Методика оценки нарушений в наземных экосистемах и ландшафтах в результате климатических и гидрологических изменений

Ж. В. Кузьмина; С. Е. Трешкин

- ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМ И ИХ КОМПОНЕНТОВ -

УДК 574.474

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ НАРУШЕНИЙ В НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ И ЛАНДШАФТАХ В РЕЗУЛЬТАТЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ И ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ1

* Институт водных проблем Российской академии наук Россия, 119333, г. Москва, ул. Губкина, д. 3. E-mail: jannaKV@yandex.ru ** Федеральное агентство научных организаций Россия, 119334, г. Москва, Ленинский просп., д. 32а. E-mail: biost@yandex.ru

В работе изложен алгоритм установления нарушений в экосистемах и ландшафтах на основе совокупной оценки изменений нескольких живых и неживых компонентов экосистем. Заключительным этапом такой оценки нарушений является применение «Метода оценки нарушений в околоводных экосистемах при изменении обводненности территорий» (Кузьмина, Трешкин, 2012, 2014; Кузмина и др., 2013). Показаны биологические критерии и показатели, используемы для оценки нарушений при изменении обводненности территорий. Для использования метода подробно описаны требования к выбору и закладке модельных участков, проведению обследований, получению и обработке полученных полевых материалов, кроме того подробно описана работа с методом и даны практические примеры его применения для разных зон.

Ключевые слова: уровень грунтовых вод, ожелезнение и оглеение почв, пойменные экосистемы, динамика растительности, флуктуационная изменчивость, виды-индикаторы нарушений водного режима, изменение кормовой ценности лугов, биоразнообразие сообществ.

Вопрос о выявлении нарушений в наземных экосистемах связан в первую очередь с тем, к каким типам экосистем они относятся (Кузьмина, 2017). Для зональных экосистем основным лимитирующим фактором является термический режим, определяющийся географической зональностью, а нормальным состоянием считается климаксовое или близкое к нему, т.е. более-менее стабильное состояние, которое является заключительным в развивающейся сукцессии и может существовать неопределенно долгое время в результате достигнутого равновесия с физической средой (Данилов-Данильян и др., 2002).

Наземные околоводные интразональные (пойменные, долинные, прибрежные у озер, водохранилищ, прудов, морей) экосистемы отличаются от зональных прежде всего чрезвычайной динамичностью своего существования (появления, формирования, гибели). Это связано с определяющим, т.е. лимитирующим их существование, фактором среды -водным или гидрологическим, который по своей природе очень изменчив. Динамика русловых и гидрологических процессов в связи с естественными климатическими и антропогенными - гидротехническими воздействиями приводит к смене условий увлажнения и быстрым, а иногда и катастрофическим изменениям в экосистемах (Novikova et al., 1998, 2001; Трешкин, Кузьмина, 1989, 1993; Панкова и др., 1994, 1996; Кузьмина, 1997а, 2005а, б; Kuzmina, 2004; Kuzmina et al., 2005; Кузьмина и др., 2011а, б). Все это

1 Работа выполнена по теме НИР 1.3.8 за 2013-2017 гг. «Разработка оценочных показателей и критериев трансформации наземных экосистем в связи с изменением водного режима территорий» в рамках научно-исследовательской работы (НИР) 1.3. фундаментальных исследований ИВП РАН «Разработка научных основ теории формирования качества вод суши, методов исследования динамики водных и наземных экосистем, совершенствование комплексного мониторинга водных объектов», № государственной регистрации 01201357580.

приводит к возникновению многочисленных переходных состояний (иногда также связанных с естественными внутренними процессами развития экосистем, например, возрастные стадии лесов) этих экосистем и сообществ, складывающихся в сукцессионные и трансформационные ряды, которые в некоторых могут случаях приводить к отдаленно напоминающим климаксовые - к так называемым "материнским ядрам" экосистем и сообществ (Сочава, 1972, 1979).

В настоящее время в оценке околоводных наземных экосистем и ландшафтов основные трудности возникают в связи с их чрезвычайной динамичностью, очень сильным прямым (фото 1) и косвенным (фото 2) антропогенным воздействием, климатическими изменениями (фото 3), возникающими многочисленными переходными состояниями экосистем и неразработанностью основных показателей и критериев оценки возникающих изменений (Кузьмина, 2017).

Фото 1. Изменение естественных экосистем при раскорчевке территории (удалении верхнего древесно-кустарникового яруса) является прямым антропогенным воздействием; водораздел р. Павловки, бассейн Верхней Волги, пос. Павловичи Талдомского района Московской области, июль 2017 г. (здесь и далее фото Ж.В. Кузьминой). Photo 1. Changes of natural ecosystems at the territory stubbing (removing of the top tree-shrub layer) is the direct anthropogenic impact; the Pavlovka river watershed, the Upper Volga basin, Pavlovichi, Taldom District, Moscow Region, July 2017 (here and below photos taken by Zh.V. Kuzmina).

В то же время встает вопрос, а как, собственно, возможно разделить изменения экосистем длительные, динамические, естественные, происходящие за очень продолжительный (многосотлетний или более) период, и современные (более краткие -менее ста лет) динамические, происходящие в результате антропогенных воздействий или климатических флуктуаций? Здесь невозможно обойтись без изучения многолетних климатических и гидрологических изменений, анализ которых даст ответ на вопрос о возможном нарушении влажностно-температурного режима территории по естественным или антропогенным причинам (Kuzmina, 2004; Kuzmina et al., 2005; Кузьмина, 2005а, б,

2007а, б, 2017; Кузьмина и др., 2011а, б; Кузьмина, Трешкин, 2014а, 2016а, б). В то же время, если не будут установлены климатические или гидрологические изменения для выбранной территории в условиях слабого прямого антропогенного воздействия, можно утверждать, что все изменения экосистем носят длительный естественный характер.

Фото 2. Косвенное антропогенное воздействие отмечается на прилегающих к плотинам и шлюзам территориях в результате воздействия измененной среды на изначальные экосистемы при зарегулировании речного стока; плотина со шлюзом у г. Штраубинг в бассейне верхнего Дуная, Германия, 1998 г. Photo 2. Indirect anthropogenic impact in the areas, adjoining dams and floodgates, as the result of the changed environment impact on the origin ecosystems during the overregulation of the river flow; the dam with a floodgate near Straubing, Germany, in the Upper Danube basin in 1998.

Данная работа посвящена разработке критериев и показателей оценки трансформаций наземных околоводных экосистем в целом (на основе совокупной оценки ее отдельных живых, неживых и условно-живых компонентов) в современных быстро меняющихся условиях среды (по естественным - климатическим и антропогенным - гидротехническим причинам).

Оценка нарушений околоводных наземных экосистем по основным эколого-биологическим показателям вследствие климатических и гидрологических изменений

Как отмечалось выше, для выявления и оценки нарушений околоводных экосистем необходимо выполнять работы по двум основным направлениям. В первую очередь необходимо оценивать многолетние изменения атмосферных осадков (Кузьмина, 2007а, б, в; Kuzmina, 2004) и речного стока (Кузьмина, 2005а, б; Кузьмина и др., 2000; Kuzmina et al., 2005) в районах работ и выявлять особенности затопления пойм при зарегулировании. После

этого следует изучать закономерности трансформации природной среды во времени, в том числе при зарегулировании (Кузьмина, 2005а, б): а) определять основные тенденции развития природных комплексов, б) устанавливать виды растений и сообщества -индикаторы зарегулирования или иначе - индикаторы изменения водного режима территорий, в) выявлять индикационное изменение структуры сообществ, г) строить эволюционно-динамические ряды природных комплексов для разных режимов фунционирования пойм.

Фото 3. Подтопление нижней и средней поймы р. Дубны в летний (обычно меженный) период в районе д. Окаемово в результате климатических изменений (гумидного потепления - увеличения выпадения атмосферных осадков на фоне повышения температуры воздуха), конец июля 2017 г., Сергиево-Посадский район Московской области, бассейн Верхней Волги. Photo 3. Flooding of the lower and middle floodplain of the Dubna river during summer period (usually, low water period), near Okayomovo, the Upper Volga basin, as the result of climatic changes (humid temperature rising), the end of July 2017, Sergiyevo-Posadsky District, Moscow region.

Установление способа оценки гидротехнического воздействия на экосистемы базируется на многолетних (1996-2010 гг.) полевых исследованиях авторов, которые проводились в разных зонах и подзонах: широколиственных лесов (бассейны рек Эльбы, Саале, Дуная), в лесостепной и степной (бассейн р. Сейм), полупустынной (бассейн Нижней Волги) и пустынной (бассейн рр. Амударьи, Теджен, Мургаб, Сумбар). Исследования проводились в разные по водности годы, на реках и их участках - с естественным (незарегулированным) стоком и при зарегулировании. Анализ полевых материалов проводился на основе многолетнего сравнения данных и мониторинга более 20 поперечных (расположенных перпендикулярно основному руслу водотоков) топо-экологических инструментальных профилей протяженностью от 300 м до 2 км, на которых проводились сезонные ежегодные наблюдения за изменением растительности, почв и уровнем грунтовых вод (УГВ) с подробным описанием растительности и почвенных разрезов, отбором почвенных проб для

дальнейших анализов и измерением установившегося уровня безнапорных грунтовых вод и открытой (свободной) поверхности водных объектов (рек, проток и каналов).

На основании анализа этого большого материала для установления влияния климатических изменений и антропогенного преобразования речного стока на растительность и экосистемы в целом была разработана система основных эколого-биологических показателей, изменение которых отражает возникновение и развитие процессов нарушений в экосистемах или иначе - развития гидрогенной динамики компонентов экосистем (Кузьмина, Трешкин, 2010), среди которых: а) изменение характера залегания уровня грунтовых вод в меженный период по сравнению с первоначальным (учитываются среднемноголетние значения УГВ), б) изменение в характере почвообразовательных процессов в почвах (мощность гумусового горизонта, солевой профиль, глубина глеевого горизонта, наличие ожелезнения), в) изменение структурной организации сообщества (сокращение количества ярусов), г) снижение продуктивности агро-и естественных биоценозов, д) обеднение состава экосистем (образование маловидовых, монодоминантных и сорнотравных биоценозов, непригодных для с/х производства), е) количественные и качественные изменения видового разнообразия естественных ценозов (в 2-5 раз) по сравнению с первоначальными, ж) сокращение флуктуационной изменчивости видового состава растительных сообществ (доля постоянных видов растений в нарушенных и переувлажненных экосистемах обычно превышает 70% от ежегодного и 50% от многолетнего флористического списка), з) присутствие в составе сообществ видов растений - индикаторов изменения водного режима территорий. Начальные изменения в экосистемах при развитии гидрогенной динамики (неогидроморфизма) выявляются по высокой скорости сукцессионных (необратимых) смен растительности и по быстрому изменению флористического состава в первые годы нарушений. Нарушения в ландшафтах под влиянием современного неогидроморфизма могут быть установлены на основе видов растений-индикаторов. Последние различаются по составу в зависимости от: а) гранулометрического состава почвообразующих пород, б) изменений характера залегания УГВ, в) изменений в распределении атмосферного увлажнения (в том числе вероятностного характера поверхностных затоплений). Данный подход к изучению трансформации экосистем под влиянием неогидроморфизма апробирован авторами (1999-2001 и 20092010 гг.) на конкретных ключевых участках как в зоне широколиственных лесов и лесостепи, так и в зоне южной тайги в разных исходных ландшафтно-экологических условиях.

Таким образом, прежде чем говорить об оценке нарушений в экосистемах, хотелось бы еще раз напомнить выделенные эколого-биологические показатели для наземных околоводных (долинных) экосистем, подробно рассмотренные в наших более ранних работах (Кузьмина, Трешкин, 2012, 2014б).

К стабильным или постоянным, т.е., как правило, изменяющимся постепенно и индицирующим в основном нарушения от антропогенных гидросооружений, относятся четыре группы эколого-биологических показателей.

а) изменение структурной организации растительных сообществ: по наличию и качеству изменений в ярусной структуре сообщества;

б) наличие (табл. 1 ) и количественная композиция в составе растительных сообществ видов растений - индикаторов изменения водного режима территории (по присутствию/отсутствию и общему количеству видов-индикаторов);

в) качественное и количественное проявление видов растений - индикаторов изменения водного режима территории (по обилию и проективному покрытию видов; табл. 2);

г) изменение кормовой ценности луговых сообществ (по количественным показателям участия сорнотравья в составе сообществ; табл. 3).

Таблица 1. Индикационное значение основных растений-индикаторов при зарегулировании низко- и средненапорных гидротехнических сооружений на основе доминирования (и/или субдоминирования) видов в луговых сообществах и в травяном ярусе лесов для зон южной тайги, смешанных и широколиственных лесов, а также лесостепи (Кузьмина, Трешкин, 2011, с дополнениями). Table 1. Indicating value of the general indicator-species during the regulation of the low-pressure and middle-pressure hydraulic structures, which is based on the domination (and/or subdomination) of the species in the grassland communities and in the forest herbaceous layer of the South Taiga area, mixed and deciduous forests, and forest-steppe (Кузьмина, Трешкин, 2011, with additions).

Доминирующие виды растений Гранулометрический состав почвогрунтов УГВ в межень, м Изменение характера паводковых затоплений

Xanthium albinum, Xanthium strumarium на лугах Глина, тяжелый суглинок 0.4-0.8 Частичное сокращение паводков

Glyceria maxima на лугах Глина, тяжелый суглинок 0.4-0.8 Частичное сокращение паводков

Inula britannica на лугах Тяжелый суглинок, глина с редкими прослоями среднего суглинка 1.4-1.9 Частичное сокращение паводков

Ranunculus repens, Crepis biennis на лугах Легкий и средний суглинок 1.6-2.2 Частичное сокращение паводков

Phragmites australis* на лугах и в лесах Средний суглинок, иногда подстилаемый галькой 0.0-0.9 Почти полное прекращение; заливание только в катастрофические паводки

Potentilla anserina, Potentilla reptans на лугах Тяжелый суглинок, глина 0.7-1.2 Почти полное прекращение; заливание только в катастрофические паводки

Polygonum amphibium на лугах (наземная форма) Тяжелый суглинок, глина с редкими прослоями средний суглинка 1.2-2.3 Почти полное прекращение; заливание только в катастрофические паводки

Equisetum arvense, Equisetum pretense на лугах Средний, тяжелый суглинок 1.3-1.8 Почти полное прекращение; заливание только в катастрофические паводки

Sanguisorba officinalis на лугах Легкий и средний суглинок 1.3-1.9 Почти полное прекращение; заливание только в катастрофические паводки

Cirsium arvense, C. vulgare, C. incanum на лугах Тяжелый и средний суглинок, глина 1.9-2.5 Почти полное прекращение; заливание только в катастрофические паводки

Продолжение таблицы 1.

Доминирующие виды растений Гранулометрический состав почвогрунтов УГВ в межень, м Изменение характера паводковых затоплений

Carduus acanthoides на лугах Легкий суглинок, песок иногда с глинистыми прослоями 2.4-3.0 Почти полное прекращение; заливание только в катастрофические паводки

Carduus personata, C. crispus, C. palustre, Cirsium pannonicum, Cirsium eriophorum на лугах и в разреженных лесах Средний и тяжелый суглинок, глина иногда с прослоями песка 1.4-1.9 Полное прекращение паводков

Impatiens glandulifera в осветленных лесах Легкий и средний суглинок, песок иногда подстилаемый галькой 1.2-1.9 Почти полное прекращение; заливание только в катастрофические паводки

Lysimachia vulgaris, Impatiens parviflora, I. noli-tangere в лесах Тяжелый суглинок, глина с редкими прослоями среднего суглинка и песка 1.5-2.0 Полное прекращение паводков

Aegopodium podagraria в лесах Легкий и средний суглинок, песок 1.8-2.5 Полное прекращение паводков

Urtica dioica на лугах и в лесах Легкий и средний суглинок, песок иногда подстилаемый галькой 2.1-2.3 Почти полное прекращение; заливание только в катастрофические паводки

Equisetum hyemale, Equisetum pratense, зеленые мхи в лесах Средний и тяжелый суглинок 2.0-2.5 Полное прекращение паводков

Alliaria petiolata, Impatiens parviflora, I. noli-tangere в лесах Тяжелый суглинок, глина с редкими прослоями среднего суглинка и песка 2.5-3.5 Полное прекращение паводков

Примечание к таблице 1: * - присутствие тростника в нехарактерных местообитаниях, например, в дубовых и тополевых лесах и на лугах средних и верхних уровней пойм. Notes to the table 1: * - presence of the reed in the non-typical habitats, e.g. oak and poplar forests, on the grasslands of the flood-lands of middle and upper levels.

К динамичной совокупности эколого-биологических показателей, которые могут изменяться ежегодно и в целом индицируют процессы изменения увлажненности не только от антропогенного увлажнения, но и от естественного климатического воздействия, были отнесены две группы:

1) изменение видового разнообразия сообществ, т.е. количественные и качественные изменения показателей общего видового разнообразия за многолетний период (табл. 3);

2) флуктуационная изменчивость растительных сообществ, т.е. соотношения количественных показателей: ежегодного флористического списка, многолетнего (за 23 года) флористического списка, совокупности постоянных видов флоры от ежегодного и от многолетнего списков, совокупности сменяющихся видов флоры от ежегодного и от многолетнего списков (табл. 4-6).

Таблица 2. Оценка степени нарушений в пойменных ландшафтах по ее проявлениям в экосистемах на основе распространения индикаторных видов растений (в том числе сорняков) в результате зарегулирования НГС в зоне южной тайги, смешанных и широколиственных лесов, а также лесостепи (Кузьмина, Трешкин, 2011, с дополнениями). Table 2. Evaluation of the violations rate in the flood-lands landscapes by the rate's displaying in the ecosystems while being based on the vegetation indicator-species (and weeds) distributing as a result of low-pressure hydraulic structures regulation in the South Taiga area, mixed and deciduous forests, and forest-steppe (Кузьмина, Трешкин, 2011, with additions).

Степень опасности нарушений в ландшафтах Проявление индикаторных видов растений на лугах и в травяном ярусе лесов на площадках 10 м2 Степень нарушенности пойменных экосистем и необходимость восстановительных (рекультивационных) мероприятий

1 - не опасно 1-3 экземпляра вида (с обилием Ш) Практически естественное состояние экосистем, восстановление не требуется

2 - слабая Более 10 экземпляров вида (с обилием sol-sp) и проективным покрытием вида до 20% Слабо измененное состояние экосистем, необходимы локальные мероприятия по осушению поймы

3 - средняя Образование не менее 10-15 микроочагов (куртин) вида диаметром 1-2 м с обилием sp gr - cop1 Средне измененное состояние экосистем, требуются локальные гидро-и лесотехнические мероприятия

4 - сильная Полное слияние микроочагов и/или равномерное распространение вида по площади с обилием sp3 - сор1 Сильно измененное состояние экосистем, наряду с локальными (гидро-и лесотехническими) нужны мероприятия по изменению гидрологического режима реки

5 - очень сильная (полная деградация) Полное доминирование вида (с обилием cop2-cop3), вплоть до образования монодоминантных сообществ Полностью измененное состояние экосистем, требуются мероприятия по изменению гидрологического режима реки

Диагностика трансформаций природных комплексов речных долин проводилась на основе представлений о стадийности процессов. Были выявлены растения - индикаторы изменений пойменного режима при зарегулировании гидросооружений. Установлено индикационное значение изменений структуры сообществ. Оценена степень нарушений в околоводных наземных экосистемах и необходимость восстановительных от воздействия гидросооружений мероприятий в долинах рек. На всех реках (зарегулированных и не зарегулированных) для выявления и оценки изменений растительного покрова была использована типология растительных сообществ, отражающая признаки растительных сообществ с учетом его экологических и географических связей (Кузьмина, 1993, 1997б, в; Novikova я1., 2001).

Таблица 3. Биологические показатели экосистем, сопутствующие нарушениям водного режима территории в результате зарегулирования плотинами или климатических изменений (Кузьмина, Трешкин, 2011, с дополнениями). Table 3. Ecosystems biological indices, following the violations of the area's water regime as a result of the climatic changes and dams regulation (Кузьмина, Трешкин, 2011, with additions).

Степень нарушений Флуктуационная изменчивость (участие в сообществе постоянных видов растений от ежегодного* и многолетнего** списка флор) Видовое разнообразие (леса, луга) Продуктивность и кормовая ценность лугов

1 - очень слабая (не опасно) Менее 70%* Менее 50%** Изменений нет Изменений нет или очень слабое ухудшение (участие колючего сорнотравья не более 3% пр. п.***)

2 - слабая Менее или равно 70%* Менее или равно 50%** Изменения слабые <5% Слабое ухудшение (участие колючего сорнотравья 3-7% пр. п.)

3 - средняя Более 70%* Более 50%** Сокращение на 5-25% Падение кормовой ценности на 20-50%

4 - сильная Более 70% - менее 80%* Более 50% - менее 60%** Сокращение в 1.5-1.9 раза Сокращение продуктивности в 1.5- 2 раза и кормовой ценности на 50-70%

5 - очень сильная 80-100%* Более 60%** Сокращение в 2-4 раза Сокращение продуктивности в 3-4 раза; полное падение кормовой ценности

Примечание к таблице 3: пр. п.*** - здесь и далее сокращение для проективного покрытия. Note to the table 3: пр. п.*** - projective covering hereinafter.

Для унификации собственных данных с данными других исследователей использовалась разработанная нами шкала перевода оценок обилия древесных, кустарниковых и травяных видов из различных геоботанических систем (Кузьмина, Трешкин, 2001). Для сравнительного анализа использованы собственные и опубликованные геоботанические материалы, выполненные в период до зарегулирования рек, около 200 собственных почвенных разрезов и многочисленные бурения до УГВ.

Индикационное значение смен растительности при нарушении водного режима территорий возможно установить только при выполнении третьего этапа метода оценки нарушений экосистем. Таким образом, наличие и степень нарушений в экосистемах от гидротехнического воздействия или климатических изменений определяется только после выявления наличия изменений водного режима территорий.

На этом этапе в зависимости от гранулометрического состава почвогрунтов, залегания УГВ в межень и изменения характера паводковых затоплений устанавливаются виды растений - индикаторов изменения водного режима территории. Для зоны широколиственных лесов, лесостепи и полупустыни такими видами-индикаторами являются:

дурнишник (Xanthium albinum, X. strumarium), горец земноводный (Polygonum amphibium), различные виды бодяков, чертополохов, хвощей и другие (табл. 1).

Таблица 4. Изменение флористического состава экосистем постоянных модельных участков экологического профиля Банищанская дача (р. Сейм) в естественных условиях (без влияния регулирования стока) с 1996 по 2001 годы (Кузьмина, Трешкин, 2008). Table 4. Changes of the ecosystems floristic composition on the constant model areas of the ecological profile Banishchanskaya Dacha (the Seym River) under the natural conditions (without the influence of the flow regulation) during 1996-2001 (Кузьмина, Трешкин, 2008).

Название экосистемы (сообщества/ ассоциации) Недотро-гово-еже-виковая с подростом вяза и ясеня Купено-во-ясе-нево-дубовый лес Черемухово-кленово-ольховый снытьевый лес Ракитово-кленовый ежевиково-снытьевый лес Ивовое чередово-крапивово-мятовое Ивовое маннико-во-дву-кисточ-никовое Разнотравно-злаковое

Ежегодное количество видов в сообществе 15-19 17-21 21-38 15-29 14-24 20-24 20-42

Постоянные виды от ежегодной флоры сообщества, % (<70%) 64* 65 68 53 68 65 63

Постоянные виды от общей (многолетней) флоры сообщества, % (<50%) 34 34 38 24 34 34 38

Сменяющиеся виды от общей (многолетней) флоры сообщества, % 20 19 19 22 19 19 32

Примечания к таблице 4: * - в строке приведены значения среднего процента за все указанные годы мониторинга. Notes to the table 4: * - the line contains the values of the average percentage during all years of monitoring.

По проявлению установленных индикаторных видов растений на лугах и в травяном ярусе лесов можно установить степень нарушенности пойменных экосистем и необходимость восстановительных мероприятий. Нами была разработана 5-балльная шкала для оценки происходящих изменений (табл. 2). При этом равномерное распространение на лугах одного из индикаторных видов растений - наземной формы горца земноводного -после слияния его микроочагов и субдоминировании на верхней пойме зарегулированной

реки Саале (Германия) соответствует 4-ой (сильной) степени нарушения пойменных экосистем. Подобные нарушения 4-ой степени зарегистрированы нами также и при регулировании уровня воды бобрами в вегетационный период 2014 года в р. Костинка (бассейн Верхней Волги), где подъем уровня воды на 2 м способствовал сильнейшему разрастанию drsium arvense на средней пойме и формированию маловидовых двукисточниково-бодяковых сообществ (Ass. Cirsium arvense-Phalaroides arundinacea), состоящих всего из 8-и видов, при абсолютном доминировании первых 2 видов, остальные виды встречались очень редко (фото 4).

Для преодоления негативного последствия зарегулирования речного стока нужны мероприятия по изменению гидрологического режима реки (табл. 2).

Таким образом, подробно рассмотрев изменения всех ранее выделенных эколого-биологических показателей, нам удалось составить сводную таблицу постадийных изменений (нарушений) наземных околоводных экосистем при трансформации водного режима территории или климатических изменениях (табл. 7).

Таблица 5. Изменение флористического состава экосистем (флуктуационная изменчивость) в антропогенно измененной пойме (под влиянием Курчатовского водохранилища) в зоне широколиственных лесов на постоянных модельных участках инструментального профиля «Оброчное» в бассейне р. Сейм с 1996 по 2001 гг. (Кузьмина, Трешкин, 2008). Table 5. Changes of the ecosystems floristic composition (fluctuation variability) in the anthropogenically changed flood-land (under the influence of the Kurchatov Reservoir) in the area of the deciduous forests on the constant model sites of the instrumental profile "Obrochnoye" in the basin of the Seym River during 1996-2001 (Кузьмина, Трешкин, 2008).

Название экосистемы (сообщества/ ассоциации) Вязово-липово-дубовый лес Ежевиково-ивовая разнотравная Осиново-дубовый лес Ежевиково-ивовая осоковая Вязово-дубово-липовый лес

Ежегодное количество видов в сообществе 18-22 21-29 22-27 13-15 15-17

Постоянные виды от ежегодной флоры сообщества, % (<70%) 96* 71 83 85 75

Постоянные виды от общей (многолетней) флоры сообщества, % (<50%) 75 42 61 73 60

Сменяющиеся виды от общей (многолетней) флоры сообщества, % 3 18 13 13 32

Примечания к таблице 5: * - в строке приведены значения среднего процента за все указанные годы мониторинга. Notes to the table 5: * - the line with the values of the average percentage during all years of monitoring.

В результате чего был разработан метод оценки гидротехнических и/или климатических изменений в наземных околоводных и долинных экосистемах по основным эколого-биологическим показателям, который достоверно диагностирует изменения и нарушения в экосистемах (Кузьмина, Трешкин, 2008, 2012).

Таблица 6. Изменение флористического состава тугайных экосистем (флуктуационная изменчивость) на модельных участках заповедника «Бадай-тугай» (Узбекистан) с 1996 по 2008 годы в антропогенно измененной пойме р. Амударьи (в зоне влияния Туямуюнского водохранилища), пустынная зона (Кузьмина, Трешкин, 2008). Table 6. Changes of the tugai ecosystems floristic composition (fluctuation variability) on the model sites of the Baday-Tugay Reservation, Uzbekistan, in the anthropogenically changed flood-land of the Amu Darya River (under the influence of the Tuya-Moyun Reservoir), in the desert zone, during 1996-2008 (Кузьмина, Трешкин, 2008).

Название экосистемы (сообщества/ ассоциации) Populus ariana-Erianthus ravennae-Glycyrrhiza glabra-Elymus multicaulis Populus ariana-Zygophyl-lum fabago Halostachys caspica-(Tamarix ramosissima) Salix songari-ca-Po-pulus ariana Populus ariana-Tamarix ramasissima -Elymus multicaulis Populus ariana-Elaeagnus turcoma-nica**

Ежегодное количество видов в сообществе 8-13 11-13 3-5 9 9-10 12-16

Постоянные виды от ежегодной флоры сообщества, % (<70%) 80* 79 79 78 74 65

Постоянные виды от общей (многолетней) флоры сообщества, % (<50%) 53 56 60 58 58 41

Сменяющиеся виды от общей (многолетней) флоры сообщества, % 15 19 20 25 21 24

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Примечание к таблице 6: * - в строке приведены значения среднего процента за все указанные годы; ** - молодой тугай Populus ariana-Elaeagnus turcomanica низкой поймы является аналогом естественной экосистемы (без зарегулирования стока), т.к. образовался после 1987 г. на бывшем обсохшем дне русла р. Амударьи, после падения среднего уровня воды из-за строительства Туямуюнского вдхр., поэтому имеет естественный показатель флуктуационной изменчивости сообщества, т.е. процент постоянной флоры выше предела неустойчивости (<70% от постоянной, <50% от ежегодной флоры). Notes to the table 6: * -the line contains the values of the average percentage during all years of monitoring; ** - young tugai Populus ariana-Elaeagnus turcomanica of the low flood-land is an analogue of the natural ecosystem (without the influence of the flow regulation), because it has formed after 1987 on a former dried up bottom of a river-bed, right after the degradation of the average water level in the Amu Darya River, caused by the building of the Tuya-Moyun Reservoir, so it has natural index of fluctuations variability of the community, which means that the percentage of the constant flora is higher than the unstableness limit (<70% of the constant flora, <50% of the annual flora).

Фото 4. Маловидовые двукисточниково-бодяковые луга характеризуют 4-ю (сильную) степень нарушений экосистем в результате изменения водного режима территории; средняя пойма р. Костинки у д. Вороново Талдомского района Московской области, бассейн Верхней Волги, июль 2014 г. Photo 4. Phalaroides-Cirsium meadows with a low quantity of species characterize the fourth (high) stage of the ecosystems violations as the result of the water regime changes on the territory; the middle floodplain of the Kostinka river, the Upper Volga basin, near Voronovo, Taldom District, Moscow Region, July 2014.

Метод оценки нарушений в околоводных экосистемах по биологическим показателям при изменении обводненности территорий

(от естественных климатических и антропогенных гидротехнических воздействий)

Как было подробно рассмотрено в предыдущих работах (Кузьмина, Трешкин, 2008, 2011, 2012, 2014б), метод оценки нарушений околоводных экосистем по биологическим показателям выполняется при наличии уже установленных ранее каких-либо климатических (по влажностно-температурному режиму) или гидрологических (антропогенных или естественных) изменений на исследуемой территории.

Напомним более подробно основные этапы алгоритма выделения нарушений в обводненности территории (а, следовательно, и в нарушении экосистем) при климатических и/или гидротехнических изменениях (Кузьмина, 2007в; Кузьмина, Трешкин, 2008, 2012).

Установление направлений фоновых изменений гидрологических и метеорологических характеристик (или их отсутствия) для региона исследований:

• анализ изменений водного режима за весь период инструментальных наблюдений (колебание во времени среднегодовых, максимальных и минимальных уровней и расходов воды) и выявление направленных достоверно значимых трендов (или их отсутствия);

• выявление аналогичных и сезонных изменений атмосферных осадков и температуры воздуха с определением достоверно значимых трендов (или их отсутствия).

Таблица 7. Основные эколого-биологические (фитоценотические) показатели степени нарушений околоводных экосистем в результате изменения обводненности территории при зарегулировании и/или климатических изменениях (Кузьмина и др., 2015). Table 7. General ecological and biological (phytocoenotic) indices of the violation state of the near-water ecosystems as a result of the area's flooding during the regulation and/or climatic changes (Кузьмина и др., 2015).

Эколого-биологические (фитоценотические) показатели 1. Ненарушенное (естественное) 2. Слабо нарушенное 3. Средне нарушенное 4. Сильно нарушенное 5. Полная деградация

1. Стабильные или постоянные с жтоценотические показатели, изменяющиеся постепенно

а) изменение структурной организации растительных сообществ: по наличию и качеству изменений в ярусной структуре сообщества 5-6 ярусов (для леса) 3-4 яруса (для луга) 4 яруса (для леса) 2 яруса (для луга) 3 яруса (для леса) 2 яруса (для луга) 2 яруса (для леса) 1 ярус (для луга) 1 ярус (для леса) 1 ярус (для луга)

б) наличие* и количественная** композиция в составе растительных сообществ видов растений - индикаторов изменения водного режима территории (по присутствию /отсутствию и их кол-ву) полностью отсутствуют или встречаются единично до 2 видов *В составе сообщества 2 вида-индикатора *В составе сообщества 2-3 вида-индикатора *В составе сообщества более 3 видов-индикаторов *В составе сообщества только виды-индикаторы

**В малом обилии (sol-Un) **В среднем обилии Ор-^ gr) **В малом (один) и/или большом (другой) обилии **В среднем и большом обилии (sp-cop3) **В любом обилии

в) качественное и количественное проявление видов растений -индикаторов изменения водного режима территории (по их обилию и пр. п.) 1-3 экз. вида-индикатора (с обилием Un) Более 10 экземпляров вида-индикатора (с обилием sol-sp) и пр. п. до 20% Образование не менее 1015 микроочагов (куртин) вида диаметром 12 м с обилием sp gr-cop1 Полное слияние микроочагов и/или равномерное распространение вида по площади с обилием sp3-сор1 Полное доминирование вида (с обилием cop2-cop3) вплоть до образования монодоминантных сообществ

г) изменение кормовой ценности луговых сообществ (по % сорнотравья) Изменений нет (сорно- травья менее 3% от пр. п.) Слабое ухудшение (сорно-травья 3-7% от пр. п.) Падение кормовой ценности на 20-50% Сокращение продуктивности в 1.5-2 раза и кормовой ценности на 50-70% Сокращение продуктивности в 3-4 раза; полное падение кормовой ценности

Продолжение таблицы 7.

Эколого-биологические (фитоценотические) показатели 1. Ненарушенное (естественное) 2. Слабо нарушенное 3. Средне нарушенное 4. Сильно нарушенное 5. Полная деградация

2. Динамические эколого-биологические показатели, изменяющиеся ежегодно

д) изменение видового разнообразия растительных сообществ, т.е. количественные* и качественные** изменения показателей общего видового разнообразия за многолетний период *Изменений нет *Изменения слабые, сокращение состава <5% *Сокращение состава на 5-25% *Сокращение состава в 1.5-1.9 раз *Сокращение состава 2-4 раза

**Единич-ные виды другой экологической приуроченности в малом обилии (до 7% от состава) **70-93% видов сообщества типичной приуроченности (730% видов не характерного биотопа) **50-70% видов сообщества типичной приуроченности (30-50% видов не характерного биотопа) **25-50% видов сообщества типичной (от 51 до 74% видов не характерной экологической приуроченности) **До 25% видов сообщества типичной (75% и более видов не характерной экологической приуроченности)

е) флуктуационная изменчивость растительных сообществ, т.е. соотношения количественных показателей: по присутствию постоянных видов растений от ежегодного* и многолетнего** (за 2-3 года) флористического списка *Менее 70% *Меньше или равно 70% *Больше или равно 70% *Более 70% -менее 80% *80-100%

**Менее 50% **Меньше или равно 50% **Равно или больше 50% **Больше 50% - менее 60% **Более 60%

Выявление наличия изменений в обводненности поймы, долины и/или водораздельной территории:

• сравнение характеристик водного режима для зарегулированных и незарегулированных (условно «естественных») рек и их участков, а также режима увлажнения для антропогенно нарушенных и ненарушенных водораздельных территорий при последующем учете совместного воздействия тенденций многолетних изменений с тенденциями зарегулирования (для долин рек) и/или тенденциями других антропогенных гидростроительных воздействий (для водораздельных территорий);

• выявление нарушений в ритмах частоты затопления пойм и долин (повторяемость затоплений для биотопов различных экологических уровней), а также в ритмах частоты большего или меньшего увлажнения водораздельных территорий;

• выявление изменений в амплитуде колебания УГВ и установление ее кризисных значений на основе сравнения таковой для естественных и нарушенных территорий (фото 5);

Фото 5. Положение грунтовых вод на гидротехнически (мелиоративно) измененной территории (а) в подтопленной части средней поймы р. Курга Сергиево-Посадского района Московской области, 22 июля 2015 г. (56° 40' 45.2" с.ш., 38° 17' 21.6" в.д., УГВ=1.23 м); и на неизмененной (естественной) территории (б) на средней пойме р. Вьюлка, бассейн Верхней Волги, между дд. Спас-Угол и Никитское Талдомского района Московской области, 31 июля 2015 г. (56° 51' 08.0" с.ш., 37° 56' 51.0" в.д., УГВ=2.20 м). Photo 5. Ground water position at the hydrotechnically (melioratively) changed territory (а) in the flooded part of the middle floodplain of the Kurga river, Sergiyevo-Posadsky District, Moscow Region, 22 of July 2015, (56° 40' 45.2" N, 38° 17' 21.6" L, GWL=1.23 m); and at the unchanged (natural) territory (б) in the middle floodplain of the Vyulka river, the Upper Volga Basin, between Spas-Ugol and Nikitskoye, Taldomsky Distrikt, Moscow Region, 31 of July 2015 (56° 51' 08.0" N, 37° 56' 51.0" L, GWL=2.20 m).

• выявление нарушений в распределении глеевых горизонтов и характера ожелезнения в почвенном профиле на основе сравнения таковой для естественных и нарушенных территорий (фото 6).

Определение наличия и степени нарушений в экосистемах:

• определение характера нарушений в эволюционно-динамических рядах природных комплексов для разных режимов функционирования пойм, долин и/или водораздельных территорий;

• выявление и использование видов растений - индикаторов изменения водного режима территории для определения наличия нарушений в экосистемах, в том числе на начальных стадиях процесса (фото 7);

б)

в)

Фото 6. Оглеение (сизовато-серое и серовато-голубое) и ожелезнение (буровато-охристовое) в разной степени выраженности в почвенных образцах (а, б) долины р. Сейм (1997 г.) и в почвенном профиле нижней поймы р. Вьюлки (в) в бассейне Верхней Волги (22.07.2013). Photo 6. Gleying (bluish-gray and grayish-blue) and ferritization (brownish-ocherous) of the different intensity in the soil samples (а, б) of the valley of the Seym river in 1997 and in the soil profile of the lower floodplain of the Vyulka (в) in the Upper Volga basin in 22 of July 2013.

• определение и использование индикационных изменений в структуре экосистем для оценки степени их нарушенности и необходимости восстановительных мероприятий для них (фото 8).

Таким образом, метод оценки нарушений околоводных экосистем по биологическим показателям при естественных климатических и антропогенных гидротехнических изменениях является третьим этапом алгоритма для решения проблемы оценки влияния изменения обводненности территорий на наземные экосистемы. Этот алгоритм первоначально был разработан для оценки влияния нарушений от низконапорных гидротехнических сооружений (Кузьмина, 2007в). Но впоследствии он был доработан и расширен для оценки влияния не только от низконапорных, но и от всех видов гидротехнических сооружений (от низко- до высоконапорных), а также от климатических изменений (Кузьмина и др., 2011а, б, 2013; Кузьмина, Трешкин, 2012). Метод оценки нарушений околоводных экосистем по биологическим показателям успешно был опробован в нескольких природных зонах (южной тайги, широколиственных лесов и лесостепи, полупустынь и пустынь), где показал свою адекватность и надежность.

Приступим, наконец, к описанию самого метода оценки нарушений околоводных экосистем по биологическим показателям.

Как было рассмотрено выше (табл. 7), в оценке нарушений экосистем участвуют шесть показателей, которые можно получить при анализе геоботанических описаний модельных

участков изучаемой территории. При этом чрезвычайно важно выбрать участки, на которых будут проводиться исследования по методу оценки нарушений в экосистемах от изменения обводненности территории.

Фото 7. Маловидовые сообщества с доминированием сныти (Ass. Aegopodium podagraria+Calamagrostis epigeios) на бывшей высокой пойме р. Костинки указывают на полное отсутствие поверхностного затопления и на постоянное подтопление территории запруженными мелиоративными канавами (ныне перекрытыми малыми плотинами), июль 2017 г. Photo 7. Communities with a low quantity of species and with dominant Aegopodium (Ass. Aegopodium podagraria+Calamagrostis epigeios) in the former upper floodplain of the Kostinka river point out at the total absence of the surface flooding and the constant territory flooding by the dammed meliorative trenches (now blocked by the small dams), July 2017.

Выбор и закладка модельных участков.

1) Одним из самых важных этапов метода определения нарушений в экосистемах является правильное заложение модельных участков для проведения наблюдений.

А) Для пойменных, долинных и/или водораздельных территорий должен быть взят весь комплекс разнообразных биотопов для данной территории, если планируется устанавливать нарушения в экосистемах для всей территории в целом. Например, в пойме нужно заложить модельные участки для всех уровней поймы (верхнего, среднего и низкого), а также для основных и/или доминирующих по площади экосистем в пределах каждого уровня (аналогично для долины реки или водораздельной территории).

Б) Кроме того, модельные участки должны быть заложены не на границах экосистем или сообществ, а по возможности в центре целостных однородных массивов сообществ.

Фото 8. Нарушенное практически монодоминантное сообщество из Carex gracilis (а) на нижней пойме р. Костинки, образовавшееся в результате косвенного антропогенного воздействия - подтопления сериями малых земляных плотин на мелиоративных осушительных канавах (б), ранее служивших для осушения территории у д. Вороново Талдомского района Московской области, бассейн Верхней Волги, июль 2017 г. Photo 8. Disturbed and almost monodominant community of Carex gracilis (а) in the lower floodplain of the Kostinka river, formed after the indirect anthropogenic impact, i.e. the flooding by a bunch of the small ground dams in the meliorative drainage trenches (б), which were used before for the draining of the territory near Voronovo, Taldomsky District, Moscow Region, the Upper Volga Basin, July 2017.

В) Для получения экологических показателей, сопутствующих биологическим показателям нарушений экосистем, модельные участки для мониторинга лучше закладывать перпендикулярно предполагаемому потоку безнапорных грунтовых вод.

Для реки участки следует располагать на перпендикулярной к руслу прямой (от террас к руслу) с тем, чтобы возможно было в случае необходимости уточнить направление потока безнапорных грунтовых вод (верховодки). Для водораздельных территорий (с неглубоким, в 5-7 м, залеганием грунтовых вод) аналогично, сверху вниз (и/или снизу вверх), если на изучаемой территории есть повышения или понижения.

Г) Очень важно при закладке модельных участков правильно выбрать территории по отношению к локальному антропогенному воздействию, в отличие от регионального, к которому относится влияние климата и гидротехнических сооружений. Т.е. необходимо свести все виды локального антропогенного воздействия, такие как рекреация, транспорт, распашка и другие, к минимуму. Выбранные участки не должны располагаться на дорогах или в непосредственной близости к ним, на распахиваемых территориях, городских пляжах или свалках и т.д., поскольку в этом случае метод может быть недостоверным. Самым лучшим заложением модельных участков для «метода оценки нарушений экосистем при изменении обводненности территории по биологическим показателям» следует считать территории заповедников, заказников и национальных парков (центральных их частей, т.е. подверженных наименьшей рекреации) или любых других территорий, наиболее отдаленных от жилищ или промышленности. Этот критерий выбора модельных участков необходим для того, чтобы отделить виды воздействий локальных антропогенных от региональных гидротехнических или климатических.

2) Размеры модельной площади определяются такими же, как при заложении стандартных геоботанических площадей. Это квадратные площадки: для луговых ценозов размером 10x10 м, а для лесных - 20x20 м.

3) Важным моментом является точное определение местоположения выбранных модельных участков (географические координаты по приборам GPS) с тем, чтобы в дальнейшем их было возможно найти при повторном обследовании (на второй и/или третий год). Для большей точности берутся координаты четырех углов каждой модельной площади.

4) В зависимости от целей, поставленных задач и размеров гидротехнического сооружения при оценке нарушений в экосистемах следует закладывать модельные участки как в верхних бьефах водохранилищ и плотин, так и в нижних, поскольку воздействие на экосистемы от средне- и высоконапорных гидросооружений в верхних бьефах сильно отличается от воздействия в нижних бьефах. В верхних бьефах плотин средне- и высоконапорных гидросооружений идет сильный процесс подтопления, в то время как в нижних бьефах, наоборот, идет процесс обсыхания. При этом для низконапорных гидросооружений и каскадов низконапорных плотин и шлюзов процессы для верхних и нижних бьефов различаются слабо.

Таким образом, на основании нескольких основных положений (наличие всего комплекса разнообразных биотопов, наиболее распространенных по площади; исключение заложения участков на границах фитоценозов; заложение серии участков перпендикулярно реке и/или потоку безнапорных грунтовых вод; исключение локального антропогенного воздействия; стандартность размера модельных участков; точная географическая привязка участков; закладка участков в нижних и верхних бьефах плотин и водохранилищ) выбираются и закладываются модельные участки. На них впоследствии устанавливают необходимую эколого-биологическую информацию, которая служит получению биологических показателей для оценки нарушенности околоводных наземных экосистем.

Проведение обследований на выбранных модельных участках.

1) Объект обследования. Как было подробно рассмотрено в предыдущих работах ЭКОСИСТЕМЫ: ЭКОЛОГИЯ И ДИНАМИКА, 2017, том 1, № 3

(Кузьмина, Трешкин, 2008, 2011, 2017; Кузьмина и др., 2015), оценка нарушений околоводных экосистем по биологическим показателям проводится на основе обследования растительности той или иной территории, поскольку растительность является основным эдификатором для всей наземной околоводной экосистемы.

2) Синхронность и период наблюдений. Следует особо подчеркнуть, что время проведения полевых работ должно быть одинаковым во все годы исследований (2-3 года). Это должен быть один и тот же сезон года. Поскольку метод в основном оценивает нарушения в наземных околоводных экосистемах, а режим рек в России и в целом по миру достаточно различается, этим сезоном должен быть меженный период в пределах вегетационного цикла растительности. Понятно, что если меженный период реки приходится на глубокую зиму, то биологические показатели в северных широтах определить будет невозможно из-за анабиоза, в который впадает вся растительность зимой. В этом случае следует выбрать близкий к меженному период реки в пределах вегетационного цикла растительности в том или ином регионе. Меженный период выбирается из соображений доступности всех местообитаний (некоторые из которых могут быть затоплены и непроходимы во все другие периоды), а также из соображений адекватной (правильной) оценки положения и потока безнапорных грунтовых вод на выбранных модельных участках и экологических профилях.

3) Периодичность наблюдений. Для получения результатов по «методу оценки нарушений в околоводных экосистемах по биологическим показателям при изменении обводненности территорий» следует соблюдать периодичность наблюдений. Для получения результатов необходимо провести однократные исследования в один и тот же сезон как минимум два или три года, поскольку для установления динамических показателей (табл. 7) требуются многолетние исследования. Самым лучшим вариантом следует считать годы проведения исследований в самый влажный и самый сухой годы. Можно выбрать из уже имеющейся базы геоботанических описаний данные по участкам за самый влажный и самый сухой годы, также выполненные в один и тот же меженный сезон. Но если нет возможности получить данные в самые крайние по влажности годы, можно ограничиться последовательными двумя-тремя годами исследований.

4) Наблюдаемые характеристики. При проведении обследования растительности на модельной площади устанавливается:

- полный список всех видов высших растений за данный однократный период наблюдений;

- определяется обилие видов по стандартизированной нами шкале (табл. 8), при этом определять обилие в поле можно как по шкале Друде, так и по шкале Браун-Бланке, просто потом при статистической обработке данных следует перевести обилие в баллы по разработанному нами стандарту (табл. 8);

- для каждого вида устанавливается жизненность по разработанной нами пятибалльной шкале: 1 - растения с неполным или полным циклом развития, усохшие на 75-100%; 2 -растения с неполным или полным циклом развития, усохшие на 40-75%; 3 - растения с неполным циклом развития и слабым вегетативным размножением, с возможными элементами усыхания 25-40%; 4 - растения с неполным циклом развития и хорошим вегетативным размножением без элементов усыхания; 5 - растения, проходящие весь цикл развития и достигающие почти максимального или максимального габитуса, с возможными элементами усыхания до 25%.

- для каждой экосистемы, т.е. для каждого модельного участка устанавливается наличие ярусности в структуре сообществе (табл. 7);

- для каждого выделенного яруса устанавливается его жизнеспособность (жизненность), особенно для древесных и кустарниковых ярусов (на основе осреднения характеристики

жизненности основных его доминантов) с учетом наличия подроста и всходов;

- для луговых фитоценозов дополнительно устанавливается процент проективного покрытия колючего сорнотравья в сообществе (табл. 7);

Таблица 8. Переход к оценке баллами (при статистической обработке геоботанических описаний) для разных шкал обилия трав, деревьев и кустарников (Кузьмина, Трешкин, 2001). Table 8. Transition to the scoring system (during the statistical processing of the geobotanical descriptions) for different herbs, trees and shrubs abundance scores (Кузьмина, Трешкин, 2001).

Перевод в баллы Шкала обилия О. Друде (Drude, 1913) для трав Шкала обилия для кустарников и деревьев (Трешкин, Кузьмина, 1989) Шкала обилия для кустарников и деревьев (из литературы по Средней Азии) Шкала обилия Braun-Blanquet с дополнениями В.Б. Голуба

Значение Характеристика Характеристика Значение Характеристика

1 Un (unicum) единственный экз. от 1 до 3 экз. Un-Sol пр. п. <1%

2 sol (solitarie) единично от 4 до 7 экз. Sp-Sp1 пр. п. 1-5%

3 sp (sparsae) рассеянно от 8 до 13 экз. Sp gr-Sp2 пр. п. 6-15%

4 cop1 (copiosae) довольно обильно от 14 до 20 экз. Sp3-Cop1 пр. п. 16-25%

5 cop2 (copiosae) обильно от 21 до 40 экз. Cop2 пр. п. 26-50%

6 cop3 (copiosae) очень обильно от 41 до 60 экз. Cop3 пр. п. >50%

Перевод в баллы Шкала обилия Braun-Blanquet (Braun-Blanquet, 1964) Шкала обилия Braun-Blanquet с дополнениями J. Schrautzer (Schrautzer, Wiebe, 1993)

Значение Характеристика

1 r 1 экз., очень спорадически r пр. п.<5%

+ 2-5 экз. с пр. п.<5% + 5%<пр. п.<10%

I 6-50 экз. с пр. п.<5%

2m более 50 экз. с пр. п.<5%

2 2a без учета кол-ва видов, с пр. п. 5-15% I 10%<пр. п.<20%

3 2b без учета кол-ва видов, с пр. п. 16-25% II 20%<пр. п.<40%

4 3 без учета кол-ва видов, с пр. п. 26-50% III 40%<пр. п.<60%

5 4 без учета кол-ва видов, с пр. п. 51-75% IV 60%<пр. п.<80%

6 5 без учета кол-ва видов, с пр. п. 76-100% V пр. п.>80%

- для видов растений - индикаторов нарушения обводненности территории устанавливается качественное и количественное проявление этих видов по обилию и проективному покрытию в соответствии с 5-ю градациями ступеней нарушенности экосистем (табл. 7, графа в), если этих видов встречается более трех экземпляров на модельной площади, в качестве дополнительных характеристик определяются: высота (от и

до в среднем) и фенофаза каждого вида.

5) Точность наблюдений. При выполнении полевого обследования модельных участков необходимо отмечать абсолютно все виды высших растений, включая всходы первого года. Поверхностное - неполное - обследование растительности участка не даст качественных результатов по данному методу.

Таким образом, обследования на выбранных модельных участка проводят для растительности в один и тот же сезон года (в течении вегетационного периода), который соответствует меженному периоду режима реки, однократным обследованием участков в заданный сезон с периодичностью 2-3 года. Основными отмечаемыми характеристиками являются: точный и полный список видов высших растений, их обилие и жизненность, а также наличие ярусов в структуре сообщества, жизненность ярусов, процент проективного покрытия колючего сорнотравья в луговых сообществах.

Получение и первичная обработка полученных полевых данных.

1. Составление сводных таблиц геоботанических описаний. Для каждого из модельных участков за все 2-3 года обследования составляется сводная таблица геоботанических описаний (табл. 8). Она состоит из пяти (четырех) столбцов и множества строк (зависит от количества видов, встреченных на модельном участке за все годы наблюдений). В первом столбце отмечается номер вида растений по порядку. Во втором столбце отмечается название вида растения (обычно на латыни).

В третьем, четвертом и пятом столбцах таблицы 8 отмечается обилие вида в баллах за первый, второй и третий год исследований. Виды располагаются по ярусам, а внутри ярусов - по максимальному обилию.

После составления сводных таблиц геоботанических описаний для каждого из модельных участков за все 2-3 года наблюдений приступают к определению промежуточных значений стабильных или постоянных биологических показателей, которые, как правило, изменяются постепенно и индицируют региональные антропогенные нарушения от гидротехнического сооружения.

2. Установление ярусности растительного сообщества на каждом модельном участке. Дополнительно для каждого модельного участка в сводную таблицу геоботанических описаний вверху заносится количество ярусов в модельном сообществе для каждого года наблюдений и в скобках тут же ставится степень нарушенности по пятибалльной шкале для ярусности (табл. 7, графа а).

3. Наличие и количество видов растений-индикаторов изменения обводненности территорий. В составе модельного сообщества их выявляют по таблице основных значений растений-индикаторов (табл. 1, 9, 10) для каждого модельного участка. Сверху после шапки в дополнительную графу сводной таблицы описаний ставят степень нарушенности экосистем, определенную по 5-балльной шкале из таблицы 7 (графа б) для каждого года. Сами эти таблицы основных растений-индикаторов были установлены на основе наших собственных многолетних полевых наблюдений с привлечением данных научных публикаций (Груздева и др., 2015; Костюковский, 1988; Новикова, Назаренко, 2013; Новикова и др., 2014).

4. По качественному и количественному проявлению видов растений-индикаторов (по обилию и проективному покрытию видов растений-индикаторов изменения обводненности территорий) выявляют степень нарушенности экосистемы по таблице 7 (графа в). В сводной таблице геоботанических описаний для каждого установленного вида-индикатора вставляется дополнительная графа, где над обилием для каждого вида растения-индикатора отдельно в каждый из годов исследования проставляют степень нарушенности экосистем, определенную по шкале из таблицы 7 (от 1 до 5).

Таблица 9. Виды растений-индикаторов длительности затопления на берегах крупных водохранилищ на европейской части территории России (Новикова, Назаренко, 2013). Table 9. Species, indicating the flooding duration at the shores of large reservoirs on the European part of Russia (Новикова, Назаренко, 2013).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Название растения Длительность затопления, дни

русское латинское

Лесная зона

Тростник обыкновенный Phragmites australis 120-90

Рогоз широколистный Typha latifolia 120-90

Ольха серая Alnus incana 90

Ива ломкая Salix fragilis 90

Манник большой Glyceria maxima 90

Вахта трехлистная Menyanthes trifoliata 90

Камыш лесной Scirpus sylvaticus 90

Таволга вязолистная Filipendula ulmaria 30

Сабельник болотный Comarum palustre 20

Степная зона

Тополь черный Populus nigra 90

Ива белая Salix alba 90

Рогоз широколистный Typha latifolia 90

Осока пузырчатая Carex vesicaria 63

Лисохвост коленчатый Alopecurus geniculatus 48

Осока вздутая Carex rostrata 43

Осока острая Carex acuta 41

Осока лисья Carex leporina 36

Пырей плзучий Elytrigia repens 30

Солодка голая Glycyrrhiza glabra 20

Солодка колючая Glycyrrhiza echinata 20

Мятлик длиннолистный Poa angustifolia 20

Овсяница луговая Festuca pratensis 14

Пустынная зона

Ива джунгарская Salix songаrica 90

Ива Вильгельма Salix wilhelmsiana 90

Тамарикс многоветвистый Tamarix ramosissima 90

Тополь разнолистный Populus diversifolia 60

Лох узколистный Elaeagnus angustifolia 40

Солодка голая Glycyrrhiza glabra 20

Таблица 10. Виды растений - индикаторов степени подтопления на берегах водохранилищ на территории европейской части России (Новикова, Назаренко, 2013). Условные обозначения: ОП - осушная полоса, СП - пояс сильного подтопления, УП - пояс умеренного подтопления, СЛ - пояс слабого подтопления. Table 10. Species, indicating the flooding rate at the reservoirs shores on the European part of Russia (Новикова, Назаренко, 2013). Legend: DZ -drying zone, HFB - high flooding belt, MFB - medium flooding belt, LFB - low flooding belt.

№ п.п. Название растения Степень подтопления

русское латинское

Л есная зона

1 Череда трехраздельная Bidens tripartita ОП, СП

2 Куриное просо Echinochloa crus-galli ОП, СП

3 Щавель морской Rumex maritimus ОП

4 Девясил британский Inula britannica ОП, СП, УП

5 Зюзник европейский Lycopus europaeus ОП, СП, УП

6 Мята водяная Mentha aquatica ОП, СП

7 Полевица побегообразующая Agrostis stolonifera ОП, СП

8 Пырей ползучий Elytrigia repens ОП, СП

9 Рогоз широколистный Typha latifolia ОП, СП

10 Рогоз узколистный Typha angustifolia ОП, СП

11 Тростник обыкновенный Phragmites australis ОП, СП

12 Манник тростниковидный Glyceria arundinacea ОП, СП

13 Осока вздутая Carex rostrata ОП, СП

14 Осока острая Carex acuta ОП, СП

15 Ситник Juncus filiformis ОП, СП

16 Кипрей болотный Epilobium palustre ОП, СП

17 Хвощ приречный Equisetum fluviatile ОП, СП

18 Лютик жестколистный Ranunculus circinatus ОП, СП (пески)

19 Жерушник земноводный Rorippa amphibia ОП, СП

20 Частуха прибрежноводная Alisma plantago-aquatica ОП, СП

21 Щучка дернистая Deschampsia cespitosa ОП - СЛ

22 Мятлики Poa spp. (annua, remota, trivialis) ОП - СЛ

23 Канареечник канарский Phalaris canariensis ОП, СП

24 Лютик ползучий Ranunculus repens ОП - УП

Степная зона

1 Канареечник канарский Phalaris canariensis СП

2 Бекмания Bekmania ericiformis ПП, УП

3 Осока вздутая Carex rostrata ПП, УП

4 Чистец болотный Stachys palustris ПП, УП

5 Дербенник иволистный Lythrum salicaria ПП, УП

6 Зюзник европейский Lycopus europaeus ПП, УП

7 Пырей ползучий Elytrigia repens УП

8 Костер безостый Bromopsis inermis УП, СП

9 Овсяница луговая Festuca pratensis УП, СП

10 Лисохвост луговый Alopecurus pratensis УП, СП

11 Полевица побегообразующая Agrostis stolonifera УП, СП

12 Мятлик однолетний Poa annua УП, СП

Продолжение таблицы 10.

№ п.п. Название растения Степень подтопления

русское латинское

13 Вейник сероватый Calamagrostis canescens УП, СП

14 Полынь «божье дерево» Artemisia abrotanum УП, СП

15 Девясил британский Inula britannica УП, СП

16 Лапчатка ползучая Potentilla repens УП, СП

17 Подорожник большой Plantago major УП, СП

18 Полынь сантонинная Artemisia santonica УП, СП

19 Кермек Гмелина Limonium gmelinii СП

20 Бескильница гигантская Puccinellia gigantea СП

21 Ситник Жерарда Juncus jerardii СП

22 Полынок (полынь австрийская) Artemisia austriaca СП

23 Тысячелистник мелкоцветковый Ahillea micrantha СП

24 Осока ранняя Carex praecox ОП, СП

25 Осока поникшая Carex humilis ОП, СП

26 Солерос европейский Salicornia europaea ОП

27 Тростник обыкновенный Phragmites australis ОП, СП

Пустынная зона

1 Гребенщик щетинистоволосистый Tamarix hispida ОП, СЛ

2 Гребенщик многоветвистый Tamarix ramosissima СП

3 Вейник наземный Calamagrostis dubia СП

4 Бодяк щетинистый Cirsium ochrolepidium СП

5 Парнолистник амударьинсткий Zygophyllum oxyanum УП

6 Тростник обыкновенный Phragmites australis ОП, СП

7 Рогоз широколистный Typha latifolia ОП, СП

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

8 Верблюжья колючка Alhagi pseudalhagi СП - СЛ

9 Карелиния каспийская Karelinia caspia СП - СЛ

10 Солодка голая Glycyrrhiza glabra УП, СЛ

11 Соляноколосник каспийский Halostachys caspica УП, СЛ

12 Прибрежница солончаковая Aeluropus littoralis СП, УП, СЛ

13 Росичка кроваво-красная Digitaria sanguinalis СП, УП

14 Свинорой пальчатый Cynodon dactylon СП, УП

15 Селитрянка Шобера Nitraria shoberi УП

16 Дереза туркменская Lycium turcomanica УП

17 Дереза русская Lycium ruthenicum УП, СЛ

18 Осока береговая Carex riparia ОП, СП

19 Скрытница колючая Crypsis aculeata ОП

20 Элеохарис туркменский Eleocharis turcomanica ОП

21 Подорожник большой Plantago major ОП, СП

22 Подорожник ланцетолистный Plantago lanceolata ОП, СП

23 Щетинник зеленый Setaria viridis СП, УП

24 Осот полевой Sochus оleraceus ОП

25 Латук татарский Lactuca tataricum ОП

26 Вьюнок полевой Convolvulus arvensis ОП, СП

5. Для луговых экосистем изменение кормовой ценности сообщества устанавливается по проценту проективного покрытия колючего сорнотравья, в соответствии с которой устанавливается степень нарушенности экосистем (по таблице 7, графа г) для каждого модельного участка за каждый год исследований. Сверху в дополнительную графу сводной таблицы геоботанических описаний вносится значение нарушенности кормовой ценности экосистем по пяти ступеням (от 1 до 5).

Кроме определения промежуточных значений стабильных биологических показателей при первоначальной обработке полевых данных модельных участков за многолетний (2-3-летний) период определяются также и некоторые промежуточные значения динамических биологических показателей степени нарушенности экосистем в результате изменения водного режима территорий.

6. Изменение видового разнообразия. Если у исследователя есть первоначальные данные по видовому составу растительных сообществ в период до возникших нарушений (т.е. в естественном состоянии), то общее количество видов за многолетний период, зарегистрированное по предлагаемому методу, сравнивается с ранее имеющимся списком видов и устанавливаются процентные изменения видового разнообразия или его отсутствие по таблице 7 (графа д*).

Таким образом, при наличии первоначальных (исторических) данных о составе ненарушенного сообщества для модельного участке устанавливаются три промежуточных значения для каждого года исследований, которые показывают процентное отношение современного ежегодного состава видов растений к историческому составу сообщества (полученному из дополнительных источников). Полученные значения сравниваются с изменениями по пятибалльной шкале степеней нарушенности экосистем из таблицы 7 (графа д*). Записываем эти три значения (для трех лет исследования) в последнюю графу таблицы (табл. 11-13).

В случае если у исследователя отсутствуют данные о ненарушенном составе сообщества, следует выполнить первичную оценку экологической (биотопической) приуроченности всех видов растений, встреченных на участке. Выполнение первичной оценки экологической (биотопической) приуроченности видов следует начинать с установления экологической (биотопической) характеристики для каждого отдельного вида из общего многолетнего списка видов растений выбранного модельного участка отдельно (по сводной геоботанической таблице описаний).

В ней справа вставляется последняя дополнительная колонка (шестая, если три года исследований; табл. 11, 12, 13; и четвертая и/или пятая колонка, если один-два года исследований), в которой вписывается приуроченность вида, например, ксерофит (К), мезофит (М), гигрофит (Г), гидрофит (ГГ), а также промежуточные значения биотопической приуроченности: ксеромезофит (КМ), мезоксерофит (МК), мезогигрофит (МГ), гигромезофит (ГМ). Внизу, в последней графе последнего столбца, подсчитывается общее количество растений, попадающих в одну из трех групп: ксерофиты (К+КМ), мезофиты (М+МК+МГ), гигрофиты (Г+ГМ), гидрофиты (ГГГ+ГГ).

Таким образом, для каждого модельного участка при трехлетних исследованиях получаем девять промежуточных значений динамического показателя видового разнообразия. Показатели экологической приуроченности для каждого вида растения можно брать из литературных источников, а также из электронного ресурса Plantarium.ru (http ://www.plantarium.ru).

7. По сводной таблице геоботанических описаний устанавливаем состав ежегодного списка видов растений (просчитываем количество зарегистрированных видов для каждого года) и вставляем полученные значения в нижнюю графу таблицы (табл. 11-13). Кроме того, по этой же сводной таблице геоботанических описаний устанавливаем количество постоянно

встречающихся видов растений за многолетний (2-3-летний) период наблюдений, вне зависимости от их обилия.

Таблица 11. Пример выполнения расчетов по методу оценки нарушений в наземных экосистемах по биологическим показателям для яснотково-снытьево-дубово-вязового леса верхней поймы реки Саале (Германия) в зоне широколиственных лесов, нарушенного в результате зарегулирования. Table 11. An example of calculations based on the method of violations evaluation in the terrestrial ecosystems by their biological indices, for Lamium-Aegopodium-Oak-Elm forest, violated by the regulations, in the upper flood-land of the Saale River, Germany, in deciduous forests area.

№ вида/ Название вида по латыни Годы наблюдений Видовое Ре-

качество разно- зуль-

показателя 1999 2000 2001 образие тат

Стабильный Ярусность 2 (4) 2 (4) 2 (4) - 4

Стабильный Состав индикаторов и композиция 3 3 3 - 3

Стабильный Изменение кормовой ценности лугов нет нет нет - нет

Стабильный Качество и количество индикаторов 2,5 4 3 - 3

1 Quercus robur 2 экз. 2 экз. 2 экз. К, М

2 Acer platanoides 5 экз. 2 экз. 2 экз. М

3 Ulmus glabra 1 экз. 1 экз. 1 экз. М, Г

4 Ulmus laevis 3 экз. 3 экз. 3 экз. М, Г

5 Fraxinus excelsior 3 экз. 3 экз. 3 экз. М, Г

6 Ulmus minor 30 экз. 29 экз. 25 экз К, М

7 Crataegus rhipidophylla 4 экз. 4 экз. 4 экз. М

8 Malys sylvestris - 1 экз. - М

9 Sambucus nigra 1 экз. 1 экз. 1 экз. М

10 Acer campestre 4 экз. 4 экз. - М

11 Fraxinus ornus 5 экз. - - К, М

12 Crataegus laevigata 3 экз. 3 экз. 3 экз. М

13 Rubus caesius 1 экз. sol sol М

14 Galium aparine cop1 sol sol М

15 Glechoma hederacea sp cop2 cop2 М, Г

16 Lamium maculatum sp gr cop1 cop1 М

Промежуточный Качество и количество индикаторов 4 4 5 -

17 Aegopodium podagraria cop 1 cop 1 cop2 М

18 Ranunculus ficaria cop2 - - М, Г

19 Geum urbanum sol sp gr sol gr М

20 Lamium album sol sp - М

21 Dactylis glomerata - sp sol gr М

22 Festuca gigantea - sol sol gr М, Г

23 Chaerophyllum hirsutum sp - sol М

24 Viola collina sol sol Un М

25 Anthriscus sylvestris sol sol sol М

Продолжение таблицы 11.

№ вида/ качество показателя Название вида по латыни Годы наблюдений Видовое раз- Результат

1999 2000 2001 нообразие

Промежуточный Качество и количество индикаторов 1 1

26 Urtica dioica sol - Un М, Г

27 Poa palustris sol - - М, Г

28 Agrostis gigantea sol - - М, Г

Промежуточный Видовое разнообразие,% КМ 3(12%) 2(9%) 2(9%) 3(11%)

Промежуточный Видовое разнообразием/о М 14(56%) 15(68%) 13(62%) 16(57%)

Промежуточный Видовое разнообразие,/ МГ 8(32%) 5(23%) 6(29%) 9(32%)

Динамический Изменение видового разнообразия 3 3 3 3 3

Промежуточный Число постоянных видов 16 16 16

Промежуточный Ежегодный список видов 25 22 21

Промежуточный Постоянные виды ежегодно (<70%) 64 73 76 71

Промежуточный Постоянные виды от многолетнего списка (<50%) 57

Динамический Флуктуационная изменчивость 3

СТЕПЕНЬ НАРУШЕННОСТИ ЭКОСИСТЕМЫ 3

Выделяем те виды растений, которые встречались во все годы исследования. Это число будет одинаковым для всех трех лет наблюдений. Число постоянных видов растений одинаково для всех трех лет исследований. Вставляем дополнительную графу -предпоследнюю, куда вписываем по три одинаковых числа (для всех трех лет наблюдений), соответствующих количеству постоянных видов на площади.

Таким образом, в процессе первичной обработки полевых данных по описанию растительных сообществ на модельных участках за 2-3-летний период мы получаем как промежуточные значения стабильных биологических показателей, так и промежуточные значения динамических биологических показателей.

К стабильным промежуточным показателям относятся:

- качественное проявление всех видов-индикаторов в сообществе отдельно для каждого вида-индикатора и для каждого года исследования (получаем три промежуточных значения, если три года исследований, для каждого модельного участка);

- изменение структурной организации сообществ - экосистем по ярусности для каждого года исследований по каждому модельному описанию (для каждого модельного участка получаем три промежуточных значения, если было три года исследований);

- наличие и количественную композицию видов-индикаторов (по обилию и проективному покрытию видов-индикаторов) для каждого вида растения-индикатора отдельно в пределах модельного участка за каждый год исследования (если в сообществе зарегистрировано два вида-индикатора, то получаем шесть промежуточных значений для трех лет наблюдений на одном модельном участке);

- изменение кормовой ценности (для лугов) на каждом модельном участке для каждого

года исследования отдельно (три промежуточных значения, при трехлетнем исследовании, для одного участка).

Таблица 12. Пример выполнения расчетов по методу оценки нарушений в наземных экосистемах по биологическим показателям для березово-елового леса водораздельной поверхности бассейна Верхней Волги (р. Кильма) в зоне южной тайги, нарушенного в результате климатических изменений. Таблица 12. An example of calculations based on the method of violations evaluation in the terrestrial ecosystems by their biological indices, for Betula-Spruce forest, violated by the regulations, on the watershed of the Upper Volga (the Kilma River) basin in the South Taiga area.

№ вида/ Годы наблюдений Видовое Ре-

качество зуль-

название вида по латыни разнооб-

показателя 2011 2012 2013 разие тат

Стабильный Ярусность 1 (5) 1 (5) 1 (5) 5

Стабильный Состав индикаторов и композиция нет нет нет нет

Стабильный Изменение кормовой ценности лугов нет нет нет нет

Стабильный Качество и количество индикаторов нет нет нет нет

1 Picea abies 25 экз. 23 экз. 23 экз. М

2 Betula pendula 25 экз. 22 экз. 21 экз. М

3 Populus tremula 2 экз. 3 экз. 3 экз. М

4 Quercus robur 3 экз. 2 экз. 2 экз. К, М

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5 Corylus avellana 13 экз. 14 экз. 18 экз. М

6 Viburnum opulus 5 экз. 10 экз. 15 экз. М, Г

7 Sorbus aucuparia sol gr 7 экз. 14 экз. М

8 Lonicera xylosteum - - 1 экз. М

9 Frangula alnus - 1 экз. 1 экз. М

10 Malus sylvestris - - 1 экз. М

11 Rubus saxatilis sol sol sol М, Г

12 Vaccinium myrtillus sol sol sol М

13 Vaccinium vitis-idaea - - Un М

14 Oxalis acetosella sp gr sp sp М, Г

15 Luzula pilosa sol sol sol М

16 Majanthemum bifolium sol sol sol М

17 Trientalis europaea sol sol sol М, Г

18 Stellaria holostea sol sol sol М

19 Solidago virgaurea Un - Un М

20 Paris quadrifolia sol Un Un М

21 Ajuga reptans sol sol sol М

22 Dryopteris carthusiana sol sol sol М, Г

23 Сarex pallescens sol sol sol М

24 Angelica sylvestris Un Un sol М, Г

25 Poa palustris - sol - М, Г

Продолжение таблицы 12.

№ вида/ качество показателя Название вида по латыни Годы наблюдений Видовое разнообразие Ре- зуль -тат

2011 2012 2013

26 27 Ляагыт еигораеит СотаПапа та]а^ Б01 Ид Ид Б01 М М

Промежуточный Видовое разнообразие,% КМ 1(4%) 1(4%) 1(4%) 1(4%)

Промежуточный Видовое разнообразием/о М 14 (67%) 15 (66%) 18 (72%) 19 (70%)

Промежуточный Видовое разнообразие,/ МГ 6 (29%) 7 (30%) 6 (24%) 7(26%)

Динамический Изменение видового разнообразия 3 3 3 3 3

Промежуточный Число постоянных видов 20 20 20

Промежуточный Ежегодный список видов 21 23 25

Промежуточный Постоянные виды ежегодно (<70%) 95 87 80 87

Промежуточный Постоянные виды от многолетнего списка (<50%) 74

Динамический Флуктуационная изменчивость 5

СТЕПЕНЬ НАРУШЕННОСТИ ЭКОСИСТЕМЫ 4

К динамическим промежуточным значениям относятся:

- количество общего (многолетнего, за 2-3 года) состава всех видов растений для каждого из модельных участков по сводным таблицам геоботанических описаний (получаем одно промежуточное значение для каждого из модельных участков вне зависимости от количества лет исследований - 2 или 3 года);

- состав ежегодного списка растений для каждого участка и для каждого из годов наблюдений (три промежуточных значения для каждого модельного участка);

- количество постоянно встречающихся видов растений для каждого модельного участка (одно промежуточное значение для каждого участка);

- количественные значения видов для каждой экологической группы в каждом модельном описании для каждого года исследований (например, для трех экологических групп растений-гигрофитов, мезофитов и ксерофитов при трехлетних исследованиях будет получено девять промежуточных значений для каждого модельного участка).

Анализ полученных полевых данных и оценка нарушений в экосистемах. Следующий, заключительный этап анализа полученных промежуточных стабильных и промежуточных динамических показателей позволит нам оценить степень нарушенности экосистем в результате изменения водного режима территории.

Итак, мы получили сводную геоботаническую таблицу (табл. 11-13) со множеством дополнительных граф. В самый конец таблицы (табл. 11-13) вставляем дополнительный, конечный, седьмой столбец, в который заносим результирующие значения по всем трем (двум) годам исследования.

1) Первая графа сверху после шапки отражает количество ярусов и - в скобках - степень нарушенности по таблице 7. Усредняем для трех лет исследования. Но, поскольку ярусы выражаются только целым числом, ставим ту цифру, которая встречается чаще. Например, если за два года исследований на модельном участке было три яруса в сообществе, а один

год - два яруса, окончательно ставим значение три. Если у нас только два года исследований, то ставим меньшее значение из двух имеющихся. Так же поступаем и с цифрами в скобках. В результирующую колонку также ставим два значения: одна цифра - это осредненное количество ярусов, а в скобках - степень нарушенности. Две цифры ставим постольку, поскольку для луговой растительности встречаются степени нарушенности с одинаковым количеством ярусов, например, второй и третьей степени нарушенности соответствуют двухъярусное строение сообщества так же, как четвертой и пятой степени нарушенности -одноярусное строение сообщества.

Таблица 13. Пример выполнения расчетов по методу оценки нарушений в наземных экосистемах по биологическим показателям для разнотравно-сорнотравно-злакового луга г. Льгова (средняя пойма р. Сейм, бассейн Днепра) в зоне лесостепи, нарушенного в результате зарегулирования. Таблица 13. An example of calculations based on the method of violations evaluation in the terrestrial ecosystems by their biological indices, for the mixed-weeds-reeds grassland, violated by the regulations, in Lgov (middle flood-land of the Seym River, the Dnepr River basin) in steppe-forest zone.

№ вида/ Название вида по латыни Годы наблюдений Видовое Ре-

качество разноо- зуль-

показателя 1996 1997 1998 бразие тат

Стабильный Ярусность 2 (3-4) 2 (3-4) 2 (3-4) 3

Стабильный Состав индикаторов и композиция 3 4 4 4

Стабильный Изменение кормовой ценности лугов 4 5 4 4

Стабильный Качество и количество индикаторов 3 3 3 3

1 Bromopsis inermis cop2 sol sol К, М

Промежуточный Качество и количество индикаторов 3 4 3

2 Cirsium arvense sp cop1 sp gr К, М

Промежуточный Качество и количество индикаторов 3 4 4

3 Carduus acanthoides sp cop2 sol К, М

4 Phleum pratensis cop1 cop1 cop1 М, Г

Промежуточный Качество и количество индикаторов 4 4 4

5 Poa annua cop2 cop1 gr cop1 М

6 Agrostis gigantea sol sp cop1 М, Г

7 Prunella vulgaris sol sol-sp cop1 М

8 Achillea millefolium sp sol sp gr К, М

9 Carex sp. sol sp gr sp gr М

10 Lotus corniculatus cop2 sp sp К, М

11 Trifolium pratense sol sol sol М

12 Leontodon autumnalis sp-sol sol sol М

13 Berteroa incana sol sol sol К, М

14 Plantago media sol sol-Un sol-Un К, М

15 Veronica chamaedrys sol sol sp М

16 Medicago falcata sol sp gr sp gr М

17 Taraxacum officinale sol sol sol М

Продолжение таблицы 13.

№ вида/ качество Название вида по латыни Годы наблюдений Видовое разно- Резуль-

показателя X996 X997 X998 образие тат

18 Cichorium intybus sol sol sol К, М

19 Galium verum sol sol sol М

20 Glechoma hederacea sol gr sp gr - М, Г

21 Lolium perenne sol gr sp gr - M

22 Plantago lanceolata - sol-Un sol-Un M

23 Trifolium repens - sol sol M

24 Cerastium holosteoides - sol sol M

25 Convolvulus arvensis - sol sol K, M

Промежуточный Качество и количество индикаторов 3 3

26 Deschampsia cespitosa - sp sp gr М, Г

27 Onopordum acanthium sol - sp К, М

28 Dactylis glomerata sol - - М

29 Eryngium planum sol - - К

30 Agrimonia eupatoria - - sol К, М

31 Calamagrostis epigeios - - sol М

32 Polygonum aviculare sol - - М

33 Fragaria vesca sol - - М

34 Matricaria recutita sol - - М, Г

35 Daucus carota - - sol К, М

Промежуточный Качество и количество индикаторов 2

36 Inula britannica - sol - М

37 Medicago lupulina sol - - М

38 Melandrium album - - sol М, Г

39 Myosoton aquaticum - sol - Г

40 Phlomis pungens - un - К

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

41 Plantago major - sol - М

42 Potentilla argentea - sol - К, М

43 Ranunculus acris sol - - М

Промежуточный Качество и кол-во индикаторов 2

44 Ranunculus repens - - sol М, Г

45 Rumex confertus sol - - М

46 Rumex crispus - - sol М

47 Thalictrum minus - - sol М

48 Trifolium hybridum - - sol М, Г

Промежуточный Видовое разнообразие,% КМ i0(33%) 11(35%) 12(36%) 15(31%)

Промежуточный Видовое разнообразием/о М 16(53%) 15(48%) 15(46%) 24(50%)

Продолжение таблицы 13.

№ вида/ качество показателя Название вида по латыни Годы наблюдений Видовое разнообразие Результат

1996 1997 1998

Промежуточный Видовое разнообразие,% МГ 4(13%) 5(16%) 6(18%) 9(19%)

Динамический Изменение видового разнообразия 3 4 4 4

Промежуточный Число постоянных видов 19 19 19

Промежуточный Ежегодный список видов 30 31 33

Промежуточный Постоянные виды ежегодно (<70%) 63 61 58 61

Промежуточный Постоянные виды от многолетнего списка (<50%) 40

Динамический Флуктуационная изменчивость 1

СТЕПЕНЬ НАРУШЕННОСТИ ЭКОСИС ТЕМЫ 3

2) Вторая графа сверху после шапки (табл. 11-13) отражает наличие и количество на модельном участке видов растений - индикаторов изменения обводненности территории для каждого года исследований, выраженное уже по пятибальной шкале нарушенности экосистем (табл. 7). Усредняем значения до целых чисел. Проставляем в седьмую колонку одно результирующее значение для каждого модельного участка.

3) Третья графа (только для луговых экосистем) сверху после шапки в сводной таблице геоботанических описаний (табл. 13) отражает степень нарушенности экосистем по пятибалльной шкале (по таблице 7) по изменению кормовой ценности лугов (только для травяных экосистем). Усредняем имеющиеся три значения до целых чисел и вставляем в седьмую колонку одно результирующее значение этого стабильного показателя для каждого модельного участка.

4) Поскольку качественное и количественное проявление видов растений - индикаторов изменения обводненности территории дается для каждого вида отдельно, в сводной геоботанической таблице описаний присутствуют одна или более строк над видовым обозначением внутри поля таблицы, в которых проставляются эти значения. Таким образом, общей графы сверху после шапки, которая обозначала бы нарушенность по качественному и количественному проявлению видов растений-индикаторов, нет. Поэтому вставляем дополнительную строку - четвертую сверху от шапки (табл. 11-13), в которую проставляем результирующее значение сперва для трех лет исследований, исходя из осреднения двух или более строк (для каждого зарегистрированного вида-индикатора - свое значение по таблице 7) для каждого из годов исследования. Если вид-индикатор встречен только один, просто переносим значения вверх, в пятую сверху строку для каждого года. Усредняем получившиеся числа за три года исследований и вставляем результирующее значение стабильного показателя качественного и количественного проявления видов растений-индикаторов для каждого модельного участка в седьмую колонку.

5) Как уже отмечалось ранее, при наличии исторических геоботанических сведений о составе сообщества у нас при первичной обработке получились промежуточные данные одного из динамических биологических показателей - изменение видового разнообразия, которые записаны в предпоследней снизу графе для каждого года исследований каждого модельного описания по шкале ступеней нарушенности для экосистем (табл. 7, графа д*). Таким образом, если эти данные имеются, усредняем их до целых чисел и вписываем результирующее значение в седьмую колонку (табл. 11-13).

Если исторических данных о составе сообщества нет, как это обычно бывает, у нас при

первичной обработке данных получилась шестая колонка сводной таблицы и ее три предпоследние графы, в которые вписано по три числа, отражающих экологическую приуроченность видового состава данного модельного участка по трем категориям биотопов (ксерофиты - К, мезофиты - М, гигрофиты - Г) за три года исследований.

Таким образом, в трех предпоследних строках под каждым годом исследований и под шестой колонкой вписано по два значения в каждую графу: одно, без скобок, - это количество видов экологической группы, а цифра в скобках - это процент участия видов группы от ежегодного состава сообщества. В шестой колонке будут представлены цифры для многолетнего состава сообщества: количество видов и их процент от многолетнего состава в скобках (табл. 11, три строки снизу «промежуточный показатель - видовое разнообразие»).

Рассчитываем процент каждой экологической группы растений от ежегодного состава сообщества для каждого года исследований каждого модельного участка. В соответствии с приуроченностью того или иного модельного участка (верхний, средний, нижний уровень поймы, надпойменные террасы или межрусловые понижения и т.д.) и процентом участия видов типичной приуроченности присваиваем каждому участку за каждый год исследования тот или иной балл по степени нарушенности экосистемы из таблицы 7 (по графе д*).

Поскольку у нас в сводной таблице геоботанических описаний не было отдельной графы для промежуточного динамического показателя изменения видового разнообразия (поскольку не было первоначальных исторических данных), вставляем дополнительную, предпоследнюю снизу графу для результирующего значения этого показателя по шкале степеней нарушенности из таблицы 7 (графа д*). Усредняем до целых чисел три значения (для трех лет исследования) и вписываем в седьмую колонку результирующее значение этого динамического показателя.

6) При первичной обработке полевых данных предпоследняя и последняя графы в сводной таблице геоботанических описаний отражали количество постоянных видов в сообществе и количество ежегодного списка сообщества за каждый год исследования для каждого описания.

Теперь нам нужно определить собственно динамический показатель флуктуационной изменчивости сообщества. Он определяется по таблице 7 (графа е) по соотношению двух значений: по присутствию постоянных видов растений от ежегодного списка видов и по присутствию постоянных видов растений от многолетнего (за 2-3 года исследований) списка видов модельного участка.

Первое значение - присутствие постоянных видов растений от ежегодного списка -определяем выраженным в процентах отношением постоянных видов (предпоследняя графа таблицы, где все значения одинаковы для вех трех лет исследований) к общему ежегодному списку видов (последняя графа таблицы, где значения разные для всех трех лет). Поскольку у нас при первичной обработке данных не было специальной графы для этого динамического показателя, вставляем дополнительную графу в самом конце таблицы и проставляем в нее значения для трех лет исследования на каждом модельном участке. Затем усредняем процент до целых значений за все три года исследований и ставим результирующее число в седьмую колонку в последней строке таблицы.

Второе значение - присутствие постоянных видов растений от многолетнего списка -будет единственным для всех трех лет исследований для каждого модельного участка. Оно также вычисляется отношением постоянных видов (предпоследняя графа таблицы, где значение одинаково для всех трех лет исследований) к общему многолетнему списку (который берем из первой колонки сводной таблицы геоботанических описаний, т.е. это все виды модельного участка, зарегистрированные за все годы), выраженным в процентах. Проставляем это единственное значение на следующую строку, теперь последнюю, которая

идет внизу, под первым значением, - присутствием постоянных видов растений от ежегодного списка. Значение проставляем только в седьмую колонку. Колонки 3-5 будут пустыми, поскольку значение это единственное.

Заключительным этапом определения динамического биологического показателя флуктуационной изменчивости сообщества будет сравнение этих двух последних значений и установление степени нарушенности экосистемы по пятибалльной шкале из таблицы 7 (графа е). Полученные окончательные значения степени нарушенности по флуктуационной изменчивости сообщества проставляем в самой последней графе (которую вставляем снова) в седьмой колонке.

Таким образом, в процессе дополнительной статистической обработки данных мы получили показатели степени нарушенности экосистемы в результате изменения обводненности территории по всем четырем стабильным и двум динамическим эколого-биологическим показателям.

Следующим этапом начинается собственно анализ полученного материала. Приоритет в определении степеней нарушенности экосистемы по биологическим показателям отдается двум основным биологическим показателям: наличию и количеству видов-растений-индикаторов и их качественному и количественному проявлению в составе сообщества. Если видов-индикаторов не найдено, то следующим показателем рассматривается флуктуационная изменчивость в сообществе (табл. 12). Так, в приведенной таблице 12 мы видим высокую, 4-ю степень нарушенности березово-елового леса на водораздельной поверхности реки Кильмы (бассейн Верхней Волги), которая была установлена без проявления видов - индикаторов нарушения обводненности территории. В данном случае нарушения такой высокой степени произошли в связи с климатическими изменениями и естественным подтоплением территории в результате увеличения выпадения атмосферных осадков преимущественно в зимне-осенний период. В данном березово-еловом сообществе отмечен только один древесный ярус, флуктуационная изменчивость в нем также практически отсутствует, а экологическая приуроченность видов показывает увеличение в составе сообщества видов иной биотопической приуроченности, в основном мезогигрофитов, таких как калина, мятлик болотный, седмичник и др. На модельной площади с 2009 г. отмечается сухостой и вывал не только елового подроста, но и взрослых деревьев ели и березы. Подрост березы полностью отсутствует, а у ели он абсолютно сухой. Ярусность практически отсутствует, кроме единственного древесного. Единичные виды встречаются очень редко. Повышение обводненности территории доказывает непрерывное повышение УГВ в меженный период с 2011 по 2013 годы на этом модельном участке (в 2011 - 5.2 м, в 2012 - 4.61 м, 2013 - 3.8 м), а также сильное поверхностное оглеение верхних почвенных горизонтов (с глубины 10 см и до глубины 100 см, нарастающее с глубиной до 75%), которое постоянно отмечалось нами в модельном почвенном разрезе за 2009-2014 годы исследования. Таким образом, даже при отсутствии установленных видов -индикаторов изменения обводненности территории, оставшиеся три показателя (для лесов) позволяют распознать эти нарушения.

Вернемся теперь к продолжению расчетов по предлагаемому методу при отсутствии некоторых из шести биологических показателей. Если флуктуационная изменчивость видового состава не отражает изменений, то берется показатель ухудшения кормовой ценности (для лугов). Если он не отражает изменений или его просто нет для древесных сообществ, переходим к видовому разнообразию, а затем - к изменению структуры (ярусности) сообщества. Получается таблица, похожая на таблицу 12, только с единичным баллом в графе «динамический показатель - изменение видового разнообразия».

Таким образом, три показателя (наличие и количество видов-растений-индикаторов и их качественное и количественное проявление в составе сообщества, а также изменение

кормовой ценности лугов) могут не участвовать в расчетах по причине отсутствия видов-индикаторов и/или отсутствия балла кормовой ценности лугов, если у нас лесное сообщество.

Но оставшиеся три показателя (изменение структуры сообщества - ярусность, изменение видового состава и флуктуационная изменчивость) при усреднении дают степень нарушенности сообщества - экосистемы при изменении обводненности территории в результате климатических или антропогенных региональных (зарегулирование) изменений.

В идеале, если удается установить все пять (для леса) или шесть (для луга) биологических показателей, то можно их все усреднить и получить результирующее значение, которое округляют до целых чисел (табл. 13). Это значение и будет показателем степени нарушенности экосистемы при изменении обводненности территории.

Обычно все эти показатели близки по значениям и отличаются друг от друга только на один балл, а зачастую они попросту идентичны, что подтверждает правильность определения степени нарушения экосистемы по каждому из них.

В качестве примера можно привести модельный участок разнотравно бодяково-злакового луга (табл. 13), заложенного в пределах средней-центральной поймы реки Сейм на землях городского луга г. Льгова (Курская область). Участок расположен на границе зоны широколиственных лесов и лесостепи. Как видим, показатель флуктуационной изменчивости видового состава данного участка находится в пределах нормы (1), т.е. соответствует ненарушенным сообществам. Однако все остальные биологические показатели нарушенности экосистемы значительно выше. Они соответствуют 3-ей или 4-ой степени нарушенности экосистем. При этом усреднение всех шести показателей для этого модельного участка дало среднюю степень нарушенности экосистем (табл. 3). Подобные нарушения уже требуют специальных локальных гидро- и лесотехнических мероприятий для восстановления сообщества (табл. 14), в том числе и его кормовой ценности.

При определении показателя нарушенности луговой экосистемы по структурной организации сообщества (по ярусности) применяется правило понижения степени нарушенности экосистемы для степеней нарушенности с равным количеством ярусов, если по остальным биологическим показателям нет единых значений степеней нарушенности экосистемы. Как, например, для городского луга г. Льгов (табл. 13), для которого биологический показатель флуктуационной изменчивости был первой степени, а остальные четыре показателя имели значения - 3-4. Усреднение всех шести показателей дало значение 3, т.е. среднюю степень нарушений. Однако если бы все пять основных биологических показателей оказались равными четырем, то для структурного показателя изменения ярусности нужно было бы выбрать значение четыре, а не три, как в данном случае (табл. 13).

Иногда не удается получить показатель изменения видового разнообразия или отсутствуют сведения о ярусности сообщества и/или проективном покрытии сорнотравья. В этом случае вполне можно обойтись тремя главными биологическими показателями. Если хотя бы три главных биологических показателя (наличие и количество растений-индикаторов и их качественное и количественное проявление в составе сообщества, а также флуктуационная изменчивость) дают одинаковые результаты, это указывает на то, что сообщество (и/или экосистема) относится к выявленной степени нарушения (по табл. 7).

Если эти показатели близки по значениям, но неодинаковы, рассчитывают их среднее, округляя до целых значений. Таким образом, получается балл степени нарушенности экосистемы. Если три главных биологических показателя (наличие и количество видов-растений-индикаторов и их качественное и количественное проявление в составе сообщества, а также флуктуационная изменчивость) очень сильно отличаются друг от друга (на два и более балла), требуется дополнительная эколого-биотопическая оценка списка

видов для уточнения изменения видового разнообразия. После чего применяется усреднение всех четырех показателей до целого значения, которое и будет показывать степень нарушенности экосистемы.

Таблица 14. Степень нарушений в ландшафтах и наземных экосистемах и необходимость восстановительных (рекультивационных) мероприятий на местности в результате зарегулирования и или климатических изменений. Table 14. Violations rate of the terrestrial ecosystems and necessity of restoring (recultivating) events in the region with regulation and climatic changes.

Степень нарушений в ландшафтах Степень нарушенности наземных экосистем и необходимость восстановительных (рекультивационных) мероприятий

1 - очень слабая Естественное или очень слабо измененное состояние экосистем, необходим мониторинг за дальнейшим развитием процессов

2 - слабая Слабо измененное состояние экосистем, необходимы локальные мероприятия (по осушению и/или обводнению)

3 - средняя Средне измененное состояние экосистем, требуются локальные гидро- и лесотехнические мероприятия

4 - сильная Сильно измененное состояние экосистем, наряду с локальными (гидро- и лесотехническими) нужны мероприятия по изменению гидрологического режима реки

5 - очень сильная Полностью измененное состояние экосистем, требуются мероприятия по изменению гидрологического режима реки

Усреднение значений всех биологических показателей нивелирует возможность ошибки исследователя при определении степени нарушенности экосистемы, особенно часто встречающейся при выявлении видового состава и, соответственно, правильного определения флуктуационной изменчивости и изменения видового разнообразия. Особенно важно это в тех случаях, когда берутся полевые данные разных исследователей.

В идеале все шесть (для луговых) и/или пять (для древесных) биологических показателей должны дополнять друг друга и показывать одинаковые значения. Однако подчас в природе этого не наблюдается по разным причинам (сильное локальное антропогенное воздействие, ошибки исследователя и др.). Поэтому для оценки степени нарушенности экосистем мы применяем усреднение всех (табл. 11) или большинства (табл. 12) используемых полученных биологических показателей.

В заключение, нужно отметить еще раз, что использованный метод оценки нарушений в наземных экосистемах успешно применялся для различных географических зон не только для выявления гидротехнических нарушений, но и для установления нарушений от климатических изменений.

Кроме того, данный метод оценки можно применять и для больших территорий, оценивая степень нарушенности экосистем и целых ландшафтов по количеству нарушенных или ненарушенных экосистем в рамках заложенных модельных профилей (или трансект), в которых анализируется достаточное количество модельных площадок. При этом если более половины всех модельных участков заложенного профиля (трансекты) будет относиться к нарушенным экосистемам, территорию следует относить к измененной и разрабатывать для нее специальные меры реабилитации. Балл нарушения территории в целом рассчитывается

также по среднему баллу от всех нарушенных экосистем на профиле.

Для околоводных наземных экосистем выбор биологических показателей, отражающих их структурно-функциональные изменения, связан с их коренным отличием от зональных экосистем по основному лимитирующему фактору, поскольку для зональных экосистем это - термический режим, а для интразональных (долинных и пойменных, т.е. наземных околоводных) - гидрологический режим территории. Основной лимитирующий фактор определяет чрезвычайную (ускоренную в 2-5 раз и более) динамичность развития околоводных экосистем во времени и пространстве по сравнению с зональными экосистемами, что требует выбора других биологических показателей для оценки состояния экосистем и их структурно-функциональных изменений по сравнению с зональными.

Поскольку околоводные наземные экосистемы постоянно находятся в процессе изменения, каждая из этих экосистем может быть представлена только как некоторая отдельная совокупность, состоящая из набора переменных состояний, сгруппированных в серийные (т.е. последовательно сменяющиеся сукцессионные) и трансформационные (т.е. спонтанно изменяющиеся) ряды. При этом состояние такого сложного динамического образования, как околоводная наземная экосистема, не может быть оценено стандартными неизменными показателями, такими как продуктивность или проективное покрытие. Для оценки изменений околоводных экосистем наряду с некоторыми стабильными показателями необходимо использовать соответствующие динамические показатели, значения которых изменялись бы вместе с соответствующей постоянно меняющейся экосистемой, находящейся в условиях чрезвычайно динамичной среды.

Выводы

В результате исследований было установлено, что нарушение в наземных экосистемах и ландшафтах вследствие изменения водного режима территории возможно определить на основании оценки живых, неживых и условно живых компонентов наземных экосистем. Анализ и оценка изменений климатической и гидрологической компоненты экосистем, включая изменения УГВ (Кузьмина, 2017), позволяет сделать вывод о наличии или отсутствии нарушений водного режима территории не связанных с длительно протекающей естественной динамикой экосистем (с периодом в несколько сот лет и более). Оценка изменений почвенной компоненты позволяет оценить масштабы изменений и общие направления развития процессов на данной территории. Собственно оценку самих изменений, происходящих в экосистемах в связи с нарушением водного режима территорий (после установления наличия этих изменений), следует проводить на втором этапе исследований по совокупному анализу основных биологических показателей, которые были определены и представлены «Методом оценки нарушений в околоводных экосистемах по биологическим показателям при изменении обводненности территории (от естественных климатических и антропогенных гидротехнических воздействий)».

Таким образом, основные биологические показатели для оценки состояния наземных околоводных экосистем были определены и разделены на две совокупности - динамические и стабильные. К динамической группе биологических показателей относятся показатели с постоянно изменяющимися (как минимум ежегодно) значениями: 1) изменение видового разнообразия растительных сообществ, 2) их ежегодная флуктуационная изменчивость. К стабильной совокупности биологических показателей относятся показатели, обычно изменяющиеся во времени не сразу, а за достаточно длительный период (от 10 лет и более) и обладающие более или менее постоянными значениями, изменяющимися не ежегодно. К стабильной группе биологических показателей относятся: 1) изменение структурной организации растительных сообществ (количество и качество ярусов), 2) наличие и

количественная композиция в составе растительных сообществ видов растений -индикаторов изменения водного режима территории, 3) качественное и количественное проявление видов растений - индикаторов изменения водного режима территории, 4) изменение кормовой ценности луговых сообществ (по сорнотравью).

Наличие достоверных нарушений в пойменных экосистемах при зарегулировании или при климатических изменениях можно выявить на основе биологических показателей, относящихся к стабильной совокупности, а именно по установленному списку видов растений - индикаторов изменения водного режима территории в зависимости от гранулометрического состава почвогрунтов, залегания УГВ в межень и изменения характера паводковых затоплений. Основными видами - индикаторами изменения водного режима территории в зоне южной тайги, широколиственных лесов и лесостепи являются одни и те же виды растений с широким евразийским ареалом распространения (табл. 1).

На основе стабильной совокупности биологических показателей, отражающих стуктурно-функциональные особенности экосистем, можно оценить и степень нарушений от воздействия гидротехнических сооружений на пойменных территориях, а также необходимость восстановительных (рекультивационных) мероприятий, которые устанавливаются по проявлению видов растений - индикаторов изменения водного режима территории в экосистемах.

В то же время пороговые (критические) значения нарушений в околоводных наземных экосистемах, после которых в них начинаются необратимые изменения, можно определить только на основании динамической совокупности биологических показателей, отражающих структурно-функциональные особенности экосистем. Экосистемы, в течение длительного времени сильно нарушенные в результате воздействия гидросооружений и зарегулирования стока, отличаются очень слабой флуктуационной изменчивостью и меньшим (в 2-4 раза) видовым разнообразием: доля постоянных видов растений здесь обычно превышает предельно допустимый уровень: 70% от ежегодного и 50% от многолетнего флористического списка; для таких экосистем следует разрабатывать специальные меры реабилитации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ГруздеваЛ.П., Суслов С.В., ГруздевВ.С. 2005. Водоохранные зоны водохранилищ

нечерноземья. М.: ГУЗ. 152 с. Данилов-Данильян В.И., Арский Ю.М., Вяхирев Р.И., Залиханов М.Ч., Кондратьев К.Я., Лосев К.С. 2002. Экологический энциклопедический словарь. М.: Издательский дом «Ноосфера». 930 с.

Костюковский В.И. 1988. Динамика ландшафтов Центрального Казахстана. М.: Наука. 159 с. Кузьмина Ж.В. 1993. Динамика растительности речных пойм сухих субтропиков Туркменистана и вопросы ее охраны. Автореф. дис. ... канд. биол. наук. М.: Институт экологии и морфологии животных. 24 с. Кузьмина Ж.В. 1997а. Зависимости показателей структуры растительных сообществ от

факторов среды // Экосистемы речных пойм. М.: РАСХН. С. 544-550. Кузьмина Ж.В. 1997б. Классификация растительности дельты Амударьи // Ботанический

журнал. Т. 82. № 1. С. 86-101. Кузьмина Ж.В. 1997в. Структура и динамика пойменных экосистем сухих субтропиков

Западного Туркменистана // Экосистемы речных пойм. М.: РАСХН. С. 328-419. Кузьмина Ж.В. 2005а. Оценка последствий изменения режима речного стока для пойменных экосистем при создании малых гидротехнических сооружений на равнинных реках // Метеорология и гидрология. № 8. С. 89-103. Кузьмина Ж.В. 2005б. Последствия изменения режима речного стока для пойменных

экосистем при создании малых (низконапорных) гидротехнических сооружений на равнинных реках // Оценка влияния изменения режима вод суши на наземные экосистемы. М.: Наука. С. 134-163.

Кузьмина Ж.В. 2007а. Анализ изменений многолетних метеорологических характеристик и их воздействие на динамику экосистем // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Науки о Земле. Естественные науки. Спецвыпуск. № 6. С. 73-78.

Кузьмина Ж.В. 2007б. Анализ многолетних метеорологических трендов на Юге России и Украины (от лесостепи до пустынь) // Аридные экосистемы. Т. 13. № 32. С. 53-67.

Кузьмина Ж.В. 2007в. Воздействие низконапорных гидротехнических сооружений на динамику наземных экосистем зоны широколиственных лесов Центральной и Восточной Европы. Автореф. дис. ... докт. геогр. наук. М.: ФГБУ ИВП РАН. 44 с.

Кузьмина Ж.В. 2017. Динамические изменения экосистем и вопросы их оценки // Экосистемы: экология и динамика. Т. 1. № 1. С. 10-25. [Электронный ресурс http://www.ecosystemsdynamic.ru].

КузьминаЖ.В., Каримова Т.Ю., Трешкин С.Е., Феодоритов В.М. 2011а. Влияние климатических изменений и зарегулирования речного стока на динамику растительности долин рек // Использование и охрана природных ресурсов в России. Научно -информационный и проблемно-аналитический бюллетень. № 2 (116). С. 34-40.

Кузьмина Ж.В., Каримова Т.Ю., Трешкин С.Е., Феодоритов В.М. 2011б. Воздействие антропогенного регулирования речного стока и климатических изменений на динамику растительности долин рек // Антропогенная динамика растительного и почвенного покровов лесной зоны. Сборник научных трудов кафедры земледелия и растениеводства. М.: Государственный университет по землеусройству. С. 125-147.

Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2001. Современное состояние флоры и растительности заповедника «Бадай-Тугай» в связи с изменением гидрологического режима // Ботанический журнал. Т. 86. № 1. С. 73-84.

Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2008. Методика определения и оценки нарушений пойменных экосистем при гидротехническом воздействии // Аридные экосистемы. Т. 14. № 35-36. С. 94-110.

Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2010. Антропогенное изменение пойменных экосистем и их охрана // Использование и охрана природных ресурсов в России. Научно-информационный и проблемно-аналитический бюллетень. № 5 (113). С. 58-64.

Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2011. Метод оценки гидротехнического воздействия и климатических изменений на экосистемы // Антропогенная динамика растительного и почвенного покровов лесной зоны. М. С. 148-163.

Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2012. Оценка последствий гидротехнического воздействия на экосистемы пойменных гидроморфных и полуавтоморфных территорий // Актуальная биогеография. Вопросы географии. Вып. 134. С. 298-313.

Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2014а. Климатические изменения в бассейне Нижней Волги и их влияние на состояние экосистем // Аридные экосистемы. Т. 20. № 3(60). С. 14-32.

Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2014б. Обусловленные режимом водных объектов бюиологические показатели, отражающие структурно-функциональные изменения окловодных наземных экосистем // Изменение состава и структуры ландшафтов в условиях техногенеза. М. С. 87-115.

Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2016а. Многолетние изменения основных метеорологических характеристик в бассейне Амура // Использование и охрана природных ресурсов в России. № 2 (146). С. 50-61.

Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2016б. Климатические изменения в Приаралье и Средней Азии // Аридные экосистемы. Т. 22. № 4(69). С. 5-20.

Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 2017. Оценка изменений наземных экосистем Нижней Волги при зарегулировании // Аридные экосистемы. Т. 23. № 4 (73). C. 24-36.

КузьминаЖ.В., Трешкин С.Е., Каримова Т.Ю. 2013. Воздействие основных тенденций совокупного влияния климатических и гидрологических изменений на сукцессионную динамику растительности в мелиоративно трансформируемых экосистемах зоны южной тайги // Современные проблемы использования мелиоративных земель и повышения их плодородия. Материалы международной научно-практической конференции ГНУ ВНИИМЗ Россельхозакадемии, Тверь, 27-28 июня 2013 года. С. 253-272.

КузьминаЖ.В., Трешкин С.Е., Каримова Т.Ю. 2015. Критерии климатического и антропогенного заболачивания наземных экосистем в долинах рек // Болота и биосфера. С. 219-224.

КузьминаЖ.В., Трешкин С.Е., Хенрихфрайзе А. 2000. Микроочаговые процессы в связи с локальным изменением обводненности территорий // Микроочаговые процессы-индикаторы дестабилизированной среды. М.: РАСХН. С. 26-34.

Новикова Н.М., Назаренко О.Г. 2013. Природные комплексы побережий искусственных водоемов на юге Европейской части России // Аридные экосистемы. Т. 10. № 3 (56). С. 27-42.

НовиковаН.М., Волкова Н.А., Назаренко О.Г. 2014. Функционирование экотонных систем побережья Цимлянского водохранилища // Аридные экосистемы. Т. 20. № 4 (61). С. 2435.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Панкова Е.И., Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 1994. Влияние грунтовых вод на состояние почвенного и растительного покрова в оазисах Южной Гоби Монголии и перспективы рационального использования земель // Водные ресурсы. Т. 21. № 3. С. 358-364.

Панкова Е.И., Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. 1996. Состояние тугайной растительности в оазисах Южной Монголии и перспективы их восстановления // Аридные экосистемы. Т. 2. № 2-3. С. 131-144.

Сочава В.Б. 1972. Геоботаническое картографирование // Классификация растительности как иерархия динамических систем. Л. С. 3-18.

Сочава В.Б. 1979. Растительный покров на тематических картах. Новосибирск, Изд-во: Наука. 189 с.

Трешкин С.Е., Кузьмина Ж.В. 1989. Структура древесно-кустарниковых тугаев низовьев Амударьи // Вестник КК ФАН УзССР. Нукус. № 4. С. 35-39.

Трешкин С.Е., Кузьмина Ж.В. 1993. Современное состояние пойменных лесных экосистем рек Амударьи и Сумбара в связи с антропогенным воздействием // Проблемы освоения пустынь. № 2. С. 14-19.

Электронный ресурс http://www.plantarium.ru.

Braun-Blanquet J. 1964. Pflanzensoziologie. 3 Aufl., Wien. 865 s.

Drude O. 1913. Die Ökologie der Pflanzen. Braunschweig (Germany): F. Vieweg & Sohn. 308 s.

Kuzmina Zh.V. 2004. The impact of natural and human-induced changes in the river flow and the climate on flood plain ecosystems in the middle Elbe river basin // Ecological Engineering and Environment Protection. № 2. Р. 5-15.

Kuzmina Zh.V., Treshkin S.Y., Avetjan S.A., Henrichfreise A. 2005. Assessment of consequences change of river flow regime for floodplain ecosystems under building small and middle hydrotechnical constructions // Journal of Hydrology and Hydromechanics. Vol. 53. № 1. Р. 3-16.

Novikova N.M., Kuzmina Zh.V., Dikareva T.V., Trofimova T.U. 2001. Preservation of the tugai biocomplex diversity within the Amu-Darya and Syr-Darya river deltas in aridization conditions // Ecological research and monitoring of the Aral sea deltas. Book 2. UNESCO: Pronting Sagraphic, Barcelona. P. 155-188.

Novikova N.M., Kust G.S., Kuzmina Zh.V., Trofimova G. U., Dikareva T. V., Avetian S.A., Rozov S. U.,

Deruzhinskaya V.O., SafonichevaL.F., Lubeznov U.E. 1998. Contemporary plant and soil cover changes in the Amu-Dar'ya and Syr-Dar'ya river deltas // Ecological Research and Monitoring of the Aral Sea Deltas. UNESCO: Paris. P. 55-80.

Schrautzer J., Wiebe C. 1993. Geobotanische Charakterisierung und Entwicklung des Gruenlandes in Schleswig-Holstein // Phytocoenologia, Berlin-Stuttgart. № 22 (1). S. 105-144.

TECHNIQUE OF AN VALUATION OF VIOLATIONS IN LAND ECOSYSTEMS AND LANDSCAPES OWING TO CLIMATIC AND HYDROLOGICAL CHANGES

*Institute of Water Problems of Russian Academy of Sciences Russia, 119333, Moscow, Gubkina Str., 3. E-mail: jannaKV@yandex.ru ** Federal Agency for Scientific Organizations Russia, 119334, Moscow, Leninsky Avenue, 32а. E-mail: biost@yandex.ru

The article presents the algorithm of ascertaining the violation in the ecosystems and landscapes, which is based on the total assessment of changes of some animate and inanimate ecosystem components. The conclusion of that assessment has become the usage of the "Метода оценки нарушений в околоводных экосистемах по биологическим критериям и показателям при изменении обводненности территорий" (Method of evaluation of the violations in the near-water ecosystems, considering their biological criteria and indices during the changes of the irrigated areas) (Кузьмина, Трешкин, 2012, 2014; Кузмина и др., 2013). To perform the "Method of evaluation ..." the requirements for selection and model plots laying, researches, field works materials obtaining and processing are described. Also, the work with the method is described, and the practical examples of its applying in the different areas are presented.

Keywords: groundwater level, soils ironing, soils gleaming, flood-lands ecosystems, vegetation dynamics, fluctuations variability, indicator species of the water regime violations, changes of the grasslands fodder value, biodiversity of the associations.

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Ж. В. Кузьмина, С. Е. Трешкин

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Ж. В. Кузьмина, С. Е. Трешкин

TECHNIQUE OF AN VALUATION OF VIOLATIONS IN LAND ECOSYSTEMS AND LANDSCAPES OWING TO CLIMATIC AND HYDROLOGICAL CHANGES

Текст научной работы на тему «Методика оценки нарушений в наземных экосистемах и ландшафтах в результате климатических и гидрологических изменений»