Введение

Степень антропогенной нагрузки в больших городах возрастает с каждым годом. Увеличение транспортных магистралей, строительство новых заводов приводят к загрязнению атмосферы, почвы, воды, что несомненно ухудшает условия жизни людей. Единственным компонентом окружающей среды, способным улучшить ситуацию, являются зеленые насаждения. Помимо различных парков и скверов в самом городе, Санкт-Петербург окружают парки, лесопарки, зеленые зоны и леса Ленинградской области.

Знание закономерностей роста и развития травянистой растительности может служить хорошей основой для планирования городских посадок. Об­ладая такой информацией можно с достаточной долей уверенности сказать, что будет произрастать на определенном участке без вмешательства чело­века. Кроме того, можно легко определить необходимый видовой состав, ко­торый не будет изменяться под воздействием внешних антропогенных фак­торов.

Однако, в настоящее время исследованиям древесной растительности уделено гораздо больше внимания, чем травянистой. Учитывая вышесказанное, нами были выбраны два объекта: ботанический сад СПбГЛТУ и Жерновское лесничество Охтинского УОЛХ. Цель нашей работы заключалась в изучении травянистой растительности на этих территориях. Затрагиваемый вопрос освещен мало, и представляет для нас определенный интерес. Во-первых, ботанический сад и лесопарк тесно связаны с академией, образовательным и научным процессом, и их изучение служит вкладом в историю развития учебного заведения. Во-вторых, закономерности, отмеченные при исследованиях объектов, могут быть применены и к другим территориям города. В ходе работы предполагалось составить по возможности полные конспекты флоры парков, ознакомиться с литературой по данной теме, провести сравнение полученных нами данных с данными предыдущих авторов о городской растительности в целом и сделать определенные выводы о составе и распространении травянистых растений. Для этого проводились полевые работы по учету растений на пробных площадках, сбор гербария и анализ полученных данных. Определенные трудности исследования заключались в специфике циклов развития растений (некоторые растения проходят цикл развития за несколько недель и вполне вероятно, что были отмечены не все виды). Другой причиной, по которой отдельные виды, вероятно, не попали в список, может стать регулярное скашивание травы в парке академии, а также труднодоступные заболоченные места в Охтинском лесопарке.

Полевые исследования в ботаническом саду СПбГЛТУ им. С. М. Кирова проводились в вегетационный период 2009г., а обработка и анализ полученных исходных материалов в осенне-зимний период 2009-2010 гг. В вегетационный период 2011 г. были проведены исследования в Жерновском лесничестве Охтинского УОЛХ. Камеральная обработка собранных данных выполнялась в осенне-зимний период 2011-2012г.

Общая часть

Глава 1. Состояние вопроса

Городская растительность является единственным природным компонентом городской экосистемы, способным защитить и улучшить качество среды обитания живых организмов. Но именно в городах, где растения с их санитарно-гигиеническими, защитными и эстетическими функциями так необходимы, наблюдаются худшие условия для их роста и развития.

Изучению травянистых растений уделяется гораздо меньшее внимание, чем древесным. Однако, по некоторым данным можно сделать определенные заключения о состоянии городской флоры. Так, выделим следующих авторов: Бабиков Б. В., Мельничук И. А., Савицкая С. Н., Березуцкий, М. А., Игнатьева М.Е., Ковязин В.Ф., Беляева Н. В., Фролов А. К.. Их научные статьи наиболее содержательно раскрывают тему произрастания травянистых растений в урбанизированной обстановке. Приведем краткие заключения.

В условиях городской среды фитоценозы претерпевают различные изменения: идет уничтожение естественной растительности и селективное подавление отдельных видов; осуществляется интродукция новых видов деревьев, кустарников и трав; идет стихийный процесс заноса на урбанизированные территории до того не свойственных данной местности видов растений. В урбанизированной природной среде на растение оказывает воздействие целый комплекс неблагоприятных факторов. Их целесообразно рассматривать как стрессовые, к которым относятся все внешние воздействия, ограничивающие синтез и накопление органических веществ в растениях. Наиболее характерными для урбаноэкотопов являются следующие виды стрессов: вытаптывание; обогащение почв тяжелыми металлами (особенно свинцом), фосфором, соединениями азота, поваренной солью, разнообразными органическими веществами; изменение газового состава воздуха с образованием аэрозолей, включающих в себя много токсических веществ; изменение микроклимата – в условиях города кислотные осадки выпадают чаще, а средние температуры (особенно в крупных городах) всегда на несколько градусов выше; замусоривание почвы.

Одним из видов антропогенных воздействий на фитоценозы городов является уплотнение почв. В отличие от пригородных и других рекреационных лесов и лугов, где вытаптывание носит сезонный характер, в городах оно круглогодично. Вытаптывание ведет к уплотнению почвы и изменению ее физико-химических свойств. Под влиянием уплотнения в 5-6 раз снижается проективное покрытие травянистых растений, а на сети троп они исчезают полностью. Толерантность растений к уплотнению почв обусловлена двумя их свойствами: степенью разрушаемости биомассы и способностью к регенерации. Ключевыми признаками таких растений являются: эластичность механических тканей, способность корней расти в уплотненной плохо аэрированной почве, устойчивость всех тканей к ударным нагрузкам и низкое расположение почек возобновления. Распространение во всех городских местообитаниях таких растений как одуванчик лекарственный (Taraxacum officinalle), видов подорожника (Plantago), и клевера (Trifolium), а также злаков обусловлено оптимальным сочетание у них именно этих свойств. Напротив, пырей ползучий (Elytrigia repens) выпадает из травостоя даже при умеренном уплотнении почвы.

В урбанизированных условиях значительно возрастает загрязнение тяжелыми металлами окружающей среды. Некоторые виды растений имеют эффективные механизмы защиты от этого вида стресса: сниженную проницаемость мембран для металлов и повышенную устойчивость к их токсическому воздействию. Устойчивость одного и того же вида растения к разным тяжелым металлам неодинакова. Но есть виды, устойчивые сразу к большой группе металлов. Хотя как у сравнительно устойчивых, так и у мало устойчивых видов растений наблюдается снижение продукционного процесса. Это происходит из-за нарушения структуры и функционирования ассимиляционного аппарата.

Под влиянием газообразных загрязнений атмосферы, в первую очередь вблизи промышленных мероприятий, страдает фотосинтетический аппарат растений. Его изучение позволяет сделать следующие выводы о состоянии растений в городе. Общим для всех видов является изреживание кроны и побегов, увеличение доли листьев световой структуры, уменьшение площади листа, увеличение количества устьиц, уменьшение размеров хлоропластов и их числа в хлорофилле и др. С нарастанием городских влияний для всех видов отмечается тенденция к редукции фотосинтетического аппарата и к снижению фотосинтетической мощности отдельного листа и целого растения (в среднем в 1,5-2 раза). Интересно, что отмеченный ксероморфизм листьев, отрицательно сказывающийся на показателях фотосинтеза, в то же время позволяет городским растениям экономно расходовать влагу и в данном случае может трактоваться как адаптационный признак.

Установленная для многих видов редукция фотосинтетического аппарата, его меньшая функциональная активность, накопление токсикантов в значительной мере снижают продукционные возможности растений в городе и в определенной мере объясняют причины плохого роста, преждевременного старения и отмирания насаждений.

Можно сказать, что растения в условиях города подвергаются воздействию необычайно сложного комплекса разнообразных, часто сильно варьирующих факторов измененной среды, мишенью которых являются самые различные морфоанатомические и физиолого-биохимические реакции. Сложность картины усугубляется фактом неоднозначного влияния многих факторов при различных значениях сопутствующих явлений, а также во многих случаях трудностью разграничения адаптационных и патологических изменений. С другой стороны, анализ результатов показывает, что спектр, так сказать окончательных изменений в растениях, проявляющихся на видимом уровне не так уж и широк, если не считать таких специфических факторов как канцерогенные и мутагенные.

С точки зрения анатома и морфолога – это ксерофитизация всего облика растения и его отдельных органов, приводящая к редукции основных структур всего фотосинтетического аппарата. С точки зрения физиолога – это снижение интенсивности или по крайней мере эффективности основных физиологических процессов – фотосинтеза, дыхания, роста, накопления питательных веществ, водного режима и т. д. что означает общее ослабление и снижение жизнеспособности. С точки зрения фитопатолога – это, в первую очередь, всевозможные поражения листа, приводящие в конечном счете к одному результату – уменьшению листовой поверхности. И наконец, с точки зрения практика-озеленителя, это плохое состояние городских зеленых насаждений, что находит свое выражение в сокращении продолжительности жизни, укорочении периода облиственности, снижении их санитарно-гигиенических, микроклиматических, эстетических и декоративных свойств.

Говоря о систематических группах растений, стоит отметить следующее: лучшую толерантность к созданным человеком местообитаниям имеют семейства, характерные для аридных территорий - Маревые (Chenopodiaceae), Гречишные (Polygonaceae), Губоцветные (Lamiaceae), а также Злаки (Poaceae). Худшую толерантность показывают виды семейств Осоковые (Cyperaceae), Лютиковые (Ranunculaceae), Гвоздичные (Caryophyllaceae). Таким образом, в городе наблюдается сдвиг таксономической структуры от бореальной флоры к аридной. Среди ценотических групп, помимо сорных, наибольший процент проникновения на созданные человеком местообитания характерен для прибрежно-водных видов. Причины такой закономерности кроются в том, что эти виды и в естественных условиях произрастают на очень динамичных территориях, где из-за изменения уровня воды и в результате наносов появляются новые, свободные от растительности участки. Вследствие чего эти виды, лучше, чем другие приспособлены к быстрому заселению новых территорий. Также среди них очень много плюризональных видов с широким экологическим диапазоном толерантности. Антропогенные местообитания более благоприятны для деревьев, кустарников, травянистых одно- и двулетников, чем для полудревесных форм и травянистых многолетников. Можно отметить, что анемофильные растения в таких условиях также произрастают лучше.

Таким образом, полученные результаты важны в понимании общей проблемы адаптации и стресса у растений в необычных условиях антропогенной среды. Они используются как научная основа для разработки практических рекомендаций в области зеленого строительства и оптимизации городской среды.

Сохранение жизнеспособных растений в городах весьма важная и актуальная задача. Как леса являются легкими планеты, так и урбанофитоценозы служат легкими городов. Мерами для содействия нормальной их жизнедеятельности можно считать следующие: рыхление и полив почв уличных насаждений; ограждение наиболее вытаптываемых участков; высаживание устойчивых к антропогенному воздействию видов растений и обогащение видового состава; своевременный уход за растениями и внесение в почву минеральных удобрений; мониторинг почвенно-растительного комплекса.

Если же говорить о травянистой флоре, выбранных нами объектов, то ее изучению было уделено в разное время не очень много внимания. Поэтому точных списков растений в литературе найдено не было. Указания на некоторые из видов приводятся чаще при изучении древесной растительности, чему посвящено немало работ видных ученых. Благодаря этим кратким сведениям можно составить частичное представление о флоре дикорастущих растений прошлых лет в ботаническом саду и лесопарке. Так, последняя работа по уточнению травянистых растений ботанического сада была проделана в 1993 году Игнатьевой М. Е. Ею же был составлен подробный конспект флоры. Более ранний список растений удалось представить по Инвентаризационному описанию парка, проводившемуся в 1983-1984 гг. В этих материалах указаны травянистые растения, растущие под кронами деревьев, а также газонные виды. Точность этого списка невелика, однако он составляет одну из опорных точек при нынешнем изучении травяного покрова. Для Охтинского УОЛХ сведения о травянистой растительности сводятся по большей части к описаниям типов леса, распространенных на территории. Но отсюда можно узнать лишь о видах-индикаторах.