Структура и состав степных фитоценозов лекарственные виды. Характеристика основных типов фитоценозов земного шара

Особенности генеративной активности степных фитоценозов

С. В. Левыкин, к.геог.н, Г. В. Казачков, к.биол.н,

Институт степи УрО РАН, Оренбург

Зональная биота степи, сформировавшись в специфических условиях высокой инсоляции и недостаточного увлажнения, обладает широким спектром вариантов проявления генеративной активности. Когда погодные условия благоприятствуют развитию тех или иных видов, степь в течение вегетативного периода неоднократно меняет внешний облик. При массовом проявлении генеративной активности тех или иных растений в степи формируется густой полог из генеративных побегов, создающий определенный цветовой фон

Закономерности смены степных аспектов, характеризующие дифференциацию природной зональности, подробно изучались классиками сте-певедения на научных стационарах БИН АН СССР, в Стрелецкой и Казацкой степях под Курском, Старобельских и Асканийских степях Украины. Основные аспективные этапы вегетации, характерные для степей Северной Евразии, приводятся ниже.

1. Луговые степи российского Черноземья

В луговых степях Центрального Черноземья (Стрелецкая степь под Курском) при косимом режиме сменяются 18 аспектов, при этом выделяется 16 ярко цветущих растений-доминантов .

2. Разнотравно-ковыльные степи Украины

В северных вариантах разнотравно-ковыльных степей (Старобельские степи Украины) описано 7 фаз развития растительности .

3. Типчаково-ковыльные степи юга Украины

В типчаково-ковыльных степях Украины (Ас-канийская целина) отмечается до семи аспектов .

4. Разнотравно-ковыльные степи Южного Урала и Зауралья

За 1993-2005 гг. на степных эталонах Южного Урала и Зауралья изучена интенсивность сезонной смены основных фенологических аспектов эталонных степных участков. Выделено 10 аспектов.

5. Ксерофито-типчаково-ковылковые сухие степи Северного Казахстана

Смена аспектов в сухих грудницево-типчако-во-ковылковой и ромашково-типчаково-ковыл-ковых степях (наиболее ксерофитный вариант дернино-злаковых степей Северной Евразии, Казахстан) включает семь фаз развития растительности .

6. Тонковатополынно-типчаково-ковылковые опустыненные степи Центрального Казахстана

Аспекты этих степей изучались в их северной части на примере научного стационара Ботанического института АН СССР (Карагандинская область). Всего отмечено семь фаз развития растительности .

7. Тонковатополынно-тырсиковые опустыненые степи Центрального Казахстана

Аспекты степей изучались в их северной и центральной частях на примере научного стационара Ботанического института АН СССР (Карагандинская область). Тонковатополынно-тырсико-вые степи представляют собой южный рубеж степного типа растительности Северной Евразии. Отмечено 7 периодов сезонного состояния растительности .

8. Разнотравно-злаковые степи Даурии

Несколько иная фенологическая картина наблюдается в степях монгольского типа Юго-Восточного Забайкалья. Этот тип степей характеризуется укороченным вегетационным периодом и смещением максимума летних осадков на середину сезона. Отмечено шесть основных сезонных и частных аспектов .

Своеобразный облик целинной степи определяется сочетанием множества видов трав и разной интенсивности их цветения. В разные годы на одном и том же участке степи могут интенсивно развиваться различные виды растений: в засушливые годы - злаки и полукустарники, во влажные

Разнотравье.

В современных условиях территориальной разобщенности небольших степных участков на каждом из них редко совпадают благоприятные для массового цветения фазы биоритмов растений и климатические условия. Учеными давно подмечено, что «старые» абсолютно заповедные степные участки редко демонстрируют яркие аспекты . По нашим наблюдениям, наиболее интенсивную генеративную активность проявляют «молодые» степи - залежи, выпасы. Растения-пионеры, осваивающие освободившееся жизненное пространство, оказываются в лучших экологических условиях, чем растения на целине. У них больше площадь питания, лучше освещение. Рыхлая почва залежи имеет более высокую продуктивность.

Ключевую роль в генеративной активности зональной флоры играет соотношение тепла и влаги. Причем интенсивность формирования генеративных побегов зависит от этих двух климатических факторов в предшествующий и текущий годы. В целом, в климаксном сообществе интенсивность цветения растительных доминантов связана с чередованием благоприятных и неблагоприятных условий в отдельные годы. Проявление

массового цветения только в отдельные годы объясняется большой затратой растением питательных веществ на формирование цветов и семян. На следующий год (или несколько лет) растение, уже не обладающее достаточно высоким запасом энергии, не может цвести и плодоносить, особенно если предыдущие годы не были благоприятными по метеоусловиям. При благоприятных условиях вегетативного периода растения к осени могут накапливать достаточное количество питательных веществ, которые могут быть использованы в следующем году в случае неблагоприят-ности погодных условий. Доказано, что существует «память» растений о предшествующих погодных условиях .

Например, нами установлено, что формированию яркого серебристого аспекта ковылей в 2005 г. способствовало то, что на протяжении предыдущих лет у ковылей развивались преимущественно вегетативные побеги. Кроме того, осенний период предыдущего 2004 г. отличался в 2002 г. повышенным количеством осадков (на 110-245%) и высокими (на 1-5° выше нормы) среднесуточными температурами.

Обобщая вышесказанное, отметим, что сезонные аспекты степей определяются сезонными ритмами доминантов, в том числе и в осенне-зимний период. Как правило, отдельные сезонные аспекты монотонны и относительно устойчивы. Варьируют лишь их продолжительность и яркость, обусловленные погодными особенностями года. Растительные доминанты, да и прочие растения также способны создавать характерный цветовой фон различной интенсивности - частный аспект, проявляющийся нерегулярно. К примеру, майский зеленый фон и августовский соломенно-желтый аспект усыхающих трав относятся к сезонным явлениям. Среднеинтенсивное цветение ковылей

Сезонный поздневесенний аспект, а их массовое цветение - частный аспект.

Интенсивная смена частных аспектов наиболее характерна для луговых степей. Существуют так называемые частноаспективные виды, способные создавать яркий цветовой фон: тюльпаны, ковыли, шалфеи, подмаренники; и слабоас-пективные (серые) виды: типчак, тонконог, полынь и т.д., которые придают сезонному аспекту лишь небольшой цветовой оттенок.

Смена и интенсивность сезонных и частных аспектов в степях обусловлена природно-климатическими условиями, но нарушается под действием нерегулярных катастрофических событий (пожар, затопление, распашка и т.п.).

Посмотрим на основные факторы, влияющие на интенсивность цветения и плодоношения одного из степных доминантов - ковылка (БИра \essingiand). Это наиболее характерный петрофиль-но-кальцефильный плакорно-степной вид. Прежде доминировал на огромных площадях, особенно

в подзоне южного чернозема и темно-каштановых почв. Этот частноаспективный степной доминант

В то же время лучший из ковылей в кормовом отношении. В целинной степи он составляет 75- 90% урожая всего травостоя . В связи с этим считаем, что этот вид вполне может претендовать на роль «визитной карточки» зональных понто-каспийских степей. Вегетативные побеги ковылка образуют устойчивый сезонный зеленый аспект, а его массовое цветение и плодоношение - серебристый частный аспект.

Ежегодная урожайность семян ковылка и соответственно интенсивность его характерного серебристого аспекта могут сильно варьировать в зависимости от погодных и иных условий окружающей среды. Так, по данным исследований, проведенных на научных стационарах АН СССР, урожаи семян ковылка могут колебаться в пределах от 0 семян /м2 до 1683 семян /м2 . По нашим наблюдениям (1991-2005 гг.), проведенным в первой половине июня на степных эталонах Южного Урала (Оренбуржье, Казахстан), ковылок интенсивно цвел и плодоносил в 1991, 1998, 1999, 2000, 2002, 2005 гг. Умеренный аспект наблюдался в 1993, 1994 гг., этот вид совершенно не цвел в 1992, 1995, 1996, 2001, 2003, 2004 гг. По климатическим условиям 1992, 1994, 2003 гг. - аномально влажные, в 1995, 1996, 1998 гг. была засуха. В целом, в зависимости от сочетания благоприятных факторов, отмечаются «ковыльные» и «нековыльные» годы без явных признаков цикличности их смены . По нашим наблюдениям, наиболее «ковыльным» в Оренбургско-Казахстанском степном экорегионе был 2005 г. По нашим оценкам, в среднем на степных эталонах в этот период насчитывалось 1000-1200 шт. семян ковылка на 1 м2.

Как уже говорилось выше, наиболее интенсивно цветут молодые особи ковылка, особенно в условиях залежных сукцессий. Возраст растений определялся исключительно по возрасту залежи (до 10 лет). Считается, что у ковылка продолжительность жизни составляет десятки лет, поэтому естественная смена поколений происходит медленно. В этой связи требуются детальные изучения внутри- и межпопуляционного взаимодействия степных доминантов. Многие вопросы требуют изучения: существует ли в принципе старение степного травостоя, процесс обновления внутри травостоя идет постоянно; имеются ли у степных травостоев классы возраста наподобие таковых у древесной растительности; насколько по мере зрелости и старения травостоя (если таковые существуют) уменьшается его генеративная активность и, соответственно, интенсивность генеративного размножения.

Частые степные пожары, уничтожая подрост злаков и полыней, способствуют доминированию старых крупных злаковых куртин, в том числе ковылей. Пока принимается, что в современных

степных фитоценозах доля генеративных особей составляет около 70%. Однако следует отметить, что пока точно неизвестно, до какого возраста травостоя сохраняется необходимость в его семенном возобновлении. Возможно ли выделить в фитоценозе отдельные разновозрастные группы одного вида растения? Не исключено, что наиболее старые особи степных доминантов вообще не способны к семенному размножению.

Ниже рассмотрим систему факторов окружающей среды, влияющих на интенсивность генеративного размножения: особенности конкретной популяции степного доминанта, а именно: возраст популяции, доля ювенильных и половозрелых особей, свойственная виду продолжительность паузы между двумя интенсивными цветениями (для ковылей этот период составляет в среднем 3 года); метеорологические факторы, а именно: температурный режим текущего года, количество осадков осени предшествующего года, количество осадков весны текущего сезона; антропогенные факторы, а именно: интенсивность выпаса, сроки и регулярность сенокошений, динамика и интенсивность пирогенного воздействия, степень территориальной разобщенности целинных участков.

Для ковылка благоприятными условиями массового цветения является сочетание оптимального режима хозяйственного использования, обильных осадков осени предыдущего года и весны текущего сезона, оптимального температурного режима весны текущего сезона и окончания перио-

да паузы после последнего интенсивного цветения. В общем, факторы, предопределяющие интенсивность плодоношения ковылей, можно дифференцировать следующим образом (табл. 1).

Соответственно, совпадение не всех благоприятных факторов обуславливает цветение ковылей в обычном усредненном режиме. Совпадение же большинства неблагоприятных факторов вызывает адекватную реакцию растительности: развиваются только вегетативные побеги, ости атрофируются в зачаточном состоянии и засыхают. Происходит «ложное» цветение и образование пустых семян.

С учетом всего сказанного выше, в том числе фрагментарности современной территории целинных степей, на наш взгляд, одновременно с введением на них режима территориальной охраны целесообразно на части этих территорий проводить экосистемный уход, заключающийся, в частности, в регулировании генеративной активности основных степных фитодоминантов. Целесообразность этих процессов обусловлена, прежде всего, двумя причинами: необходимостью поддержания высокой семенной продуктивности степных генетических резерватов в целях тиражирования агростепей по методу С. Дзыбова и высокой эстетической значимостью степных аспектов, в частности, для развития экотуризма.

Литература

1 Алехин, В. В. Очерк растительности и ее последовательной смены на участке Стрелецкая степь под Курском // Труды СПБ общ-ва естеств. 1909. Т. 11.

2 Алехин, В. В. Растительность СССР. М.: Советская наука, 1951. С. 256-321.

3 Борисова, И. В. Ритмы сезонного развития степных растений и зональных типов степной растительности Центрального Казахстана // Тр. Бот. Ин-та им. В. Л. Комарова АН СССР. Серия III (геоботаника). Вып. 17. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1965. С. 64-100.

4 Борисова, И. В. Смена аспектов и сезонных состояний // Биокомплексные исследования в Казахстане. Л., 1976. Ч. 3. Комплексная характеристика основных растительных сообществ пустынных степей Центрального Казахстана. С. 7881; 145-148.

5 Горшкова, А. А. Биология степных пастбищных растений Забайкалья. М.: Наука, 1966.

6 Жмыхова, В. С. Смена аспективных картин Стрелецкой степи при косимом и не косимом режимах заповедности // Биография и народное хозяйство: тезисы докладов. М., 1974. С. 27-30.

7 Лавренко, Е. М. Растительность Старобельских степей / Е. М. Лавренко, Г. И. Дохман // Журнал биоботанического цикла ВУАН. Киев, 1933. № 5-6.

8 Пачоский, И. К. Растительность Херсонской губернии 2. Степи. Херсон, 1917.

9 Работнов, Т. А. Жизненный цикл многолетних травянистых растений в луговых ценозах // Тр. Бот. Ин-та им. В. Л. Комарова АН СССР. Серия III (геоботаника). Вып. 6. М.-Л., Изд-во АН СССР. 1950.

10Сменова-Тян-Шанская А. М. Динамика степной растительности. М; Л.: Наука, 1966. 172 с. пТанфильев, Г. И. Ботанико-географические исследования в степной полосе // Труды Особ.экспед. Лесн. Департ., СПб. 1898.

12Шалыт, М. С. Геоботанический очерк Гос. Степи. Заповедника «Чапли», близ. Аскания-Нова // Бюллютень фототехнической станции Степного института «Чапли». 1930. Т. 1.

1. Факторы, определяющие интенсивность плодоношения ковылей

Факторы, благоприятствующие обильному образованию генеративных побегов Факторы, снижающие генеративную энергию

Рыхлые почвы залежей Плотные целинные почвы

Территориальноэкологические преимущества пионерных стадий демутации Конкуренция

Молодость популяции Климакс популяции

Выпас копытных, в первую очередь лошадей Угнетение травостоев неумеренным выпасом

Одиночный пожар в осенне-зимний период Частое выгорание травостоев

Сенокосооборот Накопление войлока

Влажная осень Ранние сенокосы в период образования семян

Теплая влажная весна Сухая осень

Пик накопления растением питательных веществ через три года после последнего массового цветения Сухая ранняя жаркая весна

Затяжная холодная весна

Накопление твердых осадков ниже нормы

Простираясь на значительные расстояния с севера на юг и с запада на восток, степи на территории нашей страны не остаются одинаковыми по флористическому составу и структуре. В лесостепной зоне значительное участие в сложении степных фитоценозов принимает разнотравье, среди которого наряду со степными ксерофитами обычны луговые виды.

На характер травостоя степи оказывает влияние животный мир, в частности деятельность мышевидных грызунов.

Степные почвы – это преимущественно различные черноземы, которые на юге сменяются каштановыми почвами. Степные растения имеют высокую зольность, и гумусовый слой, мощность которого может достигать 80-100 см. и больше, богат минеральными соединениями, в том числе солями кальция, обладает комковатой структурой.

В целом для районов, занятых степной растительностью, характерен континентальный климат; степень его континентальности особенно усиливается с запада на восток.

У степных растений развивается глубоко уходящая корневая система, охватывающая большой объем почвы.

Приспособления к высокой температуре и недостатку влаги проявляются и во внутреннем строении органов: в склерификации клеток, в увеличении числа жилок и устьиц на единицу площади и т.д.

Среди растений степи есть такие, которые «убегают» от засухи, завершая цикл развития в более благоприятное время года.

Большее число видов цветет в первую половину лета, в период лучшего обеспечения растений водой.

Обычны в степи растения-баллисты, у которых имеются приспособления к удержанию плодов и семян от самопроизвольного опадения; но наряду с этим выработались свойства, способствующие разбрасыванию зачатков и удалению их от материнского организма.

Еще больший эффект по распространению семян и плодов достигается у растений «перекати-поле».

Для степей характерно большое видовое разнообразие, и богаче оно в северных степях по сравнению с южными.

В северных степях при большой видовой и побеговой насыщенности травостоя выделяют семь ярусов; нижний из них сложен видами, имеющими укороченные и ползучие побеги; в верхний ярус выходят растения с высокими прямостоячими побегами. Нет четких границ между отдельными ярусами, и в каждом из них практически отсутствует доминирующий вид, что отличает северные степи от южных.

В луговых степях часто хорошо развит надземный ярус из зеленых мхов.

Большая насыщенность травостоя становится возможной при наличии растений разных жизненных форм. Растения отличаются друг от друга не только характером подземных органов и способностью к корнеотпрысковости, но и формой побега, способом их возобновления, продолжительностью вегетации монокарпического побега до перехода к его цветению, положением побега в пространстве.

Среди злаков есть длинно корневищные, рыхлокустовые, корневищнорыхлокустовые, плотнокустовые.

По своим экологическим характеристикам, в частности по отношению к воде, растения северных степей также различны: среди них многочисленные ксеромезофиты и мезоксерофиты.

По обилию видов и участию их в травостое в северных степях преобладает разнотравье, а среди злаков – коневищные и рыхлокустовые широколистые формы.

Изменения в травостое имеют место не только в пространстве, но и во времени.

Многоярусное сложение степного фитоценоза в воздушной среде дополняется поярусным размещением подземных побегов и корневых систем в почве.

В южных степях, в отличии от северных, усиливается роль злаков и соответственно уменьшается участие в сложении травостоя разнотравья.

Из корневищных злаков в южных степях произрастают пырей средний, пырей ползучий, пырей волосоносный. Мятлик усколистный – котневищно – рыхлокустовый злак – характерен для луговых степей.

С продвижением с севера на юг степи становятся менее красочными, флористически более бедными, уменьшается густота растительного покрова, усиливается эдификаторная роль крупнодерновинных злаков, надземные части растений не всегда смыкаются, ярусное строение менее сложное, усиливается ксероморфная организация длительно вегетирующих растений, повышается роль и участие в сложении травостоя коротко вегетирующих растений, увеличивается количество засухоустойчивых кустарников и полукустарников, становятся более ярко выраженным летний перерыв вегетации.

На заповедных участках и в заказниках необходимо сохранить все многообразие видов, со всеми их варьирующими свойствами и признаками, сохранить созданный природой генофонд.

Цели :

Расширить на основе

практического изучения знания учащихся о фитоценозе степного участка;

Способствовать обучению

учащихся умению наблюдать, анализировать, делать выводы.

Воспитание культуры общения с природой.

Оборудование: фотоаппарат, метровые линейки, термометры, лупы, блокноты и карандаши, 4 колышка, 40 м. бельевой веревки.

Место экскурсии: степной участок

Ход экскурсии:

I . Оргмомент

Инструктаж ТБ.

1.Вводная беседа об БГЦ

БИОГЕОЦЕНОЗ (от био... гео... и греч. koinos - общий), однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов и динамическим взаимодействием между ними (обмен веществом и энергией). Термин предложил В. Н. Сукачев (1940).

2.Повторение методики геоботанических описаний.

1.1.Методика исследования.

Основная задача исследования состоит в создании списка меловой флоры и растительности «лысой горы Вейделевского района», и их бота-нико-географический аспект.

Флора - это совокупность видов растений,обитающих на определен-ной территории.

Растительность – совокупность растительных сообществ.

Растительное сообщество -(фитоценоз) – совокупность растений на данной территории,взаимообусловленных друг другом и окружающей сре-дой.

Ассоциация - как элементарное растительное сообщество, является основной единицей в геоботанике. Для ассоциации характерны следующие основные признаки:

1.флористический состав; 5.покрытие;

2.аспект; 6.встречаемость;

3.ярусность; 7.жизненносчть;

4.обилие; 8.жизненные формы.

1.Флористический состав определяет структуру ассоциации и являет-ся определяющим для ее характеристики.

2.Аспект – внешний облик сообщества, который определяет его «физиономичность ». Характеризуется динамичностью, для обозначения роли различных растений в аспекте применяются следующие условные знаки:

Δ – вид,играющий первостепенную роль в аспекте;

Δ – второстепенное участие;

Δ – третьестепенное;

Δ – никакого участия.

Условные обозначения фенологического состояния:

----! –вегетация до цветения;

^ -бутонизация;

ŋ - зацветание;

о - полное цветение;

с -отцветание;

Плодоношение;

# - плоды осыпаются;

Плоды осыпаются.

3.Ярусность – это расположение растений в различных горизонтах. Виды,господствующие в определенном ярусе, называются доминантами.

4.Обилие - показатель,характеризующий количественную представленность вида в данной ассоциации.

Для субъективной оценки обилия используется система обозначений, предложенная датским ученым Друде и переработанная нашими учеными

(шкала Друде):

soc – растения создают фон 100 !

cop 3 – очень обильно 90-80 } на 100 м 2

cop 2 - обильно 70-60

cop 1 – довольно обильно 50-40

sp 3 - рассеяно 30

sp 2 - изредка 20 } на 100 м 2

sp 1 - редко 10

sol - одиночно < 10

Un - один экземпляр

Растения одного вида встречаются в виде пятна (пятен)

Точечный учет численности осуществляется путем подсчета числа экземпляров части всех видов растений на небольших площадях (1,0;0,5 или 0,25).

5.Покрытие – степень занятости почвы растениями. Оценка делается глазомерно в процентах.

6.Встречаемость – определяется по методу Раменского путем закла-дывания пробных площадок в 0,1 м 2 .

Встречаемость – частота обнаружения растений каждого вида в фи-тоценозе. Определение достаточно большой повторяемости путем учета ви-дов на площадках небольших размеров (обычно 1 х 1) и выражается про-центом площадей, на которых данный вид был встречен:

В = 100 n

n o

где В – встречаемость в %,

n - число площадок,

n o –общее число площадок.

Выполнение работы.

Бланк описания №

Название ассоциации:

Географическое положение:

Общий характер рельефа:

Положение участка ассоциации в рельефе (указать экспозицию склона):

Микрорельеф (характер повышений и понижений, их размеры):

Почва и описание почвенного разреза:

Прочие особенности:

Видовой состав

Участие в аспекте

Покрытие

Ярусность

Фен. состояние

Жизненность

Показатель встречаемости

Видовой состав, встреченный вне пробной площадки на расстоянии 10 м

Видовой состав животных встреченных во время маршрутных проходов

III .Подведение итогов.

IV . Домашнее задание. Оформить отчет по группам в форме стендов или презентаций, включив таблицы, зарисовки и фотографии.

480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников

Аванесова Анна Александровна. Сукцессии степных фитоценозов Европейской лесостепи: 03.00.05 Аванесова, Анна Александровна Сукцессии степных фитоценозов Европейской лесостепи (на примере Центрально-Черноземного биосферного заповедника им. В. В. Алехина) : Дис. ... канд. биол. наук: 03.00.05 Воронеж, 2006 166 с. РГБ ОД, 61:06-3/1309

Введение

Глава 1. Исследования растительного покрова Стрелецкой степи 7

1.1. Характеристика целинных плакорных степных фитоценозов Стрелецкой степи 7

1.2. Изучение флоры Стрелецкой степи 14

1.3. Исследования продуктивности и видовой насыщенности степных фитоценозов 18

1.4. Сукцессионные изменения степных фитоценозов при разных режимах охраны 22

1.5. Изучение биоморфологических особенностей растений Стрелецкой степи 35

Глава 2. Район, материалы и методы исследований 45

Глава 3. Современное состояние фитоценозов Стрелецкой степи 50

3.1. Видовой состав и продуктивность на абсолютно заповедном и прилегающем косимом фитоценозах в западной части Стрелецкой степи 50

3.2. Видовой состав и продуктивность на абсолютно заповедном и прилегающем косимом фитоценозах в центральной части Стрелецкой степи 61

Глава 4. Сукцессии степных фитоценозов под влиянием абсолютно заповедного режима 71

4.2. Экспансия древесно-кустарниковой растительности на Стрелецкой степи 77

4.3. Стадии сукцессии степных фитоценозов на участках с абсолютно заповедным режимом 90

Глава 5. Сукцессии степных фитоценозов под влиянием сенокошения 95

5.2. Стадии сукцессии степных фитоценозов на участках с режимом периодического кошения 103

Глава 6. Сравнение сукцессии степных фитоценозов Стрелецкой степи с сукцессиями в других заповедника Европейской лесостепи 107

Заключение 115

Выводы 117

Предложения по использованию результатов исследований 120

Список используемой литературы 121

Приложения 137

Введение к работе

Актуальность темы. Изучение сукцессии имеет не только глубокий теоретический интерес, но и практическое значение. Немаловажным является исследование сукцессии растительного покрова, происходящих вследствие тех изменений, которые производит человек в настоящее время своей хозяйственной деятельностью (Камышев, 1964).

Центрально-Черноземный государственный биосферный заповедник им. проф. В.В. Алехина (Курская область) является базой для изучения изменений целинных степных фитоценозов под влиянием определенных режимов охраны. Луговые степи Центрально-Черноземного заповедника -уникальные системы, которые почти исчезли по всей Евразии в связи с распашкой и хозяйственной деятельностью человека (Алехин, 1936). Обработка биологического материала, накопленного в Центрально-Черноземном государственном биосферном заповеднике, имеет большое научное значение в связи с соответствием программе ЮНЕСКО «Человек и биосфера» (МАБ) и Конвенции о биологическом разнообразии видов дикой природы принятой в 1992г.

Сукцессии лугово-степных фитоценозов при различных режимах охраны недостаточно изучены. Необходимо знать направление данных изменений для корректировки происходящих в них процессов и оптимизации степного природопользования (Лавренко,1959).

В лесостепной зоне проведено большое число исследований растительного покрова. Это связано с её хозяйственным значением, а также с тем, что изучение степной растительности приводит к выявлению проблем фитоценологического и флористического плана (Культиасов, 1981). Одной из проблем является «степной вопрос», раскрывающий причины безлесья степей (Комаров, 1951).

За последнее время замечены большие изменения в степных фитоценозах и распространение деревьев и кустарников на участках с заповедным режимом.

Данные по состоянию лугово-степных фитоценозов, полученные в разные годы, представляют собой материал для выделения стадий сукцессии.

Цель и задачи исследования. Целью данного исследования является изучение сукцессии степных фитоценозов Европейской лесостепи (на примере Центрально-Черноземного биосферного заповедника им. В.В. Алехина).

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Выявить особенности современного состояния степных фитоценозов с режимом периодического кошения (РПК) и абсолютно заповедным режимом (РАЗ), обратив особое внимание на распространение деревьев и кустарников.

2. Определить направления сукцессии степных фитоценозов с РАЗ и РПК.

3. Выделить стадии сукцессии степных фитоценозов при РАЗ и РПК.

4. Сравнить происходящие сукцессии растительного покрова Центрально-Черноземного заповедника с изменениями в аналогичных лугово-степных сообществах Европейской лесостепи.

Научная новизна работы. Впервые описана стадия редколесья в фитоценозах с абсолютно заповедным режимом и выделены стадии сукцессии растительности при абсолютно заповедном режиме охраны и режиме периодического кошения. Установлена динамика в экспансии деревьев и кустарников на всех некосимых площадях Стрелецкого участка Центрально-Черноземного заповедника. Установлено олуговение на участках с режимом РПК и облесение на участках с РАЗ в степных фитоценозах Стрелецкой степи.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Анализ изменения видового состава, видовой насыщенности, продуктивности и индексов увлажнения по Л.Г.Раменскому указывает на олуговение степных сообществ Стрелецкой степи за период существования заповедника.

2. В фитоценозах с РПК изменился индекс увлажнения (с 51,9 по 52,7 ступень по шкале увлажнения Л.Г. Раменского). В настоящее время фитоценозы с РПК находятся на границе между луговыми степями и сухими, свежими лугами. Фитоценозы с РАЗ характеризуются как свежие луга (56 ступень по шкале увлажнения Л.Г. Раменского) с экспансией лесных видов, деревьев и кустарников.

3. Оценка сукцессии фитоценозов с РАЗ и РПК Стрелецкой степи и других заповедных территорий показала, что выявленные изменения характерны для охраняемых лугово-степных сообществ по всей Европейской лесостепи.

Практическая значимость. Представленные в диссертации материалы обобщают накопленный опыт охраны луговых степей в Центрально-Черноземном заповеднике, позволяют выбирать рациональные способы охраны луговых степей, подтверждают оценку абсолютно заповедного режима Н.С. Камышева (1965), как режима ведущего к потере лугово-степных фитоценозов, возникновению редколесья.

Апробация работы. Основные положения диссертации изложены и обсуждены на научных конференциях «Фитоценозы северной лесостепи и их охрана» (Курск, 2001), «Флора и растительность Центрального Черноземья» (Курск, 2002,2003,2004), «Антропогенное влияние на флору и растительность» (Липецк, 2001), «Изучение и охрана природы лесостепи» (Курск, 2002), II международной конференции по анатомии и морфологии растений (Санкт-Петербург, 2002), «Исторический ландшафт. Природа, Археология. История» (Тула-Куликово поле, 2002).

Объем работы. Диссертация объемом 166 страниц состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов и 29 страниц приложения; содержит 120 страниц основного текста, 22 рисунка, 9 таблиц. Список литературы насчитывает 217 наименований, из которых 9 на иностранных языках.

Характеристика целинных плакорных степных фитоценозов Стрелецкой степи

Центрально-Черноземный государственный заповедник был создан в 1935г. по инициативе известного ботаника-географа В.В.Алехина с целью сохранения и изучения целинных участков разнотравно-злаковых (или луговых) степей и прилегающих к ним дубрав. Заповедник состоит из 6 разобщенных участков, наиболее крупными из которых являются Стрелецкий (2,2 тыс. га), Казацкий (1,5 тыс. га).

До создания заповедника его лугово-степные участки, судя по историческим документам, использовались на протяжении последних 200-300 лет как сенокосные и пастбищные угодья и подвергались, таким образом, сравнительно слабым антропогенным изменениям.

Самый репрезентативный участок заповедника - Стрелецкий. Здесь и проводились наиболее полные и разносторонние исследования характерных для центральной лесостепи природных геосистем. Расположен Стрелецкий участок заповедника в междуречье верхнего течения р. Сейм и его притока -Млодати, в средней части Среднерусской возвышенности, в Центральной лесостепи. Большая часть этого участка (911 га) приходится на степную целину (Зозулин, 1950), которая известна как Стрелецкая степь (рис. 1).

В.В. Алехин относит Стрелецкую степь к северным степям, которые занимают северные части степной зоны и иногда называются «луговыми» по своему сходству с лугом, и характеризует их как красочно-разнотравные с широколистными злаками (Алехин, 1936: 522-529).

Стрелецкая степь согласно сводке «Растительность СССР» относится к луговым степям, остепненным лугам в сочетании с участками лесов (лесостепь). Это часть Восточно-Европейской лесостепи, которая тянется на «Геоботанической карте СССР» в виде сплошной полосы от бассейнов Прута и Днепра до южного Урала. (Лавренко, 1956: 670-671).

По Ф.Н. Милькову (Мильков, 1961: 46-57) Стрелецкая степь принадлежит к лесостепной зоне, лесостепной провинции Среднерусской возвышенности, подзоне типичной лесостепи, Суджанскому району, расположенному в бассейне верховьев рек Сейм, Псел, Ворксла.

Н.С. Камышев (1961) называет Стрелецкую степь северной перистоковыльно-типчаково-разнотравной степью. Позднее при ботанико-географическом районировании Центрально-Черноземных областей Н.С. Камышев (1964) относит Стрелецкую степь к району снытевых дубрав перистоковыльно-типчаковых степей Среднерусской лесостепной провинции.

Е.М. Лавренко и др. (1991: 26-42) относит Стрелецкую степь к степям Причерноморского-Казахстанской подобласти, Восточноевропейскому блоку провинции, к типу Среднерусских луговых степей и остепненных лугов. И. А. Банникова (1998) причисляет Стрелецкую степь к Курскому региону лесостепи Евразии. Лугово-степные фитоценозы Среднерусской лесостепи начали формироваться после последнего оледенения, с середины голоцена, т.е. 20.000 лет назад. Это древнейшие сложившиеся сообщества (Дохман, 1968). А.М Семенова-Тян-Шанская (1966) относит плакорные фитоценозы Стрелецкой степи к остепненным лугам. «Сравнение их по ряду показателей с настоящими степями и северными лугами подчеркивает их промежуточное положение и несомненные связи с обоими типами травянистой растительности, подтверждая этим её общую зональность и постепенность переходов между степями и лугами через промежуточное звено остепененных лугов, к которому относятся изучаемые стрелецкие сообщества» (Семенова-Тян-Шанская, 1966:140). Лугово-степные фитоценозы в Курской области образованны степными дерновинными злаками ковылями, типчаком, тонконогом с многочисленным красочным разнотравьем. Данные сообщества приурочены к самым высоким участкам водоразделов и к их пологим склонами и господствуют на крутых склонах балок южной экспозиции. Они встречаются в Курской области главным образом в Среднерусской лесостепной подпровинции, которая лежит на юго-востоке р. Сейм. Здесь располагаются и оставшиеся целинные степи Центрально-Черноземного заповедника (Атлас Курской области, 2000) Лугово-степные фитоценозы западной части Центрально-Черноземного района состоят из большого числа видов (около 410), которые принадлежат к различным систематическим типам и семействам, наибольшее число видов составляют Asteraceae (61,1%), Poaceae (13%»), Brassicaceae (7,6%), Fabaceae (7,3%), Lamiaceae (6,6 %), Caryophyllaceae (6,1%), Scrophulariaceae (5,9%»), Rosaceae (5,4%), Ranmculaceae (3%), Apiaceae (2,5%) (Сапронова, 2001). Флора степи и степные фитоценозы формировалась на протяжении всей своей истории под влиянием меняющихся экологических условий. Разнообразие экологических факторов обыкновенно группируют следующим образом (Миркин и др., 2000:16): 1. Климатические факторы. 2. Эдафические факторы. 3. Топографические факторы. 4. Биотические факторы. 5. Антропогенные факторы Абиотические факторы, которые объединяют первые три группы: географическое положение (полоса умеренно-холодного климата), количество осадков (среднегодовая сумма осадков - 582,3 мм), среднегодовая температура (+5,4С), комплексность почвенного покрова, хорошо развитый микро- и макрорельеф благоприятны для развития степных фитоценозов. «Сочетание и существование на небольших площадях различных по своей экологии видов объясняется в первую очередь переменным характером увлажнения, благодаря чему здесь могут развиваться и засухоустойчивые степные виды и настоящие луговые и лесолуговые мезофиты, а также наиболее характерные для лесостепи лугово-степные (в широком смысле) растения» (Семенова-Тян-Шанская, 1966:32-33). Основными признаками луговых степей является то, что: 1) в составе травостоя преобладают мезоксерофильные и эуксерофильные элементы, но мезофиты еще играют значительную роль; 2) преобладают дерновинные злаки при обилии северного степного мезофильного разнотравья, корневищные злаки играют подчиненную роль; 3) синузии однолетников и эфемероидов, а также кустарничков выражены слабо; 4) на почве нередко развит моховой покров (Лавренко, 1940; Культиасов, 1981). Абиотические факторы определяют полидоминантность и экологическую пестроту степных сообществ и высокую видовую насыщенность (до 80 видов на 1 м), что отличает луговостепные фитоценозы от всех травянистых водораздельных сообществ Русской равнины (Coupland, 1993).

Видовой состав и продуктивность на абсолютно заповедном и прилегающем косимом фитоценозах в западной части Стрелецкой степи

Стандартные геоботанические описания проводились с 2001-2005 на пробных площадках по 100 м с использованием методик «Полевой геоботаники» (1959-1976). В 2001 году исследования проводились в 19, 20 кварталах. В 19 квартале закладывались площадки вдоль восточной разделительной черты косимой и некосимои части в степных фитоценозах с абсолютно заповедным режимом (описание № 3, 4, 10, 11), режимом периодического кошения (описания №1,2,9,12). Также были изучены площадки с режимом периодического кошения в квартале 20 у куртины с пионом, близ первого отвершка Петрина лога (описание № 5, 6, 7, 8).. В 17 квартале площадки закладывались вдоль западной разделительной черты косимой и некосимои части в степных фитоценозах с режимом периодического кошения (описание № 13, 14, 15, 16,17) и режим абсолютно заповедный (описание № 18,19,20,21,22). При изучении меридионального профиля в 2003г. на некосимом участке №2, проходящего от противопожарной вышки к Петрину логу были заложены пробные площадки по 100 м2 в кварталах 8 и 13 (описание № 23, 24, 25, 26). В 2005 г. проводились описания в степных фитоценозах при абсолютнозаповедным режимом в 19 квартале (описания № 27,28,29,30,31,32,33,34,35,36).

Обилие растений рассматривалось по шкале Друде, т.к. по данной методике работали в заповеднике все предыдущие исследователи. По данной шкале на абсолютно заповедных участках учитывались всходы деревьев и кустарников, входящих в травяной ярус. Название ассоциаций определялось по доминантам. На последнем месте в названии указывалось господствующее растение. Классификация растительности проводилась по эколого-морфологическому (доминантному) принципу (Ярошенко, 1953)

Видовая насыщенность степных фитоценозов определялась на метровых квадратах с трехкратной повторностью (У штекер, 1980). В основу биоморфологического анализа положена система жизненных форм Раункиера (Raunkiaer, 1937) с дополнениями для анализа растительности Среднерусской лесостепи М.И. Падеревской (1977, 1979) и данные по биоморфологическим структурам, выделенных В.Н. Голубевым (1962). Ступени увлажнения рассчитывались по шкалам Л.Г. Раменского (Раменский и др., 1956)

Определение продуктивности степных фитоценозов с абсолютно заповедным режимом и режимом периодического кошения проводилось по величине надземной фитомассы в период её максимального развития, когда в генеративную фазу переходит не менее 80% видов сосудистых растений (фенологический максимум). С учетом отставания в развитии растений в условиях абсолютно заповедного режима, укосы брались на данных участках на две недели позже (Собакинских, 1996).

В 2001 году укосы брались в 19 квартале на участках с режимом периодического кошения 3.07.01 и на участках с абсолютно заповедным режимом 16.07.01. В 2002 году укосы брались на участке с режимом периодического кошения в 17 квартале 2.07.02 и на участке с абсолютно заповедным режимом в 17 квартале 16.07.02

Пробы брались при помощи учетной рамки 0,25м в 8-кратной повторности. Укосы проводились на уровне почвы с выстриганием всех плотных дерновин. Подстилка и мох собиралась в отдельные пакеты. Вся надземная фитомасса (т) дифференцировалась нами на зеленую (т) и мертвую части (п/). В зеленой части надземной фитомассы выделялись фракции - хозяйственно-ботанические группы: злаки дерновинные (зд), злаки корневищные и рыхлокустовые (зкр), осоки (о), бобовые (б), разнотравье (р) и мхи (м). Мертвая часть укоса подразделялась на ветошь (в) и подстилку (п). Ветошь - отмершие побеги, сохранившие связь с материнским растением. Подстилка (войлок) - это мертвые растительные остатки, образующиеся на поверхности почвы. Весовому анализу подвергались сухие пробы. В 2001-2003 годах на всех некосимых участках изучалось распространение деревьев и кустарников. На первом и втором некосимом участке были заложены пробные площади по 500м, размер которых обеспечивает по методике В.Н. Сукачева (1957) выявление особенностей лесных фитоценозов. Участки №3 и №4 картировались полностью. Было произведено повторное картирование профиля (6 га), заложенного В. Д. Собакинских в 1980-1981 годах, который проходит в меридиональном направлении от наблюдательной противопожарной вышки к Петрину логу. По перечисленным участкам были зафиксированы горизонтальные проекции крон деревьев и кустарников и их высоты. В качестве основного критерия для выделения соотношения видового состава деревьев, кустарников и их совокупной роли в фитоценозах предпочтение было отдано площади проекций крон - проективному покрытию. Проекции крон сплошных зарослей кустарников наносились по контурам на плане.

На основе анализа литературных источников, указанных выше, с привлечением результатов собственных исследований выделялись основные стадии сукцессии растительности на участках с периодически и абсолютно заповедным режимами за последние 70 лет. При определении временных границ учитывалось время описания исследователями фитоценозов, а за исходное - классическое описание 1933 г. (Алехин, 1936). Стадии сукцессии выделялись по основным показателям видового состава, видовой насыщенности, соотношению хозяйственно-ботанических групп, доминантам основных ассоциаций, индексам увлажнения Л.Г.Раменского (1956), хроноклинам (Миркин, 1978).

Направленность изменения растительности на участках с абсолютно заповедным режимом

Упомянутые выше сукцессии обусловлены необратимыми изменениями в степных фитоценозах, которые происходили под влиянием изменяющихся взаимосвязанных экологических условий в сложных системах растительных сообществ луговых степей.

Сложность луговых степей заключается в сочетании в них различных по своим биологическим особенностям растений, которые относятся к различным экологическим группам, различным эколого-фитоценотическим элементам, различным жизненным формам.

За время прошедшее с момента организации заповедника (1935) произошли изменения растительности, ведущие к замене одних сообществ другими.

Абсолютно заповедный режим, созданный для степных фитоценозов в заповеднике, никогда не был свойственен данным сообществам. В до агрикультурной степи паслись стада травоядных животных, позднее человек использовал степи под пастбища и сенокосы. На протяжении существования степей постоянно происходило отчуждение наземной фитомассы и выпас.

Абсолютно заповедный режим (снятие выпаса и сенокошения), как экзогенный антропогенный фактор, привел к возникновению новых эндогенных факторов, которые выразились: 1. В накоплении ветоши и подстилки. 2. Задержке снега, медленном его таянии. 3. Изменении температурного режима. 4. Изменении режима увлажнения (Семенова-Тян-Шанская, 1966). Так как изменения растительности происходят по причине взаимодействия фитоценоза и экотопа, вызываемые процессами размножения и разрастания растений, то данный сукцессионныи процесс является автогенным сингенезом (Миркин,1989). Постепенные изменения фитоценозов можно проследить по работам предшествующих исследователей В.В.Алехина (1935, 1938, 1936, 1940), Н.А. Прозоровского (1940), Г.М. Зозулина (1955, 1959), В.Н. Голубева (1962,1965), Д. Рэдулеску-Иван (1967,1968), Семеновой-Тян-Шанской (1960,1966), Г.И. Дохман (1965, 1966, 1968), И.Ф. Петровой (1990), В.Д. Собакинских (2000,2002). Анализ описаний сообществ, их характеристик, таблиц по урожайности дают возможность обнаружить особенности изменения основных показателей. При этом обозначаются стадии в развитии фитоценозов, границы которых определяются временем наиболее полных описаний фитоценозов. Хроноклины среднего обилия основных видов растений в имеющихся описаниях (Алехин, 1935; Прозоровский, 1940; Зозулин, 1955; Рэдулеску-Иван, 1965, 1967; Дохман, 1968; Семенова-Тян-Шанская, 1966; Петрова, 1990; Собакинских, 2000) и собственных данных показывают, что в фитоценозах с РАЗ выпадают Festuca valesiaca, Carex humilis. Увеличили своё обилие Calamagrostis epigeios, Arrhenaterum elatius за последние 40 лет. Наблюдается увеличение обилия Bromopsis reparia, Stipa pennata в 60-е годы и уменьшение их к настоящему времени. Уменьшилось обилие основных аспектирующих видов с полным выпадением Salvia pratensis, Myosotis popovii (рис. 12).

При отсутствии выпаса и сенокошения на втором этапе развития произошло разрастание ковылей, особенно на некосимых участках. Stipa pennata обладает более крупными дерновинами, чем Festuca sulcata, и имеет более продолжительный цикл индивидуального развития, до 50 лет. Имеющиеся первоначально дерновины ковыля, при отсутствии выпаса естественно разрастались, достигая на некосимых участках своего максимального размера и возраста, создавая заковыление, вместе с молодыми особями семенного возобновления, которому способствовало и сравнительно небольшое общее проективное покрытие в исходных фитоценозах. Заковыление реже наблюдалось на косимых участках, т.к. известно, что сенокошение угнетает ковыли (Дохман, 1966).

Распространение Calamagrostis epigeios на третьей стадии сукцессии на некосимых участках, которое, однако, не наблюдается на участках с режимом периодического кошения, связано с его биологическими особенностями. Распространяется и самоподдерживается вейник многочисленными семенами, которые разносятся ветром на большие расстояния, и корневищами. Это растение, которое достигает больших размеров (до 170 см), хорошо облиственно и образует заросли. Конкуренцию с вейником не выдерживают другие злаки, в том числе ковыль и костры.

На сукцессионные процессы, происходящие в фитоценозах с РАЗ, указывает изменение индексов увлажнения по экологическим шкалам Л.Г. Раменского. При обработке материалов по экологическим шкалам использовались полные списки описаний фитоценозов с указанием обилия по категории проективного покрытия Ю.Н. Нешатаева (1987). Для сравнения, кроме собственных данных были определены индексы увлажнения степных фитоценозов по спискам В.В. Алехина (1936), Д. Рэдулеску-Иван (1965), Г.И. Дохман (1968), данные М.И. Падеревской (1967), И.Ф. Петровой (1990), полученные на плакорах Стрелецкой степи в тех же местообитаниях.

Обработка описаний по экологическим шкалам указывает на изменение в сторону увеличения увлажнения (табл. 5), что свидетельствует о переходе луговых степей к свежим лугам. По Л.Г. Раменскому (1956) луговые степи характеризуются ступенью экологической шкалы с индексами 47-52, а 53-63 ступенью характеризуются сухие и свежие луга.

Направленность изменения растительности на участках с режимом периодического кошения

В наших списках не оказалось некоторых видов указанных В.В. Алехиным: Vicia cracca, Androsace septentrionalis, Acinos arvensis, Cerastium holosteoides Fries, Dianthus andrzejowskianus (Zapal.) Kules., Helichrysum arenarium (L.) Moech, Hieracium pilosella L., Sisymbrium polymorphum (Murr.) Roth, Bertoroa incana (L.)DC, Prunella grandiflora (L.) Scholl., Erysimum hieracifolium L., Potentilla heptaphylla Jusl., Rumex acetosella L..

Хроноклины среднего обилия основных видов растений имеющихся описаний (Алехин, 1935; Прозоровский, 1940; Зозулин, 1955; Рэдулеску- Иван, 1965, 1967; Дохман, 1968; Семенова-Тян-Шанская, 1966; Петрова, 1990; Собакинских, 2000) и собственных данных показывают, что произошли колличественные изменения характеристик фитоценозов на косимых участках. Уменьшается обилие Elytrigia repens, Festuca valesiaca (cop - sol, sp), Carex caryophyllea (sol - un), Carex humilis (cop - sol), Carex praecox (sp - sol), Onobrychis arenana (cop - sp, sol), Lathyrus lacteus (sp - sol), Achillea millefolium (sp -»sol), Asperula cynanchica (sp- sol), Asperula tinctoria (sp- - sol), Campanula sibirica (sp- sol, un), Erigeron acris (sp - un), Filipendula vulgaris (cop2- sp), /им/а /wrta L. (sp - sol), Ms aphylla L. (sp - sol, un), Jurinea arachnoidea (sp - un), Leucanthemum vulgare (cop - sol), Z/ww/w perenne (sp - sol, un), Salvia nutans (sol -» un), Polygala comosa (sp - sol, un), Myosotis popovii (sp - un), Thymus marschalianus (sp- sol), Tragopogon orientalis (cop - un), Valeriana rossica (sp - nin), FzWa rupestris (cop - sp, sol). Увеличивается обилие Elytrigia intermedia (sol - sp), Helictotrichon pubescens (sp - sp), i?r/za media (sol - sp) Poa angustifolia (sp -» sp), Stiapa pennata (sol-» sp), «Уфа //ЛУЯ (2-3 -»sp), Stachis officinalis (2-3 -» sp, sol), Centaurea scabiosa (2-3 - sp), Delphinium cuneatum (2-3 - sp, sol), Primula veris (sp - cop), Sa/v/a pratensis (sp -»copl), Seiratula heterophylla (un- sp). Появились на степных участках с режимом периодического кошения два злака: Arrhenaterum elatius, Bromopsis riparia, не указанные в списке В.В. Алехина и встречающихся в настоящее время в значительном обилии (sp, сор 2). Произошло изменение показателей обилия основных аспектирующих видов на участках с РПК. Наблюдения аспектов в косимых фитоценозах в настоящее время показывает, что аспекты изменились по сравнению с исходными, отмеченными В.В. Алехиным (1909), Покровской (1940). Аспекты Adonis vernalis и Pulsatilla patens наблюдаются лишь местами, фрагментарно. Выпадает на косимых участках аспект незабудки. Хорошо выражен аспект Primula veris и Draba sibirica, во время цветения которых, вся степь становится желтой (рис. 20). С середины лета отмечается аспект Arrhenatherum elatius, генеративные побеги которого перекрывают отцветающее разнотравье. Анализ описаний по экологическим шкалам показывает, что степные фитоценозы с РПК олуговели и находятся на границе между луговыми степями и сухими и свежими лугами (табл. 9). Отмечаемые в настоящее время отличия возникли за 68 лет, под влиянием изменяющихся экологических условий, после прекращения на этих участках выпаса скота, который до 1935 года был интенсивным весной и осенью по отаве, и режимов сенокошения проводившихся за все время существования заповедника. Изучение косимых степных фитоценозов показывают, что на косимых участках не развивается Calamagrostis epigeios, т.к. он поздно развивает семена и угнетается, не развиваются деревья и кустарники, Urtica dioica, Cirsium cetisum, т.к. их всходы выкашиваются. Преобладающие ассоциации с обильным представительством Festuca valesiaca на первых стадиях развития связано было с чрезмерным выпасом крупного рогатого скота на степи до её заповедности, т.к. известно, что типчак это растение, которое лучше всех других злаков, отмеченных в фитоценозах Стрелецкой степи, выносит выпас. С введением режима сенокошения и снятия выпаса создались условия для развития корневищных и рыхлокустовых злаков, которые ранее съедались животными, угнетались и истощались. Корневищные и рыхлокустовые злаки крупнее и в конкурентных отношениях сильнее Festuca valesiaca, который, располагаясь в нижних 102 ярусах, лишен возобновления корневищами, размножается семенами, и имеет продолжительность жизни до 30 лет. Широкое и значительное присутствие райграса в современных сообществах также связано с его биологическими особенностями и современными способами уборки сена. Это высокий рыхлокустоюй злак до 170 см. высотой, хорошо облиственный, семена созревают до уборки сена, и современные способы уборки сена способствуют его распространению, о чем мы упоминали раньше. Сохранение видового разнообразия и видовой насыщенности в фитоценозах с режимом периодического кошения показывает, что снятие выпаса по отаве имеет меньшее значение в изменениях сообществ, чем создание абсолютно заповедного режима, которое ведет к большим изменениям в экологических системах степных фитоценозов. Направленность сукцессии, связанная с режимами охраны и изменениями экологических условий при этом можно объяснить биологическими особенностями господствующих растений, доминант и эдификаторов на фоне увеличения увлажнения, наблюдавшегося за последние 20 лет, которое отмечает А.А. Власов (2002).

СТРОЕНИЕ ФИТОЦЕНОЗОВ

ЗНАЧЕНИЕ ИЗУЧЕНИЯ СТРОЕНИЯ ФИТОЦЕНОЗОВ

Рассматривая формирование фитоценозов, мы видели, что они возникают в результате размножения растений в условиях сложных взаимодействий между растениями и средой, между отдельными особями и между видами растений.

Поэтому фитоценоз представляет собой отнюдь не случайный набор особей и видов, а закономерный подбор и объединение в растительные сообщества. В них определенные виды растений определенным обра­зом размещены и находятся в определенных количественных со­отношениях. Другими словами, в результате указанных взаимовлияний, каждый фитоценоз получает определенное строение (струк­туру), как в своей надземной, так и в подземной части.1

Изучение строения фитоценоза дает морфологическую характеристику последнего. Она имеет двоякое значение.

Во-первых, структурные особенности фитоценоза наиболее хорошо заметны, могут быть измерены. Без точного описания строения фито­ценозов невозможны ни их сравнение, ни основанные на срав­нении обобщения.

Во-вторых, строение фитоценоза – это оформление взаимных отношений между растениями, экотопом и средой фитоценоза в данных условиях места и на данном этапе развития. А если так, то изучение строения дает возможность понять, почему наблюдаемый фитоценоз сло­жился таким, каким мы его видим, какие факторы и какие взаимодействия между ними были причиной наблюдаемой нами структуры фитоценоза.

Это показательное (или индикаторное) значение строения фито­ценозов делает изучение его первой и важнейшей задачей при геоботанических исследованиях. Именно по флористическому составу и строению фитоценоза геоботаник определяет каче­ства почв, характер местных климати­ческих и метеорологических условий, устанавливает влияние биотических факторов и различных форм деятельности чело­века.

Строение фитоценоза характеризуют следующие элементы:

1) флористический состав фитоценоза;

2) общая численность и масса растительного населения фитоценоза и количественные соотношения между видами и группами видов;

3) состояние особей каждого вида в данном фитоценозе;

4) распределение видов растений в фитоценозе и основанное на нем расчленение фитоценоза на его структурные части.

Распределение видов растений в фитоценозе можно рас­сматривать со стороны их распределения в пространстве, зани­маемом фитоценозом, и со стороны распределения во времени. Распределение в пространстве может быть рассмотрено с двух сторон: во-первых, как распределение по вертикали - ярусное (или синузиальное) строение и, во-вторых, как горизонтальное, иначе называемое сложением и проявляющееся в мозаичности фитоценозов; распределение во времени проявляется как смена разновременных синузий.

ФЛОРИСТИЧЕСКИЙ СОСТАВ ФИТОЦЕНОЗА

Флористически простые и сложные фитоценозы

По числу видов, слагающих фитоценоз, различают флори­стически простые и флористически сложные фитоценозы:

простые - из одного или немногих видов, сложные - из многих видов. Предельно простой фитоценоз должен состоять из осо­бей одного вида растений (или даже одного подвида, разновид­ности, одной расы, экотипа и т. п.). Таких фитоценозов в при­родных условиях нет или они крайне редки и встречаются лишь в какой-нибудь совершенно исключительной обстановке.

Только в искусственных чистых культурах бактерий, грибов и других растений получают предельно простые их группиров­ки. В природных условиях бывает лишь относительная просто­та или малая флористическая насыщенность некоторых фито­ценозов. Таковы, например, природные «чистые» заросли не­которых трав (заросли острой осоки, канареечника, тростника южного и др.), почти свободные от сорняков посевы, густой молодняк леса и т. п. Мы видим их предельно простыми только до тех пор, пока по привычке принимаем во внимание лишь высшие растения. Но как только мы вспомним, что в любой такой заросли существует множество видов низших растений - бактерий и других микрофитов, находящихся во взаимодействии друг с другом и с этой зарослью и с почвой, - относительность ее флористической простоты становится очевидной. Все же при геоботаническом изучении их можно считать относительно простыми, так как высшие растения в них определяют главные и видимые черты строения, а микроорганизмы пока еще редко учитываются в такого рода исследованиях (хотя учет их деятельности совершенно необходим для понимания многих сторон жизни фитоценоза из высших растений).

Флористически сложные фитоценозы тем сложнее, чем боль­шее количество видов в них имеется и чем более они разно­образны в экологическом и биологическом отношениях.

(1929) различал фитоценозы:

из одного вида - аггрегации ; из нескольких экологически однород­ных видов - аггломерации ; из нескольких аггрегаций или аггломераций, способных существовать и отдельно, - семи-ассоциации ; из подобных же аггрегации и аггломераций, но способных существовать только совместно - ассоциации .

Эти типы фитоценозов Гроссгейм трактовал как последователь­ные «ступени» развития растительного покрова, его усложнения. Однако предложенные им термины не получили общего признания в указанном смысле.

Примером очень большой флористической сложности, или насыщенности видами высших растений, являются фитоценозы тропических влажных лесов. В лесах тропической части Западной Африки на площади в 100 м2 находили свыше 100 видов деревьев, кустарников и трав, не считая огромного количества эпифитов, растущих на стволах, ветвях и даже листьях деревьев. В бывшем СССР флористически насыщенны и слож­ны субтропические леса влажных районов Закавказья и ниж­них поясов южной части Сихотэ-Алиня в Приморской области, но они все же далеко не достигают сложности тропических влажных лесов. Сложны травянистые сообщества среднерус­ских луговых степей, где на 100 м2 насчитывается иногда до 120 и более видов высших растений. В сложном (с подлеском) сосняке в пригороде Москвы на площади в 0,5 га нашлось 145 видов (деревьев 8 видов, кустарников подлеска 13 видов, кустарничков и трав 106 видов, мхов – 18 видов). В таежных ельниках флори­стическая насыщенность меньше.

Причины различий флористической сложности фитоценозов

От чего зависит степень флористической сложности, или насыщенности, фитоценозов? На какие особенности среды ука­зывает нам флористическое богатство или, наоборот, бедность фитоценоза? Причин той или иной флористической сложности несколько, а именно:

1. Общие физико-географические и историче­ские условия местности , от которых зависит большее или меньшее разнообразие флоры района. А чем богаче и экологи­чески разнообразнее флора района, тем большее количество видов-претендентов на любую территорию в этом районе, тем большее число их при благоприятных условиях может ужиться вместе, в одном фитоценозе.

Флористическая насыщенность среднерусских луговых сте­пей сменяется в более засушливых южных и юго-восточных районах гораздо меньшим флористическим богатством фито­ценозов ковыльных степей. Среднерусские дубравы флористи­чески сложнее хвойных таежных северных лесов. Фитоценозы в озерах Кольского полуострова флористически беднее сходных фитоценозов в более южных озерах. В Арктике, где флора выс­ших растений бедна, мала и сложность отдельных фитоценозов.

2. Эдафические условия местопроизрастания . Если почвенно-грунтовые условия таковы, что допускают суще­ствование лишь одного или немногих видов местной флоры, наиболее приспособленных к этим условиям, то только они и формируют фитоценозы (последние получаются, следова­тельно, относительно простыми даже в районах с очень богатой флорой). И наоборот, если экотоп удовлетворяет требованиям многих видов растений, они формируют более сложные фито­ценозы.

Почти чистые заросли острой осоки или тростника, заросли солероса на солончаках, или сосновые боры с ковром кладоний на почве потому и состоят из очень немногих видов, что при­сущие этим местам слишком большое переувлажнение или слишком большая бедность или сухость, или засоленность почвы и т. д. исключают все остальные растения. На участках заливных лугов, ежегодно получающих толстые наносы песка или ила, pacпpoстранены фитоценозы из одного или немногих видов, способных выживать при ежегодном погребении их почек возобновления толстым наносом аллювия. Таковы заросли подбела настоящего (Petasites spurius), костра безостого (Bromopsis inermis), вейника наземного (Calamagrostis epigeios) и других растений с длинными корневищами, способных быстро прорастать через погребающий их нанос. На почвах, очень богатых нитратами, иногда формируются одновидовые заросли пырея ползучего (Elytrigia repens) или крапивы (Urtica dioica) и других нитрофилов.

Таким образом, всякие крайние условия ведут к образованию фитоценозов самого простого строения. При отсутствии таких крайностей получаются более сложные фитоценозы, что мы и видим на примере большинства лесных, луговых, степных и других фитоценозов.

3. Резкая переменность экологического ре­жима . Особенно заметно увеличивает флористическую насы­щенность и экологическую разнородность флоры фитоценоза резкая переменность водного режима. Так, весеннее увлажнение ковыльной степи вызывает обилие эфемеров и эфемероидов, заканчивающих вегетацию до наступления сухого и жаркого лета. На заливных лугах весеннее увлажнение обеспе­чивает разрастание влаголюбивых видов, летняя сухость их ограничивает, но зато благоприятна здесь же растущим видам из числа умеренно требовательных к влаге, но выносящих весеннее переувлажнение. В результате наблюдается большое число видов, экологически разнородных, вместе формирующих сложный фитоценоз. На некоторых пойменных лугах (р. Обь, средняя Волга) буквально бок о бок растут и влаголюбы (гидрофиты), например болотница (Eleocharis palustris), и многие мезофиты, и даже ксерофиты.

Аналогичное значение может иметь переменность светового режима. В дубово-широколиственных лесах ежегодно за время вегетации сменяются два периода, различные по осве­щению: весной, когда еще не распустившиеся листья деревьев и кустарников не препятствуют проникновению света, растут и цветут многие светолюбивые растения – пролеска сибирская (Scitla sibirica), хохлатка (Corydalis) и другие весенние эфемероиды, более поздний период – период затенения развившейся листвой – используется другими, теневыносливыми расте­ниями.

4. Биотические факторы . Наиболее наглядный при­мер - влияние на растительность диких и домашних животных. Пастьба скота изменяет почвенно-грунтовые условия и видовой состав растительных группировок: почва или уплотняется, или, наоборот, разрыхляется, появляется кочковатость, оставляемые животными экскременты удобряют почву – короче говоря, изменяется и воздушно-водный, и тепловой, и солевой режим. Это влечет за собой изменение растительности. Пастьба и не­посредственно влияет на растения: стравливание и механиче­ское вытаптывание производят отбор видов, выносящих такое воздействие.

Пастьба в сочетании с различной степенью влия­ния климата, почвы и исходной растительности может способ­ствовать либо усложнению исходных фитоценозов, либо их упрощению. Например, при пастьбе на сырой почве образуются кочки, а кочковатый микрорельеф увеличивает разнородность среды и набор видов. При пастьбе животных на умеренно влаж­ной почве часто нарушается задернение, а повторное стравлива­ние ослабляет господствующие растения, что способствует раз­растанию сорных пастбищных трав, т. е. набор видов фито­ценоза увеличивается. Наоборот, интенсивная пастьба на плот­ной задернелой почве делает возможным разрастание только немногих стойких видов. Поэтому многие, прежде флористиче­ски сложные луговые и степные фитоценозы теперь, при силь­ном пастбищном их использовании, превратились в крайне упрощенные, состоящие из немногих видов. Мышевидные гры­зуны, населяющие различные фитоценозы и рыхлящие своими ходами дерн и поверхностные слои почвы, способствуют посе­лению многих растений и этим создают и поддерживают более сложное строение растительного покрова.

5. Свойства некоторых компонентов фито­ценоза . Например, на заброшенных пашнях с достаточно богатой почвой нередко через 1–2 года разрастается почти чистая заросль пырея ползучего. Это растение, быстро распро­страняясь с помощью длинных ветвистых корневищ, захваты­вает пашню скорее, чем многие другие виды растений, которые могут расти здесь не хуже пырея, но расселяющиеся более медленно. Последние лишь постепенно внедряются в пырейный фитоценоз и усложняют его.

Подобные и по той же причине чистые заросли иван-чая и вейника наземного разрастаются на лесных гарях. Здесь, как и на заброшенной пашне, есть все условия для произрастания многих видов, т. е. для формирования сложных фитоценозов. Но названные два вида, обладая большой энергией и семенного и вегетативного размножения, распространяются скорее других. Проникновение в подобные заросли других видов задерживается обычно насыщенностью почвы корневищами и корнями видов-пионеров, а также густотой их травостоя. Такие заросли, однако, быстро изреживаются, так как образующие их виды требовательны к рыхлости почвы (аэрации), а иногда и к богатству ее нитратами; разрастание же их уплотняет почву, обедняет ее, что и ведет к самоизреживанию.

Существуют и такие растения, которые способны создавать условия для сосуществующей с ними сравнительно небогатой флоры и поддерживать их в течение многих десятков и сотен лет. Такова ель. В еловом мшистом лесу сильное затенение, влажность воздуха и почвы, кислотность почвы, обилие медленно и плохо разлагающейся подстилки и другие особенности воздушной и почвенной среды, вызванные самой елью, допускают поселение под ее пологом немногочисленных других видов выс­ших растений, приспособленных к среде елового леса. Стоит взглянуть на вырубку среди такого леса, чтобы по обилию на ней очень многих видов, отсутствующих в окружающем лесу, убедиться в полной пригодности для них данного экотопа. Зна­чит, небольшая флористическая насыщенность елового леса есть результат влияния его среды.

Среда растительного сообщества может и усложнять его флористический состав. Например, под пологом лесных посадок в степи со временем появляются различные лесные растения, и первоначально простые насаждения превращаются в более сложные лесные фитоценозы.

Вдумываясь в причины флористического богатства или бед­ности фитоценозов, мы видим, что все они могут быть сведены к трем группам факторов: во-первых, к влиянию первичной среды (экотопа), во-вторых, к влиянию среды самого фитоценоза (биотопа) и, в-третьих, к влиянию биотических факторов. Эти причины действуют в рамках богатства или бедности флоры района и ее экологического разнообразия, обусловленных геогра­фически, исторически и экологически.

Выясняя причины той или иной флористической насыщенности каждого фитоценоза, мы тем самым выясняем показатель­ное значение ее для характеристики экологических условий и степени их использования растениями.

Степень флористической насыщенности говорит о полноте использования среды фитоцено­зом. Нет двух видов, вполне тождественных по отношению их к среде, по использованию ее. Поэтому чем больше видов находится в фитоценозе, тем разностороннее и полнее используется занятая им среда. И наоборот, фитоценоз, состоящий из одного или немногих видов, свидетельствует о неполном, одностороннем использовании среды часто только потому, что в местной флоре не оказалось других видов, способных здесь расти. Например, лес без кустарника с меньшей полнотой использует энергию солнечного излучения, нежели лес с кустарниковым подлеском. Подлесок использует лучи, проходящие сквозь верхний полог леса. Если под подлеском есть еще и трава или зеленые мхи, то они в свою очередь используют свет, проходящий сквозь подле­сок. В лесу же без подлеска, трав и мхов весь свет, проникаю­щий сквозь кроны деревьев, остается неиспользованным.

Если вспомнить, что зеленые растения – единственные при­родные деятели, переводящие энергию солнечного излучения в органическое вещество с огромным запасом химической энер­гии, то станет ясно, как важно, чтобы растительные сообщества были максимально сложного состава.

Флористический состав фитоценозов иногда увеличивают искусственно. Этого достигают подсевом или посадкой в фитоценозы других видов растений, даже чуждых местной фло­ре, но пригодных для данных условий. Иногда с той же целью изменяют экологические и фитоценотические условия.

В Германии и Швейцарии еловые леса превращают в более выгодные смешанные леса посадкой в них других древесных по­род (бук). Вместо одновидовых посевов кормовых злаков и таких же посевов бобовых предпочитают культивировать смешанные злаково-бобовые посевы не только потому, что они более целесо­образны для улучшения почвы и качества сена, но и потому, что использование ими ресурсов поля и производительность их боль­ше, чем чистых посевов.

Выявление полной флоры фитоценоза

Все виды растений, составляющие фитоценоз, находятся в зависимости от условий существования, и каждый вид вносит свою долю в образование среды фитоценоза. Чем полнее изве­стен флористический состав фитоценоза, тем больше у исследо­вателя данных для суждения о факторах среды.

Выявление полного состава - не легкая задача даже для опытного флориста. Некоторые виды высших растений, присут­ствующие в фитоценозе, в момент наблюдения могут находиться только в виде корневищ, луковиц или других подземных органов, а также в виде семян в почве, и из-за этого часто остаются незамеченными. Затруднительно определение видовой принадлежности всходов, ювенильных форм. Распознавание видов мхов, лишайников, грибов требует особой подготовки и навы­ков, а определение микрофлоры фитоценоза - специальной сложной методики.

При изучении флористического состава, как и при изучении других признаков строения фитоценоза, необходимо, чтобы фи­тоценоз занимал площадь, достаточную для выяв­ления всех своих черт. Даже полнота учета флористи­ческого состава зависит от размера учтенной площади. Если имеется, например, травянистый фитоценоз из нескольких де­сятков видов растений, то, выбрав на нем для учета флористи­ческого состава площадку в 0,25 м2, мы найдем на ней несколь­ко видов. Увеличив площадку вдвое, найдем на ней, кроме уже отмеченных, виды, отсутствовавшие на первой, и общий перечень видового состава будет пополнен. При дальнейшем увеличении площади до 0,75–2 м2 и т. д. перечень видов будет все увеличиваться, хотя с каждым увеличением площади прибыль числа видов в общем списке делается меньшей. Увеличив площадки до 4 м2, 5 м2, 10 м2 и т. д., мы замечаем, что на площадках боль­ше, например, 4 м2 нового пополнения списка видов не происходит или почти не происходит. Это значит, что взятая нами площадка в 4 м2 является минимальной площадью выявления всего видового состава изучаемого фитоценоза. Если бы мы ограничились площадкой меньшего размера, вы­явить видовой состав полностью было бы невозможно. Встречаются участки растительного покрова, отличающиеся от соседних, но настолько малого размера, что не достигают площади выявления флористического состава фитоценоза, к типу которо­го они относятся. Эти участки – фрагменты фитоцено­зов.

Термин «площадь выявления» предложен. Иностранные авторы употребляют тер­мин «минимальный ареал».

Площадь выявления видового состава фитоценозов различ­ного типа неодинакова. Она неодинакова и для различных ча­стей одного и того же фитоценоза. Например, для мохового по­крова на почве в лесу часто достаточно 0,25–0,50 м2, чтобы на такой небольшой площадке встретить все виды мхов, имеющиеся в данном фитоценозе. Для травянистого и кустарничкового покрова в том же фитоценозе необходима площадка больших размеров, часто не менее 16 м2. Для древостоя же, если он со­стоит из нескольких видов, площадь выявления еще больше (от 400 м2).

В различных луговых фитоценозах минимальная площадь выявления флористического состава не превышает или едва пре­вышает 100 м2. Финские авторы считают доста­точной площадь в 64 м2 .

Имея в виду выявление не только флористического состава фитоценоза, но и различных других черт строения, в практике советских геоботаников принято при описании сложного лесно­го фитоценоза брать пробную площадь не менее 400–500 м2, а иногда и до 1000–2500 м2, а при описании травянистых фитоце­нозов – около 100 м2 (если площадь фитоценоза не достигает таких размеров, она описывается вся). Моховые и лишайнико­вые фитоценозы имеют площадь выявления часто не свыше 1 м2.