CC BY
74
УДК / UDC 581.55(251)
СТРУКТУРА И ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НА РАЗНОВОЗРАСТНЫХ ЗАЛЕЖАХ
THE STRUCTURE AND DYNAMICS OF VEGETATION ON THE DIFFERENT AGE
ABANDONED FIELDS
Парахневич T.M.*, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Parakhnevich T.M., Candidate of Agriculture Sciences, Associate Professor ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», Воронеж, Россия Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Voronezh State Agricultural University named after Emperor Peter I", Voronezh, Russia Кирик А.И., кандидат биологических наук, доцент Kirik A.I., Candidate of Biological Sciences, Associate Professor ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Воронеж,
Россия
Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Voronezh State University", Voronezh, Russia *E-mail: [email protected]
Целью данных исследований являлось изучение структуры и динамики растительного покрова на разновозрастных залежах. Исследования проводились с 2006 г. по 2015 г. на территории Новоусманского района на залежах, существующих с 1990 г. и 1998 г. Изучаемые объекты отличались по типам почв, условиям увлажнения и характеру растительности. Для установления изменений, происходящих в структуре растительного покрова, определялись флористический состав, обилие эколого-ценотических групп и жизненных форм растений. Результаты исследований показали, что по количеству видов доминируют представители семейств астровые (Asteraceae) и розовые (Rosaceae). В результате анализа эколого-ценотического состава было установлено, что самой многочисленной и стабильной является группа растений влажных лугов, также наметилась тенденция к увеличению количества степных видов. Четверть от всех видов на залежах относилась к лесной флоре. Относительно стабильную группу образовали адвентивные виды, особенно клен американский (Acer negundo L). Половину площади залежей занимали влажнолуговые виды, около 20% - лесные растения. За время исследований на одной залежи возросла площадь, занятая степными видами, на другой - площадь лесной флоры, преимущественно за счет популяции кпена американского. На исследованных залежах доминировали корневищные растения, занимавшие почти половину территории. Стабильной оказалась группа дерновинных злаков, за 10 лет они практически не изменили долю своего участия в структуре растительного покрова. На более старой (26-летней) залежи отмечена тенденция к формированию разнотравной лугово-степной растительности, основу которой составляют многолетние травянистые растения. Более молодая (18-летняя) залежь активно зарастает деревьями. Таким образом, при планировании освоения залежей следует учитывать характер окружающей растительности. Оптимальным решением будет введение в сельскохозяйственный оборот всей площади залежи, а не ее отдельных участков, т.к. активность внедрения адвентов повышается в условиях локальных нарушений растительного покрова.
Ключевые слова: сукцессия, залежи, динамика, флористический состав, эколого-ценотическая структура, жизненные формы.
The aim of this research was to study the structure and dynamics of vegetation cover on abandoned fields of different age. The studies were conducted from 2006 to 2015 on the territory of Novousmansky region on abandoned fields, which were formed in 1990 and 1998 years. The objects under study were different in types of soils, moisture conditions and nature of vegetation.
To establish changes taking place in the structure of the vegetation cover, floristic composition, abundance of ecology-coenotic groups and life forms of plants were determined. The results of the investigation have shown that the representatives of the families Asteraceae and Rosacea prevail in the number of species.In the result of analysis the ecology-coenotic composition it was found that the most numerous and stable is a group of plants of wet meadows, and there is a tendency to increase the number of steppe species. A quarter of all species on abandoned fields belonged to the forest flora. Relatively stable group was formed by adventitious species, especially Acer negundo L. The half area was occupied by wet meadow species, about 20% - by forest plants. During the years of research on some abandoned fields increased area occupied by steppe species, on others - an area of forest flora, mainly due to the population of Acer negundo. On investigated abandoned fields the rhizomatous plants were dominated, they occupied nearly the half of the area. The stable was a group of turf grasses, for 10 years they practically did not change its stake in vegetation structure. On older (26 years) abandoned fields it was found a tendency to the formation of meadow-steppe vegetation, which was formed by perennial grasses. More young (18-year) abandoned fields actively overgrown by trees. Thus, planning the development of abandoned fields should take attention the character of the surrounding vegetation. The optimal solution would be the introduction of the agricultural use all the abandoned fields area, and not its separate parts. It's connect with the influence of advent species which invasion activity is strongly increase in local violations of vegetation.
Key words: succession, abandoned fields, dynamics, floristic composition, ecology-coenotic structure, living forms.
Введение. В современных условиях в большинстве субъектов Российской Федерации, в том числе и в Воронежской области, отмечается ежегодное сокращение площади сельскохозяйственных земель. Угодья сельскохозяйственного назначения, переведенные в земли запаса, зарастают кустарником и мелколесьем, утрачивая свою сельскохозяйственную ценность.
По данным государственного учета управления Росреестра по Воронежской области на 1 января 2015 г. площадь залежи составила 32 тыс. га [1]. В тоже время, данные земельного учета не всегда отражают фактическую площадь, т.к. в группу залежей попадают только те участки, которые официально переведены из пашни. Проведенные И.Е. Смелянским исследования, показали, что в 2010 г. фактическая площадь залежей на территории Воронежской области составляла 448 тыс. га, что в 14 раз превышает данные по земельной статистике [2].
С учетом сложившейся ситуации, распоряжением правительства РФ от 30.07.2010 г. № 1292-р одобрена «Концепция развития государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения ... на период до 2020 года». Мониторинг сельскохозяйственных земель включает в себя систематические наблюдения за динамикой состояния растительного покрова на пашне, залежах, сенокосных и пастбищных угодьях (изменением видового состава, структуры урожая, типов и качества растительности, степенью устойчивости к антропогенным нагрузкам) [3].
В этой связи, особую актуальность приобретает решение вопросов, связанных с перспективами использования залежных земель в сельском хозяйстве.
Целью данных исследований являлось изучение структуры и динамики растительного покрова на разновозрастных залежах.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Изучить флористический состав и обилие видов на залежах.
2. Определить относительное обилие эколого-ценотических групп и жизненных форм.
3. Выявить особенности динамики восстановительных сукцессий на залежах.
Условия, материалы и методы. Исследования проводились с 2006 г. по 2015 г. на территории Новоусманского района на залежах, существующих с 1990 г. и 1998 г. Изучаемые объекты отличаются по типам почв, условиям увлажнения и характеру растительности [4, 5]. На залежи 1990 г. сформировалась лугово-черноземная почва в комплексе с солонцами. Из древесных растений здесь доминирует яблоня лесная (Malus sylvestris Mill.) (рис. 1).
Рисунок 1 - Территория залежи 1990 года
На залежи 1998 г. преобладают злаки и разнотравье, но в травостой активно внедряется клен американский (Acer negundo L.). Почвенный покров представлен черноземом типичным тяжелого гранулометрического состава (рис. 2).
Рисунок 2 - Территория залежи 1998 года
На залежах разного возраста были заложены пробные площадки (5м*10м). При исследовании флористического состава растительных сообществ использовался определитель флоры П.Ф. Маевского [6]. Обилие видов учитывалось по шкале Браун-Бланке [7]. Эколого-ценотическая приуроченность видов определялась с использованием базы данных «Флора сосудистых растений Центральной России» [8]. Жизненные формы растений выделялись в соответствии с классификацией И.Г. Серебрякова [9].
Результаты и обсуждение. Для определения структуры травостоя залежей проводились исследования флористического состава и обилия видов. На залежи 1990 г. наряду с мятликом узколистным (Poa angustifolia L.) доминируют репешок обыкновенный (Agrimonia eupatoria L.) и василек луговой (Centaurea jacea L.). На более молодой залежи наибольшим обилием обладают мятлик узколистный (Poa angustifolia) и клен американский (Acer negundo L.).
Результаты таксономического анализа флористического состава залежей представлены в таблице 1. Из приведенных в ней данных следует, что флористическое разнообразие залежи 1990 г. выше, чем залежи 1998 г., как по количеству видов, так и по числу семейств.
Таблица 1 - Соотношение видов в семействах (в %)
Семейство Залежь 1990 г. Залежь 1998 г.
2006 г. 2015 г. 2006 г. 2015 г.
Poaceae 9,1 5 6,7 21,4
Asteraceae 45,5 25 60 42,9
Convolvulaceae - 5 6,7 -
Euphorbiaceae 4,5 10 6,7 7,1
Fabaceae 9,1 20 - 7,1
Rosaceae 9,1 20 6,7 14,3
Scrophulariaceae 4,5 - 6,7 -
Ranunculaceae 4,5 - - -
Apiaceae - 5 - -
Plantaginaceae 4,5 - - -
Aceraceae - - 6,7 7,1
Rubiaceae - 5 - -
Lamiaceae 4,5 - - -
Polygonaceae 4,5 5 - -
Количество семейств 10 9 7 6
Видовое богатство 22 20 15 14
На всех исследованных участках преобладали представители разнотравья из семейств астровые (Asteraceae) и розовые (Rosaceae). Соотношение видов в этих семействах варьировало в значительной степени. За период с 2006 г. по 2015 г. количество видов семейства астровые (Asteraceae) и мятликовые (Poaceae) на залежи 1990 г. снизилось почти в 2 раза. Однако доля представителей разнотравья из семейств молочайные (Euphorbiaceae), бобовые (Fabaceae) и розовые (Rosaceae) за этот период увеличилась в 2 раза.
На залежи 1998 г. за 10 лет наблюдений количество видов семейства астровые снизилось на 17%. В тоже время, в 3 раза выросло число видов из семейства мятликовые, в 2 раза - розовых, появились бобовые.
Результаты исследований эколого-ценотического состава представлены на рисунках 3 и 4.
50
40
30'
20-
10'
%
54,5 55
20
9,1
а
13,6 ш
15
□ 2006 □ 2015
МРг - Лугово-степная, влажнолуговая
- Лугово-степная, степная группа Мйг - Лугово-степная, сухолуговая ЫтЕд - Неморальная РпЕд - Сосновых лесов Ох - Сухих дубрав Ас1 - Адвентивная
в эколого-ценотических
МРг Б1 МРг ЫтЕд РпЕд Ох АС Рисунок 3 - Динамика изменения количества видов
группах на залежи 1990 г.
Соотношение эколого-ценотических групп в растительных сообществах является важным показателем, характеризующим последовательность прохождения стадий сукцессии [10]. В результате анализа эколого-ценотического состава установлено, что на залежах, сформированных преимущественно травянистой растительностью, примерно четверть видов относится к лесной флоре. Это связано, как с инвазией растений из расположенных в непосредственной близости лесных полос, так и с направлением развития восстановительной сукцессии, в ходе которой меняются условия произрастания.
50
40
30
20
10
%
46,7
42,9
Ш 6,7 67
13,3
14,3
6,7 7,1
|щ ШШ1
13,3
14,3
7,1 6,7
МРг Б1 МРг 1\1тЕд РпЕд Ох №Ед АС
□ 2006 □ 2015
МРг - Лугово-степная, влажнолуговая
- Лугово-степная, степная группа МРг - Лугово-степная, сухолуговая ЫтЕд - Неморальная РпЕд - Сосновых лесов Ох - Сухих дубрав №Ед - Нитрофильная АС - Адвентивная
Рисунок 4 - Динамика изменения количества видов (%) в эколого-ценотических
группах на залежи 1998 г.
Залежи разного возраста отличаются по числу эколого-ценотических групп. В 2006 г. на залежи 1998 г. отсутствовали растения сухих дубрав, но отмечались виды нитрофильной (черноольховых лесов) группы, исчезнувшей через 10 лет. В 2015 г. на залежи 1990 г. не были обнаружены виды сухих дубрав. По-видимому, на залежи 1998 г. сформировались условия более напряженной конкуренции за воду.
На изучаемых залежах самой многочисленной и стабильной является группа растений влажных лугов. Наблюдается тенденция к увеличению количества степных видов, что может являться следствием усиления конкуренции за воду, приводящее к полному исчезновению из травостоя сухолуговых видов на обеих залежах.
0
0
0
Особенностью эколого-ценотического состава исследуемой территории является стабильное существование адвентивной группы, особенно многочисленной на залежи 1998 г. Ее составляют хорошо адаптировавшиеся к местным условиям североамериканские виды: мелколепестник канадский (Erigeron canadensis L.) и клен американский (Acer negundo).
Результаты анализа относительного обилия видов в эколого-ценотических группах на залежах представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Относительное обилие эколого-ценотических групп
Эколого-ценотические группы Залежь 1990 г. Залежь 1998 г.
2006 г. 2015 г. 2006 г. 2015 г.
Лугово-степная, влажнолуговая 0,66 0,59 0,55 0,43
Лугово-степная, степная группа 0,06 0,15 0,07 0,09
Лугово-степная, сухолуговая 0,06 - 0,07 -
Неморальная 0,14 0,15 0,03 0,03
Сосновых лесов 0,03 0,05 0,1 0,2
Сухих дубрав 0,03 - - 0,06
Нитрофильная - - 0,07 -
Адвентивная 0,03 0,05 0,1 0,17
Из данных таблицы следует, что половину площади залежей занимают влажнолуговые виды. Лесные виды на залежи 1990 г. занимают около 20% площади, на залежи 1998 г. площадь лесной флоры выросла в 1,5 раза, с 20 до 29%. К 2015 г. на залежи 1990 г. значительно укрепила свои позиции группа степных растений, площадь которых возросла почти в 3 раза. Самой активной по расширению площади оказалась группа адвентивных видов на залежи 1998 г. Вследствие увеличения площади популяции Acer negundo, территория, занятая этим видом, за 10 лет возросла почти в 2 раза. Формирование зарослей из клена отразилось на исчезновении нитрофильной группы, виды которой приспособлены к сходным местообитаниям, но при более высоком увлажнении.
Для оценки напряженности конкуренции за воду был проведен анализ относительного обилия жизненных форм растений (табл. 3).
Таблица 3 - Относительное обилие жизненных форм
Жизненные формы Залежь 1990 г. Залежь 1998 г.
2006 г. 2015 г. 2006 г. 2015 г.
Дерновинные 0,11 0,13 0,17 0,15
Корневищные 0,37 0,44 0,48 0,41
Стержнекорневые 0,34 0,33 0,14 0,18
Малолетники 0,14 0,08 0,14 0,12
Древесные 0,03 0,03 0,07 0,15
На залежи 1990 г. доминируют корневищные (0,37-0,44) и стержнекорневые (0,33-0,34) растения. Обилие дерновинных злаков (0,11-0,13), характерных для зональных лугово-степных сообществ, в 3 раза ниже, чем у стержнекорневых растений - группы наиболее уязвимой в способности конкурировать за воду [11, 12]. Наименьшее обилие наблюдается у группы одно-, двулетних растений (0,08-0,14) и древесных видов (0,03).
На залежи 1998 г. наибольшим обилием также обладают корневищные (0,41-0,48) растения. Виды других жизненных форм занимают относительно небольшую площадь. На данную территорию активно внедряется представитель древесной жизненной формы, клен американский, который увеличил свое обилие в 2 раза.
Сравнение относительного обилия представителей различных жизненных форм на разных залежах показывает, что наиболее стабильной является дерновинная группа. Рыхло- и плотнодерновинные растения за 10 лет практически не изменили долю своего участия в структуре растительного покрова. На залежи 1990 г. доля древесных видов осталась неизменной.
На более старой залежи (1990 г.) сохраняется тенденция к формированию разнотравной лугово-степной растительности, основу которой составляют многолетние травянистые растения, приспособленные к незначительному дефициту воды. На залежи 1998 г. тенденция к формированию луговых сообществ в настоящее время выражена слабее. В 2006 г. одним из основных факторов, определяющих динамику флористического состава и жизненных форм растительного сообщества, был дефицит воды. Хорошо приспособленные к недостатку влаги дерновинные и корневищные виды занимали более половины (65%) площади залежи. Через 10 лет площадь этой группы сократилась на 9%. Основным фактором снижения участия ксерофитной флоры стало активное разрастание клена американского, конкуренцию с которым травянистые растения не выдерживают.
Изучение динамики сукцессии за длительный период позволяет выявить, что при отсутствии хозяйственной деятельности залежные земли в лесостепной зоне могут зарастать древесно-кустарниковой растительностью [13, 14]. Восстановительная сукцессия на залежах проходит по следующей схеме: бурьянистая ^ корневищная ^ корневищно-рыхпокустовая ^ древесно-кустарниковая. В настоящее время растительность изучаемых залежей соответствует третьей и началу четвертой стадиям сукцессии.
Выводы. Проведенные исследования показали, что изучаемые залежи характеризуются различными темпами прохождения заключительных стадий сукцессий. Залежь 1998 г. более интенсивно зарастает деревьями, чем залежь 1990 г., и этот процесс принял необратимый характер. Несмотря на достаточно большое количество травянистых многолетников, в частности ксерофитных злаков, на исследуемую территорию активно внедряется клен американский. С одной стороны, это обусловлено изреженностью травянистого покрова, а с другой - наличием клена в лесной полосе. Acer negundo характеризуется очень высокой степенью реактивности, способен к интенсивному развитию, как в условиях затенения, так и на открытых местообитаниях [15, 16].
На более старой залежи 1990 г., из древесно-кустарниковых видов встречается яблоня лесная (Malus sylvestris), спирея иволистная (Spiraea salicifolia L.) и др. Здесь формируется мезофитная травянистая растительность, видовой состав относительно стабильный, что обусловлено особенностями биотопа.
Таким образом, при планировании освоения залежей следует учитывать характер окружающей растительности. Оптимальным решением будет введение в сельскохозяйственный оборот всей площади залежи, а не ее отдельных участков, т.к. активность внедрения адвентов повышается в условиях локальных нарушений растительного покрова.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Доклад о состоянии окружающей среды на территории Воронежской области в 2014 году / Департамент природных ресурсов и экологии Воронежской области. Воронеж: Издательский дом ВГУ, 2015. 232 с.
2. Смелянский И.Е. Сколько в степном регионе России залежей? // Степной Бюллетень. 2012. № 36. С. 4-7.
3. Концепция развития государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения и земель, используемых или предоставленных для ведения сельского хозяйства в составе земель иных категорий, и формирования государственных информационных ресурсов об этих землях на период до 2020 года: Распоряжение Правительства РФ от 30 июля 2010 г. № 1292-р // Доступ из справ.-правовой системы «Консультант Плюс».
4. Житин Ю.И., Парахневич Т.М. Влияние различных режимов хозяйственного использования на состав почвенного и растительного покрова в ходе сукцессии // Агроэкологические проблемы современности: материалы международной научно-практической конференции (6-8 июня 2001 г.). Курск: Изд-во КГСХА, 2001. С. 12-18.
5. Парахневич Т.М., Кирик А.И. Изменение структуры растительных сообществ в ходе сукцессии на залежи // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2012. Вып. 4 (35). С. 68-73.
6. Маевский П.Ф. Флора средней полосы Европейской части России. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2006. 600 с.
7. Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Соломещ А.И. Современная наука о растительности. М.: Логос, 2000. 262 с.
8. База данных «Флора сосудистых растений Центральной России» // URL: http://www.impb.ru/eco/index.php.
9. Серебряков И. Г. Экологическая морфология растений. Жизненные формы покрытосеменных и хвойных. М.: Высш. шк., 1962. 378 с.
10. Никулин A.B., Кирик А.И., Олейникова Е.М. Применение эколого-ценотического анализа для оценки степени восстановления растительного покрова // Успехи современного естествознания. 2006. № 2. С. 67.
11. Олейникова Е.М. Онтоморфогенез и структура популяций стержнекорневых травянистых растений Воронежской области: Монография. Воронеж: ВГАУ, 2014. 366 с.
12. Олейникова Е.М. Стержнекорневые травы юго-востока Средней России: автореф. дис. ... докт. биол. наук. Воронеж, 2015. 43 с.
13. Парахневич Т.М., Кирик А.И. Изучение особенностей сукцессии на 21-летней залежи // Агроэкологический вестник: сборник статей. Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, 2012. Вып. 6. С. 23-28.
14. Парахневич Т.М. Особенности динамики восстановительных сукцессий на разновозрастных залежах // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2008. № 3-4 (18-19). С. 13-17.
15. Кирик А.И., Парахневич Т.М. Влияние популяций клена ясенелистного на структуру пойменных лесов Верхнего Дона // Биоразнообразие: проблемы изучения и сохранения: материалы Междунар. науч. конф., посвящ. 95-летию кафедры ботаники Тверского гос. ун-та. Тверь, 2012. С. 355-357.
16. Скользнева Л.Н., Кирик А.И. Популяционные стратегии и ценотическая роль древесных интродуцентов в природных экосистемах заповедника «Галичья гора» (на примере Acer negundo L.) // Экологические исследования в заповеднике «Галичья гора»: сборник статей. Воронеж, 2010. С. 29-37.
