CC BY
76
ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ———
УДК574.42:504.05 (581.52)
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ КОСМОДРОМА БАЙКОНУР И ОЦЕНКА ЕЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ К ВОЗДЕЙСТВИЮ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ1
© 2012 г. В.В. Неронов*, О.В. Черницова**, Т.В. Королева**, П.П. Кречетов**
*Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук Россия, 119071 Москва, Ленинский просп., д. 33. E-mail: vneronov@mail.ru **Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, географический факультет Россия, 119991 Ленинские горы, МГУ, д. 1. E-mail: olchernitsova@mail.ru
Поступила 22.01.2011
Для территории космодрома Байконур (Республика Казахстан) впервые составлена карта актуальной растительности. На ее основе проведена оценка потенциальной устойчивости эдификаторов и растительных сообществ к воздействию ракетно-космической деятельности. Установлено, что слабо и умеренно устойчивые фитоценозы занимают 43.5% территории космодрома, относительно устойчивые - 18.5%, устойчивые - 38%.
Ключевые слова: ракетно-космическая деятельность, растительность, пустынные экосистемы, устойчивость.
Космодром Байконур охватывает территорию, площадь которой составляет более 6700 км2, из которых на производственные объекты и площадки, а также земли города Байконур приходится лишь 1%. Остальные земли заняты естественной растительностью, в той или иной степени подверженной техногенному воздействию.
В пределах территории космодрома Байконур к основным источникам воздействия на естественный растительный покров можно отнести специальные промышленно-технические и инфраструктурные объекты, обеспечивающие его жизнедеятельность (стартовые и технические комплексы, заправочно-нейтрализационные станции, хранилища компонентов ракетного топлива, железные и автомобильные дороги и т.п.; Кондратьев и др., 2008). Все они в той или иной степени оказывают техногенное воздействие на экосистемы космодрома и определяют современный уровень их трансформации.
Специфическое воздействие на растительность, связанное с осуществлением ракетно-космической деятельности (РКД) на космодроме, потенциально может проявляться в трех видах: механические нарушения (повреждение и прямое уничтожение растительного покрова); химическое загрязнение окружающей среды (наземные утечки ракетного топлива и других специфичных для РКД загрязнителей, а также атмосферное загрязнение токсичными продуктами сгорания от наземных источников и ракет-носителей); пирогенное воздействие (вследствие возникающих возгораний растительности антропогенной природы).
Цели и задачи
Формирование системы экологического мониторинга на космодроме определило задачу составления карты актуальной растительности, на которой впервые была бы отражена вся имеющаяся геоботаническая информация, в том числе, о соотношении естественных
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 11-05-01066).
72
выделов растительности и участков, частично трансформированных в результате антропогенного использования или полностью преобразованных техногенным фактором. Созданная карта послужила основой для составления карты потенциальной устойчивости растительных сообществ к воздействию РКД с целью оценки экологической стабильности территории и ее рационального использования с учетом возможных экологических рисков.
Объекты и методы исследований, район работ
Территория космодрома Байконур расположена в пределах слабоволнистой щебнистой суглинисто-супесчаной равнины пластово-останцового плато Дарьялык. При общем природном однообразии территории здесь отчетливо прослеживается комплексность почвенно-литологических условий, которая выражена в закономерном сочетании суглинистых, щебнистых и супесчаных участков. Территория характеризуется также наличием небольших изолированных массивов закрепленных песков, солончаков и такырных понижений. Все эти физико-географические особенности территории определяют исходное разнообразие растительных сообществ, а также своеобразную исходную пространственную структуру растительного покрова. Значительная неоднородность растительного покрова территории космодрома связана главным образом с широким распространением засоленных почв, способствующих формированию комплексов и благодаря частой смене литологически разнородных участков (например, чередованию равнин с суглинистыми и супесчаными почвами и т.п.). На песчаных массивах и щебнистых склонах мелкосопочника развивается серийная растительность.
В апреле 2010 г. авторами было проведено полевое маршрутное исследование современного состояния растительного покрова космодрома. Было заложено несколько линейных профилей различного азимута и выполнены геоботанические описания пробных площадок в 180 маршрутных точках. В каждом случае выявляли флористический состав растительных сообществ, общее проективное покрытие и высоту травостоя, а также обилие отдельных видов растений по шкале Друде в соответствии с общепринятой методикой (Воронов, 1973).
Для составления карты актуальной растительности территории космодрома Байконур и карты потенциальной устойчивости растительности к воздействию РКД с использованием геоинформационного программного обеспечения Лге018 9.3 был создан ГИС-проект, в который помимо слоев картографической основы были включены точки геоботанических описаний, разновременные многозональные космические снимки ЬапёБа1 ЕТМ+, а также цифровая модель рельефа. Для выделения контуров карты растительного покрова было проведено спектральное, морфометрическое и логико-географическое дешифрирование данных дистанционного зондирования на основе результатов полевого геоботанического обследования территории.
Легенда к карте построена по зонально-типологическому принципу с использованием эколого-фитоценотической классификации и иерархической структуры легенды. Ее высшие подразделения соответствуют разделению растительности на собственно пустынную и гипергалофитную пустынную; на этом же уровне выделяется растительность долин рек (Сырдарья). Подразделения следующего ранга отражают формационное разнообразие эколого-физиономических категорий, а далее формации подразделяются на эдафические варианты, обусловленные механическим составом почв (пелитофитные, гемипсаммофитные, гемипетрофитные). Низшее подразделение (всего 14) соответствует типологической единице ранга ассоциации, группы ассоциаций или территориальной единице (комплекс, серия, сочетание). В легенде отдельными пунктами отражены выделенные на карте техногенно трансформированные варианты растительных сообществ и их комплексов (рис. 1).
мм л л ^ ь
Я
2 §
& и
о
Я
т
2
^
и т о т
и и
« й Н 8
оо О а о С
и И о
^ я
^ в
т я
о
и
й
а
<ц
о <3 «
'■¡3 л -Р
и 3 -о
> ^
и ^ • 'Я
£ §8
о о ^ & &
£ а 2
ад £
^ о ^
гт га
нн и ^^ —
(Л в Е ё
й
<ц
ад
О
Й
<ц
0
1
о
«
о
.. £ £ а
о
и
Б
о
о
л
а
<ц
м о
«
§ &
§ *
и ю й
К н
о « о
я и
л о
4 У
<и и
Н <Ц
8 «
Н С
о 5
<3 о
и
X -й ^ й -й
£ о ^ а тз <й ^ о а
х а о и т ^ л р а
Я О ^
Ш О <+н
Э °
г л « £
а й ё ^ > « й £
% § I § £ 2 8.2'5
и
£ § ° (
ю -й ^
о . . ^
и и <3
а £ ^
8"3 -
а £
о
О И тт а о
га Й
* а
ю то
о £ о ^
и >1 ^ ■2 Я £
«
м
Из
а
е
и рц
* 2
л Я л
п
о
К О н ^
х Й <и 5 з
ъ 5
« а ^ £
а х
ь я
<а -Я
Й « а-
и
е & £
о
О Й
о +
О о
Результаты и их обсуждение
В ботаническом отношении рассматриваемая территория принадлежит к восточной окраине Западно-Северотуранской подпровинции Северотуранской провинции Сахаро-Гобийской пустынной области (Ботаническая ..., 2003) и целиком располагается в подзоне средних пустынь. Существенную роль в формировании ее растительного покрова играют
зональные сообщества из полыни белоземельной (Artemisia terrae-albae2), однако не меньшее распространение имеют и многолетнесолянковые сообщества с господством биюргуна (Anabasis salsa), черного боялыча (Salsola arbusculiformis), кеурека (Salsola orientalis), итсигека (Anabasis aphylla), сарсазана (Halocnemum strobilaceum) и кокпека (Atriplex cana). Значительная часть растительности территории космодрома представляет собой комплексы биюргуновых и белоземельнополынных сообществ, с доминированием то тех, то других. На щебнистых равнинах в комплексах вместе с биюргунниками и белоземельнополынниками участвуют чернобоялычевые и отчасти итсигековые фитоценозы.
Растительные сообщества района исследования можно объединить в три экологические группы: 1) гликофитную, связанную в своем распространении с равнинами и мелкосопочниками, для которых характерны незасоленные и слабозасоленные серо-бурые и бурые почвы разного механического состава (в т.ч. и песчаные); 2) галофитную - на сильнозасоленных почвах, такырах и солончаках; 3) гидрофитную - на аллювиально-луговых супесчаных и суглинистых, а также лугово-болотных суглинистых почвах в долине р. Сырдарья.
К гликофитной группе относятся белоземельнополынные сообщества и их многочисленные варианты, а также гемипетрофитные белоземельно-чернобоялычевые и итсигеково-белоземельнополынные ценозы. В белоземельнополынниках почти всегда принимают участие кокпек, длительно вегетирующий рыхлодерновинный злак - житняк ломкий (Agropymn fragile) и эфемероиды (Carex stenophylla, Tulipa borszczovii), местами псаммофильный кустарник жузгун (Calligonum spp.).
Фоновые зональные растительные сообщества гликофитной группы в районе исследований образованы полынью белоземельной - северотуранским пустынным видом. На территории космодрома белоземельнополынники встречаются в самых разнообразных типах местообитаний и чаще всего представляют собой компоненты неоднородного растительного покрова. Наиболее распространены комплексы сообществ из Artemisia terrae-albae и Anabasis salsa, приуроченные как к суглинистым, так и к супесчаным незасоленным почвам на равнинах. Хорошо выражены сезонные синузии однолетников, среди которых весной преобладают различные эфемеры, такие, как мортук пшеничный (Eremopyron triticeum) и клоповник пронзеннолистный (Lepidium perfoliatum), а осенью - представители семейства маревых - лебеда татарская (Atriplex tatarica), бассия очитковидная (Bassia sedoides) и ряд других. Общее проективное покрытие в биюргунниках обычно колеблется в пределах 2035%. Они часто занимают 80-90% площади комплекса, при этом в целом растительный покров в комплексе более разреженный, чем при доминировании белоземельнополынников.
Белоземельнополынники, гомогенные по пространственной структуре, встречаются только на супесчаных и песчаных почвах. В них достаточно обильны длительно вегетирующие дерновинные злаки: ковыль прикаспийский (Stipa caspia) и житняк ломкий; на более засоленных почвах - полукустарничковые многолетние солянки - кеурек и итсегек. В составе сообществ обычны однолетники: мортук восточный (Еrетоpyrum orientale), липучка колючеплодная (Lappula spinocarpus), лепталеум тонколистный (Leptaleum filifolium), плоскоплодник льнолистный (Meniocus linifolius), виды стригозеллы (Strigosella spр.). Благодаря обилию однолетников, покров в сообществах довольно сомкнутый и в отдельные годы может достигать 60% и более (при проективном покрытии полыни 35-40%).
Из сообществ, не нашедших отражение на карте в силу своих малых размеров необходимо отметить отдельные фрагменты псаммофитных черносаксаульников (Haloxylon aphyllum), которые встречаются на маломощных пылеватых связных песках в северной части космодрома. Их сохранность объясняется меньшей доступностью песчаных массивов при
2 Латинские названия растений приведены по сводке С.К. Черепанова (1995). АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2012, том 18, № 3 (52)
заготовке топливной древесины. На закрепленных пологобугристых и бугристо-грядовых песках распространены серии белоземельнополынно-черносаксауловых сообществ, видовой состав которых сменяется по экологическому ряду разбитости песка от понижений до вершин. Сообщества серии: белоземельнополынно-черносаксауловые (Haloxylon aphyllum, Artemisia terrae-albae, Salsola orientalis) - осоково-белоземельнополынно-черносаксауловые (Haloxylon aphyllum, Carex physodes, Artemisia terrae-albae) - джунгарскополынно-илаково-смешанносаксауловые (Haloxylon aphyllum, H. persicum, Artemisia songarica, Carex physodes). Иногда при значительной деградации осока замещается однолетними солянками (Salsola paulsenii, S. nitraria) и эбелеком (Ceratocarpus urticulosus).
На бугристых слабо закрепленных песках развивается псаммофитнокустарниковый (Calligonum spp., Ammodendron bifolium, Astragalus brachypus) или псаммофитнополынный (Artemisia arenaria и др.) покров.
На увалистых равнинах с маломощными щебнистыми почвами распространены гемипетрофитные комплексы с доминированием белоземельно-чернобоялычевых сообществ и их вариантов. В белоземельнополынниках, участвующих в этих комплексах, содоминантом выступает Salsola orientalis, часто хорошо выражена синузия эфемероидных злаков из мятлика луковичного (Роа bulbosa) и катаброзочки приземистой (Catabrosella humilis) или петрофилов - нанофитон ежовый (Nanophyton erinaceum) и ежовник растопыреный (Anabasis brachiatа). Для комплексов характерна мелкоконтурность, многочленность, наличие большого количества переходных сообществ часто с неясными, расплывчатыми границами. Большое количество разнообразных сообществ и их сильная разреженность (общее проективное покрытие до 30%) создают пестрый растительный покров.
На техногенно трансформированных участках (в основном, с механическими нарушениями и засоренных отходами), в настоящее время преобладают вторичные (производные) сообщества разного состава. Для них характерны однолетниковые злаковые (Anisantha tectorum, Bromus squarrosus, Eremopyrum orientate, E. triticeum), эбелековые (Ceratocarpus arenarius), веничнополынные (Artemisia scoparia), полынковые (A. austriaca), итсигековые, ломкожитняковые; на разбитых песках - разреженные группировки с кияком (Leymus racemosus), псаммофильными полынями (Artemisia arenaria, A. scoparia), молочаем Сегье (Euphorbia seguierana) и терескеном (Krascheninnikovia ceratoides).
Галофитная группа представлена однолетне- и многолетнесолянковыми, галофитнозлаковыми и галофитнополынными сообществами. Комплексы биюргуновых и белоземельнополынных сообществ на суглинистых сильно солонцеватых и солончаковатых почвах особенно характерны именно для подзоны средних пустынь. Общее проективное покрытие в сообществах биюргуна, входящих в данный комплекс, составляет 20-35%. Они бедны по составу и обилию многолетних видов: (Anabasis aphylla, Salsola orientalis, Rheum tataricum, на отдельных участках - ферулы (Ferula shair, F. nuda).
Хорошо выражена синузия однолетников (виды Eremopyrum, Ceratocarpus arenarius, Ceratocephala testiculata, Lappuia spinocarpos, Lepidium perfoliatum, Leptaleum filifolium, Rochelia retorta и др.), среди которых наиболее обилен однолетник-галофит - Bassia sedoides и некоторые другие. Проективное покрытие однолетников в среднем невысокое 5-10% , лишь в отдельные годы оно может достигать 30-50%. Не все однолетники одинаково обильны, обычно преобладают 2-4 вида.
Другим достаточно широко распространенным комплексом на территории космодрома Байконур является комплекс эфемероидно-многолетнесолянковых (Anabasis salsa, Salsola orientalis, Rheum tataricum) и белоземельнополынных с участием многолетних солянок, а также житняка ломкого. Сообщества формируются на серо-бурых и бурых суглинистых засоленных почвах. Общее проективное покрытие в период развития эфемероидов здесь не превышает 20-30%. Видовой состав бедный. Содоминирующими видами являются Anabasis
aphylla и Rheum tataricum; другие многолетники единичны. Эфемеры (Eremopyrum orientale, Ceratocephala testiculata, Lappuia spinocarpos, Leptaleum filifolium, Strigosella scorpioides, Trigonella arcuata и др.) немногочисленны, их проективное покрытие обычно не превышает 5-7%.
В юго-восточной части космодрома на относительно небольшой площади представлен комплекс чернополынно-многолетнесолянковых (Anabasis salsa, Artemisia pauciflora), многолетнесолянково-чернополынных (Artemisia pauciflora, Anabasis aphylla, A. salsa) и чернополынно-чернобоялычевых (Salsola arbusculiformis, Artemisia pauciflora) сообществ на серо-бурых суглинистых почвах в комплексе с серо-бурыми щебнистыми, солонцеватыми и солончаковатыми.
На мокрых солончаках господствуют сарсазановые и солеросовые (Salicornia europaea) сообщества. Для отакыривающихся солончаков характерна солянка древовидная (Salsola dendroides). Из галофильных злаков по обилию выделяются три лугово-солончаковых вида: прибрежница колючая (Aeluropus pungens), бескильница расставленная (Puccinellia distans) и свинорой пальчатый (Cynodon dactylon). На лишенных высшей растительности участках корковых солончаков и такырах распространены слоевищные (водорослевые и лишайниковые) группировки.
В качестве производных сообществ на месте коренных ассоциаций галофитной группы выступают разнообразные однолетнесолянковые сообщества и группировки (с господством видов Climacoptera, Petrosimonia, Salicornia, Bassia и некоторых других), достаточно широко представленные на территории космодрома.
Гuдрофumная группа включает галофитно-луговые и галофитно-кустарниковые сообщества долины р. Сырдарьи в южной части космодрома Байконур. Луговая растительность существует в своеобразных условиях, т.к. в большинстве своем заливается полыми водами. В связи с разрывом вегетационного периода паводком и резким переходом от переувлажнения к летней засухе в пойме развивается сравнительно небольшое число видов, приспособленных к этим своеобразным условиям. Вдоль большинства каналов и русла р. Сырдарьи распространены тростниковые (Phragmites australis) сообщества. При удалении от русла реки растительные сообщества образуют эколого-динамический ряд, в состав которого входят засоленные луга с участием сарсазана, солодки уральской (Glycyrrhiza uralensis), злаков (Puccinellia spp., Leymus multicaulis, Cynodon dactylon, Aeluropus pungens), ситника Жерара (Juncus gerardii) и однолетних солянок (Suaeda altissima, Salicornia europaea). Кустарниковая и древесная растительность представлена в основном видами гребенщика (Tamarix ramosissima, T. hispida), ив (Salix alba, S. wilhelmsiana) и лоха остроплодного (Elaeagnus oxycarpa); последние часто в виде посадок и особенно обильны непосредственно вблизи г. Байконур.
Оценка потенциальной устойчивости растительных ассоциаций территории космодрома Байконур к техногенному воздействию ракетно-космической деятельности. Для характеристики ответной реакции растительности на техногенное воздействие используют понятия «чувствительность» и «устойчивость» (или «стабильность»). Разные исследователи вкладывают в эти термины неодинаковый смысл. Согласно В.М. Рябинину (1965), под чувствительностью понимается скорость и степень проявления у растений патологической реакции в ответ на воздействие химического токсиканта или физического нарушающего фактора, а под устойчивостью - сохранение ими в силу биологических особенностей своей жизнеспособности в условиях загрязнения или техногенной нагрузки. В.И. Василевич (1983), говоря о растительных сообществах в целом, считает, что под устойчивостью (стабильностью) следует понимать способность сообщества поддерживать на существующем уровне свои основные параметры или же быстро восстанавливать их после нарушений. При изучении динамики растительности под воздействием техногенного
фактора установление степени стабильности тех или иных сообществ является сложнейшей проблемой, поскольку она может определяться как внешними, так и внутренними факторами.
При оценке потенциальной устойчивости растительности космодрома Байконур была рассмотрена потенциальная устойчивость эдификаторов и растительных сообществ, определяемая эколого-биологическими свойствами самих растений. Биологические особенности, ритм сезонного развития, различия в химизме опада, неодинаковое фитогенное воздействие на почву разных видов растений вызывают различные механизмы смен фитоценозов и имеют большое значение в поддержании стабильности ценопопуляций в очень жестких аридных условиях пустынных местообитаний (Мирошниченко, 1987).
Проведенные авторами многолетние полевые наблюдения на различных участках космодрома Байконур показали, что растительный покров в целом характеризуется фоновым состоянием при отсутствии видимых нарушений флористического состава, пространственной и горизонтальной структуры, а также показателей биологической продуктивности. Практически единственным отмеченным видом техногенных нарушений на отдельных участках, примыкающих к техническим сооружениям и инженерным коммуникациям, являются механические повреждения, сопровождающие захламление территории отходами промышленного и бытового происхождения. Очагов химического загрязнения и антропогенных пожаров выявлено не было, однако, поскольку их влияние в сфере РКД потенциально возможно, при оценке интегральной устойчивости растительности к техногенному воздействию эти факторы также рассматривались наряду с механическим воздействием. Они учитывались при разработке соответствующих шкал для отдельных видов растений и растительных сообществ в целом. При этом использованы оригинальные результаты модельных экспериментов, выполненных на космодроме, а также данные полевых наблюдений на космодроме и в районах падения первых ступеней ракет-носителей в Центральном Казахстане (Карагандинская область).
Оценка устойчивости отдельных видов растений. К настоящему времени в нашей стране и за рубежом накоплены обширные материалы по реакции конкретных видов и различных биологических групп растений на техногенное загрязнение и трансформацию окружающей среды (Кулагин, 1998; Седых, Тараканов, 2004; Сергейчик, 1984; Сидорович, Гетко, 1979; Черненькова, 2002; Goldbold et al, 1985; Tyler, 1972). Имеющиеся данные не всегда согласуются друг с другом, однако из них можно сформулировать общий вывод о преобладании неспецифических реакций растений на различные химические вещества, что выражается в возникновении сходных патологических отклонений при воздействии широкого спектра токсикантов.
При оценке устойчивости видов растений к механическому и химическому техногенному воздействию могут быть использованы как прямые (хорошо наблюдаемые отклонения), так и косвенные (отсутствие популяции вида в результате гибели) признаки. К последним, на наш взгляд, можно отнести и появление чужеродных (инвазионных) видов, не свойственных естественной флоре данной территории, а также увеличение обилия некоторых местных видов в загрязненных местообитаниях, чувствительность которых невысока.
Для разработки шкалы чувствительности травянистых и полукустарничковых растений, которые играют ведущую роль в сложении растительных сообществ, распространенных на территории космодрома Байконур, были использованы результаты полевых исследований и имеющиеся немногочисленные литературные данные. Были проанализированы индикаторные признаки растений, отражающие скорость и интенсивность их изменения под воздействием трех основных видов техногенного фактора (химическое загрязнение окружающей среды компонентами ракетного топлива, механические нарушения и пирогенное воздействие). Несмотря на фактически полное отсутствие на космодроме в
настоящее время следов химических и пирогенных повреждений растительного покрова, эти воздействия также были учтены при разработке шкал устойчивости как потенциально возможные при вероятных внештатных ситуациях. Кроме того, был проведен отбор перспективных для оценки индикаторных видов растений (доминирующих, характерных, сорных, чужеродных).
В результате были выявлены группы видов травянистых растений и кустарников с разным откликом на техногенное воздействие:
- виды чувствительные к техногенному воздействию, резко снижающие обилие и встречаемость (вплоть до полного исчезновения) на загрязненных и механически нарушенных и подвергшихся выгоранию почвах;
- индифферентные и резистентные (восстанавливающиеся) виды, широко распространенные как в фоновых местообитаниях, так и на техногенно нарушенных участках, со средней устойчивостью к химическому загрязнению, механическим нарушениям и пирогенному фактору, но быстро восстанавливающие свое обилие и встречаемость на нарушенных участках;
- адаптирующиеся виды, высоко устойчивые к химическому загрязнению, механическим нарушениям и пирогенному фактору, в силу имеющихся адаптаций сохраняющие и нередко повышающие свое обилие и встречаемость на нарушенных участках, либо вообще встречающиеся исключительно в этих условиях (облигатные рудералы). Оценочная шкала устойчивости кустарниковых, полукустарничковых и травянистых
растений к воздействию РКД приведена в таблице 1.
Оценка чувствительности растительных сообществ. Растительные сообщества характеризуются большим разнообразием и сложностью ответных реакций по сравнению с отдельными видами. Из структурных признаков важное значение имеют соотношение обилий растений различных экологических групп и его постоянство от сообщества к сообществу, поскольку от состава доминантов зависит вертикальная и горизонтальная структура сообщества, а устойчивость доминирующих видов каждого яруса определяет устойчивость сообщества в целом. При господстве чувствительных видов очень быстро происходит перестройка в пользу слабо реагирующих видов растений и, следовательно, смена сообществ. Важным признаком является проективное покрытие отдельных ярусов, отражающее степень ценотической и экологической насыщенности сообщества и снижающееся при выпадении чувствительных видов. Неоднозначна индикаторная роль флористического разнообразия, в частности, степени видовой полночленности сообществ, с которой обычно связывают природную устойчивость фитоценозов к внешним воздействиям. Несомненно, здесь важнее «качественный» состав видов, занимающих различные экологические ниши, поскольку в абсолютном измерении число видов может снижаться только при очень сильном воздействии, долго поддерживаясь за счет внедрения чужеродных видов на место выпавших из сообщества (Черненькова, 2002).
Специфика растительных сообществ пустынных областей по сравнению с другими зонами заключается в сопоставимости деятельности растений по трансформации экотопа с действием внешних абиотических факторов. В то же время, роль заносных видов растений ограничена и возрастает лишь на селитебных территориях и вдоль линейных объектов инфраструктуры (дороги, каналы и т.д.). Необходимо также отметить, что вторичные сукцессии (в том числе, техногенные) протекают в пустынных экосистемах сравнительно быстро - всего за 25-30 лет (Тишков, 1994), хотя и могут замедляться на засоленных и нарушенных дефляцией почвах и при высокой подвижности субстратов (например, на барханах или грядовых песках).
Таблица 1. Шкала устойчивости видов растений к воздействию ракетно-космической деятельности. Table 1. The scale of potential stability of plant species to the impact of space rocket launches.
Жизненные формы Градации Критерии устойчивости Группы и виды растений
I. Кустар- 1х - Патологические отклонения при малых Calligonum spp., Salsola
ники. слабо уровнях воздействий, непереносимость arbuscxuliformis, Krascheninnikovia
Высокая устой- механических нарушений, высокий про- ceratoides, Elaeagnus spp.
продолжи- чивые цент гибели от пирогенного воздействия
тельность 12 - Встречаемость на загрязненных почвах; Haloxylon aphyllum, Tamarix spp.,
жизни; устой- патологические проявления при среднем Salix spp.
сохранение чивые уровне воздействия; выживание при
в течение слабых и средних механических
всей жизни нарушениях и частичное - при пожарах
много- 1з - Незначительные патологические откло- Отсутствуют
летних высоко нения на сильно загрязненных почвах;
надземных устой- способность выживать при сильных ме-
органов чивые ханических нарушениях; высокая пожа-роустойчивость (растения-пирофиты)
II. Травя- III - Гибель на загрязненных почвах; Основная часть пустынно-степных
нистые слабо заметное сокращение численности (в полукустарничков (пе-литофитных
растения и устой- несколько раз) при слабых и средних и гемип-саммофитных);
полу- чивые механических нарушениях; стержнекорневые многолетние
кустар- непереносимость пирогенного виды трав
нички. Средняя и воздействия из-за поверхностных почек возобновления
низкая П2 - Сохранение популяций на загрязненных Пустынно-степные эфемероиды,
продолжи- устой- и техногенно нарушенных участках со гало-фильные полукустар-нички
тельность чивые средним уровнем воздействия; (многолетние солянки),
жизни; относительная устойчивость к многолетние дерновинные и
ежегодное воздействию пожаров корневищные злаки, сорно-
отмирание пасквальные виды, влаголюбивые
надземных (гигрофильные) растения
органов Из - Отсутствие патологических отклонений Виды-индикаторы загрязнения и
высоко на сильно загрязненных почвах; высокая пиро-генно-механических
устой- переносимость сильных механических нарушений (пустынно-степные
чивые нарушений; отсутствие негативной реакции на пожары эфемеры, сорные и рудеральные травянистые однолетники, однолетние солянки).
При разработке шкалы устойчивости растительных сообществ авторами использован комплекс прямых и косвенных признаков, касающихся как структурных показателей, так и состояния и распространения отдельных видов, особенно доминирующих и индикаторных. Кустарниковые и травяные сообщества рассмотрены совместно, поскольку роль кустарников на территории космодрома в сложении естественных фитоценозов в целом невелика.
В результате все растительные сообщества, представленные на территории космодрома Байконур, были разделены по степени их устойчивости к техногенному воздействию РКД на три основные группы: слабо устойчивые, устойчивые и высоко устойчивые (табл. 2, рис. 2). При этом к наименее устойчивым отнесены растительные сообщества долины р. Сырдарьи с участием древесно-кустарниковых и луговых растений, а также различные варианты гемипсаммофитно-полынных (с участием кустарников) пустынь, развивающихся на серо-бурых песчаных и супесчаных почвах, а также слабогумусированных песках. Все эти
фитоценозы подвержены значительной потенциальной деградации в результате техногенного механического нарушения почв, а также - в результате воздействия химических загрязнителей. Восстановление этих сообществ происходит относительно быстро при условии сохранения закрепленности песчаного субстрата.
В категорию устойчивых вошли разнообразные полынные и солянково-полынные сообщества и их комплексы на суглинистых солонцеватых разностях серо-бурых и бурых почв, а также гемипетрофитные полынно-чернобоялычевые сообщества на серо-бурых суглинистых щебнистых почвах. По сравнению с предыдущими, эти сообщества более устойчивы к техногенному воздействию в виду значительного участия в их составе
Таблица 2. Устойчивость растительных сообществ космодрома Байконур к воздействию ракетно-космической деятельности. Table 2. Potential stability of phytocenosis of the Baikonur cosmodrome to the impact of space rocket launches.
Градации шкалы Категории устойчивости Растительные сообщества и их комплексы*
I. Слабо и умеренно устойчивые Доминирование слабо устойчивых к загрязнению, механическим нарушениям и пирогенному фактору зональных полукустарничков, при высокой роли стержнекорневых травянистых гемипсаммофитов и участии кустарников; относительно высокое флористическое богатство (от 20 и более видов на 100 м2), проективное покрытие более 25% I-1. Галофитно-кустарниковые и галофитно-луговые сообщества (Elaeagnus oxycarpa, Salix alba, S. wilhelmsiana, Tamarix ramosissima с Glycyrrhiza uralensis, Leymus multicaulis), лохово-гребенщиковые в сочетании с тростниковыми (Phragmites australis) зарослями речных долин; I-2. Эфемероидно-злаково-кокпеково-белоземельно-полынные (Artemisia terrae-albae, Atriplex cana, Agropymn fragile, Carex physodes, Catabrosella humilis, Poa bulbosa) с участием кустарников (Calligonum spp.) сообщества; I-3. Эфемерово-илаково-белоземельнополынные (Artemisia terrae-albae, Carex physodes, Catabrosella humilis, Alyssum desertorum, виды Trigonella, Eremopyrum), местами с участием кокпека (Atriplex cana) сообщества; I-4. Белоземельнополынные (Artemisia terrae-albae) с участием многолетних солянок (Anabasis aphylla, Salsola orientalis) сообщества в сочетании с гемипетрофитным комплексом злаково-кокпеково-белоземельнополынных (Artemisia terrae-albae, Atriplex cana, Agropymn fragile, Carex physodes) и итсигеково-белоземельнополынных (Artemisia terrae-albae, Anabasis salsa) сообществ.
II. Относительно устойчивые Доминирование слабо устойчивых к загрязнению, пирогенным и механическим нарушениям зональных полукустарничков, а также устойчивых многолетних солянок; участие высоко устойчивых эфемеров, эфемероидов, сорных однолетников и однолетних солянок; пониженное флорис-тическое богатство (в среднем, 10-20 видов на 100 м2), проективное покрытие - 10-30% II-1. Комплекс белоземельнополынных (Artemisia terrae-albae) и биюргуновых (Anabasis salsa) сообществ; II-2. Комплекс эфемероидно-белоземельнополынных (Artemisia terrae-albae, Rheum tataricum, Ferula shair, F. Nuda) и эфемероидно-многолетнесолянковых (Anabasis salsa, Rheum tataricum, Ferula shair, F. nuda) сообществ; II-3. Белоземельно-чернобоялычевые (Salsola arbusculiformis, Artemisia terrae-albae) сообщества; II-4. Комплексы белоземельно-чернобоялычевых (Salsola arbusculiformis, Artemisia terrae-albae) и биюргуновых (Anabasis salsa) местами с участием белоземельнополынных (Artemisia terrae-albae) сообществ.
82 НЕРОНОВ, ЧЕРНИЦОВА, КОРОЛЕВА, КРЕЧЕТОВ
Продолжение таблицы 2.
Градации шкалы Категории устойчивости Растительные сообщества и их комплексы*
III. Устойчив ые Доминирование устойчивых и высоко устойчивых к загрязнению, механическим повреждениям и пирогенному воздействию видов, преимущественно многолетних и однолетних галофитов; высокое обилие и встречаемость однолетников и сорных растений; низкое флористическое богатство (в среднем 5-10 видов на 100 м2), проективное покрытие -1020% III-1. Сарсазановые (Halocnemum strobilaceum) и однолетнесолянково-сарсазановые (Halocnemum strobilaceum, Salicornia europaea) сообщества в сочетании со слоевищными (водорослевыми, лишайниковыми) группировками и лишенными растительности участками корковых солончаков и такыров; III-2. Комплекс биюргуновых (Anabasis salsa) и белоземельнополынных (Artemisia terrae-albae, местами с Anabasis aphylla или с Salsola orientalis) сообществ; III-3. Биюргуновые (Anabasis salsa), итсигеково-биюргуновые (Anabasis salsa, A. aphylla) в сочетании с кеуреково-белоземельнополынными (Artemisia terrae-albae, Salsola orientalis) и черносаксаулово-белоземельнополынными (Artemisia terrae-albae, Haloxylon aphyllum) сообществами; III-4. Комплекс эфемероидно-многолетнесолянковых (Anabasis salsa, Salsola orientalis, Rheum tataricum) и белоземельнополынных (Artemisia terrae-albae) с участием многолетних солянок (Anabasis aphylla, Salsola orientalis); III-5. Комплекс чернополынно-многолетнесолян-ковых (Anabasis salsa, Artemisia pauciflora), многолетнесолянково-чернополынных (Artemisia pauciflora, Anabasis aphylla, A. salsa) и чернополынно-чернобоялычевых (Salsola arbusculiformis, Artemisia pauciflora) сообществ; III-6. Комплекс многолетнесолянковых Anabasis salsa, A. aphylla, Salsola orientalis, Halocnemum strobilaceum)) и эфемероидно-биюргуново-белоземельнополынных (Artemisia terrae-albae, Anabasis salsa, Rheum tataricum).
Примечание: *Номера контуров соответствуют номерам на фрагменте карты растительности (рис. 1).
многолетних галофитов. В то же время, из-за менее благоприятных экологических условий среды и низкого ежегодного прироста фитомассы демутационные процессы здесь более замедлены и для их самовосстановления требуется более длительный срок. Отличительной чертой сообществ этой группы является их слабая устойчивость к пожарам (из-за значительного участия в составе низких кустарников (Salsola arbusculiformis) и полукустарничков (виды рода Artemisia).
Последнюю категорию высоко устойчивых сообществ представляют многолетнесолянковые фитоценозы и комплексы с их преобладанием, от формирующихся на серо-бурых суглинистых солонцеватых и солончаковатых почвах до гипергалофитной растительности солончаков и такыров. Эти чрезвычайно разреженные и бедные в видовом отношении фитоценозы, произрастая в экстремальных условиях внешней среды, способны выдерживать значительные техногенные нагрузки, как по химическому загрязнению, так и в отношении механических нарушений и пирогенного фактора. Исследования Л.А. Димеевой (2011) в условиях сходного с РКД техногенного воздействия (механическое, химическое, пирогенное) на нефтегазовых месторождениях в пустынной зоне Восточного Прикаспия
> s
s
Er
HH
w
я о о s о ч
m
ю о
to
S
ОС &
и> к»
Рис. 2. Фрагмент карты устойчивости растительности космодрома Байконур к воздействию ракетно-космической деятельности. Растительные сообщества и комплексы: 1 - слабо и умеренно устойчивые; 2 - относительно устойчивые; 3 - устойчивые. Fig. 1. Fragment of the map of plant associations" potential tolerance to the impact of space rocket launches (the Baikonur cosmodrome). Plant associations and complexes: 1 - weakly and moderately stable phytocenosis; 2 - comparatively stable; 3 - stable.
О
о го "a
И
m
01 >
13
я о
оо u>
(Республика Казахстан) к категории устойчивых сообществ с сильными обратными связями и буферными свойствами также относит разнообразные галофитные фитоценозы (тамариксовые, сарсазановые, солеросовые). Однако, при их полном уничтожении процессы обратного восстановления идут крайне медленно, что также необходимо учитывать. В эту же категорию следует отнести и большинство не представленных в таблице производных (вторичных) сообществ и группировок, сформировавшихся на техногенно преобразованных и нарушенных участках.
Полученные результаты позволяют относить техногенные сукцессии, протекающие на территории космодрома Байконур под воздействием РКД, к категории дигрессионно-демутационных, обусловленных импульсивными нарушениями. При этом наблюдаемые сукцессионные ряды из сообществ различной степени устойчивости в целом соответствуют рядам трансформации растительности. Важным аспектом смен является частота нарушения, которая выражается в степени гетерогенности растительного покрова. В ряду дигрессии постепенно ослабляется роль коренных видов, снижается общее проективное покрытие, а на стадиях сильной и очень сильной трансформации происходит конвергенция видового состава и на доминирующие позиции выходят широко распространенные однолетние солянки и эфемеры.
Выводы
Составленная карта актуальной растительности представляет собой первый опыт геоботанического картографирования территории космодрома Байконур в среднем масштабе (1:300 000). Отображенные на карте растительные сообщества и их комплексы отражают общую структуру растительного покрова и служат основой для карты потенциальной устойчивости космодрома Байконур к воздействию РКД.
Проведенное зонирование территории космодрома Байконур позволило выделить в его пределах три категории территориальных единиц, характеризующихся различной устойчивостью фитоценозов. ГИС-анализ карты потенциальной устойчивости показал, что слабо и умеренно устойчивые к воздействию РКД фитоценозы занимают 43.5% территории космодрома, относительно устойчивые - 18.5%, устойчивые - 38%.
На участках со слабой и умеренной устойчивостью фитоценозов к РКД расположено 23% производственных объектов и стартовых площадок космодрома Байконур. На карте растительности они выделены как техногенно трансформированные эфемероидно-злаково-кокпеково-белоземельнополынные с участием кустарников сообщества. На техногенно трансформированных участках с комплексами белоземельнополынных и биюргуновых сообществ, относительно устойчивых к воздействию РКД, находится около трети производственных площадок. Примерно 40% производственных объектов расположены на участках, занятых техногенно нарушенными комплексами многолетнесолянковых и эфемероидно-биюргуново-белоземельнополынных ценозов, устойчивых к воздействию РКД. Земли города Байконур расположены на техногенно нарушенных участках комплекса белоземельнополынных и биюргуновых сообществ, относительно устойчивых к воздействию РКД.
Учет устойчивости фитоценозов к специфическому техногенному воздействию необходим при эксплуатации существующих и строительстве новых объектов космодрома, что позволит минимизировать экологический риск и снизить масштабы антропогенной трансформации природных ландшафтов. Кроме того, проведенное ранжирование фитоценозов позволит в дальнейшем приступить к разработке научно обоснованных рекультивационных мероприятий на тех участках, где это окажется целесообразным.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Ботаническая география Казахстана и Средней Азии (в пределах пустынной области). 2003. / Отв. редакторы Е.И. Рачковская, Е.А. Волкова, В.Н. Храмцов СПб.: Бостон-Спектр. 424 с.
Василевич В.И. 1983. Очерки теоретической фитоценологии. Л.: Наука. 247 с.
Воронов А.Г. 1973. Геоботаника: Учебное пособие для университетов и педагогических институтов. 2-е издание. М.: Высшая школа. 384 с.
Димеева Л. А. 2011. Динамика растительности пустынь Приаралья и Прикаспия: Автореф. дис. ... докт. биол. наук. СПб.: Ботанический институт РАН. 48 с.
Димеева Л.А. 2004. О дополнительных критериях оценки состояния и восстановления антропогенных экосистем // Аридные экосистемы. Т. 10. № 22-23. С. 112-120.
Кондратьев А.Д., Кречетов П.П., Королева Т.В., Черницова О.В. 2008. Космодром «Байконур» как объект природопользования. М.: Пеликан. 176 с.
Кулагин А.Ю. 1998. Ивы: техногенез и проблемы оптимизации нарушенных ландшафтов. Уфа: Изд-во Гилем. 191 с.
Мирошниченко Ю.М. 1987. Растительность аридной зоны СССР, ее использование и мелиорация // Итоги науки и техники. Серия Ботаника. Т. 7. Геоботаника. М.: ВИНИТИ. С. 84-165.
Рябинин В.М. 1965. Лес и промышленные газы. М.: Лесная промышленность. 93 с.
Седых В.Н., Тараканов В.В. 2004. Устойчивость древесных растений к отходам бурения. Новосибирск: Наука. 86 с.
Сергейчик С.А. 1984. Древесные растения и оптимизация промышленной среды. Минск: Наука и техника. 168 с.
Сидорович Е.А., Гетко Н.В. 1979. Устойчивость интродуцированных растений к газообразным соединениям серы в условиях Белоруссии. Минск: Наука и техника. 71 с.
Тишков А.А. 1994. Географические закономерности природных и антропогенных сукцессий. М.: Институт географии РАН. 81 с.
Черепанов С.К., 1995. Сосудистые растения России и сопредельных госцударств. СПб.: Мир и семья-95. 990 с.
Черненькова Т.В. 2002. Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение. М.: Наука. 192 с.
Goldbold D.L., Fritz E. Huttermann A. 1985. Toxity of heavy metals to spruce seedling // Heavy metals environ. Intern. Conf., Athens, September, 1985. Edinburg. P. 500-502.
Tyler G. 1972. Heavy metals Pollut Nature May Reduce Productivity // Ambio. Vol. 1. № 5. P. 52-59.
CONTEMPORARY STATE OF VEGETATION OF THE BAIKONUR COSMODROME AND ESTIMATION OF ITS POTENTIAL STABILITY TO THE IMPACT OF SPACE ROCKET LAUNCHES
© 2012. V.V. Neronov*, O.V. Chernitsova**, T.V. Koroleva**, P.P. Krechetov**
*A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution of the Russian Academy of Sciences Russia, 119071 Moscow, Leninskyipr., 33. E-mail: vneronov@mail.ru **M.V. Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography Russia, 119991 Moscow, Leninskiye Gory, 1. E-mail: olchernitsova@mail.ru
For the first time the actual vegetation of the cosmodrome Baikonur (Republic of Kazakhstan) has been mapped. Potential tolerance of edificators and plant associations to the impact of space rocket launches has been estimated. It was determined that weakly and moderately stable phytocenosis occupy 43% of the cosmodrome's territory, comparatively stable phytocenosis - 18.5%, stable phytocenosis - 38%.
Keywords: space-rocket activities, vegetation, semi-arid ecosystems, stability.
