CC BY
83
©Рябинина Н.О., 2013
®
УДК 502.5.(470.45)
ББК 20.18(2Р-4Во)
ПРИРОДНЫЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ ДИНАМИКИ БИОПРОДУКТИВНОСТИ ГЕОСИСТЕМ ЦЕЛИННЫХ ТИПЧАКОВО-КОВЫЛЬНЫХ СТЕПЕЙ ВОСТОЧНО-ДОНСКОЙ ГРЯДЫ
Рябинина Наталья Олеговна
Кандидат географических наук, доцент кафедры географии и картографии Волгоградского государственного университета [email protected], [email protected]
Проспект Университетский, 100, 400062 г. Волгоград, Российская Федерация
Аннотация. В статье рассматриваются природные и антропогенные факторы, влияющее на степные ландшафты Восточно-Донской гряды. На основе многолетних полевых наблюдений на территории Донского природного парка делаются выводы об изменчивости динамики геосистем целинных типчаково-ковыльных степей.
Ключевые слова: ландшафт, динамика геосистем, биопродуктивность, целинная степь, особо охраняемые природные территории.
Степные ландшафты России оказались самыми пострадавшими из-за нерационального природопользования в XX веке. Для решения проблем ландшафтно-экологической оптимизации степного природопользования и формировании сети особо охраняемых природных территорий (далее - ООПТ) необходимым условием является детальное изучение и анализ структуры и функционирования геосистем, их иерархического соотношения, закономерностей их дифференциации и интеграции, динамики и эволюции. Универсальным для этих целей является геосистемный или ландшафтный подход, опирающийся на ландшафтную структуру территории, что обеспечивает привязку экологических проблем к конкретным территориальным подразделениям. Синтетическая концепция в ландшафтоведении рассматривает природную среду как целостность иерархически соподчиненных геосистем разного уровня организации, подчеркивая их роль как главных объектов оптимизации [5; 14]. Любая геосистема как объект эколого-геогра-фического анализа и оценки обладает специ-
фическим экологическим потенциалом, определенной степенью устойчивости к антропогенным воздействиям, является целостным территориальным носителем разнообразной экологической информации [5; 6]. Одной из главных задач ландшафтных исследований является изучение современного состояния, структуры и функционирования геосистем как результата исторически сложившихся антропогенных изменений, наложившихся на природный эколого-географический фон. Наиболее важной составляющей механизма функционирования геосистем является процесс формирования биологической продукции и обусловленное им взаимодействие биоты как наиболее динамичного и главного стабилизирующего компонента системы [1; 5, с. 173183; 13]. Интенсивность внутреннего энерго-массообмена обеспечивает многие качества геосистем, в том числе и устойчивость. Следовательно, запасы и продуктивность биомассы, зависящие от географических факторов и особенностей их проявления на разных уровнях (от регионального до локального), а так-
же от особенностей биологического круговорота в различных геосистемах, являются основным критерием и мерой определения устойчивости ландшафтов [1; 2, с. 69-95; 4; 5]. Растительный покров, являясь основным эко-лого-стабилизирующим фактором в функционировании геосистем, играет ведущую роль в сохранении их структуры и регулировании динамики. Поэтому мониторинговые исследований сохранившихся естественных зональных геосистем и их антропогенных модификаций необходимы при разработке программ мероприятий по сохранению биологического и ландшафтного разнообразия степной зоны.
Анализ отечественной и зарубежной литературы показывает, что систематически исследовались зональные особенности динамики и биологическая продуктивность геосистем луговых степей лесостепной зоны Русской равнины, степей Урала, Сибири и Казахстана, а также на экосистемы злаковников в Северной Америке в зоне высокотравных и низкотравных прерий [1; 2; 4; 13; 15]. Ландшафты разнотравно-типчаково-ковыльных (или умеренно засушливых) и типчаково-ко-выльных (или сухих) степей юго-востока Русской равнины изучены довольно слабо. Современная динамика и постпирогенные сукцессии геосистем сухих степей Волгоградской области впервые изучаются автором. Начиная с 2006 г., на ее территории наблюдается усиление засушливости и рост пожаров в летнеосенний период. Ключевыми полигонами для проведения ландшафтных исследований являются в первую очередь ООПТ, где снижено прямое антропогенное воздействие и есть возможность для изучения закономерностей функционирования и динамики природных геосистем. Необходимым условием получения качественных результатов является отбор «ключевых» участков в пределах типичных урочищ. При этом полученные данные отличаются высокой репрезентативностью, а возможность повторения наблюдений позволяет оценить динамические изменения.
Основным районом исследований автора является северо-восточная часть Восточно-Донской гряды, занимающая высокое правобережье Дона и располагающаяся в центре Волгоградской области. Огибая гряду с востока, Дон образует здесь Малую излучину, ох-
ватывающую его высокое правобережье от станицы Сиротинской до долины р. Большой Голубой. Ее северо-восточная часть с 2001 г. входит в состав Донского природного парка (площадь 60 000 га), который является одним из главных ядер региональной сети ООПТ. Сочетание геолого-геоморфологических, гидрологических, климатических и других факторов формирует уникальную ландшафтную структуру парка. Он отличается высокой репрезентативностью и сохранностью природных комплексов и может рассматриваться как ключевая ландшафтная и биологическая территория. Донской природный парк занимает северо-восточную наиболее приподнятую часть Восточно-Донской возвышенной ландшафтной провинции [3; 11]. Здесь встречаются практически все геосистемы и экосистемы, типичные для подзоны типчаково-ковыль-ных или дерновиннозлаковых бедноразнотравных (сухих) степей. На высоком правобережье Дона выделяются степные зональные эталонные ландшафты. По данным автора, здесь на значительной площади сохранились слабо-измененные урочища байрачно-нагорных дубово-липовых лесов, плакорных дубрав и целинные участки ковыльных и разнотравно-злаковых степей на каштановых суглинистых почвах в пределах ландшафта Донских «Венцов», занимающего высокое верхнее ровное (абсолютная высота до 252 м) плато Восточно-Донской пластово-ярусной гряды с покровом песков и песчаников полтавской свиты, подстилаемых глинистыми отложениями, песчаниками палеогена и верхнего мела. В целинных травостоях преобладают ковыли -Лессинга, или ковылок (Stipa lessingiana), перистый (S. pennata), опушеннолистный (S. dasiphilla) и др.; злаки - пыреи, тонконоги и пр. Разнотравье представлено шалфеем степным (Salvia stepposa), люцерной серповидной (Medicago falcata), румынской (M. romanica) и др., марьянником полевым (Melampyrum arvense), подмаренником русским (Galium ruthenicum), гвоздикой Борба-ша (Dianthus borbasii) и Андржевского (D. andrzejowskianus), зопником клубненосным (Phlomoides tuberosa) и колючим (Phlomis pungens), луком Регеля (Allium regelianum) и др. , грудницей мохнатой (Crinitaria villosa) и др. Весной появляются
ирис низкий (Iris pumila), тюльпаны Шренка ( Tulipa schrenkii ) и Биберштейна
(T. bibersteniana), адонис волжский (Adonis wolgensis), рябчик русский (Fritillaria ruthenica ), птицемлечник Фишера (Ornithogalum fisheranum) и Коха (O. kochii) и другие эфемероиды. На целине довольно часто встречаются низкорослые кустарники миндаля низкого (Amygdalus nana) и спиреи зверобоелистной (Spirea hypericifolia) и др. [8; 10; 11]. В пределах Малой излучины Дона на территории Подгорского мелового ландшафта, имеющего ступенчатую структуру, сохранились обширные участки целинных песчаных и меловых (кальцефильных) степей с эндемичными группировками иссопников и тимьянни-ков на выходах туронского мела (K2t), подстилаемого песками альб-сеномана (K2al-sm). Меловые степи занимают верхний ярус ландшафта - меловые плато и верхние части склонов с абсолютными высотами от 170-130 до 120-100 м. В их растительном покрове последних преобладают эндемичные кальцефильные виды - ковыль меловой (Stipa cretacea), тимьян (или чабрец) меловой ( Thymus cretaceus ), иссоп меловой (Hyssopus cretaceus), левкой душистый (Matthiola fragrans), полынь солянковидная (Artemisia salsoloides ), лен украинский (Linum ucranicum) и желтый (L. flavum), оносма донская (Onosma tanaitica), дрок донской (Genista tanaitica), копеечник украинский (Hedysarum ucrainicum) и меловой (H. cretaceum), клоповник Мейера (Lepidium meyeri), катран татарский (Crambe tataria), норичник меловой (Scrophularia cretacea), смолевка меловая (Silene cretacea) и Хель-мана (S. hellmannii), курчавка кустарная (Atraphaxis frutescens), льнянка меловая (Linaria cretacea), наголоватка Эверсмана (Jurinea ewrsmannii) и меловая (J. cretacea), скабиоза исетская (Scabiosa isetensis), астрагал белостебельный (Astragalus albicaulis), длинноножковый (A. macropus), шерстистоцветковый (A.Mdasyanthus) и др., изредка встречается можжевельник казацкий (Juniperus sabina) [8; 10; 12]. Песчаные степи занимают нижний ярус ландшафта абсолютными высотами от 120-80 м до уровня правобережной поймы Дона их растительном покрове преобладают псаммофильные виды:
ковыль перистый (Stipa pennata), тысячелистник Гербера (Achillea gerberi), кохия шерстистоцветковая (Kochia laniflora), молочай Сегье (Euphorbia seguieriana), цмин песчаный (Helchrysum arenarium), тимьян Маршалла (Thymus marschallianus), астрагал донской (Astragalus tanaiticus), длиннолепестковый (A. longipetalus), пузырчатый (А. physodes) и др. Территория природного парка включает и интразональный ландшафт долины Дона, с восточной окраиной Арчедино-Донского натер-расного песчаного массива.
С начала 1990-х гг. Н.О. Рябининой проводится систематическое изучение геосистем парка, и совместно с А.В. Холоденко в
2006 г. составлен авторский макет крупномасштабной (масштаб 1:25000) ландшафтной карты с подробным текстовым описанием [11]. Мониторинговые исследования ведутся с 2002 г. с использованием методов по-лустационарных наблюдений на «ключевых» участках, заложенных в типичных урочищах плакорных типов местностей в пределах заповедного степного ядра и особо охраняемой зоны, охватывающей Подгорский меловой ландшафт и Донских «Венцов», закладки гео-ботанических трансект, укосных (учетных) площадок и др. Они включают наблюдения за изменением видового состава и структуры растительных сообществ, количественный учет биологической продуктивности травянистых сообществ (то есть запасов надземной растительной массы) и мортмассы (ветоши), зависимости продуктивности от режима природопользования (заповедное ядро, агроландшафты и т. д.) и природно-климатических особенностей территории (количество осадков и их распределение в течение вегетационного сезона) [9].
Основным объектом проводимых исследований являются зональные геосистемы типчаково-ковыльных степей. Три мониторинговых «ключевых» участка («Целина 1», «Целина 2», «Целина 3») располагаются в пределах плакорного типа местности ландшафта Донских «Венцов» с целинными ковыльниками на легкосуглинистых маломощных каштановых почвах. Участок «Целина 2» периодически используется как сенокос. Пожары на различных участках Донского природного парка возникают практичес-
ки ежегодно и в любое время года, чему способствует малоснежная зима, жаркое и засушливое лето и преобладание ветреной погоды во все сезоны. В летный период главная причина палов - нарушение техники безопасности при проведении сенокоса и других работ. Так возникли наиболее крупные пожары в июле 2009 г. и августе 2006 г., когда выгорело более 1/3 территории парка и станицы Качалинской. Осенью, зимой и весной преднамеренные палы, возникшие при выжигании стерни и пастбищ, переходят с сопредельных агроландшафтов на территорию парка, хотя запасы ветоши в сухостепных геосистемах малы и составляют в среднем на целине 4,2-7,6 ц/га. Подгорский меловой ландшафт почти полностью выгорел в 2009 г. и частично в 2006 и 2008 годах. На некоторых участках ландшафта «Венцов», на приводораздельных и присетевых склонах балки Сухой пожары наблюдаются каждые 2-3 года. Из мониторинговых участков горели: «Целина 1» в 2006 и 2009 гг. и «Целина 2» частично в 2006 г. Участок «Целина 3» не был затронут огнем. Четвертый участок «ВерхнеФилимоновский» заложен на приводораздельном пологом склоне балки Верхне-Филимоновская, где доминируют разнотравно-злаковоковыльные ассоциации на среднесуглинистых каштановых почвах. Он сильно пострадал из-за пожара в конце октября 2011 года.
В результате мониторинговых исследований автором были выявлены следующие тенденции динамики биологической продуктивности ландшафтов типчаково-ковыльных степей. Так как целинный фитоценоз является устойчивым естественным сообществом, характер и тренды динамики его ви-
дового состава и структуры обусловлены в большей степени влиянием внешних факторов. С 2001 по 2004 г. на территории северо-востока Восточно-Донской гряды наблюдалась устойчивая тенденция к увеличению общего количества осадков и их равномерное распределение в течение теплого периода года. В 2002 г. выпадение осадков в теплый период года пришлось на май - июнь, а в оставшийся период наблюдалась обычная летняя засуха. Уже в 2003 г. осадки более равномерно распределялись в период с июня по август. В 2004 г. наблюдалось максимальное за последние 20 лет увлажнение в период с мая по сентябрь. Благоприятное сочетание местных климатических факторов отразилось в устойчивом увеличении средней продуктивности целинных ковыльников с 16,8 ц/га в 2002 г. до 42 ц/га в 2005 г. В 2006 г., более засушливые условия во второй половине лета определили общую тенденцию к снижению продуктивности в
2007 г. на 25 - 30%. В 2007 - 2009 гг. количество осадков в общем соответствовало средним многолетним показателям. В 2010 г., несмотря на аномально высокие летние температуры до +42 °С, запас почвенной влаги был достаточным. Средняя продуктивность наземной фитомассы на целине составила 29-40 ц/га. Установлено, что резкое снижение биопродуктивности целинных ковыльников (участок «Целина 1») в 2007, 2009 и 2010 гг., было вызвано пожарами возникшими в августе 2006 г. и 10 июля 2009 г. [7]. Комплексная сильная засуха 2012 г., начавшаяся с конца марта, вызвала резкое снижение биопродуктивности и запасов ветоши на всех «ключевых» участках 2012-2013 гг. (см. таблицу).
Средняя биологическая продуктивность геосистем целинных типчаково-ковыльных степей на «ключевых» участках в 2002-2012 гг.
«Ключевой» участок Среднегодовая биопродуктивность, ц/га
2002 2003 2004 2005 200б 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Верхне- Филимонов- ский б3,03 43,14 39,5 35,8 22,87 31 б1,85 40,б 29,4
Целина 1 1б,8 15,9 28,8 31,52 27,5 11,57 20,34 13,7 17,5 15,74 12,8
Целина 2 - 21,93 25,2 72,8 3б,9 23,07 40,4б 2б,77 40,42 25,3б 20,9
Целина 3 - 27,74 2б,1б 2б,3 19,94 2б,8 19,33 29,74 19,02 19,12
Под влиянием пожаров, по данным автора, в целинных ковыльниках происходит снижение продуктивности наземной фитомассы в среднем на 40-50 %, из травостоя на 2-4 года практически исчезают бобовые и представители мезофильного разнотравья, полностью погибает мохово-лишайниковый покров и напочвенные водоросли (Nostoc и др.). Запасы ветоши, составлявшие до пожара в среднем 6,5-7 ц/га, сгорают полностью и начинают восстанавливаться при благоприятных условиях на второй - третий год, а в условиях многолетней засухи (2010-2012 гг.) - только на пятый год. В результате количество гумуса снижается на 20-25 %. Если пожары повторяются каждые 3-4 года, то на целинных ковыльниках наблюдается изменение структуры фитоценоза, и вместо ковылей доминантами становятся типчаки (Festuca rupicola и др.). Общее проективное покрытие снижается до 50 %. Из травостоя исчезают или представлены единично виды разнотравья (подмаренник русский, марьянник степной, люцерны, гвоздики). На 30 % сокращается количество экземпляров ириса низкого, на 5060 % - адониса и луков, большинство из них зацветает на 2-3 год после пала. Тюльпаны пожар переносят лучше, сокращения взрослых растений не наблюдается, погибают молодые экземпляры и семена. Погибает 20-30 % кустарников спиреи и ракитника русского и до 80-90 % миндаля низкого, выжившие отрастают медленно. Из-за отсутствия ветоши, мхов и лишайников усиливается вымывание и выдувание мелкозема из верхнего слоя почвы. Между дернинами ковыля и типчака наблюдается формирование микроложбин глубиной 5-7 см. После пожара 2009 г. в 2010-2012 гг. ковыли и разнотравье были угнетены и почти не цвели, и красочные аспекты степи наблюдались слабо. При более частых палах дефляционные ложбины углубляются, и над ними, как островки, возвышаются дерновины типчака и ковылей. Семенное возобновление злаков и разнотравья 2-3 года после воздействия огня затруднено, и общее проективное покрытие снижается до 35-40 %. Продуктивность целинных зональных фитоценозов падает в 2-3 раза, в среднем с 27,7-33,4 ц/га до 7,6-17,7 ц/га (см. табл.). Сильнее всего от пожаров страдают меловые ландшафты. Даже единичные
палы приводят к полному исчезновению или резкому (на 70-90 %) сокращению эндемичных растений. Так, после пожаров 2006 и 2009 г. на территории Подгорского мелового ландшафта полностью исчезла популяция май-карагана волжского, на 90 % - можжевельника казацкого (остались укоренившееся фрагменты отдельных ветвей), практически исчезли мхи, лишайники и напочвенные водоросли, на 30-40 % снизилось число экземпляров полыни солянковидной, тимьяна мелового, левкоя душистого, наголоватки меловой и астрагалов. Многие растения первый год после пала не цвели. В результате пирогенных изменений активизировались эрозионные процессы на меловых обрывах и крутых склонах южной экспозиции: в течение одного осенне-весеннего сезона произошло углубление на 10-30 см склоновых промоин и каньонов, отступление бровки склона, подвижки меловых осыпей. Следует отметить, что пирогенные воздействия наложились на изменения, вызванные многолетней засухой.
В урочищах байрачно-нагорных и пла-корных дубрав в результате однократного пожара 2006 г. погибло до 30 % дубов, до 50 % липы мелколистной и до 90 % лесной яблони и дикой груши. На опушках восстановление кустарников миндаля низкого, вишни степной, клена татарского и др. произошло через 5 лет к 2011 году. Пожар 2009 г. уничтожил более 2/3 уникальной плакорной Иловлинской дубравы. Сгорели не только деревья, кустарники, но и травяной покров и верхний слой почвы. Частичное восстановление травяного покрова наблюдается только в 2011 г. Максимальный ущерб наносят осенние пожары, когда на поверхности почвы накапливается значительный слой листового опада. В конце октября 2011 г. пожар практически полностью уничтожил Белоусову дубраву и значительных массив нагорно-байрачных лесов на северо-восточном склоне ландшафта Донских «Венцов» и в верховьях балки Верхне-Филимоновской, здесь также выгорел травяной покров и верхний слой почвы. После него в 2012-2013 гг. на Верхне-Филимоновском «ключевом» участке наблюдаются резкие изменения в структуре фитоценозов: из разнотравно-злаково-ковыльные ассоциаций почти полнос-
тью исчезают ковыли, пырей и разнотравья, и доминантом становится типчак; проективное покрытие снижается с 90 % до 50 %. В степных пожарах погибает большинство беспозвоночных животных, исчезают места воспроизводства птиц и млекопитающих. Следовательно, пожары на ландшафты сухих степей оказывают исключительно негативное воздействие: на длительный срок (3-5 лет) значительно снижается биологическая продуктивность геосистем, изменяется структура и возрастает однородность растительного покрова, снижается плодородие почв. На вторично степных (залежных) участках снижается сукцессионный статус, увеличивается доля полыней и сорных растений, ухудшается качество пастбищ и сенокосов. Активизируются эрозионные процессы [7].
Комплексное систематическое изучение антропогенных воздействий необходимо для сохранения биологического и ландшафтного разнообразия степной зоны юго-востока Русской равнины. В целом данные многолетнего эколого-ландшафтного мониторинга Донского природного парка являются источником разносторонней информации о природных и антропогенно преобразованных геосистемах и используются при разработке рекомендаций по их восстановлению и охране и оптимизации природопользования.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Базилевич, Н. И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии / Н. И. Базилевич. - М. : Наука, 1993. - 292 с.
2. Базилевич, Н. И. Географические закономерности структуры и функционирования экосистем / Н. И. Базилевич, О. С. Гребенщиков, А. А. Тиш-ков. - М. : Наука, 1986. - 297 с.
3. Брылёв, В. А. Физико-географическое (ландшафтное) районирование Волгоградской области / В. А. Брылёв, Н. О. Рябинина // Стрежень : науч. ежегодник. - Волгоград : Издатель, 2001. - Вып. 2. -С. 12-23.
4. Исаков, Ю. А.Зональные особенности динамики экосистем / Ю. А. Исаков, Н. С. Казанская, А. А. Тишков. - М. : Наука, 1986. - 309 с.
5. Исаченко, А. Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование / А. Г. Исаченко. - М .: Высшая школа, 1991. - 336 с.
6. Исаченко, А. Г. Экологическая география России / А. Г Исаченко. - СПб. : Изд-во СПб ун-та, 2001. - 328 с.
7. Рябинина, Н. О. Влияние пожаров на геосистемы сухих степей Донского природного парка Волгоградской области / Н. О. Рябинина // Режимы степных особо охраняемых природных территорий : материалы междунар. науч.-практ. конф. - Курск : [б. и.], 2012. - С. 218-222.
8. Рябинина, Н. О. Сохранение эталонных степных экосистем и ландшафтов Волгоградской области / Н. О. Рябинина // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 3, Экономика. Экология. - 2011. - №> 1. - С. 231-238.
9. Рябинина, Н. О. Изучение продуктивности локальных геосистем природного парка «Донской» / Н. О. Рябинина, А. В. Холоденко // Материалы междунар. конф. - Иркутск : Изд-во Института географии СО РАН, 2005. - С. 146-149.
10. Рябинина, Н. О. Инвентаризация и мониторинг редких и исчезающих видов растений природного парка «Донской» Волгоградской области / Н. О. Рябинина, А. В. Холоденко // Заповедное дело: проблемы охраны и экологической реставрации степных экосистем : материалы междунар. науч.-практ. конф. - Оренбург : ИПК «Газпромпе-чать» 2009. - С. 112-114.
11. Рябинина, Н. О. Ландшафтное районирование как основа выделения ключевых ландшафтных и биологических территорий Волгоградской области / Н. О. Рябинина, А. В. Холоденко // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2007. - Вып. 67. - С. 65-72.
12. Рябинина, Н. О. Меловые ландшафты Волгоградской области и проблемы их сохранения / Н. О. Рябинина, Н. В. Шилова // Научное обозрение. - 2012. - №> 6. - С. 102-107.
13. Семёнова-Тян-Шанская, А. М. Динамика степной растительности / А. М. Семёнова-Тян-Шанская. - М. ; Л. : Наука, 1966. - 172 с.
14. Сочава, В. Б. Введение в учение о геосистемах / В. Б. Сочава. - Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1978. - 319 с.
15. Титлянова, А. А. Биологическая продуктивность травяных экосистем. Географические закономерности и экологические особенности / А. А. Титлянова, Н. И. Базилевич, В. А. Сныт-ко [и др.]. - Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1988. - 134 с.
NATURAL AND ANTHROPOGENIC FACTORS OF VARIABLE DYNAMICS OF BIOLOGICAL PRODUCTIVITY OF VIRGIN GEOSYSTEMS OF STIPA AND FESTUCA STEPPES OF THE EASTERN DON RIDGE
Ryabinina Natalya Olegovna
PhD in Geography, Associate Professor,
Department of Geography and Cartography,
Volgograd State University [email protected], [email protected]
Prospect Universitetsky, 100, 400062 Volgograd, Russian Federation
Abstract. The article deals with natural and anthropogenic factors affecting the steppe landscapes of the Eastern Don Ridge. On the basis of long-term field observations in the natural park of Don conclusions about the variable dynamics of geosystems of virgin stipa and festuca steppes were made.
Key words: landscapes, dynamics of geosystems, bioproductivity, virgin steppe, specially protected natural territories.
