Биогеографическая оценка структуры и динамики флоры Каменной Степи

Гамаскова, Екатерина Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Биогеографическая оценка структуры и динамики флоры Каменной Степи
ВАК РФ 25.00.23, Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Биогеографическая оценка структуры и динамики флоры Каменной Степи"

На правах рукописи

Гамаскова Екатерина Сергеевна

Биогеографическая оценка структуры и динамики флоры Каменной Степи (Воронежская область)

25.00.23 - физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат

диссертации на сойскание ученой степени кандидата географических наук

3 1 окт ш

005536156

Воронеж - 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет»

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор

Григорьевская Анна Яковлевна

Официальные оппоненты: Новикова Нина Максимовна

доктор географических наук, профессор; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт водных проблем Российской академии наук», заведующая лабораторией динамики наземных экосистем под влиянием водного фактора

Филатова Татьяна Дмитриевна

кандидат географических наук; Федеральное государственное бюджетное учреждение «Центрально-Черноземный государственный природный биосферный заповедник имени профессора В.В. Алехина», старший научный сотрудник

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение «Воронежский государственный природный биосферный заповедник»

Защита состоится «22» ноября 2013 г. в 15-30 на заседании диссертационного совета Д 212.038.17 при Воронежском государственном университете по адресу: 394068, г. Воронеж, ул. Хользунова, 40, ауд. 303.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан «"/б"» октября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор географических наук, профессор

Куролап С. А.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Флора как основной компонент экосистем биосферы приобретает огромное значение в проблеме сохранения биоразнообразия (Тихомиров, 1998; Tikhomirov, 1999; Камелин, 2005). Стратегию сохранения биоразнообразия приняли такие международные программы, как Diversitas (1991), Конвенция по сохранению биоразнообразия (Рио-де-Жанейро, 1992), Конференция Сторон Конвенции о биоразнообразии в 2002 г., Программа формирования Изумрудной сети в Восточной Европе и России по сохранению дикой природы и естественной среды обитания от 30 ноября 2012 г., и ряд других документов.

Важность флористических исследований обосновывается большим научным и практическим значением, которые лежат в основе составления кадастров, Красных, Зеленых и Черных книг, формирования сетей ООПТ, воздействия адвентивной флоры на природную среду, сохранения редких видов растений. Региональный уровень познания флоры (Smart, 2002) необходим для многостороннего анализа, районирования, рационального природопользования, антропогенной трансформации экосистем, разработки мер по охране окружающей среды, экономического развития региона и ряда других направлений.

Учитывая важность проблемы сохранения фиторазнообразия как основного компонента биосферы на всех уровнях ее организации нами с 2004 по 2012 гг. велась работа по изучению региональной флоры Каменной Степи как уникального степного памятника природы. Решением Исполкома Европейской конвенции о сохранении дикой природы и естественной среды обитания от 30 ноября 2012 г. ей присвоен статус перспективного участка Изумрудной сети (Программа формирования Изумрудной сети в Восточной Европе и России).

Каменная Степь имеет мировую известность как пример антропогенного преобразования ландшафтов. Это бесплодные земли в прошлом и восстановленные плодородные - в настоящем. Изучение флоры в качестве индикатора таких ландшафтов является актуальным направлением биогеографии, экологии, ботаники и т. д. В многочисленных литературных сводках о природе Каменной Степи [ К.Э. Собеневский (1892), Г.Н. Танфильев (1898), Г.Н. Высоцкий (1960), К. Владимиров (1914), А.И. Мальцев (1922-1923), Б.А. Келлер (1931), С.Н. Болотов (1940), A.A. Шаповалов (1930, 1969), Н.С. Камышев (1935, 1948, 1953, 1956,1958, 1959, 1971, 1976), Н.Ф. Комаров (1951), А.И. Пащенко (1992), Т.И. Казанцева и др. (2002, 2003, 2008, 2011), Л.П. Паршутина (1998, 2000, 2012) и другие] имеются неполные сведения о флоре и ее структуре. В связи с этим выявление антропотолерантных, биоэкологических, географических, динамических особенностей структуры флоры на научной основе является важным для сохранения фиторазнообразия, ведения мониторинга, оптимизации природопользования и устойчивого развития региона, что обосновывает актуальность темы исследования.

Цель работы - оценка структуры, динамики, антропогенной трансформации флоры Каменной Степи и разработка рекомендаций по сохранению фиторазнообразия.

Объект исследования - флора Каменной Степи, формировавшаяся в условиях различных режимов природопользования.

Предмет исследования - флоры разной степени антропогенной трансформации на основе современных аналитических подходов биогеографии.

Поставлены и решены следующие задачи:

1. Составлен критический конспект флоры Каменной Степи на основе инвентаризации с отражением литературных, фондовых материалов и полевых исследований.

2. Дана комплексная оценка структуры флоры экосистем, формировавшейся в различных режимах природопользования, с отражением систематической, биоморфологической, фитоценотической, географической и антропотолерантной характеристик.

3. На основе многофункционального анализа флоры показана ведущая роль антропогеогенеза во флорогенезе экосистем поселка Института им. В.В. Докучаева.

4. Выявлено современное состояние охраняемых видов растений Красной книги Российской Федерации и Красной книги Воронежской области, и даны предложения по их охране.

5. На основе использования метода вертикальных проекций установлена динамика флоры степных участков Каменной Степи за 120 лет.

6. Определен ресурсный потенциал флоры Каменной Степи с рекомендациями по оптимизации степных ландшафтов.

Теоретической и методической основой исследований флоры Каменной Степи послужили работы ученых в области географии, геоэкологии, природопользования, ботаники, фитоценологии, картографии К.Э. Собеневского (1892), Г.Н. Танфильева (1898), Г.Н. Высоцкого (i960), К. Владимирова (1914), А.И. Мальцева (1922-1923), Б.А. Келлера (1931), С.Н. Болотова (1940), A.A. Шаповалова (1930, 1969), Н.С. Камышева (1935, 1948, 1953, 1956, 1958, 1959, 1971, 1976), Н.Ф. Комарова (1951), А.И. Пащенко (1992), Т.И. Казанцевой и др. (2002, 2003, 2008, 2011), Л.П. Паршутиной (2012) и др., которые охватывают длительный период.

На всех этапах работы использованы методы: историко-архивный (получены сведения о флоре Каменной Степи с момента ее организации); статистический (обработка полевых, литературных материалов, сведений гербариев VORG* и ГНУ Воронежский НИИСХ Россельхозакадемии); сравнительный; картографический (составлены картосхемы распространения редких видов); прогнозно-оценочный (оценка современного состояния флоры и прогноз динамики); экологический (биоморфологическая характеристика флоры с определением жизненных форм, экологических типов, фитоценогрупп, геоэлементов и типов ареалов); маршрутный (сбор полевого материала); классификационный (установление таксономического положения видов,

* УОЯС - Гербарий факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского государственного университета

составление конспекта флоры); метод вертикальных проекций (отражение флористического состава фитоценоза); компьютерных технологий (обработка полученных результатов и пополнение каталога базы данных «Гербарий УСШв»); биогеографический (комплексная оценка структуры флоры с использованием методов сопредельных наук).

Исходными материалами являются литературные, гербарные сведения и личные данные автора, полученные в результате полевых исследований антропогенных ландшафтов Каменной Степи за период 2004-2012 гг.

Собранная гербарная коллекция в числе 1200 образцов хранится в гербарии УОЬЮ на факультете географии, геоэкологии и туризма Воронежского государственного университета и ГНУ Воронежский НИИСХ Россельхозакадемии. Разносторонний анализ структуры флоры Каменной Степи потребовал изучение собранных коллекций с этих мест в разные годы другими коллекторами, хранящихся в фондах научных гербариев УОЬЮ, гербарий ГНУ Воронежский НИИСХ Россельхозакадемии. Всего было просмотрено 5500 гербарных листов. Анализ и обобщение литературных данных и фондовых материалов о флоре за период с 1892 по 2012 г., а также собственных полевых исследований позволили составить аннотированный конспект флоры, включающий 1067 видов. Впервые проведено обследование четырех участков поселка Института им. В.В. Докучаева (далее Поселок), и выявлена флора в количестве 322 видов. На основе использования информационных технологий сведения внесены в базу данных «Гербарий УСЖС». Реализация практических вопросов осуществляется на основе разработанных подходов, принципов, методических приемов и выявления биогеографических закономерностей по программе гранта РФФИ № 12-05-00139-а за 2012-2014 гг.

Научная новизна и теоретическая значимость:

- Впервые составлен аннотированный критический конспект флоры Каменной Степи, включающий 1067 видов высших сосудистых растений из 4 отделов, 103 семейств, 434 родов, с учетом ее динамики, а в настоящее время отмечен 971 вид.

- Показана роль биогеографической оценки в исследовании антропогенной трансформации флоры для решения широкого крута прикладных задач с целью геоэкологического обустройства региона.

- Дана оценка динамики флоры за 120 лет и на основе метода анализа ее структуры установлен процесс мезофитизации.

- Выявлена впервые флора Поселка, и составлен конспект, включающий 322 вида высших сосудистых растений из 1 отдела, 51 семейств, 223 родов, с определением основных закономерностей и направленности процессов формирования, отображающих связь биоты с экологическими условиями биотопа. Показана схожесть процессов формирования флоры городов и поселков, и выявлены различия, которые определяются степенью нарушенности территории под действием антропогеогенеза.

- Проведен многофункциональный анализ структуры флоры Каменной Степи. Отмечено появление 49 видов, исчезновение 80 видов, среди которых

Paeonia tanuifolia, Stipa ucrainica являются видами Красной книги РФ. Выявлено современное состояние 11 растений Красной книги РФ и 35 -Красной книги Воронежской области с нанесением местонахождений на картографическую основу и рекомендациями их сохранения.

- Дана оценка антропотолерантности флоры Каменной Степи, содержащей 206 (19,3%) адвентивных растений от общего числа видов, и Поселка - 118 (36,6%).

- Выделено 19 групп хозяйственной ценности флоры Каменной Степи на основе анализа ресурсного потенциала 620 видов (58,1%) от общего числа флоры.

- Биогеографическая оценка фактических сведений о структуре и динамике флоры Каменной Степи закладывает основу долговременного регионального мониторинга и представляет практическую деятельность не только для охраны природы, но и других отраслей народного хозяйства.

Практическая значимость. Полученные современные сведения о флоре Каменной Степи использованы для публикации международных монографических справочных изданий Atlas Florae Europae. Fask 15-2010; 10-e издание «Флора ...» (Маевский, 2006). Они учтены в Красной книге РФ (2008), Красной книге Воронежской области (2011) и Изумрудной книге Российской Федерации (2011-2013). Материалы диссертации составляют основу мониторинга флоры Каменной Степи, использованы в главе «Характеристика Среднерусской возвышенности» учебного пособия «Биогеография» (2012) для студентов высших учебных заведений России. За период изучения флоры Каменной Степи автором собрано 1200 гербарных листов, которые хранятся в гербариях VORG и ГНУ Воронежский НИИСХ Россельхозакадемии, служат справочным материалом и используются в учебном, научном процессах.

Апробация исследований. Материалы основных положений работы докладывались на международном симпозиуме «Степи Северной Евразии» (Оренбург, 2009); международных конференциях «Флора и растительность Центрального Черноземья - 2008-2009, 2013 гг.» (Курск, 2008, 2009, 2013); Всероссийской школы-семинара по сравнительной флористике, посвященной 100-летию «Окской флоры А.Ф. Флерова» (Рязань, 2010); научных конференциях факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского государственного университета (Воронеж, 2005, 2007-2012).

Положения, выносимые на защиту.

1. Метод биогеографического подхода - как основа изучения и выявления временных и топологических закономерностей флоры Каменной Степи.

2. Результаты критического многостороннего анализа флоры Каменной Степи - как основа выявления ее динамики и разработки принципов долгосрочного мониторинга. Степень синантропизации и адвентивизации выявленных флор Каменной Степи с учетом динамики за 120 лет - как отражение состояния экосистем разных режимов природопользования и основа прогноза внедрения инвазий в экосистемы.

3. Конспекты флор Каменной Степи - как практическая основа разработки предложений по сохранению фиторазнообразия и разработки предложений по оптимизации и охране региональных степей Средней полосы европейской части России.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 3 - в рецензируемых изданиях перечня ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, библиографического списка и 2 приложений. Основное содержание диссертации изложено на 170 страницах текста, содержит 21 рисунок и 26 таблиц. Список цитированной литературы включает 161 наименований, из них 21 - на иностранных языках. Приложения занимают 137 страниц. Приложение 1 - Конспект флоры Каменной Степи. Приложение 2 -Конспект флоры поселка Института им. В.В. Докучаева (Каменная Степь).

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При изучении флоры Каменной Степи с оценкой степени ее трансформации был выбран биогеографический комплексный подход как синтезирующий метод пограничных естественных наук, таких как физическая география, экология, фитоценология, картография, природопользование и другие, который дает обобщенные результаты и широко освещен в работах A.A. Тишкова (1993, 2005, 2012).

Каменная Степь была образована в 1892 г. В.В. Докучаевым как один из опытных участков по восстановлению плодородия чернозема. Она представляет совокупность различного рода антропогенных ландшафтных комплексов. Флора в данном контексте является как важной составной частью ландшафтов, так и индикатором проводимых на них экспериментов. Историю изучения флоры Каменной Степи можно разделить на два периода: первый -исторический (1892-1950 гг.), второй - современный (1951-2012 гг). В первом периоде недостаточно полно изучался растительный покров, проводилась посадка экспериментальных лесных полос, осуществлялось «знакомство с местностью». Среди многообразия публикаций о природе Каменной Степи в современном периоде по своей научной значимости выделяются флористические сводки Н.С. Камышева (1953, 1956, 1958, 1959, 1971). Он наиболее полно изучил флору, засоренность полей, провел фенологические наблюдения и ряд других исследований. Данный период можно оценить как мониторинговый, так как в это время выявлены основные динамические процессы флорогенеза - вступление лесных полос в стадию леса с появлением в фитоценозах грибов; деградация степных участков (зарастание залежей древесно-кустарниковыми видами или олуговение степных склонов).

В настоящий момент во флоре Каменной Степи наметился процесс мезофитизации. В связи с этим необходимо менять стратегию ведения природопользования в сторону не созидания происходящих процессов, а к

активному их регулированию в антропогенных ландшафтах для поддержания фиторазнообразия степных участков.

Флора Каменной Степи в настоящее время насчитывает 971 вид. При анализе литературных сведений с 1892 г., материалов полевых работ было выявлено 1067 видов сосудистых растений Каменой Степи и 322 вида поселка института им. В.В. Докучаева. Структура флоры Каменной Степи показана в Таблице 1.

Флора Поселка представлена одним отделом Magnoliophyta, с классами Liliopsida - 54 (16,8%) видов, из 8 семейств и 32 родов, Magnoliopsida - 268 (83,2%) видов, 43 семейства и 191 родов. Средняя видовая насыщенность семейства флоры Каменной Степи равна 10,3, Поселка - 6. Ведущие 14 семейств флоры Каменной Степи включают 702 вида от общего числа видов. Ведущие 7 семейств флоры Поселка включают 188 видов. Систематическая структура флоры близка к таковой для флор Восточноевропейской равнины, Кавказа и Западной Сибири (Малышев, 1972; Толмачев, 1974; Шмидт, 1980) и Голарктики в целом (Толмачев, 1974, 1986) (Таблица 2, Рисунок 1).

Таблица 1

Систематическая структура отделов флоры Каменной Степи и их пропорций

Таксоны Число видов Число родов Число семейств Пропорции 1 :род/сем:в ид/сем

абсол. % абсол. % абсол. %

Отдел Ьусоро/Иоркуш -Плауновидные 3 0,3 2 0,5 1 1 1:2:3

Отдел ЕцииеюрИуш - Хвощевидные 4 0,4 1 0,2 1 1 1:1:4

Отдел РторНу1а -Голосеменные 20 1,9 8 1,8 2 2 1:4:10

Отдел Magnoliophyta -Покрытосеменные 1040 97,5 423 97,5 99 96 1:4,3:10,5

В том числе:

Класс Liliopsida -Односемядольные 161 15,1 68 15,7 18 17 1:3,8:8,9

Класс Magnoliopsida - Двусемядольные 879 82,4 355 81,8 81 79 1:4,4:10,8

Всего 1067 100 434 100 103 100 1:4,2:10,3

Эколого-морфологический анализ флор Каменной Степи предусматривает детальную характеристику экологических условий экотопов и адаптацию к ним растений путем выделения жизненных форм (Серебряков, 1962, 1964; ЯаипЫег,

Таблица 2

Ведущие семейства флоры Каменной Степи и Поселка

с Каменная Степь Поселок

* Семейство Чнело % от общего Число % от обикю

В11ЛОВ числа видов аилов числа видов

1 Сем. Asteraccac - Асгровыс 135 12.7 60 18.8

2 Сем. Rosaccac - Роювыс 41 8,6 - _

3 Сем. Pttaccac - Злаковые 80 7.5 42 13

4 Сем Fabaceac • Побоаыс 66 6.2 19 5.9

5 Сем Brassicaceae- Боаоснксмые 48 4.5 22 6.8

6 Сем. Lamiaceae • Ясаспти 47 4.4 23 7.1

7 Сем. Caryoohyllaccac - Г номачные 45 4.2 13 4

8 Сем. Scropliulariaceac -Норичниковые 33 3.1 - -

9 Сем. Ranunculaccac - Лк>1ик»аыс 32 3 - -

10 Сем. Apiaccae - Сельдереевые 26 2,4 - —

II Сем. Chenopodiaccac - Марев je 26 2.4 9 2.8

12 Сем. Salicaceae - Ивовые 26 2,4 - —

13 Сем. Сурегасеас - Сьневые 24 2J _

14 Сем. Boraginaceac • Бурачниковые 23 2.2 - _

Bcii о 702 65.» 188 58.4

•|«<тв»«до»

140

120 100 80 60 40 20 О

■ К0МГММ4Я С 1С*)»

■ П<ХСЛО«

IIILIII

Рисунок 1 Сравнительное количественное соотношение ведущих семейств флор Каменной Степи и Поселка

1937) н экологических типов. Жизненные формы флор Каменной Степи и Поселка даны в Таблице 3.

Таблица 3

Жизненны: формы флор Каменной Степи и Поселка _(по Серебрякову. 1962. 1964)

Wf п/п Наименование жизненных форм Каменная Степь Поселок

% от общего числа вило« % от общего числа вилов

1 Древесные 23.2 1,2

2 Полудрсвесньк 1 1,9

3 Травянистые поликаргшки 51.5 $5,3

4 Травянистые монокарпикн 24.3 41.6

Всею: 100 100

В числе травянистых многолетников лоля корневищных - 41,8%, стсржнскорнсвых - 23.3%. кнстскорнсвых - 3.5%. дерновинных 7.9%. Травянистые монокарпикн составляют 24,3% от общего числа видов. В этой группе однолетники насчитывают 14.9%. Малолетники с ролью однолетников и двулетников не опрсдс.иют структуру растительного покрова Каменной Степи из-за редкой их встречаемости и концентрации по нарушенным местам. Среди однолетников имеются адвентивные растения такие как. Xanihium sirumarium, Galinsoga parviflora. Cyclachaena xanihi/olia. Conyza canadensis, Hulcus cernua и др. В Пэселке также доминируют травянистые поликарпики -55,3%, среди них всд>шсс положение занимают корневищные - 26.1% и стсржнскорнсвые - 14.3%. что указывает на нарушениость и уплотненность субстратов. ПрнсутстЕие 39 жизненных форм среди поликарпиков сигнализирует о наличии большого разнообразия трансформированных экотопов.

Как видно из Таблицы 3. в Каменной Степи достаточно велик процент древесных: это объясняется посадкой экспериментальных лесных полос и наличие Лрборстума. Большой процент травянистых поликарпиков в Поселке говорит о его нахождении среди приролно-антропогенных экосистем. Количество травянистых монокарпиков Поселка в два раза превышает показатель в Каменной Степи, что говорит об отсутствии сложившихся сообществ и о достаточно сильной нарушенное™ территории.

Экологические типы групп видов растений установлены по почвенному увлажнению, водному и солевому режимам. Флоры имеют мезофитный характер (Таблица 4. Рисунок 2).

Таблица 4

Соотношение эколэгнческих типов флор Каменной Степи и Поселка

№ п/п Экологический тип Каменная Степь Поселок

% от общего числа вилов It от общего числа вилов

1 ксертфн! 10.8 13,7

2 ксерометофит 8 9.3

3 мехфит 56.5 57,5

4 ме «ксерофит 13.8 1 VI

Продолжение таблицы 4

N» иIn Экологический тип Каменная Степь Поселок

% от общего числа лилов % от общего числа внлоп

5 гигрофит 9.2 5.9

6 гндатофкт 0.7 -

7 i илрофит 1.1 0.3

8 галофит 0.1

Bcci о: IM) 10(1

-ооо».

«ООО*.

м>.оо».

40 оо*. JOOO».

:о.оо». юоо*.

ООО».

in ^

«л »л

Р а \ Лм • - Не i н

/у / / / / / /

f г

т каменная ('»его. ■ Поселок

Рисунок 2 - Процентное соотношение экологических типов во флорах Каменной Степи >« Поселка

Эколого-фитоценотическая структура флор Каменной Степи и Поселка приведена в Таблице 5 и на Рисунке 3.

Таблица 5

Соотношение жолого-фитоцснотических групп флор Каменной Степи и Поселка

Nt n/n Каменная Степь Поселок

группы Чк от общего списка флоры % от общего списка флоры

1 лес на« 21.5 143

2 опушечная 0.7 1Д

3 степная 37.3 38,5

4 аугаш 12,6 14.3

5 болотная 9 4

6 полная 1.6 0.6

7 прибрежная 1.6 0,9

8 сорная 4.1 9.9

9 рудеральная 1.8 5.9

Продолжение |аб.1ицы 5

№ п/п Эколосо-фитоиенотическне группы Каменная Степь Поселок

% от общего списка флоры % от общего списка флоры

10 сегетальны 0.8 1.9

II культивируемая 9.1 8.4

Всею: 100 100

»7.10

58.404

л."

»-Ч —'

4 8 т

■ Н & —О -о

* ^ у ^ ✓ ^ ^

^ .<г> л* л* .<Г>

О4 ^ V

ш К н1енн (< < Чет.

■ Пост»

/ У У

Рисунок 3 - Ироцентио: соотношение экологофитоиснотических групп флор Каменной Степи и Поселка

Во флорах преобладает степная группа. Большой вес имеет лесная группа из-за наличия многочисленных лесных полос на территории, а также Лрборетума. В Посели лесную группу поддерживает денлропарк и вилы, используемые для озеленения. Остальные зколого-фитоиенотическис группы носят подчиненное положение.

Географический антт флор предусматривает выделение 11 гсомсмсктов. среди которых доминирует евра-татский, что и определяет евразиатское се происхождение (Таблица 6. Рисунок 4).

Таблица 6

№ п/п Каменная Степь Поселок

Гю элементы * от общего от общего

числа НИ.ЮВ числа вилов

1 Гемякосмммммт 1 1.9

2 Космополит 1.1 2.2

3 Голарктитеский 8.6 8.4

Продолжение laO.imii.i 6

Nt п/п Гсомсмсшы Каменная Степь Поселок

% от общего числа иилои % от общего числа там

4 |>р.1ШЛТСКИН 573 МЛ

5 Аимтскмй 1Л 3,7

6 Гвропсйский 13.1 13,7

7 Среди мгмиоморскнй 3.5 5.6

8 Американский 7 9

9 Африканский 0.5 -

10 Гибридное происхождение 0.4 0,6

II (коник в культуре 0.3 0.6

Всею: 100 10«

м.з*

££

яЛ Л

1» !«• <Ч>

1Л -а •£> wo

О о о о о

/ * ^ > / > ^ > /у///.//////

J- if £

■ К лменн;)* Ctcm. ■ Посеюк

Рисунок 4 - Процентное соотношение геоэлементов во флорах Каменной Степи н Поселка

Анализ таких геоэлементов флоры как. американский, гибридное происхождение, возник в культуре, указывает на существование большого миграционного потока алвеатнвных видов и ведение хозяйственной деятельности в Поселке. Однако ядро флоры Поселка составляют синантронофнты 73,9%, которые включают два флористических элемента -апофитный и адвентивный. Ешс более ярко это видно при анализе адвентивных компонентов флор (Таблица 7).

Во флоре Поселка преобладает еннантронофитная фуппа. что указывает на сходство с антропогенной структурой флоры городов.

Таблица 7

Количественное соотношение антропотолерантных групп флор Каменной

Степи и Поселка

№ п/п Название антропотолерантных групп Каменная Степь Поселок

% от общего числа видов % от общего числа видов

1 Индигенофиты 45,7 25,8

2 Синантропофиты: 43,4 73,9

2.1 Апофиты 24,1 37,3

2.2 Адвентивные 19,3 36,6

3 Интродуценты 10,8 0,3

4 Возникли в культуре 0,1

Адвентивизация флоры. Интенсивная хозяйственная деятельность человека, экономическое развитие региона ведет к созданию огромных площадей вторичных антропогенных местообитаний, на которых поселяются адвентивные элементы флоры. Они играют большую роль в сложении как антропогенных, так и естественных растительных сообществ.

Флористический аспект этой проблемы на всех этапах изучения адвентивной флоры был и остается важнейшим, так как познание закономерностей процесса адвентивизации невозможно без регистрации находок заносных видов, исследования путей и способов миграции, таксономического анализа адвентивного компонента и оценки степени трансформации региональной флоры. В нашем понимании термин «адвентивная флора - это гетерогенная по происхождению и гетерохронная по времени проникновения группа видов в составе региональной флоры, которая формируется в результате трансконтинентальных, трансзональных и межзональных миграций, осуществляющихся благодаря прямому или косвенному воздействию человека» (Адвентивная флора, 2004; Чичев, 1984).

Разработке, оценке и классификации адвентивной флоры посвящено много работ российских и зарубежных авторов (Ржевутская, 2001; Чичев, 1984; Пузырев, 1988; Гельтман, 2003; Григорьевская и др., 2004; Ульянова, 1998; Rikli, 1904; Esler, 1987; Ferakova, 1987; Graf, 1986; Sendek, 1978; Huston, 1994; Hadac, 1978; Gutte, 1990) и ряд других. При классификации адвентивных видов использована система и терминология в предложенных работах (Вьюкова, 1985, 1987; Хорун, 1998).

При изучении флоры Каменной Степи к адвентивной группе нами отнесено 206 видов сосудистых растений (19,3% от всей флоры). Характеристика выделенных групп антропофитов дана в Таблице 8.

По способу заносу выделены:

Ксенофиты - непреднамеренно занесенные растения, случайно попавшие на данную территорию при хозяйственной деятельности человека, например, Acer negundo, Cyclachaena xanthifolia. Эргазиофиты (эргазиофигофиты) - виды, введенные в культуру на данной территории, а впоследствии заселяют другие местообитания («беглецы из культуры», дичающие и одичавшие виды), например Sorghum sudanense, Malus baccata. Эргазиолипофиты - интродуценты, высаженные в естественные условия либо

на естественно-антропогенные местообитания и растущие там без ухода со стороны человека, например, виды родов: Acer, Padus.

Таблица 8

Таксон По способу заноса вре МИГ] 1о мени рации По степени натурализации

ксенофит эргазиофигофит эргазиолипофит эргазиофит археофит кенофит (неофит) эфемерофит колонофит колонофит-агоиофит эпекофит эфемерофит-эпекофит агриофит

Всего 118 33 28 30 39 156 26 32 19 98 7 35

По времени миграции выделены:

Археофиты - виды, занесенные до середины XVII в., например Avena fatua, Echinochloa crusgalli. Неофиты - виды, занесенные после середины XVII в., например, Bromus arvensis, Amaranthus albus, Calendula officinalis.

По степени натурализации выделены:

Эфемерофиты - виды, единично встречающиеся на вторичных местообитаниях, обычно не размножаются, и впоследствии часто исчезают, например Sisymbrium altissimum, S. officinale. Колонофиты - встречаются только в местах заноса и возобновляются, например, Berberis vulgaris. Эпекофиты -виды, вошедшие на вторичных местообитаниях в состав растительных сообществ, например Bromus mollis, Amaranthus albus. Агриофиты -адвентивные виды, вошедшие в естественные растительные сообщества, например Centaurea diffusa.

Динамика флоры за 120 лет. История изучения природы Каменной Степи с 1892 по 2012 гг. дала важные флористические сведения в аспекте ее динамики. Количественные показатели выявленных видов растений разными исследователями отражают длительность и особенность временного фактора в истории изучения флоры. Так К.Э. Собеневский (1892) отмечает 113 видов древесных пород, Г.Н. Танфильев (1898) - 195 видов сосудистых растений, А.И. Мальцев (1922) - 555 видов, из них 106 видов древесных пород, Б.А. Келлер (1931) - 149 видов, С.А. Болотов (1940) - 139 древесных растений, Н.С. Камышев (1956) - 46 видов деревьев и кустарников, А.А. Шаповалов (1962) -162 вида деревьев и кустарников, Н.С. Камышев (1971) - 814 видов с критическим анализом. Динамику растительного покрова Каменной Степи заповедных и залежных участков изучала А.И. Пащенко с 1970 г.

Анализ описания травостоя балки Таловая от 20.06.1916 и 29.06.1915 г. (по Б.А. Келлеру, 1931) констатирует существование ковыльной степи с обилием 18% в 1915 г. и 6% в 1916 г. ковыля узколистного, а также высокие процентные показатели покрытия сопутствующих видов злаков, таких как типчак - 4%, келерия - 4%, мятлик узколистный - 4%, костер прямой - 6%,

хотя К. Владимиров (1914) Каменную Степь считал типчаковой, подтверждая анализом весовых показателей образца каждого вида. Иллюстрацией такого описания травостоя служат вертикальные проекции лессинговой ассоциации левого юго-восточного склона б. Арборетумная, выполненные Б.А. Келлером (1931).

Описание травостоя балки Таловая 07-08.07.2004 г. через 78 лет, на местах, указанных Б.А. Келлером, показало изменение не только видового разнообразия, но и количественных его характеристик. Так доминантами стали костер береговой - 8% проективное покрытие (ПП), типчак - 12% ПП, ковыль волосатик — 9% ПП. Совсем исчез ковыль узколистный, увеличилось число двудольных растений, отчего степь приобрела красочный аспект (Рисунок 5, 6).

Произошло увеличение мезоксерофитных видов растений и сокращение ксерофитных. Трудно найти однозначный ответ на вопрос о причинах мезофитизации флоры, но одним из возможных объяснений такого положения является проявление максимума векового гидроклиматического цикла на территории Окско-Донской равнины, который совпадает с таким же циклом Евразии. Изменение режимов природопользования в степной зоне с середины прошлого века привело к перестройке водного режима ландшафтов. Экологическую ситуацию в степной зоне можно рассматривать как гидрогенно дестабилизированную. С этим явлением связан процесс олуговения заповедных степей, в которых расширились площади мезофитных сообществ, где доминируют Bromopsis riparia (Rehm.) Holub, Elytrigia intermedia (Host) Nevski, Vicia tenuifolia Roth и ряд других.

Длительная гидроклиматическая аномалия ярко выражена в Каменной Степи института им. В.В. Докучаева. По данным воднобалансовой станции «Каменная степь» до 80-х годов прошлого века средняя годовая температура составляла 5,4° - 5,8°. За последние 20 лет она возросла до 6,1°, а за 2001-2005г. составила 1,2°, в 2007г достигла отметки 8,3°. Возросли годовые суммы осадков. При норме для Каменной Степи 484 мм в год, за 2001-2005 гг. в среднем выпало 567 мм.

Следовательно, природные и антропогенные процессы способствуют развитию гидроморфизма почв и стали основной причиной трансформации фиторазнообразия степных экосистем.

Конспекты флор Каменной Степи (1067 видов) и Поселка (322 вида) приводятся с многофункциональными анализами и характеристиками морфологических, эколого-фитоценотических, географических, адвентивных и исторических аспектов каждого вида с отражением современного состояния. Конспект флоры Поселка

Рисунок S. Вертикальная проекция ратнотр&вно-кострово-ковыльмой ассоциации лсаого юго-восточного склона балки Арборстумняя в Каменкой Степи. 08.07.2004 г. (Гамаскова Е.С.)Условные обозначения 1 - Euphorbia \trgata. 2 - Astragalus dananlhus. 3 - Artemisia auslnaca. 4 - Stipa capiltala. 5 - Plantago lanctolata. 6 - Ntdtcago lupulina. 7 - Potentilla goldbachii. 8 - Taraiacum serotinum. 9 - Poa angustifolia. 10 -Bromus riparia. 11 - Astragalus austriacus. 12 - EHrigia repens.

Рисунок 6 • Вертикальная проекция разиотравно-тырсовоковмльной ассоциации на левом склоне юго-восточной экспозиции балки Арборстумная в Каменной Степи 07.07.2004 г. (Гамаскова Е.С.). Условные обозначения: 1 -Verbascum Orientale, 2 - Slipa capillata, 3 - Achillea nobilis. 4 - Salvia nutans, 5 -Lolium perenne. 6 - tiromus inerrnis, 7 - Senecio erucifoUus. 8 - Artemisia austriaca. 9 - Festuca sulcaia. 10 - Thymus marschallianus, 11 - Coronila varia, 12 — Beneroa incana.

составлен впервые. Данные флористические сволки могут найти применение при ведении геоэкологического мониторинга, разработки дальнейших оптимальных режимов природопользования территории, а также как справочный материал в научно-историческом плане.

Выявлено 11 видов растений Красной книги РФ: Pinus pallasiana. Iris aphylla. /. pumila. FrilUlaria meUagris, F. ruihenica. Btdbocodium versicolor, Stipa dasyphylla. S. pennata, S. pulclvrrima, Cotoneaster lucidas. Renda maximirwicziana. Из списка растений Красной книги Воронежской области отмечено 35 вила, таких как Adonis wolgensis. Po:entilla pimpinelloides. Iris halophilla. FrilUlaria meleagroides. Pulsatilla patens. Onosma tincloria, Helictotrichon schellianum, Omithogalum fischerianum и другие. Однако такие вилы Красной кннги РФ как. Pinns pallasiana. FrilUlaria meleagris. Cotoneaster lucidas, в ней не числятся.

Для разработки рекомендации по сохранению регионального фиторазнообразия с редкими элементами флоры Каменной Степи необходимо знать фитоненотнческое состояние популяций вила, характеристику условий экотопа и его распространение по территории. Анализ с велении о состоянии популяций редких растений дает возможность рекомендовать режимы природопользования и сулить об их динамике. Наглядное представление о современном распространении охраняемых видов растений в степной балке Таловая в окрестностях поселка Института им. В В. Докучаева показано на Рисунке 7.

Ресурсный потенциал растений Красных книг имеет декоративную и хозяйственную ценность. Еще слабо используется в зеленом строительстве первоцветы как Hulbocodium versicolor. Iris aphylla. FrilUlaria ruihenica и т.л. Многие из растений имеют комплексное применение, например. Amygdalus папа может использоваться как лекарственное. медоносное. эфиро-жиромасличнос. декоративное. Краснвоцветущий весенний первоцвет Pulsatilla patens обладает лекарственными, красильными, ядовитыми свойствами. Богатый ресурсный потенциал имеют лугово-стспные растения, которых насчитывается 620 видов или 58,1% (от обшего числа видов) (Саксонов. 2005; Гусынин, 1962; Лекарственные растения. 1998). Они представлены 19 группами хозяйственной ценности. Наиболее многочисленными по числу видов растений являются группы: лекарственная - 127 видов (11.9%). декоративная - 113 (10.6%). кормовая - 102 (9.6%), ядовитая - 74 (6,94%), медоносная - 64 (6.0%). овошная и пищевая по 64 (6.0%) и т.д.

Высокий спрос на лекарственное сырье, семенной н посадочный материал для озеленения и ландшафтного дизайна, создание кормовой базы в животноводстве, обеспечение потребностей пищевой. ликеро-водочной, хлебопекарной промышленностсй требует соблюдение результативных мероприятий по сохранению регионального фнторазнообразия Каменной Степи с велением экологического мониторинга.

Рисунок 7 - Картосхема распространения редких внлов растений балки Таловой и сопредельных территорий Каченной Степи.

Условные обозначении:

- дороги

пос. им. 12 Декабри-населенный пункт

I - А^трутп Лекпогыт <ВкН. ех Ьгк) $сМ( : 2 - ЛигацЫч ацхг )эсч : 3 - Лы лдаЛп Лнухигкш РаИ . 4 - ЛшакоЫз ¿оНЫюрЬуНш РаИ.. 5 - Аигац^ч раНаели ВкЬ; Ь ■ ЛищсЫм риЫ/Ьюп IX.. 7 • Ллгаца1щ ГгмЫопи РаП.; в - Огтагч т1ецп/о1ш Ь.; 9 • ОмлгАш игпосЫух 1-иг.; 10 - ЕгЫшп пиисим М\ Спг»с1 . II - бШМм ипбпе-агм 12 - СтиЫияпп тмгкт (Ь.) Вот ; I? - 1пз арИуЧа I..; (4 - Ггирмни1а Ь : Ч - Jm^f>fnч тштти Ь.: 16 - ОпНЛо$Лт ЬхНп Рай.: 17 • Раеопш 1гп*ф>1ш Ц; 18 ■ Хпра сарШаГа I.; 19 • й^м Лиу/ЛуЧа <ип<1ет.) Ттйг: 20 • 5йра ргташ Ц; 21 • УгНхисыт рЬогпкгит [_

Выводы

1. Биогеографический подход, как основа теоретического и методического изучения флоры Каменной Степи в историческом, динамическом, современном аспектах, позволил дать оценку структурной организации флор и наметить научно-практические рекомендации сохранения биоразнообразия.

2. Флора Каменной Степи с учетом литературных и архивных сведений насчитывает 1067 видов высших растений из 4 отделов, 103 семейств и 434 родов, что составляет 62,3% от флоры Воронежской области (Камышев, Хмелев, 1976). Систематическая структура флоры характерна для флор Средней европейской части России с ведущими семействами Asteraceae 135 видов (12,7% от общего числа видов флоры), Rosaceae - 91 (8,6%), Роасеае - 80 (7,5%), Fabaceae - 66 (6,2%), Brassicaceae - 48 (4,5%), Lamiaceae - 47 (4,4%) и т. д. Весомая доля в ней принадлежит травянистым поликарпикам - 549 видов (51,4%), среди которых преобладают корневищные - 229 видов (41,8% от числа многолетников), стержнекорневые - 127 вида (23,3%), дерновинные - 43 вида (7,9%) и т. д.

3. Биоморфологическая структура флоры констатирует четкое соответствие экологическим условиям экотопа выделенных жизненных форм и экологических типов, а также подчеркивает сложный путь ее формирования. Отмечается доминирование гемикриптофитов - 399 видов (37,5%), терофитов -258 (24,3%). Среди экологических типов доминирует мезофитная группа - 602 вида (56,63%), среди 11 эколого-фитоценотических групп доминирует степная - 395 видов (37,16%). Такое разнообразие эколого-фитоценотичеких групп в составе флоры указывает на её видовое богатство, обусловленное разнообразием микроклиматических условий экотопов.

4. Ботанико-географическая структура флоры Каменной Степи показывает, что ведущая роль принадлежит евразиатскому - 607 видов (57,1%) и европейскому - 140 видов (13,2%) типам геоэлементов, которые подтверждают её евразиатское происхождение.

Соотношением между синантропофитами - 463 видов (43,4%) и индигенофитами - 488 видов (45,7 %) - установлен индекс синантропизации 0,4, что закономерно для степного типа растительности. Индекс адвентивизации равен 0,4. Адвентивная флора насчитывает 206 видов (19,3%), наибольшее число которых сосредоточено в 11 семействах: Brassicaceae - 25 видов (12,4%) и соответственно далее Asteraceae - 24 видов (11,9%), Rosaceae и Роасеае по 16 видов (7,9%), Chenopodiaceae - 15 видов (7,4%) и т. д. По способу заноса доминируют ксенофиты - 118 видов (11,1%), по степени натурализации -эпекофиты - 98 видов (9,2%). Большую группу адвентивных видов составляют выходцы из Америки - 75 видов (7,0%).

5. Анализ структуры флоры Каменной Степи за 120 лет констатирует лесной тип динамики на заповедной залежи 1882 года и степной тип - на косимых залежах, что объясняется режимами природопользования и изменением гидроморфных условий почвы.

6. Богатое флористическое разнообразие природных степных экосистем Каменной Степи включает 12 видов растений Красной книги РФ и 35 видов

Красной книги Воронежской области. Для их сохранения необходимо обязательное соблюдение рекомендованных режимов природопользования, что обосновано состоянием Ро1емШа гапаШса.

7. Флора 4-х участков поселка Института им. В.В. Докучаева представлена 322 видами из 32 родов, 8 семейств из отдела Magnoliophyta. Порядок расположения ведущих семейств флоры Поселка незначительно нарушает флористический порядок синантропных городов Европы. Биоморфологическая структура флоры подчеркивает наличие монокарпиков -134 (41,6%), что отличает ее от природной флоры и характеризует как флору антропогенных экотопов. Большую долю монокарпиков составляют адвентивные растения - 81 (25,2%), при общей адвентивизации 36,6% и синантропизации - 73,9%. Эти показатели отражают интенсивность и характер действия антропогенного фактора.

8. Ресурсный потенциал флоры Каменной Степи насчитывает 620 видов (58,1% от общего числа видов), распределенных между 19 группами хозяйственной ценности, имеющих народнохозяйственное значение с применением в области медицины, пищевой промышленности, сельского хозяйства, ландшафтного дизайна.

9. Для сохранения степного биоразнообразия рекомендуется проводить лесохозяйственные мероприятия, направленные на регуляцию водного режима почв, изучение современного состояния искусственных водных объектов в целях сокращения их числа, введение режима сенокошения и пастьбы на степных участках балок.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.г.н., профессору Воронежского государственного университета А .Я. Григорьевской, за поддержку, ценные замечания и помощь в работе; директору музея ГНУ Воронежский НИИСХ Россельхозакадемии А.И. Пащенко за консультации при выполнении работы; к.б.н., доценту

H.Ю. Хлызовой за ценные советы при выполнении работы.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

I. Современное состояние Ро1епШ1а ртфте11о1с1е8 (Ковасеае) в Каменной степи (Воронежская область) / А. Я. Григорьевская, Е. С. Гамаскова, А. И. Пащенко, Н. С. Кожухарь // Ботанический журнал. -2009. - Т. 94, № 8. - С. 1248 - 1252.

2. Григорьевская А. Я. Вертикальные проекции как база для оценки степени антропогенной трансформации фитоценозов / А.Я. Григорьевская, Е. С. Гамаскова, А. И. Пащенко // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Биология и экология. — Тверь, 2009. - Вып. 11. - С. 86 - 100.

3. Григорьевская А. Я. Растения Красных книг России и Воронежской области в Каменной степи / А. Я. Григорьевская, Е. С. Гамаскова, А. И. Пащенко // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Биология и экология. - Тверь, 2009. - Вып. 13. - С. 152 - 156.

4. Синантропная флора участков НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева Каменная степь Воронежской области / А.Я. Григорьевская, Е.С. Гамаскова, А.И. Пащенко, С.М. Чернухин // Флора и растительность Центрального Черноземья - 2008: материалы науч. конф. - Курск, 2008. - С. 6 - 13.

5. Григорьевская А.Я. Реставрация природного разнообразия среднерусских водораздельных степей / А.Я. Григорьевская, Е.С. Гамаскова // Степи Северной Евразии: материалы V Междунар. симп. - Оренбург, 2009. - С. 240 - 244.

6. Сохранение редких растений в рефугиумах Каменной степи (Воронежской области) / А. Я. Григорьевская, Е. С. Гамаскова, А. И. Пащенко, Ю. В. Подорожний // Степи Северной Евразии: материалы V Междунар. симп. - Оренбург, 2009. - С. 244 - 246.

7. Григорьевская А. Я. Высотная мезозональность и рефугиумы редких видов растений среднерусских кальцефильных степей / А.Я. Григорьевская, C.B. Федотов, Е.С. Гамаскова // Труды Рязан. отдела Рус. ботан. о-ва. - Вып. 2, ч. 1 : Окская флора: материалы Всерос. школы-семинара по сравнительной флористике, посвящ. 100-летию «Окской флоры» А.Ф. Флерова. - Рязань, 2010. -С. 168-172.

8. Урбанизированная флора участков Каменной степи Воронежской области : к вопросу флористической изученности региона / А.Я. Григорьевская, Е. С. Гамаскова, А.Ц. Пащенко, М.А. Подгорная // Флора и растительность Центрального Черноземья - 2012 : материалы научной конференции (г. Курск, 6 апр. 2012 г.). - Курск: Изд-во КГУ, 2012. - С. 13 - 19.

9. Гамаскова Е.С. Историческая справка о флористических исследованиях в Каменной Степи Воронежской области / Е.С. Гамаскова, А.Я. Григорьевская, М.А. Подгорная // Флора и растительность Центрального Черноземья - 2013: материалы межрегион, науч. конф. (г. Курск, 6 апр. 2013 г.). - Курск, 2013. - С. 8-12.

10. Григорьевская А.Я. Территории особого природоохранного значения Воронежской области / А.Я. Григорьевская, Н.Ю. Хлызова, Е.С. Гамаскова; Инт географии РАН // Изумрудная книга Российской Федерации: территории особого природоохранного значения Европейской России: предложения по выявлению. - Ч. 1. - Москва, 2011-2013. - С. 59 - 66.

Работы M 1 - 3 опубликованы в ведущих рецензируемых изданиях, соответствующих перечню ВАК РФ.

Подписано в печать 14.10.2013. Формат 60х84'/|6 Бумага офсетная № 1. Усл. п. л. 1,44. Тираж 100 экз. Заказ 6813. Отпечатано в ОАО «ИПФ «Воронеж», 394000, г. Воронеж, пр. Революции, 39.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Гамаскова, Екатерина Сергеевна, Воронеж

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

ГАМАСКОВА Екатерина Сергеевна

Биогеографическая оценка структуры и динамики флоры Каменной Степи (Воронежская область)

25.00.23 - физическая география и биогеография, география почв и геохимия

ландшафтов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор Григорьевская Анна Яковлевна

Воронеж 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................4

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ФЛОРЫ КАМЕННОЙ СТЕПИ..................................12

1.1. Биогеографический подход как теоретическая основа изучения флоры..............................................................................12

1.2. Объект, предмет, исходные материалы и методы исследования......14

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ КАМЕННОЙ СТЕПИ................................................................20

2.1 Географическое положение Каменной Степи................................20

2.2 Геологические и геоморфологические особенности территории.........22

2.3 Характеристика климата.........................................................26

2.4 Гидрогеологические и гидрологические условия...........................27

2.5 Почвенный покров.................................................................28

2.6 Растительный и животный мир..................................................33

ГЛАВА 3 ФЛОРИСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В КАМЕННОЙ СТЕПИ....................................................................................35

3.1 Исторический период исследований...........................................35

3.2 Современный период исследований............................................39

ГЛАВА 4 ОЦЕНКА СТРУКТУРЫ И ДИНАМИКИ ФЛОРЫ КАМЕННОЙ СТЕПИ................................................................41

4.1 Систематическая структура флоры.............................................41

4.2 Эколого-морфологическая структура флоры.................................53

4.3 Эколого-фитоценотическая структура флоры................................61

4.4 Географическая структура флоры..............................................67

4.5 Адвентивизация природной флоры.............................................73

4.6 Динамика флоры Каменной Степи за 120 лет................................87

4.7 Редкие растения и их охрана.....................................................93

ГЛАВА 5 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И СТРУКТУРА ФЛОРЫ ЧЕТЫРЕХ УЧАСТКОВ ПОСЕЛКА ИНСТИТУТА ИМ. В.В.ДОКУЧАЕВА (КАМЕННАЯ СТЕПЬ)....................................106

5.1 Таксономическая структура флоры...........................................106

5.2 Биоморфологическая структура флоры......................................109

5.3 Эколого-фитоценотическая структура флоры..............................111

5.4 Ботанико-географическая структура флоры.................................119

5.5 Синантропизация и адвентивизация флоры.................................123

5.6 Редкие виды растений поселка Института им. В.В. Докучаева.........125

ГЛАВА 6 РЕСУРСНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ФЛОРЫ КАМЕННОЙ СТЕПИ, РАЦОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА...........127

6.1 Ресурсный потенциал редких растений Каменной Степи................127

6.2 Ресурсный потенциал флоры Каменной Степи.............................129

ВЫВОДЫ..............................................................................148

ЛИТЕРАТУРА........................................................................151

Приложение 1 Конспект флоры Каменной Степи..............................171

Приложение 2 Конспект флоры поселка Института им. В.В. Докучаева (Каменная Степь)......................................................................282

Введение

Актуальность темы

Флора как основной компонент экосистем биосферы приобретает огромное значение в проблеме сохранения биоразнообразия. Стратегию сохранения биоразнообразия приняли такие международные программы, как Diversitas (1991), Конвенция по сохранению биоразнообразия (Рио-де-Жанейро, 1992), Конференция Сторон Конвенции о биоразнообразии в 2002 г., Программа формирования Изумрудной сети в Восточной Европе и России по сохранению дикой природы и естественной среды обитания от 30 ноября 2012 г. и ряд других документов.

Важность флористических исследований обосновывается большим научным и практическим значениями, которые лежат в основе составления кадастров, Красных, Зеленых и Черных книг, формирования сетей ООПТ, воздействия адвентивной флоры на природную среду, унификацию растительного покрова, сохранения редких видов растений. Региональный уровень познания флоры (Smart, 2002) необходим для многостороннего анализа, районирования, рационального природопользования, антропогенной трансформации экосистем, разработки мер по охране окружающей среды, экономического развития региона и ряда других направлений.

Учитывая важность проблемы сохранения биоразнообразия как основного компонента Биосферы на всех уровнях ее организации, нами с 2004 по 2012 гг. велась работа по изучению региональной флоры Каменной Степи, как уникального степного памятника природы, включенного в Изумрудную сеть Восточной Европы и России.

литературной сводке о природе Каменной Степи имеются неполные сведения о флоре и отсутствует анализ ее структуры. В связи с этим выявление антропотолерантных, биоэкологических, географических, динамических особенностей структуры флоры на научной основе является важным для сохранения биоразнообразия, геоэкологического мониторинга, оптимизации природопользования и устойчивого развития региона, что обосновывает актуальность темы исследования.

Флористические исследования последних 120 лет тесно связаны с историей становления Каменной Степи.

История Каменной Степи как агроэкологического научно-исследовательского полигона начинается с 1892 года. Катастрофические засухи 1891-1892 гг. привели к колоссальным человеческим потерям от голода и обнищания. Негативный пресс от неэффективных систем землепользования на плодородных степных черноземах России стал причиной повторяющихся засух. После многократных ходатайств В.В. Докучаева Лесной департамент Министерства земледелия и государственных имуществ 22 мая 1892 г. организовал Особую экспедицию «по испытанию и учету различных способов и приемов лесного и водного хозяйства в степях России» (Каменная степь ..., 1992, с. 3). Все исследования и опыты на экспериментальных степных участках сводились к попытке восстановления функций черноземных степей. Причины засух и научно-обоснованный подход борьбы с ними были изложены в книге «Наши степи прежде и теперь» (Докучаев, 1892).

По мере проведения успешных исследовательских и практических работ нескольких поколений ученых на территории опытного участка «Каменная Степь» появились: 1 - метеорологические станции (1892-1898 гг.), 2 - Каменно-степное опытное лесничество (1899 г.), 3 -сельскохозяйственная опытная станция (1911 г.), впоследствии преобразованная в Центрально-Черноземный селекционный центр (1932 г.), который также был реорганизован в Институт земледелия Центрально-

Черноземной полосы им. В.В Докучаева (1946 г.), по прошествии лет переименованный в Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы (НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева) (1998 г.). В 2012 г. он переименован в Государственное научное учреждение Воронежский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им. В.В. Докучаева Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ Воронежский НИИСХ Россельхозакадемии). К работе были привлечены видные ученые того времени: К.Э. Собеневский, К.Д. Глинка, И.М. Сибирцев, В. Дейч, П.В. Отоцкий, Г.Н. Высоцкий, Г.Н. Танфильев. В последние годы работали флористы Н.Ф. Комаров, Б.А. Келлер, Н.С. Камышев, Т.П. Попов. Надо отметить преданность своему делу ученых, которые в тяжелые годы Первой мировой, Гражданской и Великой Отечественной войн не прекращали своей работы, несмотря на сложные условия жизни.

После засухи 1946 года и голода 1947 года Совет Министров СССР и ЦК ВКП(б) 20 октября 1948 г. приняли постановление «О плане полезащитных лесонасаждений, внедрения травопольных севооборотов, строительства прудов и водоемов для обеспечения высоких устойчивых урожаев в степных и лесостепных районах Европейской части СССР» (Крупенковы, 1950). Эти лесомелиоративные и агротехнические мероприятия, опробированные в Каменной Степи, получили широкое применение в стране, за рубежом и используются по сей день.

На территории ГНУ Воронежский НИИСХ Россельхозакадемии был создан Государственный природный заказник федерального подчинения «Каменная Степь» Постановлением Правительства РФ № 639 от 25 мая 1996 года «Об учреждении государственного природного заказника «Каменная Степь» Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ» (сайт Ьа\¥пих Бизнес и власть). Заказник расположен в Таловском районе Воронежской области на водоразделе бассейнов рек Битюг и Хопре. Площадь 5232 га.

Поставлены и решены следующие задачи:

6. Определен ресурсный потенциал флоры Каменной Степи с рекомендациями по оптимизации степных ландшафтов.

Материалы и методы исследований.

Основу работы составляют материалы автора, собранные в течение 9 лет полевых исследований (2004-2012 гг.) антропогенных ландшафтов Каменной Степи.

Теоретической и методической основой исследований флоры Каменной Степи послужили работы ученых в области географии, геоэкологии, природопользования, ботаники, фитоценологии, картографии К.Э. Собеневского (1892), Г.Н. Танфильева (1898), Г.Н. Высоцкого (1960), К. Владимирова (1914), А.И. Мальцева (1922-1923), Б.А. Келлера (1931), С.Н. Болотова (1940), A.A. Шаповалова (1930, 1969), Н.С. Камышева (1935, 1948, 1953 а, б, в, 1956, 1958, 1959, 1971, 1976), Н.Ф. Комарова (1951), А.И. Пащенко (1992), Т.И. Казанцевой и др. (2002, 2003, 2008, 2011), Л.П. Паршутиной (1998, 2000, 2012 а, б) и др., которые охватывают длительный период.

На всех этапах работы использовались методы: историко-архивный, статистический, сравнительный, картографический, прогнозно-оценочный, экологический, маршрутный, классификационный, метод зарисовки вертикальных проекций, компьютерных технологий.

Сбор и обработка гербарных образцов выполнялась по методикам: А.К. Скворцова (1977), В.Н. Павлова, A.B. Барсуковой (1976), Н.С. Лазарева, A.C. Богомолова (1996), Гербарное дело ..., (1995), Определение..., (1991), Методическое пособие..., (2001).

Реализация практических вопросов осуществляется через разработанные подходы, принципы, методические приемы, биогеографические закономерности по программе гранта РФФИ № 12-05-00139-а за 2012-2014 гг.

Научная новизна и теоретическая значимость: - Впервые составлен аннотированный критический конспект флоры Каменной Степи, включающий 1067 видов высших сосудистых

растений из 4 отделов, 103 семейств, 434 родов, с учетом ее динамики. Подтверждено произрастание в настоящее время 971 вида.

- Показана роль биогеографической оценки в исследовании антропогенной трансформации флоры для решения широкого круга прикладных задач с целью геоэкологического обустройства региона.

- Дана оценка динамики флоры за 120 лет и на основе метода анализа ее структуры установлено протекание в настоящее время процесса мезофитизации.

- Выявлена впервые флора Поселка, и составлен конспект, включающий 322 вида высших сосудистых растений из 1 отдела, 51 семейства, 223 родов, с определением основных закономерностей и направленности процессов формирования, отображающих связь биоты с экологическими условиями биотопа. Показана схожесть процессов формирования флоры городов и поселков и выявлены различия, которые определяются степенью нарушенное™ территории под действием антропогеогенеза.

- Проведен многофункциональный анализ структуры флоры Каменной Степи. Отмечено появление 19 видов, исчезновение 80 видов, среди которых Paeonia tanuifolia, Stipa ucrainica являются видами Красной книги РФ. Выявлено современное состояние 12 растений Красной книги РФ и 35 - Красной книги Воронежской области с нанесением местонахождений некоторых из них на картографическую основу и рекомендациями по сохранению.

Практическая значимость. Полученные современные сведения о флоре Каменной Степи использованы для публикации международных монографических справочных изданий Atlas Florae Europae. Fask 15-2010; 10-е издание «Флора ...» (Маевский, 2006). Они учтены в Красной книге РФ (2008), Красной книге Воронежской области (2011) и Изумрудной книге Российской Федерации (2011-2013). Материалы диссертации составляют основу мониторинга флоры Каменной Степи, использованы в главе «Характеристика Среднерусской возвышенности» учебного пособия «Биогеография» (2012) для студентов высших учебных заведений России. За период изучения флоры Каменной Степи автором собрано 1200 гербарных листов, которые хранятся в гербариях VORG и ГНУ Воронежский НИИСХ Россельхозакадемии, служат справочным материалом и используются в учебном, научном процессах.

Личный вклад автора. Полученные автром оригинальные сведения в течение 9-летних исследований отражают современное состояние флоры Каменной Степи. Работа выполнялась в рамках исследования по программе гранта РФФИ № 12-05-00139-а за 2012-2014гг. Постановка и обоснование цели, задач, обобщение и интерпретация данных, выбор методов полевых и камеральных исследований выполнены автором. Достоверность подтверждена публикациями.

Апробация исследований. Материалы основных положений работы докладывались на международном симпозиуме «Степи северной Евразии» (Оренбург, 2009); международных конференциях «Флора и растительность Центрального Черноземья - 2008-2009, 2013 гг.» (Курск, 2008, 2009, 2013); Всероссийской школы-семинара по сравнительной

флористике, посвященной 100-летию «Окской флоры А.Ф. Флерова» (Рязань, 2010); научных конференциях факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского государственного университета (Воронеж, 2005, 2007-2012).

Положения, выносимые на защиту.

2. Результаты критического многостороннего анализа флоры Каменной Степи как основа выявления ее динамики и разработки принципов долгосрочного мониторинга. Степень синантропизации и адвентивизации выявленных флор Каменной Степи, с учетом динамики за 120 лет, как отражение состояния экосистем разных режимов природопользования и основа прогноза внедрения инвазий в экосистемы.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 3 в рецензируемых изданиях из списка ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, библиографического списка и 2 приложений. Основное содержание диссертации изложено на 170 страницах текста, содержит 21 рисунок и 26 таблиц. Список цитированной литературы включает 161 наименований, из них 21 - на иностранных языках. Приложения занимают 137 страниц. Приложение 1 Конспект флоры Каменной Степи. Приложение 2 Конспект

Информация о работе

Гамаскова, Екатерина Сергеевна
кандидата географических наук
Воронеж, 2013
ВАК 25.00.23

Диссертация

Биогеографическая оценка структуры и динамики флоры Каменной Степи - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы