CC BY
31
Биология
ФЛОРИСТИЧЕСКИМ СОСТАВ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СООБЩЕСТВ ЭРОДИРОВАННЫХ ПОЧВ ВАРМИЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ
А.И. ЮСОВ,
доцент,
О.М. БЕДАРЕВА, кандидат биологических наук,
Э.М. ПАРАКШИНА,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Калининградский государственный технический университет, г. Калининград
Ключевые слова: эрозия почвы, продуктивность, растительные сообщества эродированных почв
К настоящему времени большинство отечественных и зарубежных исследователей полагают, что проти-воэрозионное влияние растительности возрастает в следующей последовательности: чистый пар - пропашные - промышленные сады - озимые - многолетние травы - естественные
травостои - леса и кустарники [1]. На несмытых луговых почвах, при проективном покрытии 90 - 95 % и при интенсивности осадков 2 мм/мин, смыва почвы и жидкого стока не наблюдалось [2].
Лесные фитоценозы Вармийской возвышенности Калининградской об-
Обилие доминирующих видов (ключ «Ильичёвка - 1»)
Таблица 1
Ф итоценоз Степень эродированности
латинское название русское название среднеэроди- рованная катастро- фически- эродирован- ные очень сильно эродиро- ванные
1 2 з А 5
Eriophorum vaginatum L. Пушица влагалищная - - sol
Poa pratensis L. М ятлик луговой C0P1 C0P2 sp
Elytrigia repens (L.) Beauv. Пырей ползучий sp C0P2 sol
Anthriscus sylvestris (L.) Hoffm . Купырь лесной sol C0P1 copi
Sonchus arvensis L. Осот полевой C0P1 C0P1 sp
Equisetum arvense L. Хвощ полевой C0P2 co p 1 copi
Calamagrostis epigeios Roth. Вейник наземный sp sp sp
U rtica dioica L. Крапива двудомная sol - -
Bromus inermis Leyss. Кострец безосты й C0P1 c o p 1 copi
Lupinum polipholia Люпин многолистн ы й ^з sp -
Heracleum sibiricum L. Борщевик сибирский C0P1 C0P2 cop2
Taraxacum officinale Wigg. Одуванчик обыкновенный sp sol sol
Selinum carvifolia L. Г ирча тм инолистная - - sp
Achillea m illefolium L. Т ысячелистник обыкновенный sol ^з cops
Artemisia abisnthium L. Полынь горькая sp sp sol
Alopecurus pratensis L. Лисохвост луговой C0P1 ^з sp
Phleum pratense L. Т имофеевка луговая sp co p 1 copi
Galium mollugo L. Подмаренник мягкий sp sol -
Dactylis glomerata L. Ежа сборная - - copi
Scirpus lacustris L. Камыш озёрный - - cops
Heleoharis acicularis R. Br. Ситняг игольчаты й - - sp
Carex vesicaria L. Осо ка пузы рчатая - - cop2
Calla palustris L. Белокрыльник болотный - - sp
Juncus effusus L. Ситник развесистый - - sp
Iris pseudacorus L. Ирис болотный - - cop2
Polytrichum communis Кукуш кин лён - - sp
Проективное покрытие, % 7 G 5G 70
Истинное покрытие, % AG 1 G 60
ласти в видовом отношении богаты и разнообразны. Среди деревьев основными лесообразующими видами являются: ель (18,1%), сосна (16,8%), ольха чёрная (11,3%), дуб (18,9%), клён и акация (0,1%), липа (3,2%), ясень (1,1%), бук и граб (1,8%), лиственница (0,2%), берёза (27,7%), осина (0,5%), тополь и ива (0,3%). Подлесок хорошо развит и представлен лещиной, бересклетом, крушиной, бузиной, рябиной и другими видами. Среди травянисто-кустарничкового яруса встречаются: черника, брусника, кислица, майник, седмичник, луговик извилистый, ожика, марьянник лесной, хвощ лесной, медуница, бор, ветреница, зеленчук, ясменник, сныть и многие другие виды [3].
Основную часть сельскохозяйственных угодий Вармийской возвышенности составляют сенокосы и пастбища, большая часть которых -вторичные, возникшие в результате распашки почв, ранее занятых лесом. По нашим наблюдениям, флористический состав луговых трав представляют около 30 видов, но их распределение неодинаково и зависит от рельефа, климатических факторов и почвенных условий.
Проведённые нами исследования влияния эродированности почв на изменение состава растительных сообществ включали учёт видового состава растительных сообществ и обилие видов (по шкале Друде); определение фитомассы; проективного и истинного покрытия по эталонам градаций на почвах разной степени эродированности (метод Л.Г. Раменского); общей продуктивности и соотношения биомассы корень/побег.
Классическое определение истин-
Примечание: soc - растения смыкаются надземными частями, образуя фон; сорз - растение встречается очень обильно; сор2 - особей много; сор, - особей довольно много; sp. - растение встречается в небольшом количестве, рассеяно; sol. - растение встречается в очень малом количестве, редкими экземплярами; «-» - вид отсутствует.
Soil erosion, efficiency, vegetative community’s soils erosion.
Таблица 2
Фитомасса по ключевым участкам Вармийской возвышенности
Ключевой участок Степень эродированности почвы Средняя продуктивность фитоценоза, ц/га
«Ильичёвка- 2» От слабо- до очень сильно эродированной 145,198
«Нагорное» От слабо- до среднеэродированной 227,292
«Побережье» От слабо- до среднеэродированной 222,004
«Сосновка» Неэродированная 337,028
Таблица 3
Соотношение средней по геоморфологическому профилю биомассы побег/корень на ключевых участках различной степени эродированности
Ключевой участок Степень эродированности почвы Соотношение биомассы побег/корень
«Ильичёвка - 2» От слабо- до очень сильно эродированной 1,17
«Нагорное» От слабо- до среднеэродированной 0,72
«Побережье» От слабо- до среднеэродированной 1,05
«Сосновка» Неэродированная 3,12
1,4
1,2
1
0,3
0,6
0,4
0,2
□ -I---------------^--------------------------------
12 3 4
Рисунок 1. Изменение интенсивности аккумуляции мелкозёма в поверхностном слое на ключевых участках:
1 - почва дерново скрытоподзолистая тяжелосуглинистая слабоэродированная; ключ «Сосновка», июнь 2005 г.; 2 - почва дерново скрытоподзолистая тяжелосуглинистая слабоэродированная; ключ «Сосновка», август 2006 г.; 3 - почва бурая лесная окультуренная очень сильно эродированная; ключ «Ильичёвка», июнь 2005 г.; 4 - почва бурая лесная окультуренная очень сильно эродированная; ключ «Ильичёвка», август 2006 г.
ного покрытия включает в себя определение процента площади, занятой только основаниями побегов растений [4]. Моховой покров при этом в это определение не входит и выделяется отдельно. Учитывая то, что на степень эродируемости почв влияет не только процент площади, занятой стернёй, но и совокупность всех видов растений, образующих растительный покров, мы при описании фитоценоза принимаем, что истинное покрытие - это процент площади, за-
нятой совокупностью всех видов, включая такие почвопокровные виды, как лишайники и мхи.
Ведущее место в формировании травянисто-дерновых покрытий принадлежит многолетним злаковым травам, которым свойственно раннее и обильное кущение, долголетняя способность побегообразования с постоянным обновлением надземных органов.
Сопряжённое изучение эрозии почв и растительности на склонах ба-
Биология
лочных систем показывает, что природные и сеяные травы заметно реагируют на уменьшение плодородного слоя почвы, вызванное эрозионными процессами.
Одним из простейших путей систематизации луговых сообществ является выявление и описание ландшафтно-экологических рядов, т.е. пространственных смен ассоциаций в связи с изменением какого-либо фактора [1]. Геоботаническое описание луговой растительности на склонах различной экспозиции проведено по геоморфологическим профилям почв разной степени эродированности.
Для анализа влияния морфологических особенностей тех или иных видов на степень эродированности почв, обилие определялось по особям доминирующих видов, образующих почвенный покров исследуемых участков.
Состав и развитие травянистого покрова на геоморфологическом профиле эродированной бурой лесной супесчаной почвы северного склона залежи представлен в таблице 1.
Так травостой верхней трети склона на среднеэродированной почве содержит достаточно большое количество разнообразных видов, включая представителей семейства бобовых, например, люпин. С увеличением эро-дированности травостой сменяется, и преобладают виды с корневищной (лисохвост, тысячелистник и др.) и стержневой (борщевик, купырь и др.) корневыми системами, который в основании склона (около базиса эрозии) переходит в растительное сообщество, типичное для болот.
Сообщество в течение вегетационного периода проходит фазы своего сезонного развития; является индикатором условий данного года; находится на пути к смене каким-либо другим сообществом; находится под влиянием общей смены растительного покрова всей местности, проходит одну из стадий своей эволюции [4].
Частые смены подготавливаются разногодичными и даже сезонными изменениями. Это происходит, когда нормальный для данного сообщества ход сезонных смен сильно замедляется под воздействием каких-либо причин.
Чаще же сезонные и разногодичные изменения сообщества мало влияют на видовой состав и его структуру - оно не сменяется другим сообществом лавинообразно. Его изменения происходят постепенно и последовательно на протяжении длительного периода времени.
В частных сменах растительных сообществ находят выражение четыре следующих процесса [6]: сингенетические смены, т.е. процессы заселения растениями молодых местообитаний; эндоэкогенетические смены следуют за сингенетическими
уже после того, как сообщество создало свою определённую среду и в дальнейшем изменяется вместе с дальнейшим изменением среды самою же жизнедеятельностью сообщества; гологенетические смены -как частный случай эндоэкогенети-ческих смен - процесс изменения растительного сообщества вследствие изменения более крупного единства, в состав которого входит данное сообщество - смены сообщества под влиянием изменений, связанных с эдафотопом; экзогенные смены вызываются причинами, лежащими не в самом сообществе и не в той части среды, которая тесно и постоянно с ним связана.
Однако наши исследования показывают, что на эродированных почвах параллельно протекают и сингенетические и экзоэкогенные изменения растительных сообществ. Поэтому растительный покров катастрофически и очень сильноэродиро-ванных почв можно охарактеризовать как несформированный окончательно из-за перехода окультуренных почв сельскохозяйственного назначения в залежь и связанные с этим изменения состава растительного сообщества. Но и одновременно - как переходный к лавинообразному изменению фитоценоза из-за сильной эрозии части геоморфологического профиля с доминированием корневищных и стержнекорневых видов, которые характеризуются высокой степенью адаптации к изменению степени эро-дированности почв.
Вместе с изменением видового разнообразия эродированных почв соответствующим образом изменяется проективное и истинное покрытие, которое на сильноэродированных участках геоморфологического профиля достигает минимального размера.
Для снижения интенсивности как водной, так и ветровой эрозии большую роль играет проективное покрытие, обусловленное биомассой и габитусом растений, создающих тра-восто, в значительной степени снижающих скорость ветра в приземном слое, а также кинетическую энергию дождевых капель, способ-
ствующую разрушению и передвижению почвенных частиц (т.е. возникновению так называемой «капельной» эрозии).
В таблице 2 представлены средние суммарные значения общей биомассы (подземной и надземной) травянистой растительности в воздушно-сухом состоянии по некоторым ключевым участкам. В зависимости от изменения интенсивности эрозионных процессов продуктивность фитомассы изменяется почти в 2,5 раза.
Зависимость такого распределения на схоже эродированных почвах, по нашему мнению, кроме почвенногеоморфологических условий, определяется стадией эволюции агрофитоценоза и, соответственно, скоростью смены доминирующих видов при различной интенсивности и направленности эрозионных процессов.
При рассмотрении взаимосвязи между ростом отдельных частей растений, в основе которого лежат фитогормональные взаимодействия, следует отметить взаимозависимость роста разных органов растений, где наиболее важным является соотношение двух главных органов питания растений: корней (минеральное и водное питание) и листьев (воздушное питание и фотосинтез). Соотношение побег/корень должно указывать на условия произрастания растений: чем больше это оно, тем благоприятнее почвенные условия при оптимальных микроклиматических условиях.
Однако это предположение подтверждается при исследовании продуктивности биомассы надземных и подземных частей растений в системе «неэродированная - эродированная» почва. Но на почвах схожей степени эродированности такой корреляции также не наблюдается - она зависит от стадии эволюции растительного сообщества конкретного биоценоза (табл. 3).
Среда представляет собой сложный комплекс экологических факторов, в котором агрофитоценоз не только испытывает те или иные воздействия со стороны внешней среды, но и сам её изменяет. Исследо-
Биология
вания проводились при помощи пес-коуловителя Бэгнольда. На основе полученных данных построен график средних значений переноса мелкозёма (т/га) в поверхностном слое от 0 до 50 см (рис. 1).
Биологический урожай агрофитоценозов на эродированных почвах нестабилен во времени и определяется полным комплексом ландшафтноэкологических условий как биотического, так и абиотического происхождения. Перенос мелкозёма значительно увеличивается в поверхностном слое от 0 до 10 см, как на слабо-, так и на очень сильно эродированных почвах. На очень сильно эродированных почвах этот процесс протекает с наибольшей интенсивностью как при оптимальных физических свойствах почв (температура и влажность почвы), так и при экстремальных (т.е. в засушливые периоды) с достаточно низкой продуктивностью агробиоценоза и снижении истинного покрытия в течение вегетационного периода.
Таким образом, проведённые исследования позволяют заключить, что растительные сообщества травянистых агрофитоценозов эродированных почв характеризуются последовательно-внезапной сменой видового состава с увеличением содержания в них видов с корневищными и стержневыми корневыми системами, которые отличаются высокой степенью адаптации к ухудшению показателей почвенного плодородия.
Видовой состав растительных сообществ эродированных почв имеет относительно низкую и неустойчивую (в зависимости от степени эродированности) продуктивность фитомассы и характеризуется как несформированный окончательно. Эти фитоценозы отличаются низкой площадью истинного и проективного покрытия. В критические периоды развития следствием такой эволюции растительных сообществ является увеличение интенсивности эрозионных процессов - кроме процессов водной эрозии отмечается увеличение интенсивности (почти в 10 раз) местной ветровой эрозии.
Литература
1. Соболев С.С. Защита почв от эрозии и повышение их плодородия. - М., 1961. - 230 с.
2. Джафаров А.Р. Влияние проективного покрытия почвы растительностью на сток и смыв почвы в горно-луговой зоне Кубинского района // Научная конференция по проблеме «Эрозия почв и закрепления эродированных земель в Азербайджанской ССР», посвящённая 25-летию основания научно-исследовательского сектора эрозии: материалы. -Баку, 1975. - С. 198.
3. Калининградская область: Очерки природы / Сост. Д.Я. Беренбейм, науч. ред. В.М. Литвин. - Калининград: Янтарный сказ, 1999. - 229 с.
4. Ярошенко П.Д. Геоботаника. - М., 1969. - 200с.
5. Алёхин В.В., Кудряшок Л.В., Говорухин В.С. География растений с основами ботаники. - М., 1961. - 532 с.
6. Сукачёв В.Н. Новые данные по экспериментальному изучению взаимоотношений растений // Бюллетень МОИП. - 1959. - № 4. - С. 964-987.
