Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разнотравье степей Якутии в культуре

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Борисова, Саргылана Захаровна, Якутск

I "О

и" ,

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Институт биологических проблем криолитозоны

На правах рукописи УДК 631.529 + 581.16 (571.56)

БОРИСОВА Саргылана Захаровна РАЗНОТРАВЬЕ СТЕПЕЙ ЯКУТИИ В КУЛЬТУРЕ

03.00.05 - Ботаника

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук Н.В.Трулевич

Якутск - 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 3 Глава 1. Краткая характеристика природных условий Якутии и пункта

интродукции 6

1.1. Природные условия Якутии 6

1.2. Природные условия пункта интродукции 11 Глава 2. Объекты и методики исследований 16 Глава 3. Характеристика степей Якутии 21 Глава 4. Эколого-фитоценотическая характеристика интродуцентов 32 Глава 5. Интродукционная устойчивость степных видов 64

5.1. Полнота прохождения фенологических фаз 68

5.2. Самовозобновление интродуцентов 69

5.3. Размеры надземных органов растений в культуре 71

5.4. Повреждаемость растений вредителями и болезнями 73

5.5. Длительность выращивания растений в культуре 74 Глава 6. Биология развития Pulsatilla flavescens (Zucc.) Juz. 76 Глава 7. Проблемы охраны реликтовых степных сообществ и редких и

исчезающих растений 95

7.1. Реликтовые степные сообщества 95

7.2. Редкие и исчезающие виды степной растительности 99

7.3. Интродукция редких и исчезающих растений долины

средней Лены 102

Глава 8. Практическое применение растений степной флоры Якутии 106

Выводы 132

Список литературы 134

Приложение 1 161

Приложение 2 186

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Своеобразием растительного покрова Якутии является распространение степной растительности в таежной зоне. Якутские степи, находятся на большом удалении от основного ареала сибирских и забайкальских степей. Флористически и фитоценотически якутские степи близки к степям Забайкалья и Монголии.

В настоящее время степи Центральной Якутии находятся под большим антропогенным прессом, 10 степных сообществ этого региона внесены в "Зеленую книгу Сибири" (1996) и подлежат государственной охране. Степные фитоценозы оказались в значительной степени нарушены, изменены по видовому составу, структуре, продуктивности, и на определенной стадии деградации их восстановление становится возможным лишь с помощью человека. Одной из действенных форм охраны растений является интродукция растений.

История развития степной растительности на северо-востоке России шла на фоне резкой смены климата, что имело определенную роль при развитии приспособительной структуры вида и, в связи с этим, степные виды таят в себе высокие потенциальные возможности, которые могут быть использованы в народном хозяйстве. Среди степных видов много лекарственных, кормовых, пищевых и декоративных растений. Восстановление состава популяции и численности растений на территории их природных ареалов путем обогащения обедненных естественных фитоценозов и создания искусственных может быть осуществлено на основе размноженных в культуре достаточно крупных интродукционных популяций.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является сохранение биологического разнообразия разнотравья степной флоры Якутии на основе

эколого-фитоценотических особенностей каждого из компонентов и введение в культуру этих видов. В связи с этим решены следующие задачи:

- создание коллекции степных растений;

- ареалогический анализ видов степного разнотравья Якутии;

- э кол о го-ф и го це н о п 1 ч ее ка я характеристика каждого из компонентов степной флоры;

- выявление особенностей сезонного развития растений в культуре;

оценка интродукционной устойчивости растений, выделение высокоустойчивых и устойчивых видов, перспективных для интродукции в Центральной Якутии;

исследование морфогенеза типичного по приспособительным особенностям декоративного растения Pulsatilla flavescens (Zucc.) Jiiz;

- разработка научно-обоснованного ассортимента декоративных растений для создания многокомпонентных посадок.

Практическая ценность работы.

- В результате многолетнего экспериментального изучения выделены устойчивые в культуре виды разнотравья степной флоры, представляющие практический интерес.

- Даны рекомендации по выделению охраняемых ландшафтов на территории Центральной Якутии.

- Обоснована возможность сохранения и размножения редких и эндемичных видов.

- Дополнен существующий ассортимент растений, рекомендуемых для озеленения населенных пунктов Центральной Якутии.

Научная новизна работы.

- Впервые проанализированы и оценены интродукционные возможности разнотравья степей Якутии на основе анализа жизненных форм, специфики побегообразования, феноритмотипов.

- Сравнительный анализ жизненных форм степного разнотравья показал, что наиболее устойчивыми в опыте интродукции являются розеточные гемикриптофиты, растения с весенне-летним феноритм от и по м, рано цветущие.

- Впервые детально изучены особенности побегообразования, численность, возрастная структура ценопопуляций устойчивого в культуре розеточного гемикриптофита, весен не цветущего практически ценного растения Pulsatilla flavescens.

- Составлен аннотированный список интродуцированных растений степного разнотравья с указанием ареала на территории Якутии, происхождения образца, срока цветения, феноритмотипа, практического использования.

- Разработана шкала интродукционной устойчивости разнотравья степной флоры.

- Даны рекомендации по сочетанию методов охраны растений in situ и ex situ, а также по привлечению в культуру редких и исчезающих видов. Проведена инвентаризация редких степных растений на охраняемой территории долины средней части р.Лены.

Считаю своим долгом выразить глубокую признательность научному руководителю д.б.н. Н.В.Трулевич и д.б.н., проф. Н.С.Даниловой за всестороннюю помощь и поддержку, за ценные советы, предложения и практические замечания.

Глава 1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ ЯКУТИИ И ПУНКТА ИНТРОДУКЦИИ

1.1. Природные условия Якутии

Якутия занимает площадь около 3 млн.кв.км, простираясь от 56 до 78°с.ш. и от 106 до 163°в.д.. Более 40% территории Якутии расположено за Полярным кругом, 70% покрыто горами и плоскогорьями. В её состав входят различные геоморфологические образования - от обширных низменностей до высокогорий, достигающих 3000 м абс.высоты. Взаимодействие тектонических процессов с выветриванием различных по литологическому составу и прочности горных пород создали большую пестроту морфологических черт рельефа. Долина р.Лены является естественной границей между областями с горным и равнинным рельефом. К востоку и югу от этой реки распространены преимущественно горные формы рельефа, к западу - равнинные. На севере республики до побережья Ледовитого океана простираются низменности (Коржуев, 1965).

В Якутии около 700 тыс. рек и более 708 тыс. озер (Якутская АССР, 1973).

Климат. Якутия самая холодная область России со сплошным залеганием вечной мерзлоты, имеющей мощность 100-150 м. Основной особенностью климата является его суровость, резкая континентальность и засушливость. Резкое увеличение континентальности климата относится к четвертичному периоду, что было вызвано ростом краевых хребтов и прогибанием межгорных котловин, а также глобальными факторами (Визе, 1927; Шостакович, 1927; Шашко, 1961; Агроклиматический справочник, 1963; Витвицкий, 1965; Климат Якутской АССР, 1968; Гаврилова, 1973).

Резкая континентальность климата проявляется в больших годовых колебаниях температуры и относительно малом количестве выпадающих осадков (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Годовая амплитуда температуры воздуха (°С) и количество осадков в Якутии

Амплитуда температуры, °С Количество осадков, мм

Станция по средней по абс.мини- за вегетаци-

месячной муму и мак- за год онный

симуму период

Оймякон 64,5 104 168 118

Верхоянск 63,8 103 142 67

Якутск 61,9 102 192 126

Оленек 55,7 101 289 188

Вилюйск 56,2 98 236 137

Томмот 53,0 99 360 218

Почвы. Пестрота природных условий создает большую мозаику в географическом распространении почвенного покрова Якутии. На огромной территории тундровой зоны, занимающей около 13% площади республики отмечается безраздельное господство мерзлотных тундровых в разной степени оглееных почв (Караваева, Таргульян, 1963; Еловская, 1964; Еловская и др., 1965; 1979).

К югу от тундровой зоны расположена громадная территория, простирающаяся примерно от 56 до 70°с.ш., почти сплошь занятая таежной зоной, которая подразделяется на северную и среднюю подзоны.

Большую часть территории северной тайги занимают мерзлотные северотаежные почвы, обладающие тиксотропностью, оглееностью и криогенной деструкцией (Зольников, 1958; Еловская, 1962; Тетерина, 1964). Тиксотропность, деструкция и близкое залегание влагонасыщенных многолетнемерзлых пород существенно ограничивают интенсивный влагообмен между органогенными и

минеральными горизонтами из-за слабой дренированности последних. В таких своеобразных условиях почвообразовательные процессы локализированы только в пределах маломощного корнеобитаемого слоя, где, благодаря концентрации питательных элементов, разложения органики, наличии сравнительно высоких тепловых ресурсов, созданы условия, заметно сдерживающие поверхностное оглеение мерзлотных северо-таежных почв.

Река Вилюй является почти естественной границей перехода северной тайги к средней. Левобережные районы представлены широкой полосой северотаежных лиственничных лесов низкого бонитета, правобережные безраздельным господством среднетаежных лиственничных и сосново-лиственничных лесов с элементами лугово-степной растительности.

Основной фон почвенного покрова создают мерзлотные таежные палевые в разной степени осолоделые почвы - типичный зональный тип, не имеющий аналогов в мире (Зольников, 1954, 1957). Развиваются под покровом лесной растительности, но не имеют практически признаков оподзоливания. Им не присущ промывной тип водного режима и резко фульватный состав гумусовых веществ. Содержат признаки почв степной зоны.

По мере передвижения к югу наступает пояс мерзлотных дерново-карбонатных почв, развивающихся на элювии кембрийских известняков доломитов. Эти почвы занимают узкую полосу вдоль левого берега р.Лены, Лено-Алданское и Приленское плато.

Неповторимой особенностью Центральной Якутии является широкое распространение своеобразных уникальных по растительному и животному миру, а также по почвам, лугово-степных и типичных степных ландшафтов. Формирование здесь мерзлотных лугово-черноземовидных почв на открытых пространствах связано с тем, что именно в таких ландшафтах климатический фактор почвообразования, благодаря более глубокому протаиванию почвогрунта,

определяет протекание почвенных процессов по типу криоаридного остепненного почвообразования.

В долинно-пойменных ландшафтах таежной зоны формируются мерзлотные пойменные почвы.

Горно-гольцовый пояс и каменистые арктические пустыни заняты бедными горно-гольцовыми почвами, разбросанными между каменистыми россыпями и скальными выходами на дневную поверхность метаморфизованных горных пород.

В горно-тундровом поясе широко представлены мерзлотные тундровые подбуры (типичные почвы этого региона), развивающиеся в условиях хорошего дренажа на каменисто-мелкоземистом элювии мезозойских и кайнозойских итрузий. На плоских слабодренируемых участках эти почвы заменяются мерзлотными горно-тундровыми глеевыми почвами или перегнойно-глеевыми.

Таежный пояс занимают мерзлотные северотаежные оподзоленные глеевые щебнистые почвы - своеобразные аналоги почв равнинной территории Западной Якутии.

Южная Якутия по природно-климатическим условиям резко отличается от западных и восточных районов республики. Широкое развитие получили дерново-подзолистые почвы и мерзлотные подбуры (Герасимов, 1962). В межгорных котловинах в условиях избыточного увлажнения формируются большие массивы болотных почв и болотных залежей.

Растительность. Растительный покров Якутии весьма неоднороден. На равнинной территории четко проявляются широтные и долготные изменения растительности. На 40% территории, занятой горными сооружениями, выражена высотная поясность. Особенности характера растительности определяются совокупным влиянием как современных физико-географических условий, так и

сложных процессов четвертичного периода и различий в геологическом возрасте материнских пород почв отдельных регионов.

На территории республики основу растительности составляют виды арктической и бореальной флор.

В арктическую входя т арктические пустыни и полупустыни, арктические и субарктические тундры, тундровые болота, каменистые пустыни и горные тундры, а также растительность речных долин и морских побережий в пределах арктической области (Городков, 1956; Караваев, 1955а; 1957; 1958а; Караваев, Скрябин, 1971; Андреев и др., 1974; Основные особенности ..., 1987). Арктическая растительность приурочена к Новосибирским островам, северной оконечности материка, омываемой водами моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря, и к высокогорьям (Заславская, Плиева, 1983; Егорова, 1985; Егорова и др., 1991). Это область с наиболее суровыми климатическими условиями. Продолжительность периода с положительными температурами 105-107 суток. Среднегодовая температура -13-15°С. Средняя температура июля не превышает +9,7°С, а на арктических островах -0,2-3,5°С. Повсеместно развита мощная многолетняя мерзлота (до 500 м и более), протаивающая летом на глубину 0,3-1 м.

В сложении арктической растительности участвуют 550 видов сосудистых растений. Среди них преобладают арктические и арктоальпийские виды. В арктической флоре Якутии насчитывается 15 эндемичных и субэндемичных видов сосудистых растений.

В бореальной преобладает таежный тип растительности с повсеместным развитием светлохвойных лиственничных лесов. Лесная площадь в таежной зоне составляет 67%, а собственно покрытая лесом - 54%. Выделяют притундровые, северотаежные, среднетаежные и горные леса (Щербаков, 1964, 1975). Кроме лесов в таежной зоне имеются кустарниковые

заросли, болота, прибрежно-водная растительность. Бореальная растительность занимает равнины к югу от арктической области и располагается ниже безлесных поясов гор. Климатические условия более благоприятны. Период с температурой выше 0°С увеличивается до 155-165 суток. Средняя температура июля не опускается ниже +10-11°С. Среднегодовая температура около -12°С. Резко возрастает континентальность климата. Амплитуда температур (разница между абсолютным максимумом и минимумом) 110°С, в то время как в тундровой зоне -90°С (Основные особенности..., 1987). Относительная влажность воздуха 60-75% (в тундре 80-92%). Большая часть бореальной области относится к засушливым районам, а в тундре и особенно в горах количество осадков превышает испарение. Мощность деятельного слоя почвы значительно возрастает (до 2 м и более).

В состав бореальной растительности входит более 1500 видов сосудистых растений. Среди них 50 эндемиков и субэндемиков.

1.2. Природные условия пункта интродукции

Рельеф. Местность Чучур-Муран, где расположен Якутский ботанический сад, находится в 7 км к западу от г.Якутска. Более 60% ее лежит на коренном берегу и около 30% в долине р.Лены на второй надпойменной террасе, прорезанной старицей - озером Ытык-Кель (Нахабцева, 1965; Чугунова, 1965).

Восточная часть сада представлена долинными формами рельефа, западная

"Г~ч V/ с V V

- водораздельными. В долиннои части, представленной второй надпойменной террасой, повышения чередуются с параллельно расположенными депрессиями. В направлении с юга на север располагаются межтеррасные понижения - древние русла р.Лены, залитые водой. Далее на запад к долинной части примыкает коренной берег р.Лены, образующий крутой склон высотой до 80-90 м, сложенный из водопроницаемых песчаных и супесчаных пород (Чугунова, 1965).

Водораздельная часть территории сада представлена сочетанием увалов с равниной, расчлененной гидрографической сетью - распадками протяженностью от 3 до 5 км.

Территорию ботанического сада на две неравные части разделяет о.Ытык-Кель - основной водный бассейн сада. Это озеро-старица р.Лены в настоящее время сильно обмелевшее и не имеющее естественной связи с р.Леной. На территории ботанического сада имеется также несколько мелких водоемов, часть которых в середине лета высыхает, а другие остаются заполненными.

Климат. Основные показатели климата местности Чучур-Муран совпадают с показателями г.Якутска. Среднегодовая температура равна -10°С, среднемесячная температура самого холодного месяца (январь) -43,2°С, самого теплого (июль) - +18,7°С. Число дней с температурой выше 0°С составляет 154, с температурой выше +5°С - 127, с температурой выше +10°С - 98. Абсолютный минимум воздуха -64°С, абсолютный максимум +38°С.

Таким образом, амплитуда колебания температур, показывающая степень континентальности климата, равна 102°С. В