CC BY
10
УДК 577.4
ЗАПАСЫ РАСТИТЕЛЬНОГО ВЕЩЕСТВА В ПОДЗЕМНОМ ЯРУСЕ В МОНИТОРИНГЕ СУКЦЕССИОННЫХ ЭКОСИСТЕМ БАРАБЫ
Людмила Юрьевна Анопченко
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Михаил Владимирович Якушин
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2, доктор биологических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории биогеоценологии; Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, профессор кафедры экологии и природопользования, тел. (383)363-90-25, e-mail: [email protected]
Итогом сукцессии экосистем в поймах обсыхающих озер является формирование остепненных лугов и степей на почвах черноземного ряда, которые занимают высокие элементы рельефа. Проведенное исследование продемонстрировало, что запас корней в экосистемах постепенно увеличивается в ходе сукцессии. Данные по запасам корней в слоях 0-10 и 10-20 см могут быть рекомендованы для целей экологического мониторинга. Этот показатель позволяет с достаточной точностью диагностировать отдельные стадии процесса сукцессии в тех случаях, когда проведение экологического мониторинга по другим параметрам состояния травяного яруса экосистемы по каким-то причинам невозможно.
Ключевые слова: Новосибирская область, Барабинская равнина, озеро Чаны, почва, засоление, травяные экосистемы, сукцессия, растительный покров, запас корней, экологический мониторинг.
STOCKS OF VEGETABLE SUBSTANCES IN THE UNDERGROUND LAYER IN THE MONITORING OF SUCCESSIONAL ECOSYSTEMS OF BARABA
Lyudmila Yu. Anopchenko
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., assistent professor of department of ecology and nature use, tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Mikhail V. Yakutin
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Akademik Lavrentiev Prospect, D. Sc., assistant professor, senior researcher of laboratory of biogeocenology; Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., professor of department of ecology and nature use, tel. (383)363-90-25, e-mail: [email protected]
The result of the succession of ecosystems in the floodplains drying up of lakes is the formation of steppe meadows and steppes on Chernozem soils series, which which are on high relief elements. The study has shown that the stock of roots in ecosystems is gradually increasing during succession. Data on stocks of roots in the layers 0-10 and 10-20 cm can be recommended for environmental monitoring purposes. This indicator allows with sufficient accuracy to diagnose individ-
ual stages of succession in cases where the conduct of environmental monitoring for other parameters of state of the herbaceous layer of the ecosystem for some reason impossible.
Key words: Novosibirsk region, Barabinsk plain, lake Chany, soil, salinization, grasslands, succession, vegetation cover, the stock of roots, and environmental monitoring.
Проблема поиска надежных методов мониторинга разнообразных экосистем является одной из важнейших в современной экологической науке. Для целей мониторинга привлекаются самые разные параметры: химические, физические и биологические. Проблем использования биологических характеристик наземных экосистем в последнее время приобретает все большую актуальность, поскольку биологические показатели состояния и особенностей функционирования любой экосистемы относительно просты в определении, малозатратны и точны [1].
В настоящее время достаточно хорошо разработаны методы мониторинга наземных экосистем по флористическому составу и наличию видов-индикаторов [2, 3]. Но применение этих методов после сильного выпаса, пала или сенокоса бывает затруднено. Важнейшим показателем состояния наземной экосистемы и особенностей ее функционирования является запас растительного вещества и структура этого запаса [4]. При этом в травяных экосистемах с отсутствующим по каким-то причинам травяным ярусом наиболее информативным показателем состояния становится запас корней [5].
Известно, что количество зеленой фитомассы в травяных биогеоценозах находится в прямой зависимости от количества осадков, континентальности климата и степени засоленности почвы. Замечено, что при недостатке влаги и питательных веществ у растений сдерживается рост надземной массы и усиливается рост корней. Прослежено, что с севера на юг значительно возрастает доля корней в общем запасе биомассы травяных биогеоценозов. При этом показано, что чем хуже условия местообитания, тем относительно больше у растений образуется корней и чем экстремальнее условия местообитаний (сухость, засоленность), тем большее относительное количество живой фитомассы сосредоточено в подземной сфере сообщества. Величина прироста подземных органов максимальна в эволюционно молодых, неустойчивых биогеоценозах, и в биогеоценозах, подверженных резким изменениям внешних условий, и минимальна в эволюционно зрелых, сложившихся биогеоценозах [2].
Цель данного исследования состояла в оценке применимости показателей запасов корней в мониторинге сукцессионных биогеоценозов Причановской территории Барабинской равнины. Анализ запасов растительного вещества проводился по стандартной методике в 2004-2006 годах. После отмывки на ситах вся подземная фитомасса высушивалась 24 часа при 80 оС и взвешивалась [6]. Статистическая обработка результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [7, 8].
Сукцессия экосистем непосредственно после выхода поймы из-под воды начинается с процесса аккумуляции в почве подвижных солей, вследствие чего
происходит засоление. На засоленных почвах на первом этапе развития экосистем формируются солянковое сообщество на солончаке луговом (Т. 1). По мере опускания базиса эрозии начинается и продолжается в дальнейшем вынос подвижных солей в более низко расположенные элементы рельефа. Вследствие этого происходит распреснение формирующихся почв. Вторым этапом сукцессии является разнотравно-злаковый луг на почве луговой солончаковатой (Т. 2). Следующая стадия сукцессии экосистем - разнотравно-полынно-ковыльный остепненный луг на глубоком солонце (Т. 3). Наиболее старыми почвами на Причановской территории Барабинской равнины являются черноземные и чер-ноземно-луговые почвы, расположенные на вершинах грив, сформировавшиеся под разнотравно-злаковыми лугами (Т. 4) [9].
Постоянное использование разнотравно-злаковых лугов в качестве пастбища (Т. 2) и сенокоса (Т. 4) не дает возможности оценить общие запасы надземной фитомассы в этих экосистемах, поэтому действительным отражением процессов формирования экосистем на этих стадиях сукцессии могли быть только данные по запасам корней растений. Динамика запасов корней в 2004-2006 гг. в исследованных экосистемах приведена на рисунке.
НСР(5 %)(0-10) = 5,6 НСР(5 %)(10-20) = 0,8
Рис. Динамика запасов корней в 2004-2006 гг. в исследованных экосистемах (г/м2) (-------корни в слое 0-10 см;-- корни в слое 10-20 см)
В 2004 году для стадии солянкового сообщества на солончаке луговом (Т. 1) запас корней в слое 0-20 см составляет 1763,0 г/м, и только 4 % этого запаса сосредоточено в слое 10-20 см. На стадии разнотравно-злакового луга на почве луговой солончаковатой происходит формирование мезофитных лугов, для которых характерно увеличение запаса корней в слое 0-20 см до 2594 г/м2. При этом доля корней в слое 10-20 см увеличивается до 11 % от общего запаса. При переходе к стадии разнотравно-полынно-ковыльных остепненных лугов на солонцах глубоких происходит рост запаса корней в слое 0-20 см до 3273 г/м2 и доля этого запаса, сосредоточенного в слое 10-20 см, увеличивается до 17 %. На стадии разнотравно-злакового луга на почве черноземно-луговой (Т. 4) общий запас корней в слое 0-20 см снижается на 13 % по сравнению с Т. 3. При этом 13 % корней находится в слое 10-20 см.
В 2005 году в Т. 1 запас корней в слое 0-20 см составляет 2120,0 г/м2, и только 6 % этого запаса сосредоточено в слое 10-20 см. В Т. 2 происходит увеличение запаса корней в слое 0-20 см до 2445 г/м2. При этом доля корней в слое 10-20 см увеличивается до 13 % от общего запаса. При переходе к Т. 3 происходит рост запаса корней в слое 0-20 см до 3481 г/м2 и доля этого запаса, сосредоточенного в слое 10-20 см, увеличивается до 19 %. Общий запас корней в слое 0-20 см в Т. 4 составляет 3279 г/см2, при этом 15 % корней находится в слое 10-20 см.
В 2006 году в Т. 1 запас корней в слое 0-20 см составляет 1695,9 г/м2, и только 11 % этого запаса сосредоточено в слое 10-20 см. В Т. 2 происходит увеличение запаса корней в слое 0-20 см до 2756 г/м2. При этом доля корней в слое 10-20 см увеличивается до 11 % от общего запаса. При переходе к Т. 3 происходит рост запаса корней в слое 0-20 см до 3568,3 г/м2 и доля этого запаса, сосредоточенного в слое 10-20 см, увеличивается до 17 %. Общий запас корней в слое 0-20 см в Т. 4 составляет 3680,8 г/см2, при этом 10 % корней находится в слое 10-20 см.
В целом можно сделать вывод, что солянковое сообщество на солончаке луговом (Т. 1) характеризуется минимальными значениями запаса корней в слое (0-10 см) в 2004 году, в 2005 году происходит увеличение этого показателя в 1,9 раза, в 2006 - в 2,7 раза. В слое (10-20 см) отмечено увеличение запаса корней в 1,1 раза в 2004 году и в 1,3 раза в 2005 году по сравнению с 2006 годом.
Для разнотравно-злакового луга на почве луговой солончаковатой (Т. 2) в слое (0-10 см) запас корней минимален в 2005 году, В 2004 году он увеличивается в 1,1 раза, в 2006 - в 1,2 раза. В слое (10-20 см) этот показатель минимален в 2004 году, в 2005 и 2006 годах он увеличивается в 1,1 раза по сравнению с запасами 2004 года.
Для разнотравно-полынно-ковыльного остепненного луга на солонце глубоком (Т. 3) минимальные значения запаса корней в слое (0-10) наблюдаются в 2004 году, в 2005 и 2006 годах отмечается незначительное увеличение этого показателя. В слое (10-20 см) минимальные величины запаса корней отмечены
так же в 2004 году, в 2005 году их запас увеличился в 1,2 раза, в 2006 году -в 1,1 раза по сравнению с 2004 годом.
В разнотравно-злаковом лугу на почве черноземно-луговой (Т. 4) в слое (0-10 см) минимальные значения запаса корней отмечены в 2004 году, в 2005 году происходит незначительное увеличение показателя, в 2006 году запас корней увеличивается в 1,2 раза по сравнению с 2004 годом. В слое (10-20 см) запас корней характеризуется практическими одинаковыми значениями в 2004 и 2006 годах, в 2005 году отмечено увеличение данного показателя в 1,3 раза.
Результаты проведенного дисперсионного анализа продемонстрировали, что влияние на запас корней в слое (0-10 см) фактора, определяемого возрастом экосистемы, оказывается значительным при переходе от солончака (Т. 1) к почве луговой солончаковатой (Т. 2), и от почвы луговой солончаковатой (Т. 2) к солонцу глубокому (Т. 3). И, следовательно, запас корней в слое (0-10 см) является хорошим диагностическим показателем при переходе от солончака к почве луговой солончаковатой и от почвы луговой солончаковатой к солонцу глубокому.
Влияние на запас корней в слое 10-20 см фактора, определяемого возрастом экосистемы, оказывается значительным при переходе от солончака (Т. 1) к почве луговой солончаковатой (Т. 2), от почвы луговой солончаковатой (Т. 2) к солонцу глубокому (Т. 3) и от солонца глубокого (Т. 3) к черноземно-луговой почве (Т. 4). И, следовательно, запас корней в слое 10-20 см является хорошим диагностическим показателем при переходе от солончака к почве луговой со-лончаковатой, от почвы луговой солончаковатой к солонцу глубокому и от солонца глубокого к черноземно-луговой почве.
Таким образом, итогом сукцессии экосистем в поймах обсыхающих озер является формирование остепненных лугов и степей на почвах черноземного ряда (черноземы и лугово-черноземные почвы), которые занимают высокие элементы рельефа. Проведенное исследование продемонстрировало, что запас корней в экосистемах постепенно увеличивается в ходе сукцессии. Данные по запасам корней в слоях 0-10 и 10-20 см могут быть рекомендованы для целей экологического мониторинга. Этот показатель позволяет с достаточной точностью диагностировать отдельные стадии процесса сукцессии в тех случаях, когда проведение экологического мониторинга по другим параметрам состояния травяного яруса экосистемы по каким-то причинам невозможно.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Мелехова О. П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. - М. : Академия, 2007. - 288 с.
2. Вагина Т. А., Ковалев Р. В., Титлянова А. А. Структура, функционирование и эволюция системы биогеоценозов Барабы // Биогеоценозы и их компоненты. Т. 1. - Новосибирск : Наука, 1976. - 308 с.
3. Проблемы устойчивости экосистем и оценка их современного состояния / С. О. Он-дар, Н. И. Путинцев, А. Ч. Ашак-оол и др. - ТувИКОПР СО РАН, 2000. - 182 с.
4. Базилевич Н. И. Методы изучения биологического круговорота в различных зонах. -М. : Наука, 1978. - 182 с.
5. Подземные органы растений в травяных экосистемах / А. А. Титлянова, Н. П. Косых, Н. П. Миронычева-Токарева, И. П. Романова. - Новосибирск : Наука, 1996. - 128 с.
6. Методы изучения биологического круговорота в различных зонах / [под. ред. Н. И. Базилевич]. - М. : Наука, 1978. - 182 с.
7. Плохинский Н. А. Биометрия. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1970. - 367 с.
8. Сорокин О. Д. Прикладная статистика на компьютере. - Краснообск : ГУП РПО СО РАСХН, 2004. - 162 с.
9. Пульсирующее озеро Чаны / [отв. ред. Н. П. Смирнова, А. В. Шнитников]. - Л. : Наука, Ленингр. отд-е, 1982. - 304 с.
© Л. Ю. Анопченко, М. В. Якутии, 2017
