Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Влияние увеличения водного стока реки Волги и повышения уровня Каспийского моря на состояние растительности низовьев дельты Волги

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Влияние увеличения водного стока реки Волги и повышения уровня Каспийского моря на состояние растительности низовьев дельты Волги"

на правах рукописи

РУСАКОВА Елена Геннадьевна

ВЛИЯНИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ ВОДНОГО СТОКА РЕКИ ВОЛГИ И ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ КАСПИЙСКОГО МОРЯ НА СОСТОЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НИЗОВЬЕВ ДЕЛЬТЫ ВОЛГИ

11. 00.11. — Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Астрахань - 1998

Работа выполнена на кафедре ботаники Астраханского государственного педагогического университета

Научные руководители - доктор сельскохозяйственных наук,

E.H. Григоренкова, кандидат биологических наук, доцент В.Н. Пилипенко

Официальные оппоненты -

доктор биологических наук И.Н. Сафронова, доктор биологических наук И.С. Дзержинская

Ведущая организация - Каспийский научно-исследовательский институ рыбного хозяйства

Защита состоится ъисаЛта ¡998 г. в часов на заседании дш сертационного совета К 117.07.04. по защите диссертаций на соискание учено степени кандидата биологических наук при Астраханском государственном те: ническом университете ао адресу: 414056, Астрахань, ул. Татищева, 16, АГТУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского гос; дарственного технического университета.

Автореферат разослан « /Р » д.,лл. 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент

Э.И. Мелякина

ВВЕДЕНИЕ •

Актуальность исследования. Важными компонентами охраны окружающей среды являются оценка состояния и прогнозирование возможных изменений растительных сообществ под влиянием различных 'факторов. Знание особенностей динамики флоры и растительности важно для оценки экологического потенциала территории дельты р. Волги, сохранения ее биоразнообразия и рационального ведения хозяйства.

Травянистая растительность дельты является основным звеном в цепи питания многих диких и сельскохозяйственных животных. Поэтому любое изменение ее состояния и продуктивности сказывается на всех уровнях трофической цепи. Кроме того, растительные сообщества дельты служат местом гнездования птиц, нереста и нагула рыб.

Формирование растительности на территории дельты тесно связано с ее гидрологическим режимом, который в свою очередь обусловлен рядом естественных и антропогенных факторов. В 1958 году после строительства Волгоградской ГЭС сток р. Волги был окончательно зарегулирован. Развитие растительности в дельте происходило на фоне уменьшения водного стока Волги и понижения уровня Каспийского моря. Наблюдалось развитие процессов ксерофитиза-ции и галофитизации растительного покрова. Ускорилось выдвижение надводной дельты в сторону моря, активизировались процессы зарастания култучной зоны и авандельты.

С 1978 года наблюдается увеличение водного стока р. Волги и повышение уровня Каспийского моря, которые приостановили, а затем прервали сложившиеся тенденции развития растительности. В настоящее время уровень Каспийского моря приблизительно соответствует уровню 1936 года, Такое повышение существенно отразилось на состоянии растительности низовьев дельты Волги, особенно авандельты. Однако уровень моря пока не достиг своей средневековой отметки (-26,0 м). Большинство специалистов прогнозирует продолжение повышения уровня моря до отметок -26 - -25 м. В этих условиях необходим научно-обоснованный мониторинг, включающий оценку состояния и прогнозирование возможных изменений растительности, который позволит разработать стратегию охраны и рационального использования растительных ресурсов дельты р. Волги.

Цель и задачи исследования. Основная цель настоящей работы - выявить современное состояние флоры и растительных сообществ низовьев дельты Волги, тенденции их изменений под влиянием увеличения водного стока р. Волги и повышения уровня Каспийского моря.

В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие за;

дачи

1. Проанализировать современную структуру флоры дельты р. Волги, i казать ее зависимость от условии обитания;

2. Выявить особенности динамики основных-факторов среды — волне режима и засоления;

3. Рассмотреть влияние увеличения водного стока Волги и повыше! уровня Каспийского моря на состояние и динамику растительных сообществ i зовьев дельты р. Волги;

4. Предложить меры по охране и рациональному использованию рас тельных сообществ низовьев дельты р. Волги.

Выполнение этих задач будет способствовать разработке программы ционального природопользования и проведения мониторинга растительного i крова дельты р. Волги.

Научная новизна. Впервые дана полная сравнительная характерней современного структурного состава флоры дельты р. Волги и Астраханск( биосферного государственного заповедника с учетом условий обитания. Вы лена закономерность распределения многолетних и однолетних видов растен в зависимости от степени увлажнения. Охарактеризована многолетняя динам1 изменений растительности на долгопойменных засоленных экотопах дель Волги в условиях увеличения искусственно регулируемого водного стока. По зана разногодичная динамика тростниковых и рогозовых сообществ дельты в висимости от гидрологических условий отдельных лет. Охарактеризованы п цессы и тенденции изменений растительности низовий дельты р. Волги : влиянием повышения уровня Каспийского моря.

Практическая значимость. Работа в целом является составной част научной программы по изучению флоры и растительных ресурсов дельты Вол На основе анализа хозяйственной структуры флоры дельты могут быть разра1 таны перспективные программы по использованию дикорастущей флоры (ме. носные, лекарственные, пищевые, эфироносные, масличные и другие груп растений). Материалы диссертации являются продолжением мониторингов исследований и научной основой прогнозов путей развития растительно! дельты р. Волги и создания системы природоохранных мероприятий. Предло; ны меры по охране редких и лекарственных видов растений и по поддержан благоприятного состояния естественных фитоценозоэ в сложившихся условн Материалы работы используются при чтении курсов ботаники в Астраханск государственном педагогическом университете.

Апробация работы. Материалы исследования докладывались на per

нальной конференции «Экологические проблемы Волжского региона и Северного Прикаспия» (Астрахань, 1996); на научно-практической конференции, посвященной 70-летию Воронежского биосферного государственного заповедника «Проблемы сохранения и оценки состояния природных комплексов и объектов» (Воронеж, 1997); на всероссийском совещании заведующих кафедрами ботаники университетов и педагогических университетов (Барнаул, 1997); на Всероссийской научной конференции «Астраханский край: история и современность (к 280-летию образования Астраханской губернии)» (Астрахань, 1997); на ежегодных научных конференциях преподавателей Астраханского государственного педагогического университета (Астрахань, 1995; 1996; 1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации - \в1 страниц. Работа содержит 18 таблиц и 9 рисунков. Список литературы включает 143 источника, из них 7 - на иностранных языках. Приложение содержит метеорологические и гидрологические данные и «Конспект флоры дельты реки Волги».

Содержание работы

ГЛАВА 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ДЕЛЬТЫ ВОЛГИ

По литературным данным рассматриваются геология (Жуков, 1945; Берг, 1949; Леонтьев, Федоров, 1953; Николаев, 1958, 1962; Леонтьев, Фотеева, 1965); геоморфология (Николаев, 1962; Белевич, 1963; Аристархова, 1980; Русаков, 1990); гидрография и гидрология (Гудков, 1952; Русаков, 1991; Щучкина, 1996); климат (Физико-географическое районирование СССР, 1968; Русаков , 1991); почвы (Летунов, 1942; Ковда, 1950; Попов, 1960; Болышев, 1962; Классификация и диагностика почв СССР, 1977). Классификация растительности дельты дается на основе разработанной ранее синтаксономии (Оо1иЬ, М1гкт, 1986; Голуб, Лосев, 1988; Голуб, Соломаха, 1988; Кузьмина, 1996).

ГЛАВА 2.КРАТКИЙ ОБЗОР ИСТОРИИ ИССЛЕДОВАНИЙ ФЛОРЫ И РАСТИТЕЛЬНОСТИ ДЕЛЬТЫ ВОЛГИ

В главе дается краткий очерк ботанических исследований дельты Волги (Коржинский, 1882, 1884; Краснов, 1885; Пачосский, 1892; Чугунова-Сахарова, 1927; Доброхотова, Михайлова, 1938; Доброхотова, 1940; Фурсаев, 1939; Червя-кова, 1965; Цаценкин, 1962; Живогляд, 1968 а, б, 1970 а, б, 1972, 1975, 1984, 1986, 1990, 1991; Шафранов, 1961 а, б; Сафонов, 1975, 1977 а, б; Родман, Горяи-нова, 1978; Русаков и др., 1980; Русанов, 1983; Голуб, 1983 а, б, в, 1985, 1987; Голуб, Лосев, 1985; Голуб, Пилипенко, 1985, 1986, 1987; Голуб и др., 1986 а, б,

1988, 1992; Красножон, Конюшко, 1987; Плясак, 1987, Чуйков, 1987; Живогл; Русаков, 1987; Пилипенко и др., 1988, Бармин, 1993 и др.).

ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследований являлись флора и растительность низовьев не:, ты р. Волги, изучение которых проводилось на стационарных участках и во uf ш экспедиционных выездов.

Во время наблюдений па стационарных участках определяли: длится ность затопления и глубину воды во время весенне-летних половодий; ионш состав водной вытяжки образцов почвы (ОСТ 46-52-76) с расчетом «суммарно эффекта токсичных ионов» в эквивалентах хлора (Базилевич, Панкова, 196! величину надземной массы и видового состава травостоя.

Для изучения изменений растительности, происходящих в низовьях дел ты Волги под влиянием повышения уровня Каспийского моря, были проведе! два экспедиционных выезда в зону открытой авандельты в августе 1993 и 19' годов.Во время маршрутной съёмки проводилось геоботаническое описание ра тительности, промер глубины, проточности и солёности воды. Описание раст тельности проводилось по системе Браун-Бланке (1954) с использованием пят балльной шкалы, учитывалось общее проективное покрытие акватории или те ритории всеми видами и каждым видом в отдельности.

Виды растений классифицировались по жизненным формам в соответс вии с системой Раункиера с небольшими модификациями.

Видовые названия растений определялись по Флоре СССР (1934-1964) Флоре Европейской части СССР (1974-1981). При составлении конспекта флор латинские названия растений выверялись по сводке "Сосудистые растения Ро сии и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР)" (Черепанов, 1995'

Типы опыления и распространения семян и плодов определялись по Жи ни растений (1978-1982, т. 4-6) и собственным наблюдениям.

Статистическая обработка материалов исследований проводилась с и пользованием руководств Е.К. Меркурьевой (1963) и H.A. Плохинского (197 1978).

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ФЛОРЫ ДЕЛЬТЫ РЕКИ ВОЛГИ 4.1 Систематическая структура флоры

Флора дельты р. Волги насчитывает 617 видов сосудистых растений, о носящихся к 4 отделам, 45 порядкам, 83 семействам и 299 родам. Флора зап ведника включает 310 видов сосудистых растений, объединенных в 3 отдела, 2

порядков, 65 семейств и 188 родов. В целом же, флора заповедника составляет 50,6 % флоры дельты. Список флоры дельты р. Волги по сравнению с 1992 годом (Пилипенко, 1992) обогатился на 228 видов. Во флоре заповедника за этот же период времени (Живогляд, 1991) был выявлен 21 новый вид.

Десять ведущих семейств флоры дельты и заповедника содержат более 60% видов всей флоры (Табл. 1).

Таблица 1

Ведущие семейства флоры дельты р.Волги и

заповедника

Дельта Заповедник

Семейство Число видов Семейство Число видов

общее % от общего количества обшее % от общего количества

Asteraceae 82 13,4 Asteraceae 38 12,3

Роасеае 73 11,9 Роасеае 36 11,6

Chenopodiaceae 60 9,8 Brassicaceae 20 6,5

Brassicaceae 45 7,3 Cyperaceae 19 6,1

Fabaceae 39 6,4 Fabaceae 17 5,5

Cyperaceae 26 4,2 Chenopodiaceae 17 5,5

Polygonaceae 25 3,9 Polygonaceae 16 5,2

Boraginaceae 20 3,3 Potamogetonaceae 9 2,9

Caryophyllaceae 17 2,8 Ranunculaceae 9 2,9

Ranunculaceae 14 2,3 Lamiaceae 9 2,9

Всего 190 65,3 Всего 190 61,4

При изучении систематической структуры флоры важным показателем является количественное распределение видов по семействам. В дельте Волги семейства, включающие один род, составляют 18,1 %, а моновидовые - 7,8 %. В заповеднике семейства с одним родом составляют 60 %, а с одним видом - 40 % (в 1980 году эти показатели соответственно равнялись 54,4 % и 39 %) (Сафонов, 1980).

Наибольшим видовым разнообразием отличаются 8 родов, которые включают 12,9 % видового состава в дельте и 15,8 % в заповеднике. Для флоры дельты характерно преобладание родов пустынной и ксерофитной ориентации (Artemisia, Atriplex, Astragalus, Chenopodium, Euphorbia, Salsola), а для флоры заповедника »- родов гигрофильной и гидрофильной группы (Potamogeton, Polygonum, Rumex, Scirpus).

4.2 Биологическая структура В дельте Волги отмечено 17 видов деревьев, 10 видов кустарников, 587

видов травянистых растений ( в заповеднике - 8, 3, 298 видов соответственно).

Установлено, что наблюдается прямо пропорциональная зависимость ув< личения процентного соотношения поликарпиков с повышением влажности экс топов. Эта закономерность четко прослеживается при сравнении флоры дельты флорой заповедника. В дельте поликарпики составляют 53,4 %, а в заповедник - 58,6 %. Для монокарпиков наблюдается обратно пропорциональная завис! мость от увеличения влажности в экотопах, что подтверждают наши данны (42,1 % в дельте и 37,8 % в заповеднике). Большинство однолетников флор дельты являются эфемерами, которые представляют собой типичный компонеи пустынных сообществ, что свидетельствует v i опустьшснности территории

Спектр жизненных форм показывает, что доли фанерофитов и гемикриг тофитов во флоре дельты и заповедника приблизительно равны. А доля хамеф1 тов в дельте в 2,3 раза выше, чем в заповеднике. Это связано с тем, что хамеф! ты, в основном, представлены пустынными полукустарничками (виды Arícmisi; Salsola, Ceratoides, Camphorosma). В то же время, долевое участие криптофито во флоре заповедника значительно выше, чем в дельте (22,3 % и 15,4 % соотвеп ственно), причем это увеличение происходит за счет земноводных (гелофиты) водных (гидрофиты) растений, т.к. относительная площадь водно-болотных угс дий в заповеднике больше, чем в дельте.

4.3 Особенности генеративного процесса

Исследование спектров опыления флоры дельты и заповедника показал преобладание энтомофильного типа опыления. Большая доля растений с аиемс фильным типом опыления связана со значительным участием во флоре предстс вителей Роасеае, Cyperaceae, Chenopodiaceae и других семейств, для которых хг рактерен данный тип опыления. Гидрофилия и автогамия занимают незнач! тельное место, однако, во флоре заповедника долевое участие растений с гидре фильным типом опыления выше, чем в дельте.

Исследование диссеминации показало, что первое место занимает анемс хорный тип распространения плодов и семян. На втором месте - зоохорный спс соб разнесения семян. Третье место принадлежит гидрохорному способу, чт связано с высокой обводненностью территории, и именно поэтому в спектре 3£ поведника этот показатель выше. Четвертое место занимает аутохорный спосо( пятое - барохорный. Мирмекохория играет очень незначительную роль в спсн тре.

4.4 Экологическая структура

Для флоры области ведущим фактором, определяющим распределение видовой состав растений, является степень увлажненности экотопа. По отноше

нию к этому признаку можно выделить четыре группы растений.

Ксерофильная группа занимает лидирующее положение в дельте Волги (43,7 %). Это связано со значительной площадью, занятой пустынными местообитаниями (прежде всего бэровскими буграми, песками и солончаками), где дефицит влаги наблюдается в течение всего вегетационного периода. В заповеднике процентное значение представителей ксерофильной группы значительно ниже (27,1 %). На территории заповедника ксерофиты приурочены к солончакам, расположенным, как правило, в верхней части островов.

Мезофильная группа стоит на втором месте и имеет приблизительно равное значение в заповеднике и дельте. К этой группе относятся, в основном, луговые растения.

Долевое участие представителей гигрофильной группы выше в заповеднике. Виды, отнесенные к этой группе, произрастают по берегам рек, сырым и мокрым лугам.

Виды гидрофильной группы занимают значительные площади в заповеднике и нижней части дельты р. Волги. По видовому составу данная группа самая малочисленная, однако, ее представители определяют ландшафтный облик огромных площадей водно-болотных угодий.

4.5 Хозяйственная структура

Флора дельты р. Волги и заповедника отличается относительным богатством растений, имеющих кормовое, лекарственное, медоносное, декоративное и пищевое значение.Пятую часть всех видов во флоре заповедника и дельты составляют сорные растения (20,6 %), которые заселяют свободные места и в большинстве являются адвентивными видами. Доля растений, имеющих техническое, эфироносное, дубильное, красильное, масличное значение во флоре дельты составляет 22,5 %, а во флоре заповедника — 30,8 %.

Таким образом, в дельте р. Волги имеются значительные растительные ресурсы, по некоторым хозяйственным группам до сих пор невостребованные (медоносные, лекарственные, пищевые, эфироносные, масличные и другие группы растений). Однако в современных условиях необходимо провести разработку программы по рациональному использованию растительных ресурсов дельты р. Волги.

ГЛАВА 5. ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНОСТИ НИЗОВЬЕВ ДЕЛЬТЫ ВОЛГИ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ ВОДНОГО СТОКА

Одним из основных факторов, вызывающих флуктуационные и сукцес-сионные изменения растительности в дельте, является гидрологический режим р. Волги (Пилипенко, 1988).

В 1959 г. водный сток р. Волги был окончательно зарегулирован. С 195 по 1977 гг. попуски в нижний бьеф Волгоградского гидроузла в период полове дья были меньше объема естественных половодий, что привело к ксерофитиз; ции и галофитизации растительного и почвенного покрова дельты р. Волги (Ру саков, Живогляд, Москаленко, 1980; Голуб, Лосев, 1985).

С 1978 г. наблюдается увеличение водного стока р. Волги. По сравненш с 1959-1977 гг. в 1978-1996 гг. объем половодий увеличился на 14,3%, а годово сток возрос на 18,6 %. Последнее десятилетие (1987-1996 гг.) отличалось повы шенной водностью во время половодий. По сравнению с предыдущими десяты годами (1977-1986 гг.) средний объем половодья увеличился на 15,1 %.

В результате сопоставления анализов водной вытяжки из образцов почвь взятых в конце августа — начале сентября, установлены заметные изменения е состава (Табл. 2).

Таблица 2

Концентрация попов в водной вытяжки из образцов почвы и воздушио-сухой вес растений на стационарном участке № 1

Годы

Ионы 1978 1987 1996

НСОЗ- 0,4 0,1 0,2

С1- 10,9 4,0 2,2

S04- 4,9 7,7 7,6

Са++ 5,3 4,7 3,8

Мд++ 3,9 2,3 1,7

Na+ 7,0 4,8 4,5

Сумма, мг-экв на 100 г почвы 32,4 23,6 20,0

Виды растений Продуктивность, г/м2

Phragmites australis 129,0 545,0 547,0

% 47,3 76,9 83,3

Bolboschoenus maritimus 3,0 126,0 51,0

% 1,1 17, S 7,8

Crypsis schoenoides 141,0 9,0 +

% 51,6 1,3 +

Прочие + 29,0 59,0

% + 4,1 9,0

Всего 273,0 709,0 657,0

% 100,0 100,0 100,0

Уменьшилась концентрация ионов СГ, Ка", и Са2+, что свидетельст вует о вымывании из почвы легкорастворимых солей КаС1, СаС12, МзС12. В т< же время в водной вытяжке возросла концентрация иона 80+2'.

Таким образом, анализы водной вытяжки показывают не только общее снижение засоленности, но также и снижение токсичности почвенного раствора в результате смены хлоридного типа засоления на сульфатно-хлоридный.

Для оценки направления происходящих на участке изменений растительного покрова проводилась обработка данных весового состава надземной массы растений по шкалам увлажнения почвы (Цаценкин, 1967). Положение участка на шкале увлажнения (Ув) определялось по формуле:

aix Ув1 + а2х Ув2 + ... + апхУвп

У в =-—, где

ai + a2 + ... + an

п — число учтенных видов растений в укосе;

УвгУвп - среднее значение ступени увлажнения в зависимости от обилия,

представленное в экологических шкалах; ai - ап - вес надземной массы побегов каждого вида в расчете на 1 м2. Для долгопойменных экотопов характерна тесная зависимость степени засоления и степени увлажнения (Рис. 1). График показывает обратную зависимость токсичности почвенного раствора от степени увлажнения экотопа.

100,0 J 90,0 ■ 80,070,0 * 60,0 -

*

г

I 50,0

I >

40.0 -30,0 -• 20.0 - -10.0 -0,0 i—

1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1S87 1988 1989 1990 1931 1992 1993 1994 1995 199«

Рис. 1 Направленные изменения увлажнения и засоления на стационарном участке № 1

На стационарном участке произошло направленное изменение растительности, индицирующее увеличение увлажненности и уменьшение засоленности

экотопа. Увеличение увлажненности участка индицируется увеличением дол Bolboschoenus maritimus с 1,1 % (1978) до 17,7 % (1990-1996 гг.), а уменьшсни засоленности - снижением доли Crypsis schoenoides с 51,6 % (1978 г.) до 1,4 ° (1990-1996 гг.). Общая надземная масса травостоя в 90-х годах по сравнению 1978 г. увеличилась в 2,1 раза.

С изменением увлажненности и засоленности экотопа происходят измс нения в видовом составе и спектре жизненных форм растительного сообществ; Увеличение водного стока в период с 1978 по 1996 г. улучшило промываемост участка, произошло частичное рассоление и повысилась увлажненность местс обитания. Вследствие чего на стационарном участке возросла доля поликарш ков с 60 % (1978 г.) до 76 % (1996 г.) и снизилась доля монокарпиков - с 40 0 (1978 г.) до 24 % (1996 г.). Улучшение условий обитания на участке привело росту видового разнообразия растительного сообщества, хотя доля разнотравья продуктивности травостоя пока невелика.

Длительный мониторинг на стационарном участке № 1 позволил выявит долговременные сукцессионные изменения, происходящие на долгопойменны экотолах в дельте р. Волги. Наблюдения, проведенные на стационарных участ ках № 2, 3, расположенных в западной части дельты на территории заповедник; позволяют выявить разногодичную динамику состава и продуктивности расти тельных сообществ, связанную с различиями гидрологических условий отдел! ных лет.

Стационарный участок № 2 занят зарослями тростника с незначительно примесью разнотравья. Растительность на участке № 3 представлена зарослям рогоза узколистного с примесью тростника и разнотравья.

Объем половодья 1994 г. составил 175,2 км2 (на 35,9 % выше среднемнс голетних показателей). Год характеризовался высокими предполоводными урос нями и аномальным вторым пиком подъема воды в июле-августе. Такой режш негативно сказался на составе и продуктивности растительных сообществ ста ционарных участков. Видовой состав был крайне беден и представлен тольк болотными видами растений.

В 1995 г. объем половодья был 155,9 км2 (на 20,9 % выше среднемногс летнего, но на 11 % ниже предыдущего). На обоих участках был отмечен рос продуктивности растительных сообществ и появление луговых видов растени! (продуктивность на участке № 2 увеличилась на 9,2 %, а на участке № 3 - н 123,7 %). Увеличение продуктивности произошло, в основном, за счет возраста ния доли рогоза и тростника, что объясняется явлением последействия.

Половодье 1996 г. было самым маленьким по объему и продолжительно

сти за период 1964-1995 гг. (75 км2). В результате на участках зафиксировало увеличение видового разнообразия за счет ксерофитных, рудеральных видоз растений. В сообществе рогоза произошло резкое снижение продуктивности (в 4 раза по сравнению с предыдущим годом). Продуктивность тростника выросла на обоих стационарных участках, что связано, по нашему мнению, с его широкг" подвижностью относительно шкалы увлажнения. Кроме того, вероятно, что и результате повышения горизонта грунтозых вод, увлажнение экотопов в нижней части надводной дельты вполне достаточно для развития тростника, чтобы компенсировать недостаток увлажнения в период половодья. Однако для более тс.-ного ответа необходимо специальное исследование.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что избыточное увлажнение подавляет развитие луговых видов растений и способствует образованию маловидовых фитоценозов. При сохранении подобного режима в течение нескольких лет, можно ожидать, что произойдет заболачивание низких экотопов, вымокание на них луговой растительности и замещение ее болотной. Годы с экстремально низким увлажнением способствуют развитию в фитоценозах ксерофитных тенденций. Происходит увеличение видового состава сообществ при одновремг: ном снижении продуктивности. Хозяйственные характеристики травостоя снижаются за счет внедрения сорных, малопоедаемых животными видов. При повторении нескольких лет с маленьким объемом половодья можно ожидать обвального снижения продуктивности растительных сообществ.

ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ ПОВЫШЕНИЯ УРОШЯ КАСПИЙСКОГО

МОРЯ НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ НИЗОВЬЕВ ДЕЛЬТЫ Р. ВОЛГИ

Характерной чертой Каспийского моря является нестабильность его уровня. Это - одна из актуальнейших проблем для территорий, располагающихся на его берегах. Незначительные по геологическим масштабам колебания уровне моря вызывают заметные изменения в биологических системах, и в первую очередь, в растительных сообществах.

В тридцатых годах началось резкое понижение уровня моря, которое продолжалось до 1978 г. В результате этого понижения в авандельте образовалась островная зона (Белевич, 1963), на островах которой к середине 70-х годов сформировалась луговая растительность (Живогляд, 1984). Обмеление култуч-ной зоны и авандельты способствовало их быстрому зарастанию водной и земноводной растительностью. Водная растительность многих култуков сменилась наземной. В устьях дельтовых протоков образовывалась новая суша, которая усиленно зарастала древесной растительностью (Русаков, Живогляд, Москаленко, 1980).

Годы

Рис 2. Колебания уровня Каспийского моря по водному посту Махачкала

Начиная с 1978 года, наблюдается увеличение водного стока р. Волги I повышение уровня Каспийского моря. Данные явления сначала приостановили а затем изменили вышеперечисленные процессы развития растительности дель ты р. Волги. Большинство исследователей предсказывают, что уровень Каспий ского моря будет продолжать повышаться как минимум до 2005-2010 гг. и про гнозируемый уровень должен достигнуть абс. отметки - 25,0 м. В 1996 г. уро вень моря превышал уровень 1977 г. приблизительно на 2,33 м. Такое значи тельное повышение уровня моря привело к заметному изменению растительной облика авандельты.

Зона открытой авандельты

В авандельте наиболее существенными факторами, вызывающими изме нения растительных сообществ являются изменения глубин и характера волно вого процесса. В зоне открытой авандельты на состояние растительности оказы вает угнетающее влияние повышение уровня минерализации воды.

В тридцатых годах в данной зоне образовались морские острова. Одниг. из таких островов был о. Чистая Банка, расположенный в западной части аван дельты. К концу 70-х годов на острове была сформирована луговая раститель ность, включающая вейниковые, пырейные и бескильнициевые сообщества с ме зо-, ксеро- и галофитными видами (Живогляд, 1984). Холмистые пески (авандю ны) были заняты тамариксом многоветвистым и представителями ксеро- и гало фитной флоры (кумарчик, верблюдка, рогач песчаный, свинорой пальчатый, ар гузия сибирская и др.) (Шафранов, 1961). С началом повышения уровня Каспий

ского моря на острове Чистая Банка началась смена пастбищ, сенокосных вей-никовых и пырейных лугов тростником и рогозом Лаксманна.

В ходе экспедиций в 1993 и 1996 гг. нами были отмечены изменения, произошедшие на о. Чистая Банка.

В 1993 году остров был затоплен. Обвалованная часть острова заросла двух-трех метровым тростником, луговая растительность, занимавшая центральную часть острова, исчезла. Высота земляного вала над водой составляла 1-1,3 м. Вал был покрыт густой галофитной и рудеральноЙ растительностью. 11а высоких авандюнах сохранился тамарикс.

В 1996 году уровень Каспийского моря по сравнению 1993 г. повысился еще на 26 см. Рогозовый пояс, окружавший остров в семидесятых годах полностью исчез. Лишь в западной части по периферии острова были отмечены куртины сильно угнетенного, высохшего и разбитого волнением рогоза узколистного. Тростниковый пояс вокруг острова чрезвычайно изрежсн и сильно деградирован. Остались незатопленными самые высокие авандюны.

Глубины на окраинах острова колебались от 136 до 210 см. В центре острова промерить глубины не представлялось возможным из-за полной непроходимости.

В 1996 году подводная растительность на акватории открытой авандельты практически не отмечалась, за исключением роголистника темно-зеленого, встречающегося среди куртинных зарослей тростника. Повсеместно были отмечены процессы разложения растительных остатков с выделением сероводорода.

Подводная растительность появляется с продвижением на север. Первые заросли отмечались на уровне южной оконечности гряды, отходящей на юг от о. Макаркин. На глубине в 210 см были отмечены (помимо роголистника и валлис-нерии) уруть колосистая, наяда морская и зеленые нитчатые водоросли.

На выходе из судоходных каналов наблюдались угнетение и деградация куртин тростника и рогоза узколистного, которые усиливаются с севера на юг. Весной куртины тростника срезаются подвижками льда и ледоходом. За счет штормового волнения происходит изреживаиие и сокращение площади куртин. Особенно ярко эти процессы прослеживаются у тростника. Каждая куртина по периферии окружена широким кольцевым поясом высохших и сломанных растений. Местами была отмечена суховершинность в стадии вегетации у хорошо развитого тростника (высота растений над водой 2,5-3 м, проективное покрытие внутри куртины 80-100 %). Были отмечены практически полностью деградировавшие куртины высохшего тростника, возвышающегося над водой не более чем на 0,5 м, с проективным покрытием до 25 %.

Островная зона аванделыпы.

Влияние повышения уровня Каспийского моря в данной зоне проявляется в подпоре воды морем и увеличении глубин вследствие подпора.

В результате повышения уровня моря стали затапливаться круглый го. острова Зюдев, Макаркин и др. Луговые заросли тростника и рогоза на них сме нились земноводными, нижний ярус которых представлен гидрофитами (рого листником, водокрасом лягушачим, рясками, многокоренником обыкновенным сальвинией плавающей). Происходит вымокание и усыхание ивы белой.

На растительности межостровной акватории начинает сказываться увеличение глубин, и связанное с ним увеличение энергии волнения. Подводная растительность в данной зоне представлена, в основном, валлиснерией спиральной вегетативной формой сусака зонтичного, роголистником темно-зеленым и рдестом узловатым, местами встречается наяда морская. Вблизи островов на мелководье произрастает кубышка желтая, нимфейник шитолистный, водокрас лягушачий и сальвиния плавающая.

При дальнейшем увеличении глубин следует ожидать первоначального исчезновения надводной растительности с плавающими листьями и изреживани? подводной растительности. Произойдет угнетение рдеста узловатого и сусак зонтичного. Наиболее устойчивы к увеличению глубин роголистник темно-зеленый и валлиснерия спиральная. Однако валлиснерия имеет нежную корневую систему и поэтому весьма чувствительна к усилению волнения. На акватории, занятой зарослями валлиснерии, на глубине около 1,5 м были отмечены размытые участки дна, лишенные растительности. Диаметр таких участков достигает 2-2,5 м. Процессы размывания пока носят локальный характер, однакс при сохранении и усилении подобного режима можно ожидать, что они стануз повсеместными и приобретут необратимый характер.

На тростниковые и рогозовые заросли оказывают негативное воздействие ледовые подвижки. Во время ледохода корневища растений выдергиваются, чтс приводит к изреживанию и ухудшению состояния зарослей.

На местах бывших осушек и мелководья под защитой тростника и рогоза произрастает лотос орехоносный пока без видимых признаков угнетения. Однако можно ожидать его скорого исчезновения в связи с увеличением глубин е южной части зоны и угнетение зарослей на остальной акватории из-за усиления волнения.

Култучная зона

В култучной зоне сказывается совместное влияние повышения уровня моря и увеличения водного стока р. Волги. Влияние моря проявляется в подпоре

речного стока, из-за которого происходит увеличение глубин в зоне и уменьша ■ ется уклон водной поверхности в водотоках. В результате подпора воды в кул-тучной зоне наблюдаются высокие уровни воды в послепаводковый период. Все созревающие и осыпающиеся семена ивы (июль, август) без задержки выносятся течением в авандельту, что отрицательно сказывается на приросте в низовьях дельты площади ивовых лесов (Табл. 3).

Таблица 3

Прирост площади ивовых лесов на устьовых косах Дамчикского участка гапсссдиикз

Периоды Среднемесячные послепаводковые уровня пр. Быстрой, см Прирост площади ивовых лесов в % к общей площади кос

июль август ер. Кзтклшшн пр. Правая Мартышка (Ракушечная)

1971-1975 32,6 16,2 7,5 3,9

1976-1930 39,0 33,4 17,0 20,5

1981-1983 40,6 26,4 53,5 44,6

1986-1990 49,8 20,0 16,0 27,0

1991-1995 58,4 41,0 6,0 4,0

Улучшение водного режима в водоемах култучной зоны привело к уменьшению площадей, загатых кувшинкой чисто-белой и нимфейником щито-листным и смене их сообществами водяного ореха. Происходит сокращение площадей зарослей лотоса орехоносного в результате увеличения глубин и возрастания эвтрофности водоемов. В первой половине лета в водоемах образуется плотный слой погруженной растительности (рдест гребенчатый, роголистник темно-зеленый, нителопсис и кладофора), который существенно изменяет температурный, кислородный и световой режимы. Это приводит к задержке развития лотоса и угнетению его зарослей.

Нижняя часть надводной дельты Влияние повышения уровня моря на нижнюю часть надводной дельты проявляется в постоянном подтоплении устьевых участков островов в результате подпора воды. Вследствие постоянного подтопления устьевых участков наблюдается суховершинностъ и изреживание на них ивы белой. Увеличение объемов половодья привело к вымоканию в многоводные годы значительной части тамарикса, к сокращению площади солончаков за счет наступления на них пырея

ползучего и тростника южного, к смене сообщества сведы запутанной и пр брежницы растопыренной сообществами клубнекамыша морского, к восстано лению тростника и рогоза узколистного на сенокосных и пастбищных лугах, улучшению состояния и повышению продуктивности невыкашиваемых трос никовых зарослей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Формирование и развитие растительности низовьев дельты Волги те нейшим образом связано с гидрологическим режимом р. Волги и уровнем Ка пийского моря.

Резкое снижение уровня моря в 30-х годах текущего столетия вызвал существенную перестройку растительного покрова авандельты, култучной зон и нижней части надводной дельты. В результате сильного обмеления акватори и пересыхания мелководных участков в низовьях дельты Волги создались бл гоприятные условия для развития подводной, надводной и сухопутной раст! тельности. Зарегулирование водного стока р. Волги, безвозвратный забор вод на нужды сельского хозяйства и промышленности усилили зарастание аваидел' ты и култучной зоны и способствовали развитию процессов ксерофитизации галофитизации растительного покрова нижней части надводной дельты,

С 1978 года наблюдается увеличение водного стока р. Волги и повышени уровня Каспийского моря, которые приостановили, а затем изменили сложи£ шиеся тенденции развития растительности.

В 1978-1996 гг. среднегодовой водный сток р. Волги вырос на 18,6 % (п сравнению с 1959-1977 гг.), а объем половодий увеличился на 14,3 %. Половодь 1987-1996 гг. отличались повышенной водностью по сравнению с 1977-1986 п (их средний объем возрос на 15,1 %).

Анализ динамики растительности на стационарных участках показал, чт в низовьях дельты Волги под влиянием увеличения искусственно регулируемог водного стока р. Волги произошли заметные изменения растительности. В ре зультате увеличения увлажненности и промываемое™ экотопов дельты, на ни происходит восстановление естественной растительности, произраставшей дельте до зарегулирования водного стока р. Волги. Восстановлению растителв ности также способствуют снижение поголовья скота и уменьшение хозяйствен ной нагрузки в результате экономического спада в стране. Совместное влияни этих факторов привело к возрастанию продуктивности растительных сообщест низовий дельты Волги.

Однако, с точки зрения хозяйственного использования, увеличение водне го стока оказывает негативное воздействие на растительность. Несмотря на об

щее увеличение продуктивности растительных сообществ, хозяйственные характеристики травостоя снижаются из-за увеличения в нем доли малоценных (в кормовом отношении) видов. На засоленных экотопах это происходит за счет увеличения видового разнообразия, на низких экотопах - за счет возрастания доли болотных видов (Phragmites australis, Typha angustifolia, Carex acuta). При сохранении подобных тенденций можно ожидать сокращения площадей, занятых ценными луговыми злаками и восстановление на этих участках естественной тростниково-рогозопой растительности.

В этих условиях особенно необходимым является контроль за длительностью и объемом половодья. Наиболее оптимальными являются объемы на уровне сложившегося (1978-1996 гг.) среднемноголетнего значения 130 км3 ± 10 %. Длительность затопления низких зкотопов не должна превышать 60-80 дней. Увеличение объема половодья и продолжительности затопления приводит к вымоканию ценных луговых видов и усилению позиций грубых болотных видов.

В 1996 г. уровень Каспийского моря по сравнению с уровнем 1977 г. увеличился на 2,33 м и приблизительно соответствует уровню второй половины 30-х годов текущего столетия. Такое существеннее повышение уровня моря изменило направление процессов раззитня растительности, наблюдавшихся в 30-70-х годах. В зоне открытой авандельты полностью исчезли высокопродуктивные подводные луга, затоплены морские острова. В зоне островной авандельты произошла смена луговых сообществ рогоза и тр; очшеа земноводными. Происходит отпад древостоя, начинается угнетение надводной и подводной растительности. Наблюдается угнетение зарослей троетт: л ¿. газа в результате ледовых подвижек. В култучной зоне уменьшился пргоост древесной растительности, сокращаются площади, занятые лотосом каспийским. В нижней части надводной дельты наблюдается суховершинность и изрежнзание ивы белой, вымокание тамарикса многоветвистого, сокращение площади солончаков, восстановление тростниковых и рогозовых зарослей на сенокосных и пастбищных лугах.

По прогнозам уровень моря будет продолжать повышаться до 2010-2020 гг. и может достичь отметки -26-25 м7 при этом в островной зоне авандельты полностью исчезнет надводная и подводная растительность, произойдет деградация зарослей тростника и рогоза. В култучной зоне произойдет затопление и подтопление большей части островов, восстансзление на местах култуков, заросших луговой растительностью, водоемов с надводной и подводной растительностью. Произойдет вымокание и исчезновение древесной растительности. В нижней части надводной дельты ускорится выпадение древесной растительности, на островах произойдет исчезновение разнотравных лугов за счет восста-

новления на них тростниковых и рогозовых крепей.

В целом в низовьях дельты произойдет сокращение площадей, заняты ценными луговыми видами и общее обеднение флоры. Под угрозой исчезнов ния окажутся места обитания редких видов растений Nelumbo caspica, Trapa rr tans, Aldrovanda vesiculosa, Marsilea aegyptica, Marsilea strigosa, Diandrochloa dia rhena. Поэтому в современных условиях необходимо провести разработку пр граммы по рациональному использованию растительных ресурсов дельты Волги.

По нашим данным в низовьях дельты Волги встречаются 10 видов редки и исчезающих видов растений. В результате дальнейшего повышения уровн Каспийского моря и увеличения водного стока р. Волги их местообитания оке зываются под непосредственной угрозой исчезновения. Для предотвращения и исчезновения в настоящее время необходимо провести уточнение границ и обитания и рассмотреть возможность их искусственного расселения на территс рии уже имеющихся заказников, которые не находятся под непосредственно угрозой затопления. Прежде всего, под угрозой сокращения находятся мест обитания таких растений как лотос каспийский (Nelumbo caspica), водяной ope (Trapa natans), альдрованда пузырчатая (Aldrovanda vesiculosa) и др. Эксперт мент по искусственному расселению краснокнижных видов возможно провеет, совместными усилиями сотрудников педагогического университета, Астрахан ского биосферного заповедника и областного комитета экологии и природны ресурсов.

В рамках общенациональной программы по охране и изучению редких исчезающих видов растений и животных необходимо издание Красной книг: Астраханской области.

ВЫВОДЫ

1. Флора дельты р. Волги насчитывает 617 видов сосудистых растенш относящихся к 83 семействам и 299 родам. Флора заповедника включает 310 ви дов сосудистых растений, объединенных 65 семейств и 188 родов. Как для фло ры дельты, так и для флоры заповедника характерно увеличение видового раз нообразия по сравнению с данными предыдущих исследований. Во флоре пре обладают энтомофильный и анемофильный типы опыления. Диссеменационны! ряд имеет следующий вид: анемохория, зоохория, гидрохория, аутохория, баро хория, мирмекохория. В дельте Волги доминирует ксерофильная группа расте ний, в заповеднике лидирует мезофильная группа.

2. На основе сравнительного анализа биологической структуры флор! дельты и заповедника выявлена прямо пропорциональная зависимость увеличе

ния процентного соотношения поликаргшков с повышением увлажненности эко-топа. Для монокарпиков наблюдается обратно пропорциональная зависимость от • этого фактора.

. 3. Анализ хозяйственной структуры флоры свидетельствует о наличии в дельте Волги значительных растительных ресурсов. Некоторые хозяйственные группы растений в настоящее время невостребованы (медоносные, лекарственные, пищевые, эфироносные, масличные и др.), но они могут быть использованы в перспективе развития сельского хозяйства области.

4. На долгопойменных засоленных э кото пах дельты выявлены направленные изменения увлажнения и засоления под влиянием увеличения водного стока р. Волги. Отмечено общее уменьшение засоленности экотопов и смена хлорид-ного типа засоления на менее токсичный сульфатно-хлоридный тип. Повышение увлажненности индицируется увеличением'' в растительных сообществах доли поликарпиков и ростом видового разнообразия сообществ. Продуктивность сообщества возросла с 273,0 г/м2 (1978 г.) до 561,8 г/м2 (90-е гг.).

5. Аномальные по гидрологическим показателям годы оказывают угнетающее воздействие на растительность. Избыточное увлажнение подавляет развитие луговых видов растений и способствует образованию маловидовых фито-ценозов. При сохранении подобного режима в течение нескольких лет, можно ожидать, что произойдет заболачивание низких экотопов, вымокание на них луговой растительности и замещение ее болотной. Годы с экстремально низким увлажнением способствуют развитию в фитоценозах ксерофитных тенденций. Происходит увеличение видового состава сообществ при одновременном снижении продуктивности. Хозяйственные характеристики травостоя снижаются за счет внедрения сорных, малопоедаемых животными видов. При повторении нескольких лет с маленьким объемом половодья можно ожидать резкого падения продуктивности растительных сообществ.

6. Повышение уровня Каспийского моря и увеличение водного стока р. Волги привели к значительным изменениям растительности низовьев дельты Волги. В зоне открытой авандельты затоплены морские острова, наземная растительность на них исчезла и сменилась водными зарослями тростника. На акватории зоны исчезла подводная растительность. В северной части зоны происходит деградация зарослей тростника и рогоза.

В островной зоне луговые заросли тростника и рогоза на островах сменились земноводными. Происходит отпад древостоя. Наблюдается угнетение зарослей тростника и рогоза в результате ледовых подвижек. Начинается угнетение надводной и подводной растительности.

В култучной зоне наблюдается уменьшение прироста древесной рас тельности. Происходит смена сообществ кувшинки чисто-белой и нимфейж болотного сообществами водя.ного 0[>еха.. В результате повышения эвтрофно водоемов сокращаются площади зарослей лотоса каспийского.

В нижней части надводной дельты вследствие постоянного подтопле! устьевых участков наблюдается суховершинность и изреживание на них ивы лой. Увеличение объемов половодья привело к вымоканию в многоводные го значительной части тамарикса, к сокращению площади солончаков за счет ступления на них пырея ползучего и тростника южного, к восстановлению л стника и рогоза узколистного на сенокосных и пастбищных лугах, к улучшен состояния и повышению продуктивности невыкашиваемых тростниковых зар' лей.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Рекомендуется увеличить объем посадок культурных лесных насаж ннй в дельте Волги за пределами зоны затопления, чтобы компенсировать бель ленточных лесов в результате подтопления.

2. Провести уточнение границ мест обитания редких и исчезающих в их растений и провести эксперимент по их искусственному расселению на терри' рии заказников, находящихся вне зоны затопления.

3. В связи с сокращением в низовьях дельты Волги площадей сенокосн и пастбищных лугов и усилением хозяйственной нагрузки на оставшиеся ш щади, необходимо разработать программу по созданию искусственных паста и сенокосов с подсевом кормовых культур.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Живогляд А.Ф., Русакова Е.Г. Влияние увеличения водного стока Вол и повышения уровня Каспийского моря на растительность низовьев дельты Вс ги //Тез. докл. итог. науч. конф. АГПИ им. С.М. Кирова. - Астрахань, 1995. -32.

2. Русакова Е.Г. Современное состояние растительности в низовьях де? ты Волги (на примере ассоциаций тростника южного и рогоза узколистного) Тез. докл. итог. науч. конф. АГПИ. - Астрахань, 1995. - С. 47.

3. Живогляд А.Ф., Русакова Е.Г. Влияние увеличения водного стока Волги и подъема уровня Каспийского моря на прирост площади ивовых лесоЕ низовьях дельты Волги // Тез. докл. итог. науч. конф. АГПИ им. С.М. Кирова Ботаника. Генетика, селекция и микробиология. Физиология растений и сел

скохозяйственное производство. - Астрахань, 1996. - С. 6.

4. Русакова Е.Г. Изменения растительных сообществ авандельты р. Волги в результате повышения уровня Каспийского моря // Эколого-биологические проблемы Волжского региона и Северного Прикаспия / Тез. докл. науч. конф., Астрахань, 3-4 октября 1996 г. - Астрахань, 1996. -Ч. 2. - С. 11.

5. Русакова Е.Г. Влияние повышения уровня Каспийского моря на состояние растительности авандельты р. Волги // Тез. докл. итог. науч. конф. АГПУ / Ботаника. Генетика, селекция и микробиология. Зоология. Физиология растений и сельскохозяйственное производство. - Астрахань, 1997. - С. 20.

6. Русакова Е.Г. Динамика растительности авандельты р. Волги в условиях колебания уровня Каспийского моря // Материалы к всероссийскому совещанию заведующих кафедрами ботаники университетов и педагогических университетов: Краткие сообщения. - Барнаул: Изд-во АГУ, 1997. - С. 54-57.

7. Живогляд А.Ф., Русакова Е.Г. Изменения растительности низовьев дельты Волги в связи с увеличением водного стока и повышением уровня Каспийского моря // Проблемы сохранения и оценки состояния природных комплексов и объектов / Материалы науч.-практ. конф., посвящ. 70-летию Воронежского биосферного заповедника, Воронеж, ст. Графская, 8-11 сентября 1997 г. -Воронеж, Биомик, 1997. - С. 83-84.

8. Пилипенко В.Н., Русакова Е.Г. Динамика растительности нижней части дельты реки Волги в современных условиях стока // Астраханский край: история и современность (к 280-летию образования Астраханской губернии): Материалы Всероссийской науч.-практ. конф. 26-27 ноября 1997. - Астрахань: Изд. Астраханского гос. пед. ун-та, 1997. - С 285-287.

9. Русакова Е.Г., Русаков Г.В. Эколого-экономические проблемы Каспийского региона // Астраханский край: история и современность (к 280-летию образования Астраханской губернии) / Материалы Всероссийской науч.-практ. конф. 26-27 ноября 1997 г. - Астрахань: Изд. Астраханского гос. пед. ун-та, 1997.-С. 228-230.

Тираж 100 экз.

Подписано в печать 6.02.98 г.

Заказ 213

Издательство Астраханского государственного педагогического университета