 до 11» (почвы, богатые азотом) [11]. В зоне внимания в настоящем исследовании находились, прежде всего, насаждения буферной зоны. В них заложено 5 пробных площадей (ПП1–ПП5). В глубине условной «заповедной зоны» был подобран участок, лишённый следов активного вторжения людей (без протопов и мусора), в нем заложена контрольная пробная площадь (ПП-6).

На основе обработки данных геоботанических описаний и опубликованных ранее результатов лесоэкологического обследования насаждений [9] составлена характеристика подпологовой растительности (см. табл.). Результаты анализа структуры представленных ЭЦГ (см. рисунок) видов ТКЯ, свидетельсвуют об отсутствии в покрове видов из категории «Сорные», незначительно представлены и ЭЦГ «Лесолуговые». Доля участия лесных видов в суммарном обилии во всех обследованных секторах дубравы высока и по своим значениям соответствует мало нарушенным рекреацией фитоценозам.

Таблица – Характеристика подпологовой растительности и рекреационная дигрессия насаждений Останкинской дубравы

ПП	ТЛУ, тип леса	Виды лесных ЭЦГ в суммарном обилии, %	Подрост		Стадия рекреационной дигрессии
ПП	ТЛУ, тип леса	Виды лесных ЭЦГ в суммарном обилии, %	Благона-дёжный, %	Преобла-дающая порода	Стадия рекреационной дигрессии
11	Д_2,дубрава зеленчуково- волосистоосоковая	82,3	66,6	Кло	II
22	Д₂~Д₃, дубрава зеленчуково-снытевая	84,7	0	Лп	II~III
33	Д_2,дубрава зеленчуковая	83,8	83,6	Кло	II
44	Д_2,дубрава зеленчуковая	75,5	63,0	Кло	II
55	С_2,березняк с сосной и липой разнотравный	50,7	80,0	Кло	II
66	Д_2,дубрава зеленчуковая (контроль в заповедной зоне)	77,6	87,0	Кло	I

Из адвентивных видов повсеместно, но со сравнительно небольшим обилием, отмечается недотрога мелкоцветковая (Impatiens parviflora L.). Анализ естественного возобновления свидетельствует, что благонадёжный подрост представлен, главным образом, клёном остролистным, что характерно в настоящее время для московских городских лесов. Но немаловажно, что под пологом не выявлено молодых экземпляров адвентивных видов древесных пород. Состояние подпологовой растительности, таким образом, указывает на незначительные последействия рекреации на настоящее время на лесные фитоценозы. В секторе, характеризуемом данными ПП 2, отмечается сгущение тропиночной сети до 25%. Эта часть дубравы примыкает к территории вокруг Главного пруда, наиболее насыщенной рекреантами. Тем не менее, даже в этой части насаждений представленность лесных видов в ТКЯ – 84,7%. В этом смысле организацию дорожно-тропиночной сети на территории ГБС можно признать эффективной: для достаточно заметной части насаждений удавалось минимизировать рекреационное воздействие, что способствовало сохранению ценотической целостности подпологового пространства.

Рисунок 1 – Экологическая структура травяно-кустарничкового яруса лесных фитоценозов Останкинской дубравы

По результатам геоботанических исследований выявлено 13 видов, стенотопных в отношении почвенного азота. Примечательно, что на настоящее время то преимущественно растения лесных ЭЦГ. Среди представителей ЭЦГ «Неморальные» это: сныть (Aegopodium podаgraria L.) с диапазоном толерантности к богатству почв азотом «от 7 до 10»; ветреница лютиковая (Anemonoides ranunculoides (L.) Holub.) с диапазоном «от 5 до 10»; колокольчик крапиволистный (Campanula trachelium L.), дапазон – «от 7 до 11»; гравилат городской (Geum urbanum L.) с диапазоном; пролесник многолетний (Mercurialis perennis L.), диапазон «от 5 до 10». ЭЦК «Неморально-бореальные» представлена видами с диапазоном толерантности «от 5 до 9» – копытнем европейским (Asarum europaeum L.), папоротниками – кочедыжником женским (Athyriuёm filix-femina (L.) Roth.), щитовником мужским (Dryopteris filix-mas (L.), вороньим глазом четырехлистным (Paris quadrifolia L.), а также двулепестником парижским (Circaea lutetiana L.) с более широким диапазоном – от 5 до 11. Из «Лугово-лесных» отмечены: герань лесная (Geranium sylvaticum. L.) с диапазоном «от 5 до 11» и лунник оживающий (Lunaria rediviva L)., диапазон толерантности – «от 6 до 11». Адвентивная Impatiens parviflora L. так же требовательна к почвенному азоту, диапазон толерантности этого вида – «от 5 до 9».

Таким образом, получены представления об антропогенной трансформации Останкинской дубравы в границах ГБС имени Н.В. Цицина по данным фитоиндикации. Анализ видового состава подпологовой растительности и оценка пространственной нарушенности лесных фитоценозов свидетельствуют о сравнительно не сильной рекреагенной изменённости насаждений. Оценена доля участия нитрофильных видов в травяно-кустарничковом ярусе: в суммарном обилии она составляет от 32- 56%. Наблюдения за динамикой нитрофильных видов целесообразно ввести в программу лесоэкологического мониторинга в ГБС, безусловно, их результаты должны накладываться на данные почвенных исследований с выявлением особенностей динамики подвижных форм азота.

Список использованных источников

1. Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Соломещ А.И. Современная наука о растительности. М.: Логос, 2002. 264 с.

2. Неверова О. А., Колмогорова. Древесные растения и урбанизированная среда: экологические и биотехнологические аспекты. Новосибирск: Наука, 2003. 222с.

3. Черненькова Т.В. Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение. М.: Наука, 2002. 191 с.

4. Припутина И.В., Зубкова Е.В., Комаров, А.С. Ретроспективная оценка динамики обеспеченности азотом сосновых лесов ближнего Подмосковья по данным фитоиндикации // Лесоведение, 2015. № 3. С.172 -181.

5. Bednova О.V., Kuznetsov V.A. Effect of atmospheric air pollution on local nitrogen cycles in the urban forest ecosystem. IOP Conference Series Earth and Environmental Science V.316: 012076, September 2019. DOI: 10.1088/1755-1315/316/1/012076

6. Carter, T. S., Clark C. M., Fenn M. E., Jovan S., Perakis S. S., Riddell J., Schaberg P. G., Greaver T. L., Hastings M. G. Mechanisms of nitrogen deposition effects on temperate forest lichens and trees. Ecosphere, 2017 V. 8(3): e 01717. 10.1002/ecs2.1717.

7. Весёлкин Д.В. Реакция эктомикориз сосны обыкновенной на газообразное загрязнение // Леса Урала и хозяйство в них: Екатеринбург, 2002. Вып.22. С. 160-168.

8. Беднова О.В. Оценка азотного статуса городской лесной экосистемы на основе геоботанических описаний //Актуальные проблемы лесного комплекса. 2016. № 44. С. 90-96.

9. Беднова О.В., Апалькова Е.С., Балашова А.А., Фомина А.А. Сохранность лесной среды в лесных насаждениях на территории Главного ботанического сада РАН //Актуальные проблемы лесного комплекса. 2023. № 63. С. 127-132.

10. Ильинская С.А., Матвеева А.А., Речан С.П., Орлова М.А., Казанцева Т.Н. Типы леса // Леса западного Подмосковья: под ред. Л.П. Рысина. М.: Наука,1982. С. 20-150.

11. Жукова Л.А., Дорогова Ю.А., Гаврилова М.Н., Турмухаметова Н.В., Полянская Т.А. Экологические шкалы и методы анализа экологического разнообразия растений // Йошкар-Ола: МарГТУ, 2010. 368 с.