Моховой компонент лесостепных дубрав и его использование для оценки состояния экосистем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат биологических наук Дегтярева, Светлана Ивановна

• Дегтярева, Светлана Ивановна
• кандидат биологических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Дегтярева, Светлана Ивановна

Введение.

Глава 1. Очерк природных условий Воронежской области.

Глава 2. Состояние изученности бриофлоры восточноевропейских широколиственных лесов.

Глава 3. Объекты и методы исследования.

• Глава 4. Конспект бриофлоры лесостепных дубрав Воронежской области.

Глава 5. Анализ бриофлоры лесостепных дубрав Воронежской области.

5.1. Таксономический анализ.

5.2. Географический анализ.

5.3. Эколого-ценотический анализ.

Ф 5.3.1.Особенности экотопического распределения мохообразных.

5.3.2. Характеристика эпифитных группировок.

Глава 6. Анализ бриофлоры мохообразных избранных дубравных массивов.

6.1. Природное разнообразие избранных массивов.

6.2. Сравнительный анализ бриофлоры.

6.3. Особенности экотопического распределения.

Глава 7. Влияние природных и антропогенных факторов на биоразнообразие мохового компонента дубрав.

7.1. Влияние ценотических факторов.

7.2. Влияние геоморфологических факторов.

7.3. Влияние автотранспортного загрязнения.

7.4. Влияние рекреации и нарушений режимов лесопользования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моховой компонент лесостепных дубрав и его использование для оценки состояния экосистем»

Актуальность работы. Лесостепные дубравы наряду с разнотравноз-лаковыми степями являются важнейшей составной частью сложного и динамичного природного макрокомплекса. Помимо естественных факторов, лимитирующих произрастание дубрав в условиях засушливого климата лесостепи, резко проявляется негативное антропогенное воздействие весьма продолжительное по времени. Масштабы антропогенной трансформации приобретают глобальный характер и затрагивают все компоненты экосистем. Значение лесостепных дубрав - лесов первой категории очевидно: почвозащитное, водоохранное, рекреационное, ресурсное. Однако их представленность в заповедном фонде невысока. Эффективность природоохранных мероприятий и рациональное использование ресурсов во многом зависят от знания закономерностей функционирования экосистем, а их усф тановление невозможно без учета всех составляющих компонентов. Мхи в этом смысле, являются одним из наименее изученных блоков. Как и прочие споровые растения, мхи являются чувствительными индикаторами состояния среды: состав, структура, жизненность моховых группировок способны отражать степень увлажнения лесных сообществ, уровень атмосферного загрязнения, общую степень дигрессии. Однако прикладные аспекты использования мхов в индикационных целях не получили пока должного научного обоснования и развития, что связано с недостаточной изученностью биоразнообразия мхов лесостепных дубрав, их эколого-биологических особенностей, а также отсутствием надежных методик описания эпифитных синузий. На основании перечисленных причин комплексное изучение мохового компонента лесостепных дубрав является актуальным.

Цель и задачи исследований. Цель исследования - анализ мохового компонента лесостепных дубрав и выявление информативных параметров, ф адекватно отражающих состояние экосистем. Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи: 1) выявление видового состава лесостепных дубрав Воронежской области и составление конспекта; 2) проведение таксономического, эколого-биологического, географического анализов бриофлоры; 3) выявление особенностей бриофлоры лесостепных дубрав на основе сравнения с материалами по другим регионам; 4) детальное изучение мохового компонента трех избранных дубравных массиbob; 5) разработка и апробация методики массовых учетов эпифитных

• группировок; 6) определение наиболее информативных параметров биоразнообразия и их применение для оценки влияния природных и антропогенных факторов на состояние экосистем.

Научная новизна и теоретическая значимость работы. Результаты исследований являются научным вкладом в изучение биоразнообразия лесостепных экосистем. Составлен конспект бриофлоры дубрав Воронежской области, насчитывающий 125 видов, выявлен один, новый для облас

• ти, вид, для ряда редких видов установлены новые местонахождения. Подробно исследованы бриофлоры трех конкретных массивов - Воронежской нагорной дубравы, Теллермановской рощи, и Шилова леса. Получены сведения расширяющие представления об экологической приуроченности и устойчивости комплекса лесных видов. Предложена совокупность параметров мохового компонента, отражающая состояние дубравных экосистем в целом. Установлены зависимости показателей биоразнообразия ф мхов от ценотических, геоморфологических факторов, а также от степени дигрессии и уровня автотранспортного загрязнения. Материалы диссертации могут быть использованы для развития основ экологии лесных сообществ, лесной геоботаники, научного обоснования природоохранных и ле-сохозяйственных мероприятий.

Практическая значимость работы. Обосновано использование мохового компонента в индикационных целях в условиях лесостепи. Разработаны достаточно простые и надежные способы учета эпифитных моховых группировок, рекомендуемые для целей экологического мониторинга. На основе предложенных параметров оценки биоразнообразия мохового компонента проанализированы избранные лесостепные дубравы Воронежской области в целом и в серии учетных площадей на градиентных профилях с разными проявлениями антропогенного воздействия. Заполняется компьютерная база данных по экологии, биологии, географии мхов лесостепных дубрав, которая может найти применение при составлении обобф щающих сводок, определителей, Красных книг и кадастров охраняемых территорий, а также может служить фундаментальной основой для мониторинговых исследований в пригородных лесах города Воронежа. Материалы диссертации используются в учебном процессе при чтении курсов «Общей ботаники», «Экологии», «Лесной геоботаники».

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на VII Молодежной конференции ботаников (Санкт-Петербург, 2000), на научной конференции «Лесные стационарные исследования» (Москва, 2001), на

Международной конференции молодых ученых в Москве (Мытыщи -5, 2001), на Международном совещании "Проблемы бриологии на рубеже веков", (С.-Петербург, 2002), на научной конференции «Флора и растительность Центрального Черноземья - 2003» (Курск, 2003), на XI Делегатском съезде РБО (Барнаул, 2003), на ежегодных отчетных конференциях профессорско-преподавательского состава ВГЛТА (Воронеж, 2001-2003).

Публикации. Материалы диссертации изложены в 9 научных статьях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, библиографического списка литературы и 3 приложений. Общий объем работы составляет 205 страниц, в том числе 19 страниц приложений, включая 18 таблиц и 61 рисунок. Список литературы насчитывает 215 наименований отечественных и зарубежных источников.

Заключение диссертации по теме «Экология», Дегтярева, Светлана Ивановна

выводы

1. В составе бриофлоры лесостепных дубрав Воронежской области выявлено 125 видов мохообразных: печеночников 10 видов из 9 родов и 8 семейств, листостебельных мхов 113 видов из 64 родов и 27 семейств. Новым для области явился Dicranum viride.

2. Систематическая структура бриофлоры, в основе которой крупные семейства широкой экологической амплитуды (Brachytheciaceae, Amblyste

• giaceae, Hypnaceae), отражает как ценотические особенности дубрав (Mniaceae, Plagiotheciaceae, Dicranaceae), так и их положение в составе лесостепного макрокомплекса (Pottiaceae).

3. Сравнение бриофлоры лесостепных дубрав с материалами по другим регионам позволяет рассматривать ее как одну из самых богатых и разнообразных. Степень сходства видового состава наиболее велика с дубравами Ульяновской области (0,7) и Приднепровской возвышенности (0,65). Уроф вень видового богатства обусловлен контрастностью природных условий

Среднерусской лесостепи в целом, широким спектром местообитаний в дубравных экосистемах, наличием карбонатных субстратов.

4. Бриофлору дубрав можно охарактеризовать как бореально-неморальную с долей неморалов в 35%. Своеобразие бриофлоры древесных субстратов проявляется в значительном увеличении роли неморального элемента до 59%.

5. Среди экотопических групп наибольшей численностью отличаются

• напочвенные мхи - 70 видов, на основаниях стволов выявлено - 42 вида, на стволовой части - 22, на гнилой древесине - 24; всего на древесных субстратах - 57, на каменистых субстратах - 40 видов.

6. Для оценки состояния дубравных экосистем предложены следующие параметры: видовое, родовое и семейственное богатство, видовая плотность, полночленность неморального базифильного комплекса, число индикаторных видов, средний балл активности и сумма активных баллов, индекс Бергера-Паркера, индекс спороношения, соотношения между эко

• лого-субстратными группами, процентные соотношения между видами с разной антропотолерантностью, а также 01111. Разработанная методика массовых описаний эпифитных группировок достаточно экономична и позволяет получить достоверные данные для ненарушенных и антропогенно трансформированных экосистем.

7. С учетом предложенных параметров проанализирован моховой

Ф компонент трех наиболее крупных дубрав области - Шипова леса, Теллермановской рощи и Воронежской нагорной дубравы. В них сосредоточено

94,4% видового состава дубрав области и 88% флоры всего типа водораздельных зональных дубрав. По ряду показателей (таксономическое разнообразие, % редких и интересных видов, полночленность неморального базифильного комплекса, % эврифилов и др.) наиболее тривиальна бриофло-ра ТР. Уровни биоразнообразия ВНД и ШЛ примерно одинаковы. Специфика бриофлоры ВНД заключается в более выровненных систематическом, географическом и эколого-биологическом спектрах, более высоком

Ф % редких и специфичных видов, повышенной доле напочвенных мхов и ацидонейтрофилов; ШЛ - в повышенном % облигатных эпифитов бази-фильной ориентации. Однако доля участия активных видов в сложении бриофлоры ВНД выше, что находит отражение и в меньшем значении индекса Бергера-Паркера. По удельному весу бриоапофитов флора пригородной ВНД не является самой «синантропной», что еще раз подчеркивает, что уровень биоразнообразия у мхов в большей степени, чем у сосудистых растений, определяется природными факторами.

8. С точки зрения мохового компонента изучены типичные ассоциации лесостепных дубрав. Четких тенденций в изменении показателей биоразнообразия в ряду ассоциаций по градиенту увлажнения: снытевая -осоково-снытевая - осоковая не выявлено. Уменьшаются лишь видовая плотность, % неморального базифильного комплекса и ОПП (с 22,7-24,6% до 10-11.2%), т.е степень развития эпифитов в большей степени, чем показатели видового разнообразия зависит от комплекса лесорастительных условий сообщества.

9. В качестве наглядной модели для выявления природных факторов, определяющих уровень биоразнообразия, использована геоморфологическая трансекта в ВНД. По совокупности параметров флористического и структурного разнообразия выделяется зона овражно-балочной сети. Именно в ней наибольшее видовое богатство, число редких стенотопных и специфичных видов, выровненные спектры экологических типов, жизненных форм, геоэлементов; наиболее высокие значения ОПП. На втором месте плакорная зона с более монотонными условиями. Низкий уровень биоразнообразия выявлен для водораздельной зоны (точнее 4-ой надпойменной террасы) и придолинного склона, бриофлора этих зон сложена экологически пластичными «скелетными» видами (80%).

10. На градиентном профиле, демонстрирующем влияние автотранспортного загрязнения, по мере удаления от шоссе возрастают показатели таксономического разнообразия, полночленность неморального базифиль

• ного комплекса, число индикаторных видов, индекс Бергера-Паркера, пропорция напочвенные/виды древесных субстратов, ОПП. На «грязных» площадках существенно увеличивается доля видов ксерофильной ориентации (40%) и безразличных к кислотности (91,7%), что находит отражение в господстве эвритопных «скелетных» видов (80%); моховые группировки в основном одновидовые с господством Hypnum pallescens или Brachythecium salebrosum. Однако динамика не всех показателей имеет линейный характер, более сглаженный вид они имеют с расстояния 200 м и далее. Индекс спороношения наглядно изменяется только в группе индикаторных видов, т.к. устойчивые эвритопные виды спороносят активно и в сильно нарушенных условиях. За 5 лет наблюдений значения ОПП на «грязных» площадках (2 и 20м) неуклонно падают, несмотря на различия метеоусловий по годам. На «чистых» площадках имеет место разброс данных по годам, причем показана положительная корреляция со среднегодовым количеством осадков.

11. ОПП является одним из наиболее информативных показателей, индицирующих состояние экосистем. Во всех вариантах учетов ОПП на северной экспозиции было достоверно выше, что закономерно для аридного климата среднерусской лесостепи. По степени убывания ОПП стороны горизонта распределены следующим образом: север-восток-запад-юг, однако эта тенденция носит неявный характер.

12. Эффективность применения параметров мохового компонента доказана и при изучении стадий дигрессии лесных сообществ. Такие показатели как видовая плотность, полночленность неморального базифильного комплекса, ОПП, число индикаторных видов и эпифитов, индекс Бергера-Паркера, индекс спороношения индикаторных видов уменьшаются с возрастанием стадии дигрессии, напротив увеличивается доля верхоплодных мхов, активных (73%) эвритопных и «скелетных» видов (65%). Однако на средних стадиях почти не изменяется общее видовое богатство, причем за счет разнообразия напочвенных мхов, активно заселяющих временные субстраты (обнаженную почву).

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Дегтярева, Светлана Ивановна, 2004 год

1. Абатуров А.В. Лесная древесная растительность как индикатор состояния окружающей среды /А.В.Абатуров // Биоиндикация состояния окружающей среды. М: Наука, 1982. - 144 с.

2. Аболинь А.А. Изменение структуры мохового покрова в зависимости от распределения осадков под пологом леса /А.А.Аболинь //Экология. 1974.- №3.- С. 51-56.• 3. Аболинь А.А. Листостебельные мхи Латвийской ССР /А.А.Аболинь. 1. Рига, 1968.- 329 с.

3. Абрамова А.Л. Определитель листостебельных мхов Арктики / А.Л. Абрамова, Л.И.Савич-Любицкая, З.Н.Смирнова. М.: Изд-во АН СССР, 1961.-714 с.

4. Абрамова Л.И., Курнаев С.Ф. Мохообразные основных типов широколиственных лесов Тульских засек /Л.И.Абрамова, С.Ф.Курнаев //Бюл. МОИП. Отд. биол. 1977.- Т. 82.- Вып. 1. - С. 116-119.

5. Абрамов И.И. Географические закономерности распространения мхов /И.И.Абрамов // Ботан. журн. 1969. - Т. 54. - № 1. - С. 33-46.

6. Агроклиматические ресурсы Воронежской области. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. - 107 с.

7. Адерихин П.Г. Почвы Воронежской области, их генезис, свойства и краткая агропроизводственная характеристика. /П.Г Адерихин. Изд-во: ВГУ, 1963.-263 с.

8. Алехин В.В. Центрально-Черноземные степи / В.В. Алехин. Изд-во: ВГУ, 1934.-88 с.

9. Ф 10. Андреева Е.Н. Влияние атмосферного загрязнения на моховой покровсеверотаежных лесов / Е.Н.Андреева // Лесные экосистемы и атмосферные загрязнения. Л.: Наука, 1990.- С. 159-172.

10. Антропогенные изменения широколиственных лесов Подмосковья // Г.А.Полякова, Т.В. Малышева, А,А.Флеров. М.: Наука, 1983. - 86 с.

11. Арискина Н.П. Краткий определитель листостебельных мхов ТАССР / Н.П. Арискина. Казань, 1978. - 122 с.

12. Арискина Н.П. Моховые синузии в напочвенном покрове хвойных фитоценозов Татарской республики / Н.П. Арискина // Бот. журн.,1962. Т. 47. - № 5. - С. 658-672.

13. Арискина Н.П. Эпифитные мхи в лесах Татарии / Н.П. Арискина // Учен. зап. Казан, ун-та. Казань, 1963. Т. 123. - Кн. 2. - С. 121-127.

14. Ахтырцев А.Б. Лугово-черноземные почвы центральных областей русской равнины / А.Б. Ахтырцев, П.Г. Адерихин, Б.П. Ахтырцев. -Воронеж: Изд-во ВГУ, 1981.- 165 с.

15. Ахтырцев Б.П. Серые лесные почвы Центральной России / Б.П.Ахтырцев. Воронеж, 1979.- 233 с.

16. Ахтырцев Б.П. Почвенный покров Среднерусского Черноземья / Б.П.Ахтырцев, А.Б. Ахтырцев. Воронеж, 1993.- 216 с.

17. Бабенко Л.А. Флора мохообразных Ростовской области / Л.А. Бабенко // Тр. V молодежной конф. ботаников в Санкт-Петербурге. СПб., 1995.- С. 48-51.

18. Баишева Э.З. Бриосинтаксономия: эпифитные и эпиксильные сообщества / Э.З.Баишева, А.И.Соломещ // Бюллетень МОИП. Отдел биол. наук, 1994. Т. 99. - Вып. 6. - С. 74-86.

19. Бардунов Л.В. Листостебельные мхи побережий и гор северного Байкала / Л.В.Бардунов. М.: Изд-во АН СССР, 1961. - 120 с.

20. Бардунов Л.В. Флорогенетические особенности моховых флор / Л.В.Бардунов // Тез. докл.У делегат, съезда Всесоюз. ботан. о-ва. -Киев, 1973.- С. 178.

21. Бардунов Л.В. Очерк бриофлоры Сибири / Л.В.Бардунов — Новосибирск, 1992.- 96 с.

22. Бардунов Л.В. Географо-генетическиее элементы бриофлоры СССР / Л.В.Бардунов, У.К.Маматкулов // Бриология в СССР, её достижения и перспективы. Львов, 1991.- С. 23-26.

23. Бардунов М.Ф. Древнейшие на суше / М.Ф.Бардунов. Новосибирск, 1984.- 160 с.

24. Бардунов М.Ф. Листостебельные мхи побережий и гор Северного Байкала / Бардунов М.Ф. // Тр. Вост-Сиб.фил. СО АН СССР, 1961. -Вып. 42.- 120 с.

25. Бачурина А.Ф. Бриофлора Украинского Полесья / А.Ф.Бачурина, Л.Я.Партика // Бриолихенологические исследования в СССР. -Апатиты, 1985.- С. 14-28.

26. Берзиня А.Я. Загрязнение металлами растений в придорожных зонах автомагистрали / А.Я. Берзиня // Загрязнение среды выбросами автотранспорта. Рига, 1980.-С. 13-15.

27. Бериня Д.Ж. Распределение выпадений выбросов автотранспорта и загрязнение почв придорожной полосы / Д.Ж. Бериня, Л.Н.Калвиня // Загрязнение среды выбросами автотранспорта. Рига, 1980. - С. 2236.

28. Биоиндикация наземных экосистем. / Под ред. Р.Шуберта. М.: Мир, 1988.- 350 с.

29. Бойко М.Ф. Бриофлора Хоперского заповедника / М.Ф.Бойко // Ботан. журн., 1984. -Т. 69.-№4.-С. 521-524.32.35,3637,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,

30. Бойко М.Ф. Бриофлора степной зоны Восточноевропейской равнины и Предкавказья / М.Ф. Бойко // Автореф. дисс. д-ра биол. наук. — Киев, 1992.-39с.

31. Бойко М.Ф. О синузиях мохообразных / М.Ф.Бойко // Укр. ботан. журн., 1978.- Т.35. №1 - С. 87.92.

32. Бойко М.Ф. Изменение под антропогенным воздействием бриофлоры широколиственных лесов Киева и его окрестностей / М.Ф.Бойко, В.М.Любченко, В.М.Вирченко // Биол. науки. 1987. - № 2. - С. 6469.

33. Бязров Л.Г. Влагоемкость коры некоторых древесных пород / Л.Г.Бязров // Лесное хозяйство. — 1969. — №12. С. 23-24. Бязров Л.Г. Лишайники в экологическом мониторинге / Л.Г.Бязров-М.: Научный мир, 2002 - С. 336.

34. Василевич В.И. Статистические методы в геоботанике / В.И.Василевич. Л: Изд-во наука, 1969. - С. 232. Вересин М.М. Леса Воронежские / М.М.Вересин. - Изд-во: ВГУ, 1971. -С. 224.

35. Вирченко В.М. Мохообразные лесостепной части Приднепровской возвышенности (конспект флоры) / В.М. Вирченко. Киев, 1989. - 61 е.- ВИНИТИ03.01.89. № 84-В89. ДЕП.

36. Bip4eHKO В.М. Зтши в бриофлоре Дарницкого л1сопарку ( м. Кшв ) за останш 100 роюв / В.Марченко // Укр. ботан. журн. 1991. — Т.48. — №1- С. 44-49.

37. В1рченко В.М. Про мохопод1бш м. Кшва, i его околиць / В.М.В1рченко

38. Укр. ботан. журн. 1990.- Т.47.- №2.- С. 24-27.

39. Вирченко В.М. Бриофлора лесопарковой зоны г.Киева и её измененияза последние 100 лет / В.М.Вирченко // Бриология в СССР, еёдостижения и перспективы. Львов, 1991.- С. 42-46.

40. Волкова Л.А. К бриофлоре Пудожского района Карелии / Л.А. Волкова

41. Новости систематики низших растений. Л., 1979. - С. 194-196.

42. Воробьев Ю.М. Бриофлора северо-западной части Приволжскойвозвышенности/ Воробьев Ю.М. Горький, 1987. - 186 с. — ВИНИТИ.1808.87. № 5994-В87. ДЕП.

43. Горчаковский П.Л. Широколиственные леса и их место в растительном покрове Южного Урала / П.Л.Горчаковский. М.: Изд-во наука, 1972.- 146 с.

44. Гольдберг И.Л. Изменение мохового покрова южно-таежныхтемнохвойных лесов в условиях техногенного загрязнения /

45. И.Л.Гольдберг// Экология. 1997. - №6. - С. 468-470.

46. Гричук В.П. История флоры и растительности Русской равнины вплейстоцене / Гричук В.П. — М.: Наука, 1989. 183 с.

47. Грищенко М.Н. Плейстоцен и голоцен Верхнего Дона /

48. М.Н.Грищенко. М., 1976.- 228 с.

49. Гроссет Г.Э. Материалы по изучению лесов Воронежской губернии. Леса Валуйского уезда / Г.Э.Гроссет II Тр. науч.-исслед. ин-та при ВГУ. Воронеж, 1928.- №2.- С. 49-126.

50. Гудошников С.В. Флора листостебельных мхов черневого подпояса южных гор Сибири и проблема происхождения черневой тайги / С.В.Гудошников. Томск, 1986. - 192 с.

51. Дегтярева С.И. К изучению мохообразных Теллермановского леса / С.И.Дегтярева // Вестник Центрально-Черноземного регионального отделения наук о лесе РАЕН Воронежской государственной лесотехнической академии. Воронеж, 2002. - Вып. 4. - Ч. 1. - С. 220222.