Эколого-географический анализ распространения и встречаемости борщевика Сосновского ( Heracleum sosnowskyi Manden) в связи со степенью аридности территорий и его картирование для европейской территории России

Full text

ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И
ВСТРЕЧАЕМОСТИ БОРЩЕВИКА СОСНОВСКОГО (HERACLEUM
SOSNOWSKYI MANDEN) В СВЯЗИ СО СТЕПЕНЬЮ АРИДНОСТИ
ТЕРРИТОРИЙ И ЕГО КАРТИРОВАНИЕ ДЛЯ ЕВРОПЕЙСКОЙ
ТЕРРИТОРИИ РОССИИ
© 2014 г. А.Н. Афонин*, Н.Н. Лунева**, Ю.С. Ли, Н.В. Коцарева***
*Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург,
199178, 10 линия ВО, д.33-35
E-mail: afonin-biogis@yandex.ru
**ГНУ Всероссийский НИИ защиты растений, Санкт-Петербург, г.
Пушкин, шоссе Подбельского, д.3
E-mail: natalja.luneva2010@yandex.ru
***ФГБОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная
академия им. В.Я. Горина», Белгородская обл., п. Майский, ул. Вавилова, 1
E-mail: info@bsaa.edu.ru
Резюме.
В 2013-2014 году проведено экспедиционное изучение распространения
борщевика Сосновского на европейской территории России южнее 60°
северной широты и оценена его встречаемость. Эколого-географический
анализ с использованием геоинформационных технологий показал, что
встречаемость борщевика в южной части ареала хорошо коррелирует с
гумидностью территории. Это позволило рассчитать и построить карту
потенциальной встречаемости борщевика Сосновского исходя из оценки
влагообеспеченности территорий.

Ключевые слова: борщевик Сосновского, встречаемость, эколого-
географический анализ, гидротермический коэффициент, карта
потенциальной встречаемости.
Борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden), экспансия
которого охватила в настоящее время Центральный и Северо-Западный
регионы РФ, был найден в Грузии (Месхетии) и описан ботаником Идой
Манденовой сравнительно недавно - в 1944 году, получив свое ботаническое
название в честь исследователя флоры Кавказа Д. И. Сосновского.
Естественный ареал этого вида расположен в восточной части Большого
Кавказа, Восточном и Юго-Восточном Закавказье, Северо-Востоке Турции,
где он растёт в горных лесах и на субальпийских лугах (Манденова, 1944).
Этот вид наряду с Heracleum mantegazzianum Somn. et Levier и H. persicum
Desf. входит в группу так называемых «гигантских борщевиков». Для
испытания борщевика Сосновского в качестве перспективной кормовой
культуры в 1947 году в Полярно-Альпийском ботаническом саду он был
введён в первичную культуру (Гельтман, 2007). Вид становится объектом
изучения в качестве культурного растения и интенсивно используется в
кормопроизводстве, широко распространившись в странах Восточной
Европы: Белоруссии, Эстонии, Латвии, Литве, Польше, России и Украине
(Лунева, 2013).
Из-за отрицательного воздействия содержащихся в кормах
фурокумаринов на здоровье животных и качество сельскохозяйственной
продукции, а также опасности получения дерматитов при контакте с
растениями (Винокуров, 1965), выращивание борщевика Сосновского в
качестве кормовой культуры было прекращено в 1980-е годы прошлого
столетия, сначала в странах Восточной Европы, затем и в СССР. Тем не
менее, вид продолжал распространяться. Успех натурализации был
обусловлен экологической пластичностью этого вида, наличием
экологически пригодных местообитаний, отсутствием контроля состояния

брошенных посевов, наличием большого числа нарушенных экотопов,
«открытых» для инвазий, а также высокой плодовитостью и эффективностью
распространения семян наряду с отсутствием естественных врагов. В
настоящее время ситуация с распространением в РФ этого агрессивного
инвазивного вида носит чрезвычайный характер.
Среди основных типов местообитаний борщевика Сосновского следует
отметить населенные пункты и их окрестности, придорожные полосы
шоссейных и проселочных дорог, окраины полей, берега водоемов и
водотоков, включая нижний ярус пойменного леса вблизи водотока.
Основные пути миграции борщевика Сосновского пролегают вдоль дорог,
где создаются благоприятные условия для роста и распространения
борщевика: достаточная освещенность и дренаж, антропогенные нарушения
естественного растительного покрова, создающие ниши для внедрения
адвентивных растений, присутствие агентов, способствующих
распространению семян. Семена борщевика разносят машины, заезжающие
на обочины, скот, передвигающийся вдоль обочин, временные водотоки. При
этом границы распространения борщевика определяются в первую очередь
естественными лимитирующими экологическими факторами среды,
основным из которых на южном пределе вторичного ареала борщевика
является увлажнение. При отсутствии активных и эффективных мероприятий
по борьбе с борщевиком распространение вида вдоль дорог будет
обусловлено в большей мере природными факторами. Следовательно,
тенденции формирования его вторичного ареала можно выявить, изучая его
распространение вдоль дорог по градиенту изменчивости экологических
факторов лимитирующих распространение этого вида.
Важнейший предварительный этап программ борьбы с гигантскими
борщевиками – мониторинг и картирование распространения и численности
их популяций. Но точных данных по динамике расселения этого вида нет. В
ходе международного проекта, посвященного гигантским борщевикам (Giant
Alien Project, 2002-2005 годы), в котором от России принимали участие БИН

РАН и ЗИН РАН, точное распространение именно борщевика Сосновского
осталось наименее изученным (Nielsen et al., 2005).
Целью нашего исследования было изучение экологии и географии
борщевика Сосновского и построение эколого-географической модели вида,
позволяющей уточнить карту вторичного ареала и оценить потенциал его
распространения на территории России и сопредельных государств, а также
отработать методику картирования с использованием количественных
индексов, показывающих и количественно оценивающих встречаемость
объекта картирования по территории.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Эколого-географическое изучение распространения борщевика
Сосновского на европейской территории России проводилось нами в 2013-
2014 годах. Крупные размеры растений и их приуроченность к пространству
вдоль дорог позволяют проводить учеты из транспорта по ходу движения по
заранее выбранному маршруту. Маршруты проходили по территориям ряда
областей РФ по градиенту влажности (рис. 1).

Рис. 1. Маршрут обследования встречаемости борщевика на Европейской
территории России.
На протяжении маршрута 2014 года учеты борщевика Сосновского
проводили на каждом 500-метровом участке вдоль придорожной полосы.
Обилие растений на 500-метровках оценивалось по 4-балльной шкале: 0 –
растений нет, 1 - единичные растения, 2 - десятки растений, 3 - сотни
растений, 4 – монодоминантные заросли.
Встречаемость борщевика Сосновского оценивалась на каждом 10-
километровом отрезке пути как число 500-метровок, на которых
присутствовало хотя бы одно растение борщевика. Таким образом, оценка
встречаемости на 10-километровках варьировала от 0 (борщевик не
встречается) до 20 (на каждой 500-метровке встречается хотя бы одно
растение или популяция). Расстояния определяли по километровым столбам
или спидометру машины, координаты начальной точки каждой
десятикилометровки засекали по GPS-навигатору Garmin Etrex.

Встречаемость борщевика в границах административных областей
оценивали как среднюю встречаемость борщевика по 10-километровкам в
пределах области. Следует учитывать, что маршрут проходил только по
части территории областей, поэтому более детальные региональные
обследования могут дать несколько отличающиеся областные оценки
встречаемости борщевика. Тем не менее, как показывает последующий
эколого-географический анализ, полученные данные хорошо отражают
экологические особенности распространения борщевика по обследованным
территориям. На протяжении маршрута 2013 года наблюдения за
борщевиком в областях, где борщевик стабильно встречается (Тульской,
Московской, Тверской, Новгородской, Ленинградской) проводили по
аналогичной методике, но на меньшем числе 10-километровых участков. В
областях, где борщевик ни разу не встречался или встречался в единичных
случаях – делали соответствующие отметки встречаемости и снимали
координаты каждого растения или популяции.
Необходимые для анализа экологической ситуации экологические
растровые компьютерные карты были взяты из Агроэкологического атласа
(Афонин и др., 2008). Пространственное разрешение карт 10 км на клетку
растра. Гидротермический коэффициент для участков обследования
определяли по растровым картам ГТК, снимая с них значения по
координатам точек, определенных по GPS. Также для экологического
анализа были использованы уточненные температурные карты на
территорию России и сопредельных стран, подготовленные в рамках проекта
СПбГУ 0.37.526.2013. Методика составления карт описана в работах Greene,
Hart, Afonin (1999), Kartashov et al. (2014).
Эколого-географический анализ проводился с использованием ГИС ПО
Idrisi 32 (Eastman, 2001). Статистические расчеты проводили в программе
Statistica 6.0 (StatSoft Inc., 2001).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В естественном ареале борщевик Сосновского произрастает в горах,
поднимаясь до верхней границы лесного пояса и заходя в зону высокогорных
лугов. По суммам тепла эти зоны эквивалентны зонам лесов и лесотундры,
поэтому потенциал распространения этого вида на север чрезвычайно велик.
Условия влагообеспеченности лесной и лесотундровой зоны также
позволяют борщевику Сосновского распространиться до дальних северных
пределов. Долгое время барьером распространения борщевика Сосновского
из естественного ареала на север служил пояс аридных территорий,
окаймляющих территорию его естественного произрастания - Кавказский
хребет. Основные реки, по долинам которых могла проходить экспансия
этого вида на север, текут на европейской территории, примыкающей к
Кавказу, с севера на юг, что также препятствовало его выходу за пределы
Кавказа. Экспансия борщевика Сосновского началась недавно при
содействии человека, поэтому он до сих пор не занял всю потенциально
экологически пригодную для его распространения территорию, и северные и
южные границы его вторичного ареала еще окончательно не установились. В
настоящее время этот вид на севере дошел местами до побережья северных
морей (Мурманск, Архангельск), на юге продвинулся до границ лесостепной
зоны.
Распространение и встречаемость борщевика Сосновского по областям
в границах обследованной нами территории соответствует градиенту
влажности. Максимальная его встречаемость – 0.9-1.0 (встречается на 90-100
% обследованных 10-километровок) характерна для северных областей,
характеризующихся гумидным климатом: Ленинградской, Псковской,
Новгородской, Тверской (табл. 1). Среднее значение ГТК составляет по этим
областям на обследованных участках от 1.66 до 1.79. Встречаемость этого
вида в несколько менее влажных центральных областях России: Брянской,
Московской, Тульской, Ярославской, Костромской, Ивановской (ГТК от 1.36
до 1.62) – составляет от 0.53 до 0.84. В более сухих областях (ГТК меньше
1.2): Рязанской, Липецкой, Воронежской, Белгородской, Пензенской, в

Республике Мордовия борщевик Сосновского редок и встречается
преимущественно в азональных ландшафтах, характеризующихся
повышенной влажностью – прежде всего это долины рек.
Корреляция встречаемости этого вида со средними значениями ГТК на
участках обследования по областям России составила 0.94. При этом среднее
обилие борщевика на 10-километровках по областям меньше коррелировало
с ГТК – коэффициент корреляции 0.78.
По нашим наблюдениям инвазионный потенциал борщевика
Сосновского снижается при движении в более сухую зону. В черноземной
зоне его популяции составлены относительно низкорослыми растениями,
которые более локализованы и почти не дают семенного возобновления в
окружении сомкнутого травяного покрова. Впрочем, и в зоне максимальной
экспансии этот вид активно внедряется на новые территории
преимущественно по участкам с нарушенным растительным и почвенным
покровом – по полосам вдоль дорог, канавам, залежам, поймам рек на
которых происходит обнажение берегов в результате весенних паводков.
Основным барьером продвижения борщевика Сосновского на юг из
зоны его вторичного ареала служит недостаточное влагообеспечение южных
территорий. Слабая адаптированность борщевика к условиям засушливой
зоны объясняется тем, что эволюция вида происходила в условиях гумидного
климата кавказских гор и предгорий, поэтому крупные облиственные
растения борщевика нуждаются в повышенной влажности почвы и воздуха.
Фактором, лимитирующим проникновение борщевика Сосновского из
зоны вторичного ареала на север, является и недостаток тепла, необходимого
растениям на прохождение стадий онтогенеза за вегетационный период.
Поэтому встречаемость этого вида на северной границе его вторичного
ареала зависит также от количества активных температур за вегетационный
период. Детальное изучение встречаемости борщевика Сосновского севернее
Ленинградской области нами не проводилось, но предварительный анализ
его распространения и встречаемости в северной части вторичного ареала

показывает, что борщевик толерантен к малым суммам тепла за вегетацию, и
способен активно распространяться в холодной зоне. Примерно до 60-й
широты его встречаемость нарастает за счет оптимизации условий
увлажнения, при этом негативное воздействие недостатка тепла, оцениваемое
по показателю встречаемости, еще не прослеживается. Поэтому, представляя
наши материалы экологического изучения борщевика и построенные на их
основе карты, мы полагаем, что они актуальны для территорий
расположенных от южных границ России не менее чем до шестидесятого
градуса северной широты.
Полевое обследование и последующий эколого-географический анализ
позволили нам определить количественно экологический лимит борщевика
Сосновского по отношению к влагообеспеченности и наметить
потенциальные границы его распространения. Этот вид стабильно
встречается на суходольных территориях с ГТК выше 1.35, - встречаемость
его при этом составляет не менее чем 0.4. На территориях с ГТК меньше 1.3
происходит резкое снижение встречаемости борщевика Сосновского на
суходолах. При ГТК ниже 1.2 встречаемость борщевика составляет не более
0.2, а в целом и ниже. Поэтому южной экологической границей стабильного
суходольного распространения борщевика Сосновского в его вторичном
ареале можно считать изолинию ГТК=1.25. Высокая корреляция между
встречаемостью изучаемого объекта и значениями ГТК позволяет рассчитать
его потенциальную встречаемость по областям и территориям, основываясь
на данных ГТК. Для расчета уравнения регрессии, связывающего
встречаемость борщевика Сосновского с ГТК, мы использовали данные
нашего полевого обследования, приведенные в таблице 1.
Таблица 1. Оценка встречаемости и обилия борщевика по обследованным
регионам России в связи с характеристикой увлажнения в точках наблюдения
Регионы
Количество
оцененных
10-км
участков
Среднее
обилие
Встреча
емость
ГТК средний по
областям на
участках
обследования

Пензенская
17
0.2
0.06
1.15
Мордовия
14
0.1
0.07
1.16
Белгородская
22
0
0
1.17
Воронежская
10
0
0
1.17
Липецкая
12
0
0
1.18
Рязанская
23
0.3
0.22
1.19
Нижегородская
28
0.3
0.11
1.26
Орловская
13
2.8
0.38
1.26
Курская
13
0.2
0.15
1.3
Тульская
22
2.7
0.55
1.36
Владимирская
23
1
0.39
1.41
Московская
28
2.6
0.57
1.42
Брянская
15
3.7
0.53
1.46
Костромская
5
6
0.67
1.5
Ивановская
11
3.1
0.82
1.55
Ярославская
25
4.2
0.84
1.62
Смоленская
19
0.9
0.47
1.63
Псковская
17
8.5
0.94
1.66
Тверская
26
7.3
0.92
1.66
Ленинградская
17
11
1
1.71
Новгородская
22
4.5
0.91
1.79
Корреляция с ГТК
0.785
0.936
Зависимость между встречаемостью борщевика и значениями ГТК
линейная (рис. 2).

Ряд 1
f(x)=1.577*x-1.77
1.5 2
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
ГТК
Встречаемость
Рис. 2. Связь встречаемости борщевика с показателем увлажнения
территорий областей, выраженного гидротермическим коэффициентом
Селянинова (ГТК).
Формула расчета встречаемости:
Встречаемость = -1.77 + 1.57792*ГТК (R2=0.872; станд. ошибка = 0.13)
Точки на графике соответствуют обследованным областям. Отклонения
фактической встречаемости от расчетной линии регрессии, как правило, не
превышает 0.1-0.2. Наиболее отстоящая от линии регрессии точка относится
к Смоленску (встречаемость=0.47 при ГТК=1.63). Пониженная встречаемость
борщевика Сосновского в Смоленской области при благоприятном уровне
увлажнения связана, по-видимому, с эффективными мероприятиями,
проводимыми по борьбе с ним в самой области и в граничащей с ней

Беларуси. На протяжении маршрута мы отмечали, что придорожные полосы
в этих регионах тщательно окошены.
В связи с этим следует учитывать, что антропогенный фактор может,
как способствовать распространению борщевика Сосновского, так и
сдерживать его экспансию в экологически пригодные для произрастания
вида зоны. Примером может служить Витебская область Беларуси, в которой
проводятся эффективные мероприятия по его уничтожению. Поэтому
различия между потенциальной и фактической встречаемостью борщевика
Сосновского в этой области Беларуси значительно выше по сравнению с
аналогичными по гумидности областями России.
Выявленные закономерности мы использовали для построения карты
потенциальной встречаемости борщевика для территории Европейской части
России. Имеющиеся в нашем распоряжении растровые карты ГТК (Афонин,
Ли, Липияйнен, Цепелев, 2008) дают возможность пересчитать значение ГТК
во встречаемость для всей территории Европейской части России, используя
стандартные модули растровой алгебры программного ГИС обеспечения.

Представленная на рисунке 3 карта описывает потенциал
встречаемости борщевика Сосновского южнее 60 параллели, где недостаток
сумм тепла за вегетацию еще не становится фактором, существенно
лимитирующим его развитие и распространение. Несмотря на высокую
предикативность представленной карты встречаемости подчеркнем, что она
не является картой фактического ареала, а отражает потенциальную
экологическую пригодность территорий по фактору влагообеспеченности,
важнейшему для расселения борщевика Сосновского. Например, южно-
таежные территории Вологодской области и республики Коми, идеально
подходящие для этого вида по совокупности абиотических экологических
факторов, но занятые ненарушенной таежной растительностью, не будут
подвержены его экспансии. Аналогичные территории, нарушенные в
результате антропогенной деятельности и в которые борщевик Сосновского
окажется случайно или целенаправленно занесен, подвергнутся (и
подвергаются) бурной инвазии этого растения. Противодействие экспансии

вида на таких территориях окажется более затратным, чем в областях с
меньшим потенциалом его встречаемости. Поэтому предложенная карта
может служить одним из компонентов показателей дифференциальной ренты
при оценке стоимости региональных мероприятий и программ по борьбе с
борщевиком Сосновского.
Отметим, что в некоторых научных публикациях представлены
региональные карты распространения борщевика Сосновского и других
инвазивных видов борщевиков (Масловский, 2010; Ламан и др., 2009;
Далькэ, 2011; Карта распространения…, 2014; Богданов, 2010). Предлагаемая
нами карта не только описывает распространение борщевика на обширной
территории, но также и количественно характеризует его встречаемость по
площади ареала.
Карта прогностического ареала борщевика Сосновского с отражением
показателей его встречаемости может быть использована для предсказания
инвазий борщевика Сосновского на новые для него территории. Выявление
территорий, потенциально пригодных для внедрения этого вида, но еще не
зараженных им, позволяет разработать превентивные меры, включающих
ликвидацию первых выявленных очагов инвазии.
БАГОДАРНОСТИ
Работа выполнена при поддержке грантов СПбГУ 0.37.526.2013 и РФФИ №
15-04-01226.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Афонин А.Н.; Грин С.Л.; Дзюбенко Н.И.; Фролов А.Н. (ред.)
Агроэкологический атлас России и сопредельных стран: экономически
значимые растения, их вредители, болезни и сорные растения //Url://
http://www.agroatlas.ru. – 2008.

Афонин А.Н., Ли Ю.С., Липияйнен К.Л., Цепелев В.Ю. Гидротермический
коэффициент Селянинова (ГТК) за вегетационный период (карта) / Афонин А.Н.,
Грин С.Л., Дзюбенко Н.И., Фролов А.Н. (ред.) // Агроэкологический атлас России и
сопредельных стран: экономически значимые растения, их вредители, болезни и
сорные растения, 2008
//Url://http://www.agroatlas.ru/ru/content/climatic_maps/GTK/GTK/.
Богданов В.Л., Николаев Р.В., Шмелева И.В. Биологическое загрязнение
территории экологически опасным растением борщевиком Сосновского //
Фундаментальные медико-биологические науки и практическое
здравоохранение: сб. науч. трудов 1-й Международной телеконференции
(Томск 20 января-20 февраля, 2010). - Томск: СибГМУ, 2010. - С. 27-29.
Винокуров Г.И. О дерматите, вызываемом растением сладкий борщевик //
Военно-медицинский журнал, 1965. - № 7. – С.
Гельтман Д.В. Борщевик Сосновского на Северо-Западе России // Доклад.
Комитет по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению
экологической безопасности Правительства Санкт-Петербурга. - Санкт-
Петербургский научный центр РАН. Зоологический центр РАН. Круглый
стол «Биологические инвазии - поиск путей решения проблемы». Санкт-
Петербург,6 апреля, 2007 г.
//Url:///(http://www.zin.ru/conferences/rtable2007/Pdf/doklad_Geltman.
Далькэ И.В. К вопросу о картировании мест произрастания борщевика
Сосновского. 2011. //Url://http://proborshevik.ru/
Карта распространения гигантского борщевика (Heracleum
mantegazzianum). Department of environmental conservation. 2014.
//Url://http://www.dec.ny.gov/animals/41952.html

Ламан Н.А., Прохоров В.Н., Масловский О.М. Гигантские борщевики –
опасные инвазивные виды для природных комплексов и населения Беларуси
/. Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича НАН Беларуси:
Минск, 2009. –40 с.
Лунева Н.Н. Борщевик Сосновского в России: современный статус и
актуальность его скорейшего подавления // Вестник защиты растений. 2013.
№1. С. 29-43.
Манденова И.П. Фрагменты монографии кавказских борщевиков // Заметки
по систематики и географий растении. 1944. вып.12. С.15-19.
Масловский О.М. Борщевик на карте Беларуси. Дикая природа Беларуси.
2010. //Url://http://www.wildlife.by/node/2812.
Eastman, J.R. (2001). Idrisi32: Idrisi for Workstations, Release 2 (Worcester, MA:
Clark University).
Greene, S.L., Hart T.C., Afonin A. 1999. Using geographic information to acquire
wild crop germplasm for ex situ collections: I. map development and field use. -
Crop Science - 39:836-842.
Kartashev V., Afonin A., Javier González-Miguel, Rosa Sepúlveda, Luis Simón,
Rodrigo Morchón, Fernando Simón. Regional Warming and Emerging Vector-
Borne Zoonotic Dirofilariosis in the Russian Federation, Ukraine, and Other Post-
Soviet States from 1981 to 2011 and Projection by 2030/ BioMed Research
International Volume, 2014 (2014). -11 pages.

Nielsen C., Ravn H.P., Nentwig W., and Wade M. (eds.), 2005. The Giant
Hogweed Best Practice Manual. Guidelines for the management and control of an
invasive weed in Europe. Forest and Landscape Denmark, Hoersholm. - 44 P.
StatSoft, Inc. (2001). STATISTICA (data analysis software system), version 6. .
//Url://www.statsoft.com.