Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ БАЙКАЛЬСКОЙ ПРИРОДНОЙ ТЕРРИТОРИИ: ПОДХОДЫ К ВЫБОРУ РЕПЕРНОИ СЕТИ И ЕЕ АНАЛИЗ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ БАЙКАЛЬСКОЙ ПРИРОДНОЙ ТЕРРИТОРИИ: ПОДХОДЫ К ВЫБОРУ РЕПЕРНОИ СЕТИ И ЕЕ АНАЛИЗ"



На ирапах рукописи

ШАМАНОВА Светлана Игоревна

экологический мониторинг байкальской природной территории: подхода к выбору реперной сети и ее анализ

03.00.16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Улан-Удэ - 2003

Работа выполнена в Сибирском институте физиологии и биохимии растений Сибирского отделения РАН, г. Иркутск.

I кучный руководитс.и,:

доктор биологических паук А.С.Плешаноя.

Официальны© оппоненты:

доктор биологических наук С.В.Пыжьянов.

кандидат биологических наук Р.А.Балдаеш.

Ведущая организация:

Институт общей и зкеперимегггальной биологии СО РАН.

Заиагга состоится 29 октября 2003 г. н 15 ш часов на заседании диссергащюиного совета Д 212.022,03 н Бурятском государственном университете по адресу: 670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина. **' а биолого] -еогра фнческий факультет. Факс: (3012)210588

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бу государственного уттсрситета: 670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24 а

Автореферат разослан 28 сентября 2003 г. Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук, доцент

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Проведение работ по оценке биологического разнообразия крупных регионов требует привлечения большого числа специалистов различного профиля. Это создает организационные и экономические трудности и делает актуальным выбор минимального числа небольших по площади ключевых участков, достаточно полно отражающих региональные особенности биоты. Исключения субъективизма при решении дшшой проблемы можно достичь, используя картографические методы.

Для поиска предварительных данных биологи обычно используют текстовые работы своих коллег. Между тем обширную биологическую информацию нссут разнообразные тематические карты природы. Они, как правило, дают более точную территориальную привязку информации, чем другие источники.

В последние годы для решения разнообразных биологических задач широкое применение получает ландшафтный подход к организации экологического мониторинга (Номоконов, 1989; Михеев, 2001; Лнтипов, Дроздов, Кравченко и др., 2002), При этом желательно брать не случайно выбранные комбинации, а лишь те, которые составляют ценохоры ландшафтного сопряжения; последние несут богатейшую информацию о состоянии всех элементарных экосистем целой зональной полосы или высотного пояса (Намзалэв, 1999).

Организация мониторинга на основе снятия информации с участков, с наибольшим ландшафтным разнообразием, важна еще и потому, что при значительном разнообразии контактирующих экосистем максимально выражено проявление экотонов. Это существенно повышает надежность выявления регионального биологического разнообразия на видовом и пенотическом уровнях.

Целью исследования явилась оптимизация экологического мониторинга крупного региона на разных экосистсмных уровнях с использованием формализованного выбора реперных участков.

В задачи работы вошло:

- инвентаризация региональных материалов эколого-биологнческого содержания, необходимых для построения репериой сети;

- разработка методических подходов выделения реперных участков;

- построение проекта сети мониторинга;

- в<фификация сети на основе ее натурного ландшафтного, фитоценотического и дендрофлористическот обследования;

- оценка уровня отражения на реперных участках видового, ценстического и экосистемного разнообразия модельной территории.

Научная новизна заключается в разработке и практической апробации оригинального формализованного метода выбора реперной сети экологического мониторинга, в построении такой сети для конкретной модельной территории - юго-западной части Байкальской природной территории, в уточнении видового состава ди¡дрофлоры и фитоценотического разнообразия этого региона.

Практическая значимость исследования. Разработанная реперная сеть может быть использована для оптимизации экологического мониторинга в

с^г^/зг

Байхальском регионе, а также для организации исследовательских работ флористической, фаунистической и биогеоцепотической направленности. Апробнровашнлй метод может наши широкое применение при построении репериой сети экологического мониторинга других крупных регионов.

Положения, выносимые на защиту:

- разработан формализованный метод выявления минимального числа территорий, наиболее полно отражающих региональные особенности биоты, как в условиях естественного развитая сукцсссиониых процессов, так и в обстановке различной антропогенной нарушенности;

- минимальная реггерная сеть для ведения экологического мониторинга наземных экосистем в юго-западной части Байкальской природной территории может быть ограничена 20 участками, соответствующими малым квадратам (10 х 10 км) сети Universal Transverse Mercator (UTM);

- нредложе/шая сеть отражает видовое разнообразие региональной дендрофлоры на уровне не менее 73,6 - 75,7 %, фитоценотнческое разнообразие - па уровне не менее 95,8 %.

Апробация работа. Материалы диссертации обсуждались на Всероссийской студенческой конференции «Экология и проблемы защиты окружающей среды» (Красноярск, 1999), Всероссийском совещшши «Реакция растений на глобальные и региональные изменения природной среды» (Иркутск, 2000), Южно-Сибирской международной научной конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири - 2000 год» (Абакан, 2000), Всероссийской тучной конференции «Географические идеи и концепции как инструмент познания окружающего мира» (Иркутск, 2001), «Сибирской Региональной ГНС-конференции» (Иркутск, 2002), Международной конференции «Средообра-зующая роль бореальных лесов: локальный, региональный и глобалышш уровни» (Красноярск, 2002), Международной конференции «Биоразнообразие и устойчивое природопользование горных экосистем» (Новосибирск, 2002), Региональной научной конферевдш «Растительный покров Байкальской Сибири» (Иркутск, 2003).

Публикатпгн- По теме диссертации опубликовано 8 работ, 1 статья находится в печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, двух частей, включающих 7 глав, выводов, списка использованной литературы (198 отечественных и 13 иностранных источников) и приложения. Она изложена на 268 страницах, содержит 8 таблиц, 3 из которых вынесены в приложение, и 66 рисунков (фотографии, схемы, карты).

Автор выражает искреннюю благодарность руководителю — д. б. п. А.С.Плешанову за оказанную всестороннюю помощь при подготовке работы. Большое содействие при определении растений оказали флористы — д.б.н. проф. Л.В. Барду нов, к.б.н. МГ, Азовский, к.б.н. С.Г.Казановский, А.Л.Киселева, А.В.Верхозина, Н.В. Дуда рева, Н .В. Стеишщова. Освоением методов компьютерных работ руководил С.Ю.Тощаков. Всем названным лицам выражаю глубокую признательность.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Глава 1. Методы исследования н характеристика района работ

Методические подходы. Оптимизация мониторинга за биологическим разнообразием крупных регионов нуждается в разработке новых формализованных методов выбора реперных участков, адекватно отражающих ситуацию на всей рассматриваемой территории. Одним из возможных путей решения этой проблемы служит картографический метод, развитию которого посвящена данная работа (Шаманова, 1999; ИекЬапоУ, БЬашапоуа, 2000). При его разработав применены подходы, близкие к используемым для составления комплексных экологических карт (ОгспЛа, 1978; Воетокова, Гунин, Еуян-Орших и др., ]993; Плешанов, 1997а; Бело», Лямкин, Соколова, 2002 и др.). Но при этом главной методологической задачей становится вычленение минимальной совокупности территорий, наиболее полно отражающей региональное многообразие биологических явлений.

Нами разработана блок-схема, которая предусматривает последовательный апализ тематических карт природы, несущих биологическую информацию (рис. 1), Оценка карт, отражающих разнообразие экосистем (ландшафтных и тсоботанических), служит базовым блокам. Другие блоки тематических карт содержат разнообразную информацию, с учетом которой проводится минимизация реиерной сети. При этом используются карты уникальных природных явлений; карты природных и антропогенных воздействий и др. Заключительным блоком системы является картографический проект реперной сети, который обобщает имеющуюся информацию.

На последующих этапах работы, связанных с натурной верификацией реперной сети, использовались традиционные методы ландшафтной экологии, геоботаники и флористики (Федченко, 1912-1920; Сукачев, 1931;Смапш, 1950; Воронов, 1973; Виноградов, 1998). Рекогносцировочные экспедиционные обследования реперных участков были проведены в 2000 - 2003 тт.

Физико-географическая характеристика модельной территории. Модельный регион занимает юго-западную часть Байкальской природной территории (51° - 54° с.ш., 103° - 108° в.д.), рассматриваемой в рамках закона «Об охране озера Байкал» (Федеральный ,.., 1999). В административном отношении регион включает юг Иркутской области, большую часть Усть-Ордынского бурятского автономного округа и юго-запад Республики Бурятия. В природном отношении в него входит юг Средней Сибири, юго-западное Прибайкалье, юго-западное Забайкалье, Южная и Центральная котловины озера Байкал. В орографическом отношении территория делится на две части: большую, запятую горами Прибайкалья и Забайкалья, и меньшую - равнинную, лежащую в пределах СреднеСибирского плоскогорья.

Климат территории в целом континедаальньШ (с варьированием от умеренно континентального н Предбайкалье до резко континентального в Забайкалье), с большими амплитудами температур теплого и холодного сезонов года, умеренным, а местами и небольшим количеством осадков, которые распрсделя-

ВАЗОВЫЕ КАРТЫ

кАРшвшосгаши жкжтл

■ЯАШПИАИЫМИЛ

восгочяойошшр

"исгатешюсть юга восточной агсири*

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТЕМАТИЧЕСКИ I КАРТЫ ПРИРОДЫ

глгты климлтопов

И

КАПЫ ЛНТРОГЮГЕЩЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

клтшригодаьк ВОЗДЕЙСТВИЙ

кшы уникальных) вых;

■«»ЮСФЕИЮЕ УВЛАЖНЕМИ- ■ЮЯТЕЛЯЦЙОННАЯ эюаоп^ФшодЕно- ТИЧБСКАЯ КАРТА" •суммы АКТИВНЫХ ТВЫПЫКГУР" "ттниЕВ-ТАЛиЮСТЬ ХЛИМАТА" КАРТЫ АТМОСФЕРНОГО 1АГМЭВЕВНЯ илггавшрв ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ оооиоои*-ияемие природ ЯНЕТВРРЮОМШ •ЛЁШПАИИО- ПЯЕСЕАЛ ОеСТАНОВКА" •»швгадоносяо-стнвлсшмьп- ФИллоФАГОв- ■ГЕФУГШ байкальской СИБИРИ-

X

I

I

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОМПЛЕКТАЦИЯ РЕПВРНОЙ СЕТИ

трмстгапврнойстги эпщтБСКйю мсшгогатх

НАТУРНАЯ ВЕРИФИКАЦИЯ КАРТОГРАФИЧЕСКИХ ДАННЫХ

ГШЕ МАЯ СЕТЬ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Рис. 1. Картографическое проектирование реперной сети экологического мониторинга.

ются по сезонам очень неравномерно. Зимой в связи с сильным охлаждением поверхности материка территория оказывается в сфере воздействия области высокого давления - Азиатского антициклона. Летом устанавливается пониженное атмосферное давление. Большая часть осадков приходится на вторую половину лета. Огромная водная масса Байкала оказывает смягчающее влияние на климат побережья.

В регионе хорошо представлены высокогорные, лесные, степные и интра-зоналыше экосистемы. Здесь проходят границы трех крупных природных бо-танико-географических областей - Среднесибирской плоскогорной таежной, Байкало-Джугджурской гольцово-горно-таежиой и Южно-Сибирской горнотаежной (Белов, Лямкин, Волкова, 1998). Основу растительности составляют горио-таежные леса - темнохвоняие на наветренных склонах хребтов, светлох-войлые - на подветренных. Вверх по склонам леса сменяются подголъцоаыми и субальпийскими редколесьями и зарослями кустарников. Выше располагаются горные тундры и альшшотипные группировки. Днища и нодгорные шлейфы межгорных котловин заняты сосновыми и лиственничными лесами и горнокотловинными степями. Лиственные леса представлены главным образом как замещающие или восстановитешлше формации на месте хвойных лесов.

Па рассматриваемой территории выделяется три проблемных экологических ареала: Приангарский ареал атмосферного влияния, Нижне-Селенганскнй ареал и Юго-Восточный Байкальский ареал (Стратегия ... , 1996). В 1996 т. по заявке Правительства РФ Байкал и непосредственно прилегающая к нему территория включены в Список участков мирового природного наследия ЮНЕСКО. В данном регионе расположены 2 национальных парка, 3 заповедника, 11 заказников, а также мно счисленные памятники природы (Лямкин, Соколова, 1999; Аитипов, Батуев, Плгосннн и др., 2002; Савенкова, 2002).

Глава 2. Картографические материалы, использованные для комплектации ре мерной сети

При планировании и выполнении натурных биологических исследований различного профиля необходима информация о разнообразии экосистем и факторах среды, определяющих их состояние. Для получения подобных сведений о рассматриваемой в диссертации модельной территории использована серия тематических карт природы (Шаманова, 2000).

Карта «Ландшафты юга Восточной Сибири» (М 1 : 1 500 000; 1977) позволяет оценить разнообразие экосистем по региональному и геотопологическому признакам. Опосредованно она отражает особенности климаггошв, эдафические условия и другие факторы, обусловливающие формирование тех или иных растительных комплексов. Стержневой картируемой категорией являются геомы, о которых карта даст наиболее полное представление.

На карте «Растительность юга Восточной Сибири» (М 1 : 1 500 000; 1972), как наиболее крупные геоботаничсские единицы, отражены ТИПЫ растительности; гольцовая (фратрии горнотуцдровых и альпийских формаций), таежная (урало-сибиркая, аигарцдская и берингнйская фратрии), степная (заволжско-

казахстанская и монголе-китайская фратрии). Наименьшими картируемыми единицами являются группы растительных ассоциаций.

Важным фактором, дестабилизирующим состояние экосистем, является атмосферное загрязнение. Особо острые ситуации складываются вблизи крупных промышленных центров. По згой проблеме в последние десятилепм накоплена разнообразная картографическая информация, В нашей работе использована «Комплексная жолого-фитотоксикологическая карта» (М 1 : 1 ООО ООО; 2000), и карта «Зоны загрязнения атмосферы Байкальской природной территории» (Ml :4000 ООО; 2001),

Нерациональное природопользование в различных отраслях хозяйственной деятельности вызвало разнообразные негативные изменения в природных комплексах Байкальского региона. На «Карте использования земель юга Восточной Сибири» (М1 : I 500 ООО; 1988) показаны сельскохозяйственные земли (пахотные и естественные кормовые угодья) и земли государственного лесного фонда (лесные и защитные зоны, в том числе водоохранные и эксплуатируемые). Тем самым карга отражает приоритетные факторы, меняющие состояние биоты.

Помимо антропогенных факторов значительные перестройки в биоте вызывают я разнообразные природные воздействия. К их числу в Байкальском ре^ гионе относятся массовые размножения насекомых-вредителей и грибные эли-фитотгш. На карте «Вредоносность насекомых-фшшофашв Азиатской России» (М 1 ; 7 500 000; 1995) показал уровень экологических и хозяйственных последствий дефолиации древостоев - территории с максимальной, высокой, умеренной, слабой и незначительной вредоносностью. Более разнообразные и подробные сведения о патогенах древесных растений содержит карта «Лссопатоло-гическая обстановка» (М1: 2 500 000; рабочий вариант СИФИБР СО РАН).

С точки зрения охраны природы исключ!ггельный интерес представляют местообитания редких, реликтовых и эндемичных растений и животных. На каргах рефугвев Байкальского региона (Ллешапов, Плешанова, Шаманова, 2002), рабочий вариант которой выполнен в масштабе 1 : 2 500 000, отражены территории, существенно различающиеся по таксономическому составу и экологическим особенностям населяющих их реликтов: пустынно-степных - термофилов, крнофилов и галофилов, неморальных — гигромезофияов, мезофилов и термофилов, водных - байкало-апгарских гидробионтов, занадно- и восточ-нопалеарктичсских гидробионтов.

СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Глава 3. Картографическая комплектация рсперной сети

Все работы по анализу карт и комплектации рсперной сети выполнены нами в системе Универсальной картографической проекции Мсркатора -Universal Transverse Mercator (UTM). Для этого модельная территория в строгой привязки к градусной сети разбита на фигуры, близкие к квадратам 50 х 50 км, которые в свою очередь подразделены на малые квадрата со сторонами около 10 км. В рамках малых квадратов и проводится сопоставление биологического разнообразия территорий, а также выделение реперных участков.

Согласно принятой методике комплектация реперной сети при выполнении нашей работы состояла из восьми этапов, включающих последовательный анализ тематических карт природы биологической направленности,

1 этап - выявление участков с максимальным разнообразием экосистем. Анализируя ландшафтную карту установили, что число групп ландшафтных фаций на модельной территории варьирует на отдельных малых квадратах сети ЦТМ от 1 до 7, Наибольшую привлекательность имеют квадраты с максимальной тематической нагрузкой (6-7 видов групп ландшафтных фаций). Таких квадратов оказалось 12, что уменьшило анализируемую площадь в 80 раз. В Байкальском регионе на этих участках, как правило, контактирует биота, свойственная двум или боже природным зонам, пысотно- поясным и юпразональ-ным ландшафтным комплексам.

Дальнейшая минимизация сети проведена путем выбора наименьшего числа малых квадратов при максимальном сох ранет® всех 1рупп ландшафтных фаций, свойственных региону. На 9 оставшихся квадратах оказался представлен 21 ландшафтный геом из 24, распространенных на данной территории.

2 этап - до комплектация реперной сети по составу теомов, При этом возникла необходимость возвращения в сеть отдельных квадратов с небольшим числом групп ландшафтных фаций (менее 6). Было выбрано три квадрата, один из которых включает два недостающих геома, а остальные - по одному. Таким образом, минимальная рс первая сеть ш 12 квадратов включает все 24 геома, свойственных модельной территории. В лее вошли североазиатские (байкало-джугджурские, южносибирские, среднесибирские, амуро-сахалинские) и цен-тральноазиатскис (западпозабайкальские нонон-аргунскис) геосистемы,

3 этап - докомплектация крупных растительных комплексов. Было важно установить, оказались ли включенными в рсперную сеть типы и подтипы растительности, свойственные модельной территории. При анализе геоботанической карты установлено, что па выделеш1ых квадратах представлена гольцовая и шдгольцовая, альпийская и субальпийская растительность, горнотаежные леса редуцированного, ограниченного и оптимального развития, южнотаежные леса, подтаежные леса, широколистоешше леса, лесостепи, лигофильные степи, луговые, в том числе галофитные степи; настоящие, остепнешгые и заболоченные луга. В даппый объем реперной сети не вошли настоящие, в том числе кустарниковые степи, крлофнтпо-луговые степи, 1равяные н моховые болота, ельники. Анализ ландшафтной и геоботанической карг показал, что для включения этих групп растительности необходимо добавить еще 5 квадратов.

На последующих этапах комплектации реперной сети основное шпшанпс уделяется характеру воздействий на экосистемы дестабилизирующих антропогенных и природных факторов.

4 этап - докомплектация сети по признаку атмосферного загрязнения экосистем, В уже выбранные квадраты пошли территории, загрязняемые атмосферными выбросами Иркутского, Ссленгинского и Улан-Удэнского промышленных центров. Потребовалось доползгительно включить 4 квадрата, подверженных воздействию Усольско-Ангарского, Шелеховского, Байкальского, Гу-скноозсрского промцешров.

5 этап - комплектация по признаку видов землепользования. На совокупности выделенных квадратов оказались представлены пахотные земли, пастбища, лесоэксшуатируемые древостой, территории, подверженные рекреационному использованию. Вошли также экосистемы, практически не испытывающие хозяйственных нагрузок. Таким образом, увеличение реперной сети на этом этапе оказалось нецелесообразным.

6 этап - докомплектация по признаку массовых размпожеш-гй насекомых-вредителей. В выделенную сеть вошли экосистемы, для которых характерны массовые размножения таких приоритетных вредителей как черный пихтовый усач, пихтовая листовертка-толстушка, еловый желто хвост, серая лиственничная листовертка, лиственничная чехлоноска даурская, ржаво-бурая кисточница, ивовая волнянка, березовая пядешща, луговой мотылек, сибирская кобылка, В реперную сеть потребовалось добавить 3 квадрата, чтобы отразить леса, повреждаемые сибирским шелкопрядом, пяденицей Якобсона, непарным шелкопрядом, а1Ггачной волнянкой.

7 этап - комплектация сети по местообитаниям реликтов. Снятие информации с карт рефугаев Байкальского региона показало, что на уже выделенных участках имеются местообитания пустынно-степных реликтов - термофилов и галофилов, а также неморальных реликтов — гигромезофилов, мезофилов и термофилов. Отсюда следует, что увеличение реперной сети да этом этапе не требуется.

8 этап - составление картографического проеюа реперной сети. На этом этапе происходит завершающее обобщение проанализированной информации. Заметим, что при докомплектации реперной сети (этапы 2-7) отдавалось предпочтение квадратам с максимальным разнообразием экосистем. Поэтому реперная сеть дополнилась отсутствовавшими ранее 1ругшамн ландшафтных фаций. Повторение некоторого числа геомов на участках, выделенных при доком-плекгации сети, позволяет сократить общее число квадрэггов на 4 единицы. Таким образом, достаточная реперная есть по рассмотренным признакам составила для анализируемой территории 20 малых квадратов сети ЦТМ (реперных участков), что составляет около 2 % общей площади региона (рис. 2),

Глава 4. Ландшафтная верификация реперных участков

Общая физико-географическая характеристика реперных участков рассматривалась по картографическим материалам, перечисленным в главе 2. Для каждого участка по единой схеме выполнено краткое описание его положения, рельефа, климата, гидр ос ста и ландшафтной структуры на уровне геомов. Более подробная ландшафтная характеристика была получена по результатам выполненных натурных исследований, а также работ, опубликоваштых другими авторами. Особое внимание обращалось нарушенностн экосистем природными и антропогенными факторами.

IIa карте «Ландшафты юга Восточной Сибири» масштаба 1 : I 500 ООО (1977) доя модельной территории приведено 24 геома. Однако отнесение в ле-

геддс этой карты альпийских и субальпийских геомов к Байкало-Джугджурским геосистемам не вполне отвечает реальной обстановке, В этой связи, мы выделяем два таких геома в подклассе Южносибирских геосистем: альпинотшшые луга в составе альпийской подгруппы и субалышнотипныс луга в сочетании с зарослями высокогорных кустарников в составе субальпийской. Последнюю подгруппу мы дополняем геомом субальыинотипных лугов в сочетании с редколесьями, не показанным на ландшафтной карте. Такая система больше согласуется с фіггоценотической классификацией высокогорных экосистем Байкальского региона (Белов, 1973; Моложников, 1986), Как новый геом, ранее не отмечавшийся в составе ландшафтов Прибайкалья мы предлагаем рассматривать амуро-сахалинские горно-долинные широколиственные леса.

Рис, 2, Реперная есть экологического мониторинга: 1 -20 - номера реперных участков.

Все 26 упомянутых геомов представлены на совокупности реперных участков. Следовательно, реперная сеть полностью отражает разнообразие экосистем на уровне крупных ландшафтных подразделений: геом адекватен формации в системе таксономических единиц растительного покрова, а в биоценологии- биому (Сочава, 196 Ц Михеев, 2001),

Глава Я Фита цен оти ческа я верификация реперных участков

В процессе верификации ре перкой сети важно было установить, насколько Картографическая характеристика растительности реперных участков соответствует реальной обстановке, выяснить, в какой мерс реперная сеть отражает разнообразие фитоценозов модельной территории (табл. 1).

В этой связи и главе приводится краткое описание растительных комплексов, зарегистрированных нами при натурных обследованиях реперных участков, илг обнаруженных па этих территориях другими исследователями. Порядок описаний фитоценозов дастся в соответствии с высогно-ноясными и зональными особенностями растительности, как это принято в геоботанических обзорах по Байкальскому региону (Номоконои, Фролова, Пешкова, 1984; Мо-ложникда, 1986; Намзалов, Богданова, Быков и др., 1997). Особый акцент при описании растительных комплексов сделан на характеристику их древесной, кустарниковой и кустарннчковой составляющих.

Фитоцеиотическое разнообразие модельной территории показано на ландшафтной и геобогашгаеской картах в объеме 94 растительных комплексов, Непосредственно для реперных участков приведено 75 комплексов, что составляет 79,8 %. Фактически установлено, что разнообразие фитоценозов на реперных участках значительно выше: в число выявленных растительных сообществ не мецее 90 (или 95,8 %) может быть отнесено к растительным комплексам, показанным на ландшафтной и геоботаиичсской каргах.

Глава 6. Дендрофлористическая верификация реперных участков

При верификации реперной сети в качестве индикаторов видового разнообразия была выбрана дендрофлора. Это обусловлено следующими обстоятелъ-стеами. Виды растений, относящиеся к данной группе (фаисрофиты), отличаются пшроким распространением it разнообразием экологических требований. Среди деревьев, кустарников и кустарничков хорошо представлены как эври-топные, так и стенотопные виды. Во многих случаях именно представители этой гругаш выступают в качестве одификаторов растигелышх сообществ. В дендрофлоре модельной территории насчитывается 144 - 148 ввдов, принадлежащих к 54 родам и 23 семействам (отсутствие в некоторых публикациях указаний о конкретных местонахождениях отдельных растений не позволяет назвать полное число видов).

Анализ таксономического разнообразия дендрофлоры показал, что на реперных участках из 23 семейств нами выявлены 20 семейств (или 87,0 % от их общего числа), ш 54 родов -45 (83,3 %), го 144 - 148 ввдов - 109 видов (73,675,7 %). Полностью выявлен видовой состав 13 семейств - Pinaceae, Bphedraceac, Betulaccae, Ulmaceae, Polygonaceac, Cornaceae, Nitrariaceae, Empe-traceae Д hamnac eae,Tamaricaccae ,Thy meliaccae,EIeagnaceae,AsteTaceae .Пр и-мерно па 2/3 выявлен состав 7 семейств — Cuprcssaceae, Salicaceae, Grossulari-aceae, Rosaceae, Fabaceac, Ericaceae, Caprifoliaceae. Остались не выявленными представители 3 семейств- Chcnopodiaceae, Berberidaceae, Cclastraceae (табл. 2).

Таблица ]

Представленность на репериык участках распггельиых комплексов, свойственных модельной территории

Зональные я высотно поясше Комплексы растительности Число фитоценозов 1 % (в объеме, показанном на «Ландшафтной...»{1977} и геоботанической 1«Растительиость...», 19721 картах}

приведено дм модельной на репериых участках

показано на картах фактически выявлено дополнительно выявлено не выявлено из числа приведенных для ро-перных участков

территории из числа приведенных дня модельной территории

Гольцовые 4/100% 2/50,0% 4/100% 2/50,0% —

Подгольповые 5/100% 3/60,0% 4/80.0% 2/40,0% 1/333%

Альпийские 4/100% 2/50,0% 4/100% 2/50,0% —

Субальпийские 6 Л 00% 3/50,0% 6/100% 3/50,0% —

Горные леса редуцированного развития 1/100% 1 /100 % 1/100% I /100 % —

Горные леса ограниченного развития 17/100% 10/58,8% 14/82,4% 5/29,4% 1/10%

Горные леса оптимального развития 11/100% 8/81,8% 11/100% 2/18,2% —

Южиотаежиые леса 6/100% 6!100 % 5/83,3% 2/33,3% 1/16,7%

Подтавжлые леса 7/100% 7/100% 7/100% 1 /14.3 % —

Неморальные леса — — 1 /100.% 1 /100 % —

Л есостепные сообщества 3/100% 3/100% 3/100% 2/66,7% —

Кустарниковые степи 2/100 % 2/100% 2/100% — —

Опустынеиные степи 2/100% 1/50,0% 2/100% 2/100% —

Настоящие степи 4/100% 4/100% 4/100% — —

Литофнльные степи 3/100% ЗПОО% 3/100% 1/33,3% —

Псаммофитные степи 2/100% 2/100% 2/100% 1/50,0% —

Луговые степи 3/100% 3/100 % 3/100% — —

Галофягно-луговые стспи 4/100% 4/100% 4/100% — —

Криофитно-луговые степи 1/100% 1!100 % 1/100% 1/100% —

Остепненные луга 1/100% 1/100% I /100 % - —

Настоящие луга 1/100% 1/100% 1/100% — —

Заболоченные луга 1/100% 1/100% 1/100% — —

Травяные болота 1/100% 1/100% 1/100% — —

Моховые болота 2/100% 2/100% 2/100% — —

Кустарниковые болота 1/100% 1/100% 1/100% _

Древесные болота 2/100% 2/100% 2/100% — —

ИТОГО 94/100% 75 /79,8 % 90/95,8% 28/29,8% 3/4,0%

Таблща 2

Оценка таксономического разнообразия дендрофлори модельной территории и реперных участаов

Семейства Число зарегистрированных родов / видов Представленность родового/видового разнообразия семейств на репериьк -участках в %

на модельной территории iia репериых участках

Pjnaceae - Сосновые 4/6 4/6 100 */</100%

Oipressaocac - Кипарисовые 1/3 1/2 100%'66,6%

Ephettraccae -Эфедроныс 1/2 1/2 100*/»/100%

Salicaceat - Ивовые 2/40-44 2/25 100/57,5-62,5 %

Bctulaceae - Березовые 2/7 2/7 100 %/ 100%

Ulmaceae - Илъмовме 1 12 ■ 1/2 100%/100%

Polygonaceas - Гречишные 1/2 1/2 100%/ 100%

Chenopodiaceae - Маревые 1/1 0/0 0Уо/0%

Согпасеае - Кизиловые 1/1 1/1 100 і 100 %

Berberidaccae - Барбарисовые 1/1 0/0 0/0%

Grossulari асеае-Крыжовников ые 1/10 1/7 100% /70,0%

Rosaceae - Розоцветные 12/31 11/26 91,6%/83,9%

Fabaceae - Бобовые 4/8 2/5 50,0%/62,5%

Nitwiaceae - Селятрянкоиые L/1 I/I 100%/100%

&касеае- Вересковые 10/16 8/12 80,0%/75,0%

Empefraceae - Шикшиепъв 1/1 1/1 100%/ 100%

Celastiaceae - Бересклетовые 1/1 0/0 0%/0%

Rhamnaccac-Крушиновые 1/1 1/1 100 %/100%

Татапсасеае-Тамарисковые 1/1 1/1 100%400%

Thymeliaceae - Волчкиковыс 1/1 1/1 100%/100%

Eleagaaceae - Лоховые 1/1 1/1 100%/100%

Capri foliaceae- Жимолостные 4/6 4/5 100%/83,3%

Asteraceae - Сложнонветые 1/1 1/1 100 % /100 %

ИТОГО 54/144-148 45/109 83,3/73,6-75,7%

В прямой связи с шчвенно-климатическими особенностями и экологической характеристикой видов, образующих дендрофлору модельной территории, находится и соотношение их жизнсіліьк форм. Для модельной территории показаны четыре жизненные формы древесных растений: дерево, дере-ио/кустаршге, кустарник и кустаршічск. Наибольшим систематическим разнообразием характеризуются кустарники, представленные 18 семействами. Кус-тарничхи имеются и 8 семействах. Деревья, з также растения в форме невысокого деревца или крупного кустарника, включают по 5 семейств.

По числу видов преобладающее положение в дендрофлоре занимают кустарники - 53,4 %» затем вдут кустарнички - 18,2-20,9 % (табл. 3). На виды, имеющие форму невысокого деревца или крупного кустарника, приходится -16,9 %. Немного крупных деревьев: их всего 8,8 %. Процент видовой выявлен-ности на репериых участках самый высокий у деревьев (92,3 %), далее идут де-ревья/кустаршпси (84,0 %), їм третьем месте кустарники (74,7 %), менее всего выявлены кустарнички (51,6 %).

Таблица З

Жизненные формы древесных растений на модельной территории и на реперных участках

Жизненные формы растений Число видов / % от дендрофлори региона Представленность жизненных форм на реперных участках

На модельной территории На реперных участках

Дерево 13/8,8% 12/8,1% 92,3 %

Дерево / кустарник 25 /16,9 % 21 /14,1 % 84,0%

Кустарник 79 / 53,4% 59/39,9% 74,7%

Кустарничек 37-31 /18,2-20,9% 16/10,8% 51,6%

Все виды дендрофлори модельной территории по своей ландшафшо-экологической приуроченности разбиты на четыре группы - тдьцово-альпийскую, лесную, степную и интразоналъную болотную (табл. 4). Преобладает лесная ландшафтно-экологическая группа - 66 видов (или 44,6 % от общего числа видов), на втором месте стенная - 33 вида (22,3 %), на третьем месте -гольцово-алыхийская 31-35 видов (21,5 - 23,6 %), ш последнем месте - болотная - 14 видов (9,5 %), Нами на реперных участках выявлено на 87,9 % видов лесной ландшафтно-экологической группы, на 78,6 % - болотной, 75,8 % степной и 42,9 % гольцово-алышйской

Таблица 4

Ландшафтцо-экологические группы дендрофлори на модельной территории я на реперных участках

Ландшафта о-экологнчеекме группы Число шщов / % от дендрофлори региона Представленность отделы еых ландшафтно-экологнческих групп на реперных участках

па модельной территории на репериых участках

Гольцово-альпийская 31-35 / 21,5 - 23,6% 15/10,1% 42,9%

Лесная 66/44,6% 58/39,2% 87,9%

Степная 33 / 22,3 % 25/16,9% 75,8%

Болотная 14/9,5% 11/7,4% 78,6 %

Наряду с банальными для региона видами, широко представленными на большинстве реперных участков, есть уникальные и редкие виды, встречающиеся только .на одном или двух из них. Так, например, из И видов дендроф-лоры модельной территории, занесенных в Красные книги Иркутской области (2001) и Республики Бурятия (2002), на реперных участках выявлено 7 видов.

Приведенные данные свидетельствуют, что на реперных участках го числа видов дащрофлоры, свойственных модельной территории, менее всего представлены виды семейства БаЬсасеае, из жизненных форм - кустарнички, из ландшафтно-экологнческих групп - гольцово-альпийская, Это может быть следствием двух причин: или недостатком самой реперной ссти, требующей

увеличения числа участков в Хамар-Дабаие и Приморском хребте, или недостаточно полным обследованием уже имеющихся высокогорных участков. Вторая причина представляется нам более вероятной.

Глава 7. Возможности использования реперной сети для ведения регионального экологического мониторинга

В главе рассмотрены возможности использования разработанной реї юр ной сети для фонового и импактгюго экологического мониторинга. При фоновом ши базовом мониторинге ведется слежегше в основном за природными, явлениями без наложения на шк аіпропогсішьсх воздействий. Совоку пность реперних участков предоожеішой сети позволяет производить наблюдения за долгосрочными климатическими изменениями, селями, лапинами, лесными пожарами, массовыми размножениями насекомых-фитофагов.

В последнее десятилетне особое значение придается задачам сохранения биологического разнообразия (Кошюг, 1993; Wake, 1995). В этой связи определены возможности использования рснерной сета для оценки альфа-, бета- и гамма-разнообразия модельного решона. Показано, что реперная сеть отражает полное разнообразие геомов, представленных на модельной территории, де логическое разнообразие - на уровне 95,8 % (от числа фитоценозов, приведенных на базовых картах) и видовое разнообразие - на уровне 73,6-75,7 % (по денд-рофдсристичесхим данным). Два последних показателя с определишой долей вероятности моїут бьггь отнесены и к другим таксонам региональной бноты.

Следует иметь в виду* что размеры реперных участков (10 х 10 км) не отвечают требованиям мониторинга популяций крупных мигрирующих копытных. Для его осуществления требуются более обширные территории (Наумов, 2002). Вместе с тем участки нашей реггерной сети могут послужить ядром таких полигонов. То же относится и к популяциям некоторых рыб, обитающая в бассейнах крупных рек и озер, представленных на штих участках (Shfttunovskii, 1995; Дурнев, Мельников, Бояркин и др., 1996), Реперная сеть позволяет вести достаточно полные наблюдения за шездящнмися и зимующими пгшщми, но для моттгоріппа авинаселения с учетом некоторых пролетных видов требуются дополнительные участки (Гапша, 3 958; Равкин, 19S4; Фефелов, Тущщьш, Подковыров и др., 2001).

Вторым наиболее крупным разделом экологического мониторинга является импактный мониторинг — система наблюдений за региональными и локаль-нымн антропогенными воздействиями в особо опасія^х зонах и местах (Рей-мерс, 1990). В рассматриваемом регионе наиболее значимыми факторами, ведущими к трансформации экосистем, являются сельскохозяйственное освоение территорий (пахотное земледелие, сенокошение, пастбищные наїруззш), лесозаготовки, атмосферное загрязнение, рекреационные нагрузки. Совокупность реперлых участков предложенной нами сети мониторинга позволяет контролировать всю пестроту влияния этих воздействий на природные сообщества.

Об эффективности предлагаемой сети для ведения регионального мониторинга свидетельствуют факты использовашія территорий ряда реперных у част-

ков в качестве ключевых при выполнении различных экологических исследований, Так расположение четырех пробных площадей для дендроклимагологн-чее кого изучения Прибайкалья практически совпадает с реперными участками № 3, б, 16 и 17 (Глызин, 1993), Территория участка № 16, использовалась В.Н.Моложниковым и В.В.Моложниковой (1988) в качестве ключевой при от-. работке методики составления крупномасштабной карты растительности хребта Хамар-Дабан, То же относится к участку № 3 на Байкальском хребте, где геоботаническое картографирование проводилось А. В.Беловым и Л.П,Соколовой (1998). В различные годы в пределах реперных участков изучались массовые размножения насекомых-вредителей леса: сибирского шелкопряда в лиственничниках на участке № 2 (Болдаруев, 1969), того же вредителя в кедровых лесах на участке № 9 (Голутвин, Катаев, 1975), пяденицы Якобсона, античной волнянки, непарного шелкопряда на участке № 7 {Васильева, Плеща-нов, 1975; Еро\'а, 1998), елового желтохвоста на участке № 20 (Амшсев, 1996), черного пихтового усача на участках № 16 и 17 (Исаев, Рожков, Киселев, 1988).

На примере территории, выбранной вами в качестве модельной, был разработан формализованный метод эколого-фитотокснкологического картографирования регионов с множественными источниками атмосферного загрязнения (Плешанов, Михайлова, Бережная и др., 2000). Расположение части пробных площадей, заложенных при выполнении этой работы, совпадает с выделенными нами реперными участками № 8,10, И в Прибайкалье и № 13, 14, 18 - в Забайкалье, На реперных участках Кз 16 и 17 в режиме мониторинга ведутся многолетние наблюдения за состоянием темнохвойных лесов, загрязняемых атмосферными выбросами БЦБК (Плешанов, Морозова, Осколкова, 1995).

Территория участка № 7 явилась базовой для выяснения всех стадий дигрессии степных и лесостепных сообществ Приольхонья под влиянием рекреационных нагрузок (Пономаренко, 2003).

Практически все участки в той или иной мере были затронуты флористическими и геоботаническими исследованиями (Флора Центральной Сибири, 1979; Гранина, 1981; Номоконов, Фролова, Пешкова, 1984; Моложннков, 1986; Касьянова, Азовский, 1999 и др.).

Выполненный анализ свидетельствует о возможности эффективного использования нашей ренерной сети для ведения экологического мониторинга в юго-западной части Байкальской природной территории. В диссертации дан перечень наблюдений, которые целесообразно выполнять на конкретных реперных участках.

Вместе с тем следует учитывать, что предложенный минимум реперной сети должен рассматриваться как необходимый и достаточный лишь для ведения базового экологического мониторинга! .Для контроля за отдельными биологическими явлениями может возникать потребность в существенном се дополнении или изменении. Например, периодического контроля заслуживают все территории, тяготеющие к геотермальным источникам, где обитают многие теплолюбивые реликты. Построение реперных сетей для некоторых видов мониторинга потребует использования дополнительных тематических карт природы.

ВЫВОДЫ

1. Для оптимизации экологического мониторинга крупного региона - юго-западной части Байкальской природной территории, разработан формализованный метод построения репсрной сети с использованием тематических карт природы. Показано, что для получения достоверной информации по альфа-, бета- и гамма-разнообразию, с учетом природных и антропогенных воздействий па экосистемы, достаточно контролировать 2 % модельной территории.

2. В рассмотренном регионе произрастает 144 - 148 видов древесных, кустарниковых и кусторнич ковых растений. На реперных участках достоверно зарегистрировано 109 видов. Это позволяет заключить, что реперная сеть отражает альфа-разнообразие па уровне около 75 %.

3. На модельной территории в объеме, принятом на базовых картах, выделено 94 растителыплх комплекса. Непосредственно для репсрпых участков на них показано 75 комплексов. Фактически установлено, что разнообразие фиго-ценозов, входящих в рсперпую сеть, значительно выше (90 растительных сообществ). Таким образом, бета-разнообразие отражено на уровне около 95 %.

4. Натурные обследования, выполненные на экосистемном уровне, показали, что разработапная реперная есть включает все 25 геомов, приведенных для модельной территории на базовой карте. Более того, как самостоятельный геом мы выделяем в Прибайкалье амуро-сахалинские горно-долинные широколиственные леса.

5. Площадь реперных участков удовлетворяет требованиям мониторинга видового разнообразия региональной биоты. Для большинства трупп растений и животных такая реперная сеть позволяет осуществлять контроль их популя-ционной динамики. Исключение составляют популяции некоторых групп позвоночных, а именно — рыб, птиц и крупных млекопитающих, для которых необходимы более обширные площади, Вместе с тем предлагаемые реперные участки могут послужить ядром таких территорий.

6. Натурная верификация реперной сети на разных уровнях организации экосистем показала, что разработанные подходы могут быть использованы для оптимизации экологического мониторинга в Байкальском регионе, а также для ведения исследовательских работ флористической, фаунистической и биогео-ценотпческой направленности. Апробированный метод может найти широкое применение в других крупных регионах с высоким биологическим разнообразием.

JiPob^C-^o XVczr ^

Работы« опубликованные по теме диссертации

1. Шаманова С.И. Выбор реперной сети для ведения биологического мониторинга в Прибайкалье И Экология и проблемы защиты окружающей среды. - Красноярск: КГУ, 1999, -С. 39.

2, PIcshanov A S., Shamanova S.I. Planning of reference-point network lo introduce biwnonitoririg the south western part of the Baikal ЪЫига! Territory. -Irkutsk: SIPPB SB RAS, 2000. - P. ISO,

Шаманова С.И. Картографическое сопровождение биологических исследований в Байкальском регионе // Экология Южной Сибири - 2000 год. - Т. 1. - Красноярск: КГУ, 2000. - С. 55 - 56.

4. Шаманова С.И. Рсперная сеть для изучения биологического разнообразия Южного Прибайкалья 11 Геотрафичеекис идеи и концепции как инструмент незнания окружающего мира. -Иркутск: Изд-ш ИГ СО РАН, 2001.-С, 134.

5. П.'¡станов А.С., Тоников C.JO., Шаманова С.И, Еиоипформащго»тое сопровождение ландшафтных проектов Байкальского региона // Тезисы докладов Сибирской Решоналыюй ГИС-кокференции, - М.: ГИС-Ассоциация, 2002. -С. 45-46.

6. PIcshanov A.S., Shamamva S.I, A formal method of reference-point network planning for conlrol of forest ecosystems diversity // Boreal forests and Environment; Local, Regional and Global scales. - Krasnoyarsk: IF SB RAS, 2002. - P. 68-69.

7. Плешапои A.C., Плетадава Г.И., Шаманова С.И. Ландшафтно-климатяческие закономерности пространственного размещения рсфугиев в Байкальском регионе // Сибирский экологический журнал, 2002. - № 5. - С. 603 -610,

8. Шаманова С.И. Выбор репрезенгатипшлх участков для изучения арбо-рифлоры Южного Прибайкалья // Растительный покров Байкальской Сибири: Сборник статей, посвященный 100-летию со дня рождения Н.А.ЕповоЙ. - Иркутск: Облмашинформ, 2003, - С. 229 - 232.

9. Плешаков А.С., Шаманова С.И. Формализованный метод выбора реперной сети для контроля разнообразия лесштх экосистем // Сибирский экологический журнал, 2003. - №. - С. (в печати).

Р 1 5 72 3

Отпечатано в Печатаем салоне «Август»

Лицензия №0011 от 09.09.2002 г. I'. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, оф. 340.

Тираж 100 экз. Подписано в печать 23.09.2003 г.