CC BY
58
Л. М. Маркова, А. Л. Плаксина
ЭКОЛОГО-ФИТОЦЕНОТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРОДУКТИВНОСТЬ ТРАВЯНЫХ СООБЩЕСТВ НА СТАДИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЗАПОВЕДНИКА «АРКАИМ»
Степные ландшафты нуждаются в настоящее время в охране и защите едва ли не в большей степени, чем тундровые и лесные. По данным обследования степной зоны юга Челябинской области [1] распахано около 70% территории, ранее занятой степными ландшафтами, 65% — луговыми сообществами, 42% — каменисто-степными сообществами. Остальная часть территории под травянистой растительностью интенсивно используется в качестве пастбищ. Сохранение естественных степных ландшафтов необходимо не только для воссоздания популяций редких и охраняемых видов, но и для восстановления нормального баланса углерода, значительный вклад в эмиссию которого вносит интенсивное сельскохозяйственное использование земель. Одним из источников поступления органического вещества в почву является надземная фитомасса, величина которой зависит от различных экологических факторов, а также от интенсивности антропогенного воздействия на фитоценоз. При восстановлении естественных ландшафтов происходит увеличение надземного и подземного растительного вещества, а также содержания лабильного органического вещества и гумуса в почве [2, 3].
Историко-ландшафтный заповедник «Аркаим» создан в степной зоне Челябинской области в начале 90-х годов XX в. Изучением ландшафтов заповедника и его окрестностей в разные годы занимался ряд исследователей [4, 5]. Также проводилось детальное изучение геологического фундамента территории заповедника [6], почвенного покрова [7, 8], растительности [9, 10]. Среди вышеперечисленных компонентов ландшафта наибольшие изменения происходят в растительном покрове заповедника, который в условиях ослабления антропогенной нагрузки подвергается сукцессионным процессам с последующим формированием сообществ, сильно отличающихся от ранее существовавших на данной территории. На многих степных участках в условиях полного запо-ведания последовательная смена растительных сообществ привела к закустариванию, а затем и залесению степных пространств. Это дало возможность говорить о вторич-ности степных ландшафтов, где господство степной растительности искусственно поддерживается систематическим выжиганием и выпасом скота. Исследование динамики растительного покрова в условиях полного заповедания может быть информативным для выявления степени воздействия человека на ландшафты и смещения границ природных зон в данных климатических условиях.
Целью данной работы является оценка степени восстановления естественной растительности в северо-западной части заповедника «Аркаим» и определение запаса надземной фитомассы и мортмассы на различных позициях степной катены.
Характеристика объекта и методика исследований. Заповедник «Аркаим» находится на юге Челябинской области, в пределах зауральского пенеплена — холмистой равнины с абсолютными отметками 300-400 м над уровнем моря. Центральная часть территории заповедника образована четвертичной аккумулятивной поверхно-
© Л. М. Маркова, А. Л. Плаксина, 2010
стью: широкой, вытянутой формы долиной, с пологими склонами, в пределах которой подпочвенными образованиями являются четвертичные отложения различного генезиса. Периферийная часть представлена расчленённой каменистой приподнятой равниной, поверхность которой определяется геологическим строением палеозойских толщ [11]. Климат юга Челябинской области характеризуется как резко континентальный, со значительной вариабельностью среднегодовых сумм осадков и температур. По данным метеонаблюдений на территории заповедника, среднегодовое количество осадков составляет 354,26 мм, а среднемесячные температуры варьируют от —20° в январе до +22 в июле [12]. Непромывной водный режим способствует доминированию чернозёмного типа почвообразования и концентрации легкорастворимых солей в почвенных горизонтах и подстилающих породах. В почвенном покрове заповедника преобладают чернозёмы обыкновенные, выщелоченные и неполноразвитые, а также солонцы чернозёмные мелкие и средние. В пойме рек сформировались аллювиальные луговые почвы в комплексе с солонцами чернозёмно-луговыми [8].
Для исследования растительного покрова была выбрана катена в северо-западной части заповедника, представляющая собой цепь элементарных ландшафтов, общая длина которой составляет 857 м. В соответствии с особенностями рельефа и растительного покрова профиль разбит на 7 позиций (рис. 1):
/уУ Разнотравно-злаковая каменистая степь == Восстанавливающаяся настоящая степь
Злаково-разнотравная каменистая степь /у//// Восстанавливающаяся луговая степь
Разнотравно-овсецовый остепнённый луг
Разнотравно-злаковая настоящая степь Злаково-полынное каменистое сообщество
Злаково-разнотравный влажный луг
Рис. 1. Распределение элементарных ландшафтов по склону.
1 —элювиальная позиция — занимает вершину с абсолютной отметкой 343,2 м. Растительное сообщество — разнотравно-злаковая каменистая степь на неполноразвитых чернозёмных почвах, сформировавшихся на щебнистой коре выветривания кварцито-вых известняков палеозойского возраста.
2 — транзитная позиция — занимает верхнюю часть склона. Растительное сообщество представлено разнотравно-злаковой каменистой степью с проективным покрытием 35-40%. Почвенный покров и геологический фундамент идентичен вышележащей позиции.
3 — транзитная позиция — занимает вогнутый участок средней части склона. Растительное сообщество — разнотравно-злаково-овсецовая степь с проективным покрытием 90%. Почвенный покров представлен чернозёмом обыкновенным; подпочвенные образования— щебнисто-глинистая кора выветривания окремнённых известняков.
4 — транзитная позиция — занимает нижнюю часть склона. Растительность представлена злаково-полынным каменистым сообществом с проективным покрытием 3040%. Почва — чернозём неполноразвитый.
5 — транзитная позиция — залежь на стадии восстановления естественного растительного сообщества с куртинным типом растительности, с проективным покрытием 60-80%. В почвенном покрове доминируют чернозёмы выщелоченные в комплексе с солонцами, сформированные на ритмитах каменноугольного возраста.
6 — транзитная позиция — овсецово-разнотравный остепненный луг с проективным покрытием 90%. Почва лугово-чернозёмная с признаками засоления; почвообразующие породы — четвертичные карбонатные суглинки.
7 — аккумулятивная позиция — старица в пойме реки Караганки, злаково-разнотравный влажный луг с проективным покрытием 95-100%. Почвы аллювиальные насыщенные глеевые, сформированные на серых старичных глинах, подстилаемых гравийно-песчаными отложениями.
На каждой из 7 позиций катены проводилось геоботаническое описание согласно стандартным методикам, включавшее определение доминирующих видов растений и их проективного покрытия, а также отмечались виды, встречающиеся одиночно. Для определения запаса надземной фитомассы на каждой позиции закладывались площадки размером 50 х 50 см. На данных площадках производилось срезание надземной фитомассы — зеленой части растений и ветоши, а также сбор подстилки. После этого пробы высушивались до воздушно-сухого состояния и взвешивались.
В пределах 4 транзитной позиции (залежь) геоботаническое описание производилось путем профильного хода с выделением формирующихся растительных сообществ и установлением границ между фитоценозами.
Результаты. При обследовании растительного покрова, проведенного в первые годы существования заповедника, была выявлена его значительная антропизация вследствие хозяйственной деятельности человека [9]. Среди видов антропогенного воздействия преобладала распашка ровных пространств степей и лугов, бессистемный выпас на территории холмов. В последующие годы естественная смена растительных сообществ на некоторых участках периодически нарушалась стихийным сжиганием подстилки и отмершего сухого опада в весенне-летний период.
Четвертая транзитная позиция представляет собой залежь 18-20-летнего возраста, с куртинами злаков и полыней. Одним из доминирующих видов в пределах позиции является Artemisia ¿гаониопЬ^. При проведении профильного хода в пределах позиции выделено два формирующихся фитоценоза (без учета галофитных сообществ на засоленных участках).
Первое сообщество формируется в верхней части старопахотного поля, и условной границей его является абсолютная отметка 323,5 м (см. рис. 1). Здесь наряду с Artemisia dracunculus доминируют такие рыхлодерновинные и плотнодерновинные злаки, как Festuca valesiaca, Koeleria cristata, Stipa sp., Helictotrichon sp., Phleum phleoides и др. Доля корневищных злаков невелика и составляет 14% от общего количества видов. Выделено 7 эколого-фитоценотических групп, наиболее представительна из них — группа степных видов (рис. 2). Доля луговых и степно-луговых видов составляет всего 12% от общего количества. Присутствие галофитно-степных видов свидетельствует о незначительном засолении почв. Анализ экологического состава сообщества показал преобладание мезоксерофитов и ксеромезофитов (их суммарная доля составляет 77%), доля мезофитов невелика (около 9%).
Петрофитно-
степные
2%
Рис. 2. Долевое участие фитоценотических групп по видам а — в верхней части; б — в нижней части старопахотного поля.
Галофитно-степные 4%
Петрофитно-степные 3%
Степно-' луговые 4%
Второе сообщество формируется в пределах абсолютных отметок 323,5-314,7 м. Здесь доминантом является Artemisia dracunculus, также растительный покров представлен рыхлодерновинными злаками, доля которых возрастает по сравнению с вышеописанным сообществом на 21% за счет уменьшения доли плотнодерновинных злаков. Фитоценотическая характеристика данного сообщества отличается от сообщества верхней части старопахотного поля рядом особенностей: значительно сокращается доля степных и лугово-степных, и возрастает доля луговых видов. В структуре сообщества присутствует 17% галофитно-степных и галофитно-луговых видов, что свидетельствует о возрастании засоленности почвы. Среди экологических групп продолжают преобладать мезоксерофиты и ксеромезофиты, суммарная доля которых достигает 50%, также появляются виды, характерные для хорошо увлажненных местообитаний (Glycyrrhiza korshinskyi, Hordeum brevisubulatum, Plantago salsa и др.).
Сравнительный анализ двух выделенных участков в пределах четвертой транзитной позиции позволяет сделать следующие выводы:
1. В верхней части старопахотного поля, примыкающей к склону, формируется разнотравно-злаковая настоящая степь с небольшой долей мезофильного разнотравья. Ниже по склону, начиная с абсолютной отметки 323,5 м, формируется луговая солонцеватая степь, характеризующаяся большим количеством фитоценотических групп.
2. Степень нарушенности растительного сообщества еще очень высока, о чем свидетельствует наличие значительного количества сорных видов (от 14 до 23% от общего количества видов в сообществе). По соотношению запасов растительного вещества в пределах данной позиции катены до 19,2% общей фитомассы приходится на сорные виды.
Запасы надземного растительного вещества. Определение запасов растительного вещества производилось в третьей декаде июля 2009 г. Общие запасы надземного растительного вещества в пределах катены варьируют в пределах 172,1 г/м2 до 709,5 г/м2 (рис.3). Суммарные запасы мёртвого растительного вещества (ветоши и подстилки) превышают запасы живой надземной фитомассы на всех позициях катены за исключением аллювиальной. В условиях заповедания, при отсутствии выпаса происходит накопление мертвых растительных остатков, общий запас надземной мортмассы нередко превышает запас живой фитомассы в 2-3 раза [3]. В данном случае, наибольшим запасом мертвых растительных остатков характеризуется вторая транзитная позиция, которая находится в вогнутой средней части склона. Процессы разложения органического вещества в данных условиях замедлены, что приводит к накоплению подстилки, общий запас которой достигает 525,47 г/м2.
г/м2 600 г......
500
400
300
200
100
0
гШТИ
хм
шш 1:1
Эль Транс 1 Транс 2 Транс 3 Транс 4 Транс 5 АК |] Фитомасса, г/м2 Ц Ветошь, г/м2 Ц Подстилка, г/м2
Эль Транс 1 Транс 2 Транс 3 Транс 4 Транс 5 АК
82,53 70,27 107,63 54,97 126,80 88,13 224,27
25,20 20,40 76,40 39,60 83,73 91,73 48,53
133,73 81,47 525,47 262,93 101,60 190,00 177,73
Рис. 3. Соотношение запасов растительного вещества на различных позициях катены.
Величина надземной живой фитомассы варьирует от 70,97 до 224,27 г/м2. Наименьшим запасом живой надземной фитомассы отличается сообщество первой транзитной позиции, сформированное на обрывистой верхней части склона, где велика интенсивность процессов выветривания и выноса почвенных частиц. Наибольшим показателем надземной живой фитомассы характеризуется аккумулятивная позиция (224,27 г/м2).
Величина запаса надземной живой фитомассы находится в прямой зависимости от мезо- и микрорельефа территории. Наиболее интенсивное накопление мертвых растительных остатков происходит в степных сообществах, где процессы деструкции замедлены. В условиях повышенного увлажнения в нижней части склона деструкционные процессы протекают более интенсивно. Так, запас мертвого надземного растительного вещества в пределах аккумулятивной позиции в три раза ниже аналогичного показателя в пределах второй транзитной позиции, где сформировано степное сообщество.
Литература
1. Плаксина А. Л., Маркова Л. М. Современное состояние ландшафтов степи Южного Урала на примере степей юга Челябинской области // Материалы междунар. научно-практич. конф., посвящ. 20-летию организации госуд. природ. заповедника «Оренбургский». Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2009 г. Т. 2. С. 94-97.
2. Курганова И.Н., Ермолаев А. М., Лопес де Гереню В. О. и др. Потоки и пулы углерода в залежных землях Подмосковья // Почвенные процессы и пространственно-временная организация почв. М.: Наука. 2006. С. 271-283.
3. Миронычева-Токарева Н. П. Динамика растительности при зарастании отвалов (на примере КАТЭКа). Новосибирск: Наука, 1998. 172с.
4. Гайдученко Л. Л., Мусатов В. А. Ландшафтная структура территории основной части музея-заповедника «Аркаим» // Природные системы Южного Урала: Сб. науч. тр. / Под ред. Л. Л. Гайдученко. Челябинск: Челяб. гос. ун-т, 1999. С. 59-65.
5. Левит А. И., Миронычева-Токарева Н.П. Степные и лесостепные ландшафты юга Челябинской области и их трансформация. Челябинск: Изд-во Крокус, 2005. 196 с.
6. Зайков В. В. Геологическое строение и полезные ископаемые района музея-заповедника «Аркаим» // Природные системы Южного Урала: Сб. науч. тр. / Под ред. Л. Л. Гайдученко. Челябинск: Челяб. гос. ун-т, 1999. С. 5-36.
7. Иванов И. В., Манахов Д. В. Организация почвенного покрова поверхностей выравнивания степного Зауралья // Природные системы Южного Урала: Сб. науч. тр. / Под ред. Л. Л. Гайдученко. Челябинск: Челяб. гос. ун-т, 1999. С. 104-131.
8. Ерёмченко О. З., Таранов В. В. Почвы музея-заповедника «Аркаим» // Природные системы Южного Урала: Сб. науч. тр. / Под ред. Л. Л. Гайдученко. Челябинск: Челяб. гос. ун-т, 1999. С. 132-145.
9. Ермолаев А. М. Динамика разновозрастных антропизированных травянистых экосистем Аркаима // Природные системы Южного Урала: Сб. науч. тр. / Под ред. Л. Л. Гайдученко. Челябинск: Челяб. гос. ун-т, 1999. С. 164-183.
10. Моисеев Д. А. Аннотированный список высших растений музея-заповедника «Аркаим» и его окрестностей. Челябинск: «Рифей», 1998. 71с.
11. Летопись природы (1991-1997 гг). Аркаим. Фонды ЛАИ, 1998. 275 с.
12. Летопись природы. Метеорологический и фенологический мониторинг. Аркаим. Фонды ЛАИ, 2009. 48 с.
Статья поступила в редакцию 23 июня 2010 г.
