Фитоиндикация состояния водоемов в урболандшафте (на примере города Гомеля)

ФИТОИНДИКАЦИЯ СОСТОЯНИЯ ВОДОЕМОВ В УРБОЛАНДШАФТЕ (НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА ГОМЕЛЯ)

Деятельность человека оказывает значительное воздействие на водные экосистемы, в том числе на их растительный компонент. Основными факторами воздействия на водную и прибрежную растительность являются: поступление сточных вод и питательных веществ с прилегающей территории, вызывающих эвтрофизацию, загрязнение нефтепродуктами, загрязнение хлоридами, сульфатами, тяжелыми металлами, отложение ила, механическое повреждение, застройка берегов. Значительная антропогенная нагрузка приходится на водоемы и водотоки, находящиеся на территории городов. Водная и прибрежная растительность может служить индикатором антропогенного воздействия на водные экосистемы в целом, уровня эвтрофизации стоячих и проточных вод.

Целью наших исследований являлось выявление показателей водной и прибрежной растительности, которые могут использоваться в качестве индикаторов состояния водной среды на территории Беларуси. Объект исследований — водная и прибрежная растительность водоемов и водотоков, расположенных в пределах города Гомеля. В ходе исследований выполнялась геоботаническая съемка на пробных площадках (размер 5×5, 2×2 м). Всего было обследовано 26 водоемов и водотоков различной величины. Для характеристики водной и прибрежной растительности каждого водоема использовалось 5−20 описаний. В пределах пробной площадки изучались характеристики экотопа (местоположение, микрорельеф, характер берега, дна, глубина воды, прозрачность воды и т. д.) и антропогенная нагрузка (формы использование территории, выбитость травяного покрова и т. д.). Геоботанические описания сводились в фитоценологические таблицы, при обработке которых использовался эколого-флористический метод Браун-Бланке [1,2]. Синтаксономическая диагностика ассоциаций выполнялась по [3].

Для изучения экологических условий применялись фитоиндикационные шкалы Г. Элленберга [4] и Д. Н. Цыганова [5], содержащим балловые оценки экологических свойств видов растений по различным факторам среды. Балловые оценки рассчитывались для каждого геоботанического описания. При использовании шкал Цыганова расчет выполнялся методом средневзвешенной середины интервала. Достоверность отличий средних значений балловых оценок определялась по t-критерию Стьюдента.

Для оценки связи растительных сообществ (ассоциаций) с уровнем антропогенного воздействия изучаемые водоемы и водотоки были разделены на три группы в зависимости от формы и интенсивности антропогенного воздействия (уровня антропогенной нагрузки):

• 1 группа — водоемы и водотоки, расположенные на окраинах города, на удалении от промышленных и селитебных зон; основной фактор воздействия — рекреация;
• 2 группа — водоемы и водотоки, расположенные в центральной части города, среди селитебной и промышленной застройки; основные факторы воздействия — рекреация и сток с прилегающих территорий — дворов, автостоянок, дорог, садово-огородных участков и т. д.;
• 3 группа — водоемы-отстойники, расположенные на территории промплощадок крупных предприятий, места выпуска стоков и сточных вод; основные факторы воздействия — сточные воды, сток с полигонов отходов и промплощадок.

Оценка связи и проверка ее достоверности выполнялась соответственно с помощью известного коэффициента сопряженности Дайса (ТКД) и критерия Пирсона (Х2), рассчитываемых по формулам, предложенным в [6].

На основе выполненных в 2002;2006 гг. работ установлено, что фитоценотическая структура водной и прибрежной растительности на территории города Гомеля представлена 4 классами, 7 порядками, 8 союзами и 19 ассоциациями эколого-флористической классификации Браун-Бланке. Выделены сообщества, относящиеся к классам: Lemnetea R.Tx. 1955 (сообщества свободно плавающих на поверхности и в толще воды растений — плейстофитов); Potametea Klika in Klika et Novak 1941 (сообщества прикрепленных к дну растений с плавающими на поверхности или погруженными в толщу воды листьями); Phragmitti-Magnocaricetea Klika in Klika et Novak 1941 (водные и околоводные сообщества прикрепленных к дну и возвышающихся над водой растений); Bidentetea tripartiti Tx., Lohm. et Prsg. in Tx. 1950 (синантропные сообщества на богатых, илистых, мокрых почвах).

Растительные сообщества существуют в определенном диапазоне экологических условий, в том числе обусловленных антропогенными факторами. Особенно четко связь растительное сообщество-среда проявляется для синтаксонов уровня ассоциаций эколого-флористической классификации Браун-Бланке [1]. На основе проведенных нами исследований выявлено, что ряд сообществ имеет достоверную сопряженность с уровнем антропогенной нагрузки на водную экосистему (табл. 1). Видно, что такие сообщества как Bidentietum tripartiti и Elodeetum canadensis положительно сопряжены с водоемами и водотоками 2-й группы, испытывающими высокую антропогенную нагрузку.

Так, широкое распространение в водоемах города Гомеля имеет ассоциация Elodeetum canadensis. Элодея канадская или водяная чума (Elodea canadensis Rich.) — адвентивный вид, занесенный в Европу из Северной Америки (в первой половине 19 века). Интенсивное размножение и миграция этого вида привели к формированию специфических сообществ водной растительности. Одноименная ассоциация характеризуется доминированием Elodea canadensis (проективное покрытие — 25−50%, постоянство — 80−100%). Проективное покрытие других видов незначительно (менее 5%). С постоянством 40−60% встречаются Lemna trisulca L., Ceratophyllum demersum L., Potamogeton crispus L.; с постоянством 20−40% - Lemna minor L., Stratiotes aloides L. Вторая распространенная синантропная ассоциация Bidentietum tripartiti характеризуется относительно устойчивым видовым составом. Диагностические виды ассоциации: Bidens tripartitus L., Polygonum persicaria L., Ranunculus scelerantus L. (постоянство 80−100%). В ее составе также отмечаются Alisma plantago-aquatica L., Echinochloa crus-galli (L.) Beauv., Juncus bufonius L., Lycopus europaeus L., Cirsium arvense (L.) Scop. Данная ассоциация формируется на берегах водоемов, подверженных интенсивному рекреационному воздействию, основным фактором которого является вытаптывание. Ассоциация широко распространена по берегам водоемов 2-й группы.

Ряд сообществ распространен преимущественно в водоемах 1-й группы — Nypharo-lutei-Nyphareetum albae, Phragmitetum communis, Butometum umbellati и другие. Это сообщества слабо устойчивые к антропогенным стрессам. Например, ассоциация Phragmitetum communis (Gams 1927) Schmale 1939, наблюдающаяся в широком диапазоне природных экологических условий, но редко встречающаяся по берегам водоемов с высоким уровнем антропогенной нагрузки. Диагностическим признаком ассоциации является доминирование тростника обыкновенного (Phragmites communis Trin.), имеющего здесь проективное покрытие более 50%. Другие виды имеют небольшое обилие: Typha latifolia L., Typha angustifolia L., Lycopus europaeus L., Lythrum salicaria L., Alisma plantago-aquatica L.

Ассоциаций, положительно сопряженных с водоемами 3-й группы, не обнаружено (табл.1). Это объясняется тем, что условия здесь крайне неблагоприятны для формирования «нормальных» сообществ водной и прибрежной растительности.

Для оценки некоторых характеристик водной среды нами были использованы фитоиндикационные шкалы Г. Элленберга (шкала азотообеспечености — N, шкала кислотности — R) и Д. Н. Цыганова (шкала азотообепеченности — Nt, шкала кислотности — R, шкала солевого богатства — Tr). На основе описаний водной и прибрежной растительности были рассчитаны средние значения балловых оценок для водоемов города Гомеля, а затем средние значения балловых оценок для групп водоемов (табл.2). Колебания значений азотного богатства по шкале N в исследуемых водоемах находятся в интервале 5,80−7,80, по шкале Nt — в интервале 6,10−8,14. Колебания значений кислотности по шкале R находятся в пределах 6,3−7,5, по шкале Rc — 6,8−8,1 (что примерно соответствует значениям рН=6,5−8,5). Значения шкалы солевого богатства изменяются от 6,9 до 8,9 балла.

Видно, что водоемы 3-й группы характеризуются высокими значениями оценок по шкалам азотообеспеченности (табл.2). Для водоемов 1-й группы характерны наименьшие величины азотообеспеченности. По шкалам кислотности между водоемами 1-й и 2-й групп достоверных отличий нет. Достоверное снижение рН отмечается в водоемах 3-й группы. Причем, применение шкал Г. Элленбега и Д. Н. Цыганова дает схожие результаты. По шкале солевого богатства (Tr) достоверных различий между тремя группами водоемов не наблюдается.

Фитоценотическая структура растительности связана с экологическими условиями, прежде всего, со степенью эвтрофированности водоема, которая во многом определяется содержанием соединений азота. Так, для водоемов с высоким содержанием азота (более 7 баллов) характерны ассоциации: Stratiotetum aloidis, Lemno-Hydrocharitetum, Typhetum latifolium, Bidentietum tripartiti. В водоемах, для которых значения по шкалам азотообепеченности составили 7,7−8 и более баллов, водная растительность, как правило, отсутствует полностью (например, пруд-отстойник озера Дедно). В водоемах с умеренным содержанием азота (ниже 7 баллов) широко распространены такие сообщества, как Nypharo-lutei-Nyphareetum albae, Lemnetum trisulcae, Phragmitetum australis, Butometum umbellati.

Изменение эколого-фитоценотической структуры отражается в фитосоциологическом спектре (соотношение диагностических видов различных классов растительности). По мере роста антропогенной нагрузки наблюдается увеличение доли видов классов синантропной растительности (Bidentetea, Stellarietea, Artemisietea и т. д.), причем в водоемах 3-й группы виды синантропных классов доминируют.

В табл. 3 приводятся результаты фитоиндикации озера Дедно, находящегося на территории Центрального района города Гомеля и представляющего собой разделенную на две части старицу реки Сож. Первая часть озера служит прудом-отстойником для одного из городских коллекторов, вторая — заливом Сожа, использующимся в целях рекреации. Для сравнения используется залив реки Сож, расположенный выше по течению. Видно, что наибольшие отличия характерны для шкал азотообеспеченности, в меньшей степени для шкалы солевого богатства. По шкале кислотности R достоверных отличий нет, тогда как по шкале Rc наблюдается существенное снижение рН в пруде-отстойнике. В значительной степени по градиенту антропогенного воздействия трансформируется фитосоциологический спектр растительности. В водоеме-отстойнике естественная водная и даже береговая растительность отсутствует, а растительный покров представлен группировками синантропных видов-нитрофилов.

Таким образом, для экологической оценки состояния водной среды в урболандшафте можно использовать комплекс показателей водной и прибрежной растительности, которая отражает суммарный эффект воздействия различных антропогенных факторов.

Таблица 1. Сопряженность ассоциаций водной и прибрежной растительности с уровнем антропогенной нагрузки (коэффициент сопряженности ТКД)

Примечание. Указаны только достоверные значения ТКД (Х2>3,84).

Таблица 2. Фитоиндикаторы состояния водоемов на территории города Гомеля.

Таблица 3. Фитоиндикаторы состояния озера Дедно.

• 1. Миркин Б. М., Наумова Л. Г., Соломещ А. И. Современная наука о растительности. М., 2002.
• 2. Braun-Blanquet J. Pflanzensociologie. Wien-New York, 1964.
• 3. Matuszkiewiecz W. Przewodnik do oznaszania zbiorowisk rуњlinnych Polski. Warszawa, 1984.
• 4. Ellenberg H. Zeigerwerte der Gefasspflanzen Mitteleuropas. Gottingen, 1974.
• 5. Цыганов Д. Н. Фитоиндикация экологических режимов в подзоне хвойно-широколиственных лесов. М., 1983.
• 6. Миркин Б. М. Закономерности формирования растительности речных пойм. М., 1974.