Структура и состав растительных сообществ.
Структура растительного сообщества наиболее ярко проявляется в его вертикальной ярусности. Она характерна для всех типов наземной растительности: лесов, лугов, болот и т.д. Ярусы выделяются по жизненным формам (деревья, кустарники, кустарнички, травянистые растения).
Наиболее сложна структура лесного сообщества, в котором выделяют древесный, кустарниковый, травяно-кустарничковый и мохово-лишайниковый ярусы.
Древесный ярус объединяет все виды растений, жизненная форма которых дерево. Однако различают деревья 1, 2 и 3 - ей величины.
Можжевельник обыкновенный (Yuniperus communis) является деревом 3-й величины (при неблагоприятных условиях можжевельник снижает жизненность, принимая кустарниковую форму).
Рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia), черемуха обыкновенная (Prunus avium), ива козья (Salix caprea) – деревья 2-й величины, все остальные виды (ель европейская Picea abies, сосна обыкновенная Pinus sylvestris, береза повислая Betula pendula, береза пушистая B. pubescens, осина Populus tremula, липа сердцелистная Tilia cordata и др.) - деревья 1-й величины. При одинаково благоприятных условиях деревья 2-й и 3-й величины никогда не достигают высоты деревьев 1-й величины. Величина деревьев, как и других растений, – биологическое свойство, определяющее подразделение ярусов на подъярусы. [7,8].
Одновременно одна и та же древесная порода в зависимости от конкретной высоты образует полога – высотные структурные подразделения древесного яруса. Господствующие и исключительно господствующие деревья относятся к 1-му пологу, 2-й и 3-й полога включают деревья, высота которых соответственно составляет 3/4 и 1/2 от высоты 1-го полога. Для древостоя в целом и его пологов указывается сомкнутость крон, определяемая глазомерно по соотношению площадей неба, закрытого проекцией крон, и просветов. Выражается сомкнутость в десятых долях от единицы. Составляется также формула древостоя на основе количественного учета стволов всего древостоя и отдельно для каждого полога. Формула древостоя показывает долю участия каждого вида древесной породы в сложении древостоя или его конкретного полога. Например, на пробной площади лесного сообщества зафиксировано 56 стволов ели европейской, 20 стволов сосны обыкновенной и 5 стволов березы повислой – всего 80 стволов, что составляет 100% или 10 единиц, как принято в лесоводстве. На долю ели, сосны, и березы соответственно приходится 68,8%; 25,0% и 6,2 %. Формула древостоя (округляя проценты) выглядит следующим образом: 7Е3С+Б (если доля какой-то древесной породы менее 10%, то указывается ее присутствие знаком (+). Аналогичным образом определяется формула древостоя для каждого полога. Формулы древостоя (и пологов) удобнее для сравнения особенностей структуры различных сообществ, чем сравнение по абсолютному количеству стволов каждой древесной породы.[1,5].
Очень важна характеристика подроста, к которому условно относятся молодые экземпляры деревьев с высотой, составляющей 1/4 от преобладающей высоты (при высоте древостоя 24 м к подросту относятся экземпляры до 6 м). В свою очередь подрост также по высоте подразделяется на полога. Между подростом и материнским древостоем существуют сложные взаимоотношения, но подрост – это потенциальный материал для восполнения отпада в материнском древостое и обеспечения его возобновления.[2].
Кроме вертикальной структуры многим растительным сообществам характерна также горизонтальная и временнaя (сезонная) структура. Горизонтальная структура фитоценоза проявляется в мозаичности ценоэлементов, т.е. в наличии мелких групп растений, различающихся по составу, обилию видов, их жизненности. Ценоэлементы горизонтальной структуры называются микрогруппировками. Горизонтальная структура обусловлена 3-мя группами факторов:
· мелкими неоднородностями условий среды в пределах одного экотопа (экотопическая мозаичность);
· прямым и косвенным влиянием хозяйственной деятельности человека (антропогенная мозаичность);
· особенностями биологии самих растений, например, разрастание отдельных видов (фитогенная мозаичность), а также ценобиотическая мозаичность, возникающая как результат взаимодействия растений в сообществе (распределение растений под пологом леса при его неравномерной сомкнутости).
Временнaя структура фитоценоза выражается в том, что на одной территории в разные сроки вегетационного периода развиваются сезонные группы растений, называемые синузиями, которые объединяют виды растений со сходным ритмом развития. Ярким примером временнoй синузии являются синузия эфемеров и эфемероидов в пустынях, степях, широколиственных лесах. В наших лесах на дерново-карбонатных почвах с близким залеганием известняков ранней весной такую синузию образуют обильно цветущие первоцветы: ветренница лютичная (Anemone ranunculoides), медуница неясная, (Pulmonaria obscura), перелеска благородная (Hepatica nobilis) и др.
Разнообразные формы структуры растительного сообщества имеют большое значение не только для функционирования конкретного фитоценоза, но и для биогеоценоза (экосистемы) в целом. Благодаря сложности структуры фитоценоза более полно используется разнообразие условий среды, что обеспечивает полночленность фитоценоза и увеличивает его устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды и к конкурентным взаимоотношениям с соседними сообществами.
Условия существования в пределах разных ярусов различны. Верхний ярус находится под наибольшим воздействием климатических условий. Условия существования растений нижних ярусов (кустарникового, травяно-кустарничкового, или травянистого, мохово-лишайникового) существенно трансформируются фитосредой, особенности которой определяются верхним ярусом. Таким образом, верхний ярус играет средообразующую роль в формировании расположенных под ним других структурных элементов сообщества (ценоэлементов), т. е. является эдификаторным. В эдификаторном ярусе выделяется основная древесная порода, образующая конкретное сообщество, – эдификатор (строитель сообщества). По средообразующей роли эдификаторы отличаются различной фитоценотической мощью. Наиболее сильным эдификатором в наших климатических условиях является ель европейская, формирующая коренные бореальные (таежные) еловые леса. Сосновые леса, за исключением сосняков лишайниковых на боровых террасах, камах и озах, сложенных песчаными отложениями, березняки, сероольшанники являются вторичными лесами, возникшими на месте ельников. Их существование в природе поддерживается хозяйственной деятельностью человека. В противном случае еловые леса восстановились бы на прежних местообитаниях.
На основе указанных выше показателей определяются фитоценотипы растительных сообществ: эдификаторы – строители сообществ, формируют эдификаторный ярус, основные средообразующие растения, победители в борьбе за существования 1-го ранга; ассектаторы – сопутствующие растения, образующие второстепенные ярусы. Среди ассектаторов выделяются доминанты – группы видов высокого обилия (преобладающие растения).
Таким образом, экологический анализ видового состава растений позволит выявить растения-индикаторы, указывающие на особенности природной среды и протекающих в ней процессов.[6,9].
2.2. Вещества, загрязняющие атмосферный воздух.
Сильнейшее антропогенное воздействие на фитоценозы оказывают загрязняющие вещества в окружающем воздухе, такие, как диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и др. Среди них наиболее типичным является диоксид серы, образующийся при сгорании серо содержащего топлива (работа предприятий теплоэнергетики, котельных, отопительных печей населения, а также транспорта, особенно дизельного).
Устойчивость растений к диоксиду серы различна. Даже незначительное наличие диоксида серы в воздухе хорошо диагностируется лишайниками – сначала исчезают кустистые, потом листоватые и, наконец, накипные формы. Из высших растений повышенную чувствительность к S02 имеют хвойные (кедр, ель, сосна). Устойчивы к загрязнению бересклет, бирючина, клен ясенелистный.
Для ряда растений установлены границы их жизнедеятельности и предельно допустимые концентрации диоксида серы в воздухе. Величины ПДК (мг/куб. м): для тимофеевки луговой, сирени обыкновенной - 0,2; барбариса - 0,5; овсяницы луговой, смородины золотистой - 1,0; клена ясенелистного - 2,0 .
Чувствительны к содержанию в воздухе других загрязнителей (например, хлороводорода, фтороводорода) такие растения, как пшеница, кукуруза, пихта, ель, земляника садовая, береза бородавчатая.[1,8].
Стойкими к содержанию фтороводорода в воздухе являются хлопчатник, одуванчик, картофель, роза, табак, томаты, виноград, а к хлороводороду - крестоцветные, зонтичные, тыквенные, гераниевые, гвоздичные, вересковые, сложноцветные.
Воздух как природный ресурс представляет собой общечеловеческое достояние. Постоянство его состава (чистота) - важнейшее условие существования человечества. Поэтому любые изменения состава рассматриваются как загрязнение атмосферы.
Основными ингредиентами загрязнения атмосферы являются оксиды углерода (СО), азота (NOX) и серы (SO2), углеводороды (СnHm) и взвешенные частицы (пыль).
Загрязняющие вещества, выброшенные в воздушный бассейн в виде газов или аэрозолей, могут:
- оседать под действием силы тяжести (крупнодисперсные пыли и аэрозоли);