Эффективность некоторых методов восстановления деградированных пастбищ пустынно-степной зоны Монголии Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2016, том 22, № 3 (68), с. 56-62

-К 45-ЛЕТИЮ СОВМЕСТНОЙ РОССИЙСКО-МОНГОЛЬСКОЙ -

КОМПЛЕКСНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭКСПЕДИЦИИ

УДК 633.2.033

ЭФФЕКТИВНОСТЬ НЕКОТОРЫХ МЕТОДОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕГРАДИРОВАННЫХ ПАСТБИЩ ПУСТЫННО-СТЕПНОЙ ЗОНЫ МОНГОЛИИ

© 2016 г. Д. Цогнамсрай, Ч. Дугаржав

Институт общей и экспериментальной биологии АНМ Монголия, 210351, г. Улан-Батор, проспект Мира, 54б. E-mail: [email protected]

Поступила 03.10.2015

В статье показаны итоги экспериментальных работ по восстановлению деградированных пастбищ пустынно-степной зоны сомона Баяндэлгэр Сухэ-Баторского аймака Монголии. Для их восстановления были проведены эксперименты по созданию пастбищ с полезащитной лесной полосой с их ограждением. Восстановительные процессы были оценены индексами. Предварительные результаты показывают, что по сравнению с контролем количество видов растений внутри изгороди увеличилось в 3.0 раза, а число их особей - в 4.3 раза, а на пастбище с полезащитной лесной полосой, соответственно, в 4.5 и 5.8 раза.

Ключевые слова: Монголия, пастбище, деградация, ограждение, лесная полоса, количество видов растений, индекс Шеннона, индекс Симпсона.

Согласно ботанико-географическому районированию А.А. Юнатова (1950), территория сомона Баяндэлгэр Сухэ-Баторского аймака относится Восточно-Гобийскому пустынно-степному округу Северо-Гобийской пустынно-степной провинции Евразиатской степной области (Попова, 1988).

Господствующий рельеф местности представляет собой холмисто-увалистую равнину, пересекаемую значительным числом депрессий и массивами мелкосопочника. Доминирующее положение имеют ковыльковые и змеевково-ковыльковые степи. На равнинах преобладает караганово-ковыльковая степь. Низины заняты луково-ковыльковыми, солянково-ковыльковыми и борбударганово-баглуровыми группировками (Юнатов, 1950). Растительный покров сомона Баяндэлгэр подвергается влиянию глобального потепления, засухи и антропогенного фактора.

С 1940 г. средняя годовая температура воздуха Монголии повысилась на 2.14°С, а с 1961 г. испаряемость с поверхности почвы увеличилась на 118.1 мм, тогда как количество осадков за вегетационной период уменьшилось на 33 мм (National action ..., 2013). Эти факторы являются главной причиной опустынивания. По рассчетам специалистов, процессы потепления и аридизации приводят к усилению испарения с поверхности почвы, и в дальнейшем они могут в 6-10 раз превысить величину осадков. Вследствие изменения климата, перевыпаса скота и негативного антропогенного влияния 77.8% от общей территории Монголии деградированы в разной степени (Khaulanbеk et al., 2013). Особенно сильная деградация земель наблюдается в зонах сухих и пустынных степей. Поэтому изучение восстановления растительного покрова после активных рекультивационных мер и разработка оптимальных вариантов и технологии для восстановления деградированных пастбищ в условиях климатических изменений приобретают важное значение.

В настоящее время имеется очень мало работ, в которых восстановительные процессы деградированных пастбищ Монголии были оценены с использованием индексов биологического разнообразия.

Главной целью нашей работы являются проведение экспериментальных работ по восстановлению деградированных пастбищ пустынно-степной зоны путем их огораживания и создания сильвопастбищ с полезащитной лесной полосой. Мы также уделили большое внимание оценкам восстановления пастбищ путем сравнения различных индексов биологического разнообразия. Исследование проводилось в деградированном пастбище змеевково-ковыльковой степи сомона Баяндэлгэр Сухэ-Баторского аймака: 45° 29' 50.5'' с.ш.; 112° 140' 0.15'' в.д.

Mетодика и объект исследования

В 2008-2015 гг. исследование осуществлялось в рамках проекта «Устойчивый менеджмент земли и снижение процессов опустынивания», проведенного Министерством сельского хозяйства и пищевой промышленности Монголии совместно с программой развития ООН. В 2008 г. нами были ограждены деградированные пастбища площадью 1 га, а также были созданы сильвопастбища также на площади 1 га, где были посажены саженцы вяза и тамарикса для снижения действия сильных ветров. Контролем служили площади пастбища без ограждения и без лесозащитной полосы. Видовой состав и количество особей растений определяли на учетных площадках величиной 1м2 в 5-кратной повторности на экспериментальных и контрольных участках. Систематические наблюдения проводились с мая по октябрь в течение 7 лет. Обработка материалов осуществлялась с использованием программ Microsoft office, Excel 2007. Все данные, полученные за 7 лет на экспериментальных и контрольных участках, анализировались и сравнивались между собой. Процент синантропных растений на сравниваемых площадках определяли при помощи индекса синантропизации, предложенного П.Л. Горчаковским и А.В. Абрамчуком:

Sinl=S100/r, (1)

где: Sinl — количество синантропных видов, r - общее количество видов растений.

Высокое значение этого индекса показывает, что данный участок занят видами синантропных растений и, таким образом, может считаться нарушенным (Горчаковский, Абрамчук, 1993).

Все формулы индексов Маргалефа, Бергер-Паркера, Шеннона, Симпсона, Мориста Оорна, Марзевского-Штейнхауса и Харрисона были заимствованы нами из работ Anne E. Magurran (1988, 2004).

Богатство видов растений оценивали по индексу Маргалефа (Margalef):

DMg=(S-1)/lnN (2)

где S - количество зарегистрированных видов, N - количество всех особей.

Доминантность видов учтена с помощью индекса Бергер-Паркера (Berger-Parker):

d=Nmax/N, (3)

где: Nmax - количество особей, принадлежащих к наиболее богатым видам, N - количество всех особей.

Обилие видов растений установлено с помощью индекса Шеннона (Shannon):

где: ni/n=pi, n - количество всех особей, ni - количесто особей, принадлежащих данному виду.

Вероятность принадлежности к данному виду особи, случайно выбранной из двух особей, учтена по индексу Симпсона (Simpson):

где: n - количество всех особей, ni - количество особей, относящихся к данному виду. Сходство сообществ учтено с применением индекса Мориста Оорн (Morista-Horn):

Cmn= 2£(am-brn)/((da+db)aN-bN), (6)

где: aN - количество особей на площади А, bN - количество особей на площади В, ani - количество особей, относящихся к виду i, встречающихся на площади А, bni - количество особей, относящихся к виду i, встречающихся на площади B, а

da=Eani2/aN2 и db=£bm2/bN2

Коэффициент различия сообществ определен по индексу Марзевского-Штейнхауса (Marczewski-Steinhaus):

Cms=1 - a/(a+b+c), (7)

где: a - количество видов, встречающихся на двух площадках, b - количество видов, определенных на первой площади, c - количество видов, определенных на второй площади Коэффициент ß - различия определен по индексу Харрисона (Harrison):

рн = {^г}*100' (8)

где: 8 - количество зарегистрированных видов, а - среднее богатство видов, N - количество сравниваемых площадей.

Результаты и их обсуждение

На контрольном участке змеевково-ковылькового сообщества нами было зарегистрировано в среднем 7.7 особей растений, относящихся к 4 видам и 4 семействам. Все виды растений являются сорными (табл. 1).

Таблица 1. Характеристика растительности на экспериментальных участках. Table 1. Vegetation characteristic on the experimental plots.

Виды растений Среднее количество на 1 м2, 2008-2015гг. Эколого-биологическая группа

контроль огороженный участок сильво-пастбище

Artemisia scoparia 3.1 2.7 - двулетник

Chenopodium aristatum 2.3 2.1 2.7 однолетник, летне-осенний

Pegannum nigellastrum 1.8 - - многолетник, стержне-корневищный

Eragrostis minor 0.5 1.2 3.0 однолетник, весенне-летний

Stipa gobica - 11.2 12.5 многолетник

Cleistogenes songarica - 5.2 4.8 рыхлодерновинный злак

Convolvulus ammanii - 4.8 4.5 многолетник, стержне-корневищный

Artemisia frigida - 2.1 3.1 полукустарник

Allium polyrrhizum - 1.7 2.5 многолетник, луковичный

Corispermum mongolicum - 1.1 2.8 однолетник, весенне-летний

Allium mongolicum - 0.8 1.8 многолетник, луковичный

Aristida heymannii - 0.5 1.1 однолетник, летне-осенний

Stipa glareosa - 0.3 - многолетник

Ajania fruticulosa - - 1.5 полукустарничек

Salsola colina - - 1.2 однолетник, весенне-летний

Bassia dasyphylla - - 1.1 однолетник, летне-осенний

Setaria viridis - - 0.6 однолетник, летне-осенний

Cleistogenes squarrosa - - 0.5 рыхлодерновинный злак

Ptilotrichum canescens - - 0.4 полукустарничек

Gypsophila desertorum - - 0.3 многолетник

Всего 7.7 33.7 44.9 -

Индексы

Индекс синантропизации ^тГ) 100 75 61.1 -

Индекс Маргалефа (DMg) 1.46 3.12 4.46 -

Индекс Бергер-Паркера (1ЮВР) (Инверсионные значения) 2.48 3.01 3.59

Индекс Шеннона 1.237 2.036 2.418 -

Предварительные результаты показывают, что количество видов растений на огороженном участке превышает количество на контроле в 3.0 раза, а число особей - в 4.3 раза. Stipa gobica, Cleistogenes songarica и Convolvulus ammanii значительно увеличивают свое обилие в условиях

огораживания, что означает снятие пастбищной нагрузки (табл. 1).

На сильвопастбище количество видов растений превышает в 4.5 раза, а число их особей - в 5.8 раз количество видов на контрольном участке, а по сравнению с огороженным участком, число видов здесь в 1.5 раза, а число особей в 1.3 раза больше. Начали интенсивно разрастаться такие виды как Salsola collina, Basya dasyphyllia и Setaria viridis. Кроме них, появились также коренные виды пастбищ: Cleistogenes squarrosa, Philothrichum canescens, Gypsophilla desertorum и др. Следовательно, создание сильвопастбища дает более эффективные результаты. По-видимому, это связано с тем, что, снижая силы весенних ветров и испарение влаги с поверхности почвы, лесозащитные полосы создают благоприятные условия для произрастания мезофитных и коренных видов пастбищ.

Значения индекса синантропизации на экспериментальных участках составляют: 100 на контроле, 75.0 внутри изгороди и 61.1 на сильвопастбище (табл. 1). Значения индекса Маргалефа на сравниваемых участках следующие: 1.46 на контроле, 3.12 внутри изгороди и 4.46 на сильвопастбище. Иными словами, значения индексов увеличились в 2.13 раза на огороженном участке и в 3.05 раза на сильвопастбище по сравнению с индексами, полученными на контрольных участках. Инверсионное значение коэффициента Бергер-Паркера увеличилось с 2.48 на контроле до 3.01 внутри изгороди, т.е. в 1.21 раза, и до 3.59 на сильвопастбище, т.е. в 1.44 раза.

Индекс Бергер-Паркера показывает относительную доминантность обильных видов растений. Его высокое инверсионное значение (1/D) в экосистемах указывает на то, что разнообразие видов увеличивается, а уровень доминантности, наоброт, снижается (Magurran, 2004). По нашим данным, показатели доминантности видов сильвопастбища значительно снизились по сравнению с показателями огороженной площади (рис. 1).

Контроль Участок с Сильвопастбище

ограждением

I Индекс Маргалефа (DMg) ■ Инверсионное значение индекса Бергер-Паркера (1/Б)

Рис. 1.Индексы доминантности и богатства видов растений на экспериментальных площадках. Fig. 1. Values of indexes of dominance and richness on the experimental plots.

Значения индекса Шеннона составили: 1.237 на контроле, 2.036 на площадках с ограждением и 2.418 на сильвопастбище. Высокое значение этого индекса на сильвопастбище говорит о том, что здесь очень высоко видовое разнообразие, и оно демонстрирует тенденцию примерно одинакового увеличения количества особей всех видов растений, здесь произрастающих. В природе значение индекса Шеннона обычно колеблется в пределах 1.5-3.5 (Magurran, 1988); в нашем случае оно приближается к среднему значению этой амплитуды (рис. 2).

Значения индекса Симпсона оказались на сравниваемых площадках следующие: 4.971 на пастбище, 6.802 внутри изгороди и самое высокое - 10.101 зафиксировано на сильвопастбище (рис. 3).

Мы также использовали другие индексы для сравнения результатов эксперимента. Значения индекса Мориста-Оорна были следующие: 0.21 на огороженном участке в сравнении с контролем, 0.10 на сильвопастбище в сравнении с контролем, и 0.93 на сильвопастбище в сравнении с огороженным участком. Эти данные показывают, что сходство сильвопастбища и огороженного участка относительно близко.

2.418

2.036

щ S

s

о S" se S со

2.5

1.5

0.5

1.237

ш

Контроль Участок с Сильвопастбище

ограждением

Рис. 2.Значения индекса Шеннона на экспериментальных площадках. Fig. 2. Values of Shannon index on the experimental plots.

Сильвопастбище

Участок с ограждением

Контроль

о о о

о о о

о о о

о о о

о о о

о о о

Значение индексов

Рис. 3. Значение индекса Симпсона на экспериментальных площадках. Fig. 3. Values of Simpson index on the experimental plots.

Значения индекса Марзевского-Штейнхауса оказались 0.85 между огороженным участком и контролем, 0.92 между сильвопастбищем и контролем, и 0.72 между огороженным участком и сильвопастбищем (рис. 4).

2

1

0

а «

- о

X <и Т а X m

о

а

<и ч X X

1.2 0.8 0.4 0.0 -0.4 -0.8 -1.2

0.93

0.21

0.10

I I

-0.85 -0.92

-0.72

«

EÎ х

ю н о а X о ta ■а ч

X

и

л

ч

о а н х

о

a

и

Э ч

S А

ю

H U

а X о ta

J2

ч

X

и

X

a ч а

EÎ

а о

>- с

о и

Я Индекс МористаЮорн (Cmh)

■ Индекс различия Maрзевского-Штейнхауса (Cms)

Рис. 4. Значение индексов сходств и различий на экспериментальных площадках. Fig. 4. Values of indexes of similarity and dissimilarity on the experimental plots.

Значения индексов различий оказались минимальными между сильвопастбищем и огороженным участком, и максимальными между сильвопастбищем и контролем. Коэффициент разнообразия видов растений оказался самым высоким - 81.8 между сильвопастбищем и контролем (рис. 5).

Сильвопастбище и огороженные площадки

Сильвопастбище и контроль

Огороженные площадки и контроль

26

.6

2.

0 50 100

Значение индексов

Рис. 5. Значение индекса Харрисона на экспериментальных площадках. Fig. 5. Values of Harrison index on the experimental plots.

8

1

S

6

5

В 1981 г. Т.А. Попова зарегистрировала 54-70 особей многолетних и 1-5 особей одно-, двулетних растений на площадках размером 1м2 в змеевково-ковыльковом сообществе пустынно-степной зоны Монголии (Попова, Гордеева, 1988). Количество особей многолетних и одно-, двулетних растений на 1 м2, зарегистрированные нами на экспериментальных участках, оказались очень близкими.

Значения индексов Бергер-Паркера и Харрисона, рассчитанные нами, оказались сходными с данными исследования, проведенного в 1995-1999 гг. китайскими учеными в змеевково-ковыльковом сообществе на сильно деградированном пастбище Северо-восточного Китая (Limin Yang et al., 2001). Основные результаты нашего исследования вполне соответствуют научным основам рекомендаций по организации сельского хозяйства, в которых отмечена важность создания полезащитных лесных полос на деградированных землях для улучшения гидротермического режима почв и повышения сопротивляемости почвы ветровой эрозии, а также для повышения урожайности растений.

Заключение

Змеевково-ковыльковые степи являются широкораспространными сообществами на территории сомона Баяндэлгэр Сухэ-Баторского аймака, и представляют сильно деградированные пастбища пустынно-степной зоны Монголии.

В течение семи лет наблюдений, на участке с ограждением количество видов растений увеличилось в 3.0 раза, а их особей - в 4.3 раза. Огораживание способствовало активному внедрению Stipa gobica, Cleistogenes songarica, Convolvulus ammannii.

На сильвопастбище количество видов растений увеличилось в 4.5 раза, а их особей - в 5.8 раза по сравнению с контролем. Здесь вновь появились Salsola collirn, Basya dasyphyllia и Setaria viridis. Кроме того, возросло участие таких типичных видов пастбищ как Cleistogenes squarrosa, Ptilothrichum canescens, Gypsophilla desertorum и др.

Значения различных индексов оказались самыми высокими на сильвопастбище. Это доказывает высокую интенсивность восстановления деградированной степной растительности вследствие создания защитных лесополос.

Таким образом, можно сказать что создание сильвопастбищ и ограждение участков являются эффективными мерами для восстановления деградированых пастбищ пустынно-степной зоны Монголии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Горчаковский П.Л., Абрамчук А.В. 1993. Формирование и деградация суходольных лугов под влиянием

сенокошения и выпаса // Экология. № 4. С. 3-13. Попова Т.А., Гордеева Т.К. 1988. Строение и динамика основных биогеоценозов сухостепного стационара МНР // Сухие степи Монгольской Народной Республики. Часть 2. Л.: Наука. С. 60-220.

Пустынные степи и северные пустыни Монгольской Народной Республики. Часть 2. 1981. Л.: Наука. 259 с. Цэрэндаш С. 2001. Иследование пастбищ за 50 лет. Улан-Батор: Изд-во Мунхийн усэг. 263 с. (на монг. яз). ЦэрэнбалжидГ. 1996. Сорные растения Монголии: Автореф. дисс. ... д.б.н. Улан-Батор. 62 с. Цэрэнбалжид Г. 2002. Цветной альбом сорных растений Монголии. Улан-Батор: Изд-во Бэмби-Сан. 251 с. (на монг яз).

Чогний О. 2001. Особенности восстановления и изменения пастбищ Монголии, использованных кочевым

путем. Улан-Батор: Бэмби-Сан. 105 с. (на монг яз). Юнатов А.А. 1950. Основные черты растительного покрова Монгольской Народной Республики. М.; Л.: Изд-во АН СССР. 223 с.

Magurran A.E. 1988. Ecological diversity and its measurement. Princeton: Princeton University press. 167 р. Magurran A.E. 2004. Measuring biological diversity Oxford: Blackwell. 147 р.

Ludwig J.A., Reynolds J.F. 1988. Statistical ecology: A primer on methods and computing. Canada: A Wiley-Inter-Science Publication. 152 p.

KhaulanbeкА., Tsogtbaatar J., Khudulmur S. 2013. National atlas on desertification. Ulan-Bator: Bembi-San. P. 2-5. Limin Yang, Guangsheng Zhou, Yuhui Wang. 2001. Effects of grazing disturbance on grassland plant diversity in northeast China transect // Fundamental issues affecting sustainability of the Mongolian steppe. Ulan-Bator. P. 147-157.

National action plan on climate change, Mongolia. 2013. Ulan-Bator: Bembi-San. P. 4-5.

THE EFFECTIVENESS OF SOME METHODS OF RECOVERY OF DEGRADED PASTURES IN DESERT-STEPPE ZONE OF MONGOLIA

© 2016. D. Tsognamsrai, Ch. Dugarjav

Institute of General and Experimental Biology MAS Mongolia, 210351, Ulaanbaatar, Peace avenue, 54b. E-mail: [email protected]

The article presents some results of experimental research conducted in Delger bag, Bayandelger soum, Sukhbaatar aimag, Mongolia with the objective of rehabilitating degraded pastures. Within this objective, several experiments were conducted including fencing and establishing sylvi-pasture at degraded area. Associated recoveries were assessed with various indexes. Preliminary results are as follows: compared to the control site, species numbers were increased by 3.0 and individual numbers were raised by 4.3 times respectively at the fencing site. In parallel, species numbers were increased by 4.5 and individual numbers were raised by 5.8 times at the sylvi-pasture site during the period of study.

Keywords: Mongolia, pasture, sylvi-pasture, degradation, fencing, plant species number, Indices of Shannon, Indices of Simpson.