В.Ф. Ковязин, Нгуен Тхи Лан ОЦЕНКА ВИДОВОГО

УДК 581.55
В.Ф. Ковязин, Нгуен Тхи Лан
ОЦЕНКА ВИДОВОГО РАЗНООБРАЗИЯ БИОЦЕНОЗОВ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГА
Введение. Одним из условий устойчивости биоценоза является видовое разнообразие растений, оно является критерием и индикатором устойчивого управления растительным фондом города [1]. Видовое разнообразие растений влияет не только на устойчивость насаждений, но и украшает
среду обитания человека и улучшает качество жизни городского населения. Чем больше разнообразие, тем шире возможность адаптации природного биоценоза к изменившимся городским условиям, климату и почве.
Решение проблемы видового разнообразия городских рекреационных зон
отдыха находится в начальной стадии развития [3]. Видовое разнообразие
растений – это число видов в конкретном городском биоценозе. С экологической точки зрения, под видовым разнообразием растений понимается
как собственно число видов, так и распределение числа особей или их
биомассы между видами, т. е. степень равномерности (неравномерности)
распределения [5].
При различных уровнях урбанизации видовой состав городских биоценозов существенно отличается, поскольку парки и сады Санкт-Петербурга
сформированы в разное время, на различных по составу и агрохимическим
свойствам почвах и находятся в разных административных районах города,
в них высажены широколиственные и аборигенные древесные породы.
Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись
биоценозы парков и садов Санкт-Петербурга, заложенных озеленителями в
различных лесорастительных условиях города.
Приморский парк Победы открыт в 1932 г. Парк разбит на землях
бывшей усадьбы Белосельских – Белозерских на юго-востоке Крестовского
острова. Площадь парка составляет 168 га. При создании паркового фитоценоза использовались древесные породы: липа мелколистная (Tilia
cordata L.), тополь берлинский (Populus berolinensis Dippel), вяз шершавый
(Ulmus glabra Huds.), клен остролистный (Acer platanoides L.), ива ломкая
(Salix fragilis L.), дуб черешчатый (Quercus robur L.) и кустарники: чубушник Лемуана (Philadelphus lemoinei L.), жимолость татарская (Lonicera
72
В.Ф. Ковязин, Нгуен Тхи Лан
tatarica L.), сирень обыкновенная (Syringa vulgaris L.), дерен кроваво –
красный (Сornus sanguinea L.).
Южно-Приморский парк построен полностью на намывных землях
Санкт-Петербурга и открыт для посетителей лишь в 1970 г. При создании
парка использован мировой опыт строительства зеленых насаждений на
намывных грунтах и были внесены коррективы в технологию создания
биоценоза на этом своеобразном субстрате. Субстратом для растительности парка служит намыв донных наносов Финского залива мощностью до
2 м. Озеленение на данной территории проводилось с учетом сохранения
парковой композиции на длительный период, ввиду этого высаживались
древесные породы как с коротким, так и длительным периодом их жизни,
учитывалась возможность естественной смены пород и влияние растений
на улучшение почвенного плодородия. С этой целью в состав насаждения
вводились почвообразующие породы: береза повислая (Betula pendula
Roth), вяз гладкий (Ulmus laevis Pall.), клен остролистный (Acer platanoides
L.), бузина красная (Sambucus racemosa L.), лещина лесная (Corylus
avellana (L.) H. Karst.), акация желтая (Caragana arborescens Lam.) и ольха
серая (Alnus incana (L.) Moench). Древесный массив биоценоза формировался из следующих пород: вяз гладкий (Ulmus laevis Pall.), клен остролистный (Acer platanoides L.), липа мелколистная (Tilia cordata L.), сосна
обыкновенная (Pinus sylvestris L.), ель европейская (Picea abies H.Karst.).
Сад имени 9 января заложен в 1920 г., его площадь составляет 10,28 га.
В годы блокады Ленинграда деревья были вырублены на топливо, а земля
использовалась под огороды. В послевоенные годы парк восстановлен, благоустроен и расширен. Высажены молодые деревья и кустарники, выкопаны
пруды. Плодородие почвы нельзя оценить однозначно вследствие разной
обеспеченности корнеобитаемой почвенной толщи элементами минерального питания. Почвы сада являются самыми грязными в Санкт-Петербурге
по содержанию тяжелых металлов [2]. В настоящее время в парке произрастают следующие виды растений: липа мелколистная (Tilia cordata L.), вяз
шершавый (Ulmus glabra Huds.), клен Гиннала (Acer ginnala L.), каштан
конский обыкновенный (Aesculus hippocastanum L.).
Сад Василеостровец заложен в середине ХХ в. на намывных песках
Васильевского острова, его площадь составляет 4,82 га. Почвы характеризуются легким гранулометрическим составом. Верхние почвенные горизонты имеют серую окраску и мелкокомковатую структуру. В парке высажены следующие виды древесно-кустарниковых пород: береза повислая
(Betula pendula Roth), тополь канадский (Populus canadensis Moench.),
73
Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2014. Вып. 209
ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior L.), ель голубая (Picea pungens
Engelm.), туя западная (Thuja occidentalis L.).
На первом этапе оценки биологического разнообразия растительности
в природных экосистемах на урбанизированных территориях необходимо
рассчитать b-разнообразие. Самый простой способ оценки b-разнообразия
двух биоценозов – расчет безразмерных показателей – коэффициентов
сходства или так называемых индексов общности, основанных на качественных данных (присутствие/отсутствие видов в списках). Поскольку число видов зависит от площади, то в данном случае авторы придерживались
принципа приблизительного равенства площадей опытных объектов.
Большинство индексов общности учитывает положительные совпадения.
Их них наиболее часто в биоценологических исследованиях используются
индексы видового богатства: Маргалефа, Шеннона-Уивера, Cимпсона,
Макинтоша и индексы общности: Жаккара и Съёренсена – Чекановского.
Для оценки видового богатства биоценозов разных парков Санкт- Петербурга, нами использовались различные индексы видового разнообразия.
Индекс видового разнообразия – показатель, характеризующий соотношение между количеством видов в экосистеме и другой характеристикой сообщества: биомассой, численностью, продуктивностью [5]. В настоящее
время предложено более 40 индексов, которые предназначены для оценки
биоразнообразия природных экосистем. При расчете индексов разнообразия видов необходимы сведения о количестве экземпляров каждого вида.
Для изучения этого авторами проведен сплошной учет древесной растительности на объектах исследования. Результаты учета являлись основой
для расчета нижеприведенных индексов разнообразия.
А) Видовое богатство биоценоза характеризуют индексы:
Индекс видового богатства Маргалефа (d) – это показатель предложен в 1958 г., который характеризует видовое богатство или плотность видов. Этот показатель выражает отношение числа видов к общему числу
особей и рассчитывается по формуле [6]:
d = (s – 1) / ln N,
(1)
где s – число видов в биоценозе; N – общее количество растений в насаждении.
Индекс видового богатства Шеннона–Уивера (Н) предложен в 1948 г.
Он определяет степень насыщенности биоценоза древесными видами [8]:
H = 
74
ni
n 
log 2  i  ,
N
N
(2)
В.Ф. Ковязин, Нгуен Тхи Лан
где N – общее количество видов в биоценозе; ni – количество особей данного вида.
Б) Видовое разнообразие биоценозов характеризуют индексы:
Индекс разнообразия Cимпсона (D) предложен биологом E.H. Симпсоном в 1949 г. и рассчитывается по формуле [9]:
2
n 
D=1  i  ,
N
(3)
где N – общее количество видов в биоценозе; ni – количество особей данного вида.
Индекс разнообразия Макинтоша (U) – предложен Р. Макинтошем в
1967 г. [4, 7]:
U  ni2 ,
(4)
где ni – количество особей данного вида.
В) Индексами общности биоценозов являются:
Индекс Жаккара (Кj) – показатель, равный отношению числа видов,
найденных на двух исследуемых участках биоценоза (c), к сумме видов,
найденных на участке А, но не найденных на участке В, и найденных на
участке В, но отсутствующих на участке А [3]. Он рассчитывается по формуле
Кj = с / (a + b – c),
(5)
где а – количество видов в A сообществе; b – количество видов в B сообществе; с – количество общих видов в двух сообществах.
Индекс Съёренсена – Чекановского (Ks):
Кs = 2c / (a + b),
(6)
где а – количество видов в A сообществе; b – количество видов в B сообществе; с – количество общих видов в двух сообществах.
Коэффициенты Жаккара и Съёренсена–Чекановского равны 1 в случае
полного совпадения видов сообществ и равны 0, если выборки растений
совершенно различны между собой и не включают общих видов.
Результаты исследований. Установлено [2], что увеличение разнообразия видов в городских биоценозах приводит к повышению их устойчивости и продуктивности. В условиях урбанизированных территорий, когда
повышенная продуктивность насаждений обусловлена усиленным антропогенным воздействием, а не естественным расширением ассортимента
растительности в ходе сукцессионного процесса, то возможно и сокращение видового богатства городской системы.
75
Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2014. Вып. 209
По вышеприведенным формулам рассчитаны индексы видового богатства, разнообразия и общности опытных биоценозов Санкт-Петербурга. В табл. 1
приведены индексы видового богатства и видового разнообразия видов в
Приморском, Южно-Приморском парках, в садах 9 января и Василеостровец.
Биоценоз Южно-Приморского парка Санкт-Петербурга более богатый
древесными видами, чем Приморский парк. Это обстоятельство объясняется, по-видимому, тем, что насаждения этого объекта имеют возраст около
50 лет и процесс их распада идет медленнее, чем в Приморском парке.
Кроме того, Южно-Приморский парк меньше подвержен антропогенному
воздействию, чем Приморский, вокруг которого идет интенсивная жилищная застройка территории и много в нем отдыхающих.
Результаты исследования сходства видового разнообразия биоценозов
парков и садов приведены в табл. 2 и 3.
Индекс сходства Жаккара свидетельствует о том, что 20–25 % видов в
биоценозах Санкт-Петербурга является одинаковым. Это в основном виды,
произрастающие на границе своего ареала и аборигенные породы.
Таблица 1
Индексы видового богатства и разнообразия видов
в исследуемых биоценозах Санкт-Петербурга
Индексы видового богатства и разнообразия
биоценозов
Название объекта
Индексы видового
Индексы видового богатства
исследования
разнообразия
Маргалефа Шеннона–Уивера Cимпсона Макинтоша
Приморский парк Победы
3,68
3,85
0,92
1798,00
Южно-Приморский парк
7,24
4,93
0,95
6160,00
Сад имени 9 января
2,67
3,77
0,91
554,00
Сад Василеостровец
1,98
3,52
0,90
369,71
Таблица 2
Индекс сходства видового разнообразия Жаккара
в исследуемых биоценозах Санкт-Петербурга
Объекты исследования
Приморский парк Победы
Южно-Приморский парк
Сад имени 9 января
Сад Василеостровец
76
Объекты исследования
Приморский Южно-При- Сад имени Сад Василепарк Победы морский парк 9 января островец
100
19,7
22,8
15,6
19,7
100
21,5
16,9
22,8
21,5
100
44,0
15,6
16,9
44,0
100
В.Ф. Ковязин, Нгуен Тхи Лан
Таблица 3
Индекс сходства видового разнообразия Съёренсена – Чекановского
в исследуемых биоценозах Санкт-Петербурга
Объекты исследования
Приморский
ЮжноОбъекты исследования
Сад имени Сад Василепарк Побе- Приморский
9 января
островец
ды
парк
Приморский парк Победы
100
33,0
37,2
27,0
Южно-Приморский парк
33,0
100
35,4
28,9
Сад имени 9 января
37,2
35,4
100
61,1
Сад Василеостровец
27,0
28,9
61,1
100
Индекс сходства видового разнообразия Съёренсена – Чекановского
подтверждает ранее сделанное заключение. Чуть более трети числа видов в
биоценозах Санкт-Петербурга встречаются во всех разновидностях зеленых насаждениях города.
Выводы. Высокой общностью видов характеризуются биоценозы
парков, а несколько меньшей – сады. Такая же закономерность характерна
и для сходства видового разнообразия городских насаждений СанктПетербурга. Если учесть занятую площадь биоценозом, то становится ясным, что на меньшей территории, в садах, высажено бо́льшее количество
видов древесных пород, чем в парках, размеры которых превышают в несколько раз. С возрастом насаждения видовое разнообразие биоценозов
снижается, так как специалисты садово-парковых предприятий заменяют
отпавшие особи аборигенными лесными породами, которые легче отыскать и требуют меньше денежных и трудовых затрат. Такая реконструкция приводит к снижению устойчивости биоценоза к воздействию урбанизации, требует проведение санитарно-оздоровительных мероприятий.
Библиографический список
1. Владимиров В.В. Урбоэкология. М.: МНЭПУ, 1999. 204 с.
2. Ковязин В.Ф. и др. Мониторинг почвенно-растительных ресурсов в экосистемах Санкт-Петербурга / под ред. В.Ф. Ковязина. СПб.: Изд-во Политехн. унта, 2010. 344 с.
3. Миркин Б.М., Розенберг Г.С., Наумова Л.Г. Словарь понятий и терминов
современной фитоценологии. М.: Наука, 1989. 223 с.
77
Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2014. Вып. 209
4. Алексеев А.С. и др. Оценка растительного разнообразия лесных экосистем. СПб.: ООО «АРТ Юнион», 2002. 72 с.
5. Пяткова С.В., Горшкова Т.А., Сынзыныс Б.И. Экосистемное нормирование: учеб. пособие по курсам «Общая экология», «Техногенные системы и экологический риск». Обнинск: ИАТЭ, 2007. 75 с.
6. Margalef R. Temporal succession and spatial heterogeneity in phytoplankton //
Perspectives in Marine Biology. Berkeley, Univ. of California Press, 1958, рр. 323–347.
7. MаcIntosh R.P. Matrix and plexus techniques // Handbook of Vegetation Science. Pt. 5. The Hague, Dr. W. Junk, 1973, рр. 157–221.
8. Shannon С.В., Weaver W. The Mathematical Theory of Communication. Urbana (Illinois): Univ. of Illinois Press, 1963. 345 р.
9. Simpson E.H. Measurement of diversity // Nature (London), 1949, vol. 163,
no. 4148. 668 p.
Bibliography
1. Vladimirov V. Urbanekology. M.: MNEPU, 1999. 204 с. (Rus)
2. Kovyazin V.F. et al. Monitoring of soil and vegetation resources in
экосистемах. Ed. by В.Ф.Ковязина. St. Petersburg, Izd-vo Политехн. univ, 2010.
344 с. (Rus)
3. Mirkin B.M, Rosenberg G.S., Naumova L.G. Glossary of terms and a modern
phytocoenology. Moscow, Nauka, 1989. 223 p. (Rus)
4. Alekseev A.S. et al. Assessment of plant diversity in forest ecosystems.
St. Petersburg, LLC «ART Union», 2002. 72 p. (Rus)
5. Piatkova S.V., Gorshkova T.A., Synzynys B.I. Ecosystem rationing: textbook for
courses «General ecology», «Technogenic systems and environmental risk». Obninsk:
IATE, 2007. 75 p. (Rus)
6. Margalef R. Temporal succession and spatial heterogeneity in phytoplankton.
Perspectives in Marine Biology. Berkeley, Univ. of California Press, 1958, pp. 323–347.
7. MаcIntosh R.P. Matrix and plexus techniques. Handbook of Vegetation
Science. Pt. 5. The Hague, Dr. W. Junk, 1973, pp. 157–221.
8. Shannon С.В., Weaver W. The Mathematical Theory of Communication.
Urbana (Illinois): Univ. of Illinois Press, 1963. 345 р.
9. Simpson E.H. Measurement of diversity. Nature (London), 1949, vol. 163,
no. 4148. 668 p.
Ковязин В.Ф., Нгуен Тхи Лан. Оценка видового разнообразия биоценозов
Санкт-Петербурга // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии.
2014. Вып. 209. С. 72–79.
Индикатором устойчивого управления растительными биоценозами СанктПетербурга является оценка их видового состава. Авторы провели учет древесной
растительности на 4 объектах мегаполиса: Приморском и Южно-Приморском
78
В.Ф. Ковязин, Нгуен Тхи Лан
парках, садах 9 Января и Василеостровец. Установлено, что более 20–35 % числа
видов в городских насаждениях является аборигенными или произрастают на границе своего ареала, поэтому их высаживают во всех разновидностях зеленых насаждений для повышения устойчивости биоценозов к урбанизации.
К л ю ч е в ы е с л о в а : устойчивость биоценоза, видовое разнообразие, индексы богатства, индексы сходства.
Koviazin V.F., Nguen Tkhi Lan. Assessment of species diversity of biocenosis
in St. Petersburg. Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotehniceskoj Akademii, 2014,
is. 209, pp. 72–79 (in Russian with English summary).
An indicator of sustainable management of plant biocenosis in St. Petersburg is
the evaluation of their species composition. The authors recorded the wood vegetation
at 4 objects of the metropolis: Primorsky and Yuzhno-Primorsky parks, gardens named
after the 9 January and Vasileostrovets. Found that more than 20–35 % of the number
of species in urban plantings is indigenous or grow on the edge of its range, so they are
planted in all varieties of green space for increasing the sustainability of biocenosis to
urbanization.
K e y w o r d s : the stability of the ecosystem, species diversity, wealth indexes,
indexes of similarity.
КОВЯЗИН Василий Федорович – професор Национального минеральносырьевого университета «Горный», доктор биологических наук, профессор.
SPIN-код: 6311-5821.
199026, 21-я линия ВО, д. 2, Санкт-Петербург, Россия. Е-mail: [email protected]
KOVIAZIN Vasilii F. – DSc (Biology), professor, National Mineral Resources
University. SPIN-code: 6311-5821.
199026. 21th Line. 2. St. Petersburg. Russia. Е-mail: [email protected]
Нгуен Тхи Лан – аспирант Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета.
194021, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург, Россия. Е-mail: goodluck
[email protected]
Nguen Tkhi Lan – St. Petersburg State Forest University.
194021. Institute per. 5. St. Petersburg. Russia. Е-mail: goodluck1011001
@yahoo.com
79