CC BY
11
ЭКОЛОГИЯ И АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНОЕ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ
DOI: 10.24411/2071-7830-2020-10002 УЛАНОВА С.С.
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ЭКОТОННЫХ СИСТЕМ «ВОДА-СУША» ПОБЕРЕЖИЙ ЧОГРАЙСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МОНИТОРИНГА с 2012 по 2019 гг.
БНУ РК «Институт комплексных исследований аридных территорий», г. Элиста, Россия, [email protected]
Аннотация: В статье рассмотрены особенности структурно-функциональной организации экотонных систем «вода-суша» побережий Чограйского водохранилища на разных ключевых участках (приплотинной части водохранилиша, его центральной части и в зоне выклинивания подпора) по результатам долговременных (с 2012-2019 гг.) исследований.
Ключевые слова: Чограйское водохранилище, минерализация, мониторинг, экотонные системы, растительность, флора, биоразнообразие.
Природные экосистемы, формирующиеся в зоне взаимодействия водной и наземной среды, называются экотонными системами. Для экотонных систем «вода-суша» характерно образование ряда блоков, испытывающих разное воздействие водоема по мере удаления от уреза воды. Эта структурно-функциональная организация экотонных систем была описана В.С. Залетаевым в 1997 г. на примере речной долины в виде нескольких блоков-поясов, вытянутых вдоль русла и различающихся степенью влияния водного объекта, с одной стороны, и процессами, происходящими на водораздельных территориях, - с другой [1]. Он отмечал, что структурные блоки различаются величиной и периодичностью увлажнения, рельефом местности, составом видов, динамикой и скоростью реакции биокомплексов на изменения режима водного объекта, режима грунтовых вод и качества воды. Эти блоки различаются биологическими группировками, их составом и характером. А их интегральным показателем смены условий среды по градиенту увлажнения и сопутствующих ему факторов (засоления или заболачивания, осушения или опустынивания) являются растительные сообщества. Таким образом, по изменениям растительности, наблюдаемым в блоках (смене доминантов, уменьшению количества видов, изменению продуктивности) можно судить о процессах трансформации, происходящих в экотонных системах.
Целью данной статьи является описание и анализ структурно-функциональной организации экотонных систем «вода-суша» побережий Чограйского водохранилища на основе собственных многолетних (20012019 гг.) геоэкологических исследований. Исследования проводились согласно собственной методики комплексного изучения искусственных водоемов и экотонных зон «вода-суша» для аридных территорий, сочетающей наземные исследования с геоинформационными технологиями. Наземные исследования включали ежегодный мониторинг качества поверхностных вод водоемов и изучение экотонных систем «вода-суша». Полевые исследования проводились во время вегетационного периода с апреля по октябрь. На побережьях водохранилищ для исследования состава и структуры экотонной системы прокладывали топоэкологические профили перпендикулярно урезу воды, от водоема вглубь побережья до зональной растительности. Структурно-функциональная организация блоков экотонов изучаемых водоемов состоит из 6 основных блоков: аквальный - акватория, с глубинами более 1,5-2,5 м. (лишенная макрофитов); амфибиальный - литтораль, с периодическим обсыханием в период сработки вод водоемов, флуктуационный - ежегодно заливаемый участок побережья; динамический - заливаемый не ежегодно, в годы максимального половодья; дистантный - незаливаемая территория, но испытывающая воздействие неглубоко (до 3-5 м.) залегающих грунтовых вод, и маргинальный - воздействие водоема передается через микроклимат предыдущих блоков (переходный к зональному). В пределах каждого блока отбирались грунтовые воды на минерализацию, отмечалась их глубина залегания, отбирались почвенные пробы, выполнялось стандартное геоботаническое описание и отбор растительных укосов на биологическую продуктивность. Анализ химизма и минерализации поверхностных и грунтовых вод был выполнен в Калмыцком филиале ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии им. А.Н. Костюкова в соответствии со стандартом ГОСТ 26449.1-85: катионно-анионный состав -титриметрическим методом, определение сухого остатка - гравиметрическим, определение рН -потенциометрическим. Водная вытяжка почвенных проб была проанализирована в этой лаборатории в соответствии с ГОСТами: 26425-85; 26424-85; 26426-85; 26427-85; 26428-85; 26483-85 [2]. Ключевые участки
долговременного мониторинга находились на разных участках водохранилища: в центральной части, в зоне выклинивания подпора и в приплотинной части.
Объект исследований - Чограйское водохранилище, созданное в 1969 г. в долине реки Восточный Маныч, располагается в Кумо-Манычской впадине, в Восточно-Манычском ландшафтном районе. Основное питание Чограйского водохранилища - это привлеченный сток, из рек Терек и Кума. Подача воды в год по Кумо-Манычскому каналу в Чограйское водохранилище составляет 536,9 млн. м3. При НПУ (22,4 м.) водохранилище простирается с запада на восток на 48,8 км., наибольшая ширина у плотины составляет 8,8 км. Площадь водохранилища в год ввода в эксплуатацию (1969-70 гг.) составляла 193,4 км2. Водоём создан для питьевого водоснабжения и орошения.
По данным космической съемки (ИСЗ "Landsat-8", камера ЕТМ+), площадь водохранилища неуклонно уменьшается: 130,4 км2. (2001 г.), 112,1 км2. (2012 г.) и на 26.03.2019 года составила 68,18 км2., а на 02.09.2019 г. уже 36,11 км2. Зона выклинивания подпора высохла полностью, вода отошла от берега в центральной части более чем на 200 м. по сравнению с урезом 2018 г., обнажив дно с остатками двустворчатых моллюсков. В приплотинной части Чограя вода значительно отошла от тела плотины.
Сравнительный анализ минерализации поверхностных вод (ПВ) приплотинной зоны Чограйского водохранилища в весенние периоды (май) с 2015 по 2019 гг. показал неуклонное увеличение минерализации: 1,47 г/л (2015), 1,7 г/л (2016 г.), 1,9 г/л (2017), 2,2 г/л (2018 г.) (рис.1). В 2019 году в мае вода у плотины еще была, но отобрать ее оказалось невозможным, в связи с проваливанием в грунт. Минерализация грунтовых вод за период весенних наблюдений с 2015 по 2019 гг. меняется незначительно: в скв. 1 - 4,49 г/л (2015 г.); 3,37 г/л (2016 г.); 3,39 г/л (2017 г.); 2,93 г/л (2018 г.), 3,34 г/л (2019 г.). Сходная ситуация на всех остальных скважинах. По мере удаления от уреза воды засоление повышается значительно, в среднем в 6-7 раз: 3,34 г/л (1 скв.) - 2,69 г/л (2 скв.) - 24,52 г/л (3 скв.). Такая тенденция прослеживается для всех скважин во все года наблюдений. Данный факт подтверждает питание грунтовых вод из водоема, а не наоборот (рис. 1).
03 и №
а
«
4 «
=
8
-0,5
-- -1
воды водоема скважина 1
скважина 2
скважина 3
-- -2
аа
и
-1,5 £
ко
^
Ч
-2,5
скважина 4
2015
1,47
4,49
2,03
27,74
] 2016
1,7
3,37
2,48
2,86
20,47
2017
1,9
3,39
1,83
20,17
2018
2,2
2,93
1,77
22,71
2019
3,34
2,69
24,52
-УГВ, 2015, м
-1,2
-1,4
-♦- УГВ, 2016, м
-1,4
-1,3
-1,4
■к - УГВ, 2017, м
-1,1
-1,3
-1,3
-•-УГВ, 2018, м
-1,7
-1,4
-1,4
-О - УГВ, 2019, м
0
-2,4
-1,6
-1,8
1=12015 ШИ12016 ^И2017 1=12018 11Ш2019
-■-УГВ, 2015, м —УГВ, 2016, м - -к - УГВ, 2017, м —• - УГВ, 2018, м -О - УГВ, 2019, м
Рис. 1. Изменение минерализации поверхностных и грунтовых вод в приплотинной части Чограйского водохранилища в периоды весенних наблюдений с 2015 по 2019 гг.
Анализ результатов данных осенних наблюдений (с 2015 по 2019 гг.) показал сходную картину: засоление поверхностных вод увеличилось в 4 раза по сравнению с 2015 г.: 1,6 г/л (2015), 1,67 г/л (2016
0
-3
0
1
0
2
0
0
г.), 2,47 г/л (2017 г.), 6,9 г/л (2018 г.). В 2019 году в октябре месяце воды у плотины не было, грунтовые воды также не были отобраны в связи с образованием плывунов (рис. 2).
30 т
Т о
-- -0,5 -- -1
-1,5 -- -2 -- -2,5 -- -3 -3,5
«
о о и
3 о о н я
>у -«
Я
се -
и
Ц
св м св Я Я
О
^
4 -
2015
] 2016
«2017
3 2018
УГВ, м, 2015 —♦— УГВ, м, 2016
УГВ, м, 2017
УГВ, м, 2018
Рис. 2. Изменение минерализации поверхностных и грунтовых вод в приплотинной части Чограйского водохранилища в периоды осенних наблюдений с 2015 по 2018 гг.
45 Т
40 --
ч 35 --
-
и 30 --
а 25 --
я
м
Ч я 20 --
а
= 15 --
а
10 --
5 --
0 --
] 2015
3 2019
-УГВ, 2015, м УГВ, 2016, м
- -А- - УГВ, 2017, м —• - УГВ, 2018, м
Ж УГВ, 2019, м
И 2015 а
-УГВ, 2015, м —4
3 2016 1ЖШ
УГВ, 2016, м - -Ь ■
2017 »«ми 2018 Е
УГВ, 2017, м —• - УГВ, 2018, м -
2019
УГВ, 2019, м
0 -0,2 -- -0,4 -- -0,6 -- -0,8 -1 -1,2 -1,4 -1,6 -1,8
Ч О Ев X
3
Ев О
н =
а и
№ =
в
=
Ю
^
Ч и
Рис. 3. Изменение минерализации поверхностных и грунтовых вод в центральной части Чограйского водохранилища в периоды весенних наблюдений с 2015 по 2019 гг.
В центральной части водохранилища Чограйского засоление в 2019 году составило: в мае месяце - 2,25 г/ л, в сентябре - 1,71 г/л. Грунтовые воды, в среднем за все годы наблюдений, увеличивают свою минерализацию по мере удаления от линии уреза: 28,64 г/л (1 скв.); 38,36 г/л (2 скв.). Сравнительный анализ грунтовых вод в весенние периоды изучаемого периода показал увеличение их минерализации с течением времени: например, в 3 скважине - 34,02 г/л (2016 г.), 15,38 г/л (2017 г.), 36,29 г/л (2018 г.), 38,36 г/л (2019 г.) (рис. 3).
В осенние периоды для всех лет наблюдений характерно увеличение засоления грунтовых вод и их заглубление, по сравнению с весенними показателями. В 2019 году не смогли отобрать пробы грунтовых вод, в связи с образованием плывунов (рис. 4).
воды водоема скважина 1 скважина 2
I 12015 Г™"! 2016 ШППШШШШШШШШ 2017 I 12018 т 2019
-«- УГВ, м, 2015 —■— УГВ, м, 2016 - - УГВ, м, 2017 —I— УГВ, м, 2019
Рис. 4. Изменение минерализации поверхностных и грунтовых вод в центральной части Чограйского водохранилища в периоды осенних наблюдений с 2015 по 2019 гг.
Структурно-функциональная организация экотонных систем «вода-суша» Чограйского водохранилища изучалась на трех ключевых участках: первый, ключевой участок « Чограй-база», расположен на левом берегу Чограйского водохранилища, на расстоянии 28 км. к западу от плотины. Коренной берег здесь невысокий, склон выположенный, побережье фестончатого типа. Ширина экотона, при НПУ 22,4 м. была небольшой, до 70 м. Однако, с падением уровня водохранилища в последние годы, увеличилась ширина полосы осушки (флуктуационного блока) и размеры экотона расширились до 500 м. С целью изучения структуры и динамики растительного покрова экотонной системы топоэкологический профиль на территории ключевого участка был заложен от мелководья до зональной растительности, протяженностью более 500 м. На побережье были выделены и исследованы четыре блока экотонной системы: флуктуационный, динамический, дистантный и маргинальный. За время исследований (с 2001 г.) блоки экотона изменялись в размерах, в преобладающих видах почв и фитоценозах.
В мае 2019 года вода отошла от среднемноголетнего уреза на 200 м., образовав очень широкую полосу осушки, относящуюся к флуктуационному блоку экотонной системы. Блок состоял из двух поясов. В первом поясе поверхность почвы была сырая, полностью лишена растительности, с большим количеством ракуши, оставшейся от двустворчатого моллюска. Грунтовые воды в весенний период залегали на глубине 1,25 м., их минерализация составила 28,64 г/л, тип засоления - сульфатно-натриево-хлоридный. Осенью уровень ГВ понизился до 1,5 м., однако пробы отобрать не удалось, в связи с образованием плывуна. Второй пояс осушки был также лишен растительности, лишь изредка встречались редкие проростки тамарикса. Грунтовые воды залегали на глубине 1,7 м., пробы отобрать не удалось из-за образования плывуна. В данных условиях формируются влажно-луговые сильнозасоленные солончаковатые почвы. Лишенная растительности полоса продолжалась до коренного берега.
За время проведенных исследований флуктуационный блок претерпевал значительные изменения: расширение блока во время продолжительного маловодия в результате сброса воды (1999, 2007, 2008, 2013, 2019) и периодические затопления во время наполнения водохранилища. Воздействие гидрорежима водоема вкупе с выпотным типом водного режима почв данного блока привели к засолению почв данного блока, а впоследствии полному отсутствию растительности. Для изучения воздействия флуктуаций водоема на растительность, нами были выбраны годы, с близкими по значению уровню водохранилища (2001 -2004 гг. и 2014-2016 гг. на уровне 22.0 м. - 22.2 м. и 2019 год, когда уровень водохранилища был минимальным - 19.3 м. В таблице представлены виды, произраставшие здесь в разные годы в весенние периоды (табл. 1).
Таблица 1.
Флуктуационный блок (УГВ от 0 м до 1,5 м)
№п/п Виды растений, произраставшие в блоке в годы исследований на побережье Чограйского водохранилища (ключевой участок «Чограй-база»)
2002 2014 2019
1 Phragmites australis Phragmites australis Нет растительности
2 Tamarix ramosissima Tamarix ramosissima
3 Bolboschoenus maritimus Carex stenophylla
4 Puccinellia distans Juncus gerardii
5 Juncus gerardii Frankenia hirsuta
6 Plantago major Puccinellia distans
7 Lotus corniculatus Androsace maxima
8 Calamagrostis epigeios Artemisia santonica
9 Xanthium strumarium Poa bulbosa
10 Crypsis shoenoides
11 Lactuca tatarica
12 Galium verum
13 Salicornia perennans
14 Trifolium fragiferum
15 Lycopus europaeus
16 Torilis japonica
17 Conyza canadensis
18 Inula britannica
19 Potentilla argentea
20 Lepidium ruderale
21 Cirsium arvense
22 Scorzonera taurica
23 Artemisia santonica
24 Tripolium pannonicum
На коренном береге выделяется динамический блок. Здесь произрастали ранее сантониннополынно-тамариксовые (Tamarix ramosissima - Artemisia santonica) сообщества, с ОПП до 15%. В связи с обмелением водохранилища и заглублением грунтовых вод, тамариксовые заросли погибли. Помимо данных факторов, начиная с 2013 года данное сообщество испытывало серьезную нагрузку от выпасаемых здесь
коз, овец и КРС. И к 2018-2019 гг. кусты тамарикса полностью высохли. В настоящее время в данном блоке произрастают осоково-луковичномятликово-полынковые сообщества (Artemisia austriaca - Poa bulbosa - Carex stenophylla). Проективное покрытие сообщества достигает 60%. Обилие доминанта сообщества Artemisia austriaca достигает cop1, lili 25%. Субдоминанты рыхлодерновинный злак Poa bulbosa (ПП 10%) и осока уральская (Carex stenophylla 8%). Из рыхлодерновинных злаков с ПП от 1 до 5% встречались Anisanta tectorum, Eremopyrum triticeum, Eremopyrum orientale. С ПП от 1 до 2% встречались плотнодерновинный злак Puccinellia distans и корневищный злак Elytrigia repens. Из разнотравья с ПП 1-2 % были встречены Erodium cicutarium, Bassia hyssopipholia, Achillea nobilis, Achillea leptophylla. Сорные виды с ПП менее 1% - Lappula squarrosa, Cardaria draba, Marrubium praecox, Marrubium vulgare, Xanthium spinosum, Onopordum acanthium. Общее количество видов в сообществе весной составило 28 видов, осенью - 15 видов. Биологическая продуктивность (воздушно-сухой вес) в мае составила - 164 г/м2. К осени данное сообщество было очень сильно стравлено, биологическая продуктивность (воздушно-сухой вес) составила 14 г/м2 .
Сравнительный анализ видов флоры по блокам показал снижение разнообразия и в динамическом блоке (табл. 2): усыхание, а затем и гибель видов Tamarix laxa, T.ramosissima, связанное с увеличением минерализации и глубины залегания грунтовых вод; выпадение полыни Лерха из-за чрезмерного стравливания скотом, выпасаемых на этой территории.
Таблица 2.
Динамический блок (УГВ от 1,5 м. до 2,5 м.)
№ п/п Виды растений, произраставшие в блоке в годы исследований на побережье Чограйского водохранилища (ключевой участок «Чограй-база»)
2002 2014 2G19
1 Tamarix ramosissima Tamarix ramosissima Artemisia austriaca
2 Calamagrostis epigeios Artemisia santonica Poa bulbosa
3 Artemisia santonica Puccinellia gigantea Anisantha tectorum
4 Xanthium strumarium Frankenia hirsuta Carex stenophylla
5 Lotus corniculatus Phragmites australis Capsella bursa-pastoris
б Descurainia sophia Carex stenophylla Setaria viridis
7 Plantago major Juncus gerardii Erodium cicutarium
8 Phragmites australis Androsace maxima Eremopyrum triticeum
9 Lepidium ruderale Poa bulbosa Holosteum umbellatum
1G Atriplex tatarica Artemisia austriaca Lappula squarrosa
11 Rumex marschallianus Sisymbrium loeselii Onopordum acanthium
12 Cirsium arvense Achillea leptophylla
13 Chenopodium album Arenaria serpyllifolia
14 Amaranthus albus Cardaria draba
15 Polygonum aviculare Eremopyrum triticeum
1б Sedobassia sedoides Hordeum murinum
17 Crypsis shoenoides Rochelia retorta
18 Galium verum Lepidium ruderale
19 Juncus gerardii Galium humifusum
2G Lycopus europaeus Trifolium arvense
21 Lappula brachycentroides Lappula patula
22 Inula britannica Amoria retusa
23 Conyza canadensis Artemisia lerchiana
24 Echinochloa crusgallii
25 Solanum nigrum
26 Onopordum acanthium
Дистантный блок состоял из двух поясов. Растительность первого пояса была представлена луковичномятликово-осоково-полынными (Artemisia santonica, A. austriaca - Carex stenophylla - Poa bulbosa) сообществами. Ol II I достигало весной до 60%, осенью до 10%. Доминантами растительного сообщества являлись виды полукустарничков рода Artemisia: A.santonica, A.lerchiana, A.taurica, A.austriaca. Субдоминанты Poa bulbosa (7%), Carex stenophylla (10%). Из рыхлодерновинных злаков с I II I от 1 до 5% встречались Anisanta tectorum, Eremopyrum orientale. Из разнотравья с I II I 1-2% были встречены Erodium cicutarium, Medicago medicaginoides, Kochia prostrata, Trifolium arvense, Ranunculus oxyspermus . Из плотнодерновинных злаков с I II I 1-2% были встречены Festuca valesiaca, Agropyron desertorum. Сорные травы с ПП 1-2% были представлены видами Lepidium perfoliatum, Capsella bursa-pastoris, Alyssum desertorum, Onopordum acanthium, Veronica triphyllos, Veronica verna. В фитоценозе насчитывается 20 видов высших растений, их биологическая продуктивность колебалась
- 92 г/см2. в весенний период и 35 г/см2. в осенний.
Растительность второго пояса была представлена вострецово-луковичномятликово-полынным сообществом с ОНИ от 30 (осенью) до 50% (весной). Доминирующими видами являлись Artemisia taurica (15%), A.austriaca (9-10%), Poa bulbosa (7%), осенью в сообществе активно вегетировал Anabasis aphylla (1-2%). !омимо доминантов в данном поясе произрастали плотнодерновинные злаки: Leymus ramosus (5%), Agropyron desertorum(1-2%). Из рыхлодерновинных злаков с И от 1 до 5% встречались Anisanta tectorum, Eremopyrum triticeum, Eremopyrum orientale. Из разнотравья были встречены: Tanacetum achilleifolium , Erodium cicutarium, Taraxacum officinale, Veronica verna и другие. Были отмечены и сорные виды растений: Alyssum desertorum, Bromus japonicus, Capsella bursa-pastoris, Crypsis shoenoides, Chenopodium album. Общее количество видов весной достигало 20, осенью в два раза меньше. Биологическая продуктивность варьировала от времени сбора укоса: весной - 92, осенью
- 44 г/см2. ^чвы лугово-каштановые, незасоленные.
Сравнительный анализ растений по блокам в течении ряда лет показывает следующие изменения: произошла смена доминирующих видов полыней: Artemisia santonica сменилась на Artemisia austriaca, и к 2019 году стала преобладать Artemisia taurica. Возможно, это связано в большей степени с чрезмерным стравливанием данного участка побережья (табл. 3).
Таблица 3.
Дистантный блок (УГВ от 2,5 м. до 3,5 м.)
№ п/п Виды растений, произраставшие в блоке в годы исследований на побережье Чограйского водохранилища (ключевой участок «Чограй-база»)
2002 2014 2019
1 Artemisia santonica Artemisia austriaca Artemisia taurica
2 Artemisia austriaca Carex stenophylla Artemisia austriaca
3 Artemisia lerchiana Artemisia taurica Poa bulbosa
4 Sedobassia sedoides Elytrigia repens Carex stenophylla
5 Petrosimonia brachiata Artemisia santonica Anisantha tectorum
6 Poa bulbosa Argusia sibirica Festuca valesiaca
7 Atriplex prostrata Camelina silvestris Agropyron desertorum
S Lactuca tatarica Lepidium latifolium Ranunculus oxyspermus
9 Atriplex tatarica Sedobassia sedoides Medicago medicaginoides
10 Centaurea diffusa Portulaca oleracea Lepidium perfoliatum
11 Polygonum aviculare Euphorbia humifusa Capsella bursa-pastoris
12 Galium humifusum Tanacetum millefolium
13 Eremopyrum triticeum Potentilla argentea
14 Bassia hyssopifolia Tribulus terrestris
15 Potentilla argentea Medicago minima
16 Lepidium ruderale Malva pusilla
17 Elytrigia repens Centaurea diffusa
18 Artemisia taurica Galium humifusum
С 230-250 м. от уреза воды начинался маргинальный блок. Почвы лугово-каштановые, незасоленные, поверхность почвы сухая. Растительность была представлена луковичномятликово-полынным (Artemisia austriaca, Artemisia taurica, Poa bulbosa) сообществом с анабазисом (5-7%). Общее проективное покрытие травостоя от 25 до 55%, число видов от 13 до 26 в разные сезоны года. Кроме полыней-доминантов, в травостое отмечались мятлик луковичный (Poa bulbosa) и анабазис безлистный (Anabasis aphylla), проективное покрытие которых было 5-7%. Из злаков присутствовали многолетние: Leymus ramosus (10%), Festuca valesiaca (1-20%), эфемеры: Anisantha tectorum, Eremopyrum orientale. Эфемеры других семейств были представлены следующими видами: Holosteum umbellatum, Veronica verna. Из разнотравья - Kochia prostrata, Tanacetum achilleifolium, Achillea nobilis. В данном блоке много сорной растительности: Eryngium campestre, Eryngium planum, Cardaria draba, Crypsis shoenoides, Lagoseris sancta, Lappula squarrosa, Capsella bursa-pastoris и другие. Общее количество видов весной достигало 27, осенью 13. Биологическая продуктивность (воздушно-сухой вес) варьировала от времени сбора укоса: весной - S3, осенью - 50 г/см2.
В многолетнем разрезе наблюдаются следующие особенности: количество видов и доминанты фитоценозов практически не изменились, однако в составе фитоценоза стало очень много сорных и вредных видов.
Второй ключевой участок - «Чограй-плотина» - был заложен со стороны нижнего бьефа, перпендикулярно телу плотины. На топоэкологическом профиле были выделены для изучения дистантный и динамический блоки экотонной системы. Структура данного экотона отлична от других в связи с нестандартным расположением блоков. Это можно объяснить заложением профиля вдоль водохранилища от тела плотины.
Сразу от тела плотины был выделен дистантный блок, шириной 28 м. (склон, образованный насыпью плотины). Мезорельеф данного блока измерялся отметками высот от 0 до 4,92 м. Почвы собственно луговые. В данном блоке весной произрастали луковичномятликово-сантониннополынно-пырейные растительные сообщества (Elytrigia repens - Artemisia santonica - Poa bulbosa), осенью - чагераково-пырейно-сантониннополынные (Artemisia santonica - Elytrigia repens - Alhagi pseudalhagi). Общее проективное покрытие сообщества весной составило 50%, осенью - 35%. В весенний период доминируют длиннокорневищный злак Elytrigia repens, проективное покрытие которого 15%, и эфемероид Poa bulbosa, его ПП около 7%. На полукустарнички Artemisia santonica и Artemisia austriaca приходится 12% и 10% соответственно. Осоковые были представлены Carex stenophylla (5%). На полукустарнички Tanacetum achilleifolium и Kochia prostrata приходится 3% и 2% соответственно. Из многолетних трав был отмечен Ranunculus oxyspermus. Оставшаяся половина видов - однолетники - Veronica verna, Bassia hyssopipholia, Petrosimonia brachiata, Polygonum novoascanicum, Bromus japonicus, Holosteum umbellatum, Alyssum desertorum, Eremopyrum orientale, Suaeda salsa. Количество видов весной составило 20, осенью - 23. В осенний период возрастает вегетативная масса полыни сантонинной, увеличивая свое проективное покрытие до 15%. Содоминантом сообщества выступает фреатофит верблюжья колючка обыкновенная (Alhagipseudalhagi) с ПП 10% и высотой до 90-95 см., она постепенно вытесняет остальные виды. ПП сухостоя мятлика луковичного не более 10%. Биологическая продуктивность в весенний период 2019 года составила 127 г/см2., в осенний - 88. Заметна роль антропогенного фактора: в приплотинной части водохранилища много крупного рогатого скота, поедаемые виды растений угнетены, стравлены, их жизненность по трехбалльной шкале оценки жизненности равна 2-3 баллам.
Динамический блок состоит из двух поясов. Первый характеризовался превышением от 4,92 м. до 6,07 м. от тела плотины. Грунтовые воды залегали на глубине 2,4 м., к осени они заглубились до 3 м. По сравнению со всеми предыдущими годами наблюдений, уровень залегания ГВ в данном блоке значительно (в 2 раза) понизился. Тип засоления - хлоридно-сульфатный. Минерализация ГВ составила 3,34 г/л. Почвы - луговые. Растительность весной была представлена тростниково-бескильницево-чагераковым сообществом (Alhagi pseudalhagi-Puccinellia distans-Phragmites australis), сообществом с ОПП 80%. Сообщество двухъярусное: первый ярус высотой до 2-2,5 м., сомкнутостью крон 0,2, образован видами рода Tamarix (T.laxa, T.ramosissima). Во втором ярусе доминирует полукустарник Alhagi pseudalhagi (ПП 20%) и злаки - Puccinellia distans (ПП 15%) и корневищный злак Phragmites australis с проективным покрытием 10% и высотой 50 см. В осенний период преобладали сантониннополынно-чагераковые (Alhagi pseudalhagi - Artemisia santonica) растительные сообщества с ОПП 90%, из них на долю полукустарника Alhagi pseudalhagi приходилось 40%, высота чагерака достигала 80 см. Субдоминант сообщества - Artemisia santonica высотой 48 см. и ПП 30%. Из злаков произрастали Poa bulbosa, Calamagrostis epigeios. Из однолетников были отмечены Anisanta tectorum, Erophila verna, Eremopyrum triticeum, Holosteum umbellatum, Bromus japonicus. Из разнотравья были
встречены Limonium latifolium, Polygonum novoascanicum, Limonium caspium. Из сорных видов -Xanthium spinosum, Chenopodium album, Cardaria draba, Mulgedium tatarica. Количество видов растений варьировало в разные сезоны года - от 22 до 13, биологическая продуктивность также варьировала - от 157 (май) до 245 (сентябрь) г/см2.
Второй пояс динамического блока характеризовался отметками высот от 6,07 до 5,85 м. Грунтовые воды весной залегали на глубине 1,6 м., осенью - 2,5 м. Тип засоления - хлоридно-сульфатный. Минерализация ГВ в весенний период составила 2,69 г/л, в осенний период пробы отобрать не удалось в связи с образованием плывуна. Почвы - луговые. Растительное сообщество двухъярусное. Первый ярус представлен кустарником высотой до 2,5 м. Tamarix laxa - вид с широкой экологической амплитудой по отношению к факторам засоления и увлажнения. Второй ярус в весенний период был представлен ситниково-чагераково-вейниковым сообществом (Calamagrostis epigeios-Alhagi pseudalhagi-Juncus gerardii), с ОПП 90%. Второй ярус, высота которого до 70 см., слагали полукустарничек Artemisia santonica, многолетние злаки - Phragmites australis, Elytrigia repens, Puccinellia distans, Poa bulbosa. Из разнотравья были отмечены Galium humifusum, Egilops cylindrica, Plantago major, Polygonum novoascanicum, Verbascum orientale, Althaea officinalis, Trifolium fragiferum. Сорные виды были представлены Xanthium spinosum, Atriplex tatarica, Alhagi pseudalhagi. Общее количество видов варьировало от 21 до 22 в разные сезоны года. Биологическая продуктивность в весенний период составила 86, в осенний - 380 г/см2.
Дистантный блок зафиксирован с расстояния 66,5 м. от плотины. Мезорельеф изменялся от 5,85 м. до 4,87 м. Почвы - собственно луговые. Характеризуется преобладанием ксерофитных видов, обилием злаков и полыней, а также большей численностью видов в фитоценозе. В пределах данного экотона маргинальный блок представлен мятликово-сантониннополынно-тамариксовым (Tamarix laxa, T.ramosissima-Artemisia santonica-Poa bulbosa) растительным сообществом с ОПП, варьирующим от 70% до 40%. Сообщество двухъярусное : первый ярус, высотой до 2,5 м. и сомкнутостью крон 0.6, образован видами рода Tamarix. Второй ярус был представлен следующими доминантами фитоценоза: полынью сантонинной, на долю которой приходилось 15% от общего проективного покрытия, а также многолетними (Poa bulbosa, Puccinellia distans) и однолетними (Aegilops cylindrica, Anisantha tectorum, Eremopyrum orientale, E.triticeum, Bromus squarrosus) злаками (lili 10-12%). Из разнотравья отмечены: Lagoseris sancta, Lamium amplexicaule, Cardaria draba, Polygonum novoascanicum, Galium aparine, Limonium caspium, Taraxacum officinale и другие. В осенние периоды исследования наблюдалась следующая картина: однолетние злаки сохранились лишь в виде сухостоя, субдоминантом выступали ксерогалофиты Petrosimonia oppositifolia и Petrosimonia brachiata, проективное покрытие которых составило около 30%. Менее 7% приходилось на многолетник Limonium caspium, обилие остальных видов незначительно. Видовое богатство весной гораздо выше (22), чем осенью (16), что объясняется наличием весенних эфемеров (Anisantha tectorum, Holosteum umbellatum, Erophila verna, Lamium amplexicaule, Veronica verna и др.). Вес воздушно-сухой фитомассы в весенний период составил 121, в осенний - лишь 91 г/см2.
Наблюдения за составом и структурной организацией второго ключевого участка показывают, что это наиболее стабильная система, по сравнению с первым и третьим ключами. Связано это с тем, что даже при сильном падении уровня, вода у плотины в большинстве случаев присутствовала, и уровень ГВ здесь был более стабилен, вследствие чего структурные блоки здесь более четко выражены, преобладающие виды в фитоценозах практически одни и те же. Исключение составляет рудеральный ксеромезофит верблюжья колючка Alhagi pseudalhagi. Если до 2012 года она встречалась только в первом поясе динамического блока с ПП менее 10%, то уже, начиная с 2013 года ее ПП стало увеличиваться, и к 2019 году достигло 40% в первом поясе, и 20% во втором поясе динамического блока.
Третий ключевой участок - зона выклинивания подпора (Чограй-хвост) - наиболее динамичная часть водоема, меняющая свое расположение в зависимости от наполнения водохранилища. Экотонные территории очень быстро реагируют на изменения уровня водохранилища. Однако, ввиду мобильности этой части водоема, количество блоков здесь меньше, чаще всего можно выделить флуктуационный и маргинальный блоки, в связи с крутизной релье фа. Флуктуационный блок в периоды наполнения представлен тростниковыми плавнями, в периоды обсыхания территория покрывается солеросовыми или сведово-солеросовыми сообществами.
В 2019 году зона выклинивания подпора была представлена очень широкой полосой осушки до коренного берега. Полоса осушки, входящая во флуктуационный блок, была практически лишена растительности, ПП ее составило менее 5-7%. Здесь единично произрастали проростки Amaranthus albus, Phragmites australis, Puccinellia gigantea, проростки тамарикса. Чуть ближе к коренному берегу встречались виды Ranunculus oxyspermus, Aster tripolium, Eremopyrum triticeum, Aeloropus littoralis, Xanthium spinosum,
Malvapusila. Все они имели lili менее 1%, встречались единично. На полосе осушки с большим обилием встречались ракуши двустворчатого моллюска. Вес воздушно-сухой фитомассы в весенний период 2019 года составил 54 г/см2, в осенний - 61 г/см2
Маргинальный блок, расположенный на коренном берегу (превышение до 3 м), был представлен луковичномятликово-таврическополынными сообществами (Artemisia taurica-Poa bulbosa), с общим проективным покрытием до 40%, дернина стравленных кормовых видов растений составляла 60%. Субдоминанты сообщества - Poa bulbosa (7%) и Achillea leptophylla (5%). В сообществе также встречались другие виды полыней - Artemisia santonica, A.austriaca. Из злаков в меньшем обилии были отмечены многолетники: Festuca valesiaca, Leymus ramosus, Agropyron desertorum и однолетник Eragrostis minor. Также в травостое присутствовали длиннокорневищная осока Carex stenophylla (2%). В весенний период к данным видам добавились эфемеры: Alyssum desertorum, Bromus squarrosus, Holosteum umbellatum, Veronica triphyllos, Trigonella orthoceras и разнотравье: Taraxacum officinale, Medicago minima, Ranunculus oxyspermus, Trifolium arvense, Polygonum aviculare, Crypsis shoenoides, Ornithogalum kochii, Tulipa bibersteiniana, Malva pusila и др. Из сорных видов присутствовали Lepidium ruderale, Lepidium perfoliatum, Chenopodium album, Cardaria draba, Capsella bursa-pastoris, Lappula squarrosa, Descurainia sophia, Tribulus terrestris. Общее число видов растений в этом блоке варьировало в разные сезоны от 15 до 35. Вес воздушно-сухой фитомассы в весенний период 2019 года составил 100 г/ см2., в осенний - 96 г/см2.
Флористический анализ экотонных систем «вода-суша» водохранилища показал, что в пределах территории экотона «вода-суша» на побережье Чограйского водохранилища было выявлено 159 видов высших цветковых растений, относящихся к 29 семействам и 109 родам [3].
Особое внимание уделяется систематическому составу флоры, в частности, анализу распределения первых 10 ведущих семейств, представленность которых уже отражает и комплекс почвенно-климатических факторов, и историю, и современное состояние флоры, испытывающей влияние человека. В видовом отношении самые многочисленные семейства: Asteraceae (25), Poaceae (25), Chenopodiaceae (22), Brassicaceae (13) и Fabaceae (10). Остальные 24 семейства представлены от 1 до 6 видов (рис. 5).
□ Asteraceae
□ Poaceae
□ Chenopodiaceae
□ Brassicaceae ^Fabaceae
□ Boraginaceae ELaimaceae
И Polygonaceae 0 Geraniaceae ■ Liinoniaceae
Рис. 5. Распределение видов растений Чограйского водохранилища по семействам
Большую часть растений исследуемой территории составляют монокарпические и поликарпические травы, на долю которых приходится 52,8% (84) и 38,4% (61) соответственно. Полудревесные формы представлены полукустарничками 5,6% (9) и полукустарниками - 1,9% (3), древесные - кустарниками 1,3% (2) (рис. 6).
Е малолетние травы
□ многолетние травы О -полуку старннчки
□ полукустарники 0 кустарники
Рис. 6. Анализ жизненных форм растений, встреченных в экотонной зоне «вода-суша»
Чограйского водохранилища
По отношению к водному режиму и засолению выявлено 5 экологических групп: ксерофиты - 32,7% (52), мезофиты - 23,3% (37), галофиты - 5,6% (9), гигрофиты - 1,9% (3), гидрофиты - 1,3% (2), а также переходные формы: ксеромезофиты - 20,1% (32) и мезоксерофиты - 15,1% (24) (рис. 7).
5.6 1,91,3
Ш кс ер оме зо фит 0 мез оке ер о фит
□ ксерофит j 0 мезофит
□ галофит И гигрофит
□ гидрофит
Рис. 7. Анализ экологических групп растений по отношению к факторам засоления и
увлажнения, встреченных в экотонной зоне «вода-суша» Чограйского водохранилища
Из редких и находящихся под угрозой исчезновения растений, занесенных в Красную книгу Республики Калмыкия, в экотонной системе побережья Чограйского водохранилища встречаются следующие виды: лисохвост тростниковый (Alopecurus arundinaceus), скрытница колючая (Crypsis aculeata), аистник Гефта (Erodium hoefftianum), герань холмовая (Geranium collinum), ирис низкий (Iris pumila), ирис кожистый (Iris scariosa), кермек плосколистный (Limonium platyphyllum), птицемлечник Коха (Ornithogalum kochii), тюльпан Геснера (Tulipa gesneriana).
Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать следующее заключение:
Выполненные исследования за период с 2001 по 2019 год показали ухудшение экологического состояния Чограйского водохранилища: уменьшение площади водной поверхности практически втрое (130,4 км2. в 2001 г. и 36,11 км2. в 2019 г.), повышение минерализации вод водоема в два раза (1,1 г/л в 2001 г. и 2,25 г/л в 2019 г.).
Изучение структурно-функциональной организации экотонной системы «вода-суша» в долговременном аспекте показывает, что экотоны, расположенные в разных частях водохранилища по-разному реагируют на изменения гидрорежима водохранилиша. Наиболее динамичной частью водоема является зона выклинивания подпора, меняющая свое расположение в зависимости от наполнения водохранилища.
Экотонные территории, формирующиеся в этих условиях, наиболее мобильны, они очень быстро реагируют на изменения уровня водохранилища. Количество блоков здесь минимально, что связано с крутизной рельефа в данной зоне водоема, чаще всего выделяются флуктуационный и маргинальный блоки. Флуктуационный блок в периоды наполнения представлен тростниковыми плавнями, в периоды обсыхания территория покрывается солеросовыми или сведово-солеросовыми сообществами. Маргинальный блок - практически не изменен, представлен злаково-луковичномятликово-таврическополынными сообществами. Менее динамичной, по сравнению с зоной выклинивания подпора, являются экотонные системы центральной части водохранилища, расположенные на его левобережье. Здесь выделяются все блоки экотонной системы. За время проведенных исследований флуктуационный блок претерпевал значительные изменения: расширение блока во время продолжительного маловодия в результате сброса воды (1999, 2007, 2008, 2013, 2019) и периодические затопления во время наполнения водохранилища. Воздействие гидрорежима водоема вкупе с выпотным типом водного режима почв данного блока привели к засолению почв данного блока, а впоследствии полному отсутствию растительности. В динамическом блоке левобережья центральной части водохранилища с течением времени произошло сначала усыхание, а затем и гибель видов Tamarix laxa, T.ramosissima, связанное с увеличением минерализации и глубины залегания грунтовых вод; выпадение полыни Лерха из-за чрезмерного стравливания скотом, выпасаемых на этой территории. В дистантном блоке произошла смена доминирующих видов полыней: Artemisia santonica сменилась на Artemisia austriaca, и к 2019 году стала преобладать Artemisia taurica. Возможно, это связано с чрезмерным стравливанием данного участка побережья. Наиболее стабильным оказался маргинальный блок: количество видов и доминанты фитоценозов практически не изменились, однако в составе фитоценоза стало очень много сорных и вредных видов.
Самыми стабильными экотонными системами побережий Чограя являются системы, сформированные в приплотинной части водохранилища. Связано это с тем, что даже при сильном падении уровня, вода у плотины в большинстве случаев присутствовала, и уровень ГВ здесь был более стабилен, вследствие чего структурные блоки здесь более четко выражены, преобладающие виды в фитоценозах практически одни и те же. Исключение составляет рудеральный ксеромезофит верблюжья колючка Alhagi pseudalhagi. Если до 2012 года она встречалась только в первом поясе динамического блока с проективным покрытием (I II I) менее 10%, то уже, начиная с 2013 года ее I II I стало увеличиваться и к 2019 году достигло 40% в первом поясе, и 20% во втором поясе динамического блока.
Анализ флористического разнообразия экотонных систем «вода-суша» водохранилища выявил 159 видов высших цветковых растений, относящихся к 29 семействам и 109 родам.
Таким образом, падение уровня Чограйского водохранилища и удержание его на низких значениях (ниже 21,0 м.), приводящее к длительному осушению мелководий, в аридных условиях республики нарушает нормальное функционирование его экосистем. При этом происходят следующие процессы: гибель тростниковых плавней, производящих значительную биопродукцию и осуществляющих роль биофильтров и регуляторов потоков вещества между сушей и водоемом, усыхание и гибель тамариксовых поясов, снижение биоразнообразия растительности, вселение сорных и рудеральных видов.
В засушливых условиях очень важно грамотное управление уровнем водохранилища, а также состоянием биокомплекса мелководий, так как именно здесь идут активные процессы аккумуляции загрязняющих веществ и токсинов, а также процессы биологического очищения воды. Нарушения этих процессов сказываются как на функционировании водных экосистем всего водоема, так и на состоянии биотических компонентов наземных экосистем побережья. Поэтому управление режимом уровня водохранилищ требует разработки экологически обоснованных программ и сезонного графика контролируемых попусков воды с учетом времени и длительности репродуктивных циклов водных и наземных организмов. Проблема экологического нормирования допустимых изменений водного режима экотонных систем в настоящее время является наиболее актуальной в целях недопущения гидрорежима водоемов, которые способствуют засолению территорий и снижению природного биоразнообразия.
1. Залетаев В.С. Структурная организация экотонов в контексте управления // Экотоны в биосфере / под ред. В. С. Залетаева. М.: РАСХН, 1997. С. 11-30.
2. Новикова Н.М., Уланова С.С. Эколого-географическая оценка искусственных водоемов Калмыкии и экотонных систем «вода-суша» на их побережьях // Проблемы региональной экологии. 2008. N° 2. С. 33-39.
3. Уланова С.С. Экологическая паспортизация искусственных водоемов Кумо-Манычской впадины в пределах Республики Калмыкия: монография / С. С. Уланова; отв. ред. Н. М. Новикова; рец.: Ж. В. Кузьмина, А. П. Богун. Элиста: Джангар, 2014. 180 с.
