Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биоразнообразие пойменных лесов среднего течения реки Хопер

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Биоразнообразие пойменных лесов среднего течения реки Хопер"

На правах рукописи

Вишневская Анна Алексеевна

БИОРАЗНООБРАЗИЕ ПОЙМЕННЫХ ЛЕСОВ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ ХОНЕР (САРАТОВСКАЯ ОБЛАСТЬ)

Специальность 03.00.16 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

БРЯНСК - 2007

Работа выполнена на кафедре биологии и экологии Балашовского филиала Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского

Научные руководители: доктор биологических наук,

профессор Любимов Валерий Борисович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Андросов Геннадий Константинович

кандидат биологических наук,

доцент Панасенко Николай Николаевич

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Саратовский государственный

аграрный университет им. Н. И. Вавилова»

Защита диссертации состоится «¿8 »М&рТа 2007 г. в часов на заседании диссертационного совета К 212.020.01 в Брянском государственном университете им. академика И. Г. Петровского по адресу: 241036, г. Брянск, ул. Бежицкая, 14. Телефон (4832) 66 - 65 - 38. Факс (4832) 66 - 63 - 53. E-mail: bryanskgu@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского государственного университета им. академика И. Г. Петровского

Автореферат разослан « HQ »(bipbgA-P 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент Э. М. Всличкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Изучение биоразнообразия - одна из основных проблем современной экологии. Изменение флористического разнообразия на фоне антропогенного стресса в пойменных лесах среднего течения Хопра не достаточно изучены, что и определяет актуальность темы диссертации. Работа выполнялась в соответствии с темой научно-исследовательской работы кафедры биологии и экологии БФСГУ им. Н.Г. Чернышевского «Биоразнообразие и состояние экосистем Прихоперья». Научные исследования осуществлялись в период с 2000 г. по 2006 г. в пойменных лесах Прихоперья на территории среднего течения р. Хопер.

Цель и задачи исследований. Целью исследования является изучение современного состояния лесных экосистем среднего течения р. Хопер и разработка рекомендаций по их сохранению.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи: изучение биоразнообразия в пойменных лесах на разных уровнях (альфа- и бета-разнообразие); анализ эколого-ценотического состава лесных экосистем; выявление редких и находящиеся под угрозой исчезновения видов растений; выявление адвентивных видов растений и выяснение степени их распространения; анализ онтогенетического состава ценопопуляций основных лесообразователей лесов; фитоиндикация экологического режима; определение механизмов поддержания биоразнообразия в лесных экосистемах; разработка научно обоснованных рекомендаций по улучшению состояния пойменных лесов Прихоперья.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о современном состоянии пойменных лесов, выявить причины их нарушений и разработать рекомендации по сохранению, восстановлению, улучшению состояния и биоразнообразия пойменных лесов региона.

Научная новизна. Для лесов Прихоперья значительно уточнен флористический состав растений, насчитывающий 348 видов. Проведено их распределение по элементам ландшафта. Выявлено 13 основных групп фаций. Дан анализ соотношению жизненных форм флоры пойменных лесов. Проведен онтогенетический анализ основных лесообразующих пород. Изучено альфа- и бета-разнообразие. Выявлено 20 редких, 12 охраняемых, 20 адвентивных видов. Составлен эколого-ценотический спектр для сообществ и территории исследования в целом. Проведена фитоиндикация экологического режима по шкалам Г. Элленберга. Проанализировано его влияние на видовую насыщенность фитоценозов. Составлен прогноз развития пойменных лесов Прихоперья. Разработаны рекомендации для восстановления биоразнообразия в лесных фитоценозах.

Практическая значимость и внедрение результатов исследований. Результаты исследований могут быть использованы для проведения мониторинга и природоохранных мероприятий, направленных на восстановление и сохранение биоразнообразия лесов. Материалы диссертации используются в научно-исследовательской деятельности и учебном процессе на кафедре биологии и экологии БФСГУ им. Н.Г. Чернышевского. Разработанные рекомендации, направленные на улучшение состояния лесных экосистем, переданы для практического использования в Балашовский, Аркадакский и Романовский лесхозы Саратовского управления лесами.

Достоверность результатов и выводов подтверждается значительным объемом материала, собранного в течение шести лет апробированными методами, его обработкой и анализом с применением компьютерной программы Microsoft Excel 2000.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1 Ботанико-географический анализ пойменных лесов Прихоперья.

2 Альфа- и бета-разнообразие пойменных лесов.

3 Демографический анализ основных лесообразователей в пойменных лесах.

4 Фитоиндикация экологического режима в пойменных лесах Прихоперья и его влияние на видовую насыщенность.

Апробация работы. Результаты исследований ежегодно докладывались на конференциях молодых ученых и аспирантов в БФ СГУ им. Н.Г. Чернышевского (2001-2006); на Международной конференции по проблемам в области экологии в Белгородском государственном технологическом университете (2004); на научно-практической конференции в Пензенской государственной сельскохозяйственной академии (2004); на Международной научно-практической конференции «Наука и образование на службе лесного комплекса» в Воронежской государственной лесотехнической академии (2005); в Саратовской Сельскохозяйственной академии км. Н.И. Вавилова (2006).

Личный вклад автора. Диссертация является результатом многолетних (2000-2006 гг.), комплексных исследований, выполненных лично соискателем. Автором диссертации самостоятельно разработана программа исследований; заложены пробные площадки и осуществлено их геоботаническое описание; проведена обработка собранного материала, обоснованы теоретические положения диссертационной работы, выводы и рекомендации. Опубликованные работы написаны лично соискателем или при непосредственном его участии.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из общей характеристики работы, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложения. Объем работы составляет 166 страниц компьютерного текста, включает 14 таблиц, 28 рисунков. В списке литературы - 305 источников, в том числе 25 на иностранных языках. В Приложении содержится 3 рисунка, 16 таблиц, описание почвенных разрезов в пойменных лесах Прихоперья и аннотированный список видового состава флоры пойменных лесов Прихоперья.

Автор глубоко признательна своим учителям: доктору биологических наук, профессору, В.Б. Любимову, доктору биологических наук, профессору, А.Д. Булохову, кандидату биологических наук, А.И. Золотухину, кандидату биологических наук J1.H. Анищенко за ценные советы при выборе научного направления исследований, помощь в оформлении диссертации и поддержку.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ

Приводится обзор источников по проблеме сохранения и восстановления, методике изучения биоразнообразия и механизмах его поддержания (Чернов, 1991; Конвенция, 1992; Евстигнеев, 1999, 2001; Евстигнеев, Короткое, Беляков, 1999; Столяров, 1999; Пузаченко, 1999; Миркин, 2000, 2004; Смирнова, Заугольнова, Ханина, 2000; Торопова, 2001; Волков, 2002; Горчаковский, 2002; Чистякова,

Леонова, 2003; Булохов, 2004; Ибрагимов, 2004). Проанализирована литература посвященная изучению лесных экосистем, в том числе и пойменных, з лесной, лесостепной и степной зонах (Бельгард, 1950, 1971; Основы лесной биоценологии, 1964; Дылис, 1969; Трус, 1990; Данилов, 1992; Попадюк, Чистяхова, Чумаченко, 1994; Суховольский, Бузыкин, 1997; Коротков, 1999; Попадюк, Прудников, Морозов, 1999; Попадюк, Смирнова, Заугольнова, 1999; Заугольнова. Платонова, 2001; Ширина, Кирина, Казарцева, 2002; Булохов, 2003, 2004: Невидомов, 2003). Приведены результаты исследований по изучению флоры пойменных лесов Прихоперья, в расположенных на территории Саратовской, Воронежской областей (Смирнова, 1940; Протоклитова, 1971; Буховец, Лукьянец, 1976; Цвелев, 1988; Лебедев, 1990; Титов, Печенюк, 1991; Чураков, 1992; Майоров, 1993; Кабанов, 1993; Еленевский, Радыгина, Буланый, 2000,2001; Золотухин 2001). Анализ изученных литературных источников позволяет сделать заключение об актуальности исследований в области изучения вопросов, связанных с ухудшением состояния пойменных экосистем Прихоперья Саратовской области, о необходимости разработки мер, направленных на улучшения их состояния и восстановление естественного биоразнообразия.

2 ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

Среднее течение реки Хопер располагается, в основном, на территории правобережья Волги Саратовской области. В пределах области длина реки 290 км. Долина р. Хопер располагается в Окско-Донской низменности, которая характеризуется плоскоравнинным рельефом с абсолютными отметками 120-180 м (на юге до 55 м), с небольшим уклоном с севера на юг. Средняя высота междуречий достигает 160-190 м. Эта территория сложена из молоди* суглинистых и песчаных пород, перекрытых моренами с валунами (Воскресенский, Демин, Макарцева, 1997). Пойма реки имеет ширину до 5 км с уклоном от 0,2 до 0,5 м. Это граница лесостепной и степной зоны. Климат засушливый и умеренно континентальный. Продолжительность вегетативного периода в среднем составляет 168 дней. Количество осадков в районе Правобережья — 452 мм в год. Средняя температура июля - +20,9°С, января - -11°С. Пойменные леса располагаются на дерново-лесных; пойменно-лесных светло-серых, серых и темно-серых, пойменных лугово-лесных; пойменно-лесных серых осолодело-солонцеватых; пойменных лугово-лесных, сильно оглеенных почвах (Свиридова, Удодова, 1976; Болдырев, 2005; Овчаренко, 2005).

3 ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Объекты исследований. Объектами исследований явились пойменные, леса среднего течения р. Хопер (Балашовского, Аркадакского и Романовского лесхозов Саратовского управления лесами). При выделении основных частей пойменного ландшафта оперировали следующими возрастными единицами: группами фаций молодой, зрелой и старой поймы, которые различают«; особенностями динамики субстрата и растительного покрова, связанными ъ основном с различиями в прохождении полых вод. Фация - совокупнее:;, однотипных сообществ, формирующихся на едином природно-территориальнсм комплексе (Сочава, 1968, 1972). Поэтому мы и рассматривали исключительно растительные представительства сообществ в отдельной фации. В пределах групп

фаций выделяли сообщества, которые и сравнивались между собой. Перечень анализируемых сообществ представлен в таблицах 3, 4, 5.

3.2 Методы исследований. Для выделения территориальных единиц исследования был выбран морфологический способ членения территории, с учетом ее генезиса (Анненская, 1963; Исаченко, 1991). Деление поймы на молодую, зрелую и старую поймы проводилось по классификации Ю.В. Титова, Е.В. Печенюка (Титов, Печенюк, 1991). Приуроченность видов к тому или иному типу ареала, геоэлементу или полизональной группе определялись по А.Д. Булохову, H.H. Цвелеву (Цвелев, 1988; Булохов, 2004). Латинские названия растений даны по С.К. Черепанову, а русские — по П.Ф. Маевскому (Черепанов, 1981; Маевский, 2006). Классификацию сообществ проводили по методике, предложенной В.И. Василевичем (Василевич, 1985, 1995). Активность видов определяли по Б.А. Юрцеву (1968).

Материалом для анализа альфа-разнообразия пойменных лесов послужили типовые геоботанические описания размером 400 м2 для лесных экосистем и 100 м2 — для опушек и полян. Для каждой пробной площадки указывался выдел и квартал, зона поймы, рельеф, состав насаждений, тип леса. Учитывалось обилие каждого вида по шкале Ж. Браун-Бланке (1964). Бета-разнообразие растительного покрова оценивалось на уровне сообществ разного пространственного уровня, с использованием коэффициента Жаккара и индекса Уитгекера. Для оценки структурного разнообразия использовались эколого-ценотические группы растений разработанные О.В. Смирновой и Л.Б. Заугольновой (2000). Демографическая структура основных лесообразователей определялась по диагностическим картам Р.В. Попадюк, A.A. Чистякова, С.И. Чумаченко (1994), а онтогенетические спектры травянистых растений - по диагностическим ключам A.B. Горнова (2005). Оценка демографического состояния деревьев производилась на площадках полщадью 400 м2, а травянистых растений — 1 м2. Жизненные формы растений определялись по классификации И.Г. Серебрякова (1962). Для определения экологического режима пойменных лесов использовались экологические шкалы Г. Элленберга (Ellenberg, 1974; Булохов, 2004).

3.3 Объем исследований. Для проведения исследований в пойменных лесах Прихоперья на территории среднего течения Хопра было заложено 518 пробных площадок. Выделено 13 групп фаций. Выявлено 348 видов растений. Составлен аннотированный список видов флоры, демографический спектр основных лесообразователей лесов Прихоперья. Определена активность видов. Проведена фитоиндикация экологического режима пойменных лесов и проанализировано его влияние на видовую насыщенность.

4 ПОЙМЕННЫЕ ЛЕСА ПРИХОПЕРЬЯ (СТРУКТУРА, СОСТОЯНИЕ И ПУТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ)

4.1 Ботанико-географический анализ флоры пойменных лесов

При исследовании видового состава пойменных лесов Прихоперья на территории среднего течения Хопра в них было обнаружено 348 видов растений, относящихся к 216 родам из 65 семейств. Для пойменных лесов Прихоперья 10 наиболее крупными семействами являются: Asteraceae (12,6%), Роасеае (7,7%), Fabaceae (7,4%), Rosaceae (5,7%), Lamiaceae (4,9%), Scrophulariaceae (4,9%), Cyperaceae (4,3%), Caryophyllaceae (4,3%), Apiaceae (3,7%). Десятое по численности

видов место занимают три семейства: Brassicaceae (3,2%), Salicaceae (3,2%), Polygonaceae (3,2%). На долю 10 крупнейших семейств приходится 58,7% от флоры пойменных лесов Прихоперья.

4.1.1 Географический анализ флоры

Ведущую роль в пойменных лесах играют виды с евро-западноазиатским (30% от общего числа видов), евроазиатским типом ареала (23%), составляющие вместе большую половину флоры изучаемой территории. Далее следуют европейский, евро-западносибирский и циркумбореальный типы ареала, которые составляют 13%, 12% и 12% соответственно. Доля восточноевропейского, евросибирского, северо-американского, западноевропейского и азиатско-сибирского типов ареала во флоре Прихоперья не превышает 1-4%.

В составе спектра геоэлементов пойменных лесов Прихоперья с сильным превосходством доминируют виды полизонального флористического комплекса (61,1%): средиземноморско-бореальный (26,3%), средиземноморско-температный (17,5%). Участие как субсредиземноморских групп (7,5%), так и средиземноморско-арктической (2,3%) невелико. Из широтных геоэлементов характерно присутствие неморального (12,0%), субпонтического (10,8%) и понтического (5,5%). Доля остальных геоэлементов не превышает 5%. Такое соотношение широтных геоэлементов закономерно и является результатом влияния географических зон территории исследования. Тем не менее, пойменные сообщества традиционно относятся к азональному типу растительности, и это находит подтверждение в доминировании полизональных групп. В то же время суммарное участие полизонального комплекса в среднем снижается в направлении от молодой к старой пойме. Видно, что с удалением от русла реки азональные факторы ослабевают, а зональные усиливаются. Таким образом, ценофлору пойменных лесов Прихоперья следует отнести к зонально-азональному типу.

4.1.2 Представительство жизненных форм растений

В спектре жизненных форм доминируют корневищные многолетники (длинно-и короткокорневищные) - 34,5%, что свидетельствует о рыхлости и хорошей аэрации верхних горизонтов почвы. Но сильные позиции стержнекорневых трав (17,5%) и однолетников (10,9%) подтверждают лесостепные условия произрастания сообществ. Максимальное количество деревьев сосредоточено в сообществах QuercetumfUlmetum laevii+Tiüetum+Populetum nigri+Salicetum albae ( 16 видов), a максимальное количество кустарников - Chelidonio majusii-Rubuetum caesii-Quercetum (13) и Festucetum valesiacae+Galietum verumi+Carici vulpinae (14).

4.1.3 Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды

Ряд видов обитает на границах своего ареала. Поэтому многие виды экологически уязвимы и нуждаются в охране. В результате исследования в пойменных лесах выявлены 12 охраняемых видов, занесенных в Красную книгу Саратовской области (1996).

Angelica archangelica L., Fritillaria meleagroides Patrin ex Schult et Schult, fil.,' Scilla siberica Нам'. - в лесах Прихоперья находятся на границе своего ареала (Цвелев, 1988). Beckmannia eruciformis (L.) Host., Fritillaria ruthenica Wikstr., Adenophora lilifolia (L.) A.DC., Campanilla persicifolia L., Iris sibirica L., Polygonum

historia L. Pulsatilla patens (L.) Mill., Geranium palustre L., Pedicularis dasystachys Schrenk - стенотопные виды. Численность популяций всех видов сокращается из-за синантропизации сообществ, в которых они обитают. Большинство видов переходит в разряд охраняемых из-за массового сбора их населением.

Онтогенетический спектр Pulsatilla patens (L.) Mill, неполночленный, центрированный, с преобладанием генеративных особей. Состояние вида вызывает опасение.

Таблица 1 Онтогенетический спектр Pulsatilla patens (L.) Mill.

---Онтос£нетпческие состояния j im g se

Биометрические показатёлТ!—________

Высота надземной части растения (см) - - 5,0-9,0 9,0-25,0 -

Толщина корневищ (см) - - 0,3-0,5 0,6-1,1 -

Количество побегов (шт.) - - 1 1-3 -

Длина подцветочных листьев (см) - - - 3,0-4,7 -

Длина цветоносного побега (см) - - - 2,8-4,8 -

Длина лепестков (см) - - - 3,0-4,0 -

Количество измерений - - г 9 -

Ценопопуляция РесИси1ап$ dasystachys БсЬгепк. фрагментарная -представлена только генеративными особями (табл. 2). Состояние вида в Прихоперье вызывает опасение и заслуживает внимание ученых.

Таблица 2 Онтогенетический спектр Pedicularis dasystachys Schrenk.

" ■—вжспынетические состояния j im g se

Биометрические покупателя

Высота надземной части растения (см) - - - 22,3-27,5 -

Максимальная толщина корневищ (см) - - - 0,7-1,2 -

Количество побегов (шт.) - - - 1-2 -

Длина серединных листьев (см) - - - 5,6-9 -

Длина прикорневых листьев - - - 10,5-17,5

Длина соцветия (см) - - - 3,4-6,5 -

Длина лепестков (см) - - - 1,4-2,0 -

Количество измерений - - - 5 -

В связи с антропогенной деятельностью, лесопатологическими процессами редкими становятся следующие виды: Actaea spicata L., Caltha palustris L., Caragana frutex (L.) C.Koch, Cornus sanguínea L., Corylas avellana L., Crataegus curvisepala Lindm., Epipactis helleborine (L.) Crantz., Geranium sylvaticum L., Gnaphaliiim rossicum Kirp., Lathyrus sylvestris L., Pedicularis palustris L., Poligonatum multiflorum (L.) Ail., Padus chuebeleri (Orlova) Czer., Pulmonaria obscura Dumort., Pyrus communis L., Saussure a amara (L.) DC., Scirpus sylvaticus L., Scutellaria altissima L., Senecio tataricus Less., Rubus idaeus L. Популяции данных видов малочисленны, встречаются редко, а иногда единично. Выпадение этих видов из лесных биоценозов крайне нежелательно для нашей флоры. Большинство перечисленных видов является лесными (неморальными, черноольховыми), и сокращение их популяций говорит об изменении условий обитания в неблагоприятную сторону.

4.1.4 Адвентивные виды

В результате исследований в пойменных лесах обнаружено 20 адвентивных видов. Преобладают выходцы из Северной Америки - 70,0%, на втором месте -азиатские виды - 15,0%, а на третьем — виды, родиной которых является Северная Африка - 7,5% и Сибирь - 7,5%. По времени заноса все обнаруженные видь: являются кенофитами. По способу иммиграции подавляющее большинство адвентиков являются эргазиофитами (50,0%). Ксенофиты - на втором месте (45,0%); 5,0% адвентивных видов относятся к ксено-эргазиофитам. По степени натурализации преобладают агриофиты (75,0%). На втором месте колонофиты -15,0%. 10,0% адвентиков - эфемерофиты.

Удачнее всего акклиматизацию прошли Acer negundo L., Fraximts pennsylvanica Marsh., и в связи с их толерантностью к антропогенному прессу эти виды представляют угрозу для естественного возобновления Quercus robur L., т.к. они занимают его экологическую нишу и заглушают его ювенильные осоои Caragana arborescens Lam. способна образовывать вполне устойчивые ценозы с Quercus robur L., поддерживая неморальные условия обитания травяного покрова. Из травянистых растений лучше всех натурализовались Echiriocystis lobata (Michx.) Torr., Erigeron canadensis L, Hieracium umbellatum L., Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn. и Biderts frondosa L. Эти виды способны вытеснять аборигенные виды.

4.2 Биоразнообразие пойменных лесов

4.2.1 Оценка альфа-разнообразия

Видовая насыщенность в различных пойменных сообществах изменяется в широких пределах: от 7 до 39 видов на пробной площадке (табл. 2). При этом iu большей части площадок (412 участка) встречено от 11 до 26 видов. Среднее число видов на пробной площадке для всего района исследования составляет 19,5.

Наибольшее число видов приходится на сообщества Festucetum valesiacaeKjalietum verumi+Carici vulpinae (до 39 видов), Trifolietum arvensi+Rubuetum caesii+Carici vulpinae (до 38) и Petasietum spurisii+Echinocysetum lobatae+Medicaetum falcatae (до 37) и Chelidonio majusii-Rubuetum caesii-Quercetum (до 35). Здесь характерна благоприятная световая обстановка на уровне травяного покрова. Минимальная видовая насыщенность (7 видов) отмечена в сообществах Tilietum-Ulmetum laevii-Quercetum, что объясняется неблагоприятными световыми условиями для травостоя. Низкая видовая насыщенность в одних случаях обусловлена невысокой освещенностью нижних ярусов, в других случаях -бедностью смытых почв, переизбыточным увлажнением или антропогенным прессингом. Высокая видовая насыщенность характерна для опушечных сообществ на относительно богатых почвах. Здесь виды не испытывают угнетения со стороны деревьев и кустарников.

Для района исследования общее видовое богатство составляет 348 видов Максимальное видовое богатство (276) отмечено для Festucetun: valesiacae+Galietum verumi+Carici vulpinae (табл. 5). Минимальное значение видового богатства (99) отмечено для Alnetum glutinosae. В этих сообществах лимитирующим фактором для многих видов является избыточное увлажнение. Поэтому, несмотря на благоприятную световую обстановку в ряде площадок (полнота 0,4-0,6), количество видов в данной группе фаций остается относительно небольшим.

4.2.2 Оценка бета-разнообразия

Гетерогенность флоры проявляется в разнообразии фаций в пределах одной группы фаций. Наибольшим разнообразием фаций характеризуются сообщества (Зиегсейнп+Штеиип 1аеуп+ТШе1ит+Рори1е1ит ги§п+8аПсе1ит а1Ьае (28). Эти, зачастую молодые сообщества, характеризуются наличием «лишних» видов, которые выпадают по мере развития поймы. В сообществах ТШеШтЛЛтеШт 1аеуп-(2иегсе1ит количество типов фаций снижается до 12. Еще меньшим разнообразием фаций отличаются сообщества СИеМошо та^п-КиЬиеШт саезн-(^иегсеШт и Асегйо 1а1апЫ-С)иегсе1;ит зрелой и старой поймы (6-11 фаций). Наиболее однообразны А1пеЦ1т £11Шпо5ае - 4 фации, что связано с относительным однообразием экологического режима.

Таблица 3 Коэффициенты сходства Жаккара между сообществами

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1 0,49 0,52 0.41 0,44 0,48 0,45 0,45 0,40 0,37 0,46 0,42 0,37

2 0,48 0,57 0,60 0,59 0,46 0,59 0,56 0,44 0,61 0,36 0,47

3 0,33 0,41 0,38 0,57 0,46 0,31 0,25 0,47 0,30 0,56

4 0,65 0,63 0.38 0,61 0,63 0,65 0,57 0,38 0,38

5 0,63 0,49 0,73 0,59 0,56 0,65 0,35 0,47

6 0.39 0,62 0,63 0,57 0,63 0,41 0,39

7 0,56 0,34 0,32 0,50 0,30 0,76

8 0,56 0,52 0,70 0,33 0,55

9 0,63 0,57 0,35 0,34

10 0,49 0,31 0,30

11 0,32 0,50

12 0,27

Жирным шрифтом отмечены максимальные значения коэффициента, а подчеркиванием -минимальные. Сообщества молодой поймы: 1 - БаПсеШт а!Ьае+5аПсеШт 2 - риегсеШт

+и1теШт 1аеуп+ТШеШт+Рори1еШт nigri+Salicetum а!Ьае; 3 - 1'е1а51еШт краг^н + ПсЫпосу^еШт 1оЬа1ае+МеШсаеШт Га1с<иас. Сообщества зрелой поймы: 4 - ТШсШт-ШтеШгп 1аеун-(2иегссШт; 5 - АсегеЮ 1а1апЫ-(ЗиегсеШт; 6 - ТгетЫеШт; 7 - ТпйэНеШт агуегш+КиЬиеШт саеэм+Сапс! уи1ртае. Сообщества старой поймы: 8 - СЬеН<Зопю та]и51-11иЬиеШт сае$п-(2иегсеШт; 9 -Асегйо 1а1апс1-<ЗиегсеШт; 10 - ТШеШт-СЗиегсеШт; 11 - ТгетЫеШт; 12 - А1пеШт glutinosae; 13 -РеэШсеШт \'а1с51асае' Сапа уи!ртае+Сапс1 уи!ртае.

Оценка флористического сходства сообществ проводилась с использованием коэффициента Жаккара. Были получены достаточно высокие показатели (табл. 3). Наиболее схожими оказались сообщества, которые расположены в аналогичных экологических условиях.

Индекс Унтгекера в различных сообщесвах (табл. 4) варьирует от 5,7 в А1пеШт glutinosae до 10,9 в ГеБШсеШт уа^тсае+ОаНеШт уегипй+Сапс1 уи1ртас, а величина индекса для всей исследуемой территории - 18,8. Наименьшее значение индекса Уиттекера связано с однообразными экологическими условиями в пределах сообщества, а наибольшее значение говорит о высокой гетерогенности растительности пойменных лесов Прихоперья в целом и отдельных групп фаций в частности.

Таблица 4 Изменение альфа- и бета-разнообразия в сообшестрах ________пойменных лесов Ирихоперья __

2 1 1 1 " I Сообщества Диана-юн изменения видовой насыщенно СТИ Средняя видовая насыщенно сть Число ВИДОВ Видовое йосат-ство Индекс Уит-гекера

Деревьев Кус-сари и ов Tpai

К es i з E Salicetum ábae+Sáticetum Irasli 1 i-28 19,2+0,8 11 8 117 135 7.4

QuecetiiitH Jlraedm laevftt-Tíliauirtf Popiietum iiiejT-Salitctiai] ábac 9-35 ¡9,9+0,9 16 9 148 173 9,2

Ftelíisietuni s|iur¡5Íi+KdiiiwcysdLim lobMae^ Maiica:tLim taicaac 17-37 26,5+1,5 9 11 168 187 7,4

к n tí л rt Tilietum-Uímeamn laewKXracetum 7-29 16,0+0,4 12 10 125 147 9.8

Лее reto aarici-OiKrcetLiri 11-30 18,5+0,8 11 10 155 176 10.1

Tiemuletum 11-30 17,3+0,6 13 9 131 147 9,0

Tnfotóum arvensHMbuüLm cassin-Qnd vulpinas 17-38 28,0+1,4 8 8 222 239 8, 9

0! Я S. X ,r w Qiefidc«iio imjusi-Rubuetum ьжыг Qucroetum 17-35 27,2+0.9 13 12 174 199 7,6

Aoaeto Иапс1Ч>ктсс(ит 11-33 18,5+1,1 10 8 102 119 6,8

TiieturrvQuscetum 9-3 ¡ 15f6+_0,8 11 1 1 99 121 8.3

"Ttemuietum 11-36 20,8+1.4 10 10 157 177 8,9

Atoaumglutinoeae 12-27 18,4+0,6 9 4 87 i 99 5,7

Festucetum váesiacae+GaüetLFn vetumi +Carici vulpina; 9-39 26,2+1,7 8 14 253 276 10,9

Всего в зоне исследования 7-39 19,5+0,3 24 24 300 348 | 18,8

4.2.3 Популяции древесных растений и их демографический анализ

При стабильном состоянии цен о популяций здификаторных видов деревьев лесное сообщество Поддерживает в устойчивом состоянии и цеиопопуляции подчиненных видов. Онтогенетический спектр Quercits robur L. (рис. 1) имеет бимодальный спектр с максимумами на средневозрастных особях,

S 250 Ч zoo

а 150

| то I 50

200 150 100 50

Сообщества 0 j Qim Dv Пд1 Шд2 ОдЗ Ese

1Z3456789 Сообщества

PJ dim Dv Dg1 Яд2 ОдЭ EJse

Put ум ok 1 Онтогенетический Рисунок 2 Онтогенетический спектр Quercus rohur L спектр Uhnus laevis Pali

Сообщества молодой поймы: i - Salicetum aibae+Salicetum fragili, 2 -Quercetum+Ulmetum laevii+Tilietum+Pp^elum nigri+Salicetum albae Сообщества зрелой поймы: 3 - TilietLim-Ulmclum laevii-Quercettim, 4 - Accrete tataríci-QuerCetum, 5 - Tremulelum. Сообщества старой поймы: 6 Chelidotlio majusi-Rubuetum cacsii-Quercetum, 7 - A cere to laiarici-QuerceUirri, 8 -Tilictarn-QueTCelurn, 9-TrerrmkUiin.

Во всех группах фаций количество ювенильных, имматурных и виргинШьных особей недостаточное для устойчивого круговорота поколений Quercus robur L. Во-первых, это связано с редким плодоношением Quercus robur L. - раз в 4-8 лет. Во-вторых, Quercus robur L, обладая слабой теневыносливостью в прегенеративном возрасте, не выносят затенения крон в высокополнотных лесах. Аналогичная картина видится у ряда авторов, изучающих состояние це нопопуляции вида в Саратовской и соседних Воронежской и Тамбовской областях (Буланая, Исаева, 2001; Овчаренко, 2005; Смирнова, Заугольнова, Ханина, 2000).

Спектр Ulmus laevis Pall, имеет максимумы на ювенильных и имматурных (рис. 2). Он приурочен к влажным местообитаниям. По мере удаления от русла уменьшается количество особей Ulmus laevis Pal!., что связано с плохой приживаемостью семян в условиях недостаточной влажности, В старой пойме чаще встречается вяз шершавый — Ulmus glabra Uttds,, который способен жить в условиях меньшей влажности, чем Ulmus lae-vis Pall.

Сообщества Сообщества

□ J aim Ov Gg1 Яд2 Og3 Sse aJ oim Dv ag1 Шд2 Og3 Sse

Рисунок 3 Онтогенетический Рисунок 4 Онтогенетический

спектр Tilia cordata Mill. спектр Populus trémula L.

Обозначения групп фаций как у рис. 1,2.

Судя по онтогенетическим спектрам. Tilia cordata Mill, лучше всего чувствует себя в сообществах Tilietum-Ulmeíum laevii-Quercetum и Tilietum-Quercetum (рис. 3). Здесь она обитает под контролем конкурента - Quercus robur L. В пойменных лесах Прихоперья онтогенетические спектры Tilia cordata Mill, инвазионные.

Полночленные спектры Populus trémula L. характерны только для Tremuletum зрелой и старой поймы, где она является эдификатором и образует полноценную ценопоиуляцию (рис. 4). В остальных сообществах Populus trémula L представлена единичными особями, составляющими фрагментарный спектр.

Суммарный спектр Acer negundo L. левосторонний, инвазионный, неполночленнын. Преобладают ювенильные особи. Активно распространяется самосевом. Семена Могут переноситься водой (паводком) на далекие расстояния. Salicetum albae+ Salicetum fragili — сообщества, в которые наиболее активно внедряется этот адвентик. В остальных сообществах он представлен незначительным числом особей (рис. 5). Acer negttndo L активно занимает нарушенные местообитания, поселяясь на прогалинах, вырубках, просеках вдоль линий связи, обочинах дорог и лесных тропинок, т.е. «следует за человеком».

2200 2000 'I 1800

о 1600

0 1400 g 1200 Е ЮОО

8 soo

1 600

1 400

гоо ■ о

150 125

| 100

о

о 75

0

Б 50

1 25

¡SÉ

о

1

а

ise

3 4 5 6 7 Сообщества □ J aim Dv Пд1 Шд2 Dg3

Рисунок 5 Онтогенетический cneicrp Acer negando L.

Обозначения групп фаций как у рис, 1,2

4 5 6 7 8 Сообщества □ J Mini Ov Ogi Шд2 Og3 ase

Рисунок 6, Онтогенетический спектр Fraxinus Pennsylvaniait Marsh.

Количество особей Fraxinus pennsyhanicá Marsh, недостаточно для самойод-держания цеиопопуляций. Наибольшее число особей отмечено для сообществ Salicetum albae+Salicétujft fragtli (имматурные) и для Til ietum-Querce turn (ювеииль-ные) (рис. 6). Особей генетативного возраста очень мало. Незначительнее количество полроста связано с недостатком плодоносящих особей. В местах, где имеются взросл!,je особи Fraxinuspennsyhanica Marsh., подрост обильный.

Queráis robur L. существует как эдификатор, занимает обширные территории, доминирует в образованных им ценозах. Количество полроста у него малочисленно. Вид не способен самостоятельно поддерживать оборот поколений, Quercus robur L. не в состоянии без содействия расселению и развитию достичь устойчивого состояния за время развития одного-двух поколений. К видам с инвазионными спектрами относятся Tilia cordata Mill., Ultnus laevis Pall, Acer negundo /.., Acer platanoides L , Fraxinus pennsylvanica Marsh. 11ри осветления леса, антропогенных нарушениях инвазионные спектры данных видов могут превратиться в полночленные. Они представляют потенциальную угрозу вытеснения Quercus robur L как основного лесообразователя.

4.2.4 Эколого-ценогический состав ценофлоры пойменных лесов

Из обнаруженных 348 видов растений заметно преобладают неморально опушечные (30,7%) и неморальные виды (20,4%). На их долю приходится более половины флоры пойменных лесов (J78 видов).

Таблица 5 Разнообразие зколого-ценотических спектров в сообществах

—-—_______ эцг Группы фаций ""-- -—-___ Nm NmMd Al n St Ur Pn wt Rd Ad i

Saüoetan aíbae+SalicetLim írapili 18.4 31,6 ¡6.2 4,4 1.5 0.8 11.0 13,2 2,9 i

к К] С Queroetuiw ülmctinri laevib-TiüetLHitT-Poptüetwn fiigrí+Saíicetum aJbae 27,7 28,3 9,3 11,0 1,7 0,0 6,9 11,6 3,3 |

Petasictutn spunsi i i Lidinwcyseurn lobata^-Medicaetum faicatac 9,0 37,8 8,0 ¡5,4 W 1,1 7,9 14,9 4,8 j

Продолжение таблицы 5

Tilietum-Ulmetum Ixvii-Qiiercetum 38,8 27,9 12,2 4,8 1,3 0,0 4,8 7,5 2,7

Э5 Acérelo tatarici-Quercetum 29,0 33,5 9,7 6,1 0,6 0,6 4,6 11,9 4,0

0> Tremuletom 33.3 31,4 12,0 5,3 2,0 0,0 6,7 5,3 5,3

f> Trifolietum arvensMRubuetum caxiRCariri vulpinas 5,0 8,0 1,7 37,8 13,5 0,8 14,3 13,0 5,9

Chelidonio majusi-Rubuetum casii-Querccluni 27,6 33,7 9,5 8,6 0,5 1,0 3,5 12,1 3,5

s я Acereto tatarici-Quercetum 38,8 29,8 9,1 5,0 0,8 0,8 5,0 7,4 3,3

В Tiüetun>Quercetum 45,5 22,3 8,3 6,6 0.8 0,8 5,0 7,4 3,3

Р Tiemuletum 25.4 32,2 10,8 12,4 1,1 0,6 2,8 11,3 3,4

2 О Alnetum pjutinosac 19,0 25,0 26,0 0,0 2,0 0,0 18,0 5,0 5,0

Festucetum valesiasefGa/ieüjm veiumHCarici vulpinas 13,8 32,4 6,5 21,8 1,5 0,7 6,2 12,7 4,4

Всего 20,4 30,7 7,2 16,1 1,7 1,2 6,6 11Д 4,9

Nm - неморальные, NmMd - неморально-опушечные, Ain - черноольховые, Wt -водно-болотные, St - степные, Рп - боровые, Вг - бореальные, Rd - рудеральные, Ad -адвентивные.

Довольно многочисленны степная (16,1%) и рудеральная (11,2%) группы. Черноольховая (7,2%), адвентивная (4,9%), боровая (1,2%) и бореальная группы (1,7%) не имеют большой роли во флоре пойменных лесов Прихоперья (табл. 5).

Доля неморальных видов максимальна в сообществах ТШеШт-Штейип 1аеуп-(^иегсеШт и ТШеШт-С^иегсеШт, АсегеШ 1а1апс1-С)исгсе1:ит старой поймы. Наибольший процент черноольховых и водно-болотных видов зафиксирован в АЬеЩт £1Щто5ае. Максимум степных видов отмечен в сообществах РезЩсеШт \'а1е$1асае I ОаПеШт уегигт+Сапа уи1ртае. Доля адвентивных видов не превышает 5% ни в сообществах, ни на территории исследования.

4.3 Фнтоиндикация экологического режима в пойменных лесах

4.3.1 Фитоинднкация экологического режима в сообществах

По факторам влажности, освещенности и обеспеченности азотом сообщества имеют широкую амплитуду варьирования. Только фактор кислотности почв изменяется в меньших пределах (табл. 6).

Таблица 6 Изменение освещенности, влажности, кислотности и

содержания азота в почве в поименных лесах по шкалам Г. Элленберга

1 Ï i? 5 с Сообщества Освещенность Влажность Кислотность Обеспеченность азотом

Диапазон Сред нее Диапазон Сре л н ее Диапазон Среднее Диапазон Среднее

Молодая Salicetum alba+Salicctiim fcagili 5,6-7,1 6,3 5,3-7,8 6,9 6,5-7,6 7,0 5,3-7,3 6,6

QuenxturrrHJlmetum laevii+Til ieturrH-Populetiim nigrit-Salicctum albac 5,0-7,1 5,3 4,0-7,3 5,8 6,3-7,3 6,9 4,1-7,8 6,3

Petasietam spurisii+ Ediinocysetum tebala^Medicaetum falcatae 6,3-7,7 7,3 3,9-7,9 5,2 6,2-7,2 6,8 4,1-7,3 5,1

Продолжение таблицы 6

ТйеШт-ттйчт 1асти-0иета1ит 5,1-6,2 5,7 4,6-6,7 5,3 6,3-8,0 6,9 4,5-7,1 6,0 |

я я Аомо ййпа-ОиегсеШт 4,9-6,4 5,8 4,4-7,0 5,4 6,1-7,3 6,9 5,1-7,1 6,3 |

о ТгетЫеШт 4,9-6,6 5,9 4,7-6,8 5,6 6,1-7,6 7,0 4,6-7,1

М Тпй&Шт агуетг+КиЬиеШт сае=лНОпа \ги1ртас 6,1-7,5 6,9 4,1-8,1 5,8 5,9-7,2 6,7 4,5-6,8 5,7

СЪеШогио ггсдщНМтеШт сааи-ОиясеШт 5,1-6,9 6,2 4,6-6,5 5,4 5,8-7,4 6,9 4,9-7,3 6,0

АсегеЮ 1а1апа-0иегсеШт 5,1-6,2 5,6 4,6-6,1 5,4 6,5-8,0 6,9 5,2-7,2 6,3

я а ТАкЛлЫЗиегсеШт 4,5-6,4 5,6 4,7-6,7 5,3 5,5-7,6 6,8 5,1-7,5 6,3

н О ТгетикШт 5,2-6,9 6,0 4,3-7,1 5,5 6,3-7,7 6,8 4,4-7,2 6,1

А1пе1ишй1и1тс«ае 5,8-6,7 6,3 7,0-8,7 7,9 5,5-6,7 6,3 5,4-6,8 6,3

Рейисешт таквгагаеК^еШт уешгти+Сагга \iulpinae 6,4-8,3 7,0 3,5-9,0 5,5 6,0-7,4 6,8 3,5-7,4 5,2

Всего 4,5-8,3 6,0 3,5-9,0 5,7 5,5-8,0 6,9 3,5-7,8 6,1

Экологические ниши сообществ во многом схожи между собой. Так как экологические ниши всех сообществ дубрав, «ЗиегсеШт+ТЛтеШт [аеун+ТШеингИ РориЫит г^п+БаПсеШт а1Ьае, Тгеши1еШт во многом пересекаются, то можно сделать вывод, что дубравы занимают сокращенную часть экологического пространства по сравнению со своими потенциальными возможностями. По фактору влажности не пересекаются с дубравами А1пе1ит дЫтозае. А по кислотности и обеспеченности азотом все выделенные сообщества более или менее пересекаются. Все сообщества в этом экологическом пространстве могут рассматриваться как сукцессионные варианты развития поймы.

Пойменный рельеф представляет собой совокупность различных экологических ниш. Эта пестрота определяется геоморфологическими процессами, происходящими в пойме. Именно различиями местообитаний объясняется разнообразие фаций в пойме. Однако фактор поемности накладывает свой отпечаток на все экологические ниши, именно поэтому балловые оценки изучаемых факторов во многом пересекаются.

4.3.2 Влияние экологического режима на видовую насыщенность

Высокие значения видовой насыщенности отмечены в диапазоне освещенности от 5,6 до 7,7 баллов по шкалам Элленберга, на суховатых или свежих, слабокислых или слабощелочных, умеренно богатых азотом почвах (рис. 7). Низкие значения видовой насыщенности встречаются в широком диапазоне освещенности, влажности, кислотности и обеспеченности почвы азотом. Наибольшее число площадок с классовым промежутком 1-15 видов отмечены при низкой освещенности, средней и высокой влажности, на богатых азотом местообитаниях. Большую часть экологического пространства с такими характеристиками занимают пойменные леса, для которых характерна низкая видовая насыщенность.

Высокая видовая насыщенность на лесных опушках и полянах - это естественное явление, а большое количество видов в лесных экосистемах в этом случае свидетельствует об их нарушениях. Повышение видовой насыщенности в

таких случаях, как правило, осуществляется за счет неморально-опушечных, степных, рудеральных видов, которые, как правило, являются более сильными конкурентами по сравнению со всходами и подростом большинства древесных пород. Таким образом, не один, а несколько взаимосвязанных факторов (т.е. определенный экологический режим) определяют высокую или низкую видовую насыщенность.

3,5 -:-1---О-п-!-г-О-'

4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8

Освещенность

о

3,5 -,-о-а—-,-5

5,5 6 6,5 7 7,5 8

Кислотность х Ы_15 о Ы_30 в 1М_40

Рисунок 7 Влияние экологического режима на видовую насыщенность

1М_15 — число видов на пробной площадке, с классовым промежутком от 1 до 15 включительно; М_30 - с 16 до 30;Ы_40-с 31 до 40.

Каждая зона поймы имеет свои характерные особенности экологического режима. Молодая пойма имеет «молодую» почву с небольшой толщиной плодородного слоя. Почвы отличаются даже на небольших расстояниях и создают

пестроту растительного покрова. Зрелая пойма имеет более сглаженный экологический режим. В половодье скорость течения не смывает уже «немолодую» почву, и паводок для почвы становится не таким разрушительным. С увеличением сомкнутости древостоя запасы лесной подстилки становятся больше. Почвы старой поймы еще в меньшей степени испытывают отрицательное влияние талых вод. В растительности увеличивается количество степных видов. Это не касается притеррасной зоны, где уровень грунтовых вод находится практически на поверхности, здесь растут ольшаники. Экологические режимы зон поймы выделенных фаций во многом пересекаются. Это объясняется тем, что в отдельных участках разных зон поймы, в связи со сходным рельефом, гидрологическим режимом, при ослаблении специфических особенностей зональных режимов образуется схожий комплекс экологических условий.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что экологический режим не имеет резких отклонений от параметров абиотической среды речных пойм, нет нарушений гидрологического режима.

5 ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА СОХРАНЕНИЕ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОГО БИОРАЗНООБРАЗИЯ ПОЙМЕННЫХ ЛЕСОВ ПРИХОПЕРЬЯ

Прогноз развития групп фаций пойменных лесов Прихоперья. Устойчиво сохраняется тенденция увеличения площадей молодых одновозрастных насаждений Quercus robur L., часто вегетативного происхождения, и снижение участия взрослых генеративных особей в формировании фитоценозов. Увеличиваются площади низкополнотных насаждений с преобладанием в травяном покрове опушечных или степных растений, что характерно для высоких участков поймы и связано с повышающейся аридностью и с нерегулируемой рекреацией. Quercus robur L. не в состоянии поддерживать оборот поколений в популяциях. Существует вероятность, вытеснения Quercus robur L. любым другим видом со схожими требованиями к среде и большей толерантностью к антропогенной нагрузке (например, Populus tremida L., Acer tataricum L, A. negundo L. или Fraxinus pensylvanica Marsh).

Судя по значительному количеству неморалыю-опушечных видов, ожидается олуговение лесов повышение в лесах доли рудеральных и адвентивных видов и, следовательно, уменьшение неморальных видов, что отрицательно отразится на возобновлении лесообразующих пород, а затем и на биоразнообразии сообществ.

Рекомендации по сохранению естественного бноразнообразия пойменных лесов. В хозяйственной деятельности следует строго соблюдать рекомендации лесоустройства, разработанные для лесов первой группы. Санитарные рубки и рубки ухода должны обеспечить оптимальное соотношение древесных видов и их развитие, направленное на восстановление популяции Quercus robur L. Особое внимание необходимо уделять вопросам содействия естественному возобновлению и интенсификации лесокультурного производства. Необходимо добиваться сохранения лесного микроклимата с характерной для леса мозаичностью освещения, влажности, температуры - среды обитания неморальных видов, в том числе редких и охраняемых. Следует создавать разновозрастные популяции с полночленным онтогенетическим спектром (или

поддерживать необходимые для этого условия), чтоб биоразнообразие поддерживалось естественным путем. В хозяйственном использовании лесов при вырубках необходимо оставлять лучшие деревья семенного происхождения как источник семян для восстановления лесообразующих пород с хорошей генетикой. Целесообразно использовать контейнерный метод для выращивания посадочного материала Queráis robur L. и ряда редких видов трав.

Сообщества Quercetum+Ulmetum laevii+Tilietum+Populetum nigri+Salicetum albae представляют собой многовидовые разновозрастные массивы, которые со временем могут привести к формированию разновозрастных дубрав с подлеском из спутников Quercus robur L. Tilietum-Ulmetum laevii-Quercetum и Tilietum-Quercetum представляют собой одновозрастные среднегенеративные насаждения. Уже сейчас в этих лесах необходимо проводить меры по созданию нормального онтогенетического спектра Quercus robur L. (посадка саженцев). Tremuletum зрелой и старой поймы занимают экологическую нишу, подходящую для произрастания Quercus robur L. Здесь более благоприятная световая обстановка для его подроста. Будет целесообразно использовать сообщества Tremuletum как арену для роста Quercus robur L. путем посадки деревьев. В сообществах Acereto tatarici-Quercetum в зрелой и старой пойме необходимо произвести выборочные рубки с целью осветления кустарникового яруса, для создания благоприятных условий для восстановления популяций спутников Quercus robur L. (Tilia cordata Mill, Ulmus laevis Pall., Acer platanoides L. и A. campestre L.) во втором ярусе, а затем и для Quercus robur L., или в осветленных местах непосредственно производить посадку Quercus robur L. Ольшаники в притеррасной депрессии занимают свою экологическую нишу, непригодную для произрастания Quercus robur L. в условиях с повышенной влажностью.

ВЫВОДЫ

1 В пойменных лесах Прихоперья зарегистрировано 348 видов растений: 24 вида деревьев, 24 вида кустарников, 300 видов травянистых растений, относящихся к 216 родам из 62 семейств.

2 Растительность пойменных лесов на территории среднего течения р. Хопер сложилась под влиянием как зональных, так и азональных факторов. Ведущую роль в лесах играют виды с евро-западноазиатским, евроазиатским типом ареала, составляющие вместе большую половину флоры изучаемой территории. В составе спектра геоэлементов с сильным превосходством доминируют виды полизонального флористического комплекса (61,1%). Флора пойменных лесов относится к субконтинентальной.

3 В результате исследований были выявлены 12 охраняемых, 20 редких и 20 адвентивных видов.

4 В спектре жизненных форм преобладают травянистые корневищные многолетники (34,5%), что свидетельствует о рыхлости и хорошей аэрации верхних горизонтов почвы. Однако наличие значительного количества стержнекорневых трав (17,5%) и однолетников (10,9%) свидетельствует о недостатке влаги в почве, который характерен для степных районов.

5 Видовая насыщенность в различных сообществах изменяется в широких пределах от 7 до 39 видов на пробной площадке, а среднее число видов на для

всего района исследования составляет 19,5 видов на площадке. Наибольшее число видов приходится на разнотравные сообщества открытых пространств в разных зонах поймы и сообщества Chelidonio majusii-Rubuetum caesii-Quercetum. Минимальная видовая насыщенность отмечена в сообществах Tilietum-Ulmetum laevii-Quercetum и Tremuletum зрелой поймы, Quercetum+Ulmetum laevii+Tilietum+Populetum nigri+Salicetum albae. Максимальное видовое богатство отмечено для Festucetum valesiacae+Galietum verumi+Carici vulpinae. Минимальное значение видового богатства (99) отмечено для сообществ Alnetum glutinosae.

6 В сообществах со схожими доминантами верхних ярусов, расположенными в сходных экологических условиях, коэффициенты сходства Жаккара оказываются максимальными. Индекс Уиттекера изменяется в пределах от 5,7 до 10,9. Это говорит о высокой гетерогенности растительности пойменных лесов Прихоперья в целом и отдельных сообществ в частности. Гетерогенность флоры проявляется в разнообразии фаций в пределах одной группы фаций. Наибольшим разнообразием фаций характеризуются сообщества Quercetum+Ulmetum laevii+Tilietum+Populetum nigri+Salicetum albae. Наиболее однообразны Alnetum glutinosae, что связано с относительным однообразием экологического режима.

7 Онтогенетические спектры Qiiercus robar L. и Populas trémula L. бимодальные с максимумами на ювенильных и молодых генеративных (Populas trémula L.) и средневозрастных генеративных (Quercits robar L). Эти виды существуют как эдификаторы, занимают обширные территории, доминируют в образованных ими ценозах. Количество подроста у них недостаточное для самостоятельного поддержания оборота поколений. Ulmus laevis Pall., Tilia cordata Mill., Acer negando /,., A. platanoidec L., Fraxinus pennsylvanica Marsh, имеют инвазионные спектры. Они представляют потенциальную угрозу вытеснения Qiiercus robur L. как основного лесообразователя.

8 Биологическое разнообразие растительности характеризуется разными ценотическими и флористическими комплексами. Заметно преобладают неморалыю-опушечные виды (30,7%). Следом идет неморальная группа (20,4%). Довольно многочисленны степная (16,1%) и рудеральная (11,2%). Участие видов остальных эколого-ценотических групп не превышает 8%.

9 Флора является гетерогенной, что объясняется наличием в пойме большого числа экологических ниш. Повышенное биоразнообразие (особенно за счет неморально-опушечных, рудеральных и адвентивных видов), как правило, свидетельствует о нарушениях в лесных ценозах. А в ненарушенных лесах, как правило, видовая насыщенность и видовое богатство небольшое.

10 Экологическая оценка местообитания с помощью шкал Г. Элленберга показала, что экологическое пространство дубрав находится в следующем диапазоне: освещенность - 4,5-6,9; влажность - 4,4-7,0; кислотность почвы - 5,88,0; обеспеченность почвы азотом - 4,5-7,5 баллов по шкалам Элленберга. Экологический режим поймы является вполне оптимальным для существования всех выделенных сообществ и не имеет резких отклонений от параметров абиотической среды речных пойм. Дубравы занимают сокращенную часть экологического пространства, по сравнению со своими потенциальными возможностями.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Золотухин, А.И. Флористический состав постпатологических сообществ пойменных лесов Прихоперья. / А.И. Золотухин, A.A. Овчаренко, A.A. Вишневская. // Структура, состояние и охрана экосистем Прихоперья: Межвуз. сб. науч. ст. / Отв. ред. А.И. Золотухин. - Балашов: Изд-во «Николаев», 2003. - С. 1622.

2 Овчаренко, A.A. Экоморфная характеристика лесов Балашовского Прихоперья / A.A. Овчаренко, A.A. Вишневская // Актуальные проблемы науки и образования: Материалы ежегодной научно-практической конференции молодых ученых (14-19 апреля 2003 г.) Вып. 3. - Балашов: Изд-во «Николаев», 2003. - С. 98-100.

3 Вишневская, A.A. Биоразнообразие пойменных лесов Прихоперья, методические основы его изучения / A.A. Вишневская. Актуальные проблемы науки и образования: Сб. науч. трудов / Под общ. ред. A.B. Шатиловой. -Балашов: Изд-во «Николаев», 2004. - С. 31-33.

4 Вишневская, A.A. Об изменении флористического состава пойменных лесов в Прихоперье. / A.A. Вишневская. // Культура безопасности современной России: состояние и перспективы развития: Сб. науч. ст. - Балашов: Изд-во «Николаев», 2004. С. 151-153.

5 Вишневская, A.A. О динамике флористического состава пойменных лесов в Балашовском районе / A.A. Вишневская, В.Б. Любимов, А.И. Золотухин. // Вестник БГТУ: II Международная научно-практическая конференция. Экология: образование, наука, промышленность и здоровье. № 8. - 2004 г. - Часть V. - С. 3336.

6 Вишневская, A.A. О различиях в экоморфном составе пойменных лесов Балашовского района / A.A. Вишневская. // Актуальные проблемы земледелия на современном этапе развития сельского хозяйства: Сборник материалов Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию кафедры общего земледелия 17-18 февраля 2004 г. - Пенза, 2004. - С. 72-73.

7 Вишневская, A.A. Биоразнообразие пойменных лесов Балашовского района / A.A. Вишневская, В.Б. Любимов, А.И. Золотухин // Материалы международ, науч-практич. конференции / Наука и образование на службе лесного комплекса. -Т. 1. - Воронеж: Воронеж, гос. лесотехн. акад. - 2005. - С. 53-57.

8 Вишневская, А. А. Влияние экологического режима на видовую насыщенность в пойменных лесах Балашовского района / А. А. Вишневская // Естествознание и гуманизм: Сб. науч. работ / Под общ. ред. Н. Н. Ильинских. -Томск: Сибирский государственный медицинский университет. Т. 2. - № 4. -

2005.-С. 33.

9 Золотухин, А. И. Эколого-ценотический спектр пойменных лесов Балашовского района / А. И. Золотухин, А. А. Вишневская // Структура, состояние и охрана экосистем Прихоперья: Сб. науч. трудов. - Балашов: Изд-во «Николаев»,

2006. - С. 30-33.

10 Вишневская, А. А. Фитоиндикация экологического режима в пойменных лесах Балашовского района / А. А. Вишневская // Структура, состояние и охрана экосистем Прихоперья : Сб. науч. трудов. - Балашов: Изд-во «Николаев», 2006. -С. 12-14.

11 Вишневская, А. А. Характеристика адвентивных видов пойменных лесов Прихоперья / А. А. Вишневская // Актуальные проблемы науки и образования: Сб. науч. трудов. Под ред. С. А. Ляшко. - Балашов: Изд-во «Фомичев», 2006. - С. 3032.

12 Вишневская, А. А. Биоразнообразие пойменных лесов Прихоперья / А. А. Вишневская, М. В. Ларионов, В. Б. Любимов, Ю. В. Назаров // Вестник СГАУ им. Н. И. Вавилова. 2007. -№ 1.-Ч.2.-С. 17-20.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями, просим присылать по адресу: 241036, г. Брянск, ул. Бежицкая, 14, БГУ, Ученому

секретарю

Вишневская Анна Алексеевна

БИОРАЗНООБРАЗИЕ ПОЙМЕННЫХ ЛЕСОВ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ ХОПЕР (САРАТОВСКАЯ ОБЛАСТЬ)

Специальность 03.00.16-Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Подписано в печать 21.02.07. Формат 60x84 1/16. Объем 1,0 п. л. Тираж 100 экз. Заказ

Типография Издательства Саратовского университета. 410012, Саратов, Астраханская, 83.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Вишневская, Анна Алексеевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ.

2 ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ.

3 ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Объекты исследований.

3.2 Методы исследований.

3.3 Объем исследований.

4 ПОЙМЕННЫЕ ЛЕСА ПРИХОПЕРБЯ (СТРУКТУРА, СОСТОЯНИЕ

И ПУТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ).

4.1 Ботанико-географический анализ флоры пойменных лесов.

4.1.1 Географический анализ флоры.

4.1.2 Представительство жизненных форм растений.

4.1.3 Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды.

4.1.4 Адвентивные виды.

4.2 Биоразнообразие пойменных лесов.

4.2.1 Оценка альфа-разнообразия.

4.2.2 Оценка бета-разнообразия.

4.2.3 Популяции древесных растений и их демографический анализ.

4.2.4 Эколого-ценотический состав ценофлоры пойменных лесов.

4.3 Фитоиндикация экологического режима в пойменных лесах.

4.3.1 Фитоиндикация экологического режима в сообществах.

4.3.2 Влияние экологического режима на видовую насыщенность.

5 ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА 125 СОХРАНЕНИЕ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОГО БИОРАЗНООБРАЗИЯ ПОЙМЕННЫХ ЛЕСОВ ПРИХОПЕРБЯ.

ВЫВОДЫ.

СПИСОК ПЕРВОИСТОЧНИКОВ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Биоразнообразие пойменных лесов среднего течения реки Хопер"

В настоящее время существует проблема ухудшения биоразнообразия; особенно актуальна эта проблема в регионах, расположенных в переходных физико-географических зонах, например в лесостепи. В условиях обострения экологических проблем существенную роль приобретает природоохранная деятельность, направленная в том числе, и на сохранение и восстановление лесов. Необходимо всестороннее изучение лесных экосистем с целью прогнозирования их дальнейшего развития и предотвращения деградации лесов. В свою очередь, это диктует необходимость разработки научно обоснованных рекомендаций эффективной природоохранной деятельности.

Нарушение экологического равновесия в лесостепи и степи наиболее быстро проявляется при сведении или сокращении площади лесов, которые в лесостепной зоне имеют особые функции. Пойменные леса выполняют важнейшие водоохранные, руслоукрепляющие, берегозащитные, противоэрозийные, кольматирующие функции, регулируя водный режим реки. Поэтому пойменный лес и река - неотделимые понятия. Лесные насаждения очень важны для сохранения и развития флоры и фауны, редких и исчезающих видов растений и животных. Кроме того, лес улучшает санитарно-гигиеническое состояние воздуха (очищает воздух от пыли и снижает уровень шумов), водоемов, создает благоприятные для человека климат и обстановку. Леса регулируют поверхностный сток, влияют на полноводность рек, защищают почву от ветровой и водной эрозии, уменьшая смыв поверхностного плодородного слоя, улучшают микроклимат, служат зоной отдыха.

Актуальность темы. Изучение биоразнообразия - одна из основных проблем современной экологии. Леса лесостепной и степной Саратовской области являются важным резервом флоры и фауны данного региона.

В Прихоперье происходят отрицательные антропогенные изменения лесов, такие как бессистемные рубки, выпас скота, сенокошение, сбор декоративных и лекарственных растений. Все это подрывает лесной генофонд, приводит к сокращению лесных площадей, смене дуба его спутниками или многолетними травянистыми растениями при рубках.

В дубовых лесах образуются деструктивные насаждения, и основные лесообразующие породы вытесняются малоценными древесными растениями, которые неспособны образовывать устойчивые биоценозы. Необходимы исследования, позволяющие спрогнозировать дальнейшее развитие таких экосистем и разработать рекомендации, направленные на сохранение и восстановление природных экосистем.

Почти не исследовано биоразнообразие, демографический и эколого-ценотический состав этих лесов, что определяет актуальность изучения этих вопросов для Саратовской области, где из года в год сокращаются площади лесов, теряется генофонд многих растений, а в результате усиливается эрозия почв, мелеют малые реки, ухудшается среда обитания для животного и растительного мира, в том числе и для человека.

Изменения флористического разнообразия на фоне антропогенного стресса в пойменных лесах Прихоперья недостаточно изучены, именно поэтому тема диссертационной работы является актуальной.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является изучение современного состояния лесных экосистем среднего течения р. Хопер, выявление причин их деградации и разработка рекомендаций по их сохранению, изучение биоразнообразия и эколого-ценотического состава, а также фитоиндикация экологического режима и его нарушения в пойменных лесах Прихоперья, выявление редких видов растений и разработка мер по их сохранению. Анализ полученных результатов позволит сделать вывод о современном состоянии пойменных лесов, выявить причины их нарушений и разработать рекомендации по сохранению, восстановлению и улучшению состояния и биоразнообразия пойменных лесов региона. Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

-изучить биоразнообразие в пойменных лесах на разных уровнях (альфа- и бета-разнообразие);

- проанализировать эколого-ценотический состав лесных экосистем;

- выявить редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды растений;

- выявить адвентивные виды растений и выяснить степень их распространения;

- проанализировать онтогенетический состав ценопопуляций основных лесообразователей пойменных лесов Прихоперья;

- провести фитоиндикацию экологического режима лесов;

- определить механизмы поддержания биоразнообразия в лесных экосистемах Прихоперья;

- разработать научно обоснованные рекомендации по улучшению состояния пойменных лесов Прихоперья.

Научная новизна. Для лесных экосистем Прихоперья значительно уточнен флористический состав растений, насчитывающий 348 видов. Проведено их распределение по элементам ландшафта. В пойме среднего течения Хопра выявлено 13 основных групп фаций. Дан анализ соотношению жизненных форм флоры пойменных лесов. Проведен онтогенетический анализ основных лесообразующих пород. Изучено альфа- и бета-разнообразия. Выявлено 20 редких, 12 охраняемых, 20 адвентивных видов. Составлен эколого-ценотический спектр сообществ и территории исследования в целом. Проведена фитоиндикация экологических условий по шкалам Г. Элленберга. Проанализировано влияния экологического режима на видовую насыщенность фитоценозов, а также составлен прогноз дальнейшего развития пойменных лесов Прихоперья. Разработаны рекомендации для сохранения природных экосистем и восстановления биоразнообразия в лесных фитоценозах.

Практическая значимость и внедрение результатов исследований. Результаты исследований могут быть использованы для проведения мониторинга и прогноза изменений в лесах, а также осуществления природоохранных мероприятий, направленных на восстановление и сохранение их биоразнообразия. Материалы диссертации используются в научно-исследовательской деятельности и учебном процессе на кафедре биологии и экологии БФСГУ им. Н.Г. Чернышевского. Разработанные рекомендации, направленные на улучшение состояния лесных экосистем, переданы для практического использования в Балашовский, Аркадакский и Романовский лесхозы Саратовского управления лесами.

Достоверность результатов и выводов подтверждается значительным объемом материала, собранного в течение шести лет апробированными методами, его обработкой и анализом с применением компьютерной программы Microsoft Excel 2000.

Апробация работы. Результаты исследований ежегодно докладывались на конференциях молодых ученых и аспирантов в БФСГУ им. Н. Г. Чернышевского (2001-2006); на Международной конференции по проблемам в области экологии в Белгородском государственном технологическом университете (2004); на научно-практической конференции в Пензенской государственной сельскохозяйственной академии (2004); на Международной научно-практической конференции «Наука и образование на службе лесного комплекса» в Воронежской государственной лесотехнической академии (2005); в Саратовской Сельскохозяйственной академии им. Н.И. Вавилова (2006).

Личный вклад автора. Диссертация является результатом многолетних (2000-2006 гг.), комплексных исследований, выполненных лично соискателем. Автором диссертации самостоятельно разработана программа исследований; заложены пробные площадки и осуществлено их геоботаническое описание; проведена обработка собранного материала, обоснованы теоретические положения диссертационной работы, выводы и рекомендации. Опубликованные работы написаны лично соискателем или при непосредственном его участии.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из общей характеристики работы, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложения. Объем работы составляет 167 страниц компьютерного текста, включает 14 таблиц, 28 рисунков. В списке литературы - 304 источника, в том числе 25 на иностранных языках. В приложении содержится 3 рисунка, 16 таблиц, описание почвенных разрезов в пойменных лесах Прихоперья и аннотированный список видового состава флоры пойменных лесов Прихоперья.