CC BY
53
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 577.4 ББК 28.081
Гетманец Ирина Анатольевна
кандидат биологических наук, доцент кафедра ботаники Челябинский государственный педагогический университет
г. Челябинск Getmanets Irina Anatolievna Candidate of Biology,
Assistant Professor Chair of Botany Chelyabinsk State Pedagogical University Chelyabinsk
Фитоиндикация экологических режимов местообитаний сфагнофилов рода Salix L. на Южном Урале и адаптивные черты их биоморф Ecotope Ecological Conditions Phytoindication of Salix L. Sphagna in the South Ural and Adaptive Features of Their Biomorphes
В статье рассматривается экотопическая приуроченность ивовых сообществ болотных комплексов и конкретизирована их связь с качественными и количественными параметрами среды, полученными с помощью метода фитоиндикации. Выявлено изменение некоторых показателей химического плодородия почв эдафотопов ив разных ассоциаций в пределах болотного комплекса.
The article views the ecotope of willow communities at marsh complexes and defines their connection with the qualitative and quantitative characteristics of the environment obtained due to phytoindication method. The change of several rates of the soil chemical fertility of different aggregation willow edaphotopes within the scope of a marsh complex is revealed.
Ключевые слова: биоморфа, болотный комплекс, сфагнофилы,
фитоиндикация, экологический режим, экотопическая приуроченность.
Key words: biomorphe, marsh complex, sphagna, phytoindication, ecological condition, ecotope.
Среди интразональных типов растительности Южного Урала болота один из наиболее типичных. Как растительные сообщества они характеризуются господством болотных, водно-болотных и прибрежно-водных растений, требующих для своего развития избытка влаги, и наличием торфа с определенной глубиной его залегания. Болотные местообитания отличаются специфическими экологическими условиями, которые ограничивают жизнедеятельность многих организмов и являются хранителями оригинальной
как по видовому составу, так и по своим экологическим особенностям растительности. Наибольший интерес представляют собой сфагновые болота, которые, как правило, размещаются в депрессиях различной формы, чаще всего в озерных котловинах. Господство сфагновых мхов определяет структуру, строение, физические и гидробиологические их особенности, и, несомненно, своеобразие всего флористического комплекса [5].
В литературе описана своеобразная группа растений - бриофилов, приуроченных к обитанию в сфагновых сообществах. Эту группу иначе называют сфагнофилами [3]. Они широко представлены в бореальной зоне: Ledum palustre L., Andromeda polifolia L. и др. Кроме того, на сфагновых субстратах поселяются и некоторые виды ив: Salix krylovii E. Wolff, S. pulchra Cham., S. reticulata L. - северо-восток Азии; S. helvetica Vill., S. lapponum L., S. reptans Rupr. - северная Европа. Среди ив Южного Урала так же встречаются виды, связанные своим обитанием со сфагновым покровом: S. cinerea L., S. lapponum L., S. myrtilloides L., S. pyrolifolia L.
Ивы сфагновых сообществ произрастают на бедных в минеральном отношении субстратах, выносят постоянное насыщение почвы водой до самой поверхности и вырабатывают структурные приспособления на анатомическом и морфологическом уровнях - миниатюризация, этажированность строения скелетных осей, интенсификация смен побеговых систем, вегетативная подвижность, наличие тонкостенных клеток пробки и подводных чечевичек, служащих не только для снабжения ткани кислородом, но и для выведения вредных веществ [1].
Цель нашего исследования - выявить экотопическую приуроченность ивовых сообществ болотных комплексов и конкретизировать их связь с качественными и количественными параметрами среды методом фитоиндикации.
Материалом послужили модельные болотные сообщества эвтрофной травяно-моховой, мезотрофной травяно-кустарничковой и лесной групп формации в пределах болотного массива «Клюквенное» (Миасское
лесничество), расположенного в горно-лесной зоне Южного Урала. Болото
образовано на территории бывшего залива озера Большой Таткуль и прилегает к нему своей северной частью. Оно характеризуется плоской или слегка выпуклой поверхностью, волнистым микрорельефом, хорошо развитым сфагновым покровом и обильно оводнено. Его протяженность с севера на юг составляет 1060 м, с запада на восток 240 м, общая площадь 38,82 га. В питании принимают участие как атмосферные осадки, так и слабоминерализованные грунтовые воды, а также весенние паводковые воды. Флористическое разнообразие представлено 138 видами, из них 98 - сосудистые растения и 40 -листостебельные мхи [2].
Использование маршрутно-рекогносцировочного метода позволило исследованные сообщества дифференцировать по приуроченности к элементам микрорельефа. Согласно эколого-флористической классификации Браун-Бланке определены синтаксические единицы растительности болотных сообществ, которые могут быть классифицированы как кустраничко-осоково-сфагновые и березово-эвтрофные. В ходе стационарных исследований использована традиционная методика геоботанического описания; закладывались квадратные или прямоугольные площадки размером 100 м с регистрацией списков растений и указанием обилия по Друде-Уранову.
Для получения параметров местообитания использованы экологические шкалы Д.Н. Цыганова и компьютерный комплекс «EcoScaleWin» (Грохлина, Ханина, 2006), который позволил обработать геоботанические описания и получить диапазонные оценки для местообитаний ценопопуляций видов рода Salix L. по девяти исследуемым факторам: континентальность (Kn),
температурный режим (Tm), аридность/гумидность (Om), криорежим (Cr), увлажнение (Hd), солевой режим почв (Tr), богатство почв азотом (Nt), кислотность почв (Rc), освещение-затенение (Lc) и совокупную оценку местообитания.
Результаты исследования: в северной части массива, в условиях богатого минерального питания и хорошего проточного увлажнения развиваются сообщества березово-вейниковой ассоциации (Betula pubescens + Calamagrostis canescens + Carex diandra + C. omskiana + C. lasiocarpa), относящиеся к лесному
классу эвтрофного типа. Они занимают обширные площади. Микрорельеф образован кочкообразующими осоками, диаметр кочек 20-30 см, высота 20-40 см, соотношение кочек и мочажин 70:30, уровень болотных вод +7 +15 см, рН 5,5-6,5, сомкнутость древесного яруса 0,3, кустарниковый ярус представлен S. cinerea, S. lapponum, S. myrtilloides (3%), травяно-кустарничковый ярус с общим проективным покрытием 70-80%, моховой 10-30%. Сфагновые мхи (Sphagnum fimbriatum, S. squarrosum) занимают склоны кочек и межкочья. Приводим параметры экологических характеристик местообитаний ценопопуляций ив болотных ассоциаций. Анализ совокупных оценок показал, что по терморежиму ценоклимата они соответствуют переходному от суббореального до неморального (8,00); по омброрежиму располагаются в субаридном его типе с разницей выпадения и испарения осадков от 0 до 400 мм/год (7,00); по криорежиму - в зоне суровых зим, с изотермой самого холодного месяца от -16 до -24 0С (5,00); по фактору континентальности - в субконтинентальном режиме. Ценоклиматический фактор, определяющий световой режим местообитаний, характеризуется цифровым значением 2,00, что соответствует режиму открытых/полуоткрытых пространств. Параметры эдафотопических характеристик: Hd=16, что соответствует переходному режиму увлажнения почв от сыро-лесолугового до болотно-лесолугового. Это характерно для различных форм депрессий рельефа с близким залеганием водоупорных горизонтов, со слоем торфа аккумулирующим влагу. Находящиеся у самой поверхности грунтовые воды способствуют развитию кочковатого микрорельефа. Показатель трофности (8,99) соответствует гликоэвтрофному типу солевого режима, типичному для эвтрофных болот, с исходно богатым и мощным гумусо-торфяным аккумулирующим горизонтом, с наивысшей обеспеченностью почвы солями: HCO3" 30-50 мг/100 г; SO4 " и C1" - следы. Показатель кислотности (5,57) соответствует мезоацидофильному режиму (переходному от кислых до слабокислых почв, с рН=5,5-6,5). Нитрификация почв индицируется значением 4,26, что соответствует бедным и небогатым почвам.
При продвижении к центру от лесных комплексов можно отметить сообщества, входящие в вейниково-осоково-сфагновую ассоциацию
(Calamagrostis canescens + Carex rostrata + C. cinerea + C. lasiocarpa + Sphagnum obtusum + S. squarrosum + S. teres). Микрорельеф местообитаний волнистокочковатый, уровень болотных вод - 5-0 см, рН=4,7-4,9. Древесный ярус отсутствует. Кустарниковый занимает не более 1-3% площади фитоценоза с участием S. lapponum, S. myrtilloides. Общее проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса - 40-50%. С доминированием осоки острой, осоки пепельной и вейника наземного. Высота травянистого яруса составляет 80-100 см. Экологическое пространство местообитаний ценопопуляций ив, относящихся к данной ассоциации характеризуется: терморежимом
ценоклимата - 6,53, что соответствует промежуточному от
бореального/суббореального до суббореального с годовым радиационным балансом 30-40 ккал/см*см в год; омброрежимом - 8,81, что означает субаридный/субгумидный тип, с разницей выпадения и испарения осадков 0400 мм/год; криорежимом, который соответствует довольно суровым и умеренным зимам (6,02), а по фактору континентальности они располагаются в субматериковом/материковом его типе (8,53). Световой режим местообитаний можно охарактеризовать как режим полуоткрытых пространств - 3,14.
Определенный интерес представляют оценки факторов химического плодородия почв, где наблюдается резкое снижение показателей трофности в размерах шкал Д.Н. Цыганова на 4,5 ступени. Цифровое значение трофности (4,6) свидетельствует о начальных этапах болотоообразовательного процесса и соответственно определяет режим как гликомезотрофный, при котором преобладает процесс выноса геохимических подвижных соединений, однако, временная связь с грунтовыми водами обуславливает временное развитие гидрогенной аккумуляции минералов, осадков железа и марганца, гидрогенном оглеением на фоне интенсивного торфообразовательного процесса. Относительная обеспеченность солями 88-120 мг/л, зольность торфа 8-10%, HCO3", SO4 -, Cl" отсутствуют, рН=4,0-6,0. Показатель кислотности (Rc), соответствует мезоацидофильному режиму (4,98), с рН=4,5-5,5 - это
согласуется с литературными данными [4]. Кроме того, при данном режиме трофности показатель обеспеченности почв азотом на торфяниках характеризует почвы как бедные (3,97), что объяснимо их корреляцией в прямопропорциональной зависимости. Режим увлажнения почв - переходный от сыро-лесолугового до сыро-лесолугового/болотно-лесолугового, что является обычным для различных депрессий рельефа и близкого залегания водоупорных горизонтов (15,58).
При дальнейшем продвижении к центру болотного массива можно отметить появление сплошного сфагнового покрова. Нами отмечены сообщества вахтово-осоково-сфагновой ассоциации (Menyanthes trifoliate + Carex cinerea + C. lasiocarpa + Sphagnum obtusum + S. teris) с незначительным участием S. lapponum (sol.) и S. myrtilloides (sol.). Местообитание их ценопопуляций характеризуется бореальным режимом ценоклимата (5,00); омброрежимом, который соответствует гумидному типу, с разницей выпадения испарения осадков 400-800 мм/год (11,00); криорежимом довольно суровых зим с изотермой самого холодного месяца от -16 до -24 0С (5,00).
Ценоклиматический фактор, определяющий световой режим местообитаний данных ассоциаций характеризуется цифровым значением 3,00 и соответствует режиму полуоткрытых пространств.
Интерес представляют оценки эдафотопических факторов, в частности трофности, где наблюдается дальнейшее снижение ее значений в размерах шкал Д.Н. Цыганова на 1,6 ступеней. Цифровой показатель трофности (3,00) свидетельствует об усугублении болотообразовательного процесса вследствие формирования сплошного сфагнового покрова и промывном автоморфном элювиальном типе режима, характерном для торфяников с интенсивным выносом всех геохимически подвижных минеральных и органических соединений, что приводит к бедности солями (83-88 мг/л), зольности торфа 69%, отсутствию ионов HCO3, SO4 ", Cl", что соответствует гликосемиолиготрофному типу солевого режима почв. Азотный режим находится в диапазоне безазотных и очень бедных азотом почв (2,00), что закономерно при описываемом режиме трофности. Кислотность почв (Rc=6,00)
укладывается в диапазон от кислых до слабокислых и согласуется с литературными данными, по которым солевой режим такого типа имеет рН=3,5-5,7 [4]. Увлажнения почв соответствует режиму сыро-
лесолуговой/болотно-лесолуговой (16,00), что является обычным для различных депрессий рельефа.
Таким образом, в ходе исследования болотного комплекса «Клюквенное» определены растительные ассоциации, в состав которых входят ивовые группировки, относящиеся к эвтрофной травяно-моховой, мезотрофной травяно-кустарничковой и лесной группам формаций, и выявлена их экотопическая приуроченность к микрорельефу.
Наблюдаемая смена растительных сообществ от эвтрофных лесных через мезотрофные травяно-кустарничковые к олиготрофным сфагновым может быть представлена как экологический ряд по факторам трофности и кислотности почв, что и подтверждают значения совокупных оценок местообитаний.
Библиографический список
1. Гетманец, И.А. Адаптивные черты древесных биоморф некоторых сфагнофилов рода Salix на Южном Урале. [Текст] / И. А. Гетманец // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии: мат. III международ. науч.-практ. конф. 25-27 октября 2004. - Барнаул: Изд-во «АзБука», 2004. - С. 28-31.
2. Ивченко, Т.Г. Хорология болотных комплексов и ее отображение на геоботанических картах (на примере Ильменского государственного заповедника Южный Урал).: Дис. ... канд. биол. наук: 03.00.05 / Ивченко Татьяна Георгиевна. - Екатеринбург, 2005. - 360 с.
3. Мазуренко, М.Т. Биоморфологические адаптации растений Крайнего Севера. [Текст] / М.Т. Мазуренко. - М.: Наука, 1986. - 196 с.
4. Цыганов, Д.Н. Фитоиндикация экологических режимов в подзоне хвойношироколиственных лесов. [Текст] / Д.Н. Цыганов. - М.: Наука, 1983. - 196 с.
5. Юрковская, Т.К. Высшие единицы классификации растительности болот. [Текст] / Т.К. Юрковская // Ботан. журн., 1995. - №11. - Т.80. - С. 28-33.
Bibliography
1. Getmanets, I.A. Adaptive Features of Arboreal Biomorphe of Salix Sphagnum in the South Ural [Text] / I.A. Getmanets // Botany Problems of the South Siberia and Mongolia: Materials of the Third International Theoretical and Practical Conference (Barnaul, October, 2527, 2004). - Barnaul: «AzBuka», 2004. - P. 28-31.
2. Ivchenko, T.G. Chorology of Marsh Complexes and Its Reflection in the Geobotanical Maps (By the Example of the Ilmen State Reserve, South Ural): Diss. ... Cand. of Biolog.: 03.00.05 / Ivchenko Tatyana Georgievna. - Yekaterinburg, 2005. - 360 p.
3. Mazurenko, M.T. Biomorphological Adaptation of the Far North Plants [Text] / M.T. Mazurenko. - M.: Nauka, 1986. - 196 p.
4. Tsyganov, D.N. Phytoindication of Ecological Conditions in the Subzone of Mixed Coniferous-Broad-Leaved Forests [Text] / D.N. Tsyganov. - M.: Nauka, 1983. - 196 p.
5. Yurkovskaya, T.K. The Highest Units of Marsh Vegetation Classification [Text] / T.K. Yurkovskaya // Botanical Journal, 1995. - №11. - Vol.80. - P. 28-33.
