Структура растительных сообществ

1. Структура  растительных сообществ.

Структура растительного  сообщества (фитоценоза)— особенности  распределения составляющих его  компонентов в пространстве, занятом  сообществом. Различают  горизонтальное и  вертикальное распределение компонентов  сообщества. Структура растительного  сообщества зависит от характера  местообитания сообщества и определяется флористическим составом, набором экоморф, фактором конкуренции и др. Отчасти  характеризуется случайным распределением элементов. Вертикальная структура  нередко выражается в ярусности, т. е. в горизонтально расположенных  слоях разных экоморф. В полноценных  многовидовых развитых лесных растительных сообществах насчитывается до 7 — 8 ярусов. Ярус может слагаться из одного или нескольких видов.

Структура растительного  сообщества наиболее ярко проявляется  в его вертикальной ярусности. Она  характерна для всех типов наземной растительности: лесов, лугов, болот  и т.д. Ярусы выделяются по жизненным  формам (деревья, кустарники, кустарнички, травянистые растения).

Наиболее  сложна структура лесного сообщества, в котором выделяют древесный, кустарниковый, травяно-кустарничковый и мохово-лишайниковый ярусы.

Древесный ярус объединяет все виды растений, жизненная  форма которых дерево. Однако различают  деревья 1, 2 и 3 - ей величины. Например: можжевельник обыкновенный является деревом 3-й величины (при неблагоприятных условиях можжевельник снижает жизненность, принимая кустарниковую форму). Рябина обыкновенная, черемуха обыкновенная, ива козья - деревья 2-й величины, все остальные виды (ель европейская, сосна обыкновенная, береза повислая, береза пушистая, осина, липа сердцелистная и др.) - деревья 1-й величины. При одинаково благоприятных условиях деревья 2-й и 3-й величины никогда не достигают высоты деревьев 1-й величины. Величина деревьев, как и других растений, - биологическое свойство, определяющее подразделение ярусов на подъярусы.

Биологический смысл подразделения ярусов на подъярусы  удобнее рассматривать на примере травянистого яруса лугового типа растительности. К 1-ому подъярусу относятся злаки 1-ой величины, или верховые злаки, и соответствующее им по величине разнотравье: тимофеевка луговая, лисохвост луговой, овсяница луговая, ежа сборная, щучка дернистая, купырь лесной и др. 2-ой подъярус включает злаки 2-ой величины, или низовые злаки, и соответствующее им по величине разнотравье: мятлик луговой, душистый колосок, клевер луговой, чина луговая и др. К 3-ему подъярусу принадлежит подсед (ниже низовых злаков): белоус торчащий, черноголовка обыкновенная и др.

Одновременно  одна и та же древесная порода в  зависимости от конкретной высоты образует полога - высотные структурные подразделения  древесного яруса. Господствующие и  исключительно господствующие деревья  относятся к 1-му пологу, 2-й и 3-й  полога включают деревья, высота которых  соответственно составляет 3/4 и 1/2 от высоты 1-го полога. Для древостоя в целом  и его пологов указывается  сомкнутость крон, определяемая глазомерно по соотношению площадей неба, закрытого  проекцией крон, и просветов. Выражается сомкнутость в десятых долях  от единицы. Составляется также формула  древостоя на основе количественного  учета стволов всего древостоя  и отдельно для каждого полога. Формула древостоя показывает долю участия каждого вида древесной  породы в сложении древостоя или  его конкретного полога.

 Например, на пробной площади лесного  сообщества зафиксировано 56 стволов  ели европейской,20 стволов сосны  обыкновенной и 5 стволов березы  повислой - всего 80 стволов, что  составляет 100% или 10 единиц, как принято  в лесоводстве. На долю ели,  сосны, и березы соответственно  приходится 68,8%; 25,0% и 6,2 %. Формула  древостоя (округляя проценты) выглядит  следующим образом:

7Е3С+Б

 если доля какой-то древесной породы менее 10%, то указывается ее присутствие знаком (+). Аналогичным образом определяется формула древостоя для каждого полога. Формулы древостоя (и пологов) удобнее для сравнения особенностей структуры различных сообществ, чем сравнение по абсолютному количеству стволов каждой древесной породы.

Очень важна  характеристика подроста, к которому условно относятся молодые экземпляры деревьев с высотой, составляющей 1/4 от преобладающей высоты (при высоте древостоя 24 м к подросту относятся  экземпляры до 6 м). В свою очередь  подрост также по высоте подразделяется на полога. Между подростом и материнским  древостоем существуют сложные взаимоотношения, но подрост - это потенциальный материал для восполнения отпада в материнском древостое и обеспечения его возобновления.

Кроме вертикальной структуры многим растительным сообществам  характерна также горизонтальная и  временнaя (сезонная) структура. Горизонтальная структура фитоценоза проявляется  в мозаичности ценоэлементов, т.е. в наличии мелких групп растений, различающихся по составу, обилию видов, их жизненности. Ценоэлементы горизонтальной структуры называются микрогруппировками. Горизонтальная структура обусловлена 3-мя группами факторов:

1.  мелкими неоднородностями  условий среды в пределах одного  экотопа (экотопическая мозаичность);

2.  прямым и косвенным  влиянием хозяйственной деятельности  человека (антропогенная мозаичность);

3.  особенностями биологии  самих растений, например, разрастание  отдельных видов (фитогенная мозаичность), а также ценобиотическая мозаичность,  возникающая как результат взаимодействия  растений в сообществе (распределение  растений под пологом леса  при его неравномерной сомкнутости).

Временнaя  структура фитоценоза выражается в  том, что на одной территории в  разные сроки вегетационного периода  развиваются сезонные группы растений, называемые синузиями, которые объединяют виды растений со сходным ритмом развития. Ярким примером временнoй синузии  являются синузия эфемеров и эфемероидов  в пустынях, степях, широколиственных лесах. В наших лесах на дерново-карбонатных  почвах с близким залеганием известняков  ранней весной такую синузию образуют обильно цветущие первоцветы: ветренница лютичная, медуница неясная, перелеска  благородная и др.

Разнообразные формы структуры растительного  сообщества имеют большое значение не только для функционирования конкретного  фитоценоза, но и для биогеоценоза (экосистемы) в целом. Благодаря сложности  структуры фитоценоза более полно  используется разнообразие условий  среды, что обеспечивает полночленность фитоценоза и увеличивает его  устойчивость к неблагоприятным  факторам внешней среды и к  конкурентным взаимоотношениям с соседними  сообществами.

 

Условия существования  в пределах разных ярусов различны. Верхний ярус находится под наибольшим воздействием климатических условий. Условия существования растений нижних ярусов (кустарникового, травяно-кустарничкового, или травянистого, мохово-лишайникового) существенно трансформируются фитосредой, особенности которой определяются верхним ярусом. Таким образом, верхний  ярус играет средообразующую роль в  формировании расположенных под  ним других структурных элементов  сообщества (ценоэлементов), т.е. является эдификаторным. В эдификаторном  ярусе выделяется основная древесная  порода, образующая конкретное сообщество, - эдификатор (строитель сообщества). По средообразующей роли эдификаторы  отличаются различной фитоценотической мощью. Наиболее сильным эдификатором в наших климатических условиях является ель европейская, формирующая  коренные бореальные (таежные) еловые леса. Сосновые леса, за исключением  сосняков лишайниковых на боровых террасах, камах и озах, сложенных песчаными  отложениями, березняки, сероольшанники являются вторичными лесами, возникшими на месте ельников. Их существование  в природе поддерживается хозяйственной  деятельностью человека. В противном  случае еловые леса восстановились бы на прежних местообитаниях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Анализ растительных сообществ.

Наиболее  существенными преимуществами растительности перед другими компонентами биоты  являются:

1)  ее физиономичность (о ландшафтах любой территории мы составляем представление по характеру растительности);

2)  доступность наблюдений, т.е. мы имеем возможность непосредственного изучения растительности, не ставя экспериментов;

3)  исключительная чуткость реакций растительности и отдельных видов растений на малейшие изменения в условиях среды (если в ельнике-кисличнике появился даже в единичном обилии кукушкин лен, то это показатель начала заболачивания конкретного участка).

Однако фитоиндикация  как метод экологических исследований требует хорошего знания флоры исследуемой  территории и тщательного изучения растительных сообществ, очень тонко  приспособленных к местным условиям. В связи с этим необходимо подчеркнуть, что растительным сообществом или  фитоценозом называется закономерное сочетание видов растений на более  или менее однородной территории (прежде всего по рельефу), характеризующееся  взаимоотношением растений друг с другом и с условиями местообитания.

При использовании  растительных сообществ в качестве индикаторов условий местообитания  и состояния окружающей среды  необходимо рассмотреть наиболее существенные свойства фитоценозов. Они раскрываются через описание видового состава  сообществ и выявления его  структуры на пробных площадях 400-500 м2 для лесного таежного фитоценоза и 100 м2 для травянистых сообществ (лугов). Растительность верховых сфагновых  болот, отличающаяся комплексностью, исследуется  методом линейной таксации (экологический  профиль от окраины болота к его  центру) с описанием сообществ  на каждом элементе рельефа (понижение  на окраине болота. пологий склон. гряда, мочажина) и установления процентного  соотношения между различными типами сообществ по их суммарному протяжению на профиле.

Предлагается  рассмотреть анализ растительного  сообщества на примере « Анализа  изменения состава и структуры  лесных растительных ассоциаций в градиенте  рекреационной нагрузки»  (материал взят из научной статьи  журнала «Научные ведомости», серия  «Естественные науки», 2012, №3 (122), выпуск 18).

Предложена система оценки экологического состояния лесного растительного  сообщества, находящегося под воздействием рекреационной нагрузки, на основе геоботанического исследования территории на примере трёх типов растительных ассоциаций – березняков, сосняков и ельников. При незначительном росте  рекреации наблюдается увеличение видового многообразия и покрытия лугово-опушечных  и синантропных видов, которое снижается  на более высоких стадиях рекреационной  дигрессии. Данные показатели сказываются  на изменении индексов Шеннона, Пиелу  и Симпсона. Состояние древостоя  при усилении рекреации изменяется медленнее, чем видовой состав и  состояние травостоя территории.

Введение.

Эффективность средозащитных функций  лесных и лесопарковых зон в населённых пунктах зависит от их качественно-видовой  структуры. Полнота, ярусность, наличие подлеска, видовое многообразие растений в городских насаждениях во многом влияют на качество атмосферного воздуха, шумовой, температурный, радиационный, влажностный и ветровой режимы и др.

В городских условиях основные экологические  факторы существенно отличаются от тех, которые влияют на растения в естественной обстановке. Изменены особенности воздушной среды (загрязнение, запыление), температура, световой и гидрологический режим, показатели почвенной среды, в том числе загрязнение её тяжёлыми металлами, солями, нефтепродуктами, пылью, цементной крошкой, органическими веществами и др.  Совокупность факторов городской среды оказывает влияние на самые разнообразные звенья обмена веществ растений. Меняется кислотность клеточного сока, под влиянием токсичных веществ снижается содержание нуклеиновых кислот, белков, клетчатки, слабеет способность растений выделять фитонциды.

Рекреационная дигрессия воздействует на видовой состав, а также на средообразующую, средозащитную, санитерно-гигиеническую и другие полезные функции леса. При усилении рекреационной нагрузки идёт активный процесс синантропизации флоры, проявляющийся в изменении видового состава сообществ, вытеснении коренных видов более конкурентоспособными растениями-синантропами. Бывшие естественные фитоценозы трансформируются в синантропные растительные комплексы. А.П. Шенников ещё в середине XX века выдвинул положение о том, что в условиях интенсивного вытаптывания на месте различных ассоциаций даже в различных почвенных условиях происходит образование сходных травостоев (конвенгерция растительных сообществ). С увеличением рекреационной нагрузки уменьшается количество подроста, значительная часть которого угнетена или повреждена. При дальнейшем увеличении рекреационной нагрузки упрощаются состав и структура древостоя, формируется древостой паркового типа, где древесная растительность сильно фрагментирована.

В связи с вышеизложенным, целью настоящей работы явилась  оценка экологического состояния лесных растительных сообществ на территории лесного массива «Гурьяновский лес» в условиях рекреационной нагрузки на  основе анализа подробных геоботаиических описаний.

Район исследования, материалы и методы исследования

Лесной массив «Гурьяновский лес» находится в центре второго по величине города Калужской области, первого наукограда России - г. Обнинска с населением 106 тыс. человек. Обнинск находится в зоне широколиственно-хвойных и мелколиственных, осиново-березовых лесов. Гурьяновский лес имеет площадь 38 га, окружен с трех 
сторон улицами со средней автотранспортной нагрузкой от 500 до 1800 автомобилей в час «пик». По всей своей территории Гурьяновский лес пересечен значительным количеством дорожек и мелких троп, используется как место отдыха, для прогулок с животными и занятий спортом. Рядом с территорией леса находятся четыре школы.

Для большей части  ассоциаций Гурьяновского леса характерен четырехъярусный характер. В древесном ярусе преобладают березы.

В данном исследовании основное внимание было уделено территориям леса с преобладанием в древостое березы, ели и сосны, находящимся на разных стадиях рекреационной дигрессии. Подбор учетных площадей на участках березняков, ельников и сосняков был произведен в соответствии со схожестью отдельных фитоценозов одной ассоциации в первую очередь по формуле древостоя, во вторую - по подлеску и кустарниковому ярусу, а также видам травостоя.

В течение двух полевых сезонов 2010 и 2011 гг. на территории лесного массива Гурьяновский лес» были произведены оценка стадии рекреационной дигрессии, оценка состояния древостоя и геоботанические описания сорока учетных площадей растительных сообществ выбранных растительных ассоциаций. Камерально рассчитывали средний балл состояния древостоя на учетной территории, индексы видового многообразия Шеннона и Симпсона, показатель выравненности видов в сообществе 
по Пиелу, рассчитывали долю отдельных групп видов растений в составе и структуре сообществ.