Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Водно-прибрежная флора Среднеамурской низменности

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Крюкова, Мария Викторовна, Хабаровск

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Институт водных и экологических проблем

На правах рукописи

Крюкова Мария Викторовна

ВОДНО-ПРИБРЕЖНАЯ ФЛОРА СРЕДНЕАМУРСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

03.00.05 - ботаника

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

и*/

Научный руководитель: д.б.н., проф. Шлотгауэр С.Д.

Хабаровск 1999

-2-

Содержание

Введение....................................................................................................................................................................................3

Глава 1. История исследований растительного покрова водоемов......................................13

Глава 2. Физико-географическая характеристика района исследований....................................................................................................................................................................17

2.1. Геологическое строение и рельеф....................................................................................17

2.2. Речная сеть и водоемы................................................................................................................20

2.3. Климат........................................................................................................................................................25

2.4. Растительный покров и почвы........................................................................29

2.5. Краткий очерк развития флоры и растительности Среднеамур-ской низменности........................................................................................................................................32

Глава 3. Конспект водно-прибрежной флоры........................................................................................36

Глава 4. Анализ водно-прибрежной флоры Среднеамурской низменности.............................................................................................................79

4.1. Таксономический анализ........................................................................................................80

4.2. Географический анализ..............................................................................................................103

4.3. Эколого-ценотический анализ..........................................................................................110

Глава 5. Современное состояние водно-прибрежной флоры..................................................127

5.1. Тенденции изменения флоры водоемов Среднеамурской низменности в связи с хозяйственным освоением........................................................................128

5.2. Водно-прибрежные растения как индикаторы состояния водоемов......................................................................................................................................................................135

5.3. Редкие растения водно-прибрежной флоры..........................................................138

5.4. Тактика и стратегия охраны водных экосистем Среднеамурской низменности....................................................................................................................................................142

Выводы......................................................................................................................................................................................150

Литература..............................................................................................................................................................................153

Приложение............................................................................................................................................................................171

-3 -Введение

Актуальность темы исследований

На II (X) съезде Русского ботанического общества А.И. Кузьмичев (1998), раскрывая актуальные проблемы гидроботаники в настоящий период, выделил следующие перспективные направления научных исследований: география и типология растительности водоемов, ценотическая структура прибрежно-водной и водной растительности, ее динамика, классификация, экология растений, выяснение их адаптационных возможностей в связи с ускоренным переходом водоемов на более высокие трофические уровни из-за антропогенного пресса, их продуктивность. Решение части этих направлений осуществлено в настоящей работе для регионального уровня на примере Среднеамурской низменности.

Среднеамурская низменность расположена на стыке двух областей - Циркумбо-реальной и Восточноазитской Голарктического царства (Тахтаджян, 1978). Своеобразие этой территории заключается в повышенном богатстве и разнообразии реликтовых таксонов флоры Юго-Восточной Азии, находящихся здесь на северовосточном пределе распространения. Существованию их на этой территории способствуют р. Амур и ее крупные притоки - реки Уссури, Сунгари, Тунгуска, служащие своеобразным каналом для миграции видов, благоприятный комплекс природно-климатических условий в ее южной части.

Изучение флоры водоемов Среднеамурской низменности необходимо для понимания закономерностей формирования и функционирования водных экосистем и прогнозирования их динамики в ходе хозяйственного освоения. Эти сведения являются основой дальнейших исследований биоценологических, биогеографических, экологических особенностей водно-прибрежных растений, что особенно актуально в связи с перспективами их хозяйственного использования. Высшие прибрежно-водные и водные растения, являясь одним из основных компонентов водных экосистем, находят применение в рыборазводных и охотничьих промысловых хозяйствах. Немало среди них ценных лекарственных, пищевых, кормовых и декоративных видов. Перспективы применения прибрежно-водных и водных растений связываются с оценкой степени антропогенной трансформации водоемов, очисткой сточных вод.

Водные и прибрежные растения способны к накоплению и трансформации многих веществ сточных вод, конечных продуктов распада органических соединений, тяжелых металлов, радионуклеидов и т.д.

Вместе с тем, необходимо отметить, что, несмотря на более чем 100-летний период изучения растительного покрова бассейна р. Амур, водно-прибрежные растения почти не привлекали внимание исследователей. В общей структуре растительного покрова прибрежно-водная и водная растительность оказалась как бы на периферии внимания исследователей и ею глубоко, за немногими исключениями, не занимались. Исследования, проводимые в 60-70 годы, не были систематическими, полученные данные не были обобщены. В настоящий момент сведений о гидрофильной флоре водоемов Приамурья недостаточно: отсутствуют опубликованные сводки о видовом составе прибрежно-водных и водных растений, их экологических особенностях, сведения о современном состоянии растительного покрова водоемов, динамике популяций прибрежно-водных и водных растений в связи с антропогенным воздействием на экосистемы. Между тем, антропогенный пресс максимально проявился на Среднеамурской низменности и привел к трансформации водных экосистем, исчезновению из их состава уникальных редких реликтовых видов, сокращению численности декоративных, пищевых и лекарственных видов флоры водоемов.

Цель и задачи исследования

Целью наших исследований является выявление особенностей типологической структуры водно-прибрежной флоры для оценки степени ее антропогенной трансформации и разработки рекомендаций по охране.

При этом решались следующие задачи:

1. Исследовать флористический состав прибрежно-водных и водных растений.

2. Выявить таксономические, биохорологические, эколого-ценотические особенности флоры водоемов.

3. Оценить современное состояние водно-прибрежной флоры, выявить тенденции ее изменения при различных типах природопользования.

4. Разработать ранжирование видов растений по степени уязвимости к антропогенному фактору.

-55. Выявить перечень редких видов прибрежно-водных и водных растений и разработать рекомендации по их охране.

Научная новизна

Впервые для водоемов Среднеамурской низменности составлен полный список прибрежно-водных и водных растений, включающий 343 вида из 150 родов и 58 семейств. Создан банк данных водно-прибрежной флоры территории исследований. Изучена типологическая структура водно-прибрежной флоры с применением метода парциальных флор.

Впервые выявлено 6 видов растений, ранее не указывавшихся для района работ; 3 вида новых для флоры поймы р. Амур, 2 вида ранее приводившихся только для южной части Среднеамурской низменности. Обнаружены новые местонахождения 18 видов редких растений.

Выявлены закономерности эколого-географической структуры водно-прибрежной флоры. Выделены 4 флористических подрайона.

Проанализировано современное состояние водно-прибрежной флоры, выявлены особенности ее трансформации под влиянием различных типов природопользования.

Выделена группа редких и исчезающих видов водоемов Среднеамурской низменности, насчитывающая 26 видов, намечены конкретные рекомендации по формированию системы охраняемых природных территорий и щадящих режимов природопользования для сохранения уникальных растительных сообществ.

Практическая значимость

Изучена водно-прибрежная флора одной из крупнейших низменностей бассейна р. Амур.

Составленный банк данных и сведения по биоиндикационным особенностям флоры являются основой для оценки и мониторинга качества водной среды.

Выявленные особенности антропогенной динамики растительного покрова водоемов дали возможность прогнозировать его дальнейшее развитие при освоении региона. Они могут быть использованы при разработке конкретных мероприятий по восстановлению и охране редких видов растений. Эти рекомендации были учтены при обосновании некоторых охраняемых природных территорий, создаваемых в Ха-

баровском крае - Чукенского, Матайского заказников, Болоньского государственного природного заповедника и ряда памятников природы. Рекомендованы территории под создание 2 ботанических заказников и 8 памятников природы.

Выявленный список редких и исчезающих видов растений, сведения по их экологии, лимитирующих факторах реализованы при подготовке Красной книги Хабаровского края. Сведения по хорологии использовались при составлении карт ареалов редких растений водно-прибрежной флоры в этой же сводке, а также в монографической работе "Территория: проблемы экологической стабильности (Амурский район в аспекте эколого-географической экспертизы)" (1998). Некоторые положения диссертации были учтены при разработке методических рекомендаций по проведению ботанических экскурсий для школьников и студентов биологических факультетов высших учебных заведений.

Апробация работы

Основные положения работы представлялись на Ученом Совете Института водных и экологических проблем ДВО РАН, на заседаниях Хабаровского отделения Российского ботанического общества, на расширенном заседании лаборатории высших растений БПИ (Владивосток), на региональной конференции молодых ученых (Владивосток, 1997), Гродековских чтениях, посвященных 100-летию открытия Хабаровского краеведческого музея им. Н.И. Гродекова (Хабаровск, 1996).

Публикации

Результаты исследований изложены в 11 опубликованных работах, в том числе раздел в коллективной монографии, 1 справочно-информационное издание (препринт).

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литература и приложения. Общий объем работы 178 страниц, включая 6 карт-схем, 6 рисунков и 9 таблиц. Список литературы содержит 254 наименования, в том числе 17 - на иностранных языках. В Приложении на 8 страницах приведены 16 карт-схем распространения

редких, эндемичных видов растений прибрежно-водной флоры, а также находящихся на Среднеамурской низменности на границе ареала.

Материал и методика

Объектом исследований является флора высших водно-прибрежных растений Среднеамурской низменности. В выделении комплекса видов, принадлежащих к флоре водоемов, существуют определенные сложности, связанные с постепенностью переходов одной экологической группы растений в другие: от настоящих водных растений к воздушно-водным, водно-болотным, далее к растениям влажных местообитаний и, наконец, к сухопутным. Усложняет ситуацию высокий полиморфизм ряда высших водных растений, который позволяет им часто занимать разные экологические зоны в водоеме. В связи с этим в литературе отсутствует единое толкование и четкое определение объема произрастающих в воде растений.

Существует большое количество классификаций растений водоемов в зависимости от их отношения к фактору увлажнения и по степени приспособленности к жизни в водной среде. Еще в Древней Греции ученые-натуралисты пытались разделить водные растения на группы по степени их приспособленности к жизни в водной среде. Так, ученик Аристотеля Теофраст Эрезосский по внешнему виду подразделял растения на собственно водные (ehydra), прибрежные (käthydra), болотные (heleia) и амфибийные (Кокин, 1982). В отечественной литературе первую классификацию мы находим в работе К. Ламперта (1900), посвященной жизни пресных вод. Он подразделяет водные растения на три группы: 1) растения с листьями, погруженными в воду, или подводные растения; 2) растения с листьями, плавающими на поверхности воды - плавающие растения; 3) растения со стеблями и листьями, частично погруженными в воду и частично выставляющимися из воды на воздух. Все дальнейшие варианты классификации растений водоемов в том или ином виде включают в себя эти группы (Варминг, 1901; Раменский, 1909; Федченко, 1925, 1949; Лепилова, 1934; Weaver, Clements, 1938; Шенников, 1950; Богдановская-Гиенэф, 1974; Распопов, 1978, 1985; Белавская, 1979, 1994; Катанская, 1981; Кокин, 1982; Папченков, 1985 и др.). Разнообразие и большое количество этих классификацией связаны с их детали-

зацией, а также с различиями в используемой терминологии и в представлениях об объеме понятия "водные растения".

Под водными и прибрежно-водными растениями мы понимаем высшие травянистые и древесные растения, способные нормально расти и развиваться в условиях воды и водопокрытого грунта. Взяв за основу принципы А.П. Щербакова и В.Н. Тихомирова (1994) нами выделены виды "водного ядра" флоры и околоводные. Первая группа представлена гидрофитами, гелофитами и гигрогелофитами. Вторая объединяет значительную часть гигрофитов и наиболее гидрофильных представителей типологических комплексов пратомезогигрофитона, псаммомезогигрофитона и палюдофитона.

Рассматривая их размещение в водоемах, необходимо отметить, что водные и воздушно-водные растения занимают пространство от уреза воды до глубин 3-3,5 м, включающее побережье, которое обычно лежит под поверхностью воды и береговую отмель, называемые литоральной зоной (рис. 1) (Распопов, 1985). Прибрежно-водные растения приурочены к сырым и периодически затопляемым частям побережья выше уреза воды, которые подразделяются в свою очередь, на периодически обсыхающую зону затопления и на зону прибоя и заплеска, орошаемую брызгами воды (Раменский, 1971). Зоны затопления покрываются водой во время подъема уровня воды во время весеннего половодья и летне-осенних паводков. В ее пределах условия меняются постепенно - от низших точек, почти все время находящихся под водой, до высших, затопляемых редко и ненадолго. Эта смена условий хорошо отражается растительным покровом, образованным комплексом растений водных (переносящих временное обсыхание), воздушно-водных и наземных.

В основу настоящей работы легли собственные наблюдения и сборы, полученные в течение 5 полевых сезонов 1993-1998 гг. (рис. 2). Время полевых работ совпадало с периодом наиболее низкого уровня воды (конец июня - август). Дополнительно использовались материалы гербария БПИ ДВО РАН, Института водных и экологических проблем ДВО РАН, Хабаровского педагогического университета, а также коллекции ряда ботаников, работавших на этой территории.

В процессе работы были проведены детальные маршрутные полевые исследования по общепринятым методикам геоботанических исследований, разработанных Л.Г. Раменским (1909), Т.К. Лепиловой (1934), H.H. Воронихиным (1953), И.Д. Бог-

Обрыв

Побережье

Береговая отмель

Откос

Отмель размыва

Отмель намыва

Высокая Низкая

вода вода

Рис. 1. Схема расчленения береговой области озерной котловины

(по Чеботареву, 1975)

Парциальные флоры:

1 - Бикин, 2 - Шереметьево,

3 - Кия, 4 - Чирки, 5 - Кабельный,

6 - Хабаровск, 7 - Тунгуска,

8 - Джермень, 9 - Петропавловское,

10 - Актар, 11 - Гасси, 12 - Эморон,

13 - Болонь, 14 - Калтахэвэн,

15 - Падали, 16 - Хумми, 17 - Мылки,

18 - Приамурское, 19 - Вира,

20 - Биджан

Дороги

Железные дороги Города Маршруты Парциальные флоры

Рис.2. Карта-схема основных маршрутов автора

дановской-Гиенэф (1974), В.М. Катанской (1981), К.А. Кокиным (1982) и др. В результате сборов был получен гербарный материал, который в совокупности с дневниковыми записками послужил основой для составления списка растений и дальнейшего его анализа.

В ходе исследований были изучены состав и структура современной флоры водоемов, особенности пространственного распределения прибрежно-водных и водных растений, экологические особенности видов, их современное состояние. Для осуществления поставленных задач с помощью стандартных статистических методов сравнительной флористики была проанализирована выборка, включающая 131 вид сосудистых растений "водного ядра" флоры. В нее полностью вошли гидрофиты, гелофиты, значительная часть гигрогелофитов. Анализ околоводных растений являлся вспомогательным звеном, способствующим уточнению некоторых закономерностей формирования и развития флоры водоемов. Данная выборка обсуждается как система парциальных флор (ПФ).

Метод ПФ в научный обиход вошел недавно в связи с развитием идей и представ�