Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Флора и растительность долины реки Тобол

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Нурмухамбетова, Роза Торсановна, Екатеринбург

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ЭКОЛОГИИ РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ

УДК 581 : 581.526 : 581.93

НУРМУХАМБЕТОВА Роза Торсановна

ФЛОРА И РАСТИТЕЛЬНОСТЬ ДОЛИНЫ РЕКИ ТОБОЛ (в пределах Костанайской области)

03.00.05 - Ботаника

диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: академик РАН, заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор биологических наук, профессор Горчаковский П. Л.

Екатеринбург - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

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

ГЛАВА 1. РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЙ, МЕТОДИКА И ОБЬЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ

1.1. Район исследований............................................................7

1.2. Методика исследований.

1.2.1. Изучение флоры...............................................................10

1.2.2. Изучение растительности....................................................11

1.3. Объем выполненных работ..................................................13

ГЛАВА 2.ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Геологическое строение и рельеф............................................14

2.2. Гидрография...................................................................-...16

2.3. Климат..............................................................................23

2.4. Почвы..............................................................................28

2.5.Общий характер растительности.............................................30

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ФЛОРЫ.

3.1. Конспект флоры..................................................................39

3.2. Систематическая и экологическая структуры флоры....................90

3.3. Особенности и пути формирования флоры................................97

ГЛАВА 4. РАСТИТЕЛЬНОСТЬ

4.1. Древесно-кустарниковая растительность

4.1.1. Сосновые леса.................................................................101

4.1.2. Березовые леса................................................................102

4.1.3 .Олыпанники....................................................................108

4.1.4. Тополевники..................................................................108

4.1.5. Заросли кустарников.........................................................109

4.2. Луговая растительность

4.2.1. Настоящие луга...............................................................111

4.2.2. Остепненные луга............................................................112

4.2.3. Галофильные луга............................................................117

4.2.4. Болотистые луга...............................................................121

4.3. Прибрежно-водная растительность.........................................123

4.4. Сообщества водных макрофитов............................................134

ГЛАВА 5. ОХРАНА И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

РАСТИТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ.

5.1. Полезные растения..............................................................137

5.2. Редкие и исчезающие виды растений.......................................154

5.3. Охраняемые территории......................................................163

ВЫВОДЫ..............................................................................167

ЛИТЕРАТУРА........................................................................170

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Тургайская впадина относится к числу чрезвычайно интересных в ботанико-географическом отношении регионов, на территории которой можно смену ряда природных зон и подзон. Исследованию флоры и растительности этого края посвящены работы многих авторов, начиная со второй половины XVIII века. Это труды П.И. Рычкова (1762), И.П. Фалька (1824), Г. Элерта (1843), B.C. Богдана (1908), Б.А. Скалова (1909), Ф.Ф. Зелинского (1910), И.М. Крашенинникова (1923, 1924, 1925), Н.В. Павлова (1925, 1926, 1928), И.В. Борисовой и др. (1957 а,б; 1961), Л.А. Демченко (1961), Л.Б. Заугольновой и др. (1975 а, б, в), П.Г. Пугачева (1994) и других. Однако, все эти исследования относятся к плакорным местообитаниям и не затрагивают речные долины. Между тем, растительный мир речных долин представляет большой интерес как с теоретической, так и с практической точек зрения, что нашло отражение в многочисленных публикациях, относящихся как к территории бывшего СССР, так и ряда зарубежных стран (Марков 1955, 1956, Деулина 1957, Никитин 1957, Агелеуов 1987, Миркин 1968, Гапека 1987, Сафонов 1988, Куркин, Левицкая 1989, Дружинина1989, Сапегин 1989, Постолаке, Истрати 1990, Плиева 1993, Утамецкая 1993, Шилов 1995, Lucchetti, Cavani 1986, Duhamel 1988, Sykora , Scheper 1988, Pawlof, Kotowska, Kotowski 1988, Dubiel 1989, Wojtaszek 1989, Duvigneaud, Saintenoy-Simon 1990, Pelcer 1990, Thomas, Anderson 1990, Tagliaferri 1992, Roo-Zielinska 1993, Luczycka-Popiel 1990, Moreau 1994 и др.)

В таких аридных и семиаридных областях, как Тургайская впадина, растительность речных долин выполняет важную водоохранную, водорегулирующую, почвозащитную и полезащитную функцию. В связи с изменениями, которые происходят или могут произойти в речных долинах в результате зарегулирования стока и забора воды для орошения сельскохозяйственных полей, а также других форм хозяйственного воздействия, изучение, рациональное использование и охрана их растительного мира приобретает особенно важное значение.

Кроме того, речные долины служат важными миграционными путями, по которым осуществляется флористический обмен между аридными и гумидными областями, а также убежищами для ряда видов растений на пределе их ареала. Поэтому проблема охраны гено- и ценофонда растительного мира речных долин составляет неотъемлемую часть более общей проблемы сохранения биоразнообразия.

Цель и задачи исследования. Принимая во внимание все сказанное, мы поставили перед собой цель - дать комплексную ботаническую характеристику долины р. Тобол и ее притоков в пределах Костанайской области.

В связи с этим были сформулированы следующие конкретные задачи:

1. Выявить видовой состав сосудистых растений, распространение и условия произрастания отдельных видов, проанализировать флору в экологическом, фитоценотическом, систематическом и фитогеографическом планах.

2. Изучить и охарактеризовать растительность и разработать ее классификацию.

3. Выявить состав полезных растений с характеристикой их возможного использования.

4. Разработать рекомендации по охране гено- и ценофонда растительного мира.

Научная новизна. Впервые проведена инвентаризация видового состава и составлен конспект флоры долины реки Тобол и ее притоков. Проведен всесторонний анализ флоры, выявлены полезные в хозяйственном отношении, а также редкие и исчезающие виды сосудистых растений. Получены оригинальные данные о структуре растительности и ее распространении на территории долины.

Теоретическая значимость. Полученные данные расширяют и углубляют научные представления о растительном мире речных долин. Показано значение речных долин как миграционных путей для проникновения бореальных растений в аридные и семиаридные регионы.

Практическая ценность работы. Результаты исследований служат основой для осуществления мероприятий по рациональному использованию

ресурсов растительного мира долины реки Тобол и ее притоков на территории Костанайской области, охране редких и исчезающих растений, созданию новых природных резерватов. Кроме того, полученные данные использованы при оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС) Варваринского золотоносного месторождения.

Положения, выносимые на защиту.

1. Долина реки Тобол и ее притоков в пределах степной зоны (от подзоны разнотравноковыльных степей на севере до подзоны сухих ковыльных степей на юге) содержит 583 вида сосудистых растений, относящихся к 296 родам, 77 семействам.

2. Относительное богатство изученной флоры объясняется сочетанием в ней различных систематических, экобиоморфологических, экологических и ценотических групп растений, характерных как для фитоценозов плакорных местообитаний, распределение которых подчинено зональным закономерностям, так и для собственно долинных фитоценозов, имеющих интразональный характер.

3. Долина реки Тобол и ее притоков послужила важным миграционным путем для проникновения бореальных элементов на юг, в пределы степной зоны. Поэтому в целом изученная флора имеет более мезофильный характер, по сравнению с флорой прилегающих плакорных местообитаний, хотя содержит в своем составе определенную долю ксерофильных компонентов.

4. Сохранение уникального растительного мира долины реки Тобол с притоками необходимо для сохранения всего биоразнообразия этого региона.

ГЛАВА 1. РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЙ, МЕТОДИКА И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ

1.1 .Район исследований.

Сбор материала произведен в естественных местообитаниях в пределах Костанайской области: в долинах реки Тобол и ее притоков Тогузак, Уй, Убаган, Аят, Желкуар и Шортанды.

Почти вся территория Костанайской области (19,5 млн. га) расположена в пределах достаточно обособленного естественноисторического района -области древнего прогиба, обычно называемого Тургайским проливом (Демченко, 1961). Крайний север территории включает юго-западную окраину Западно-Сибирской низменности, северо-запад - восточную окраину Зауральского плато, юго-восток охватывает западную окраину Улутавского мелкосопочного поднятия.

Тургайский пролив - обширная меридионально ориентированная впадина, ограниченная на западе восточными склонами Урала и Мугоджар, а на востоке - западной окраиной Казахской складчатой страны.

На поверхности, занимаемой Костанайской областью, различаются следующие геоморфологические районы (Демченко, 1961) (рис.1):

1. Центральная тургайская впадина

2. Восточная окраина Зауральского плато

3. Тобольское плато

4. Юго-западная окраина Западно-Сибирской низменности

5. Предтургайская равнина

6. Тургайское плато

7. Восточное плато

8. Сапсын-Агашская ложбина стока

9. Ишимская равнина

10.Западная окраина Улутавского поднятия

Центральная Тургайская впадина пересекает всю область с севера на юг. Абсолютная высота ее днища на водоразделе 120 м, постепенно

уменьшающаяся на север и юг до 100-90 м. Севернее озера Сары-Копы впадина имеет строго меридиональное простирание при широте около 35 км, южнее отклоняется к западу и расширяется до 100 км. Севернее озера Кушмурун Тургайская впадина прорезана руслом реки Убаган, а в южной части - долиной реки Тургай.

Юго-западная окраина Западно-Сибирской низменности имеет абсолютные высоты 150 - 210 м и отличается большой равнинностью. Тобольское плато ограничивает Западно-Сибирскую низменность с юга. Северной его границей служит долина реки Аят, а затем реки Тобола ниже впадения реки Аят. На юг плато повышается и простирается неширокой полосой по правобережью реки Тобола до его верховий. Предтургайская равнина расположена южнее Тобольского плато в междуречье Тобол - Убаган (абс. высота 220 - 230 м) и отличается опесчаненностью. Плоские равнины прерываются здесь огромными озерными депрессиями и поднимающимися останцовыми буграми и песчаными всхолмленными массивами (боровыми песками Аман-Карагай и Казанбасы).

Ишимская впадина граничит с Западно-Сибирской низменностью на водоразделе Убаган-Ишим. Ее довольно крутые склоны к озеру Кушмурун называют Кушмурунскими горами. Тургайское плато высоким, но не крутым уступом возвышается над предтургайской равниной и более постепенно - над Ишимской равниной. Северную часть Тургайского плато называют Тоболо-Тургайским водоразделом, а южную - Улькояк-Кабаргинским плато. Южный склон последнего сильно расчленен густой и глубокой сетью оврагов и саев бассейнов рек Улькояк, Кабырга, Теке.

Таким образом, территория области на всем протяжении отличается относительной равнинностью. Наиболее повышенными являются ее крайний запад и восток. Эта равнинная поверхность, открытая с севера и юга и не имеющая сколь-нибудь значительных естественных преград, подвержена влиянию как высоких температур Туранских пустынь летом, так и сибирских морозов зимой.

v

р.УЙ

S4 •

Веревка ¡8

И

4 я.

apea

¡¡ЙПстан

р. ЖиДОр'

Ч

л rapa

fo. Куши-

9

руя

Центральная тургайская впадина

Восточная окраина Зауральского плато

Тобольское плато

Юго-западная окраина Западно-Сибирской низмененности

Предтургайская равнина

Ф и

Тургаиское плато

Восточное плато

.Сас

.у рьр

Аркалык

10

С а псы н- Ага пг екая ложбина стока

9 Ишимская ровнина

Западная окраина Улутавского поднятия

\ XV

Рис. 1. Геоморфологические районы Костанайской области.

1.2. Методика исследований.

1.2.1. Изучение флоры.

В основу изучения флоры положены результаты исследований автора в период с 1995 по 1998 гг., а также литературные данные, когда их достоверность не вызывает сомнения (Флора СССР, 1934 - 1964; Флора Казахстана, 1956 - 1966; Демченко, 1961; Пугачев, 1994). Кроме того, использованы коллекции, хранящиеся в гербариях Костанайского госуниверситета (сборы Пережогина Ю.В.) и Института экологии растений и животных УрО РАН (сборы Федотовой К.П. и Пережогина Ю.В.). Сбор растений осуществлялся как в результате рекогносцировочных исследований, так и в результате проведения геоботанических описаний растительности долины (рис. 1). При определении растений использовались Флора СССР (I - XXX т.), Флора Казахстана (I - IX т.), Флора Сибири (I - IX т.) и Флора юго-востока европейской части СССР (I - IV т.) с учетом изменений, опубликованных позднее (Черепанов, 1997). В сводном списке растения расположены с учетом филогенетической системы А.Л.Тахтаджяна. Она отражает современные воззрения на филогенез высших растений и снабжена новой, хорошо продуманной и типифицированной номенклатурой высших таксонов, разработанной А.Л.Тахтаджяном в сотрудничестве с Кронквистом (США) и Циммерманом (ФРГ) (цит. по Флоре европейской части СССР).

Анализ флоры и экологии составляющих ее видов осуществлялся на основании классических публикаций с учетом дополнений и изменений к ним в ряде работ последних лет (Шенников, 1950; Лавренко, 1954; Афанасьев, 1964; Матвеева, 1967; Агелеуов, 1987; Пугачев, 1994).

Выявление систематической структуры флоры осуществлялась при сопоставлении семейственных спектров (Толмачев, 1970; Малышев, 1972; Лащинский, 1981). Для этого были отобраны 10 ведущих семейств, составляющих основу видового разнообразия флоры.

и

Как известно, расселение растений, формирование новых растительных сообществ и связанные с этим процессы адаптации к современным условиям физико-географической среды не могут быть поняты без учета данных о происхождении и миграции флористических комплексов, отражающих их более или менее отдаленное прошлое. Ареалогический анализ проводился на основе современного распространения видов, с учетом принципов ботанико-географического районирования (Лавренко, 1947, 1970; Карамышева, Рачковская, 1983).

1.2.2. Изучение растительности.

Описание растительных сообществ проводилось общепринятыми методами (Полевая геоботаника, T. I - V). На выделенных участках ассоциации нами закладывались пробные площади по 100 м каждая. Согласно данным П.Л. Горчаковского (1972), каждая растительная ассоциация должна быть охарактеризована как минимум 5 пробными площадями, что дает возможность проследить степень варьирования признаков растительных сообществ, а в некоторых случаях и динамику отдельных показателей.

При описании растительного покрова, степень участия отдельных видов в их сложении, оценивалась по видоизмененной шкале Друде (Сукачев, 1931), основанной главным образом на степени проективного покрытия (soc. -покрытие выше 75 %, сор.3 - покрытие от 50 до 75 %, сор.2 - от 25 до 50 %, cop.i - от 5 до 25 %, sp. - покрытие меньше 5 %, особей довольно много, sol. -число особей и степень покрытия ничтожны). Фитоценологические описания в большинстве случаев делались в период разгара цветения и вегетации основной массы летнецветущих растений после отмирания наземных органов весеннецветущих эфемероидов. В связи с этим в ряде геоботанических описаний не указывается обилие последних, а только отмечается их наличие по подземным органам и отмершим надземным частям.

В качестве -основной таксономической характеристики растительности нами принималась ассоциация. Трактовка ассоциации и установление ее объема осуществлялась на основании работ В.Н. Сукачева (1956), Б.А. Быкова

н яг Боровское

аи

¡арваринв

р. Желкувр^

Джепыгара

Маршруты 'исследований

Точки стационарных и п олустаци он арных исследований

Рис. 2. Маршруты и места наблюдения в период исследований флоры и растительности долины реки Тобол и ее притоков

(1978), П.Л. Горчаковского (1949, 1966, 1972), Л.П. Рысина (1975), А.Г. Воронова (1973) и Т.А. Работнова (1983). Растительная ассоциация рассматривается нами как тип фитоценозов, характеризующийся однородным видовым составом, однородной синузиальной структурой и однородными условиями факторов среды.

Диагноз каждой выделенной ассоциации включает указание на ее распространение, особенности условий местообитания, флористический состав и ярусную структура. Выделение ассоциаций проводили с учетом роли эдификаторов, доминантов и субдоминантов.

1.3. Объем выполненных работ.

За период изучения флоры и растительности долины реки Тобол и ее притоков в период с 1995 по 1998 г.г. был выполнен следующий объем работ:

Проведено маршрутное ботаническое изучение долины реки Тобол и ее притоков на протяжении около 3000 км, а также более углубленное изучение в ряде мест (рис. 2). Кроме того, для выявления видового состава водных растений был осуществлен водный маршрут по реке Тобол протяженностью около 30 км. В ходе флористических и геоботанических исследований было собрано более 2000 гербарных экземпляров растений. С гербарием можно ознакомиться в Гербарии лаборатории экологии и охраны растительного мира Костанайского госуниверситета и в