Исследование Оценка антропогенного воздействия на участки произрастания гвоздики иглолистной в городе Карпинске

Оценка антропогенного воздействия на участки произрастания гвоздики иглолистной в городе Карпинске

Введение

Указом Президента Российской Федерации 2017 год объявлен Годом экологии. Проводимые в этом году мероприятия призваны привлечь внимание общества к вопросам экологического развития России, сохранения биологического разнообразия и обеспечения экологической безопасности [8]. Одной из эффективных форм сохранения биоразнообразия наряду с изданием Красной книги, является создание особо охраняемых природных территорий (ООПТ). В городском округе Карпинск в настоящее время насчитывается 15 ООПТ областного значения [7]. Они были созданы более 30 лет назад с целью сохранения памятников природы — ботанических (кедровников) и геоморфологических (пещер, скал). Летом 2016 года во время проведения полевой практики, обучающиеся объединения «Эколог-исследователь» ДООЦ города Карпинска обнаружили местообитание редкого для Свердловской области вида растений — гвоздики иглолистной [4]. Известно, что виды, имеющие небольшую численность или встречающиеся на ограниченной территории, чаще других подвержены опасности исчезновения. Изучение уязвимых видов, входящих в состав растительных сообществ, имеет не только большое теоретическое, но и практическое значение, так как может послужить основой для создания новой особо охраняемой природной территории в границах города Карпинска.

Авторы исследования поставили перед собой цель — выявить локальные формы антропогенного воздействия на местообитание гвоздики иглолистной. Для достижения цели предстояло решить следующие практические задачи:

— определить границы и примерную площадь местообитания вида;

— определить тип растительного сообщества, в котором встречается вид;

— выявить приуроченность вида к определённым местам произрастания;

— классифицировать антропогенные факторы по виду и степени воздействия на участки произрастания;

— определить степень антропогенного воздействия на участки произрастания.

Объект исследования — участки произрастания гвоздики иглолистной.

Предмет исследования — антропогенное воздействие на участки произрастания.

Актуальность темы исследования обусловлена необходимостью сохранения редкого вида растения, занесённого в Красную книгу Свердловской области. Проблема сохранения вида — это, прежде всего, проблема сохранения участков его произрастания. Авторами выдвинута гипотеза, что человеческая деятельность оказывает негативное влияние на местообитание гвоздики иглолистной и уменьшает площадь участков произрастания растений. По результатам проведённого исследования предстоит либо подтвердить, либо опровергнуть данное предположение.

Подготовительный этап исследования

На подготовительном этапе исследования авторы познакомились с основными понятиями по теме исследования, изучили систематическое положение и историю названия вида, морфологические особенности, биологию опыления, условия обитания растения, встречаемость на территории Свердловской области, охранный статус растения, причину занесения в Красную книгу Свердловской области. Также авторы познакомились с методикой количественной оценки антропогенных воздействий на местность [1], составили план полевых исследований и приготовили необходимое оборудование и материалы.

Систематическое положение

Семейство Гвоздичные Caryophyllaceae

Род Гвоздика Dianthus

Вид иглолистная acicularis

Впервые вид был описан в 1842 году немецким учёным Карлом Фридрихом фон Ледебуром по гербарному экземпляру, который собрал на Урале немецкий учёный Фёдор Богданович Фишер [6, с. 23]. Латинское название рода диантус дано Карлом Линеем. Оно образовано от греческих слов «ди» — Зевс и «антос» — цветок. Видовое название ацикулярис происходит от латинского слова «ацикула» — иголочка и связано с формой листа.

Морфологическое описание

Гвоздика иглолистная — многолетнее травянистое растение.

Корень вертикальный, древеснеющий, наверху сильно разветвлённый, 2-4 мм диаметром. Стебли в числе (1)3-20, цилиндрические, тонкие, прямостоячие, голые, гладкие, серовато-зелёные, с сизым налетом, с 4-11 междоузлиями, 12-25(32) см высотой, 0,8-1(1,2) мм диаметром, простые или от середины и выше слабоветвистые.

Прицветные чешуи в числе 4, редко 2, имеют эллиптическую или обратнояйцевидную форму, с коротким заострением, желтовато-зелёные, прикрывают от 1/4 до почти 1/3 длины чашечки.

Чашечки продолговато-цилиндрические, кверху немного суженные, серовато- или желтовато-зелёные, нередко с розовым оттенком, 20-24(27) мм длиной, 3-4 мм шириной. В верхней части чашечка имеет заострённые или притуплённые зубцы (3-5 мм длиной) с узкими пленчатыми краями белого цвета. Лепестки в числе 5, белые, рассечённые. Цветки обладают сильным приятным запахом, который привлекает сумеречных и ночных бабочек-опылителей из семейства совки и бражники [5]. Гвоздика цветёт в июне — июле, плодоносит в августе — сентябре.

Растение размножается только семенами [6, с. 108]. Семена эллиптические, плоские, около 2 мм длиной и 1,25 мм шириной [6, с. 109].

Гвоздика растёт на одном месте до 15 лет, образуя подушковидные дерновинки [5].

Распространение

Гвоздика иглолистная наиболее широко распространена в пределах лесостепной зоны Южного Урала (Республика Башкортостан и Челябинская область), где встречается на остепнённых горах и хребтах восточного макросклона. На Среднем Урале вид становится более редким и встречается преимущественно на береговых скальных обнажениях известняков вдоль рек [6, с. 111].

Гвоздика иглолистная является реликтовым субэндемичным видом Урала, ареал которого сильно разорван. В природе вид встречается не часто, поэтому внесён в Красные книги Свердловской области (III категория), Пермского края (III категория), Республики Татарстан (I категория), Самарской области (I категория), Курганской области (III категория), Омской области (II категория), в приложения к Красным книгам Оренбургской области и Республики Башкортостан [6, с. 113].

Гвоздика иглолистная предпочитает открытые пространства и встречается только на участках скальных обнажений и каменистых склонов с разреженным травяным покровом. Она произрастает в сообществах с низким проективным покрытием травяно-кустарничкового яруса, где ослаблена конкуренция со стороны других растений. Стратегия размножения растения сводится к быстрому захвату свободных от растительности оголённых участков, появляющихся в результате эрозии или воздействия копытных животных и человека, что обеспечивает возможность длительного существования малых по численности популяций на участках с благоприятными почвенными условиями (каменистые склоны, обнажения скал и др.) [3, с. 14].

В Свердловской области гвоздика иглолистная встречается в Красноуфимской лесостепи, на горах Волчиха близ г. Ревда, Азов близ г. Полевской, Синяя близ пос. Баранчинский, на береговых скальных обнажениях (преимущественно известняков) вдоль рек Уфа, Серга, Чусовая, Исеть, Пышма, Реж, Нейва, Тагил, Тура, Каква, Лобва, Вагран, Сосьва, Ивдель. На горных массивах Северного Урала, сложенных основными и ультраосновными магматическими породами (габбро, пироксенитами, дунитами), по южным склонам вид поднимается до границы леса или несколько выше, заходя в гольцовый пояс. Высокогорные местонахождения гвоздики иглолистной известны на Вересовом увале (южный отрог массива Денежкин Камень), на массиве Кумба-Золотой Камень, в горах Косьвинский и Семичеловечный Камни и на горе Качканар [6, с. 108].

В городском округе Карпинск известны местообитания вида на склонах Косьвинского и Семичеловечного Камней, на реке Каква ниже по течению заброшенной деревни Каква, на левобережных скалах Камень Пузан [6, с. 114—115].

Охранный статус

В Свердловской области вид охраняется в пределах различных ООПТ: в заповеднике «Денежкин Камень», природных парках «Река Чусовая» и «Оленьи Ручьи», ландшафтных заказниках «Ивдельские скалы» и «Долина реки Серга» и многочисленных памятниках природы [4, с. 131].

В городском округе Карпинск имеется 15 ООПТ регионального значения [7], однако на их территории гвоздика иглолистная не встречается.

Основную угрозу для вида представляют разрушение мест обитания в результате заготовки строительного камня, добычи известняка, выпаса скота, рекреационного воздействия, сбора на букеты [4, с. 131]. Гвоздика иглолистная плохо выдерживает конкуренцию с растущими по соседству и образующими дерновину злаками [5].

Гвоздику иглолистную успешно выращивают в Ботанических садах Уральского отделения Российской академии наук и Уральского федерального университета в г. Екатеринбурге. Растение цветёт и плодоносит, но продолжительность его жизни намного короче по сравнению с наблюдаемой в природе [4, с. 131].

Полевые работы

Характеристика объекта исследования

Объект исследования расположен в Свердловской области на территории города Карпинск на правом берегу реки Турьи в 30 метрах от моста рядом с железнодорожной станцией города. В народе это место называется Южная, или Привокзальная сопка.

Маршрутный метод

17 июня 2016 года участники исследования отправились к Южной сопке, взяв с собой необходимое снаряжение и материалы (полевой дневник, прибор спутникового позиционирования (GPS-навигатор), фотокамера, бланки экологической характеристики мест обитания). Двигаясь от подножия сопки (180 м над уровнем моря), расположенного напротив железнодорожной станции, в юго-западном направлении вдоль склонов сопки, мы направились вверх на её вершину (229 м н.у.м.). На вершине мы сменили направление на юг до грунтовой дороги, затем на запад вдоль дороги и на север через лес до дороги, потом спустились по тропинке по западному склону и вышли к началу нашего маршрута (см. рис. 2). На маршруте при помощи прибора спутникового позиционирования были определены координаты крайних точек встречаемости вида.

Для выявления антропогенных факторов, оказывающих прямое или косвенное воздействие на вид, была использована методика количественной оценки антропогенных воздействий на местность, разработанная А. С. Боголюбовым [1].

На маршруте были выбраны 10 случайных равноудалённых участков произрастания гвоздики иглолистной. Для каждого участка был определён тип растительного сообщества, а также вид антропогенного воздействия (вытаптывание, надписи краской на камнях, костровище, бытовой мусор) и степень этого воздействия по шкале от 0 (отсутствует) до 3 (высокая). Самое крупное по своим размерам (десятки квадратных метров) антропогенное воздействие было выявлено на вершине сопки. Оно представляет собой нарушение целостности грунта в результате строительства станции сотовой радиотелефонной связи — башни высотой 65 м и электрической подстанции к ней.

На склонах сопки, где произрастает изучаемый вид, были взяты образцы горной породы для дальнейшего определения их минералогического состава в камеральных условиях. Также на маршруте были опробованы такие методы исследования, как метод пробной площади и метод глазомерной съёмки.

Метод пробной площади

Первая пробная площадь была заложена на вершине Привокзальной сопки, на южной границе произрастания вида в 5 метрах от дороги, идущей от улицы Калинина до автодрома. Высота над уровнем моря составила 229 м. Вершина покрыта берёзово-сосновым лесом. Высота молодых деревьев составляет в среднем 3-4 м. Было отмечено, что гвоздика иглолистная избегает тени леса и встречается только у его границы с солнечной стороны.

Вторая пробная площадь была заложена на западном склоне Привокзальной сопки на высоте 214 м над уровнем моря. Наиболее густо покрыты растениями освещённые участки склонов со скальными обнажениями, а также вершина сопки с изменённой человеком средой обитания (обнажение горных пород). При помощи рулетки было измерено расстояние между ближайшими растениями на вершине сопки и на её склонах, полученные данные были зафиксированы в блокноте.

Обработка и анализ полученных данных

Обработка и анализ полученных в ходе полевых работ данных проводились в камеральных условиях в здании отделения туризма и краеведения Детского оздоровительно-образовательного центра (Карпинск, улица Малышева, дом 2).

Анализируя полученные маршрутным методом данные, мы установили, что южной границей встречаемости вида стала дорога, идущая на восток от улицы Калинина в сторону автодрома, северной границей являются железнодорожные пути, проложенные у подножия сопки. Восточной и западной границами встречаемости вида стали соответствующие склоны сопки. Воспользовавшись инструментами интерактивной карты «Викимапия» (Wikimapia), мы измерили расстояние от крайних точек на севере и юге (около 430 м) и расстояние от крайних точек на западе и востоке (450 м). Умножив эти значения, мы вычислили примерную площадь местообитания вида, которая составила около 193500 м², или около 0,2 км².

Мы установили, что вид встречается в разных типах растительных сообществ: на скальных обнажениях, на лугу и на границе леса. В лесу вид отсутствует.

Анализируя полученные методом количественной оценки антропогенных воздействий на местность данные мы установили, что участки с луговой растительностью подвергаются более интенсивному антропогенному воздействию (средний балл — 2), чем участки со скальной растительностью и участки у границы леса (средний балл — 1,5).

Анализируя данные, полученные при помощи метода глазомерной съёмки, можно сделать вывод, что доля гвоздики иглолистной в составе растительного сообщества увеличивается на склоне сопки, где в отличие от вершины, растения покрывают грунт не сплошь, а мозаично, сохраняя голый грунт (пустые промежутки) между собой.

Сложив полученные методом пробной площади данные и разделив их на количество измерений, мы установили, что на вершине сопки расстояние между растениями составляет в среднем 147 см (минимальное расстояние 137 см, максимальное — 152 см), на склонах сопки это значение составляет в среднем 37 см (минимальное — 10, максимальное — 64 см). Существенная разница значений (почти в четыре раза!) свидетельствует о предпочтительном месте обитания вида. Вероятно, это связано с наличием благоприятного субстрата, хорошей освещённостью западного склона сопки и отсутствием заметной конкуренции со стороны других видов растений.

В ходе полевых работ были взяты образцы слагающих горных пород для проведения минералогического анализа. Методика определения минералов сложна для неподготовленного человека, поэтому мы обратились за помощью к квалифицированному геологу Вячеславу Николаевичу Боброву. Он помог установить, что образец, взятый у подножия сопки, является мелкозернистым порфировидным диоритом (слагающая порода дайки), и его возраст соответствует девону (410 млн лет). Второй образец с вершины сопки определён как диоритовый порфирит (краевая часть дайки). Химический состав горной породы: SiO2 = 60 %, Fe2O3 = 10 %, K ≈ 4 %, Na ≈ 0,5 %.

Зная состав слагающей породы, в ближайшей перспективе можно найти подходящий участок для дальнейшего распространения вида в границах города, например на левом берегу реки Турьи, на так называемой горе Голой (Северной сопке). Если окажется, что слагаемые породы двух сопок идентичны, гвоздику иглолистную можно искусственно заселить на освещённых каменистых склонах горы.

Заключение

По результатам проведённого исследования выдвинутая авторами гипотеза не нашла своего подтверждения. Человеческая деятельность не оказывает существенное негативное влияние на участки произрастания гвоздики иглолистной и не уменьшает их площадь. Растения первыми заселили перемещённый человеком верхний слой каменистого грунта на одном из исследованных участков, что позволило увеличить площадь участка произрастания вида.

В ходе исследования авторам удалось решить все поставленные задачи и достичь намеченной цели. При этом изучение участков произрастания гвоздики иглолистной нельзя считать оконченным. Авторам предстоит опробовать в период летней полевой практики методику изучения популяций растений, используя новое оборудование (электронный штангенциркуль) для точного измерения надземных частей растений.

Своим исследованием авторы хотят привлечь внимание к проблеме сохранения редкого вида растений. Привокзальная (Южная) сопка — это излюбленное место отдыха горожан и проведения школьных экскурсий и оттого, насколько бережно отдыхающие взрослые и дети будут относиться к окружающей природе, будет зависеть благополучие популяции гвоздики иглолистной. Результаты исследования были переданы экскурсоводу Детского оздоровительно-образовательного центра, а также сотрудникам Института экологии животных и растений УрО РАН (г. Екатеринбург) для использования в своей деятельности.

Список литературы

1. Боголюбов А. С. Комплексная экологическая оценка антропогенных воздействий на местность. Москва: Экосистема, 2000. – 6 с.

2. Борисова М. А., Маракаев О. А. Редкие виды растений: практика исследований в природе: учебно-методическое пособие / Яросл. гос. ун-т. Ярославль, 2015. 64 с.

3. Ефимик Е. Г. Распространение и состояние природных популяций Dianthus acicularis Fisch. ex Ledeb. в Пермском крае / Е. Г. Ефимик, М. И. Копытов // Вестник Пермского университета. Сер.: Биология. – 2011. – Вып. 1. – С. 14-16.

4. Красная книга Свердловской области: животные, растения, грибы / Отв. ред. Н. С. Корытин. – Екатеринбург: Баско, 2008. – 256 с.

5. Полезные растения: Гвоздика иглолистная (иглистая) http://usefulplant.ru/dikie-rasteniya/gvozdika-iglolistnaya-iglistaya/

6. Эндемичные растения Урала во флоре Свердловской области / П. В. Куликов, Н. В. Золотарева, Е. Н. Подгаевская; Науч. ред. В. А. Мухин. — Екатеринбург: Гощицкий, 2013. — С. 503–504

7. Постановление Правительства Свердловской области № 41-ПП от 17 января 2001 года «Об установлении категорий, статуса и режима особой охраны особо охраняемых природных территорий областного значения и утверждении перечней особо охраняемых природных территорий, расположенных в Свердловской области»

8. Указ Президента Российской Федерации от 05.01.2016 г. № 7 http://kremlin.ru/acts/bank/40400