CC BY
28УДК 911.7 (52)
DOI: 10.24412/cl-36359-2021-642-649
ВОССТАНОВЛЕНИЕ СТЕПНЫХ ЛАНДШАФТОВ В РЕЖИМЕ ЗАПОВЕДОВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ ЗАПОВЕДНИКА «АРКАИМ»
RESTORATION OF STEPPE LANDSCAPES IN RESERVE REGIME ON THE EXAMPLE
OF THE ARKAIM RESERVE
А.Л. Плаксина, Л.М. Маркова, К.С. Макарова A.L. Plaksina, L.M. Marcova, K.S. Makarova
Челябинский государственный университет, Челябинск, Россия Chelyabinsk State University, Chelyabinsk, Russia
E-mail: vita_avis@mail.ru, ivolga-354@yandex.ru
Аннотация. В статье описаны изменения степных экосистем участка заповедника «Аркаим» по материалам аэро- и космоматериалов за разные годы с 1978 по 2018 год. С применением картографического и полевого описания получены площадные, геоморфологические, почвенные и ботанические характеристики территории исследования. Проанализировано влияние климата и пастбищной нагрузки на восстановление степей в заповеднике на протяжении последних 40 лет.
Ключевые слова: степные экосистемы, ландшафт, метод дешифрирования аэро- и космоматериалов, ГИС, климатические изменения, пастбищная нагрузка.
Abstract. The article describes the changes in the steppe ecosystems of the Arkaim Nature Reserve area based on the remote sensing data for different years from 1978 to 2018. Using cartographic and field descriptions, the areal, geomorphological, soil and botanical characteristics of the study area were obtained. The influence of climate and pasture load on the restoration of steppes in the reserve over the past 40 years has been analyzed.
Keywords: steppe ecosystems, landscape, interpretation remote sensing data, GIS, climate change, pasture load.
Степные ландшафты являются уникальными, и их сохранность и восстановление в естественном виде необходимы для устойчивого развития территории. Заповедник «Аркаим» может являться резерватом степного биоразнообразия, при условии дальнейшего естественного восстановления биогеоценозов.
В 1991 году на юге Челябинской области был создан музей-заповедник «Аркаим». Его создание произошло благодаря тому, что летом 1987 года при изучении зоны затопления Большекараганского водохранилища разведочным отрядом Урало-Казахстанской экспедиции под руководством С.Г. Боталова было открыто укрепленное поселение эпохи бронзы «Аркаим» [3]. Заповедник «Аркаим» расположен в Кизильском и Брединском районах Челябинской области. Его площадь составляет 3761,4 га. В состав заповедника входит большая часть долины реки Большой Караганки и Утяганки, увалы и холмы Зауральского пенеплена [8]. Территория заповедника «Аркаим» находится на восточном склоне горной страны Урал, в пределах Зауральского плато-пенеплена с абсолютными высотами 300-500 м. Поверхность плато сложена комплексом изверженных и осадочных пород девонского и карбонового возраста, мезозойскими каолиновыми корами выветривания, континентальными отложениями неогена и четвертичного периода. Нижние части склонов прикрыты делювиально-пролювиальными глинисто-суглинистыми, нередко щебнистыми наносами. Зональное положение района - степи с черноземами обыкновенными. Среднегодовые температуры - +1,5°С, января —16,5°С, июля - +18,5°С, количество осадков - 360 мм/год, испаряемость - 500 мм/год [4]. Территория относится к Верхне-Тобольскому флористическому району Западно-Сибирской степной провинции Сибирской области Бореального подцарства Голарктического царства. Основу ее
флоры образуют типичные представители степной зоны Евразии с характерным евро-сибирским характером ареалов распространения [1].
Объектом исследования являются степные экосистемы заповедника «Аркаим». Для исследования была выбрана территория на правом и левом берегу реки Большая Караганка площадью 2,4 км2 в центральной части заповедника, в месте расположения городища Аркаим. Целью исследования было выявление особенностей восстановления степных экосистем и факторы, влияющие на них. В ходе исследования были использованы различные методы: картографический метод с применением ГИС, метод визуального дешифрирования ДДЗ, метод полевого ландшафтного описания, исторический метод в динамическом аспекте.
Исследования проходили в три этапа: подготовительный, полевой, камеральный.
На подготовительном этапе был запланирован ландшафтный профиль и намечены точки наблюдений, проведено дешифрирование материалов дистанционного зондирования [6].
Для выявления хода восстановления естественных степных биоценозов заповедника было проведено дешифрирование спектрозональных космоснимков сервиса «Bing спутник» 2018 года, в системе координат WGS84 с разрешением 0,7 метров на пиксель. Для установления изменения площади, покрытой кустарниками, проведено сравнение космоснимков 2018 г. с панхроматическим аэроснимком в масштабе 1:15000, зафиксированным 15 июня 1978 года, выбранного из фондов УНЦ изучения проблем природы и человека ЧелГУ.
Дешифрирование космо- и аэроснимков проводилось визуально в ГИС программе MapInfoPro. Для этого снимкам задавалась единая картографическая проекция и система координат. На аэро- и космоснимках в пределах территории исследования были выявлены природно-территориальные комплексы (ПТК) и оконтурены площади, занятые кустарниковой растительностью. По результатам дешифрирования составлялись карты-схемы и рассчитывались площади ПТК и закустаренных территорий, все результаты заверялись на местности.
Полевой этап включал в себя комплексное описание территории исследования. Было проведено полевое ландшафтное профилирование с описанием ключевых точек [3].
Ландшафтный профиль был заложен по топографической карте масштаба 1:25000 с учетом горизонталей, в долине реки Большая Караганка, на участке, где в реку Большая Караганка впадает река Утяганка. Для заверки результатов предварительного дешифрирования был составлен маршрут из 12 ключевых точек, расположенных на ландшафином профиле (рисунок 1).
В заключительный камеральный этап проводилась генерализация всей ранее полученной информации: создавались уточненные карты-схемы дешифрирования, строился финальный ландшафтный профиль, формировалась электронная база данных для дальнейших исследований. На данную территорию анализировались данные по климату в Брединском и Кизильском районах Челябинской области по отчетам Росгидромета (среднегодовые осадки и температуры за последние 40 лет) и изучался вопрос по пастбищной нагрузке до режима заповедования и в настоящее время.
Обсуждение результатов. До обнаружения памятника земли на Юге Челябинской области были использованы как пашни, пастбища и сенокосы [5]. После установления заповедного режима территория заповедника была полностью изъята из хозяйственного пользования, началось восстановление степных ландшафтов. При проведении геоботанических исследований Моисеевым Д.А. в середине 90-х годов было зарегистрировано 714 видов высших сосудистых растений, большинство из них принадлежит в зональном плане к разнотравно-ковыльным и типчаково-ковыльным степям [7].
Повторное исследование, проведенное в 2001 году, показало значительное сокращение видового состава травянистых растений. Всего было зарегистрировано 418 видов, принадлежащих 49-и семействам. По сравнению с 1996 годом значительно уменьшилось количество маревых, гвоздичных, лилейных. Разнообразие растительных формаций уменьшилось наполовину. В то же время почти на 10% увеличилась площадь кустарников, заметно увеличился подрост лиственницы и сосны у восточных границ заповедника [7]. Причины этого процесса до сих пор остаются спорными.
--доний :з;шцшфпю]о и рифил я
Л, В, С D - поворотные точки по линия профиля
• - ключевые точки полевого описание
Рисунок 1. Линия ландшафтного профиля на топокарте с указанием ключевых точек полевого писания.
Для более детального исследования этого процесса были выделены границы НТ К размерности «урочище» (рисунок 2). Далее было проведено сравнение с границами аналогичных ПТК на аэроснимке 1978 года (таблица 1). По выделенным площадям ПТК видно, что их границы к 2018 году не изменились.
По результатам дешифрирования в пределах исследуемой территории в 1978 году площадь «закустаренности» с 10% покрытием составляла 0,0059 км2 (0,2% от площади исследования), а в 2018 - уже 0,2204 м2 (более 9%.). Это 8,6% территории с разреженными кустарниками (5-30% закустаренности), 0,5% - занимает степь с густо заросшими кустарниками (50-100% закустаренности) (рисунок 1), (таблица 2).
Таблица 1.
Динамика ПТКза 40 лет в пределах границы исследования__
Территориальные комплексы на аэроснимке 1978 года Территориальные комплексы с космоснимка 2018 года Площади участков, км2 Точки полевого описания
5) Распаханное поле на равнине с комплексом почв: черноземов обыкновенных, солонцеватых, выщелоченных, неполноразвитых. 5) Залежь на равнине с комплексом почв: черноземов обыкновенных, солонцеватых, выщелоченных, неполноразвитых (Пырейно--разнотравное сообщество) 0,4441 11
3) Пойма с лугово-болотными почвами с зарослями тростника обыкновенного. 3) Пойма с лугово-болотными почвами с зарослями тростника обыкновенного. 0,2038 12
2) Разнотравно-злаковый луг на волнистой равнине с комплексом почв: черноземов обыкновенных, неполноразвитых и солонцовых. 2) Разнотравно-злаковый луг на волнистой равнине с комплексом почв: черноземов обыкновенных, неполноразвитых и солонцовых. 0,8628 4, 5, 6
1) Разнотравно-ковыльная степь на склоне холма с комплексом почв: черноземов выщелоченных с выходами горных пород. 1) Разнотравно-ковыльная степь на склоне холма с комплексом почв: черноземов выщелоченных с выходами горных пород. 0,2699 1, 2, 3
4) Разнотравно-злаково-ковыльная степь на равнине комплексом почв: черноземов обыкновенных, солонцовых и выщелоченных. 4) Разнотравно-злаково-ковыльная степь на равнине с комплексом почв: черноземов обыкновенных, солонцовых и выщелоченных. 0,6599 7, 8, 9, 10
При визуальном сравнении аэроснимка 1978 года и космоснимка 2018 года были выявлены различия в виде участков закустаренной степи (рисунок 2).
Условные обозначения
НТК по данным дешифрирования снимка 2018 года I I 1) разнотравно-ковыльная степь на склоне холма 2) разнотравно-плановый луг на волнистой равнине ■ 3) пойма с зарослями тростника обыкновенного
I_I 4) разнотравно-злаково-ковыльная степь на равнине
5) залежь на равнине (пырейно-разнотравное сообщество)
Закустаренность территории по данным дешифрирования снимка 1978 года
5-10 процентов закустаренности сообщества
Закустаренность по данным дешифрирования снимка 2018 года ЕШЭ 5-10 процентов закустаренности сообщества !'■'■'■ 10-30 процентов закустаренности сообщества ИИЭ 50-100 процентов закустаренности сообщества
Рисунок 2. Карта-схема природно-территориальных комплексов территории исследования
Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что в 1978 году, когда территория еще не была включена в режим заповедования, доля закустаренности не превышала 0,2% от площади исследования. К 2018 году ситуация изменилась и процент «закустаренности» территории различной плотности уже составляет более 9%.
Таблица 2.
Доля закустаренности территории исследования в 1978 и 2018 годах_
Точки наблюдения «Закустаренность» территории, % Площади 2 участков, км2 Доля от площади исследования, %
1978 год
5-10% 0,0059 0,2414
2018 год
1, 5 Единичные кусты
3, 4 5-10% 0,0814 3,33
10 10-30% 0,1257 5,2375
8, 9 50-100% 0,0133 0,5441
2, 6, 7, 11, 12 Закустаренность отсутствует
Для исследования условий, которые способствуют закустариванию территории, был построен ландшафтный профиль в долине реки Большая Караганка. Участок исследования выбран в пределах таких геоморфологических структур как пойма реки (аккумулятивная позиция), надпойменная терраса (транзитно-аккумулятивная позиция), равнинный слабонаклонный берег реки и склон холма (транзитная позиция).
Для заверки результатов предварительного дешифрирования и построения ландшафтного профиля было проведено описание ключевых точек. С точки 1 до точки 6 наблюдаются естественные для степи сообщества. Кустарники представлены единично, либо не занимают более 10% от общей площади. В точке 7 пойма зарастает тростником, в месте раздвоения русла реки, на островках произрастает ива кустарниковая. В точках 8 и 10 наблюдается закустаривание караганой кустарниковой (Caragana (гМех) до 50%. Точка 9 полностью закустарена Caragana /гШех, проективное покрытие которых составляет 100%. Естественные степные травянистые сообщества находятся в состоянии угнетения. Точка 11 -залежь с типичной пырейно-разнотравной растительностью. В точке 12 - типичная пойменная растительность.
По ландшафтному профилю видно, что процессу закустаревания Caragana /гШех, подвержен выровненный левый берег реки Большая Караганка на денудационных отложениях педиплена с черноземами солонцеватыми и выщелоченными с разнотравно-ковыльной степью
(рисунок 3).
Формируется стадия сукцессии - закустаренная степь. Если рассматривать стадии сукцессии по Клементсу, то можно сделать вывод, что это возможный переходный этап к лесостепному ландшафту.
Так как в работе исследовался относительно небольшой промежуток времени (40 лет), то в качестве факторов изменения сукцессий были рассмотрены только динамические, такие как изменение температуры, количества осадков и смена пастбищной нагрузки.
Изменения климата. Согласно данным с метеостанций Брединского и Кизильского района, приведенным в графиках в период 1960-2005 гг. показатель температуры в поселке Бреды варьирует от 0,5 до 5°С, а средняя межгодовая температура имеет тенденцию к повышению на 0,7°С, количество осадков варьирует от 200 до 500 мм, а средняя межгодовая изменчивость остается на уровне 350 мм, без тенденции к повышению или понижению (рисунок 4, рисунок 6).
За тот же период в селе Кизильское показатель температуры варьирует от 0 до 5°С, а средняя межгодовая температура имеет тенденцию к повышению на 0,8°С, количество осадков варьирует от 100 до 600 мм, а средняя межгодовая изменчивость остается на уровне 360 мм, так же без тенденции к повышению или понижению.
Условные обозашеия
"Г»
РГ# рг» РГ# РГ
РГ
РГ
рг
г г
Геоморфологическое строение
| Денудационные отложешш педилтена миоценового возраста, | формирующие выравненные поверхности
Денудашюнные нерасчлснснныс отложения пениплена мезазойсного возраста, формирующие склоны холмов н увалов
Поверхность врезания смешанного генезиса полиоцен-четвертнчного возраста, формирующая склоны современной гидросети
Аллювиальные аккумулятивные отложения, поздно плейстоценового возраста, формирующие террасы
1 Аллювиальные, аккумулятивные отложения юлоиенового возраста, формирующие пойму реки
Почвенный покров
. Луговые и лугопо-бшотные иловатые почиы, сред негу мусныс
о глинистым и тяжелосу глинистым гранулометрическим I составом» запегаюшие в долине реки и по берегам
Черноземы обыкновенные среднегумусные с глинистым н тяжслосуглииистым гранулометрическим составом, залегающие на слабоволнистых равнинах и пологих склонах
Черноземы обыкновенные, мадогумусиые в комплексе с черноземами нсполноразвнтыми, маломощные, с среднесутлистым составом залегающие на вершинах и верхних частях склонов холмов и увалов
кРГ
АН 120еЮВ -►
РГ
Г Г,
Гнп растительности
Разнотравно-ковыльная каменистая степь
РГ#
ф
РГ«
УР
г г«
Ра^нсм-раино-шьыльнаи степь Лугово-болотная растительность Раинотравно-ковыльная ^ш^старснная стспь Залежное поле
11ы|ЮЙнО-раЗнОтрЕ1ВНСк: СООбщССТВО
СО 135°ЮВ
П
-ГШ-жг
ТШ-ЛИ-Ш-7ИГ
Т200 ОТ) 1400 Г5Ш гаю 1700 ГШ! 1901) 2000
Рисунок 3. Ландшафтный профиль территории исследования (единицы на осях представлены в метрах).
Соответственно, в изменениях осадков за период с 1960 по 2005 годов не наблюдается трендов к сильным изменениям, а в межгодовой изменчивости средней температуры имеется явная тенденция в сторону повышения (рисунок 5, рисунок 7) [9].
На данном участке наблюдается сукцессия, характерная для лесостепной зоны (закустаривание), а в анализе материалов по климатическим изменениям видно, что должны происходить обратные этому процессы (аридизация), можно сделать вывод, что климатические изменения не являются причиной выявленного процесса.
Пастбищная нагрузка. До 1991 года территория активно использовалась под выпас крупного и мелкого рогатого скота. Введение заповедного режима привело к резкому снятию пастбищной нагрузки и любой другой хозяйственной деятельности. Так же ограждение территории бетонными столбами с сеткой рабица затруднило возможность передвижения степных парнокопытных видов животных (косуля, сайгак).
До 1991 года наличие выпасаемых животных, обеспечивало вытаптывание и поедание ими определенных видов растений, что поддерживало естественное функционирование степных биоценозов. Но в то же время от чрезмерной нагрузки происходила деградация растительных сообществ и снижение биоразнообразия. По исследованиям динамики разновозрастных антропизированных травянистых экосистем Аркаима, проведенным Ермолаевым А.М. растительность холмов и берегов реки Б. Караганка была подвержена интенсивному бессистемному выпасу и находилась на разных стадиях пастбищной дегрессии, но еще сохраняла степной вид [2].
Рисунок. 4. Межгодовая изменчивость средней температуры п. Бреды с 1960 по 2005 гг.
Рисунок 5. Межгодовая изменчивость средней температуры с. Кизильское с 1960 по 2005 гг.
Межгодовая изменчивость суммы oç^cggx + 368 31 1981-2005, мм
Межгодовая изменчивость суммы осадков 1960-80, мм
500 400 300 200 100
¿V е> ер <§>
у = -1,6273х + 367,65
Рисунок 6. Межгодовая изменчивость суммы осадков п. Бреды с 1960 по 2005 гг.
Рисунок 7. Межгодовая изменчивость суммы осадков с. Кизильское с 1960 по 2005 гг.
Заключение. Установлено, что процесс закустаривания территории исследования на данный момент активно развивается по сравнению с полученными данными за 1978 год. Но закустаренность проявляется на всех ПТК в разной степени. На подошве холма процесс не интенсивный, залежное поле не подвержено закустариванию вообще. Основное интенсивное закустаривание происходит в пределах разнотравно-злаково-ковыльной степи на равнине с комплексом черноземов солонцеватых и выщелоченных.
В качестве причин такой динамки были рассмотрены следующие: климатические факторы и пастбищная нагрузка.
Взаимосвязи между климатическими изменениями и динамикой степных экосистем в работе выявлено не было, можно предположить, что данный фактор не является реальной
причиной выявленного процесса. Изменение пастбищной нагрузки можно рассматривать как основополагающую причину данного процесса.
Введение заповедного режима недостаточно для комплексного восстановления степи. По мнению А.А. Чибилва осенне-зимний выпас лошадей является наиболее приемлемым методом для восстановления и поддержания биоразнообразия на степном участке. Но ввиду отсутствия необходимых исследований, встает вопрос об экспериментальном варианте этого предложения. Для выявления возможного ущерба, или же положительного воздействия, а также правильно расчета количества выпасаемых животных необходимо провести опыт на аналогичной по природно-климатическим условиям территории [10]. Также необходимо разрабатывать сеть «Эконет».
Работа выполнена при частичном финансировании из Грант РФФИ 20-05-00284а ТЕМА Реконструкция климата, ландшафтов и почв голоцена на основе изучения геоархеологических архивов черноземной зоны Русской равнины и Западной Сибири.
Список литературы
1. Андреева М.А. Природа Челябинской области / М.А. Андреева [и др.]. Челябинск: Изд-во ЧГПУ, 2000. 269 с.
2. Ермолаев А.М. Динамика разновозрастных антропизированных травянистых экосистем «Аркаима» // Природные системы Южного Урала: Сб науч. тр. / Под ред. Л.Л. Гайдученко. Челябинск: Челяб. гос. ун-т, 1999. 297 с.
3. Зданович Г.Б., Батанина И.М. Аркаим - Страна городов: Пространство и образы (Аркаим: горизонты исследований) Челябинск: Изд-во Крокус; Юж.-Урал. кн. изд-во, 2007.
4. Иванов И.В., Приходько В.Е., Замотаев И.В., Манахов Д.В., Новенко Е.Ю., Калинин П.И., Маркова Л.М., Плаксина А.Л. Синлитогенная эволюция пойменных почв в долинах малых рек степного Зауралья // Почвоведение. 2019. № 6. С. 645-662.
5. Левит А.И. Степные и лесостепные ландшафты юга Челябинской области и их трансформация / А.И. Левит, Н.П. Миронычева-Токарева, науч. ред. С.Я. Кудряшова. Отв. ред. Н.О. Иванова. Челябинск: Изд-во Крокус, 2005. 196 с.
6. Левит А.И., Плаксина А.Л., Маркова Л.М. Эколого-ландшафтное картографирование в степной зоне Зауралья // Проблемы геоэкологии. Вест. Чел. гос. ун-та, 2011. №5 (220). Вып. 5. С.36-43.
7. Миронычева-Токарева Н.П. Сукцессии степных экосистем при полном заповедании (на примере заповедника «Аркаим») // Степи и лесостепи Зауралья: материалы к исследованиям: тр. Музея - заповедника «Аркаим». Челябинск: Крокус, 2006. 190 с.
8. Плаксина А.Л., Макуров Ю.С., Батанина Н.С. Мониторинг как мера по охране историко-культурного и природного наследия в условиях заповедника кластерного типа «Аркаим» // Степи северной Евразии: материалы VII Междунар. симп. Оренбург: ИС УрО РАН, Печатный дом «Димур», 2015.
9. Росгидромет, 2014: Второй оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации / ред. В.М. Катцов, С.М. Семенов. Росгидромет, 2014. 1009 с.
10. Чибилев А.А. Письмо Чибилева А.А. Макуровой М.Р. / ППК РГО № ППК/40-19 от 23.12.2019 г.
