Файл: Трансформация естественных лесных экосистем города москвы на примере природноисторического парка кузьминкилюблино.pdf

на правах рукописи
Буйволова Анна Юрьевна ТРАНСФОРМАЦИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ ГОРОДА
МОСКВЫ НА ПРИМЕРЕ ПРИРОДНО-ИСТОРИЧЕСКОГО ПАРКА
«КУЗЬМИНКИ-ЛЮБЛИНО» Специальность 03.02.08 - экология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва 2016

2 Диссертационная работа выполнена на кафедре географии почв факультета почвоведения Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» Научный руководитель
Трифонова Татьяна Анатольевна доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, профессор кафедры географии почв факультета почвоведения
ФГБОУВО Московский государственный университет имени МВ. Ломоносова Официальные оппоненты
Минин Александр Андреевич доктор биологических наук, руководитель НПО Сохранения и развития природного комплекса ГУП НИ и ПИ Генплана г. Москвы
Репкин Роман Владимирович кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии и экологии
ФГБОУВО Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
Ведущая организация
ФГБУ Институт глобального климата и экологии
Росгидромета и РАН. Защита состоится «
22» ноября 2016 года в 15:30 в аудитории М на заседании диссертационного совета Д 501.001.57 при ФГБОУ ВО Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» по адресу 119991, ГСП, Москва, Ленинские горы д. 1, стр. 12, МГУ имени МВ. Ломоносова, факультет почвоведения. С диссертацией можно ознакомиться на сайтах http://soil.msu.ru/nauka/uchenyj-sovet и http://istina.msu.ru/dissertations/22274077/
ив Фундаментальной библиотеке МГУ имени МВ. Ломоносова. Автореферат разослан «___» ____________ 2016 г. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просьба направлять по адресу 119991, ГСП, Москва, Ленинские горы д. 1, стр. 12, МГУ имени МВ. Ломоносова, факультет почвоведения, Учёный совет. Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.001.57, доктор биологических наук
Никифорова АС.

3 ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы Технический прогресс, способствующий развитию цивилизации, влечет за собой техногенное преобразование биосферы, следствием которого является замена естественных природных экосистем на антропогенно нарушенные или искусственно сформированные. Вопросы трансформации естественных экосистем начинают активно подниматься учеными с середины 80-ых годов прошлого столетия. Известны работы Г.Н Симкина, ДН. Кавтарадзе, В.С.
Фридмана, ОП. Мелиховой, Е.Г. Коломыц, АС. Керженцева, О.В. Глебовой и многих других, показывающие, что пути к решению проблемы оздоровления человека и городской среды пролегают через изучение и охрану природных экосистем. Исследования сотрудников Института лесоведения РАН (Рысин Л.П., Быков А.В., Меланхолин П. Н, Микляев В.И., Шашкова Г.В.,
Мазолевская Е.Г.) подчеркивают невозможность эффективного сохранения и воспроизводства биоресурсного потенциала без анализа данных, характеризующих состояние ландшафтного и биологического разнообразия дои после сильного антропогенного воздействия. Необходимость общеэкологической оценки и сохранения естественных участков природы в городах подтверждается работами отечественных и зарубежных исследователей, а также законодательными актами и стратегическими документами развития мегаполисов по всему миру Постановление, 2014; McDonnell, 1997; Carreiro, 2008; UN, 2008, 2015). Городские естественные экосистемы, которые в настоящее время сохранились на особо охраняемых природных территориях - это база для биологической регуляции и стабилизации окружающей городской среды. Следовательно, актуальность приобретают исследования степени воздействия человека на природу в городе, изменения скорости преобразования или распада природных комплексов, необходимых для своевременного обнаружения обратимых процессов антропогенной трансформации. Все более актуально проведение оценки степени трансформации природных экосистем в городской среде и решение проблем сохранения биоразнообразия в городе. Цель работы Выявление основных закономерностей трансформации лесных экосистем особо охраняемых природных территорий города Москвы на примере природно-исторического парка «Кузьминки-Люблино». Задачи исследования
1. Выявить характер антропогенного воздействия на естественные экосистемы природно-исторического парка «Кузьминки-Люблино».
2. Оценить состояние почв лесных экосистем в природно-историческом парке
«Кузьминки-Люблино».
3. Оценить состояние растительности лесных экосистем в природно-историческом парке «Кузьминки-Люблино» ив Приокско-Террасном биосферном заповеднике.
4. Оценить состояние почвенной мезофауны лесных экосистем в природно- историческом парке «Кузьминки-Люблино» ив Приокско-Террасном биосферном заповеднике.
5. Провести комплексную оценку изменений городских лесных экосистем относительно экосистем фоновой территории и выявить основные индикаторы их трансформации в условиях мегаполиса.
6. Предложить рекомендации по применению результатов исследований для повышения эффективности сохранения и развития сети особо охраняемых природных территорий в Москве.

4 Защищаемые положения. Наименее нарушенные, удаленные от источников антропогенного воздействия участки в составе природно-исторического парка «Кузьминки-Люблино» сохраняют структуру лесных экосистем, сходную с характерной для экосистем природной зоны. При установленном структурном экосистемном сходстве в городском парке отмечается внутрисистемная трансформация отдельных компонентов лесных экосистем биомассы
(фитомассы и зоомассы), биоразнообразия, накопления органического вещества, скорости биоразложения. Основными индикаторами трансформации городских естественных экосистем служат уменьшение мощности почвенной подстилки, увеличение скорости разложения целлюлозы и стандартной подстилки, сокращение проективного покрытия мохового яруса, вплоть до его полного отсутствия, увеличение биомассы почвенной мезофауны, увеличение доли сапрофагов в ее составе, в том числе повышенная численность дождевых червей. Научная новизна. Проведенные единовременные полевые исследования в природно- историческом парке «Кузьминки-Люблино» ив Приокско-Террасном государственном природном биосферном заповеднике позволили дать комплексную оценку изменений, происходящих в лесных экосистемах, находящихся в условиях городской среды в сравнении с эталонными природными комплексами и выявить индикаторы трансформации. Впервые на разноплановом экспериментальном материале показано, что в условиях города Москвы в особо охраняемых природных зонах и лесопарках происходят трансформации на фоне сохраняющихся основных характеристик малонарушенных экосистем. На примере сосновых и березовых лесов выявлены направления трансформации лесных экосистем, происходящие в условиях мегаполиса даже при минимальной рекреационной и иной видимой антропогенной нагрузке. Практическое значение. Полученные данные и выявленные тенденции позволяют разработать более эффективные технологии содержания городских лесных экосистем, позволяющие сохранять высокие природные и эстетические качества лесных экосистем в крупных городских лесопарковых массивах при минимизации финансовых затрат. Показано, что технология восстановления и содержания лесных экосистем должна быть направлена на поддержание естественной способности природных сообществ к самовосстановлению и учитывать тенденции изменения экосистем в городской среде. Апробация работы Материалы диссертации доложены и обсуждены на российских и международных научных конференциях Российском молодёжном форуме Экология России и молодёжная экологическая политика (Москва, 2010), ой Международной научно-практической конференции "Экология речных бассейнов" (Владимир, 2011), молодежной конференции Ломоносов (Москва, 2012), 8th International Conference of the Working Group on Soils in Urban,
Industrial, Traffic and Mining Areas (SUITMA8), the National Autonomous University of Mexico
(UNAM), Мексика (2015). Публикации По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 3 в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ. Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 186 страницах, содержит 18 рисунков, 39 таблиц состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, включающего 228 источников (из них 25 на иностранном языке) и 2 приложений. Благодарности Автор выражает искреннюю благодарность за внимательное отношение и помощь на всех этапах работы научному руководителю д.б.н., профессору ТА. Трифоновой. Особо благодарен за помощь в обсуждении результатов сотрудникам кафедры географии почв к.б.н., старшему преподавателю А.А. Рахлеевой и к.б.н., доценту Т.В. Прокофьевой, а также

5 сотрудникам биологического факультета МГУ ведущему научному сотруднику кафедры геоботаники, д.б.н. А.П. Серёгину, научному сотруднику кафедры гидробиологии, к.б.н. В.В.
Марьинскому и научному сотруднику Приокско-Террасного биосферного заповедника, к.б.н. МИ.
Попченко. Спасибо всем сотрудникам кафедры географии почв факультета почвоведения МГУ за высказанные замечания входе подготовки работы и неизменную поддержку. ГЛАВА 1. РОЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ ПРИРОДНЫХ КОМПЛЕКСОВ МЕГАПОЛИСА НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА МОСКВЫ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) Освоение природных территорий Москвы на основных этапах развития города происходило по-разному. До XX века город вписывался в естественный ландшафт. Ключевым этапом освоения столицы стал Генплан 1937 года, в котором человек начал активно и планомерно преобразовывать природные комплексы под свои нужды. В это же время началось формирование законодательной базы в сфере охраны природного комплекса Москвы. Принятые законодательные региональные документы об особо охраняемых природных территориях (ООПТ) направлены на достижение главной цели - сохранение в пределах территории города природных сообществ со свойственными им флорой и фауной, как необходимое условие для обеспечения экологической безопасности Москвы и высокого качества жизни горожан. При этом на законодательном уровне сохраняется двойственное отношение к лесным территориям в границах города Москвы. Городские леса законодательно признаются природными и лесными территориями. Однако в ряде законодательных актов требования по уходу и содержанию этих участков даны либо как за искусственно созданными, либо как за заповедными, приравненными к естественным лесам. При общем признании наличия антропогенных изменений, происходящих в функционировании городских лесных территорий, в научных публикациях нет единства в части их оценки и учета приведении городского хозяйства. С одной стороны, ряд исследователей признают неизбежность трансформаций и необходимость их учета при содержании природных территорий в городской среде. А.В. Курбатова (2004) предлагает перейти к конструктивному подходу, предполагающему активное создание инженерно-экологических территориальных систем на базе природных комплексов. По ее мнению, необходимо формировать новые городские экосистемы с заданными качествами. Функционирование городских ООПТ в Москве более сложно, чем внегородских, за счет появления дополнительных антропогенных факторов, отсутствия буферных зон и ограничения перспектив расширения территории (Сивцова, 2005). С другой стороны мы видим сторонников концепции заповедного невмешательства, согласно которой провозглашается тезис природа знает лучше. Рекомендуется сохранять каждый участок территории с сохранившимися природными чертами. Основным тезисом здесь является сохранение и попытка восстановления утраченных под воздействием города качеств природной среды (Авилова, 2008; Морозова, 2012). Несомненно, большой вклад в изучение природного комплекса Москвы внесли ученые Московского университета (Анненская. 1962, 1963, 1990; Казанская и др, 1977; Майоров, 2012;
Варлыгина, 2007, Добровольский, Строганова, 1996; Прокофьева, Строганова, 2004; Прокофьева и др, 2008; Кузнецов, Стома, 2015 и т.д.). Таким образом, анализ работ, посвященных изучению трансформаций в урбанизированной среде естественных экосистем и их компонентов, главным образом лесных территорий, показывает отсутствие единых подходов при описании характера изменений ив их оценке.

6 ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Основной методологический подход Под естественными (природными) экосистемами мы понимаем объективно существующую часть природной среды, которая имеет пространственно-территориальные границы ив которой живые (растения, животные и другие организмы) и неживые ее элементы взаимодействуют как единое функциональное целое и связаны между собой обменом веществом и энергией Федеральный закон, 2002). В Москве такому определению соответствуют леса ООПТ и других природных территорий, формирующиеся без прямого воздействия человека, в отличие от искусственных экосистем, являющихся результатом его деятельности. Для исследования трансформаций лесных естественных экосистем на ключевых участках в городской среде выбрана методология сравнения изучаемой экосистемы с природным региональным эталоном. Впервые в России В.В. Докучаев в книге Русский чернозем (1883) говорило значение эталонных территорий. В х годах XX века советский эколог В.В.
Станчинский (1938), обосновывая важность заповедников для оценки происходящих изменений природной среды под воздействием человека, писал Чрезвычайно важное значение имеют заповедники, которые дают возможность сравнивать изменения, которые происходят в определенных хозяйственных условиях стем, что происходит в природе. При выборе эталонной территории мы основывались на исследованиях ряда современных российских ученых , в частности А.В Пчелкина (2002). Исследования компонентов экосистем проводились на территории природно-исторического парка «Кузьминки-Люблино» сохранным режимом (ПИП, в таблицах ПИП КЛ) на участках с наименьшей антропогенной нагрузкой ив Приокско-Террасном биосферном заповеднике (БЗ, в таблицах ПТБЗ), как эталонной территории.
2.2. Физико-географическая характеристика территории исследования Расположенный на юге Московской области Приокско-Террасный БЗ по своим макроклиматическим условиям соответствует климатическим характеристикам Москвы (
Пчелкин,
Пчелкина, 2012; Локощенко, 2014; Николаев, Аблеева, 2015
). В таблице 1 представлены основные физико-географические характеристики исследуемых территорий. Приокско-Террасный БЗ и ПИП
«Кузьминки-Люблино» располагаются на надпойменных террасах крупных рек (Оки и Москвы, сложенных слабо дифференцированными дерново-подзолистыми почвами (ржавоземами) на флювиогляциальных песках (Заблоцкая, 1989; Вагнер, Манучарянц, 2003; Атлас карт Приокско-
Террасного заповедника, 2005; Добровольский, Урусевская, 2006; Труды по экологии и биогеографии, 2011). Несмотря на всю схожесть условий, выбранные территории испытывали и испытывают разную антропогенную нагрузку, как в исторический период, таки на современном этапе развития.

7 Таблица 1. Физико-географическая характеристикаприродно-исторического парка «Кузьминки-
Люблино» и Приокско-Террасного биосферного заповедника. Характеристика
ПИП КЛ
ПТБЗ Площадь ООПТ
1189 гага Год присвоения статуса
ООПТ
2006 год
1945 год Год последних рубок и иных мер интенсивного антропогенного воздействия
1960 год
1945 год Климат Умеренно – континентальный, с теплым летом и холодной зимой. Среднегодовая температура воздуха
+4°C, средняя температура июля +18°C, среднее количество осадков – 500-550 мм. Геологическое строение Центральная часть Русской (или Восточно-Европейской) платформы Геоморфология Надпойменная терраса крупной реки Мещерская зандровая низменность
Москворецко-Окская моренно-эрозионная равнина
Почвообразующие породы Флювиогляциальные пески Растительность Московский ботанико-географический район Восточноевропейской ботанико-географической провинции Почвенная зона
Дерново-подзолистые почвы южной тайги
2.3. Объекты и методы исследования Основным объектом исследования явились городские естественные лесные экосистемы спелые и старовозрастные сосновые леса и средневозрастные березовые леса. Выбор сосновых лесов в качестве модельных связан стем, что, по мнению ряда ученых, сосна весьма пластичный и широко распространенный вид, является чутким индикатором антропогенной нагрузки, реагируя на воздействие дефолиацией и дехромацией, выживая даже при достаточно высоких уровнях загрязнения. Березовые леса, в данном случае, выбраны как производные леса, стадия восстановления после рубки. Изучаемые леса наиболее распространены по площади в ПИП
«Кузьминки-Люблино» ив заповеднике. Для выявления основных закономерностей трансформации естественных лесных экосистем в условиях города на территории ПИП «Кузьминки-Люблино» и на эталонной территории в
Приокско-Террасном БЗ на аналогичных биотопах были заложены постоянные пробные площади прямоугольной формы по 1 га каждая. Они представляли собой относительно однородные по абиотическим факторам площади, занятые выбранным типом биоценоза. В ПИП «Кузьминки-
Люблино» ив Приокско-Террасном БЗ были заложены по две постоянные пробные площади под сосновыми березовым лесами (рисунок 1). Описание площадей приводится ниже.

8 Рисунок 1. Схема расположения пробных площадок на изучаемых ООПТ
ПИП «Кузьминки-Люблино»: Cосняк сложный (рисунок
2). В травостое преобладает ландыш майский (Convallaria majalis
L.), а также встречаются недотрога мелкоцветковая (Impatiens
parviflora DC.), купена душистая (Polygonatum odoratum (Mill.)
Druce), щитовник шартрский (Dryopteris carthusiana (Vill.) H.P.
Fuchs) и др. Плевроциум Шребера (Pleurozium schreberi (Brid.)
Mitt) встречается только на мертвой древесине и основании деревьев. Подлесок (сомкнутость крон 10-20%.) в основном состоит из клена остролистного (Acer platanoides L.), клена американского (Acer negundo L.), рябины обыкновенной (Sorbus
aucuparia L.). Лесная подстилка сплошная, её мощность от 1 до 3 см. Проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса –
<5%, сомкнутость крон древесного яруса 50%. Средний возраст сосняка – 70-100 лет. Березняк разнотравный приспевающий (рисунок 3). В травостое преобладают вейник наземный (Calamagrostis
epigeios (L.) Roth), ландыш майский (Convallaria majalis L.), полевица тонкая (Agrostis capillaris L.). В подлеске единично встречаются рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.), клен остролистный (Acer platanoides L.). Проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса – 70 - 80%, сомкнутость крон древесного яруса – 5-30%. Средний возраст березняка – около 50 лет. Лесная подстилка фрагментарная, хорошо выражена только на приствольных повышениях.