Введение. На экосистемы в пойме р. Москвы оказывается многокомпонентное и разнонаправленное воздействие

На экосистемы в пойме р. Москвы оказывается многокомпонентное и разнонаправленное воздействие. В настоящее время уже никто не станет возражать, что воздействие человека на экосистемы в пойме р. Москвы в пределах города есть. Даже не специалист в области экологического мониторинга, находясь в пойме р. Москвы, например, в районе Капотни, окинув взглядом, уходящую вдаль дорогу рядом с берегом, подстриженные под полубокс луга, места от кострищ, бегущую воду из трубы в реку - скажет, что влияние человека видно во всем. Это не полностью искусственные поля монокультуры, но и далеко не естественные природные сообщества. Что уж говорить когда, по сути, все луга в пойме рек на территории России носят антропогенное происхождение, когда то на их месте произрастали леса. И поэтому нам интересно узнать насколько сильное антропогенное воздействие здесь, используя научные методы.

Хотя растения не могут говорить, как многие думают, уже сам по себе факт отсутствия или присутствия какого-либо конкретного вида растения может сказать о многом, если расшифровать эту растительную азбуку. Данную задачу, возможно, решить при использовании методов фитоиндикации, являющихся частью общей системы мониторинга окружающей среды. Наибольшее биоиндикационное значение имеют растения, как наиболее доступный для наблюдения и чутко реагирующий на все изменения среды организмы. Использование растительности как индикатора условий среды называют фитоиндикацией, которая выгодно отличается от инструментального метода дешёвым и быстрым получением информации о среде по признакам растения. При фитоиндикации по растительным сообществам используют методы геоботаники, в связи, с чем выделяют флористические и геоботанические индикаторы (Булохов, 2004).

Дополнит общую картину состояния экосистем использование химических методов анализа, в том числе и инструментальных, которые повсеместно применяются в экологическом мониторинге.

Актуальность работы обусловлена важностью оценки современного экологического состояния экосистем с точки зрения понимания динамики его изменения во времени.

Цель: Оценить экологическое состояние экосистем в пойме р. Москвы.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить систематическую структуру растений луговых сообществ.

2. Изучить эколого-ценотическую структуру растений луговых сообществ.

3. Определить экологические параметры экотопов на исследуемой территории с помощью экологических шкал (фитоиндикация)

4. Оценить экологическое состояние почв в пойме р. Москвы

a. Определить водородный показатель рН и оценить кислотность почвы.

b. Определить удельную электропроводность.

c. Определить содержание хлоридов в почвенной вытяжке.

d. Определить органическое вещество в почве.

Глава 1. Природные условия района исследований

Общая площадь города 1081 км². Город располагается в зоне смешанных лесов.

Основные климатические показатели города:

· Средняя температура воздуха самого холодного месяца – 10, 3º С;

· Средняя температура воздуха самого теплого месяца 18, 1º С;

· Годовая амплитуда средних температур 28, 4º С;

· Абсолютный минимум температур – 42º С;

· Абсолютный максимум температур 37º С;

· Сумма температур за период со средней температурой воздуха выше 10º С 2055º С;

· Среднее годовое количество атмосферных осадков 716 мм;

· Коэффициент атмосферного увлажнения Высоцкого-Иванова 1, 2.

Москва включает территории четырех ландшафтных районов:

· Долина р. Москвы вместе с ее главным притоком (в черте города) – долиной р. Яузы (абс. высота 120–160м);

· Смоленско-Московская возвышенность, представленная ее южными отрогами (абс. высота 175–185м);

· Мещерская низменность (абс. высота 155–165м);

· Теплостанская возвышенность (северная часть Москворецко-Окской равнины, абс. высота 175–250м).

Объект исследования расположен в ландшафтном районе – Долина р. Москвы (вместе с долиной р. Яузы) (Москва: геология и город, 1997).

Долина р. Москвы пересекает город с северо-запада на юго-восток. Вместе с долиной р. Яузы она разделяет три других вышеназванных ландшафтных района.

Ландшафтный район долины р. Москвы – главный в столичном мегаполисе. Он играет роль организующей оси городской ландшафтной структуры. Долина р. Москвы – сквозная дренажная система, стягивающая к себе поверхностный и грунтовый сток с территории всего города.

Река на территории города сильно меандрирует(изменяет свою форму). Долина имеет асимметричное строение – террасы развиты преимущественно на левом берегу. Достаточно четко выделяются пойма и три надпойменные аллювиальные террасы. Ширина долины достигает наибольшей величины в юго-восточной части города (12 км), здесь же наблюдается и наиболее ярко выраженная ее асимметрия. Самая древняя и наибольшая по площади – третья надпойменная терраса – Ходынская. Вторая надпойменная терраса – Мневниковскаятерраса и первая надпойменная террасы – Серебряноборская, заниимаютзначительно меньшую площадь. Пойма р. Москвы тянется практически сплошной полосой вдоль реки.

Третья надпойменная (боровая) терраса выражена в рельефе наиболее четко. Ее относительная высота 30-35 м (абсолютная 135-160 м). У бровки высота террасы нередко снижается до 25 м. От более низких террас она отделена, как правило, пологим уступом. На третьей (III) надпойменной террасе расположены Ходынское поле (отсюда и ее название), Покровское-Стрешнево, большая часть старого города (Белого и Земляного), лесопарк «Сокольники», Заяузье, Кузьминки. Ходынская терраса сильно расчленена эрозионной сетью. В припойменных участках III терраса крутыми уступами высотой 25-30 м спускается к реке. Так в районе Боровицкой и Краснохолмской излучин терраса пересекается реками Пресней, Неглинной, Яузой и их многочисленными притоками. Именно здесь на живописных суходолах высокой III террасы, покрытых бором, возникла Москва и легенда о ее «семи холмах». Главные «холмы» столицы – это фрагменты III надпойменной террасы: Боровицкий образован врезом р. Неглинной; Красный (он же Швивая или Вшивая горка) – при слиянии рек Яузы и Москвы; «Три горы» — образован врезом р. Пресни; Введенские горы (Лефортово) – сильно изрезанный мелкой овражной сетью склон III надпойменной террасы на левом берегу р. Яузы.

Вторая (II) надпойменная терраса имеет высоту 18–20м (абсолютные отметки 130–140м). Она хорошо выражена в рельефе, и ее фрагменты отмечаются по всей длине реки в черте города. На второй террасе расположены Фили, Замоскворечье (ул. Шаболовка, Мытная, Люсиновская), Нагатино, Марьино. На бровке II надпойменной террасы построен Новодевичий монастырь.

Первая (I) надпойменная терраса в черте города встречается лишь отдельными фрагментами: в Серебряноборской и Мневниковской излучинах, в Замоскворечье. Относительная высота террасы 8–10 м (абсолютные отметки 126—130 м).

Пойма р. Москвы сплошной полосой тянется вдоль реки. Большие участки поймы находятся в районах Тушина, Крылатского, Нижних Мневников, Лужников, Текстильщиков, Марьина, Братеева. Понятие поймы в настоящее время утратило прежнее значение, т.к. русло ограничено набережными, пойма частично затоплена, а на большей части подсыпана. Относительная высота поймы составляла 4 м над урезом реки. Она регулярно затапливалась во время весенних половодий. Заливные луга с большим количеством озеровидных понижений и стариц, наряду с «холмами» и «черторыями» (оврагами), составляли неотъемлемую часть древнемосковского ландшафта. В черте города на пойме были озера. Некоторые озерки и болотца уцелели по обоим берегам р. Москвы у Коломенского.

Старица на Великом лугу (напротив Кремля) была использована для прокладки водоотводного канала; старица в Крылатском — для постройки гребного канала. Наиболее значительные подсыпки поймы были проведены на территориях Болотной площади, Лужников. Таким образом, пойма существует как историко-геологическое образование. Абсолютные отметки поймы местами подняты до уровня первой надпойменной террасы.

Москва возникла в долине р. Москвы, поэтому речная сеть здесь подверглась максимальному уничтожению или трансформации. Речки московского центра потекли в подземных коллекторах (Неглинная, Пресня и другие).

Вдоль р. Москвы сосредоточены разнообразные в той или иной степени природные территории: на правом берегу – Строгинский залив со Строгинским полуостровом, Троице-Лыковский берег, Крылатский берег и Крылатские холмы, Фили-Кунцевский лесопарк, Воробьевы горы, Нескучный сад, Коломенское, Братеевская пойма (низовье Городни); по левому берегу – низовье р. Химки, Серебряный Бор, Карамышевская набережная, Мневниковская пойма, Нагатинская пойма, Люблинские поля фильтрации (место гнездования ряда редких для города птиц). На некотором удалении от р. Москвы, но в пределах ее долины, расположены такие природные территории как Серебряноборское лесничество (на правом берегу), Покровско-Стрешнево и Кузьминки (на левом берегу). В долине р. Яузы находятся Сокольники.

В составе коренных ландшафтов долины р. Москвы–Яузы преобладали сосновые и широколиственно-сосновые надпойменые террасовые леса на дерново-подзолистых легкосуглинистых и супесчаных почвах. Пойменные луга и болота сочетались с пойменными черноольшаниками и дубравами на аллювиальных дерновых почвах

Глава 2. Материалы и методы исследования

Исследование лугов в пойме р. Москва проводилось в 2013 – 2014 г. в микрорайоне Капотня г. Москва (Рис. 1). Было сделано 7 геоботанических описаний. Также дополнительно определялись виды вне площадок. Сбор полевого материала в ходе обследования проводился по стандартной методике маршрутных геоботанических описаний (Миркин и др., 2001,) с составлением флористических списков, оценкой обилия видов по шкале Ж. Браун-Бланке (Миркин и др., 2001), оценкой характера экотопа и др. Размер учетной площадки составлял 100 м² (Работнов, 1992).

Рис. 1. Исследуемая территория (красный прямоугольник)

На исследуемой территории было определено 53 вида травянистых сосудистых растений, сведенных в таблицу с определением принадлежности каждого вида к эколого-ценотической, фитогеографической, хозяйственно-ценной группа и др.

Для определения видов использовались следующие работы: Флора средней полосы европейской части России (2006), иллюстрированный определитель растений Средней России, Т. 1. (2002), Т. 2. (2003), определитель сосудистых растений центра европейской части России (1991).

При исследовании лугового растительного покрова мы применяли классификацию эколого-ценотических групп видов сосудистых растений, составленную на основе эколого-ценотических свит А. А. Ниценко и исторических свит Г. М. Зозулина (Бакин и др., 2000).

Обработка описаний проводилась в программе MS Office Excel 2007.

Для определения позиций растительного сообщества в экологическом пространстве факторов использовалась разработка, основанная на регрессионном анализе. (Бузук, Созинов, 2009). Она предложена зав. кафедрой фармакогнозии и ботаники Витебского государственного медицинского университета (Беларусь), д. фарм. н. Г.Н. Бузуком и доцентом Гродненского госуниверситета (Беларусь), к.б.н. О.В. Созиновым на основе экологических шкал Д.Н. Цыганова (1983). Суть способа заключается в ранжировании диапазонов толерантности к конкретным экологическим факторам видов растений, формирующих определенный фитоценоз, и вычислении линейной регрессии для верхнего и нижнего диапазонов значений баллов факторов относительно их диапазона (по экологическим шкалам Д.Н. Цыганова).

Для работы алгоритма достаточно копировать из базы данных «Шкалы Цыганова» область с экологическими данными для каждого из видов растений описания (вместо тех, что отражены в исходной таблице и далее в светло-бирюзовом поле «Исходные данные из экологических таблиц Д.Н. Цыганова»). Обратите внимание:

1) необходимо копировать только экологические диапазоны видов, чтобы не удалить алгоритм расчета соседнего светло-зеленого поля «Max–Min»;

2) необходимо удалить значения «0» (отсутствие данных), если таковые имеются из ячеек поля «Исходные данные из экологических таблиц Д.Н. Цыганова». После ввода автоматически получаете результаты расчета двумя способами; посередине интервала и с помощью регрессии (в баллах).

Для оценки экологического состояния почв в пойме р. Москвы были выбраны следующие показатели состояния и методы соответственно: кислотность почв - визуально-колориметрический и потенциометрический метод, содержание водорастворимых солей определение удельной электропроводности водной вытяжки с помощью кондуктометрии, хлориды титриметрический метод, содержание органического вещества по седиментации, взвешенной в воде почве.

В работе были использованы датчики цифровой лаборатории «Научные развлечения» рН датчик и кондуктометрический датчик.

Отбор и подготовка почвенных проб производилась в соответствии с ГОСТами 17.4.3.01. и 17.4.4.02-84. Определение гумуса в почве проводилось по Никитину с колориметрическим окончанием по Орлову-Гриндель.

Глава 3. Оценка экологического состояния экосистем в пойме реки Москвы

3.1 Анализ систематической структуры

В ценофлоре луговых сообществ в пойме р. Москва нами было выявлено 53 вида сосудистых травянистых растений, объединенных в 19 семейств и 45 родов. Положение семейств во флористическом спектре представлено в таблице 1.

Таблица 1 - Флористический состав сосудистых травянистых растений луговых фитоценозов пойме р. Москвы

Малое количество отмеченных видов не дает нам полноценно сравнивать ценофлору исследуемых лугов с другими флорами, но некоторые выводы можно сделать. Наибольшую роль играют первые три семейства флоры. Первое место по количеству видов занимает семейство Сложноцветные - 15 видов, второе – Бобовые – 6 видов, третье место – Злаковые – 5. В общих чертах по первым трем семействам спектра (табл. 1) ценофлора сосудистых растений лугов соответствует флоре Голарктического флористического царства (Тахтаджян, 1978).Половина семейства представлена только одним видом. Большой отрыв от остальных семейств Сложноцветных и 4 место в спектре Крестоцветных указывает на сильное антропогенное воздействие на луговые сообщества. В целом требуется дальнейшее более полное выявление ценофлоры лугов.

На исследуемой территории обнаружен один вид, занесенный в Красную книгу г. Москвы. Это – Земляника зеленая(Fragaria viridis).

Рис.2 Территории расположения земляники зеленой.

Среда обитания: Луга

Округа: ЗАО, ЮАО, СЗАО, ЮВАО.

Встречается в Москве: Кузьминский лесопарк, Нагатинская пойма, Коломенское, Долина р. Язвенки, Долина р. Городни, Крылатская пойма, Щукинский п-ов, Долина р. Сетуни, Долина р. Раменки.

3 категорияредкости.

Рис. 2. Земляника зеленая

3 - уязвимые виды - виды, изначально малочисленные в природных условиях или обычные в соответствующих им местообитаниях, численность которых в Москве под воздействием специфических факторов городской среды может сократиться за короткий промежуток времени.

3.2. Эколого-ценотическая структура растений луговых сообществ

В эколого-ценотическом спектре ценофлоры лугов в пойме р. Москвы (Рис.3) преобладает рудеральная (сорная) группа – 24 вида (45%), что указывает на сильное антропогенное воздействие и изменение естественных экосистем исследуемого района. Рудеральные виды – Пижма обыкновенная, Подорожник большой, Мятлик однолетний, Лопух малый, Полынь горькая, Цикорий обыкновенный, Крапива двудомная, Лапчатка средняя, Пустырник пятилопастной, Бодяк щетинистый.

Рис 3. Спектр эколого-ценотических групп ценофлоры лугов

На большую степень антропогенного воздействия, указывает также то, что во многих луговых сообществах исследуемого района сорные виды доминируют в травостое. Луговая эколого-ценотическая группа (ЭЦГ) занимает второе место – 11 видов (21%). К ним относятся: Люцерна серповидная, Василистник простой, Кульбаба осенняя, Клевер луговой, Горошек мышиный, Зверобой продырявленный, Ежа сборная, Тысячелистник обыкновенный, Кострец безостый, Осока ранняя и др.

Влажно-луговая ЭЦГ на третьем месте – 7 видов (13%) – Щавель густой, Щавель курчавый, Лапчатка гусиная, Амория гибридная, Бодяк беловойлочный, Осока коротковолосистая, Амория ползучая.

Лесо-луговая группа представлена 4 видами: Будра плющевидная, Вейник наземный, Золотая розга обыкновенная, Борщевик сибирский.

Культурная ЭЦГ представлена 3видами – Астра иволистная, Люцерна посевная, Хрен обыкновенный.

Заносная ЭЦГ представлена 2 видами - Мелколепестник канадский, Недотрога железистая.

Из остепненно-луговой ЭЦГ 1 вид – Земляника зеленая, и из водно-болотной 1 – Череда трехраздельная.

3.3. Экологические параметры экотопов на исследуемой территории