Экологическая и фитоценотическая структура естественных древостоев в верховьях реки Воронеж

Припольцева, Антонина Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Экологическая и фитоценотическая структура естественных древостоев в верховьях реки Воронеж
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Экологическая и фитоценотическая структура естественных древостоев в верховьях реки Воронеж"

На правах рукописи

ПРИПОЛЬЦЕВА АНТОНИНА СЕРГЕЕВНА

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ФИТОЦЕНОТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЕСТЕСТВЕННЫХ ДРЕВОСТОЕВ В ВЕРХОВЬЯХ РЕКИ ВОРОНЕЖ (на примере Добровского заказника)

Специальность 03.02.08 - экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

3 1 ОКТ 2013

Воронеж-2013

005536107

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» на кафедре лесных культур, селекции и лесомелиорации

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Чернодубов Алексей Иванович

Официальные оппоненты: Арефьев Юрий Федорович,

доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», кафедра экологии, защиты леса и лесного охотоведения, профессор

Спахова Александра Семеновна,

кандидат биологических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», кафедра плодоводства, доцент

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный педагогический университет»

Защита состоится 20.11.2013 г. в Ю00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.034.01 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия», по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, тел.(факс): 8 (473) 253-76-51.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Автореферат разослан 17.10.2013г.

Отзывы на автореферат просим направлять в двух экземплярах заверенные печатью и подписями по адресу: : 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ВГЛТА, учёному секретарю диссертационного совета Д 212.034.01. Факс: 8 (473) 253-76-51; e-mail: leskulvglta@gmail.com

Учёный секретарь

диссертационного совета Капитонов Дмитрий Юрьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В результате усиливающейся хозяйственной деятельности человека, изменений климата происходит увеличение нагрузки на биологические системы, в том числе и на лесные экосистемы. Вырубаются самые высокопродуктивные, устойчивые естественные лесные фитоценозы. Теряется биологическое разнообразие автохтонных древостоев, снижается их продуктивность, устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды (Исаев и др., 1997; Никоноров, Хоружая, 2003; Таранков, 2006), возрастает их социально-экономическая роль (Конвенция о биологическом разнообразии, 1992), как объектов рекреации.

Работа выполнена в рамках госбюджетной темы кафедры лесных культур, селекции и лесомелиорации Воронежской государственной лесотехнической академии «Биоразнообразие и восстановление основных лесообразующих пород ЦЧО и юга России» (№ госрегистрации 01.2.00609252).

Цель исследований - изучить влияние экологических условий на биологическое разнообразие и фитоценотическую структуры естественных древостоев, где главной породой выступают сосна обыкновенная и дуб черешчатый.

Задачи исследований заключались в следующем:

- проанализировать структуру лесного фонда заказника и эффективность лесовосстановления за последние 15 лет (1997-2011гг.);

- провести анализ типов автохтонных древостоев;

- исследовать фитоценотическую структуру естественных древостоев;

- исследовать биологическое разнообразие различных фитоценозов.

Научная новизна. Впервые рассмотрена фитоценотическая структура и

биологическое разнообразие естественных биогеоценозов Добровского заказника. Приведена характеристика различных формаций на основе расчёта альфа- и бета-разнообразия.

Теоретическая и практическая значимость. Выявлены некоторые закономерности формирования и дан прогноз развития некоторых фитоценозов естественных древостоев заказника. Проведен анализ эффективности лесовосстановления. Полученные результаты исследований могут быть использованы как основа для формирования на базе Добровского биологического заказника Национального парка «Липецкий», а также применяться в учебном процессе дисциплин «Экология», «Лесные культуры».

На защиту выносятся следующие положения:

1. Динамика изменения лесного фонда заказника.

2. Алализ типов леса Добровского заказника.

3. Фитоценотическая структура автохтонных древостоев.

4. Биологическое разнообразие естественных биогеоценозов.

Степень достоверности полученных результатов обеспечена

большим объемом исследований, математической обработкой полученных

материалов с использованием методов статистики и компьютерных технологий.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на ежегодных конференциях профессорско-преподовательского состава ВГЛТА (2011-2013п\). Результаты исследований сообщались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 100-летию со дня рождения проф. Вересина M. М. (Воронеж, 2010), XY Международной научной конференции «Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений» (Красноярск, 2012); X Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2013).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 3 в изданиях рекомендованных ВАК РФ. Общий объем работ 2,31п.л., в том числе на долю автора приходится 2,00 п.л. или 91 %.

Личный вклад автора заключается в формулировке цели, задачи исследований, сборе и обработке полевого материала, использовании современных методик, обосновании выводов и разработке рекомендаций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Работа иллюстрирована 12 таблицами, 36 фотографиями и рисунками. Список использованных литературных источников включает 153 наименований, в том числе 30 на иностранных языках.

1. БИОРАЗНООБРАЗИЕ И СТРУКТУРА ЛЕСНЫХ

ФИТОЦЕНОЗОВ

В разделе рассмотрены основные значения понятия биоразнообразия, его классификация (Уиттекер, 1980; A.B. Яблоков, А.П. Юсуфов, 1976; A.C. Исаев и др., 1995; А.И. Уткин, 1995; В.В. Снакин, 2000). Приведён обзор литературы, посвящённой разным аспектам изучения биоразнообразия мира и на территории нашей страны (Hutchinson, MacArture, 1959; Simpson, 1961; MacArture, 1971;Cody, 1974; Diamond, 1975; Pielon, 1975; May,1976; Mayr, 1976; Taylor, Kempton, Woiwod, 1976; Kempton, Wedderbaum, 1978; Seutwood, 1978; Allen, Starr, 1982; Franklin, 1988; Magurran, 1988; Zonneveld, 1988; Kellomäki, Väisänen, 1991; Remmert, 1991; Ricklefs, 1993; Huston, 1994; Miller, 1994; Heywood , 1995; Rosenzwig, 1995; Vitousek, 1995; Azaro, Jonston, 1996; Gaston, 1998; Magurran, May, 1999; Williams, Humphries, Araujo, 1999; Whittaker R.H., 1999; Dumortier et. al., 2000; Goetze, 2000; Magurran, 2004).

Обоснована актуальность сохранения и увеличения видового богатства лесных сообществ. Биоразнобразие зависит от экологических условий произрастания в различных регионах (Милютин, 1995), рельефа, почвы и других факторов (Громцев, 1995). Дана количественная характеристика лесных территорий Центрального Черноземного региона, проанализирована степень их изученности (Кеппен, 1885; Литвинов, 1891; Талиев, 1896, 1904; Коновалов, 1929; Козо-Полянский, 1931; Вересин, 1972; Чернодубов, 2009, 2011).

2. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА

ИССЛЕДОВАНИЙ

Приведена характеристика среднегодовых показателей температуры, осадков, влажности воздуха, направления ветров. Рассмотрена характеристика почв, которые представлены 6 типами: тёмно-серые лесостепные почвы; серые лесостепные; светло-серые лесостепные; чернозёмы выщелоченные; черноземы оподзоленные; аллювиально-луговые почвы. Гидрология территории заказника представлена болотами, озёрами, грунтовыми водами и главным объектом, определяющий данный ландшафт, рекой Воронеж.

3. ПРОГРАММА, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

При выборе объектов для закладки пробных площадей руководствовались такими документами как "Методические указания к изучению типов леса" (Сукачев, 1961), "Программа и методика биогеоценотических исследований" (1966), ОСТ 56-69-83 «Площади пробные лесоустроительные, метод закладки».

Объектом исследования послужила территория Добровского заказника Липецкой области.

Методики фитоценотических исследований изложены в работах В.Н. Сукачева (1930), A.A. Корчагина (1964), A.A. Молчанов (1980), Б.М. Миркина (1985, 1989), В.И. Таранкова (2006).

Было заложено 30 пробных площадей в различных типах лесорастительных условий: дубравных, судубравных, суборевых и боровых. Приведена краткая характеристика всех пробных площадей (табл. 1).

Таблица 1 - Характеристика пробных площадей Добровского заказника

Ks- Состав Воз- Ср. Ср. Бони- Пол- ТЛУ Запас

квартала, раст, высо- диам. тет нота

выдела лет та, м. см.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Дубравы

7-7 8ДПП10С 1ИВД + КЛО 115 25 32 II 0,6 ДэП 230

47-4 ЮД+Ос 115 25 36 II 0,8 ДэП 160

20-2 юд 115 27 36 II 0,6 ДзП 250

36-25 5Д ЗС2Б 90 28 32 II 0,7 ДзП 270

46-3 ЮД+Лп+Ос 95 25 28 II 0,7 ДзП 270

7-20 10ДПН 140 22 50 III 0,5 ДзП 160

22-25 10ДПН 140 22 50 III 0,5 ДзП 160

Судубравы

77-18 ЮС 8С ІД 1Б 145 115 31 30 44 36 І 0,6 С2 290

Окончание табл.1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

68-12 5С5Д 135 115 31 27 40 32 II 0,6 с2 270

79-19 7С 2Д1Б 115 30 32 I 0,6 с2 280

72-12 5С ЗД2Б 105 29 36 I 0,6 с2 280

40-1 ЮС 8Лп2Д 100 85 29 40 I 0,6 с2 280

63-3 9Д 1Лп 105 14 14 III 0,8 с2 130

Субори

51-19 ЮС 120 30 32 I 0,7 в2 340

51-23 ЮС+Б+Д 105 27 32 I 0,7 в2 310

79-4 9С 1Д+Б 95 28 32 I 0,6 в2 280

44-3 9С Юс 95 21 24 II 0,7 в2 230

45-8 ЮС 8С2Д 150 90 27 21 32 24 II 0,6 В3 220

65-20 8С2Д 115 31 40 Iа 0,6 Вз 290

29-12 7С 2Б1Д+Ос юд 100 40 27 40 I 0,6 Вз 260

76-11,13 8С 2Б 145 29 44 II 0,7 в4 310

75-15 9С1Д+Б 115 29 40 I 0,8 в* 380

75-10 9С 1Д+Б 100 30 36 Iа 0,7 в4 330

Боры

31-11 10С+Б 115 29 36 I 0,8 а2 308

40-14 ЮС 125 28 40 II 0,6 а2 280

27-3 ЮС 105 29 32 I 0,8 а2 380

29-9 6С 2Б20с 90 25 34 I 0,6 а: 240

28-1 8С 1Б 1Д 105 29 32 I 0,7 а2 330

36-24 8С2Д 105 31 40 Iі 0,6 а2 290

76-6 8С1Д1Б 140 27 52 II 0,4 а2 170

В пределах одного типа леса подбирались участки возрастом более 90 лет. Размеры пробных площадей устанавливались с таким расчетом, чтобы показатель точности опыта основных морфологических признаков был не более 5 %.

Лесоводственно-таксационную характеристику исследуемых фитоценозов устанавливали в процессе изучения растительности на пробных площадях: древостоя, подлеска, подроста, напочвенного покрова, определения типа леса и лесорастительных условий.

Происхождение древостоя устанавливали глазомерно. Возраст древостоя брали из таксационных описаний заказника, поскольку не было возможности его определить путём подсчета годичных колец на кернах древесины. Полноту древостоя находили по стандартной таблице суммы площадей сечений, запас насаждений - по объемным таблицам Б.Н. Шустова, Т.П. Моисеенко (Лесная вспомагательная книжка, 1996).

Для учета подлеска закладывали 5 учетных площадок на каждой пробной площади размером 5x5 м способом "конверт", равномерно распределенных. По данным учета указывали состав по породам, среднюю высоту, густоту, сомкнутость, равномерность распределения. При определении видов лесных трав, древесных кустарниковых растений использовали определители И.М. Хомяковой (1990) и Ю.Е. Алексеева (1997).

Обилие видов живого напочвенного учитывали по шкале Друде: Soc - растения растут сплошь, смыкаясь друг с другом, проективное покрытие более 75 %; Сор3 - очень обильно, 50-75 %; Сор2 - обильно, 35-50 %; Сор1 - довольно обильно, 20-35 %; Sp - рассеянно, менее 20 %; Sol -единичные экземпляры; Un - единственно (Миркин, 1989).

Для оценки альфа-разнообразия применяли индекс разнообразия Симпсона (D) (Бигон, 1989). Данный показатель рассчитывали по следующей формуле:

где Б - индекс разнообразия Симпсона; Б - общее число видов в сообществе; Р| - относительное проективное покрытие 1-го вида.

При оценке бета-разнообразия рассчитывали коэффициент флористического сходства Жаккара (Миркин, 1989) по формуле:

С=]/(а+Ъ-}),

где С - коэффициент флористического сходства Жаккара; > число общих видов в сравниваемых сообществах; а - число видов в первом сообществе; Ь -число видов во втором сообществе.

Если сравнивать несколько участков, хорошее представление о бета-разнообразии может дать кластерный анализ.

Кластерный анализ - один из методов многомерного анализа, сущность которого состоит в иерархической классификации объектов в разделении множества объектов на однородные группы. Нами был использован метод среднего присоединения. Он заключается в использовании средних арифметических невзвешенных значений сходства присоединенного объекта со всеми объектами группы. Соединяются кластеры, среднее сходство между объектами которых выше.

4 СТРУКТУРА ЛЕСНОГО ФОНДА ДОБРОВСКОГО

ЗАКАЗНИКА

4.1 Изменения в лесном фонде заказника

Основной лесообразующей породой на территории заказника является сосна обыкновенная. Что обусловлено преобладанием бедных песчаных почв. Под насаждениями сосны находится 53 % территории заказника. Незначительную часть составляют насаждения таких хвойных пород, как ель обыкновенная и лиственница.

Динамика изменчивости лесного фонда хвойных, твёрдолиственных и мягколиственных пород рассматривалась за последние 15 лет (табл.2).

Таблица 2 - Динамика древесных пород заказника

Породы Площади и запасы 1997 года Площади и запасы 2011 года

Пло- Общий Средний Пло- Общий Средний

щадь, га запас, запас щадь, га запас, запас

тысмЗ мЗ/га тыс мЗ мЗ/га

Хвойные 14303 2708,5 2160 14848 3155,2 2173

Твердолиственные 4370 991,8 238 4318 729,9 177

Мягколиственные 14496 917,7 1698 7509 1071,8 1874

Площадь хвойных древесных пород увеличилась на 3,9 %, общий запас-на 16,5 %, средний запас - на 0,6 %. Анализ по группам возрастов показывает, что эти показатели характерны для средневозрастных насаждений и отрицательны для других групп возрастов. Если рассматривать по породам, то такая же тенденция отмечается для главной лесообразующей породы сосны обыкновенной. Для ели обыкновенный отмечено возрастание молодняков за счёт создания новых искусственных фитоценозов. В тоже время уменьшились площадь и общий запас в средневозрастных насаждениях. Для лиственницы новые насаждения в течение последних 15 лет не закладывалось. В приспевающей группе возраста общий запас сократился на 13,6%, в то время как средний запас вырос на 13,7%. Перестойные насаждения были полностью вырублены.

Второй главной лесообразующей породой заказника является дуб черешчатый. Дубравы занимают более 15 % от всей площади заказника. Помимо дуба черешчатого на территории заказника произрастают и другие виды твёрдолиственных пород, таких как ясень обыкновенный, клён остролистный, вяз гладкий.

По группам возрастов отмечаются положительные тенденции всех количественных показателей. Только для группы приспевающих насаждений: площадь увеличилась в 3,2 раза, общий запас в 4 раза и средний запас на 26 %. В молодняках показатели площади и общего запаса значительно сократились на 23,3 % и 10,3 %, соответственно. Средний запас при этом вырос всего на 16,7%. Общие показатели для всех групп возрастов сильно сократились: общая площадь на 1,2 %, общий запас - на 26,4 %, средний запас - на 25,6 %. В целом эти показатели свидетельствуют о неудовлетворительном лесовосстановлении в дубравах заказника.

Мягколиственные породы (берёза повислая, осина, ольха чёрная) занимают около 28 % территории заказника. Отмечается их уменьшение по площади почти на 50 %, по запасу - на 16,8 %, по среднему запасу - на 10,4 % (Попова, 2011,2012).

4.2 Типология естественных древостоев заказника

На территории заказника самым распространённым типом лесорастительных условий являются субори, которые подразделяются на свежие (В2), влажные (В3) и сырые (В4). Далее следуют судубравы (С2) с преобладанием как сосны, так и дуба с примесью берёзы и осины. Эти два типа являются самыми продуктивными. Третье место по распространению приходится на пойменные дубравы (03), подвергающиеся кратковременному затоплению в весенний период. Последнее место занимают боры (А2).

Приведён анализ типологии естественных древостоев заказника, из которого можно сделать выводы, *1то в данных условиях сформировались как сложные двухъярусные фитоценозы, так и простые одноярусные; дубравы представлены в пойме реки Воронеж и подвергаются кратковременному подтоплению в весенний период; в суборевых типах условий произрастания формируются самые высокопродуктивные древостой (Попова, 2012).

5 ФИТОЦЕНОТНЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЕСТЕСТВЕННЫХ

ПОПУЛЯЦИЙ ЗАКАЗНИКА

Наши исследования были проведены на 30 пробных площадях, заложенных на территории Добровского заказника. Все исследуемые древостой естественного происхождения старше 90 лет. В дубравах было заложено 7 пробных площадей, в судубравах - 6, в суборях - 10, в борах - 7.

5.1 Дубравный фитоценоз

Полученные данные по структуре дубравного фитоценоза обработаны методом кластерного анализа (рис.1).

№ пробной площади 1 1 2 5 4 7 6:

0,8

0,2 -

Рисунок 1 - Распределение дубравного фитоценоза на основе кластерного анализа

Из данных кластерного анализа видно, что сформировались три группы сообществ. В первую входят фитоценозы в пробных площадях 1, 2 и 5. Они на 100% состоят из дуба черешчатого с примесью осины и липы. Подрост отсутствуют. Подлесок густой из рябины, крушины, черемухи. В напочвенном покрове - крапива, осока, сныть, купена, гравилат с проектным

покрытием 50-75% (Сор3).

Во вторую группу входят сообщества 3, 6, 7. Они представлены чистыми насаждениями дуба возрастом 115-140 лет, без сопутствующих пород, без

второго яруса и подроста. В подлеске черёмуха, клён остролистный, лещина, крушина, густой. Напочвенный покров - купена, сныть, звездчатка и крапива, с проектным покрытием 50-75% (Сор3).

Сообщество 4 находится на границе поймы и первой надлуговой песчаной террасы. Поэтому в первом ярусе находится 50% дуба (90 лет); 30% сосны (110 лет) и 20% береза. Второй ярус отсутствует. Подрост - сосна и дуб высотой 2-3 м и липа до 6-7 м. В подлеске - рябина, крушина, бересклет. В травяном покрове - ландыш, осока, костяника, гравилат, с проектным покрытием 90 % (Soc).

Состояние первой и второй группы дубрав можно охарактеризовать как нормальные. Группа 4 - неустойчивая, так как здесь происходит борьба между двумя главными лесообразующими породами - сосной обыкновенной и дубом черешчатым (Сукцессионные процессы..., 1999; Оценка..., 2000).

5.2 Судубравный фитоценоз

Сообщества судубравного фитоценоза можно разделить на три группы.

Первую группу составляют 8, 9 и 11 пробные площади, каждая из которых, выступает как самостоятельная единица. Они находятся в стабильном или нормальном состоянии и сохраняют в своей структуре в качестве доминирующей породы сосну в возрасте 100-145 лет. Дуб составляет 10-20% от общего состава. Наличие дуба в подросте говорит о возможной смене главной породы в будущем. В подлеске - рябина, бересклет, ракитник, вишня, клён остролистный, крушина, бузина. На пробах 9 и 11 самый богатый видами напочвенный покров из клевера, иван-да-марьи, купены, сныти, земляники, ландыша, кочедыжника, чистотела, зверобоем, мяты, колокольчика с проектным покрытием 50 % (Сор ).

Вторая группа представлена в пробной площади 13, где главной лесообразующей породой выступает дуб возрастом 105 лет, 10 % от общего состава занимает липа мелколистная. Подрост отсутствуют. Подлесок - клён татарский, черёмуха, крушина, бересклет, лещина. Напочвенный покров -сныть, купена, ландыш, овсянница, майник, сомкнутостью 70% (Сор ). Данная группа устойчива и смена на сосновый фитоценоз в обозримом будущем не будет (рис.2).

№ пробной плошали

Рисунок 2 - Распределение судубравного фитоценоза на основе кластерного анализа

Третью группу образуют пробные площади 12 и 10. В настоящее время эти насаждения находятся в неустойчивом состоянии. В качестве лесообразующих пород выступают одновременно и дуб и сосна в возрасте 105-135 лет. Но в подросте имеется только дуб, поэтому можно прогнозировать постепенную замену сосновых насаждений на дубовые фитоценозы. В подлеске представлены виды характерные как для дубовых, так и для сосновых формаций - рябина, крушина, клён остролистный, бересклет. Напочвенный покров - сныть, овсяница, мышиный горошек, с проектным покрытием 70% (Сор3).

5.3 Суборевый комплекс

В суборевом комплексе четко выделяется группа сырых суборей (В4) (пробные площади 22,23 и 21). Которые имеют в первом ярусе 80-90% сосны (100 - 145 лет), до 10% дуба, от единичного количества до 20% березы. Второго яруса нет. Подрост представлен как сосной, так и дубом. Подлесок высотой до 2 м, средней густоты из рябины, крушины. Травяной ярус состоит из черники, овсяницы, с проектным покрытием 50 - 75%. Производительность таких древостоев 1а - II бонитетов. К этой же группе относится проба 18, хотя она является влажной суборью Вз.

Данная группа занимает самые сырые условия произрастания в данном фитоценозе и находится в стабильном устойчивом состоянии с доминированием сосны обыкновенной.

Вторую группу представляют пробные площади 14,15,16 и 17, все они -свежие субори с лесообразующей породой сосной 95-120 лет. Подрост в виде редко встречающегося дуба отмечен в 15 и 16 пробах. В подлеске - рябина, крушина, бересклет, вишня. Напочвенный покров - орляк, костяника, купена, овсяница, ландыш, чистотел, звездчатка, кочедыжник. Данная группа является устойчивой с преобладанием сосны, подрост дуба свидетельствует о возможной смене в будущем главной породы.

Влажные субори В3 на пробах 19 и 20 являются неустойчивыми. В них представлены обе породы (дуб и сосна). На пробной площади 19 подрост представлен также двумя главными породами, что и дальше будет оставлять данное насаждение в промежуточном состоянии между дубовыми и сосновыми формациями. На 20 пробной площади помимо наличия 100-летних дубов в первом ярусе, есть второй ярус, состоящий полностью из дуба возрастом 40 лет, что даже в виду отсутствия подроста позволяет спрогнозировать в будущем замену сосны на дуб. В подлеске рябина, вишня, крушина, ракитник, бересклет, средней густоты. Напочвенный покров -ландыш, овсяница, костяника, иван-да-марья, чистотел, с проектным покрытием 90% (Бос).

Данные по структуре суборевых фитоценозов представлены на рис. 3.

№ пробной площади 9

1. I.5 И 16 0.! £ 0.6

22_|_23 2| 18

Рисунок 3 - Распределение суборевого фитоценоза на основе кластерного анализа

5.3 Боровой фитоценоз

Боровой фитоценоз представлен двумя группами сообществ.

Первая группа объединяет менее богатые по структуре сообщества (пробы 24, 25 и 26). Это чистые одноярусные древостой сосны с примесью березы. Возраст 105 - 125 лет. В подросте - дуб. В подлеске - рябина, черёмуха, бересклет, клён остролистный, ракитник, крушина, редкий или средней густоты, высотой 1-2,5 м. В травянистом покрове - купена, ландыш, кошачья лапка, овсяница, с проектным покрытием 50% - 60%.

Вторую группу составляют более богатые по структуре насаждения на пробных площадях 27, 28, 29, 30. В них насаждения сосны возрастом 105-140 лет, имеют в своём составе берёзу повислую, дуб черешчатый, осину. В подросте у таких насаждений имеются все представленные в первом ярусе породы. В подлеске клён остролистный, вишня, рябина, шиповник, ракитник, крушина, черёмуха. В пробе 28 имеется можжевельник обыкновенный, который занесён в Красную книгу Липецкой области. В напочвенном покрове - земляника, овсяница, ландыш, черника, костяника, колокольчик, иван-да-марья, кочедыжник, с проектным покрытием 50-75% (Сор3). Тип леса - сосняк травяной. ТЛУ — А2.

Обе эти группы борового фитоценоза находятся в стабильном нормальном состоянии с главной доминирующей породой - сосна обыкновенная.

Распределение сообществ борового фитоценоза показано на рис. 4.

№ пробной площади 1 27 28 29 30 ?6

0,8

0 0,«

§0,4

0,2

Рисунок 4 - Распределение борового фитоценоза на основе кластерного анализа

6 БИОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ АВТОХТОННЫХ

ФОРМАЦИЙ ЗАКАЗНИКА

Все насаждения старше 90 лет имеют невысокий индекс разнообразия даже при большом видовом богатстве. Это связано с неравномерностью в распределении доли видов в сообществе. Доля преобладающей в древесном ярусе породы в несколько раз превышает доли остальных видов в сообществе, поэтому даже в тех насаждениях, где имеется максимальное число видов (15-19), индекс разнообразия не превышает значения 2,7 (табл. 3).

Таблица 3 - Показатели альфа-разнообразия различных формаций

Добровского заказника

№п/п Возраст, лет Б Э древесного яруса Б подлеска Б трав в общий

Дубравы

1 115 2,1 4 2 3 9

2 115 1,6 2 3 3 8

3 115 1,6 1 3 3 7

4 90 3,6 4 3 4 11

5 95 2,2 3 3 2 8

6 140 1,6 1 3 3 7

7 140 1,6 1 3 3 7

Судубравы

8 145 1,8 4 2 4 10

9 115 2,4 4 6 9 19

10 105 3,3 4 3 3 10

11 100 2,7 4 3 6 13

12 135 2,4 3 2 1 6

13 105 1,6 2 5 5 12

Субота

14 120 1Д 1 2 5 8

15 105 2,3 4 2 4 10

16 95 1,5 3 4 7 14

17 95 1,5 2 2 4 8

18 150 1,5 2 4 2 8

19 115 1,8 3 3 8 14

20 100 2,3 5 5 6 16

21 145 1,7 3 1 2 6

22 115 1,8 3 2 2 7

23 100 1,6 3 2 2 7

Бооы

24 115 1,4 3 3 4 10

25 125 1,2 1 1 4 6

26 105 1,1 3 4 3 10

27 90 2,7 6 5 7 18

28 105 2,3 4 3 7 14

29 105 1,5 3 3 5 11

30 140 1,6 4 3 4 11

Наиболее высокий индекс наблюдается в судубравных формациях. Это связано с тем, что в древесном ярусе соотношение пород более выровнено, чем в других формациях, имеется второй ярус, подлесок и подрост. В данных формация наблюдается и наибольшее видовое разнообразие.

Второе место по величине индекса разнообразия занимают дубравы. Это связано с густым и довольно высоким подлеском (до 5 м высотой), который занимает немалую долю в сообществе. Однако дубравы характеризуются наименьшим видовым разнообразием. Они расположены в поймах реки Воронеж и относятся к типу леса - дубняк пойменный влажный, а при полноте 0,7-0,8 под пологом слишком мало света. В таких условиях подлесок и напочвенный покров обладают скудным видовым составом - по 2-3 вида.

Субори занимают третье место по индексу Симпсона и второе по богатству видов. В суборях максимальное количество видов в напочвенном покрове равно 8. Древесный полог часто двухъярусный, имеется подлесок и подрост.

Наименьший индекс разнообразия отмечается в борах. В них доля сосны обыкновенной в несколько раз превышает доли всех остальных видов. Подрост и подлесок редкий, небольшой высоты, напочвенный покров, хотя и не обеднён видами, но невысокий и его проектное покрытие не превышает 60% (Припольцева, 2013).

Бета-разнообразие характеризует изменчивость показателей альфа-разнообразия в пространстве - по градиентам факторов среды или при переходе от одного типа сообщества к другому. Обычно бета-разнообразие оценивается через индексы сходства и индексы гетерогенности (Мэгарран, 1992). Есть две основные группы индексов сходства видового состава, учитывающих: 1) присутствие или отсутствие видов и 2) показатели обилия видов. Первая группа позволяет получать оценки разнообразия флористического состава различных сообществ; а вторая оценивает разнообразие соотношений видов в сообществах.

Для сравнения бета-разнообразия между различными формациями, нами использовался коэффициент флористического сходства Жаккара (Миркин, 1989). Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Показатели бета-разнообразия различных формаций

Добровского заказника

№п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 .

2 0,7 -

3 0,3 0,36 -

4 0,25 0,27 0,13 -

5 0,55 0,60 0,50 0,27 -

6 0,15 0,17 0,63 0,06 0,27 -

7 0,15 0,17 0,63 0,06 0,27 1 -

8 0,19 0,29 0,13 0,50 0,7С 0,07 о;о7 -

9 0,08 0,13 0,19 0,32 0,08 0,2 0,2 0,29 -

10 0,19 0,29 0,21 0,50 0,2 0,23 0,23 0,43 0,35 -

11 0,16 0,31 0,18 0,50 0,31 0,12 0,12 0,35 0,30 0,54 -

12 0,14 0,27 0,18 0,50 0,17 0,09 0,09 0,60 0,28 0,86 0,36 -

13 0,17 0,25 0,46 0,35 0,43 0,29 0,29 0,22 0,26 0,36 0,32 0,20 -

14 0,06 0,23 0,15 0,46 0,14 0,08 0,08 0,38 0,24 0,30 0,40 0,40 0,25 -

15 0,06 0,13 0,13 0,62 0,13 0,14 0,14 0,33 0,64 0,33 0,44 0,33 0,3 0,50 -

16 0,1 0,22 0,17 0,56 0,16 0,18 0,18 0,50 0,45 0,4 0,50 0,43 0,30 0,47 0,50

17 0 0.14 0,07 0,58 0,07 0,08 0,08 0,38 0,30 0,38 0,40 0,40 0,25 0,6С 0,64

18 0,06 0,23 0,07 0,46 0,14 0,08 0,08 0,38 0,30 0,38 0,40 0,40 0,25 0,33 0,29

19 0,1 0,24 0,18 0,50 0,17 0,18 0,18 0,35 0,30 0,35 0,44 0,46 0,32 0,5С 0,28

20 0,09 0,28 0,10 0,63 0,28 0,05 0,05 0,39 0,40 0,40 0,56 0,40 0,29 0,35 0,56

21 0,15 0,27 0,08 0,42 0,17 0,09 0,09 0,45 0,20 0,45 0,36 0,70 0,13 0,27 0,23

22 0,14 0,36 0,17 0,50 0,25 0,08 0,08 0,55 0,25 0,55 0,43 0,86 0,20 0,31 0,27

23 0,14 0,36 0,17 0,50 0,25 0,08 0,08 0,55 0,25 0,55 0,43 0,86 0,20 0,36 0,31

24 0,11 0,19 0,20 0,22 0,12 0,21 0,21 0,40 0,32 0,40 0,33 0,40 0,35 0,36 0,50

25 0 0,07 0,08 0,29 0,00 0,08 0,08 0,30 0,20 0,20 0,25 0,30 0,19 0,50 0,30

26 0,12 0,20 0,20 0,40 0,13 0,23 0,23 0,43 0,40 0,43 0,44 0,45 0,38 0,50 0,43

27 0,07 0,18 0,04 0,38 0,13 0,08 0,08 0,33 0,44 0,27 0,48 0,33 0,2 0,3 0,33

28 0,1 0,17 0,11 0,41 0,17 0,06 0,06 0,44 0,29 0,35 0,53 0,46 0,25 0,4 0,44

29 0,11 0,19 0,13 0,47 0,19 0,06 0,06 0,5 0,26 0,31 0,6 0,42 0,23 0,46 0,4

30 0,18 0,36 0,2 0,47 0,27 0,13 0,13 0,4 0,21 0,4 0,5 0,55 0,21 0,36 0,31

Окончание табл. 3

№п/п 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

16 _

17 0,57 _

18 0,38 0,45 .

19 0,59 0,31 0,31 -

20 0,61 0,44 0,44 0,4 -

21 0,33 0,40 0,40 0,36 0,31 -

22 0,35 0,31 0,70 0,54 0,38 0,86 -

23 0,40 0,36 0,36 0,54 0,38 0,86 1,00 -

24 0,47 0,58 0,46 0,40 0,37 0,42 0,38 0,38 -

25 0,30 0,50 0,36 0,33 0,22 0,30 0,27 0,27 0,54 -

26 0,40 0,50 0,50 0,44 0,47 0,33 0,42 0,42 0,47 0,38 -

27 0,39 0,3 0,3 0,39 0,65 0,33 0,39 0,39 0,26 0,19 3,4 -

28 0,42 0,4 0,31 0,59 0,56 0,46 0,43 0,54 0,33 0,25 5,35 0,63 -

29 0,56 0,36 0,36 0,39 0,63 0,31 0,38 0,38 0,29 0,29 3,4 0,53 3,6 -

30 0,39 0,36 0,27 0,47 0,44 0,55 0,5 0,64 0,38 0,2 3,31 0,45 3,5 0,38 -

Анализ таблицы 4 показывает, что наибольшим разнообразием от других фитоценозов обладают дубравы, что отражается в наименьших показателях коэффициента Жаккара - 0,00; 0,07; 0,1.

Наибольшим сходством между собой обладают судубравы и субори с коэффициентами 0,86; 0,64; 0,56. Сходство боров с суборями и судубравами характеризуется коэффициентами в диапазоне от 0,20 до 0,58 (Припольцева, 2013).

На основании проведенных исследований установлено:

- насаждения старше 90 лет имеют невысокий индекс разнообразия, что связано с превышением в несколько раз доли главной древесной породы над долей остальных видов в сообществе;

- наибольшая величина индекса разнообразия Симпсона характерна для судубравных формаций, следовательно, они характеризуются наибольшей устойчивостью;

- наименьшее видовое разнообразие отмечается в дубравах, но индекс разнообразия довольно высок из-за равномерности распределения видов внутри сообщества, что также обеспечивает устойчивость данного типа формаций;

- выявлены виды деревьев и кустарников, которые произрастают во всех фитоценозах - дуб черешчатый, сосна обыкновенная, берёза повислая, рябина обыкновенная, бересклет бородавчатый и крушина ломкая;

- наибольшее разнообразие древесных и кустарниковых пород отмечается в судубравах, 7 деревьев и 9 кустарников; наименьшее - в суборях 5 вида деревьев и 7 видов кустарников;

- среди видов травянистой растительности есть виды, которые произрастают только в пойменных дубравах - крапива, осока волосистая, гравилат городской. В судубравах - мышиный горошек, земляника лесная, чистотел большой, зверобой продырявленный, мята, иван-чай; суборях -папортник орляк, звездчатка ланцетолистная, герань лесная, иван-да-марья, копытень европейский; в борах - кошачья лапка.

- выявлены два вида, которые занесены в Красную книгу Липецкой области, это можжевельник обыкновенный (пробные площади 13 и 28) и колокольчик персиколистный (пробные площади 9, 27 и 28).

ВЫВОДЫ

На основании проведенных исследований, их анализа, возможно, сделать следующие выводы:

1. Установлена положительная динамика изменения лесного фонда Добровского заказника за последние 15 лет: по сосне обыкновенной площадь увеличилась на 3,9 %, общий запас - на 16,5 %, средний запас - на 0,6 %; за счёт уменьшения мягколиственной секции происходит увеличение площадей дуба семенного происхождения на 8,1 %, что говорит о высокой эффективности работ по искусственному восстановлению лесных ценозов.

2. В условиях Добровского заказника сформировались как сложные двухъярусные фитоценозы, так и простые одноярусные; дубравы представлены в пойме реки Воронеж и подвергаются кратковременному подтоплению в весенний период; в судубравных типах условий произрастания формируются самые высокопродуктивные древостой.

3. На основе данных кластерного анализа установлено, что в дубравном фитоценозе сформировались три группы. Состояние первой и второй группы дубрав можно охарактеризовать как нормальные. Третья - как неустойчивая, так как здесь происходит конкурентная борьба между двумя главными лесообразующими породами - сосной обыкновенной и дубом черешчатым.

4. В судубравном фитоценозе в качестве прогноза можно предположить, что процесс развития сообществ происходит в разных направлениях, часть сообществ, возможно, сформируют дубравные фитоценозы, другие - комплексы с доминирующей главной породой - сосна обыкновенная.

5. В суборях есть группа насаждений - в сыром типе условий произрастания, которые находятся в стабильном или нормальном состоянии. В остальных сообществах состояние неустойчивое, идет конкурентная борьба за доминирование между сосной обыкновенной и дубом черешчатым.

6. Боровой фитоценоз представлен двумя группами. Первая группа объединяет наиболее богатые по структуре сообщества с сосной обыкновенной в древесном ярусе с примесью березы повислой, осины, липы мелколистной, а также с большим разнообразием видов в подлеске и напочвенном покрове. Вторая - со 100% участием сосны, бедным травяным покровом. Обе эти группы борового фитоценоза находятся в стабильном состоянии.

7. Изучение биоразнообразия на основе альфа- и бета-разнообразия показало, что наибольшим отличием от других фитоценозов обладают дубравы, что отражается в наименьших показателях коэффициента Жаккара. Наибольшим сходством между собой обладают судубравы и субори.

8. Наибольшее видовое богатство отмечается в судубравах, что свидетельствует о большей устойчивости данных насаждений по сравнению с другими сообществами.

Все вышеизложенное позволяет сделать следующие рекомендации производству:

1. В целях повышения устойчивости сосновых насаждений в боровых комплексах, рекомендуется формировать смешанные насаждения с примесью берёзы повислой, что повысит устойчивость насаждений.

2. В связи сокращением площадей твёрдолиственных пород, рекомендуется проводить лесовосстановительные работы по посадке дуба черешчатого.

3. С целью сохранения разнообразия не только лесных древостоев, но всего биологического комплекса рекомендовать создание на базе Добровского заказника Национального парка «Липецкий». Использовать как основу для создания национального парка материалы данной работы, что

позволит сформировать рекреационную зону для города Липецка и Новолипецкого металлургического комбината на основе государственно-частного партнерства.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях рекомендованных ВАК Минобрнаукн РФ

1. Попова, A.C. Типология фитоценозов Добровского заказника Липецкой области [Электронный ресурс] /A.C. Попова // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 2; URL: www.science-education.ru/102-5785.

2. Попова, А. С. Динамика лесных фитоценозов Добровского заказника Липецкой области [Электронный ресурс] /A.C. Попова //Политематический научный журнал КубГАУ. - 2012 - №77(03) httn://ei.kubagro.ni/2012/03/pdf705.pdf

3. Припольцева, A.C. Бета-разнообразие фитоценозов Добровского заказника Липецкой области [Электронный ресурс] /A.C. Припольцева // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 4; URL: http://www.science-education.ru/110-9628

В других изданиях

4. Попова, А. С. Государственный природный заказник «Добровский» [Текст] / А. С. Попова, А. И. Чернодубов // Генетика, селекция, семеноводство и воспроизводство древесных пород : материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Вересина Михаила Михайловича. - Воронеж, 2010. - С. 189-190.

5. Попова, А. С. Изменчивость фитоценозов Добровского заказника Липецкой области [Текст] / А. С. Попова // Экология ЦентральноЧерноземной области Российской Федерации. - 2011. - № 2 (27). - С. 157-158.

6. Попова, А. С. Биоразнообразие автохтонных фитоценозов Добровского заказника Липецкой области [Текст] / А. С. Попова, А. И. Чернодубов // Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений : материалы 15 Международной научной конференции, Красноярск, 13-15 сентября 2012 г. / отв. ред. Р. Н. Матвеева ; СибГТУ. - Красноярск, 2012.-С. 78-81.

7. Припольцева, А. С. Структура почвенного покрова территории Добровского заказника Липецкой области [Текст] / А. С. Припольцева // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: материалы Международной научно-технической конференции, Вологда, 11-13 декабря 2012 г. / отв. ред. Р. В. Дерягин; Вологод. гос. техн. ун-т. - Вологда, 2013. - С. 26-28.

8. Припольцева, А. С. Характеристика пойменных дубрав Добровского заказника Липецкой области Международный научно-исследовательский журнал. - Екатеринбург: «Литера», 2013. №2(9)- С. 41-42.

Подписано в печать 17.10.2013. Формат 60x84 1/16 . Бумага офисная. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ №2667

Отпечатано в типографии Воронежский ЦНТИ - филиал ФГБУ «РЭА» Минэнерго России 394036, г. Воронеж, пр. Революции, 30

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Припольцева, Антонина Сергеевна, Воронеж

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

на правах рукописи

04201365900 Припольцева Антонина Сергеевна

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ФИТОЦЕНОТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЕСТЕСТВЕННЫХ ДРЕВОСТОЕВ В ВЕРХОВЬЯХ РЕКИ ВОРОНЕЖ

(на примере Добровского заказника)

Специальность: 03.02.08 - экология

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Чернодубов А.И.

Воронеж - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1 Биоразнообразие и структура лесных фитоценозов 6

2 Природно-климатические условия района исследования 17

2.1 Лесорастительная зона и климат 17

2.2 Геоморфология 20

2.3 Гидрография и гидрология 25

3 Программа, объекты и методика исследований 28

4 Структура лесного фонда Добровского заказника 35

4.1 Изменения в лесном фонде заказника 35

4.2 Типология естественных древостоев заказника 41

5 Фитоценотическая структура естественных популяций заказника 45

5.1 Дубравный фитоценоз 46

5.2 Судубравный фитоценоз 55

5.3 Суборевый комплекс 64

5.4 Боровой фитоценоз 76

6 Биологическое разнообразие автохтонных формаций заказника 86 Заключение 101 Библиографический список 103 Приложения 118

ВВЕДЕНИЕ

Задачи исследований заключались в следующем:

проанализировать структуру лесного фонда заказника и эффективность лесовосстановления за последние 15 лет (1997-2011гг.);

- провести анализ типов автохтонных древостоев;

- исследовать фитоценотическую структуру естественных древостоев;

- исследовать биологическое разнообразие различных фитоценозов.

Научная новизна. Впервые рассмотрена фитоценотическая структура

и биологическое разнообразие естественных биогеоценозов Добровского заказника. Приведена характеристика различных формаций на основе расчёта альфа- и бета-разнообразия.

Теоретическая и практическая значимость. Выявлены некоторые закономерности формирования и дан прогноз развития некоторых естественных фитоценозов заказника. Дан анализ эффективности лесовосстановления. Полученные результаты исследований могут быть использованы как основа для формирования на базе Добровского природного заказника Национального парка «Липецкий», а также применяться в учебном процессе дисциплин «Экология», «Лесные культуры».

На защиту выносятся следующие положения:

1. Динамика изменения лесного фонда заказника.

2. Анализ типов леса Добровского заказника.

3. Фитоценотическая структура автохтонных древостоев.

4. Биологическое разнообразие естественных биогеоценозов.

Степень достоверности полученных результатов обеспечена

большим объемом исследований, математической обработкой полученных материалов с использованием методов статистики и компьютерных технологий.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на ежегодных конференциях профессорско-преподовательского состава ВГЛТА (2011-2013гг.). Результаты исследований сообщались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 100-летию со дня рождения проф. Вересина М. М. (Воронеж, 2010), ХУ Международной научной конференции «Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений» (Красноярск, 2012); X Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2013).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 120 страницах машинописи и состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка и приложений. Список литературы содержит 153 наименования, в том числе 33 на иностранных языках. Текст иллюстрирован 12 таблицами, 36 рисунками.

1 БИОРАЗНООБРАЗИЕ И СТРУКТУРА ЛЕСНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ

(литературный обзор)

Глобальные изменения климата, усиливающийся антропогенный пресс негативно влияет на окружающую среду. В 1992 году в Рио-де-Жанейро была принята «Конвенция о биологическом разнообразии» для сохранения устойчивого развития планеты - Земля. Мировое сообщество проявляет интерес к этому вопросу в связи с интенсификацией использования биоресурсов и возрастающей их социально-экономической ролью; усиливающимся потреблением природных ресурсов и необходимостью сохранения биоразнообразия на всех уровнях.

В Хельсинки (1993) Европейская конференция министров лесного хозяйства изменила документ об общих принципах устойчивого развития лесного хозяйства и использования лесных ресурсов в европейских странах.

В 1995 году в Сант-Яго (Чили) была принята Декларация по критериям и индикаторам для сохранения и устойчивого управления бореальными и умеренными лесами.

Биологическое разнообразие лесов изменяется при продвижении от экватора к полюсам. В тропических лесах разнообразие древесной и кустарниковой растительности достигает до 100 видов, в то время как в северной тайге она снижается до 10-30 видов.

Исследования за рубежом и в России позволили выявить некоторые глобальные изменения биологического разнообразия:

а) биоразнообразие зависит от количества влаги, тепла и почвообразующей породы;

б) биоразнообразие изменяется в зависимости от рельефа и разнообразия почв (в горах биоразнообразие всегда выше);

в) биоразнообразие тем выше, чем больше время развития

биологических систем (Уиттекер, 1980; Исаев и др. 1997; Никоноров,

Хоружая, 2003; Таранков, 2006; Hutchinson, MacArture, 1959; Simpson, 1961; MacArture, , 1971;Cody; 1974; Diamond, 1975; Pielon, 1975; May,1976; Mayr,1976; Taylor, Kempton, Woiwod, 1976; Kempton, Wedderbaum, 1978; Seutwood, 1978; Allen,Starr, 1982; Franklin, 1988; Magurran, 1988; Zonneveld, 1988; Kellomäki, Väisänen, 1991; Remmert, 1991; Ricklefs, 1993; Huston, 1994; Miller, 1994; Heywood , 1995; Rosenzwig, 1995; Vitousek, 1995; Azaro, Jonston, 1996; Gaston, 1998; Magurran, May, 1999; Williams, Humphries, Araujo, 1999; Whittaker R.H., 1999; Dumortier et. al., 2000; Goetze, 2000; Magurran, 2004).

Среди критериев выделяются разнообразие экосистем, видов и генетическое разнообразие.

Россия - лесная держава и поэтому, использование и сохранение биоразнообразия является стратегической задачей, позволяющей использовать этот фактор как неистощимый, возобновляющийся ресурс, обеспечивающий сохранение и восстановление биоразнообразия на разных уровнях - федеральном, региональном, местном (Исаев и др., 1997). В 1996 году Международный институт леса разработал программу действий по изучению биологического разнообразия лесов России. Происхождение термина «биоразнообразие» дискуссионно до настоящего времени. Одни авторы (Юрцев, 1992; Жаркова, 1998; Снакин 2000) понимают под биоразнообразием существование живой природы, с определенным количеством видов растений, животных, а также числом сообществ на конкретной территории. Другие (Исаев и др., 1997): «Биологическое разнообразие - фундаментальное свойство живой природы, отражающее множество реализованных в процессе эволюции структурно-функциональных свойств ее организации и обеспечивающее устойчивое развитие планетарной жизни и устойчивость биосферы. Биоразнообразие -многомерно. Многомерность определяется многоуровневостью организации живого вещества и многоплановостью использования его человеком».

Различают три уровня биоразнообразия: генетическое, видовое и экосистемное.

Генетическое разнообразие включает в себя - популяции, индивидуумы, хромосомы, гены, нуклеотиды.

Видовое - царство, семейство, род, вид, подвид.

Экологическое или экосистемное разнообразие включает в себя - биом, биогеографический район, ландшафт, экосистема, местообитание, ниша.

Р. Уиттекер (Whittaker, 1960,1970, 1972) на основе биоразнообразия от факторов окружающей среды предложил следующие уровни экосистемного разнообразия:

- альфа-разнообразие — разнообразие внутри сообщества;

- бета-разнообразие - разнообразие между сообществами;

- гамма-разнообразие - разнообразие надценотической среды систем по градиентам среды.

Этого же мнения придерживаются в нашей стране учёные A.B. Яблоков, А.П. Юсуфов (1976), A.C. Исаев и др. (1995), А.И. Уткин (1995), В.В. Снакин (2000).

По данным ряда исследователей биоразнобразие лесных видов зависит от экологических условий произрастания в различных регионах (Милютин, 1995), рельефа, почвы и других факторов (Громцев, 1995). Для выделения лесных популяций основой являются принципы лесной типологии (Рысин, 1995).

Большинство учёных лесоводов рассматривают вид, как основу биологического разнообразия и отсюда сохранение разнообразия экосистем зависит от числа видов, представленных в данной системе (Юрцев, 1992; Придня, 1995; Сергеев, 1953; Нецветаев, 2000).

Альфа-разнообразие характеризует богатство видов различных сообществ и для его оценки используют два параметра. Первое - число видов на единицу площади (видовое насыщение) и второй — общее число видов в сообществе или видовое богатство (Миркин, 1985, 1989; Васильевич, 1992). Гамма-разнообразие оценивается с помощью видового богатства и видовой

I и

насыщенности конкретной флоры в пределах одного выдела (Малышев, 1994; Виноградов, 2000).

Для большей объективности в последнее время получили показатели количественного соотношения как одних и тех же видов, так и редкости отдельных видов (Одум, 1986; Бигон, 1989; Миркин, 1989).

Такими показателями являются индекс разнообразия Симеона (О), который рассчитывается, как доля каждого вида в общей численности биомассы.

При оценке бета-разнообразия часто используют коэффициент флористического сходства Жаккара (1ассаг<3, 1901, 1912).

Биоразнообразие древесных видов, возможно, проводить по таксационным описаниям, сочетая лесотаксационное описание с точечной геоботанической информацией, что обеспечивает прогноз состояния лесных территорий (Заугольнова, 1995).

Лесные экосистемы довольно сложный объект для изучения разнообразия, так как включает в себя почвенное разнообразие, напочвенный покров, подрост, подлесок, второстепенные, главные породы и

окружающую среду. Формируется сложная биологическая система -биогеоценоз (Сукачев, Дылис, 1964). Основная задача лесного хозяйства «...сохранение и поддержание биологического разнообразия в наиболее значимых экосистемах биосферы, охрана местообитаний и восстановление природных процессов на нарушенных землях... (Моисеев, 2002).

В лесах пяти областей Центрального Черноземья 368, 8 тыс. га

приходятся на хвойные насаждения. Здесь расположены уникальные

островные боры: Усманский, Хреновской, Цнинский; меловые или горные в

Белгородской, Воронежской областях. Обычно они имеют статус

заповедников (Воронежский), особо ценных лесов (Хреновской, Цнинский)

или региональных заказников, памятников природы «Бекарюковский бор»,

урочище «Мордва». Изучением островных боров, в том числе и

биоразнообразием, занимались многие исследователи — Ф. Кеппен (1885),

Д.И. Литвинов (1891), В.И. Талиев (1896, 1904), H.A. Коновалов (1929), Б.М. Козо-Полянский (1931), М.М. Вересин (1971), А.И.Чернодубов (2009, 2011). В последнее время структуру коренных типов Хреновского бора рассматривал В.М. Максимов (2003).

В Центральном Черноземье в настоящее время насчитывается около 1,3 млн. га лесных насаждений (табл. 1).

Таблица 1 - Структура лесных насаждений Центрального Черноземья

(га)

Область Всего, га Хвойные Твердолиственные Мягколиственные

породы породы породы

Воронежская 381846 110254 203481 68111

Тамбовская 353620 159720 60670 133230

Белгородская 205400 19200 162500 23700

Курская 201300 25000 134200 42100

Липецкая 154540 54640 61800 38100

Итого 1296706 368 814 622651 305241

Сосновые леса неоднородны по своему составу и их разнообразие зависит от плодородия почв. На самых бедных почвах леса формируются только сосной обыкновенной (Pinus sylvestris), неравномерной по густоте. Деревья растут медленно, по продуктивности это древостой III-IV бонитета. Подлесок редкий и представлен ракитником русским (Chamaecyticus ruthenicus). Напочвенный покров - лишайники, ковыль перистый (Stipa pennata), овсяница (Festuca), осоки (Carex), полыни (Artemisia), кошачья лапка (Antennaria dioica), чабрец (Thymus), цмин песчаный (Heiichrysum arenarium), ястребинка волосистая (Hieracium pilosella), заячья капуста (Sedutn maximum L.), молодило побегоносное (Sempervivum soboliferum). С точки зрения типологии, это «боры лишайниковые-травяно-степные» или «сосняки злаково-лишайниковые».

Свежие боры расположены обычно на первой надлуговой террасе. Древостой состоит из сосны I-II бонитета, по западинам - берёза повислая

1 10

(Betula pendula), осина (Populus trémula). Подлесок редкий из дуба кустарникового (Quercus robur), рябины обыкновенной (Sorbus aucuparia), ракитника, дрока красильного (Genista tinctoria), бересклета бородавчатого (Euonymus verrucosus), крушины ломкой (Frangula alnus). В напочвенном покрове - мхи (грушанка зонтичная (Pyrola umbellata) и однобокая (Pyrola secunda), брусника (Vaccinium vitis-idaea), земляника лесная (Fragaria vesca), герань кроваво-красная (Geranium sanguineum), сон-трава (Pulsatila vulgaris).

Влажные боры расположены по понижениям вокруг болот, по берегам

ручьёв, рек. Сосны здесь достигают высоты 35м при среднем диаметре до 40

см, запас 600-700 м /га. Бонитет I, отдельные деревья имеют диаметр свыше полуметра и высоту до 40-42м. В небольшом количестве примешиваются берёза, осина. В подлеске встречаются дуб, ива (Salix), рябина обыкновенная, крушина ломкая, неравномерной густоты. Травяной покров густой -папоротник орляк (Pteridium aquilinum), вербейник обыкновенный (Lysimachia vulgaris), иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolium), костяника каменистая (Rúbus saxátilis), черника обыкновенная (Vaccinium myrtillus), ландыш майский (Convallaria majalis), купена многоцветковая (Polygonatum multiflorum), звездчатка ланцетовидная (Stellaria holostea L), осоки, злаки, зелёные мхи (Исаев, 1989).

Свежая суборь - высокопродуктивные сосновые леса I и даже Ia бонитета. Обычно занимают переходную полосу от второй надлуговой террасы вверх к степи, где более плодородные почвы и иногда переходят в судубравы. Если нет второго яруса и густого подлеска, в напочвенном покрове отмечены смолёвка обыкновенная (Silene vulgaris), гвоздика травянка (Diánthus deltoides), клевер (Trifolium), герани (Geranium), колокольчики (Campanula), вероника (Verónica), душица обыкновенная (Origanum vulgaris L.), ракитник, дрок, зверобой обыкновенный (Hypéricum perforatum), ромашка (Matricaria), иногда отмечают злаки - мятлик (Роа), осоки. Во втором ярусе обычно присутствуют дуб черешчатый, берёза повислая, осина.

Судубравы обычно расположены на окраинах боров и в первую очередь подвергаются рубкам и заменой порослевыми насаждениями. Это обычно четырехъярусные древостой с мощными соснами и дубом

черешчатым, кроме дуба широколиственные породы - клёны (Acer), ильм (Ulmus), липа (Tilia), лещина (Córylus), бузина (Sambucus) и обильным разнотравным напочвенным покровом (Вересин, 1971).

Меловые или горные боры представлены «Бекарюковским бором» в Шебекинском лесничестве Белгородской области (площадь 50 га). Тип леса -сосняк травяно-степной 160-180 лет. Высота деревьев 14-16 м, диаметр 44 см, бонитет V. Подрост отсутствует, в подлеске - дрок красильный, рактник русский, боярышник (Crataégus).

В Острогожском лесничестве Воронежской области сохранилось одно маточное дерево сосны меловой (Pinus sylvestris var. Cretaceae) в возрасте 140-150 лет, высотой 13 м, диаметром 45 см. Обильный подрост в возрасте 210 лет на площади 1,2 га. В напочвенном покрове реликт третичного периода - дремлик тёмно-красный (Epipactis atrorubens) (Чернодубов, 2011).

Дубравы занимают 622,7 тыс. га лесных насаждений или около 50% от всех лесных площадей. Здесь расположены всемирно известные Шипов лес, Теллермановская дубрава (площадью около 70 тыс. га). Все они относятся к нагорным дубравам. Они расположены на серых лесных суглинках или аллювиальных почвах балок и представлены дубовыми или дубово-ясеневыми древостоями. Обычно это снытиевые, осоко-снытиевые насаждения. В первом ярусе обычно дуб черешчатый, ясень обыкновенный (Fráxinus excélsior), второй ярус - клён остролистный (Ácer platanoídes), липа, ильм. В подлеске - лещина, клён полевой (Ácer campéstre), в н

Информация о работе

Припольцева, Антонина Сергеевна
кандидата биологических наук
Воронеж, 2013
ВАК 03.02.08

Диссертация

Экологическая и фитоценотическая структура естественных древостоев в верховьях реки Воронеж - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы