CC BY
50
ИЗВЕСТИЯ
ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 25 2011
IZVESTIA
PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 25 2011
УДК 581. 526. 426.
ОСНОВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ МНОГОЛЕТНЕЙ ДИНАМИКИ «КАЗАЦКОЙ СТЕПИ» (КУРСКАЯ ОБЛАСТЬ)
© В. Н. УХАЧЕВА**, Л. А. НОВИКОВА*, Е. И. СТРОКИНА**
**Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена, кафедра физической географии и природопользования *Пензенский государственный педагогический университет им. В. Г. Белинского, кафедра ботаники, физиологии и биохимии растений e-mail: strorinaelena@yandex. ru, la_novikova@ mail.ru
Ухачева В. Н., Новикова Л. А., Строкина Е. И. - Основные экологические маркеры многолетней динамики «Казацкой степи» (Курская область) // Известия ПГПУ им. В. Г. Белинского. 2011. № 25. С. 165-169. - Приводятся итоги мониторинга растительности «Казацкой степи» (Курская область) за 40 лет методом периодического геоботанического картирования. Установлена мезофитизация степной растительности: смена луговых степей остепненными лугами, которая связана с климатическими факторами.
Ключевые слова: степная растительность, мониторинг, геоботаническое картирование.
Uhacheva V. N., Novikova L. A., Strokina E. I. - The basic ecological markers of long-term dynamics of the «Kazak steppe» (region of Kursk) // Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V.G. Belinskogo. 2011. № 25. Р. 165-169. - In this article are showed the results of the vegetation's monitoring of the “Kazak steppe” (region of Kursk) during 40 years by the method of the periodicalgeobotanical mapping. Is determined the mesophytisation of the steppe vegetation: the change of the meadow steppes by the steppe meadows which is related with the climatic factors.
Keywords: steppe vegetation, monitoring, geobotanical mapping.
«Казацкая степь» - один из шести кластеров «Центрально-Черноземногозаповедникаим. В. В.Але-хина» и в настоящее время представляет собой самый крупный участок водораздельных целинных луговых степей в европейской части России. В 60-х годах 20-го столетия в «Казацкой степи» начал осуществляться мониторинг за состоянием растительного по-кроваподруководствомдоцентаСанкт-Петербургско-го (Ленинградского) государственного университета Ю. Н. Нешатаева (1927-2006) методом крупномасштабного геоботанического картирования ( в масштабе 1 : 5000). При жизни автора были проведено 3-х кратное картирование растительности (1968, 1979 и 1993 гг.), результаты которого опубликованы ранее [2]. В этих работах принимали участие и авторы этой статьи: В. Н. Ухачева (1979 и 1993 гг.) и Л. А. Новикова (1979 г.).
Даже самый общий сравнительный анализ карт-науровнелегенды(количество, размеры, состав и размещение контуров-выделов) обнаружил весьма существенные изменения в структуре растительного покрова, а также позволил выявить общую направленность в его развитии [4, 5, 6]. Установлено, что эколого-фитоценотические изменения проявились
на всех участках землепользования и коснулись, как естественной растительности (леса, степи, луга), так и растительности, появившейся здесь под воздействием человека (лесных культуры, поляны, залежи).
Общаянаправленностьэтихизмененийсводится к хорошо выраженной мезофитизации, т. е. усилению фитоценотических позиций мезофитов - растений, требовательных к достаточному увлажнению среды (лесныхилуговых).Особеннозаметноэто проявилось наводоразделахиверхнихчастяхсклонов,гделуговые степи стали трансформироваться в остепненные луга. Анализ материалов на ряде ключевых участков позволили оценить этот процесс количественно [3, 7, 8, 9].
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В 2009-2010 гг. авторами данной статьи были проведены повторные мониторинговые исследования в «Казацкой степи», которые не захватывали всей территории заповедного участка, а выполнялись на отдельных ключевых участках. С этой целью на более или менее выровненных водоразделах были заложены 4 ключевых участка: 2 - на косимой степи (на водоразделах разного уровня); 1 - на не косимой степи; 1 - на косимой залежи. Размер каждого из этих ключе-
вых участков составляет 0.3 х 1.0 км2. Ниже будут приведены результаты анализа материалов, собранных на участке более высокого водораздела с ротационным косимым режимом (покос 1 раз в 4 года).
Методика сбора и обработки геоботанических данных наиболее подробно изложена нами ранее [9], но наиболее существенные моменты следует все-таки отметить. Пробные площади размером 10 х 10 м2 закладывались регулярно через каждые 100 м по реперной сетке. Внутри каждого геоботанического описания выполнялись по 10 мелких площадок размером
0.25x0.25 м2, которые закладывались с учетом вну-трифитоценотической мозаики. На каждой площадке устанавливался полный флористический состав фитоценозов и проективное покрытие для каждого вида в % (ПП). В целом на ключевом участке закладывалось по 30 крупных пробных площадей (или 300 мелких учетных площадок).
Классификациярастительныхсообществпрово-дилась на эколого-фитоценотических принципах. При разграничении лугов и степей основными экологическими маркерами явились следующие: соотношение экологических групп (ксерофитов и мезофитов) в сообществе по суммарному ПП, набор фитоценотиче-ски значимых видов (ФЗ) и их экологическая оценка (табл. 1, 2). К ФЗ видам отнесены те виды, которые имели ПП более 5%. Такой порог был установлен в результате статистической обработки массива из 500 описаний [12]. При выделении растительных ассоциаций учитывались: господствующая фракция
травостоя (в данном случае - разнотравье, включая бобовые) и ФЗ виды. Далее ассоциации объединяются в группы с учетом ФЗ видов в злаковой и осоковой фракциях травостоя, так как в них наблюдается более равномерное распределение особей внутри растительных сообществ (по сравнению с ФЗ видами фракции разнотравья). Латинские названия видов в работе приводятся по С. К. Черепанову [13].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Изученный ключевой участок расположен на водоразделе со средней абсолютной высотой 220-235 м между «Барыбиным» и «Голеньким» логами в квартале № 13. С востока к нему примыкает аналогичный ключевой участок в косимой степи на более низком водоразделе. Приведены основные фито-ценотические показатели травостоя этого ключевого участка за разные годы, включая предыдущие геобо-танические картирования (табл. 1, 2). Установлено следующее разнообразие растительных сообществ на уровне групп ассоциаций в степном и луговом типах растительности (табл. 3). Анализ приведенных данные подтверждают установленную тенденцию к мезофитизации растительного покрова в течение последних 40 лет. За этот период времени произошла трансформация луговых степей в остепненные луга с полной заменой ФЗ видов. В настоящее время растительный покров имеет заметно обедненный видовой состав и небольшое разнообразие растительных сообществ.
Основные фитоценотические показатели травостоя
Таблица 1
Показатели Годы
1968 1979 1993 2010
Количество описаний 30 30 30 30
Общее число видов 127 144 157 119
Число видов на пробной площади 54 72 76 54
Высота травостоя (см) 25 50 80 60
Общее ПП 44 59 97 75
Относительное ПП (% фракций травостоя) злаки 17 29 30 38
осоки 12 2 1 +
бобовые 11 13 14 17
разнотравье 60 56 55 45
Относительное ПП (%) видов степных 66 53 47 43
луговых 34 47 53 57
Число групп ассоциаций всего 8 5 6 4
степных 7 2 2 2
луговых 1 3 4 2
Площадь сообществ (%) степных 97 73 37 27
луговых 3 27 63 73
Таблица 2
Фитоценотически значимые виды травостоя
Виды эг 1968 1979 1993 2010
1 2 1 2 1 2 1 2
Arrhenatherum elatius ЭМ 0 0 2 + 90 3 100 17
Bromopsis riparia МК 67 3 100 11 100 10 100 4
Carex humilis ЭК 97 9 63 1 33 + 17 +
Festuca valesiaca ЭК 97 5 100 7 97 4 87 1
Filipendula vulgaris МК 100 5 100 7 100 4 97 3
Fragaria viridis КМ 90 3 97 2 100 5 77 1
Salvia pratensis МК 93 7 97 4 100 4 100 2
Salvia nutans МК 77 5 90 3 83 3 90 2
Stipa pennata МК 90 5 80 1 93 3 97 2
Vicia tenuifolia КМ 57 2 80 4 97 7 100 6
Примечание: 1 - встречаемость (%); 2 - среднее проективное покрытие (%); ЭГ - экологические группы; ЭК - эуксеро-фит, МК - мезоксерофит; КМ - ксеромезофит; ЭМ - эумезофит.
Таблица 3
Соотношение площадей под фитоценозами групп ассоциаций и подтипов растительности (%)
Группы ассоциаций годы
1968 1979 1993 2010
Луговые степи 97 73 37 27
1 Осоково-ковыльно-разнотравные 27 - - -
2 Осоково-типчаково-разнотравные 30 - - -
3 Осоково-кострецово-разнотравные 7 - - -
4 Осоково-разнотравные 16 - - -
5 Ковыльно-разнотравные 7 - - -
6 Типчаково-разнотравные 7 20 10 -
7 Кострецово-разнотравные 3 53 27 10
8 Райграсово-разнотравные - - - 17
Остепненные луга 3 27 63 73
1 Прямокострецово-разнотравные 3 - 3 -
2 Мятликово-разнотравные - 7 - -
3 Типчаково-разнотравные - 10 7 -
4 Кострецово-разнотравные - 10 43 3
5 Райграсово-разнотравные - - 10 70
В 1968 г. участок был покрыт сообществами типичной луговой степи, близкой к той, что была описана проф. В. В. Алехиным в начале 20-го столетия. Только 3 % площади занимали луга, приуроченные к пониженным элементам рельефа (степным блюдцам). Хорошо развит напочвенный покров из степного мха (туидиума) и так называемый «подсед» из осоки низкой - Carex humilis. Травостой носил степной злаковоразнотравный характерспреобладаниемиз злаков:ко-выля перистого - Stipa pennata и овсяницы валисской (типчака) - Festuca valesiaca, а из разнотравья: шалфея лугового - Salvia pratensis, ш. поникающего - Salvia
nutans, лабазника обыкновенного - Filipendula vulgaris. Все 6 ФЗ видов были ксерофильными (2 эуксерофита и 4 мезоксерофиты). Наибольшие площади занимают сообщества низкоосоково-типчаково-разнотравной (30 %) и низкоосоково-перистоковыльно-разнотрав-ной (27 %) и низкоосоково-разнотравной (16 %) групп ассоциаций луговых степей.
В 1979 г. участок по-прежнему оставался степным, хотя доля лугов увеличилась с 3 % до 27 % и они встречались уже не только на пониженных элементах рельефа, но и на склонах северной экспозиции. У простилась структура растительного покрова: мох туиди-
ум и осока низкая перестали образовывать самостоятельные ценотические структуры, сократилось число ФЗ видов до 3-х (1 - эуксерофит и 2 - мезоксерофита) и, соответственно, число ассоциаций. Основным ФЗ видом в злаковой фракции травостоя стал кострец береговой - Bromopsis прапа. Степные сообщества с его доминированием занимали 53 % площади, луговые -10 %. Однако типчак играл еще достаточно заметную фитоценотическую роль. Среди разнотравья преобладает лабазник обыкновенный. В целом на участке преобладаютфитоценозыбереговокострецово-разно-травной (53 %) и типчаково-разнотравной (20 %) групп ассоциаций луговых степей.
Олуговение участка продолжалось и в 1993 г. при сохранении доминирующей роли кострецаберего-вого. Самыми распространенными стали сообщества береговокострецово-разнотравнойгруппыассоциаций остепненные луга, занимающие 43 % всей площади и береговокострецово-разнотравнойгруппыассоциаций луговых степей (27 %). Всего 3 ФЗ вида: (1 - мезоксе-рофит, 2 - ксеромезофита), в том числе земляника зеленая - Fragaria viridis и горошек тонколистный - Vicia 1епт/оНа. В качестве доминирующего вида появился эумезофит райграс высокий - АггИепаЛегит еОлш, заметно потеснивший типчак.
В дальнейшем мезофитизация растительного покрова продолжалась, хотя темпы её заметно снизились. В 2010 г. степи сохранились лишь на 27 % площади участка. Как в степных, так и в луговых сообществах основным ФЗ видом стал райграс высокий: остепненные луга с его доминированием заняли 70 % площади, а луговые степи - 17%. Всего 2 ФЗ вида (1 - ксеромезофит и 1 - эумезофит). В травостое, кроме райграса высокого, едва заметен горошек тонколистный. Растительный покров стал более однородным и на основной площади представлен сообществами одной высокорайграсово-узколистноковыльно-разнотравной группы ассоциаций остепненных луга.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основными экологическими маркерами установленного процесса мезофитизации являются: увеличение мезофитов, как по общему числу видов, так и по фитоценотической значимости; замена ксерофитов на мезофиты в составе ФЗ видов и, как следствие, увеличение площади под луговыми сообществами. В итоге это привело к трансформации луговых степей в остепненные луга. Особенно показательно в этом отношении смена позиций ФЗ видов из злаковой фрак-циитравостоя:типчак(эуксерофит),ковыльперистый (мезоксерофит) ^ кострец береговой (мезоксеро-фит) ^ райграс высокий (эумезофит). Не вполне понятным является широкое распространение в на-стоящеевремянаводораздельныхпространствах«Ка-зацкой степи» райграса высокого. Этот западноевропейский вид изначально в рассматриваемом регионе использовалсякаксенокосная культура. До70-х годов прошлого столетия он встречался лишь на лесных полянах и его мощная экспансия на целинных степях требует специального изучения.
Мезофитизацию растительного покрова Курских луговых степей мы, в основном, связываем с соответствующими климатическими изменениями. Для европейской части России было установлено потепление с начала XX в. до 40-х годов, которое затем сменилось некоторым похолоданием до середины 70-х годов, после чего потепление продолжается до настоящего времени [1, 10]. Кроме того, эти авторы отме-чали,чтопоследнеепотеплениеособеннояркопрояви-лось в конце 80-х годов. Наши данные по мониторингу среднерусских луговых степей это подтверждают. Мезофитизация луговых степей на Казацком участке ЦЧЗ проходила неравномерно, о чем свидетельствует соотношение площадей, занятых под степными и луговыми сообществами. Так, с 1968 г. по 1979 г. площадь под степными сообществами сократилась на 24 %, за период с 1979 г. по 1993 г. - на 36 %, а с 1993 г. по 2010 г. - всего на 10 %.
Анализ климатических данных за 1947-1993 гг. (метеостанция ЦЧЗ на Стрелецком участке), проведенные разными авторами, дали неоднозначные результаты [3]. Н. А. Лавров и К. Е. Смирнов установили достоверныетрендыприростасреднегодовойтемпера-туры на 0.7°С и увеличения среднегодового количества осадков на 60 мм. Наиболее существенное значение для развития растительности имеют: температурный тренд весной и тренд осадков осенью. Установлены циклические колебания среднегодовых температур в 8 лет, а осадков в 4 года.
В отличие от этих авторов, О. В. Рыжков с соавторами [11] указанных трендов не выявили. Они считают, что динамика среднегодовой температуры соответствует критериям стационарного случайного процесса типа «белый шум», с распределением статистически не отличающимся от нормального. В динамике годовой суммы осадков выявлена также периодичность в 4 года. Наиболее сухие периоды приходятся на 40-е - 50-ые гг. и на конец 60-х - начало 70-х гг. Наиболее влажным считается период со второй половины 70-х по первую половину 80-х годов. Нельзя исключать, что привычные расхождения в оценке климатической изменчивости кроются в различных методах обработки данных разными авторами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Изменение климатических условий европейской части России во второй половине XX века / Влияние изменения климата на экосистемы. М.: Русский университет, 2001. С. 9-16.
2. Картографические исследования в Центрально-Черноземном заповеднике // Тр. ЦЧЗ им. В.В. Алехина. Курск, 2006. Вып. 19. 184 с.
3. ЛавровН.А.,СмирновК.В.Изменениерастительности и климата лесостепи Русской равнины за последние десятилетия (на примере Центрально-Черноземного государственного заповедника) // Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2000. Вып. 2. № 15. С. 110-122.
4. Нешатаев Ю.Н. Некоторые итоги изучения динамики растительности Казацкого участка Центрально-
Черноземного заповедника методом выборочно-статистического картографирования // Заповедное дело (Научно методические записки). М., 1996. Вып. 1. С. 35-40.
5. НешатаевЮ.Н.,Новиковал.А.,Ухачева В.Н.Основ-ные тенденции изменения растительности Казацкого участка Центрально-Черноземного заповедника (по итогам геоботанического картографирования 1968 и 1979 гг.) // Научное наследие В.В. Алехина и развитие его идей в заповедном деле. Курск, 1982. С. 49-53.
6. Нешатаев Ю. H., Новикова л. А., Ухачева В. H. Многолетняя динамика луговых степей // Вопросы биологии и охраны растений. Саранск, 1985. С. 120-127.
7. Нешатаев Ю.Н., Ухачева B.H. Изменение растительности Казацкой степи за последние десятилетия // Проблемы сохранения разнообразия природы степныхилесостепныхрегионов.М., 1995.С.106-108.
8. Нешатаев Ю.Н., Ухачева B.H. Основные тенденции в динамике растительности Среднерусской лесосте-
пи//Изучение и охранабиологического разнообразия ландшафтов Русской равнины. Пенза, 1999. С. 8-11.
9. НешатаевЮ.Н.,УхачеваВ.Н.Мониторинграститель-ности Среднерусской лесостепи // Вестник СПбГУ Сер. 3. 2001. Вып. 2. С. 55-66.
10. Ранькова Э.Я., Груза Г.В. Индикаторы изменений климата России // Метеорология и гидрология. 1998. Вып. 1. С. 5-18.
11. Рыжков О.В., Пузаченко А.Ю., Власов А.А., Золотухин Н.И., Корольков А.К., Филатова Т.Д. Столетняя динамика климата и биоты центральной лесостепи (на примере Центрально-Черноземного заповедника и прилегающих территорий). 2001. С. 69-81.
12. Ухачева В.Н. Анализ состава травяной растительности Казацкого участка Центрально-Черноземного заповедника // Научное наследие проф. В.В.Алехина и развитие его идей в заповедном деле. Курск, 1982. С. 89-93.
13. Черепанов С.К.Сосудистые растенияРоссиии сопредельных государств. СПб.: Мир и семья, 1995. 992 с.
