Features of Acer negundo L. distribution in forest parks of Ekaterinburg

Cover Page

Cite item

Abstract

The study considers the distribution and features of ecological and biological confinement of Acer negundo L. to the forest parks of Ekaterinburg. The research was carried out in eleven forest parks of Yekaterinburg: Kalinovsky, Karasye-Ozersky, Sanatorny, Malo-Istoksky, Tsentralny, Shartashsky, Yugo-Zapadny, Shuvakishsky, Im. Lesovodov Rossii, Nizhne-Isetsky, Yuzhny - on an area of 10,196 hectares based on the electronic database “ARM Lesfond”, which was created by combining cartographic materials and taxational descriptions of plantings. Sanitary-hygienic, landscape-aesthetic characteristics, stability class, passability and visibility were analyzed. The features of Acer negundo L. introduction in the forest parks of Yekaterinburg were studied for the first time. The largest number of the trees was noted in five forest parks: Im. Lesovodov Rossii, Karasye-Ozersky, Shuvakishsky, Yugo-Zapadny and Tsentralny where maple plantings were concentrated. The greatest expansion of maple was noted in Maloistoksky forest park, where it covers about 97% of the total area, which is associated with the presence of fruit-bearing individuals nearby. Far from urban plantings of ash-leaved maple in large forest parks, it covers an area ranging from only 0.26 to 1.56%. The ecological and coenotic confinement of Acer negundo L. introduction depending on forest type, age of planting and stand density was revealed. The maximum occurrence of maple was established in pine plantations - 79.1%, and this can be considered its ecological optimum, while the minimum - in plantations with balsam poplar - 11.5% and silver birch - 6.1%. Maple habitats depend on the age categories of plantings. In young stands, it covers an area of 1.8%, in middle-aged trees - 16.9%, in high-bonitat plantings - 76.8%. These studies are of scientific interest when monitoring the spread of a naturalized species and obtaining reliable information about its phytocenotic confinement in a new community.

Full Text

Введение

Инвазия агрессивных чужеродных видов — одно из глобальных природных изменений и часто приводит к существенным потерям биологического разнообразия [1–3]. Угроза разнообразию аборигенных сообществ связана с растениями-­трансформерами, которые могут менять нормальное протекание сукцессий [4]. Известны исследования о специфических эффектах растений-­трансформеров на аборигенные виды [5–8], растительные сообщества [9] и возможности их объяснения только фитоценотическими механизмами [10, 11]. Благодаря биологическим особенностям клена ясенелистного Acer negundo L. является одним из самых агрессивных инвазионных древесных видов [12–26]. Поэтому изучение процессов, происходящих в лесопарковой зоне Екатеринбурга при внедрении в них клена ясенелистного, представляется весьма актуальным.

Цель исследования — анализ распространения, эколого-­биологических особенностей приуроченности Acer negundo L. в лесных парках г. Екатеринбурга.

Материалы и методы исследования

Екатеринбург — крупный промышленный и административный центр на Среднем Урале (56°59'00"N 60°35'00"E) с населением 1,5 млн человек, в котором городские леса, в т. ч. и лесные парки, занимают почти треть (15,3 тыс. га) площади [27]. Исследования проведены в одиннадцати лесных парках г. Екатеринбург: Калиновском, Карасье-­Озерском, Санаторном, Мало-­Истокском, Центральном, Шарташском, Юго-западном, Шувакишском, им. Лесоводов России, Нижне-­Исетском, Южном на площади 10196 га на основе базы данных «АРМ Лесфонд». База данных создана путем совмещения картографических материалов и таксационных описаний насаждений лесных парков. Для каждого ландшафтного участка у насаждений были проанализированы лесоводственно-­таксационные, санитарно-­гигиенические, ландшафтно-­эстетические характеристики, класс устойчивости, проходимость и просматриваесмость.

Результаты исследования и обсуждение

Подлесок лесных парков Екатеринбурга сильно изменен по видовому составу. Большинство адвентивных древесных видов используются в озеленении [28] и высажены в лесных парках в 1970–1980-х гг. [29]. Большой ошибкой оказалось введение интродуцированных растений, что позволило интенсивному проникновению клена ясенелистного в лесные парки, где он занимает определенные экологические ниши, вытесняя при этом коренные виды, трансформируя экосистему. Он произрастает на площади 228 га на территории 11 из 15 лесных парков (рис. 1). Несмотря на различную площадь (от 5,7 до 41,9 га) внедрение клена протекает по нашим расчетам с различной степенью интенсивности. Так, например, в Мало-­Истокском лесном парке клен занимает 96,36 % от общей площади, в то время как в самых больших по площади лесных парков города таких, как Южный, Шувакишский и Нижне-­Исетский он проник незначительно от 0,26 до 1,56 %.

Рис. 1. Площадь, занимаемая Acer negundo в лесных парках
Источник: выполнила Е.А. Тишкина с помощью Microsoft Office Excel
Fig. 1. Areas of Acer negundo stands in forest parks of Ekaterinburg
Source: created by E.A. Tishkina using Microsoft Office Excel

Инвазия клена, как правило, происходит вначале с открытых пространств (опушки леса, вдоль пешеходных дорожек и т. д.), постепенно внедряясь вглубь лесопарков. В результате обследования зафиксированы единичные генеративные особи клена на открытых участках и обильный самосев.

Клен встречается практически на любой территории, но, чаще всего предпочитает определенные типы леса: встречаемость в сосняках разнотравных — 66,1 % и сосняках ягодниковых — 28,8 %, в других типах леса (сосняках орляковых, осоко-­сфагновых и березняках осоко-­сфагновых) встречается в незначительных количествах от 0,1 до 7,4 % (табл. 1).

Таблица 1. Площадь с участием Acer negundo L. в различных типах леса

Лесные парки

Типы леса

СРТР

СЯГ

СОРЛ

ЕСЗЯГ

СБР

БОССФ

СОССФ

Площади

га

%

га

%

га

%

га

%

га

%

га

%

га

%

Калиновский

0,2

1,96

10

98,04

Карасье-Озерский

34

100

Нижне-­Исетский

7,1

55,04

2,8

21,7

3

23,26

Санаторный

7,3

100

Им. Лесоводов России

37

88,94

4,4

10,58

0,2

0,48

Мало-­Истокский

10,6

100

Центральный

20,2

100

Шарташский

10,9

48,45

11,3

50,22

0,3

1,33

Шувакишский

31,4

100

Юго-Западный

17,5

55,91

10,1

32,27

1,9

6,07

1,8

5,75

Южный

5,7

100

Примечание. СРТР — сосняк разнотравный; СЯГ — сосняк ягодниковый; СОРЛ — сосняк орляковый; ЕСЗЯГ — ельник-­сосняк зеленомошно-­ягодниковый; СБР — сосняк брусничный; БОССФ — березняк осоко-­сфагновый; СОССФ — сосняк осоко-­сфагновый.

Table 1. Area with Acer negundo L. in different forest types

Forest parks

Forest types

SRTR

SYAG

SORL

ESZYAG

SBR

BOSSF

SOSSF

Area

%

%

%

%

%

%

%

Kalinovsky

0.2

1.96

10

98.04

Karasye-­Ozersky

34

100

Nizhne-­Isetsky

7.1

55.04

2.8

21.7

3

23.26

Sanatorny

7.3

100

Im. Lesovodov Rossii

37

88.94

4.4

10.58

0.2

0.48

Malo-­Istoksky

10.6

100

Tsentralny

20.2

100

Shartashsky

10.9

48.45

11.3

50.22

0.3

1.33

Shuvakishsky

31.4

100

Yugo-­Zapadny

17.5

55.91

10.1

32.27

1.9

6.07

1.8

5.75

Yuzhny

5.7

100

Note. SRTR — Grass pine forest; SYAG — berry pine forest; SORL — bracken pine forest; ESZYAG — green moss-berry spruce-pine forest; SBR — lingonberry pine forest; BOSSF — sedge-­sphagnum birch forest; SOSSF — sedge-­sphagnum pine forest.

Приуроченность клена к соснякам разнотравным от 48,4 до 100 % площади, покрытой лесной растительностью (за исключением Шувакишского и Калиновского лесных парков), позволяет считать экологическим оптимумом для его существования, так как там складываются наиболее благоприятные условия для прорастания семян (незначительное затенение и сохранения водного баланса). Под пологом сосны обыкновенной встречаемость клена составляет 79,1 %, с тополем бальзамическим — 11,5 %, березой повислой — 6,1 %. Acer negundo внедряется преимущественно в высокобонитетные насаждения (II класса бонитета — 62,9 %) (рис. 2) при полноте древесного полога 0,6…0,7 (табл. 2).

Рис. 2. Распределение площади насаждений лесных парков с участием клена ясенелистного по классам бонитета
Источник: выполнила Е.А. Тишкина с помощью Microsoft Office Excel
Fig. 2. Distribution of forest park area with Acer negundo L. by quality classes
Source: created by E.A. Tishkina using Microsoft Office Excel

Таблица 2. Зависимость распространения Acer negundo L. от полноты древостоя

Лесные парки

Полнота древостоя

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Площадь с участием клена ясенелистного, га /%

Калиновский

8,4/82,4

1/7,8

0,8/9,8

Карасье-­Озерский

1,9/5,59

2,3/6,76

13,7/40,29

12,6/37,06

3,3/9,71

0,2/0,59

Нижне-­Исетский

1,3/9,09

4,5/31,47

3,3/23,08

1,4/9,79

2,7/18,8

1,1/7,69

Санаторный

1,2/20,34

1,6/27,12

2,4/40,68

0,7/11,86

Им. Лесоводов России

0,3/0,7

0,2/0,5

16,5/39,4

16,5/39,4

2,4/5,7

5/11,9

1/2,4

Мало-­Истокский

10,6/100

Центральный

1,3/6,44

11,4/56,43

0,5/2,47

4,7/23,7

2,3/11,39

Шарташский

0,2/0,9

1/4,44

3,7/16,44

1/4,44

4,3/19,11

6,3/28

6/26,67

Шувакишский

7,7/24,52

22,5/71,66

1,2/3,82

Юго-­Западный

1,9/6,07

4,3/13,74

14/44,73

4,7/15,02

4,9/15,65

1,5/4,79

Южный

0,4/7,02

5,3/92,98

Table 2. Distribution of Acer negundo L. depending on stand density

Forest parks

Stand density

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Area with ash-leaved maple, hectare/%

Kalinovsky

8.4/82.4

1/7.8

0.8/9.8

Karasye-­Ozersky

1.9/5.59

2.3/6.76

13.7/40.29

12.6/37.06

3.3/9.71

0.2/0.59

Nizhne-­Isetsky

1.3/9.09

4.5/31.47

3.3/23.08

1.4/9.79

2.7/18.8

1.1/7.69

Sanatorny

1.2/20.34

1.6/27.12

2.4/40.68

0.7/11.86

Im. Lesovodov Rossii

0.3/0.7

0.2/0.5

16.5/39.4

16.5/39.4

2.4/5.7

5/11.9

1/2.4

Malo-­Istoksky

10.6/100

Tsentralny

1.3/6.44

11.4/56.43

0.5/2.47

4.7/23.7

2.3/11.39

Shartashsky

0.2/0.9

1/4.44

3.7/16.44

1/4.44

4.3/19.11

6.3/28

6/26.67

Shuvakishsky

7.7/24.52

22.5/71.66

1.2/3.82

Yugo-­Zapadny

1.9/6.07

4.3/13.74

14/44.73

4.7/15.02

4.9/15.65

1.5/4.79

Yuzhny

0.4/7.02

5.3/92.98

Поселение клена зависит не только от полноты древостоя, но и от различных микроусловий (от почвенных показателей, режима посещения), создаваемых в лесопарках. Так, в Карасье-­Озерском и им. Лесоводов России максимальное количество клена отмечено при полноте древостоя 0,6…0,7, в Шувакишском — при 0,8, в Шарташском — при 0,8…0,9, а в Юго-­Западном — при 0,5 и в Центральном — при 0,4.

Местообитания клена зависят и от возрастных категорий насаждений, так, в спелых сосновых насаждениях он составляет 76,8 %, средневозрастных — 16,9 % (рис. 3). В таких насаждениях сформирована лесная подстилка с достаточным количеством гумусовых веществ, а также при очищении стволов от вегетативных побегов создается благоприятный световой режим.

Рис. 3. Зависимость внедрения Acer negundo от групп возраста древостоя
Источник: выполнила Е.А. Тишкина с помощью Microsoft Office Excel

Fig. 3. Dependence of Acer negundo introduction on stand age groups
Source: created by E.A. Tishkina using Microsoft Office Excel

Наименьшая площадь внедрения установлена в молодняках (1,8 %) и приспевающих древостоях (4,5 %). Имея высокую теневыносливость, клен вселяется в густой подлесок (63,1 %) в ландшафтных участках со средней степенью проходимости (42,6 %) и просматриваемости (57,7 %), вытесняя при этом аборигенную флору.

Распределение площади ландшафтных участков, на которых произрастает клен в подлеске, по классам биологической устойчивости следующее: 1 — 52,2 % и 2 — 42 %. Данный факт свидетельствует тому, что насаждения способны сохранять свои свой­ства и качества в условиях техногенных и рекреационных воздействий.

Заключение

Клен ясенелистный является одним из самых распространенных в культуре, его можно встретить в озеленении практически повсеместно как в России, так и в других странах. В лесопарковой зоне г. Екатеринбурга Acer negundo L. встречается как натурализовавшийся интродуцент в различных типах насаждений.

Внедрение клена зависит прежде всего от наличия поблизости плодоносящих особей, поэтому его встречаемость в различных лесных парках отличается. В озеленении клен ясенелистный появился в начале 1960-х гг., достигнув генеративного возраста, он стал активно заселять все пространства. Но, тем не менее, состояние клена зависит от плодородных почв, благоприятного светового и водного режима.

Так, наибольшее количество особей обнаружено в спелых сосняках разнотравных, в которых создаются благоприятные условия для прорастания семян (сохранение водного баланса и защита от перегрева). Активное внедрение Acer negundo L. в спелые сосновые насаждения объясняется наличием богатой гумусовом лесной подстилки, а также улучшением светового режима в результате очищения стволов от вегетативных побегов и сосредотачивание кроны высоко над землей.

Инвазию клена ясенелистного как чужеродного вида в нашей зоне можно рассматривать как натурализацию интродуцированного вида. Обладая высокой нормой реакции на изменившиеся условия среды и высокой вариабильностью, а также благодаря обильному плодоношению, быстроте роста, теневыносливости и образованию устойчивой корневой системы, Acer negundo L. расширяет свой ареал, поселяясь в различные местообитания, конкурируя с местными видами. Изученная тенденция завоевания территории видом «агрессором» сохраняется, и с уверенностью можно сказать, что эта ситуация характерна для многих регионов России, поэтому необходим мониторинг его расселения и утверждение мер борьбы.

×

About the authors

Elena A. Tishkina

Botanical Garden, Russian Academy of Sciences; The Ural State Forest Engineering University

Author for correspondence.
Email: Elena.MLOB1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6315-2878
SPIN-code: 7435-8562

Candidate of Agricultural Sciences, Researcher, Laboratory “Ecology of Woody Plants” ; Associate Professor, Department of Ecology and Environmental Management

202a 8 Marta st., Ekaterinburg, 620144, Russian Federation; 37 Sibirsky trakt st., Ekaterinburg, 620100, Russian Federation

Lidiya A. Semkina

Botanical Garden, Russian Academy of Sciences

Email: lidia.semkina@botgard.uran.ru
ORCID iD: 0000-0003-2351-3258
SPIN-code: 8359-8467

Doctor of Biological Sciences, Leading Researcher, Laboratory “Ecology of Woody Plants”

202a 8 Marta st., Ekaterinburg, 620144, Russian Federation

Irina V. Shevelina

The Ural State Forest Engineering University

Email: ishevelina@gmail.com
SPIN-code: 4131-5616
Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Forest Taxation and Forest Management 37 Sibirsky trakt st., Ekaterinburg, 620100, Russian Federation

References

  1. Vinogradova YK, Mayorov SR, Horun LV. Chernaya kniga flory Srednei Rossii: chuzherodnye vidy rastenii v ekosistemakh Srednei Rossii [The Black Book of the Flora of Central Russia: alien plant species in the ecosystems of Central Russia]. Moscow: GEOS publ.; 2010. (In Russ.).
  2. Kuklina AG, Vinogradova YK. Fitoinvazii: risk and environmental implication. Nauka i zhizn’. 2015;(5):107–113. (In Russ.).
  3. Pimentel D, Zuniga R, Morrison D. Update on the environmental and economic costs associated with alien-­invasive species in the United States. Ecol Econ. 2005;52(3):273–288. doi: 10.1016/j.ecolecon.2004.10.002
  4. Porte AJ, Lamarque LJ, Lortie ChJ, Delzon S, Michalet R. Invasive Acer negundo outperforms native species in non-limiting resource environments due to its higher phenotypic plasticity. BMC Ecology. 2011;11:28. doi: 10.1186/1472–6785–11–28
  5. Vinogradova YK, Mayorov SR, Bochkin VD. Alien plant species and their influence on the Main Botanical Garden’s flora dynamics. Russian Journal of Biological Invasions. 2015;8(4):22–41. (In Russ.).
  6. Veselkin DV, Zolotareva NV, Lipikhina YA, Podgaevskaya EN, Kiseleva OA. Diversity of plants in thickets of invasive Sorbaria sorbifolia: differences in the effect on aboveground vegetation and seed bank. Ekologia. 2020;(6):417–426. (In Russ.). doi: 10.31857/S0367059720060098
  7. Montile AA, Tishkina EA. Quantitative characteristics of specimen size traits manifestation and determining the condition of Cotoneaster lucida Schlecht under conditions of the urbanosphere of Yekaterinburg. Izvestia Orenburg state agrarian university. 2020;(3):138–145. (In Russ.). doi: 10.37670/2073–0853–2020–83–3–138–145
  8. Montile AA, Tishkina EA. Features of the size structure of Cotoneaster lucidus Chlecht. depending on localization in forest parks of Yekaterinburg. Vestnik of Buryat state academy of agriculture named after V. Philippov. 2020;(3):103–111. (In Russ.). doi: 10.34655/bgsha.2020.60.3.016
  9. Emelyanov AV, Frolova SV. Acer negundo L. in coastal phytocenoses of the Vorona River. Russian Journal of Biological Invasions. 2011;4(2):40–43. (In Russ.).
  10. Richardson DM, Pysek P. Plant invasions: merging the concepts of species invasiveness and community invisibility. Prog Phys Geog. 2006;30(3):409–431. doi: 10.1191/0309133306pp490
  11. Vitousek PM, Dantonio CM, Loope LL, Rejmanek M, Westbrooks R. Introduced species: A significant component of human-­caused global change. New Zeal J Ecol. 1997;21(1):1–16.
  12. Veselkin DV, Korzhinevskaya AA, Podgaevskaya EN. The Edge Effect on the Herb–Dwarf Shrub Layer of Urbanized Southern Taiga Forests. Russ J Ecol. 2018;49:465–474. doi: 10.1134/S1067413618060139
  13. Veselkin DV, Dubrovin DI. Diversity of the grass layer of urbanized communities dominated by invasive Acer negundo. Rus J Ecol. 2019;50(5):413–421. doi: 10.1134/S1067413619050114
  14. Veselkin DV, Kiseleva OA, Ekshibarov ED, Rafikova OS, Korzhinevskaya AA. Abundance and diversity of seedlings of the soil seed bank in the thickets of the invasive species Acer negundo L. Russ J Biol Invasions. 2018;9(2):108–113. doi: 10.1134/S2075111718020133
  15. Veselkin DV, Rafkova OS, Ekshibarov ED. The soil of invasive Acer negundo thickets is unfavorable for mycorrhizal formation in native herbs. Journal of general biology. 2019;80(3):214–225. doi: 10.1134/S0044459619030084
  16. Veselkin DV, Dubrovin DI, Pustovalova LA. High canopy cover of invasive Acer negundo L. affects ground vegetation taxonomic richness. Scientifc Reports. 2021;(11):20758. doi: 10.1038/s41598–021–00258-x
  17. Kostina MV, Yasinskaya OI, Barabanshchikova NS, Orlyuk FA. Toward a issue of box elder invasion into the forests around Moscow. Rus J Biol Invasions. 2016;7(1):47–51. doi: 10.1134/S2075111716010069
  18. Veselkin DV, Korzhinevskaya AA. Spatial factors of the alien understory shrubs and trees distribution in urban forests of large city. Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya. 2018;(4):55–65. (In Russ.). doi: 10.1134/S2587556618040167
  19. Veselkin DV, Korzhinevskaya AA, Podgayevskaya EN. The species composition and abundance of alien and invasive understory shrubs and trees in urban forests of Yekaterinburg. Tomsk State University Journal of Biology. 2018;(42):102–118. (In Russ.). doi: 10.17223/19988591/42/5
  20. Veselkin DV, Rafikova OS. Effects of water extracts from the leaves of boxelder maple Acer negundo and native tree species on the early development of plants. Ekologia. 2022;(2):87–95. (In Russ.). doi: 10.31857/S0367059722020081
  21. Veselkin DV, Dubrovin DI, Rafikova OS, Lipikhina YA, Zootareva NV, Podgaevskaya EN, et al. Capture and interception of light in the thickets of invasive species Acer negundo and Sorbaria sorbifolia. Russian Journal of Biological Invasions. 2021;14(4):30–42. (In Russ.).
  22. Merceron NR, Lamarque LJ, Delzon S, Porte AJ. Killing it softly: girdling as an efficient eco-friendly method to locally remove invasive Acer negundo. Ecol Restor. 2016;34(4):297–305. doi: 10.3368/er.34.4.297
  23. Tretyakova AS. Regularities of distribution of alien plants in anthropogenous habitats of Sverdlovsk oblast. Russian Journal of Biological Invasions. 2015;8(4):118–128. (In Russ.).
  24. Tretyakova AS. Laws of distribution of alien plants in natural habitats for urban Sverdlovsk region. Bulletin of Udmurt University. Series Biology. Earth Science. 2016;26(1):85–93. (In Russ.).
  25. Montile AA, Tishkina EA. Spatial and temporal structure of the Acer negundo L. cenopopulation in the forest parks of Yekaterinburg. IOP Conf Ser: Earth Environ Sci. 2022;1045(1):012118. doi: 10.1088/1755–1315/1045/1/012118
  26. Tishkina EA. Expansion of Acer negundo L. in the forest parks of Yekaterinburg. IOP Conf Ser: Earth Environ Sci. 2022;1045(1):012069. doi: 10.1088/1755–1315/1045/1/012069
  27. Shavnin SA, Golikov DY, Montile AA, Montile AI. Edge effect: growth and morphogenetic features of scots pine trees in forest parks and natural stands. Ekologia. 2020;(3):163–170. (In Russ.). doi: 10.31857/S0367059720030142
  28. Mamaev SA. Opredelitel’ derev’ev i kustarnikov Urala. Mestnye i introdutsirovannye vidy [Determinant of trees and shrubs of the Urals. Native and introduced species]. Yekaterinburg; 2000. (In Russ.).
  29. Petrov AP, Ladeishchikova GV, Zoteeva EA. Digression of phytocenoses and naturalization of woody plants in the forest park zone of Ekaterinburg. Botanical studies in the Urals: conference proceedings. Perm; 2009. p.279–281. (In Russ.).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. Fig. 1. Areas of Acer negundo stands in forest parks of Ekaterinburg

Download (119KB)
2. Fig. 2. Distribution of forest park area with Acer negundo L. by quality classes

Download (192KB)
3. Fig. 3. Dependence of Acer negundo introduction on stand age groups

Download (41KB)

Copyright (c) 2024 Tishkina E.A., Semkina L.A., Shevelina I.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies