Публикации / Морозова О.В. База данных по адвентивным видам растений (Alien Plant Species)

База данных по адвентивным видам растений (Alien Plant Species)

Морозова О.В.
(Институт Географии РАН)

Введение

Антропогенное влияние на флору имеет две основные тенденции: уменьшение числа видов и/или изменение видового состава аборигенной фракции флоры и увеличение числа видов за счет роста адвентивной фракции.

Адвентивными являются виды, проникновение которых связано с деятельностью человека. В настоящее время наблюдается настоящий «адвентивный, или инвазийный бум»: число публикаций, работ, сайтов в Интернете, посвященных проблеме заносных видов растет в геометрической прогрессии (Миркин, Наумова, 2001). Учитывая современные подходы, степень компьютеризации, основным компонентом, как в научных исследованиях, так и в прикладных работах стали базы данных (БД).

По адвентивной флоре БД известны в Северной Америке, в ряде регионов Европы (в основном в Средиземноморье) и в Австралии. В абсолютном большинстве они представляют собой результаты региональных обобщений, позволяющих выводить списки видов для крупного района, например, в Америке – для штатов. Тем не менее, даже подобные обобщения являются основой для прогнозирования возможных инвазий. С их помощью уже разработаны системы прогноза, которые апробированы в ряде мест, например, на Гавайях, в Южной Африке (Daehler, Carino, 2000).

В России проблеме адвентивных видов хотя и уделялось внимание, однако, к сожалению, лишь на уровне отдельных регионов. Это, кстати было отмечено еще в 1989 г. на совещании по Проблемам изучения адвентивной флоры, где также была высказана мысль о необходимости объединения и консолидации усилий различных специалистов (Тихомиров, 1989). С тех пор мало что изменилось. Лишь увеличилось число публикаций, регистрирующих факты заноса видов.

Вместе с тем, заносные виды в региональных флорах составляют в среднем около 20%, а в городах этот процент существенно выше (Алексеев, 2000). Возрастающая роль адвентивного компонента и значительное число новых находок послужили поводом для сбора информации, представляющей собой разрозненные сведения о местонахождении видов. Только будучи собранным воедино, материал позволяет выяснить периоды проникновения вида в тот или иной регион, частоту заноса вида, устойчивость популяции, дальнейшее распространение растения-пришельца, а также активизацию расселения вида в различных регионах. Значительный объем данных, накопленных за многие годы в работах различных специалистов и отраженных в литературе, необходимость их обобщения, обеспечение оперативного доступа к данным, автоматизация сбора, хранения, обработки и передачи информации, послужили предпосылками для создания БД по адвентивной флоре.

Задачи БД

БД по адвентивным видам растений (Alien Plant Species) разрабатывается в лаборатории биогеографии Института Географии РАН с 1998 г. Перечислим основные задачи, которые ставились при создании БД:

1. автоматизация сбора информации (систематизация и унификация материала, создание информационной основы для ГИС);
2. оценка степени адвентизации флоры какого-либо региона;
3. оценка распространения чужеродного вида на конкретной территории:
   • выявление тенденций распространения заносных видов;
   • выявление участия вида в различных типах сообществ;
4. выбор показателей для разработки системы прогноза возможных инвазий.

Принципы организации БД

При выборе переменных для организации БД учитывался ряд принципов.

1. Материалы по заносным видам должны быть представлены достаточно полно.
2. Основой первичной информации являются сведения о “находке” – месте встречи вида.
3. При вводе данных должно быть максимально сохранено авторское представление информации.
4. Материалы БД должны иметь возможность смыслового сравнения и сопоставления с данными из других баз. Соответственно, в базе каждая переменная имеет собственное имя и атрибуты. В результате можно объединять данные по различным регионам и совмещать их с другими базами.
5. БД должна быть приспособлена к выдаче стандартных результатов в виде отчетов и/или итоговых таблиц.

Структура БД

БД организована в реляционной среде Paradox (использован Paradox 7.0 for Windows). Выбор данной СУБД обусловлен рядом причин: ее широким распространением и популярностью; значительной мощностью системы; возможностью экспорта-импорта данных в различных форматах; ориентированным на пользователя «дружественным» интерфейсом, благодаря которому можно легко освоить СУБД без навыков программирования; гибкой системой запросов, позволяющей быстро получить нужную информацию.

В структурно-смысловом отношении база состоит из нескольких блоков (таксономического, географического, библиографического) (рис. 1).

Каждый блок содержит от одной до нескольких таблиц.

В таксономический блок входят сведения о видовом составе флоры, включая синонимику, а также различные экологические и географические характеристики видов. Номенклатурный список таксонов основан на сводке С. К. Черепанова (1995). Географический блок включает данные о месте сбора (имя точки, район, область, описание местоположения), географические координаты. Он также обеспечивает вывод любой информации на карту через географические координаты точек обследования. Блок библиографии представляет собой сведения об источниках данных (ссылка, автор, журнал, неопубликованные материалы и др. параметры).

Разрабатывается экологический блок, в котором будет приведено словесное описание экологии вида, а также характеристика типа местообитания.

Сейчас в БД содержится 5 основных таблиц и 8 справочных. Общее число информационных полей – 65.

Для наполнения базы могут быть использованы как литературные источники, так и данные гербариев. На данный момент в базу внесены в основном опубликованные сведения (в первую очередь, публикации из Ботанического журнала и Бюллетеня МОИП).

Данные в любой из таблиц можно просматривать и редактировать через формы, которые представляют собой отображенную на экране и удобную для пользователя систему ввода данных. Кроме основных таблиц, есть ряд дополнительных, используемых как словари (рис. 1). Из них можно выбирать данные в процессе ввода новых записей в основные таблицы. Это во многом позволяет избежать опечаток и ввода некорректных и ошибочных терминов. Словари могут пополняться пользователем непосредственно в процессе ввода данных.

Рис. 1. Структура базы данных Alien Plant Species

Рис. 2. Распространение Artemisia sieversiana Willd. на территории Восточной Европы. При описании ареала использовано районирование, принятое во Флоре европейской части СССР.

Результаты

На данный момент в БД содержатся сведения о находках 1016 видов, относящихся к 93 семействам. В основном это материалы по Восточной Европе. В настоящее время ввод данных ведется в первую очередь для этой территории. Число точек (т.е. географических пунктов) – 1041, источников – 209. Большинство данных (около 3/4 находок) подтверждено гербарными образцами, что отмечено в используемых источниках. Эта информация также отмечается в БД. Общее число записей составляет около 3600.

В БД встроена картосхема территории Восточной Европы, с помощью которой можно сразу после ввода координат просмотреть распространение вида (рис. 2). Также подготовлена система отчетов, выводящих данные в виде списков таксонов, местонахождений, таксономических спектров, сведений о распространении вида, библиографических сведений.

Некоторые результаты работы, в частности таксономического характера, в обобщенном виде представлены ниже.

В таксономическом спектре адвентивной флоры изученной части территории Восточной Европы преобладают виды семейств сложноцветных и злаков, далее идут бобовые, крестоцветные, маревые. Однако, по числу встреч, т. е. по распространению картина несколько иная. На 3 и 4 места выходят семейства Brassicaceae и Chenopodiaceae (табл. 1).

Таблица 1. Число видов и распространение ведущих семейств адвентивной флоры (предварительные материалы для территории Восточной Европы)

Значительное распространение имеют также Amaranthaceae и Onagraceae. В целом адвентивная часть флоры имеет более южный характер, что выражается в высоком ранге таких семейств, как Brassicaceae и Chenopodiaceae.

Несколько иная картина получается при анализе таксономических спектров на другом, локальном уровне. Для этого использована концепция локальных флор. Было выбрано несколько локальных флор, распределенных с севера на юг на территории Восточной Европы, для которых есть сведения как по аборигенной фракции, так и по адвентивным видам (Бубырева, 1992; Табака и др., 1987; Тихомиров и др., 1987; Баранова, 1988; Генов, Генова, 1988; Соколов, 1992; Костина, 1995, 1998; Федотов, Евстигнеев, 1997; Лавриненко и др., 1999; Золотухин и др., 2001).

Сравнение спектров семейств адвентивных фракций этих локальных флор выявило, что они сильно различаются как по рангам семейств, так и по их набору. Наибольшим представительством обладает семейство Asteraceae, виды которого присутствуют во всех рассмотренных локальных флорах. Виды четырех семейств (Poaceae, Brassicaceae, Fabaceae, Lamiaceae) отмечены более чем в 75% точек, однако число видов в них сильно варьирует в различных точках. Следует отметить, что виды вышеперечисленных семейств, за исключением губоцветных, наиболее часто встречаются в мировой адвентивной флоре (Pysek, 1998; Weber, 1997).

Таксономический спектр адвентивной части флоры и его сопоставление с аборигенной частью исследованы мало. Некоторые авторы предполагают наличие сходства в структурах адвентивной и аборигенной фракций. В работе В. Н. Голубева и И. В. Голубевой (1989) указывается на близкое соотношение эколого-биологических признаков адвентивной и аборигенной флор Крыма, а именно: жизненных форм видов, типов вегетации, ритмов цветения, структурных типов корневой системы и пространственного размещения побегов.

Соответствие в положении некоторых семейств, а именно, 2-3 ведущих, в систематических структурах двух частей флор в нескольких точках по литературным данным отмечено М. В. Березуцким (1999), а при изучении заносной флоры Московской области – М.С. Игнатовым и др. (1990). Иная точка зрения высказана при анализе адвентивной флоры Чувашии: структура этой фракции совершенно не соответствует структуре зональной флоры Чувашии или соседних регионов (Дмитриев, Ефейкин, 1989).

Таксономический анализ заносных видов в различных по широтному положению и антропогенному влиянию локальных флорах Восточной Европы показал, что состав адвентивной флоры сильно варьирует. В аборигенной фракции всех рассмотренных локальных флор, за исключением трех северных, два первых места занимают семейства Asteraceae и Poaceae. В адвентивной флоре сложноцветные выходят на первое место лишь в 6 из 16 рассмотренных локальных флор. В шести локальных флорах на первом месте в структуре адвентивной фракции находятся крестоцветные, в трех случаях – злаки и бурачниковые. В одном случае по числу видов преобладают маревые (локальная флора Себеж) и бобовые (Зоринский участок ЦЧЗ, Курская область), в двух локальных флорах маревые находятся на втором месте. Злаки занимают второе место в систематическом спектре адвентивной фракции лишь в трех локальных флорах в отличие от 14 аборигенных флор (табл. 2).

Таблица 2. Число видов в ведущих семействах адвентивной фракции локальных флор Восточной Европы

Локальные флоры: 1 – з-к Пасвик и его окрестности (Мурманская обл.), 2 – Ортина (Коми), 3 – Ковда (Карелия), 4 – Пинега (Архангельская обл.), 5 – Котлас (Архангельская обл.), 6 – Вельск (Архангельская обл.), 7 – Войсковицы (Лениградская обл.), 8 – Мережа (Вологодская обл.), 9 – Мцинское болото (Ленинградская обл.), 10 – Пестово (Новгородская обл.), 11 – Ропажи (Латвия), 12 – Уром (Удмуртия), 13 – Себеж (Псковская обл.), 14 – Окский з-к (Рязанская обл.), 14 – Неруссо-Деснянское Полесье (Брянская обл.), 16 – Зоринский участок Центрально-Черноземного з-ка (Курская обл.), 17 – Хомутовская степь з-к (Украина).

В целом следует отметить, что не подтверждается мнение о соответствии систематической структуры адвентивной фракции флоры структуре аборигенной фракции. В большинстве точек таксономическая структура адвентивной фракции имеет более «южный» характер, что выражается или в преобладании, или в значительном участии в ней видов сем. Brassicaceae, Fabaceae и Boraginaceae (табл. 2). Подобная тенденция обнаружена при анализе адвентивной флоры Московской области (Игнатов и др., 1990).

Вполне вероятно, что на результаты анализа могла оказать влияние неполнота выявления видового состава флор, тем более что появление новых видов в каком-либо регионе и их дальнейшее присутствие во флоре – очень динамичный процесс.

Выводы

Анализ литературы показал, что регистрация новых находок заносных видов для некоторых регионов ведется, по крайней мере, в течение последних трех-четырех десятилетий. Только в Бюллетене МОИП (отдел биологии) количество статей и заметок на эту тему с 1965 по 2001 год составило 92. Особенно сильно число публикаций возросло в последнее время. Подробно изучена адвентивная флора отдельных регионов: Московской и Ленинградской областей, Удмуртии, Латвии, Коми, ряда территорий Поволжья и некоторых других. Вместе с тем, большая часть гербарного материала, особенно из гербариев областных университетов и заповедников остается неопубликованной и мало доступной. Учитывая сказанное выше, а также опыт работы с базой данных, следует отметить следующее.

1. Для достаточного наполнения БД и создания информационной основы, обеспечивающей прогнозирование возможных инвазий, необходимо объединение усилий специалистов по флоре из различных организаций и центров. Это обусловлено спецификой объекта (большим числом видов), а также значительным материалом, который в большинстве своем не опубликован. Помимо литературы необходимо работать с гербарными образцами, а на это нужны время и руки. Координация работ должна проводиться в рамках единой национальной программы и осуществляться единым центром. В дальнейшем доступ к БД должен осуществляться через ИНТЕРНЕТ. На данном этапе при отсутствии как подобной программы и финансирования, так и центра возможно объединение усилий всех заинтересованных специалистов в группу по сбору информации и ее обмену.

2. Сбор информации желательно проводить по единой схеме. В качестве основы предлагается использовать уже разработанную структуру базы данных AliS. Использование Paradox'а не является «жестким» условием, хотя на данном этапе лучше не тратить время на разработку новой базы, а использовать уже готовую структуру и готовые формы ввода.

3. При заполнении БД должен быть реализован региональный подход, который предполагает участие региональных научных и учебных организаций. Это продиктовано как обширностью территории России, так и необходимостью анализа любой литературы с момента начала ботанических исследований конкретной местности. В противном случае подобные базы вряд ли могут претендовать на достаточную полноту информации.

Автор настоящего сообщения приглашает всех заинтересованных специалистов принять участие в создании единого банка данных по адвентивной флоре и может предоставить для этого разработанную структуру базы и формы ввода.

Адрес для контакта: 109017, Москва, Старомонетный пер., 29, Институт Географии РАН, лаб. биогеографии; e-mail: biology@igras.geonet.ru

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (Грант N 00-04-48347 и Грант N 01-05-64303).

Литература

1. Алексеев Ю. Е. Адвентивная флора и закон зональности растительного покрова // Экополис 2000: экология и устойчивое развитие города. Мат. III Межд. конф., 24-25 ноября 2000 г. М.: Изд-во РАМН, 2000. С. 144-146.
2. Баранова О. Г. Анализ флоры Удмуртии. Автореф. дисс. канд. биол. н. Л., 1988. 16 с.
3. Березуцкий М. А. Антропогенная трансформация флоры // Бот. журн. 1999. Т. 84. N 6. С. 8-19.
4. Бубырева В. А. Флористическое районирование Северо-Запада и севера Европейской части России: подходы и методы. Автореф. дисс. канд. биол. наук. СПб, 1992. 17 с.
5. Генов А. П., Генова Л. Ф. Флора и фауна заповедников СССР: Флора Украинского степного заповедника. М.: Ком. АН СССР, 1988. 44 с.
6. Голубев В. Н., Голубева И. В. Эколого-биологическая структура адвентивной флоры Крыма // Проблемы изучения адвентивной флоры СССР. Мат. совещ., 1-3 февраля 1989 г. М.: Наука, 1989. С. 72-74.
7. Дмитриев А. В., Ефейкин Д. П. К анализу синантропной флоры ЧАССР // Проблемы изучения синантропной флоры СССР. Мат. совещ., 1-3 февраля 1989 г. М.: Наука, 1989. С. 47-49.
8. Золотухин Н. И., Золотухина И. Б., Полуянов А. В. Сосудистые растения Зоринского участка Центрально-Черноземного заповедника // Труды Центрально-Черноземного государственного заповедника. Выпуск 17. Тула, 2001. С. 41-84.
9. Игнатов М. С., Макаров В. В., Чичев А. В. Конспект флоры адвентивных растений Московской области // Флористические исследования в Московской области. М.: Наука. 1990. С. 5-105.
10. Костина В. А. Флора заповедника “Пасвик” (сосудистые растения). Апатиты: КНЦ РАН, 1995. 51 с.
11. Костина В. А. Дополнение к флоре сосудистых растений заповедника "Пасвик" Мурманская область // Бот. журн. 1998. Т. 83. N 6. С. 127-132.
12. Лавриненко И. А., Лавриненко О. В., Кулюгина Е. Е. Флора и растительность запада Большеземельской тундры (правобережье реки Ортина) // Бот. журн. 1999. Т. 84 N 6. С. 95-105.
13. Миркин Б. М., Наумова Л. Г. Адвентизация растительности: инвазивные виды и инвазибельность сообществ // Успехи совр. биол. 2001. Т. 121. N 6. С. 550-562.
14. Соколов Д. Д. Флора окрестностей села Ковда на Белом море. М., 1992. 48 с.
15. Табака Л. В., Фатаре И. Я., Плотниекс М. Р. и др. Флора и растительность Латвийской ССР: Средне-Латвийский геоботанический район. Рига: Зинатне, 1987. 174 с.
16. Тихомиров В. Н. Актуальные задачи изучения адвентивных и синантропных растений // Проблемы изучения адвентивной флоры СССР. Мат. совещ., 1-3 февраля 1989 г. М.: Наука, 1989. С. 3-6.
17. Тихомиров В. Н., Самарина Б. Ф., Волоснова Л. Ф. Флора и фауна заповедников СССР: Аннотированный список сосудистых растений Окского заповедника. М.: Ком. АН СССР, 1987. 77 с.
18. Федотов Ю. П., Евстигнеев О. И. Сосудистые растения заповедника “Брянский лес” и Неруссо-Деснянского Полесья (аннотированный список видов). Брянск, 1997. 78 с.
19. Черепанов С. К. Сосудистые растения России и сопредельных стран. СПб: Мир и семья, 1995. 990 с.
20. Daehler C. C., Carino D. A. Predicting invasive plants: prospects for a general screening system based on current regional models // Biological Invasions. 2000. V 2. P. 93-102.
21. Pysek P. Is There a Taxonomic Pattern to Plant Invasions // Oikos. 1998. V. 82. P. 282-294.
22. Weber E. F. The Alien Flora of Europe – A Taxonomic and Biogeographic Review // J. Veg. Sci. 1997. V. 8. P. 565-572.