14

Биоиндикация антропогенных воздействий на ландшафт

ЛАНДШАФТ — природный географический комплекс, определяемый как: сравнительно небольшой специфичный и однородный участок земной поверхности, ограниченный естественными рубежами, в пределах которых природные компоненты: рельеф, климат, воды, почвы, растительность и животный мир — находятся в сложном взаимодействии и приспособлены друг к другу;

ЛАНДШАФТ АГРОКУЛЬТУРНЫЙ — ландшафт, естественная растительность в котором в значительной мере заменена посевами и посадками с.-х. и садовых культур. Синоним: ландшафт сельскохозяйственный.

ЛАНДШАФТ АНТРОПОГЕННЫЙ — ландшафт, преобразованный хозяйственной деятельностью человека настолько, что изменена связь природных (экологических) компонентов. К антропогенному ландшафту относят также производственные комплексы, городские поселения и т. п. В настоящее время антропогенный ландшафт занимают свыше половины территории суши планеты. В отличие от естественных ландшафтов, где природные процессы саморегулируются, развитие антропогенного ландшафта контролируется человеком. При отсутствии такого контроля этот ландшафт постепенно приобретает свойства саморегуляции, но обычно в ходе более или менее длительной цепи изменений.

ЛАНДШАФТ ГОРОДСКОЙ — тип антропогенного ландшафта с постройками, улицами и парками (синоним: ландшафт урбанистский).

ЛАНДШАФТ НАРУШЕННЫЙ — тип антропогенного ландшафта, возникший в результате нерационального использования природных ресурсов.

ЛАНДШАФТ ПРИРОДНЫЙ — ландшафт, не преобразованный человеческой деятельностью, а потому обладающий естественным саморазвитием.

ЛАНДШАФТ ТЕХНОГЕННЫЙ — разновидность антропогенного ландшафта, особенности формирования и структуры которого обусловлены производственной деятельностью человека, связанной с использованием мощных технических средств. Воздействие может быть прямым (механическое нарушение земель, растительности, затопление) и косвенным (загрязнение промышленными выбросами, фактор беспокойства и т. д.).

Элементарной единицей ландшафта является экотоп (местообитание сообщества). Он складывается из физиотопа (совокупности абиотических факторов) и биоценотопа, а также формы землепользования. Физиотоп состоит из морфотопа, педотопа, гидротопа и климатопа. Биоценотоп включает фитотоп и зоотоп. Если добавить еще форму использования (антропогенный фактор), то получим полное экотопное расчленение ландшафта. Биоиндикация на уровне ландшафта касается биоценотопа, т. е. фитотопа и зоотопа, являющихся ее элементарными единицами, т. е. индикаторами.

Чтобы оценить степень антропогенного преобразования ландшафта, необходим эталон для сравнения. Таким эталоном можно считать потенциальную естественную растительность, которая поддается реконструкции путем сравнения местообитаний и анализа еще сохранившихся естественных фитоценозов, а также синантропных растительных сообществ.

В сильно измененном деятельностью человека ландшафте Средней Европы явно преобладают антропогенные ландшафты. Они представляют собой вторичные сообщества, определяемые данной формой использования территории и его интенсивностью. В рамках единиц использования выделяют различные степени этой интенсивности.

В целом они отражают картину современной растительности. Тип растительности, экологически характерный для фитотопа, называют формой растительности. Она связана с соответствующим типом местообитания, или формой местообитания.

Если рассматривать местообитание как совокупность естественных биотических и абиотических условий, а также их использования человеком, то современная растительность представляет собой биологический компонент этой совокупности.

В сильно измененном деятельностью человека ландшафте преобладают антропогенные ландшафты. Они представляют собой вторичные сообщества, определяемые данной формой использования территории и его интенсивностью.

Ландшафт – это мозаика сменяющих друг друга условий местообитания и землепользования. Карты потенциальной растительности достаточно хорошо характеризуют эту естественную мозаику экотопов. Человек накладывает на нее определенную мозаику использования территории. При традиционных методах землепользования (мелкие по площади хозяйства, незначительное применение биоцидов) дифференциация местообитаний и растительности сильно возрастает. Культурный ландшафт в этих условиях еще более разнообразен, чем естественный ландшафт. Однако с переходом к промышленным методам в сельском хозяйстве происходит его все большая унификация в отношении как направлений использования, так и экологических условий. Такой путь развития приводит к заметному уменьшению разнообразия экотопов и растительности современного культурного ландшафта.

Характеристика его экологического состояния связана с двумя основными вопросами. Во-первых, речь идет о возможно более объективной классификации и характеристике степени антропогенного преобразования ландшафта; во-вторых — о возможностях оценки и описания биологических структурных изменений. На основе этих данных можно прогнозировать развитие растительности при тех или иных планируемых воздействиях и управлять им. В этом и заключается задача биоиндикации ландшафтных экосистем.

Антропогенное влияние на экосистемы идет по четырем направлениям:

1. Вынос органического материала и минеральных веществ, важных для бюджета экосистемы;

2. Поступление минеральных веществ или органического материала, в том числе живых организмов;

3. Отравление, т. е. поступление веществ, нетипичных для экосистемы и сразу же или с течением времени наносящих вред важным организмам или группам организмов;

4. Изменения спектра видов, т. е. оттеснение или подавление одних имеющихся видов другими.

Для каждого из этих направлений была разработана десятиступенчатая шкала, в которой используются не количественные параметры, а биологические критерии.

В настоящее время предложено несколько систем оценки, основная из которых опирается на понятие гемеробности (окультуренность ландшафта).

Для расположения единиц растительности по шкале гемеробности используются следующие критерии:

1. доля терофитов (однолетние растения, полностью отмирающие к зиме с сохранением семян);

2. доля неофитов (недавно появившееся в местной фауне растение, для которого иногда даже можно указать год появления).

3) утрата видов естественной флоры.

Кроме того, учитываются общие признаки изменения почвы и экосистемы

Для оценки степени гемеробности ландшафта или его частей необходимо следующее:

а) разделение исследуемой области на пространственные единицы потенциальной растительности;

б) анализ растительных сообществ, соответствующих использованию территории и степени его интенсивности;

в) сравнение растительных сообществ между собой с помощью следующих критериев:

— доля неофитов и археофитов;

— доля местных, но не соответствующих данному местообитанию видов;

— доля видов потенциальной растительности;

— ярусность растительного покрова по сравнению с потенциальной растительностью;

— спектры жизненных форм растительных сообществ;

г) расположение растительных сообществ современной растительности по шкале гемеробности;

д) картографическое изображение степеней гемеробности в соответствии с распространением растительных сообществ или степенью гемеробности доминирующего сообщества.

Управляемые или: вызываемые человеком сукцессии (последовательная смена биоценозов) всегда связаны с изменением степени гемеробности растительности. При прекращении использования (оставлении пашни под паром, прекращении выпаса на лугах и т. д.) сукцессия идет в сторону конечного сообщества, что соответствует уменьшению степени гемеробности.

Переход к интенсивному способу ведения хозяйства всегда характеризуются повышением степени гемеробности.

Если имеются в распоряжении карты растительности или землепользования за разные годы, можно проследить и сравнить антропогенные изменения ландшафта по площадям, соответствующим различным уровням гемеробности. Распределение единиц растительности по шкале гемеробности одновременно дает возможность объективно оценить изменения экологической ценности ландшафта или его частей. Зная степень гемеробности отдельных растительных сообществ, а также взаимосвязь между направлением и интенсивностью использования местности и соответствующей структурой растительности, можно прогнозировать и направлять ее развитие, планируя в результате экологическую ценность ландшафта в будущем. При этом можно использовать и спонтанно протекающие сукцессии для развития ландшафта, сохранения пространств с многообразной экологической структурой и ценностью в условиях интенсификации землепользования, а также отведения бесполезных для сельского и лесного хозяйства площадей под формирование экологически важных биотопов.

Таблица 7 Характеристика степеней гемеробности (по Э.Вайнерт, Р. Вальтер и др., 1988)

Степень гемеробности	Антропогенные воздействия	Доля неофитов, %	Доля терофитов, %	Изменения почвы и местообитания в целом
Агемеробная	Отсутствуют.	0	< 20	Без изменения.
Олигогемеробная	Незначительное изъятие древесины, выпас, воздействие загрязнений воздуха и воды (затопление поймы эвтрофной водой).	< 5	< 20	Незначительное изменение поступления питательных веществ.
Мезогемеробная	Раскорчевка, распашка, сплошные рубки, использование подстилки, снятие дернины, слабое удобрение.	5.-12	< 20	Незначительное изменение поступления питательных веществ, воды или кислорода, эвтрофизация.
эвгемеробная	Удобрение, известкование, применение биоцидов, небольшой дренаж.	13-17	21-30	Повышенное поступление питательных веществ при изменении под влиянием рН их доступности, изменение поступления воды или кислорода, отсутствие подстилки.
эвгемеробный	Выравнивание почвы, регулярная вспашка, умеренное внесение минеральных удобрений.	13-17	30-40	Повышенное поступление питательных веществ при изменении под влиянием рН их доступности, изменение поступления воды или кислорода, отсутствие подстилки, кроме того нарушение пахотного слоя, изменение пронизанности корнями верхних горизонтов.
	Интенсивное орошение сточными водами.	18-22	30-40	Сильно возросшее поступление и вынос воды и питательных веществ при пониженной вентиляции.
Полигемеробный	Глубокая или плантажная вспашка, постоянное и глубокое осушение и (или) интенсивное орошение, интенсивное удобрение и использование биоцидов, полное уничтожение биоценоза с одновременным занятием экотопа чужеродным материалом.	18-22	> 40	Сильно возросшее поступление и вынос питательных веществ при зависящем от окислительно-восстановительного потенциала уменьшении их доступности, высокая пронизанность подпочвы корнями, повышенное поступление кислорода и воды, изменение свойств местообитаний, перемешивание почвы с антропогенным материалом.
	Биоценозы сильно обеднены, биотоп постоянно подвержен сильному изменению.	> 23	> 40	Уменьшение пронизанности почвы корнями и вентиляции, отсутствие подстилки и аккумулятивного горизонта.
Метагемеробный	Биоценозы уничтожены.	-	-	Преобладание вредных веществ, отсутствие корне-обитаемой толщи.

Исследования степени гемеробности определенных растительных сообществ дают ценные данные и с точки зрения охраны природы. Агемеробные и олигогемеробные территории представляют собой в большинстве случаев земли, максимально заслуживающие охраны. В зависимости от положения отдельных местообитаний охране могут подлежать также мезо- и эвгемеробные растительные сообщества. Карты гемеробности городов пригодны для выделения нуждающихся в охране биотопов, а также районов города, нуждающихся в более интенсивном озеленении.

Если требуется сохранить типичные для прошлого землепользования единицы растительности, следует прервать развитие сукцессии на определенном уровне гемеробности.

Между рекреационной ценностью ландшафта и степенью его гемеробности также существует взаимосвязь, которая зависит от вида рекреации.

Определение степени гемеробности экосистем основано по этой причине на точном знании природы и динамики систем на ценотическом и ландшафтно-экологическом уровне и имеет большую практическую ценность при планировании ландшафта, его преобразования, а также для охраны природы.

Оценка и описание биотических структурных изменений ландшафта

В самых разных областях экологии и при биоиндикационных исследованиях оправдал себя информационный индекс Шеннона, применяемый для описания и индикации структурного состояния и изменений сообществ. Он применялся как индикатор изменений состояния фитоценозов, для учета распределения ландшафтных элементов.

Источником информации могут служить и растительные сообщества, представленные отдельными выделами на картах растительности и служащие основой для установления разнообразия и равномерности распределения ландшафтных выделов.

Экологическое значение структур растительности в ландшафте можно оценивать многими методами. Если рассматривать экологическую значимость какого-либо ландшафта по критериям биотической структуры, богатства видами животных и растений, редкости определенных видов и ценозов, то экологическая оценка будет довольно объективной.

Отдельные критерии биотической структуры какого-либо пространства могут перемножаться и суммироваться. На их основании рассчитывается индекс экологической ценности, который учитывает число биоценозов; Е — долю биоценозов в общей площади; R — относительную редкость биоценоза; богатство видов растений; богатство видов животных.

Индекс экологической ценности может выступать в качестве индикатора.