CC BY
24
УДК 528.88:633.l
ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТИТЕЛЬНОСТИ ЗАЛЕЖНЫХ ЗЕМЕЛЬ ОКРЕСТНОСТЕЙ г. ЧЕРНОГОРСКА РЕСПУБЛИКИ ХАКАСИЯ
Е. Ю. Жукова, Е. А. Андрианова
Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова
В статье представлена характеристика четырех фитоценозов на залежных землях в окрестностях г. Черногорска Республики Хакасия. Проведён сравнительный анализ спектральных данных снимков Landsat и наземных исследований.
Ключевые слова: залежные земли, спектральный индекс, продуктивность.
Восстановление растительности на месте пашни относится к демутационным вторичным сукцессиям, и оно интересно с позиции динамики растительности. С другой стороны, изучение состояния залежей вокруг городов имеет практическое значение, поскольку можно определить пути максимально эффективного использования данных сообществ. Кроме этого, растительность как компонент биогеоценозов, являясь первичным звеном пищевой цепи, представляет собой удобный индикатор состояния окружающей среды, например, для оценки её загрязнения.
В связи с этим целью исследования является проведение геоботанического описания растительности залежей в окрестностях г. Черногорска Республики Хакасия и сопоставление полученных данных с данными спутникового мониторинга.
Тестовый участок, где были заложены четыре стационарные площадки, располагался на территории Уйбатского равнинно -холмистого солонцеватого геоботанического района. Интенсивность радиации за теплый период года составляет 36,0 ккал/см2, сумма температур за этот период равнялась l950°, осадки составили 270 мм при общем годовом количестве 300 мм. Зональные степные почвы занимают 56, l %, в том числе каштановые - 7,0 и чернозёмы (при преобладании южных чернозёмов) - 49,1 %. Наиболее типичны здесь мелкодерновинные настоящие степи в типичном варианте четырехзлаковой степи, выделенной исследователем В. В. Ревердатто [l]
Методика исследования. При геоботаническом обследовании взят за основу метод стационарных площадок, размер площадки - 100 м2. Такие параметры исследования, как аспект, проективное покрытие, ярус-ность, фенофазы, жизненность растений и урожайность фитоценоза, определялись по стандартным геоботаническим методикам. Определение урожайности проводилось укосным методом с участков пллощадью l м2, по-вторность укосов трёхкратная - в июне, июле и августе. Укосы разбирались на ботанические группы и взвешивались в сыром и сухом виде, затем значения переводились в ц/га. Жизненные формы мы определяли по К. Ра-ункиеру [3], экологические группы - по А. В. Куминовой и Ю. М. Маскаевой [l]. Координаты участков растительности, где отбирались пробы, фиксировались GPS-приемником.
Атмосферная коррекция снимков (в модуле FLAASH) и расчёт спектральных индексов осуществлялись средствами программы ENVI 4.7. Вегетационный индекс (NDVI) использовался для оценки фотосинтетически активной биомассы, для измерения содержания воды применялся водный индекс (NDWI) [2].
Результаты геоботанического обследования разнотравно-вейникового фитоценоза с примесью вяза приземистого (Ф. l) представлены в таблице l.
В сообществе, имеющем общее проективное покрытие 60 %, обнаружено 7 видов растений, принадлежащих к семействам Ulmaceae, Poaceae, Scrophulariaceae, Rosaceae. Доминантами в обнаруженном сообществе являются Ulmus pumila, Calamagrostis epigeios, Potentilla longifolia. Следует отметить, что Ulmus pumila представлен порослью, которая ещё не достигла своих максимальных размеров.
В указанном фитоценозе выделено три яруса. К самому высокому, первому, ярусу принадлежит кустарник Ulmus pumila, ко второму ярусу - Calamagrostis epigeios и Potentilla multifida, к третьему - Agrostis gigantea, Veronica incana, Potentilla longifolia, Linaria vulgaris. Период цветения у большинства растений начинается с конца июня и продолжается до июля.
Таблица 1
Геоботаническое описание разнотравно-вейникового фитоценоза с примесью вяза приземистого
№ п/п Название видов растений ПП, % Ярус Высота растений, см Фенофаза Жизненность
1 Ulmus pumila L. 20 I 50-120 вегетация 3б
2 Agrostis gigantea Roth 5 III 20 зрелые плоды 3б
3 Veronica incana L. 0,5 III 10-15 цветение 3б
4 Calamagrostis epigeios (L.) Roth. 25 II 30-50 цветение 3б
5 Potentilla longifolia Willd 10 III 20-30 цветение 3б
6 Linaria vulgaris Mill 10 III 20 цветение 3б
7 Potentilla multifida L. 5 II 35 цветение 3б
Примечания. Дата составления описания - 14.07.12; географическое положение фитоценоза - окрестности г. Черногорска, северовосточная часть, в 2-х км от жилых домов, в 200-х м от грунтовой дороги; общий характер рельефа - рельеф выровненный; условия водоснабжения — грунтовые воды, осадки; использование - залежь (12 лет); общее проективное покрытие составляет 60 %; аспект фитоценоза - зеленый.
Некоторые из представленных видов имеют практическое значение. Например, Ulmus pumila используют для озеленения, виды Agrostis gigantea, Calamagrostis epigeios, Potentilla longifolia имеют кормовое значение, а Veronica incana является лекарственным и медоносным растением.
Второй фитоценоз - разнотравно-лапчатко-вейниковый (Ф. 2) - также представлен на залежных фитоцено-зах (табл. 2). В данном сообществе, имеющем общее проективное покрытие 40 %, обнаружено 7 видов растений, принадлежащих к семействам Scrophulariaceae, Asteraceae, Asteraceae, Limoniaceae, Poaceae, Rosaceae. Доминантами в данном фитоценозе являлись Calamagrostis epigeios и Potentilla longifolia. В этом фитоценозе выделено только 2 яруса растений. К первому ярусу принадлежит Artemisia scoparia и Calamagrostis epigeios. Период цветения у большинства растений начинается с конца июня и продолжается до августа.
Artemisia scoparia является лекарственным и кормовым растением, Calamagrostis epigeios, Potentilla longifolia относятся к кормовым.
Разнотравно-полынно-мятликовый фитоценоз (Ф. 3) имел общее проективное покрытие 50 % и включал 6 видов, относящихся к семействам Asteraceae, Poaceae, Lamiaceae (табл. 3). Доминантами в данном сообществе являлись Poa angustifolia и Artemisia absinthium. В фитоценозе выделено два яруса. К первому ярусу принадлежит Poa angustifolia, Artemisia glauca и Artemisia scoparia, ко второму - Dracocephalum thymiflorum, Artemisia absinthium, Taraxacum officinale. Период цветения длится с конца июня до начала августа. Poa angustifolia -кормовое растение, Taraxacum officinale - лекарственное, кормовое и медоносное.
Таблица 2
Геоботаническое описание разнотравно-лапчатко-вейникового фитоценоза
№ п/п Название видов растений ПП, % Ярус Высота растений, см Фенофаза Жизненность
1 Artemisia scoparia Waldst et Kit 4 I 30-40 цветение 3б
2 Aster altaicus Willd 5 II 25-30 цветение 3б
3 Goniolimon speciosum (L.) Boiss 5 II 25-30 цветение 3б
4 Poa angustifolia (L.) Arcang 5 II 25-30 осыпание семян 3б
5 Calamagrostis epigeios (L.) Roth 20 I 30-50 цветение 3б
6 Potentilla longifolia Willd 15 II 20-30 цветение 3б
7 Linaria vulgaris Mill 2 II 20 цветение 3б
Примечания. Дата составления описания - 14.07.12; географическое положение фитоценоза - окрестности г. Черногорска, северовосточная часть, в 4 км от жилых домов, в 500 м от грунтовой дороги; общий характер рельефа — рельеф с уклоном; условия водоснабжения — грунтовые воды, осадки; использование - залежь (12 лет); общее проективное покрытие составляет 40 %; аспект фитоценоза - зеленый.
Таблица 3
Геоботаническое описание разнотравно-полынно-мятликового фитоценоза
№ п/п Название видов растений ПП, % Ярус Высота растений, см Фенофаза Жизненность
1 Dracocephalum thymiflorum L. 2 II 16 цветение 3б
2 Artemisia absinthium L. 20 II 15 цветение 3б
3 Poa angustifolia (L.) Arcang 25 I 30 осыпание семян 3б
4 Taraxacum officinale Wigg 2 II 10-12 осыпание семян 3б
5 Artemisia scoparia Waldst et Kit 2 I 30 цветение 3б
6 Artemisia glauca Pall ex Willd 2 I 40 цветение 3б
Примечание. Дата составления описания - 14.07.12; географическое положение фитоценоза - окрестности г. Черногорска, северовосточная часть, в 6 км от жилых домов, в 500 м от грунтовой дороги; общий характер рельефа — рельеф выровненный; условия водоснабжения — грунтовые воды, осадки; использование - залежь (15 лет); общее проективное покрытие составляет 50 %; аспект фитоценоза -зеленый.
Ползунково-ячменный фитоценоз (Ф. 4), отличался тем, что располагался в условиях высокой влажности почвы. В сообществе обнаружено два вида: Hordeum jubatum Ь. (первый ярус) и Halerpestes п^п^ (Jacq.) Ovcz. (второй ярус). Общее проективное покрытие фитоценоза выше, чем у остальных рассмотренных, он составляет 80 %. Цветут растения в июне, июле. Hordeum jubatum в посевах является сорным растением, Halerpestes п^п^ имеет кормовое значение.
Таким образом, больше всего видов растений обнаружено в разнотравно-вейниковом (Ф. 1) и разнотравно-лапчатко-вейниковом (Ф. 2) фитоценозах с примесью вяза приземистого. Самым большим общим проективным покрытием (80 %) характеризуется ползунково-ячменный фитоценоз. В среднем число ярусов растений в обнаруженных фитоценозах составляет 2-3.
Состав жизненных форм и экологических групп в изученных фитоценозах даёт представление об условиях окружающей среды. Преобладающей жизненной формой, по К. Раункиеру [3], являлись гемикриптофиты, что типично для растительности зоны умеренных широт, а экологической группой - мезоксерофиты, за исключением четвёртого фитоценоза.
Важным показателем для оценки состояния фитоценозов является их урожайность. Как видно из рисунка 1, все фитоценозы имели небольшую урожайность - сырая фитомасса от 8 до 11 ц/га, сухая - от 6,5 до 9 ц/га.
В целом сухая фитомасса к концу сезона уменьшается на 1-2 ц/га, кроме четвёртого фитоценоза. Урожайность сообществ по группам представлена на рисунке 2.
В целом преобладающей группой являлись злаки, на втором месте стоит разнотравье (в Ф. 3 - полыни), на третьем - ветошь.
Спутниковые данные (снимки Landsat 7) были получены для следующих дат: 23.06.12, 25.07.12, 01.08.12, 10.08.12, 02.09.12, 11.09.12, 27.09.12. Вегетационный индекс подтвердил наземные данные о том, что самым продуктивным фитоценозом являлся Ф. 3, однако по спутниковым данным вторым по продуктивности оказался Ф. 4, а не Ф. 2 и Ф. 1 (рис. 3). Возможно, это связано с особенностями видового состава фитоценозов и пигментным составом доминантных растений.
Следует отметить, что Ф. 4, расположенный на увлажненной почве, также более слабо реагировал на засуху в конце июля, по сравнению с Ф. 3 (снижение для Ф. 3 составило 0,3 в сравнении Ф. 4 с 0,36 до 0,25). К
августу фитоценозы имели сходные значения вегетационного индекса.
Рис. 1. Общая урожайность фитоценозов за вегетационный сезон (сырая масса - слева, сухая - справа)
Рис. 2. Урожайность фитоценозов (сухая фитомасса), июнь 2012 г.
Рис. 3. Сезонный ход вегетационного индекса по данным Landsat 7
Ф. 1 и Ф. 2 имели в целом сходные показатели спектрального индекса и его сезонный ход, что подтверждалось сходным видовым составом и продуктивностью сообщества.
В начале августа наблюдался провал в вегетационной кривой, вероятно, связанный с метеоусловиями (засуха и высокая температура). Аналогичный провал прослеживался и в кривой индексов влагосодержания (рис. 4-5).
Более выраженные различия между сообществами проявлялись в отношении содержания воды, которое определяли по двум индексам влагосодержания: NDWI 1640 (4 и 5 каналы снимка Landsat) и NDWI 2130 (4 и 7 каналы снимка Landsat). NDWI 1640 в данных условиях показал более выраженные различия между фитоценозами. Сезонный ход индексов влагосодержания был сходен. Наибольшее количество воды, согласно спутниковым данным, показал Ф. 3, причём содержание воды уменьшилось с 0,2 до -0,07. На втором месте по содержанию воды находился Ф. 4. В нём к началу августа - началу сентября количество воды возрастало, к концу сентября снижалось. Несмотря на то, что вегетационные индексы у Ф. 1 и Ф. 2 практически не отличались по значениям, в отношении индексов влагосодержания имелись существенные различия. Возможно, данный факт связан с условиями рельефа: Ф. 1 располагался в низине на равнинном участке, а Ф. 2 - на склоне. Ф. 2 испытывал колебания индекса влагосодержания, т. е. был более чувствительным по отношению к воде, в отличие от Ф. 1, в котором содержание воды плавно снижалось в течение вегетационного сезона. К концу сентября содержание воды во всех растительных сообществах снижалось до одинакового уровня.
Рис. 4. Сезонный ход индекса влагосодержания (ЫОШ1640) по даннымLandsat 7
Рис. 5. Сезонный ход индекса влагосодержания (ЫйШ2130) по даннымLandsat 7
Таким образом, спектральные индексы Landsat в целом подтвердили данные наземных исследований и позволили выявить закономерности сезонного развития растительности залежей на территории тестового участка. Спутниковая информация позволила выявить наиболее продуктивное сообщество, определить наиболее информативный спектральный индекс для целей картирования - 1640.
Библиографический список
1. Куминова, А. В. Геоботаническое районирование / А. В. Куминова, Ю. М. Маскаев // Растительный покров Хакасии. - Новосибирск, 1976. - С. 309-367.
2. Жукова, Е. Ю. Сезонная динамика продуктивности агроценозов Юга Минусинской котловины / Е. Ю. Жукова, А. П. Шевырногов, В. М. Жукова, Т. М. Зоркина, И. Ю. Пугачева // Вестник Томского государственного университета. - 2009. - № 323. - С. 354-357.
3. Фитоценология: учебное пособие / сост. Т. М. Зоркина. - Абакан: Изд-во ХГУ им. Н. Ф. Катанова, 2003. - 48 с.
© Жукова Е. Ю., Андрианова Е. А., 2013
