Динамика растительности и растительного вещества степных экосистем юга челябинской области

УДК 502.7

Шибарева С.В., Миронычева-Токарева Н.П.

Институт почвоведения и агрохимии СО РАН; г Новосибирск E-mail: nina@issa.nsc.ru

динамика растительности и растительного вещества степных экосистем юга челябинской области

Изучение растительности и растительного вещества по катенному градиенту в степной зоне Зауралья включало в себя определение сукцессионных изменений растительности в степных экосистемах, находящихся в режиме полного заповедания. В результате снятия антропогенной нагрузки с экосистем в растительных сообществах катены отмечается тренд в сторону мезофи-тизации.

Ключевые слова: растительность, надземное растительное вещество, подземное растительное вещество, продукция, ветошь, подстилка.

Каждая серия изменений экосистем, даже если она вызвана одними и теми же причинами может протекать различно. Соответственно этому главную цель наших исследований составляло выявление зональных особенностей некоторых форм динамики экосистем, по катенному градиенту, избранных в качестве моделей. Познание их может способствовать решению ряда теоретических и практических задач.

Изучаемая территория представляет собой степную часть Ильменского заповедника, которая находится на восточном склоне Южного Урала в зоне Зауральского пенеплена и представляет собой холмисто-равнинную территорию с превышениями 390-350 м над уровнем моря. Климат сухой и теплый, резко континентальный и его основные характеристики обусловлены взаимодействием атмосферной циркуляции с рельефом южной окраины Уральских гор. Средние температуры января -16-20° С. Длительность зимнего периода колеблется от 100 до 154 дней. Средняя глубина промерзания грунта 135 см. В среднем высота снежного покрова составляет 25 см. Средние температуры июля +18 +20°С. Осадки составляют 250-300 мм в год, из них 45% выпадает летом и 10-12% зимой. Характер летних осадков преимущественно ливневый, район подвержен засухам, частым суховеям, водной и ветровой эрозии почвы. Господствующее направление ветра зимой - юго-западное, летом северное и северо-западное.

Для динамических наблюдений была выбрана цепь экосистем на склоне сопки наиболее отвечающая двум основным требованиям типичность и биоценотическое разнообразие. Катена располагается в юго-западной части за-

поведника. от вершины катены, имеющей абсолютную отметку 342 м, склон полого спускается к долине реки Караганки.

Почвообразующие породы представлены делювиальными, часто карбонатизированными суглинками и пестроцветными глинами. Содержание карбонатов в этих породах достигает 2-3%. На них формируются черноземы южные, обыкновенные и лугово-черноземные почвы. На карбонатах, содержащих пестроцветные глины сформировались автоморфные солонцы и солончаки с низким содержанием карбонатов и высокой степенью засоления хлоридами [1].

Всего на катене зарегистрировано 200 видов высших растений, которые относятся к 24 семействам и 74 родам. Наибольшее количество видов -115 (82%) - включают следующие 9 семейств: Asteraceae - 30; Poaceae - 24; Lamiaceae - 12; Rosaceae - 11; Cyperaceae -7; Caryophyllaceae - 6; Ranunculaceae - 6; Chenopodiaceae - 5; Fabaceae - 5. Первые пять семейств насчитывают 89 видов или 65%. Наиболее богаты видами следующие роды: Artemisia - 10; Carex - 7; Astragalus - 6; Stipa -5; Poa - 4; Potentilla - 4; Festuca - 4; Oxytropis -4. Распределение числа видов по растительным сообществам катены неравномерно. Наибольшее количество видов зарегистрировано в экосистемах средних позиций катены. Для сравнения использовалась мера включения - К (А, Вп) показывающая, какая часть видов растительного сообщества одной позиции катены (Вп) входит в состав зонального сообщества (А) [2].

Наиболее близки к зональным степным экосистемам фитоценозы элювиальной и первой транзитной позиции. Существенно отличается

«Проблемы экологии Южного Урала»

от зонального галофитное растительное сообщество третьей транзитной позиции. Сообщество аккумулятивной позиции представляет собой влажный луг. В нем отсутствуют виды характерные для зональных степных экосистем (табл. 1).

Основу травостоя фитоценозов катены составляют ксерофитные виды до 85% на элювиальной позиции, их количество снижается вниз по катене до 56% на аккумулятивной. Мезо-ксерофитные виды встречаются на всех позициях катены. Их участие возрастает от 8% на Эль до 25% на Ак. по эколого-фитоценотической приуроченности эта группа растений принадлежит к лугово-степным с участием лесолуговых и луговосолончаковых видов. С увеличением увлажнения вниз по катене возрастает участие лесолуговой и лугово-степной растительности, снижается количество степных видов.

Абсолютное большинство на катене составляют длительно вегетирующие многолетние травянистые растения. Участие полукустарничков и кустарничков на всех позициях катены невелико. Эфемеры и эфемероиды такие как ирисы, тюльпаны, рябчик русский встречаются на четвертой и пятой позициях катены.

По весовому обилию преобладают так же травянистые многолетники. Доля кустарничков и полукустарничков колеблется в пределах от 0

до 18% величины максимального запаса зеленой массы. Эфемеры и другие раннецветущие виды к периоду полного развития травостоя уже отмирают и в общий запас не входят. Основную долю запаса зеленой фитомассы на катене составляют злаки.

Абсолютно заповедный режим на территории заповедника (снятие выпаса и сенокошения) в течение пятнадцати лет привел к возникновению эндогенных факторов, которые выразились в накоплении ветоши и подстилки.

Степные травостои с заповедным режимом изменялись в направлении:

1. Уменьшение видового разнообразия фитоценозов, число видов на 1 м2 и 100 м2 сократилось почти в 2 раза.

2. Изменение соотношения весового участия основных видов растений, в укосах повысилась доля злаков, уменьшилась доля разнотравья, бобовых.

3. Выпадение однолетников и малолетников, особенно на первых этапах развития.

4. Исчезновение многолетних, розеточных, полурозеточных растений, нижних ярусов, полупаразитов.

5. Разрастание и распространение ковылей, «заковыление», позднее ограниченное, наряду с увеличением присутствия корневищных злаков.

Таблица 1. Мера включения растительных сообществ заповедной катены

Позиции катены Элювиальная позиция Транзит1 Транзит2 ТранзитЗ Транзит4 Аккумулятивная позиция

Мера включения в% 83 100 66 24 38 0

Таблица 2. Динамика продукционно-деструкционных процессов в степной экосистеме заповедника, г/м2

процесс 1Х/99-^00 2000 §1 2001

^УП У11-1Х за сезон за год ^УП VII-IX за год

ДG 85 400 0 400 485 64 137 0 201

ДБ 7 76 179 255 263 103 33 42 178

^ 18 41 60 101 119 136 97 25 258

ДМ 39 20 34 54 93 72 73 58 203

ДВ - 868 0 868 382 1197 589 2168

ДV - 330 423 753 0 253 829 1082

ДW - 0 497 497 166 0 0 166

А№ 400 201

В№ 868 2168

№Р 1080 2271

Надземная часть: G - зеленая фитомасса, D - ветошь, L - подстилка, ДМ - минерализация подстилки. Подземная часть: В - живые подземные органы, (корни и корневища, погребенные стволики), V - мертвые подземные органы (подземная мортмасса), W - минерализация подземной мортмассы.

VII Всероссийская научно-практическая конференция

7. Внедрение лесных и луговых, сорных, опушечных видов травянистых растений.

На основе динамики запасов растительного вещества была рассчитана интенсивность процессов прироста и отмирания фитомассы. В течение 2000-2001 гг. от лета к осени живая фитомасса удваивалась. Наибольший прирост G (485 г/м2) наблюдался в 2000 г., а его средний показатель за два года составил 284 г/м2.

Образование ветоши (ЛD) в результате отмирания трав происходило в период май-сентябрь, усиливаясь к осени, а образование подстилки (ЛL) происходило с сентября по май. Переход ветоши в подстилку был значителен за период с осени 1999 г. до осени 2001 г. Одновременно происходила и минерализация подстилки (ЛМ). Максимальное разложение подстилочного вещества отмечено в 2000 г., причем большая ее часть минерализовалась к началу сезона.

В целом, в надземной части в весенне-летний период в основном шли процессы продуцирования, в то время как отмирание G и разложение L были очень низкими. В летне-осенний периоды фитомасса интенсивно нарастала и отмирала (табл. 2). При анализе динамики растительного вещества отмечается сходная динамика продуцирования и минерализации надземного и подземного растительного вещества на всех позициях катены, несмотря на различие гидротермических условий и идущие сукцессионные изменения в видовом составе растительности, что свидетельствует об устойчивости данных экосистем.

Выводы

Под влиянием процессов заповедания отчетливо выражена конвергенция растительных сообществ. В результате снятия антропогенной нагрузки с экосистем в растительных сообществах катены отмечается тренд в сторону ме-зофитизации, то есть при изменении внешних условий катена отвечает однонаправленной сукцессией.

При анализе динамики растительного вещества отмечается сходная динамика продуцирования и минерализации надземного и подземного растительного вещества на всех позициях катены, несмотря на различие пого-дичных гидротермических условий и идущие сукцессионные изменения в видовом составе растительности, что свидетельствует об устойчивости данных экосистем.

В надземной сфере в фитоценозах верхних позиций катены (Эль-Транс) превалируют продукционные процессы, о чем свидетельствует превышение запасов зеленой фитомассы над величинами мортмассы.

В аккумулятивной позиции, процессы минерализации замедлены, что приводит к накоплению надземной мортмассы, ее величина практически вдвое превышает запасы на других позициях катены.

В подземной сфере растительных сообществ катены интенсивно протекают процессы минерализации мортмассы. Процессы продукции и деструкции уравновешены на элювиальной позиции.

12.08 2015

Список литературы:

1. Плеханова Л.Н., Иванов И.В., Ермолаев А.М. Некоторые результаты биомониторинга почв заповедника Аркаим Челябинской области -Москва: Издательский дом «Типография» Россельхозакадемии - 2001.- 308 с.

2. Семкин Б.И.,Комарова Т.А. Анализ фитоценотических описаний с использованием мер включения //Ботанический журнал.-1977.- №1- с 54-63.

3. Степи Северной Евразии - Новосибирск. - Наука. - 2002. - 298 с.

Сведения об авторах: Шибарева Светлана Васильевна, научный сотрудник лаборатории биогеоценологии Института почвоведения и агрохимии СО РАН, кандидат биологических наук г. Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева 8/2, тел.: 8(383) 363 90 18, e-mail: argenta@issa.nsc.ru

Миронычева-Токарева Нина Петровна, заведующий лабораторией биогеоценологии Института почвоведения и агрохимии СО РАН, кандидат биологических наук, доцент г. Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева 8/2, тел. 8(383) 363 90 18, e-mail: nina@issa.nsc.ru