Современное экологическое состояние луговых биогеоценозов северн

На правах рукописи

Крайнов Константин Николаевич

СОВРЕМЕННОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

ЛУГОВЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ СЕВЕРНЫХ СКЛОНОВ

ВАРМИЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

Специальность 03.02.08 – Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Калининград

2012

Диссертационная работа выполнена на кафедре агропочвоведения и агроэкологии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Калининградский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Элеонора Михайловна Паракшина

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Владимир Ильич Панасин

доктор сельскохозяйственных наук, доцент

Андрей Геннадьевич Краснопёров

Ведущая организация:

Кафедра экологии факультета почвоведения, агрохимии и экологии Российского государственного аграрного университета —

МСХА им. К.А. Тимирязева

Защита состоится 8 февраля 2013 г. в 16.00 в ауд. 131 на заседании диссертационного совета Д 212.084.04 Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта» по адресу:

г. Калининград, ул. Университетская, 2, ФГАОУ ВПО «Балтийский федеральный университет им. И.Канта». Тел. 8(4012)-53-37-07; E-mail: [email protected]

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Балтийский федеральный университет им. И.Канта»

Автореферат разослан « ____ » « _________________ » 2012 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета, к.б.н. Губарева Ирина Юрьевна

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В последние десятилетия нагрузка на сенокосные и пастбищные угодья в Калининградской области приобрела неравномерный характер. Усложнение пространственной структуры биогеоценозов и дестабилизация луговых экосистем в условиях их нерационального использования в пределах северных склонов Вармийской возвышенности, относящихся к Калининградскому эксклаву, приводят к дестабилизации луговых экосистем, которые на значительных площадях утратили свой статус и представлены малопродуктивными разностями. Ухудшились в кормовом отношении флористический состав и производительность травостоев, происходят смены растительного покрова, то есть наблюдается антроподинамическая дигрессия экосистем. Исследование склоновых почв и процессов формирования растительного покрова лугов и пастбищ Вармийской возвышенности необходимо для определения адекватных закономерных связей между фитоценозами и средой обитания по мере увеличения или уменьшения напряженности того или иного экологического фактора, а также ответных реакций экосистемы на антропогенное воздействие. Агроэкологическое значение исследования структуры почвенного и растительного покровов луговых биогеоценозов определяется ее информативностью в отношении пространственной и временной изменчивости агроэкологических условий.

Территориальная дифференциация экологических условий склоновых ландшафтов Вармийской возвышенности создает реальный фон, на котором прослеживаются агроэкологическое состояние растительного и почвенного покровов и тенденции современной эволюции их структуры. Сложность рельефа и экологических условий, особенности антропогенных воздействий на общеэкологическую обстановку, а также недостаточность информационной обеспеченности управления земельными ресурсами привели к выбору региона исследований.

Цель исследования – детальное изучение современного экологического состояния природных и антропогенно-преобразованных луговых биогеоценозов северных склонов Вармийской возвышенности Калининградской области: теоретические и прикладные аспекты.

Задачи исследования:

— анализ литературных и фондовых материалов; определение преемственности, новизны исследований и развития идей в экологии биогеоценозов;

— изучение специфики геоэкологических, геоморфологических и климатических условий Вармийской возвышенности, отвечающих за большой геологический, малый биологический и почвенно-биогеохимический круговороты веществ;

— исследование почвенного покрова, режимов и процессов почвообразования, генетических свойств и экологических функций почв;

— определение видового состава и биоморфологического разнообразия фитоценозов, их предельно-структурных элементов в биогеоценозах;

— исследование зоогенных ландшафтов, педобионтов и их предельно-структурных элементов в биогеоценозах;

— поиск резервов сохранения луговых ландшафтов Вармийской возвышенности в режиме их рационального использования.

Научная новизна заключается в получении информации о современном экологическом состоянии лугов и пастбищ Вармийской возвышенности, об адаптированности растений различных семейств и жизненных форм к тем или иным условиям среды обитания, как естественной, так и антропогенно-преобразованной. Впервые проведен анализ экологических факторов луговых биогеоценозов Вармийской возвышенности; установлен флористический состав, типология лугов и предложена схема классификации луговой растительности региона исследований; впервые исследование почвенного покрова было подчинено выявлению экологических функций почв в биогеоценозах; выявлены закономерности пространственного распределения зоогенных предельно-структурных элементов в биогеоценозах; определены пути сохранения биологического и ландшафтного разнообразия луговых биогеоценозов.

Достоверность научных положений и выводов обоснована достаточным количеством авторского материала при реализации поставленных целей и задач, подтвержденных использованием современных методов, методик исследований и обработкой данных.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Пространственная гетерогенность среды и контрастность экологических факторов биотопа обеспечивают разнообразие таксонов луговой растительности на уровне классов и подклассов биоморф луговых экосистем.

2. Неоднородность почвенного покрова при наличии эдафического континуума создает экологические ниши для существования устойчивых комбинаций луговой биоты и ординации видов растений и животных по градиентам экологических факторов за счет снижения конкуренции при разделении ресурсов.

Практическое значение исследований заключается в возможности разработки рациональных экономически и экологически обоснованных приемов организации территории склонов и их оптимального использования, охраны почв и биоразнообразия ландшафтов. Полученные результаты важны для изучения динамики луговых экосистем Вармийской возвышенности. Результаты работы могут быть использованы в курсах «Охрана и рациональное использование природных ресурсов», «Ландшафтоведение», «Кормопроизводство», «Луговые ландшафты».

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Междун. науч. конф. “Инновации в науке и образовании», г. Калининград, 2006 г.; Междун. науч. конф. «Мониторинг и оценка состояния растительного мира», г. Минск, 2008 г.; Междун. науч.-пр. конф., «Мелиорация и водное хозяйство XXI века. Наука и образование», г. Горки, 2009 г.; III Всероссийской междун. конф. «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий», г. Астрахань, 2009 г.; Междун. конф. «Современное состояние и перспективы развития мелиоративного почвоведения», г. Алматы, 2009 г.; конф. «География продуктивности и биогеохимического круговорота наземных ландшафтов: к 100-летию профессора Н.И. Базилевич», г. Пущино, 2010 г.; III Междун. науч.-пр. конф. «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий», г. Астрахань, 2010 г.; Всероссийской науч. конф. «Методическое обеспечение мониторинга земель сельскохозяйственного назначения», г. Москва, 2010 г.; IV Всероссийской междун. науч. конф. «Отражение био-,гео-,антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове», г. Томск, 2010 г.; Всероссийской науч. конф. «Генезис, география, классификация почв и оценка почвенных ресурсов», г. Архангельск, 2010 г.; Междун. конф. «Ресурсный потенциал почв – основа продовольственной и экологической безопасности России», г. Санкт-Петербург, 2010 г.; Междун. науч.-пр. конф. «Перспективы освоения инновационных технологий в сельском хозяйстве на примере Калининградской области», п. Славянское Калининградской обл., 2011 г.

По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе 2 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Декларация личного участия автора. В основу диссертационной работы положены результаты детально-маршрутных и стационарных исследований автора в период с 2005 года по настоящее время.

Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 160 страницах и состоит из введения, шести глав, выводов, приложения и списка литературы – 159 наименований, из них (26 – на иностранных языках), 35 таблиц,11 рисунков, 2 фотографий.

Благодарности. За профессиональное руководство и помощь при выполнении работы автор благодарит научного руководителя профессора Э.М. Паракшину, а также выражает огромную признательность Ю.П. Паракшину, О.М. Бедаревой, В.Г. Сильвандеру, Л.С. Мурачевой, О.А. Анциферовой, А.И. Юсову, А.В. Курманской за консультации и ценные советы.

ГЛАВА 1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Объекты исследований. Исследования экологического состояния луговых биогеоценозов выполнены на северных склонах Вармийской возвышенности, которая по физико-географическому районированию является одним из геоморфологических районов Калининградской области. В качестве объектов исследований были выбраны луговые биогеоценозы, расположенные на различных элементах рельефа. Поскольку структура и динамика экосистем рассматривается через призму растительности, как основного компонента, в основу изучения луговых фитоценозов был положен экологический принцип, включающий комплексный подход к анализу взаимодействия биотических и абиотических компонентов экосистемы, а также степени эродированности почв. С целью проведения исследования были выделены ключевые экосистемные участки: «Новоселово», «Корнево», «Долгоруково», «Прибрежное», «Ильичевка», «Пятидорожное», которые пространственно расположены по всей территории северных склонов Вармийской возвышенности.

1.2. Методы исследований. При выполнении работы использовался комплекс методов, включающий: группу сравнительно-географических методов – рекогносцировочный, маршрутный, ключевой (в т.ч. «вложенных ключей»), профильно-геоморфологический (катенарный), маршрутно-ключевой; группу ландшафтно-экологических методов – исследование почвенного покрова, определение характера фитофактора и зоофактора, путем закладки почвенных разрезов, ям, полуям и прикопок для диагностирования почв и оценки почвенного покрова на различных элементах ландшафта; геоботанические методы – оценивались степень участия видов — обилие по шкале Друде, площадь истинного и общего проективного покрытия, оценка продуктивности надземной фитомассы, отмечалась фенологическая фаза развития растений, выявление влияния на травостой различных факторов воздействия осуществлялось методом постоянных квадратов на ключевых участках; метеорологические методы. При этом использовались почвенно-зоологические методы, заключающиеся в наблюдении массового распространения отдельных представителей почвенной фауны на различных элементах рельефа и определение их роли в процессах почвообразования; учет предельно-структурных элементов проводился на площадках 100 м2. Лабораторно-аналитические методы – агрегатный состав почв (сухой и мокрый рассев) определялся по Савинову, рНKCl, сумма поглощенных оснований по Каппену ГОСТ 278221-88; гидролитическая кислотность по Каппену ГОСТ 26212-91, массовая доля органического вещества по Тюрину в модификации Симакова ГОСТ 26213-91, определялись плотность сложения почв, плотность твердой фазы, полевая влажность. По результатам исследования проводилась математическая обработка данных (определение среднего арифметического, ошибки среднего арифметического, использовался корреляционно-регрессионный анализ).

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

ФОРМИРОВАНИЯ ВАРМИЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

2.1. Географическое положение и исторические сведения. Географически Калининградская область расположена в подзоне южной тайги. Согласно почвенно-географическому районированию России территория региона входит в Европейско-Западно-Сибирскую таежно-лесную область подзолистых и дерново-подзолистых почв, зону дерново-подзолистых почв южной тайги, прибалтийскую провинцию дерново-подзолистых слабогумусированных и болотно-подзолистых почв (Добровольский, 2004). Формирование ландшафтов холмисто-моренных озерных возвышенных равнин Вармийской возвышенности происходило в полосе краевых ледниковых образований и характеризуется сложным и разнообразным рельефом, большой пестротой гранулометрического состава поверхностных отложений, различными условиями увлажнения и стока и формирования почвенно-растительного покрова. В системе классификационных единиц все ландшафты Калининградской области, в том числе и Вармийской возвышенности, относятся к бореальному подтаежному (смешанно-лесному) типу равнинного класса (Географический атлас…, 2002). По схеме физико-географического районирования СССР 1968 года территория области располагается в пределах Западно-Приморской провинции, а по схеме районирования 1983 года – в пределах Западно-Приморской и Приморско-Балтийской провинций. Южная часть территории области — район Вармийской холмисто-моренной возвышенности, относится к подпровинции холмисто-моренных гряд и межморенных понижений Западно-Приморской провинции. Большая часть Вармийской возвышенности находится на территории Польши и носит название Гуровских высот, северные склоны являются естественным их продолжением, располагаются в пределах Калининградской области и образуют вдоль границы полосу холмистого, сильно расчлененного рельефа. Для района в целом характерно сочетание моренных массивов с плоскими замкнутыми и полузамкнутыми понижениями. Холмы в плане имеют различные очертания от круглых до слабовытянутых и резко выраженных гряд. В геоморфологическом плане рельеф территории аккумулятивный и аккумулятивно-абразионный ледниковый холмистый основной и конечной морены.

2.2. Орография. Связь экосистем с топографией рельефа и его генетическими формами. Структура растительности и почв склоновых поверхностей Вармийской возвышенности отражает различие геоморфологического строения местности – морфографию и морфометрию рельефа, состав четвертичных отложений, генетические элементы рельефа и динамику современных геоморфологических процессов, а также влияние антропогенных факторов на формирование современного рельефа, который продолжается и в настоящее время.

2.3. Геология и геоморфология. Геологическое строение Вармийской возвышенности тесно связано с историей формирования территории области. В дочетвертичный период образовались наиболее крупные элементы поверхности – Земландский (Самбийский) цоколь (выступ), повышенный рельеф северо-западной периферии Вармийской возвышенности, а также Неманская и Калининградская впадины. Абсолютные отметки рельефа дочетвертичной поверхности Вармийской возвышенности в районах р. Витушка 55 м, р. Корневка 57 м, отдельные холмы определяют расчлененность дочетвертичного рельефа в 60-90 м. Неровности дочетвертичной поверхности наследованы современным ледниковым холмистым рельефом основной и конечной морены.

В результате исследования нами дана комплексная оценка экологического почвенного состояния склоновых поверхностей (Крайнов, 2010). Так, на самых возвышенных участках в районе поселков Корнево и Долгоруково представлен холмистый рельеф конечной морены, в районе поселка Пятидорожное представлен холмистый рельеф основной морены. Холмисто-котловинный камовый рельеф проходит вдоль границы с Польшей, южнее поселка Долгоруково. Мелкие формы ледникового и водно-ледникового генезиса представлены в районе р. Витушка и в пойменных долинах по руслу рек. Это послужило основанием для выявления приуроченности растительного компонента к различным в гидрологическом плане местообитаниям (Крайнов, 2010).

2.4. Экосистемы и гидрография. Геолого-морфологические и климатические условия Калининградской области способствуют избыточной обеспеченности ее территории водными ресурсами. Область расположена в зоне избыточного увлажнения и отличается большими площадями переувлажненных и заболоченных территорий. В пределах Вармийской возвышенности выделяется Вармийский озерный район, очертания которого совпадают с границей названного геоморфологического района. Густота речной сети значительная и составляет 1,01 км/км2. Реки характеризуются смешанным типом питания. Средний годовой сток составляет 6 — 7 л/с/км2. Состав и распределение растительных сообществ, почв и других элементов экосистем зависят от длительности затопления, его периодичности, то есть от тех признаков ритмики природных условий, которые характеризуют гидрологический режим (Крайнов, Курманская, 2010).

2.5. Климат. Макроклимат, мезоклимат, микроклимат в экосистемах. Луговые экосистемы северных склонов Вармийской возвышенности формируются в условиях зонального макроклимата, местного мезоклимата, микроклимата и фитоклимата местообитаний (Крайнов, Курманская, 2010). Климат воздействует на экосистемные единицы непосредственно факторами температурного режима, света, влаги и косвенно через воздействие рельефа, геологических и гидрологических условий. Формирование климата Калининградской области определяется её положением на юго-восточном побережье Балтийского моря, циркуляцией воздушных масс, образующихся над Атлантикой и континентом Евразия. Согласно климатическому районированию, Калининградская область относится к западно-европейскому району атлантико-континентальной области. Климат носит черты переходного от морского к умеренно-континентальному благодаря приморскому положению. Продолжительный безморозный период (до 200 дней), небольшие контрасты теплообеспеченности по сезонам года при среднегодовой температуре воздуха +8ОС, высокая влажность воздуха и почвы, благоприятные почвенные условия, особенности рельефа Вармийской возвышенности определяют здесь мезо- и микроклимат и способствуют развитию разнообразных по составу луговых растительных сообществ.

ГЛАВА 3. СОВРЕМЕННЫЙ ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ ЛУГОВ

СЕВЕРНЫХ СКЛОНОВ ВАРМИЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

3.1. Режимы почвообразования. Почвы Калининградской области относятся к Европейско-Западно-Сибирской таежно-лесной области, к зоне дерново-подзолистых почв южной тайги (Географический атлас…, 2002). Согласно последнему изданию почвенно-географического районирования России, территория исследований входит в следующие таксономические выделы (Добровольский, 2004): пояс Бореальный – область Европейско-Западно-Сибирская таежно-лесная подзолистых и дерново-подзолистых почв – зона Дерново-подзолистых почв южной тайги – фация Умереннопромерзающих почв – провинция Прибалтийская дерново-подзолистых слабогумусированных и болотно-подзолистых почв.

В районе исследования чаще всего встречаются три основные группы почвообразующих пород: а) валунные суглинки, превращенные в двучленные толщи, перемытые с поверхности; б) безвалунные иловатые глины, подстилающие суглинистые или супесчаные наносы; в) песчаные отложения, образующие холмы и гряды или слагающие равнинные поверхности террас (География Калининградского…, 1995). Разнообразие по гранулометрическому составу пород создает разные условия для почвообразования. Так, глины имеют неблагоприятные физические свойства: слабо водо- и воздухопроницаемы, очень плотны, вязки. Пески же бесструктурны, сильно водо- и воздухопроницаемы. Поэтому разложение органических веществ происходит в них интенсивно и все питательные вещества выносятся вниз по профилю и даже за его пределы. В этом отношении двучленные породы, в которых пески неглубоко подстилаются суглинками, обычно благоприятны для произрастания растений, чем глубокие пески, так как подстилающие породы препятствуют выносу питательных веществ. На глинах обычно развиваются дерново-скрытоподзолистые почвы более тяжелого (средне- и тяжелосуглинистого) гранулометрического состава, а на суглинках и песках – дерново-слабоподзолистые почвы более легкого гранулометрического состава (легко- и среднесуглинистые, супесчаные и песчаные).

3.2. Почвенный покров лугов. Большое количество осадков, преобладание хвойно-широколиственных лесов в прошлом, обусловили на исследуемой территории развитие почв по подзолистому типу. Но давнее и интенсивное ведение земледелия, приведшее к резкому сокращению лесных площадей, и густая сеть мелиоративных осушительных сооружений оказали сильное влияние на направление почвообразовательного процесса. По мнению многих ученых (Панасин, 2004; Паракшин и др., 2006; Анциферова, 2008 и других), теперь как на территории всей области, так и в пределах Вармийской возвышенности (Крайнов, Курманская, 2010) практически не существует почв, в той или иной степени не измененных влиянием человека. В настоящее время почвенный покров лугов и пастбищ северных склонов Вармийской возвышенности представлен, в основном, дерново-слабо- и скрытоподзолистыми почвами, различающимися по степени оглеенности и гранулометрическому составу, а также дерново-глеевыми, бурыми лесными, пойменными и болотными. На более повышенных участках формируются почвы нормального увлажнения, на выровненных, слабоволнистых территориях – глееватые почвы; в лощинах, замкнутых низинах – глеевые и болотные (Крайнов, 2010). Агрохимические свойства почв катены КУ «Корнево» представлены в табл. 1. Отмечена лучшая обеспеченность менее смытой почвы питательными веществами.

3.3. Особенности современного эколого-мелиоративного состояния почвенного покрова. В результате проведенных исследований выявлено (Крайнов, 2009, 2010), что определенная часть почв лугов и пастбищ района исследования переувлажнена и вторичное заболачивание полугидроморфных осушенных почв происходит вследствие нарушения работы дренажных систем. На склоновых участках наблюдается закисление и глееобразование; в местах интенсивного выпаса отмечается развитие водной эрозии. Применение дренажа для осушения переувлажненных почв разной степени заболоченности определяет необходимость их эколого-гидрологической оценки и понимания реального водного режима каждой почвенной разновидности (Зайдельман, 1999).

3.4. Эрозионные почвенные процессы луговых биогеоценозов. Исследование влияния растительности на возникновение, характер проявления и затухания эрозионных процессов (развевание, плоскостной смыв, линейный размыв) проводились в западной части Калининградской области М.Ю. Терентьевой (2005), А.И. Юсовым (2009), Э.М. Паракшиной, К.Н. Крайновым и др., (2010). Для обоснования представления о степени пространственной изменчивости признаков почв было проведено изучение элементарных почвенных ареалов (ЭПА), дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы, которая различалась по степени эродированности и находилась внутри одной и той же почвенной комбинации (ПК). Данные табл. 2 демонстрируют пространственное варьирование указанных признаков в пределах ПК. Амплитуды химических свойств подтверждают, что большую роль в неоднородности свойств почв внутри ЭПА играет не только интегративная эродированность, но и интенсивность протекающих процессов смыва и развевания. Анализ показателей свидетельствует о

Таблица 1. Химические и физико-химические свойства почв катены КУ «Корнево»

Номер

разрезаГоризонтМощность, смМассовая доля органического веществаpHKCLНг * ммоль/100 гСумма

поглощенных

оснований,

ммоль/100 гV**, %Содержание подв., мг/кгФизическая глина, %Р2О5К2ОВерхняя часть, покатый выпуклый склон.

Почва: дерново-слабоподзолистая легкосуглинистая слабоэродированная на моренном валунном суглинке, подстилаемом моренной супесью

16А17-191,985,61,908,4081,513618922,1В19-450,845,42,127,9178,87425424,2ВС45-760,174,32,386,3272,611316723,4С76-120-3,92,013,3162,21517917,0Средняя часть, пологий вогнутый склон.

Почва: дерново-слабоподзолистая легкосуглинистая слабоэродированная на моренном валунном

суглинке, подстилаемом моренной супесью

19А16-263,245,82,088,6580,623540026,4В126-481,175,72,438,2477,219738128,5ВС48-560,315,33,127,0169,221632420,7С56-142-4,51,272,4966,21686614,8Нижняя часть, крутой сильновыпуклый склон.

Почва: дерново-слабоподзолистая глубокоглееватая легкосуглинистая среднеэродированная на моренных валунных суглинках

38А16-181,865,72,343,2057,71079421,4В118-560,795,82,486,0170,620019627,5Вg56-900,303,83,075,4163,82307032,1Сg90-148-4,22,175,6372,12577234,8Подножье холма.

Почва: дерново-слабоподзолистая среднеглееватая среднесуглинистая намытая на моренных валунных суглинках

43А17-183,675,12,409,4179,756037332,8А118-353,885,32,429,7280,158426633,6Вg35-551,274,03,728,1268,620612835,4Сg55-78-5,44,487,4562,41239934,9G78-120-4,24,267,1662,71728730,9* — гидролитическая кислотность, ** — степень насыщенности основаниями

Таблица 2. Влияние эродированности на пространственную вариабельность свойств

дерново-подзолистых легкосуглинистых почв в слое 0 – 20 см

ПоказателиНеэродиро-ванныеСлабоэродированныеСреднеэродированные СильноэродированныеОчень сильно эродированныеКатастрофичес-ки эродированныеn72318101010Содержание

гумуса, %

M±m

2, 68±0,14

2,31±0,09

1,58±0,07

1,14±0,05

0,60±0,05

следыσ0,370,430,300,160.16-V,%13,818,619,014,026,7-P, %5,23,94,44,48,3-pHKCL

M±m

6,0±0,25

5,7±0,17

5,5±0,13

5,1±0,08

5,0±0,11

4,9±0,07σ0,660,810,550,250,350,22V,%11,014,210,04,97,04,5P, %4,23,02,41,62,21,4Содержание P2O5, мг/кг

M±m

131±11,2

179±10,9

124±23,0

129±18,6

237±16,3

312±48,0σ29,652,397,558,851,5151,6V,%22,629,278,644,921,748,6P, %8,56,018,514,46,915,4Содержание К2O, мг/кг

M±m

247±15,8

208±12,4

177±14,8

152±20,1

123±14,4

65±12,6σ41,759,262,763,545,539,8V,%16,928,535,441,837,061,2P, %6,45,98,313,211,719,4закономерном изменении их в сторону общего снижения плодородия почв и ухудшения условий функционирования растительности в биогеоценозах при усилении степени интегративной эродированности почв. Постепенное снижение содержания гумуса от неэродированного эталона к катастрофически эродированным почвам водотоков, где гумусовые горизонты уничтожены полностью и обнажена подстилающая порода, проявляется повсеместно на выраженных склонах крутизной до 15 – 17О. Аналогичные тенденции видны при рассмотрении показателей кислотности и содержания подвижного калия. Данные по содержанию фосфора не так однозначны: наибольшее его количество содержится на катастрофически эродированных ЭПА, что связано с высокой вариабельностью не только в исследуемом районе, но и в других ландшафтных системах области, где залегание ледниковых и флювиогляциальных отложений, богатых и бедных фосфорными соединениями крайне неоднородно, а эрозионные процессы усугубляют эту неоднородность.

3.5. Экологические проблемы переувлажнения почв луговых биогеоценозов. Прекращение эксплуатации лугов (умеренного выпаса, сенокошения) влечет за собой заболачивание, закустаривание, замену растительных формаций низкотравных лугов на сообщества высокотравных с обедненным биоразнообразием (Паракшина, 2009; Крайнов, 2009, 2010). Длительный анаэробиоз, обусловленный застоем влаги в горизонтах почвенного профиля приводит к угнетению или гибели некоторых мезофитных или ксеромезофитных травянистых видов в фитоценозе и замену их на другие гидро- и гигромезофитные виды. Сильно переувлажненные, заболоченные и болотные почвы входят в обширную группу гидроморфных почв. Основные причины их формирования – атмосферные осадки, намывные склоновые, намывные русловые, грунтовые и водонапорные воды.

ГЛАВА 4. ЭКОЛОГО-ГЕОБОТАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ЛУГОВЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ

ВАРМИЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

4.1. Общий очерк растительности. Калининградская область расположена в западной части Русской равнины в пределах Прибалтийско-Белорусской подпровинции Северо-Европейской таежной провинции лесной зоны (Губарева, Дедков и др., 1999). По А.Л. Тахтаджану (1974, 1978) Калининградская область относится к Центральноевропейской флористической провинции Циркумбореальной области Бореального подцарства Голарктического флористического царства. Последняя инвентаризация сосудистых растений Калининградской области произведена в конце 90-х годов сотрудниками кафедры ботаники Калининградского государственного университета И.Ю. Губаревой, В.П. Дедковым, М.Г. Напреенко, Н.Г. Петровой, А.А. Соколовым (1999). Показано, что на территории области в естественном состоянии встречается 1436 видов сосудистых растений.

4.2. Современный флористический состав растительных сообществ луговых биогеоценозов района исследования. По нашим данным подавляющее большинство видов сосудистых растений, встречающихся на лугах северных склонов Вармийской возвышенности, принадлежат к отделу покрытосеменных, на долю остальных отделов приходится незначительное число видов (всего 2,4%). Такое соотношение вполне закономерно и в целом отражает существующее в настоящее время распространение высших растений на нашей планете. Среди покрытосеменных преобладают представители класса двудольных (67,4%), что отражает общее количественное соотношение видов внутри отдела покрытосеменных (табл. 3). Флора доминирующих растительных сообществ насчитывает 173 вида высших сосудистых растений, относящихся к трем отделам Equisetophyta (хвощевые), Gymnospermae (голосеменные), Angiospermae (покрытосеменные), 38 семействам и 121 роду. Доминирующее положение занимают растительные семейства-ценозообразователи Asteraceae (астровые) и Poaceae (мятликовые), которые включают 23 и 19 родов соответственно, что составляет 19,2% и 15% от общего числа. Следующие по числу родов семейства Rosaceae (розовые)8 родов (6,7%), Brassicaceae (капустные)8 родов (5,8%), Apiaceae (сельдерейные) и Fabaceae (бобовые) по 6 родов (5%). Остальные семейства представлены меньшим количеством родов и являются преимущественно олиго- и монотипными.

Таблица 3. Таксономический состав флоры луговых экосистем

Отдел

Класс

Видов

абсолютное

% от общего

числа видов

Equisetophyta

Equisetopsida

2

1,2

Gymnospermae

Pinopsida

2

1,2

Angiospermae

Magnoliopsida, Dicotyledoneae

116

67,4

Liliopsida, Monocotyledoneae

53

30,2

Всего:

173

100

При анализе флоры исследуемого района были выделены долготные ареалогические элементы (рис. 1). Критерием для отнесения к тому или иному геоэлементу является та часть ареала, в которой вид имеет наибольшую встречаемость. Следует отметить, что при выделении ареологических элементов флоры применялся принцип увеличения детализации по направлению к району исследования. Выделение групп ареалов несколько условно, так как двух совершенно сходных географических ареалов в пределах типичного ареалогического континуума просто не существует. Широтный географический спектр флоры представлен на рис. 2.

При анализе распределения видов по широтным и долготным ареологическим элементам можно сделать вывод, что флора луговых ландшафтов Вармийской возвышенности ближе по структуре к европейским флорам, так как доля европейско-западноазиатских, евразиатских, западноевропейских и западноевропейско-средиземноморских, а также бореально-неморальных и бореально-неморально-аридных видов достаточно высока.

4.3. Растительность и типологический состав лугов района исследования. Согласно районированию природных кормовых угодий РФ, Калининградская область принадлежит к лесолуговой Европейской природной области лесной зоны (Районирование…, 1985).

В результате анализа данных обследования естественных кормовых угодий северных склонов Вармийской возвышенности выделены различные классы и подклассы лугов (Крайнов, Курманская, 2008; Паракшин, Крайнов, 2010): Класс I. Суходольные луга — подклассы: абсолютные суходолы равнин; нормальные суходолы равнин; избыточно-увлажненные суходолы. Класс II. Низинные и западинные луга — подклассы: разнотравно-злаковые луга низин; влажные и сырые луга низин. Класс III. Долгопойменные луга — подкласс: сыроватые и сырые луга.

Рис. 1. Долготные ареалогические элементы. 1 – европейские и европейско-западноазиатские виды; 2 – евразиатские; 3 – западноевропейские и западноевропейско-средиземноморские; 4 – циркумполярные и почти циркумполярные; 5 – американо-европейские.

Рис. 2. Широтные ареалогические элементы. 1 – бореально-неморальные виды; 2 – бореально-неморально-аридные; 3 – неморально-аридные; 4 – аркто-бореально-неморальные или полизональные; 5 – неморальные; 6 – бореальные.

4.4. Биоэкологические спектры компонентов луговых фитоценозов. В состав большинства луговых фитоценозов входят растения, относящиеся к различным типам по характеру облиственности, корневых систем, способам размножения, по приспособлениям к перезимовке, по отношению к основным экологическим факторам (Работнов, 1974). Результаты анализа жизненных форм луговых растительных сообществ Вармийской возвышенности по классификации И.Г. Серебрякова (1964) приведены в табл. 4. В большинстве доминирующих растительных сообществ преобладают поликарпические травянистые растения, среди которых ведущими являются кистекорневые и короткокорневищные поликарпики, рыхлокустовые дерновинные и длиннокорневищные многолетники, столонообразующие и ползучие жизненные формы, отличающиеся высокой вегетативной подвижностью.

4.5. Ритмы развития растений в фитоценозах. Смена аспекта, с одной стороны, характеризует физиономичность фитоценозов, с другой стороны, фенологические наблюдения позволяют связать даты конкретных фенофаз с максимальным нарастанием надземной массы. Наблюдения за фенологической (или физиономической) сменой аспектов проводились во флористически богатых полидоминантных растительных сообществах подкласса нормальных суходолов равнин. В результате получены данные по ритмам развития не только ведущих видов, но и растений-ингредиентов, процент участия которых в сложении растительного покрова незначителен.

4.6. Экологические факторы и их влияние на растительные сообщества. Хорологическая неоднородность и организация растительного покрова луговых биогеоценозов Вармийской возвышенности напрямую зависит от экологической ординации фитоценозов и их типов. На ландшафтно-экологическом уровне организации растительному покрову лугов и пастбищ свойственен типологический континуум, при котором изменения в пространстве плавно переходят друг в друга. Выявленные в результате исследования различия структурного состояния растительного покрова лугов и пастбищ Вармийской возвышенности связаны с определенными условиями среды (Крайнов, Курманская 2010; Крайнов, 2010). Основополагающим фактором формирования луговой растительности, как в региональном масштабе, так и в пределах Вармийской возвышенности, является увлажнение почвы. Для экологического анализа флоры автором была использована общепринятаяТаблица 4. Спектр жизненных форм флоры исследуемых объектов

Отдел

Жизненная форма

Число видов в доминирующих растительных сообществах*

12345678910111213141516171819А. отдел.

Древесные растенияДеревья—2-12—-2-41-3-1Кустарники———2—1-36-4-4Кустарнички——————-Б. отдел. Полудревесные растенияПолукустарники—-1———-1—Полукустарнички——————-В. отдел. Наземные травянистые растенияТравянистые поликарпикиСтержнекорневые поликарпики3698978262174-4342—Кистекорневые и короткокорневищные травянистые поликарпики6691014151061492411-5698-9Плотнокустовые дерновинные многолетники-11—21122-2-3213-3Рыхлокустовые дерновинные многолетники88772677666523156-1Длиннокорневищные дерновые многолетники2122232355474644817Столонообразующие и ползучие травянистые многолетники566111121058510115510414-12Клубнеобразующие травянистые многолетники—1-11-11-11-1—212Луковичные травянистые многолетники——————-Лианоидные травянистые поликарпики——————-Монокарпические травы663692123-134242-7-4Г.Водные травыПлавающие и подводные травы—————2-629Земноводные травы————1114-111110Всего:30343846394941274729754914394128741562Примечание: * — цифрами обозначены: I – Agrostis tenuis Sibth. + Cynosurus cristatus L; II – Lolium perenne L. + Agrostis tenuis Sibth. III – Agrostis tenuis Sibth + Holcus lanatus L. + Artemisia vulgaris L.; IV – Festuca pratensis Huds. + Agrostis tenuis Sibth. + Cynosurus cristatus L.; V – Achillea millefolium L. + Elytrigia repens (L.)Nevski + Agrostis tenuis Sibth.;VI — Phleum pratense L. + Agrostis tenuis Sibth. + Cirsium arvense (L.) Scop.; VII – Cirsium arvense (L.) Scop. + Lupinus polyphyllus Lindl. + Tanacetum vulgare L.; VIII – Deschampsia caespitosa (L.)Beauv. + Agrostis tenuis Sibth.; IX – Deschampsia caespitosa (L.)Beauv. + Cirsium arvense (L.) Scop.; X – Lupinus polyphyllus Lindl. + Hypericum perforatum L. + Cirsium arvense (L.) Scop.; XI – Artemisia vulgaris L. + Taraxacum officinale Wigg,s.l. + Barbarea vulgaris R.Br.; XII – Calamagrostis epigeios (L.) Roth + Deschampsia caespitosa (L.)Beauv. + Carex vulpina L.; XIII – Solidago canadensis L.; XIV – Deschampsia caespitosa (L.)Beauv. + Carex caespitosa L. + Filipendula ulmaria L.; XV – Juncus effusus L. + Rumex crispus L. + Filipendula ulmaria L.; XVI – Phalaroides arundinacea L.Rausch. + Lupinus polyphyllus Lindl.; XVII – Filipendula ulmaria L. + Urtica urens L. + Carex vulpina L.; XVIII – Phragmites australis (Cav.) Trin.ex Stend.; XIX – Deschampsia caespitosa (L.)Beauv. + Carex vulpina L. + Carex caespitosa L.

классификация экологических групп (Шенников, 1950). Наибольшее значение в исследованных сообществах имеют виды луговой мезофитной эколого-ценотической группы (рис. 3), являющейся ведущей и для луговой растительности Калининградской области в целом.

SHAPE \* MERGEFORMAT Рис. 3. Экологическая структура луговой растительности Вармийской возвышенности по отношению к увлажнению. 1 – ксерофиты, 2 – мезоксерофиты, 3 – ксеромезофиты, 4 – мезофиты (эумезофиты), 5 – гигромезофиты, 6 – мезогигрофиты 7 – гигрофиты, 8 — оксиломезофиты

Распределение некоторых жизненных форм наземных травянистых растений по профилю экологической катены отражено на рисунках 4 — 6. Линия тренда показывает наполненность экологических групп по отношению к режиму увлажнения. Чем выше показатели уклона экспозиции, тем четче выражена зависимость распределения представителей экобиоморф от градиента увлажнения. При сглаживании холмов (угол уклона 2 – 5о) их размещение носит диффузный или разреженный характер. В этом случае зависимости как таковой не прослеживается, что подтверждается крайне низкими показателями коэффициентов детерминации (рис.4, 5).

SHAPE \* MERGEFORMAT

Рис. 4. Ординация стержнекорневых поликарпиков по градиенту увлажнения

SHAPE \* MERGEFORMAT

Рис. 5. Ординация плотнокустовых дерновинных многолетников по градиенту увлажнения

SHAPE \* MERGEFORMAT

Рис. 6. Ординация рыхлокустовых дерновинных многолетников по градиенту увлажнения в рассматриваемых растительных сообществах.

* Примечание. Цифрой обозначены растительные сообщества (см. стр. 15)

4.7. Практическое значение растений доминирующих растительных сообществ. Биологическое разнообразие видов луговых растений представляет собой большую ценность по экономическим, социальным, культурным, рекреационным и другим аспектам. Сохранение и использование видов растений особенно важно для удовлетворения растущих потребностей населения (в продовольствии, лекарственных средствах, промышленности и т.д.). Первая задача сохранения видов – их инвентаризация, вторая по значимости – восстановление и сохранение. Потеря вида с присущими только ему свойствами, представляющими результат эволюции – потеря не только для науки, практики, но и для биосферы в целом. Информация о практическом значении и распределение видов по их значимости анализировалась по Конспекту сосудистых растений Калининградской области (1999), Красной книге Калининградской области (2010). Результаты исследования приведены в табл. 5.

ГЛАВА 5. ЗООГЕННЫЕ ЛАНДШАФТЫ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

5.1. Макрофауна и почвенные процессы луговых биогеоценозов. Исследование состояния макрофауны лугов преследовало цели выявления механического влияния животных на почву и их роли в изменении её химических свойств. Это необходимо для понимания взаимосвязей жизнедеятельности почвенных животных со свойствами почв, режимами почвенных процессов, их биоразнообразия и функционирования. Визуальный учет на ключевых участках сопровождался закладкой почвенных разрезов. Проводились подсчеты предельно-структурных элементов (Фридланд, 1972) и других следов жизнедеятельности педофауны. Оценка роли макрофауны (дождевых червей и муравьев) в динамике почвенных процессов проводилась в пределах КУ «Корнево» (Крайнов, Курманская, 2010).

Среди множества видов насекомых, входящих в состав луговых ценозов, муравьи широко распространены и представлены ландшафтообразующими видами – Lasius flavus F., L. niger L., Myrmica sp. Количество поселений колоний муравьёв (муравейников) на верхних участках холмов составляет в среднем до 500 шт/га, в средне-нижних частях склонов – 200-300 шт/га и в ложбинахТаблица 5. Экологическое и практическое значение видов растений луговых фитоценозов Вармийской возвышенности

Значение

Виды

Виды, имеющие сельскохозяйственную ценность

Agrostis canina L., Agrostis gigantea Roth., Agrostis tenuis Sibth., Alopecurus geniculatus L., Alopecurus pratensis L., Amoria repens (L.) C. Presl, Antoxanthum odoratum L., Arrhenatherum elatius (L.) J. et C. Presl., Bromopsis inermis (Leyss.) Holib., Calamagrostis epigeios (L.) Roth., Carex acuta L., Carex caespitosa L., Carex elongata L., Carex nigra L., Carex pallescens L., Carex praecox Schreb., Carex pseudocyperus L., Carex vesicaria L., Carex vulpina L., Cynosurus cristatus L., Dactylis glomerata L., Deschampsia caespitosa (L.) Beauv., Eleocharis palustris (L.) Roem. et Schult., Elytrigia repens (L.) Nevski, Festuca pratensis Huds., Festuca rubra L., Glyceria fruitans (L.) B.Br., Glyceria maxima(C. Hartm) Halmb., Heracleum sibiricum L., Holcus lanatus L., Lupinus polyphyllus Lindl., Lolium perenne L., Medicago falcata L., Medicago lupulina L., Phalaroides arundinacea (L.) Rausch., Phleum pretense L., Poa annua L., Poa palustris L., Poa pratensis L., Poa trivialis L. , Ribes nigrum L., Sinapis arvensis L., Trifolium hybridum L., Trifolium pretense L., Trifolium medium L., Vicia cracca L. 46 видов.

Виды, имеющие медицинскую ценность

Achillea millefolium L., Artemisia vulgaris L., Bidens tripartite L., Capsella bursa-pastoris (L.) Medik., Cardamine pratensis L., Centaurea cyanus L., Chamaenerion angustifolium (L.) Scop., Chamomilla recutita (L.) Rausch., Cichorium intybus L., Coronaria flos-cuculi (L.) A. Br., Equisetum arvense L., Erigeron canadensis L., Euphorbia helioscopia L., Ficaria verna Huds., Filipendula ulmaria (L.) Maxim., Hieracium pilosella L., Hypericum perforatum L., Melandrium album (Mill.) Garcke, Melilotus officinalis (L.) Desr., Galium aparine L., Galium boreale L., Galium verum L., Geranium pratense L., Geum rivale L.,Crataegus curvisepala Lindm., Crataegus monogina Jaeq., Mentha longifolia (L.)Huds., Myosotis caespitosa K.F. Schultz, Nuphar lutea (L.) Smith, Oenothera biennis L., Persicaria hydropiper (L.) Spach, Plantago lanceolata L., Plantago major L., Poligonum aviculare L., Rumex acetosa L., Rumex confertus Willd, Saponaria officinalis L., Scrophularia nodosa L., Stellaria graminea L., Tanacetum vulgare L., Taraxacum officinale Wigg., Tussilago farfara L., Verbascum thapsus L. Veronica chamaedrys L.,Viola tricolor L. 45 видов.

Виды, имеющие экономическую ценность

Alnus glutinosa (L.) Gaertn., Alnus incana (L.) Moench., Amoria repens (L.) C. Presl, Chamaenerion angustifolium (L.) Scop., Melilotus officinalis (L.) Desr., Padus racemosa (Lam.) Gilib.,Phragmites australis (Cav.) Trin.ex Stend., Potentilla anserinna L., Ribes nigrum L., Rubus caesius L., Rumex acetosa L., Salix caprea L., Salix pentandra L., Picea abies (L.) Karst., Pinus sylvestris L., Salix triandra L., Salix vimminalis L., Scirpus lacustris L., Solidago canadensis L., Trifolium arvense L., Trifolium pretense L., Trifolium medium L. 22 вида.

Виды, имеющие социальное и культурное значение

Butomus umbellatus L., Caltha palustris L., Campanula patula L., Convolvulus arvensis L., Luzula pilosa (L.) Willd., Impatiens noli-tangere L., Knautia arvensis (L.) Coult., Luzula multiflora (Retz.) Lej., Persicaria maculate (Rafin.) A. et D. Lőve, Myosotis arvensis (L.) Hill, Nuphar lutea (L.) Smith, Persicaria hydropiper (L.) Spach, Potamogeton crispus L., Potamogeton natans L., Ranunculus repens L., Ranunculus acris L., Rumex acetosella L., Rumex crispus L., Rumex obtusifolius L., Picea abies (L.) Karst., Pinus sylvestris L., Scirpus sylvaticus L., Solidago canadensis L., Urtica urens L. 24 вида.

Виды, древние предки культурных растений (Д), а также редкие (Р)



Страницы: 1 | 2 | Весь текст