Лесопастбищные экосистемы Северо-Западного Прикаспия и конструирование устойчивых ценозов

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

ЛЕСОПАСТБИЩНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ПРИКАСПИЯ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УСТОЙЧИВЫХ ЦЕНОЗОВ

В.И. ПЕТРОВ, академик РАСХН,

В.П. ВОРОНИНА, Всероссийский НИИ агролесомелиорации, канд. биол. наук

В современной системе землепользования СЗ Прикаспия пастбищные угодья занимают 55-70 %. Их ареал приурочен к территориям с различной степенью деградации земель и растительного покрова, где ведение интенсивного земледелия экономически нецелесообразно из-за экстремальных абиотических условий.

Лесные насаждения обладают уникальной способностью к стабилизации биотопических и абиотических показателей (климат, почва и т.д.), т.к. трансформируют энергетические потоки внутри системы и, что особенно ценно, способствуют более эффективному усвоению антропогенно вложенной (извне) энергии, то есть являются противоэнтропийным фактором в биосферном масштабе.

Лесопастбищные экосистемы - это совокупность лесных насаждений, пастбищных угодий и животных, которые паритетно функционируют и обеспечивают суксцессионную изменчивость фито- и зооценозов для данной абиотической среды.

Лесопастбищные экосистемы могут быть природного или антропогенного происхождения (при коренном улучшении пастбищ и др.). Однако чаще всего аграрии и экологи имеют дело с агролесопастбищными экосистемами смешанного типа, когда с целью повышения устойчивости и урожайности кормовых угодий проводятся фитомелиоративные работы и вводятся один или несколько недостающих элементов - ЗЛН, древесные зонты, мелиоративно-кормовые и др. насаждения. Современные лесопастбищные экосистемы, как правило, объединяют антропогенные и природные комплексы разной степени устойчивости (рис. 1). Они образуют единую систему, способную сохранить динамическую стабильность недеградированных растительных сообществ за счет полифункциональных свойств и обеспечить быстрое регенерирование утраченного ранее

природно-ресурсного потенциала. Поэтому целенаправленно вводимые древесные, кустарниковые виды в пастбищные экосистемы и их трансформация в лесопастбищные экосистемы позволяют добиться уменьшения срока реабилитации деградированных угодий, формирования более благоприятной микроклиматической обстановки для растений и животных с созданием новых мест обитания, а также естественного заселения новыми видами пустующих экологических ниш. На лесопастбищах после 5-7 лет проведения лесо- и фитомелиоративных работ формируется следующая структура:

- первичные элементы природной среды в виде нераспаханных аборигенных фитоценозов;

- вторичные элементы - целенаправленно вводимые древесные, кустарниковые, травянистые виды;

- третичные элементы, которые проникли случайно из природной среды антропогенным, зоогенным или другим путем.

Они отличаются между собой как способом внедрения в экосистему, так и по времени присутствия. Через 15-30 лет такие лесопастбищные экосистемы приобретают черты и свойства гомеостатичной системы, и их, вероятно, следует признать вторичными пастбищными фитоценозами, устойчивыми к антропогенному воздействию.

Современная структура агролесопастбищной экосистемы (рис. 1) поликомпонентна и многофункциональна, а ее «скелет» формируется на основе системы защитных лесных насаждений, включающей пастбищезащитные полосы, затишковые насаждения и древесные зонты. Внутри системы размещены мелиоративно-кормовые насаждения и создается травяной покров. Таким образом, мы целенаправленно увеличиваем мозаичность и ярусность агроландшафта, используя особенности микроклимата и рельефа, повышая емкость экологической среды.

30

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2008

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Рис. 1. Схема агролесопастбищной экосистемы

Полифункциональность лесопастбищных экосистем обеспечивается за счет сочетания различных жизненных форм растений (деревья, кустарники, полукустарники, многолетние травы, однолетние травы, эфемеры), которые формируют устойчивую структуру многоярусного характера и обеспечивают оптимальное использование абиотической среды. Практическое использование угодий обычно предусматривает сезонную дифференциацию пастбищ: весеннее, летнее, осеннее, зимнее использование, а также определяется видовым составом растений и животных.

Современная негативная трансформация пастбищных экосистем - это явление биосферного масштаба. На этот процесс оказали влияние не только антропогенная деградация, но и низкий естественный агроклиматический потенциал как два взаимосвязанных фактора.

Потенциальная площадь лесопастбищных ландшафтов в СЗ Прикаспии [2] оценивается в 10,6 млн га, что составляет 30,2 % от всей территории. В настоящее время деградация пастбищных экосистем проявляется в уменьшении биоразнообразия, потере почвенного плодородия и др. Этот процесс в отдельные десятилетия (1970-1990 гг.) приобретал лавинообразный и катастрофический характер, так как сопряженность негативных факторов, а именно перевыпас (в 2-4 раза выше нормы) и чрезвычайно неблагоприятные климатические условия, способствовали дестабилизации экосистем. Наибольшая опас-

ность в изменении пастбищных экосистем отмечалась и отмечается в зонах агроклиматических аномалий аридизации, где фиксируется нарастание лимитирующих показателей от окраины ареала к центру и соответственно уменьшается потенциальная продуктивность фитоценозов.

Менее напряженная обстановка складывается в зонах агроклиматических аномалий гумидизации, где отмечаются лучшие условия увлажнения, более мягкий мезо- и микроклимат [1]. Реабилитация пострадавших территорий должна иметь дифференцированный подход, проводиться в больших объемах в благоприятные климатические периоды, на землях, где в небольшой отрезок времени можно добиться максимального экологического и экономического эффекта.

При разработке модели (рис. 2) растительного ценоза для лесопастбищной экосистемы мы использовали комплексный подход, предусматривающий возможность целенаправленного конструирования как всей системы в целом, так и ее отдельных элементов. Также нашей целью было создать мобильную структуру, чтобы элементы 1 и 3 уровня (т.е. коренные фитоценозы и элементы других экосистем из маргинальной зоны) быстрее могли реализовать биологический потенциал в соответствии с абиотической средой, а вводимые дендро- и травянистые элементы (2 уровня) способствовали увеличению скорости самозарастания деградированного растительного покрова.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2008

31

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Этапы формирования модели Механизмы реализации

5. Коррекция хозяйственного использования

6. Коррекция сукцессионной полночленности ДРП

7. Определение энергоемкости фитоценоза и нагрузки на пастбище

А) Проведение зооанализа кормовых видов определение урожайности фитоценоза и % участия видов;

Б) Расчет параметров нагрузки: 60-70 % стравливание + 8-10 % потери на затаптывание, 180 дней выпаса, суточная энергетическая потребность животного

Импорт фитомелиорантов

Ботанические группы Степень ДРП

слабая средняя сильная

1. Элементы и эфемероиды - - -

2. Однолетние + многолетние злаки 10 10-20 20-30

3. Длительновегити-рующие кустарники 5-10 15-20

4. Бобровые 10 10-15 10-15

Структура экологических групп (%) Кормовые - 70 Лекарственные - 15 Рудеральные - 7 Ядовитые - 5 Другие - 1

Рис. 2. Модель растительного ценоза в лесопастбищной экосистеме

Реализация модели должна осуществляться поэтапно на основе геоботанических и почвенных обследований территории, установлении региональных агроклиматических особенностей, включая микроклиматические показатели. Далее осуществляется эскизный проект ландшафтно-экологического обустройства деградированных пастбищных уго-

дий, уточняются объемы работ и сроки их проведения, подбирается видовой состав растений фитомелиорантов, структура животноводческого стада и режим эксплуатации. Этап 4 вводится в «модель» впервые, а для 5, 6 этапов опытно-экспериментальным путем установлены структура и коррекционные параметры.

32

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2008

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 1

Рекомендуемая структура агроценоза в различных агроэкологических условиях, %

Структура ценоза Агроэкологические условия

гумидизации аридизации

ЗЛН Пастбищезащитные лесные полосы 2,5-3 3-3,5

Древесные зонты 0,2 0,5

Рекреационнные защитнохозяйственные насаждения 0,3 0,5

Пастбищные угодья Мелиративно-кормовые насаждения 10-12 15-17

Травянисто-кустарниковый покров (межкулисное пространство) 85 75-80

Масса Масса

Приземный

Центральный

Масса Масса

Верховой Двугорбый

Рис. 3. Типы распределения фитомассы в аэротопе пастбищных фитоценозов

Мозаичность экосистемы. В «модели» в первую очередь предусматривается коррекция микроклимата через формирование пространственной структуры лесопастбища (мозаичность) и осуществляется путем сочетания и размещения на мелиорируемой территории разных видов и типов ЗЛН, которые представлены различными жизненными формами растений (деревья, кустарники, полукустарники, многолетние и однолетние травы) [3]. Оно проводится с учетом эдафи-ческих условий, агроклиматических характеристик и естественноисторических факторов. То есть создается каркас («скелет») - инженерно-биологическая конструкция из растений, которая позволяет позитивно трансформировать микроклимат и создает экологические условия для повышения биоразнообразия и продуктивности экосистемы. При формировании мозаичности и получения максимального эффекта смягчения неблагоприятных абиотических условий

необходимо увеличение доли дендромелиорантов в зонах аридизации, которые более устойчивы к климатическим амплитудам (табл. 1) по сравнению с травянистыми видами. При этом должны соблюдаться персональные требования к конструкции ЗЛН, древесных зонтов и т.д., а их размещение осуществляться с учетом действия вредоносного фактора.

Ярусность пастбищных угодий и управление приземным аэротопом. Для

устойчивого функционирования пастбищных угодий необходимо создание мелиоративно-кормовых насаждений, позволяющих увеличить кормовую емкость и обеспечить сбалансированный режим эксплуатации территории. Это один из главных компонентов лесопастбищ, испытывающий повышенную антропогенную нагрузку. Они занимают от 10 % и более от общей площади мелиорируемой территории. Лучше всего насаждения создавать из длительно вегетирующих кормо-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2008

33

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

вых кустарников и полукустарников, которые охотно поедаются животными в осенне-зимний и ранневесенний период, что позволяет продлить длительность эксплуатируемого участка и восполнить дефицит корма в этот период.

Конструирование устойчивых пастбищных фитоценозов будет реализовано в полной мере только при установлении типа ярусного заполнения аэротопа фитомассой, образующей межкулисное пространство. На пастбищных угодьях СЗ Прикаспия встречается 4 основных типа (рис. 3) распределения фитомассы в аэротопе:

- приземный - основная масса вегетирующих и одревесневших органов расположена в 20-сантиметровом приземном слое;

- центральный - основная фитомасса сосредоточена в центре, равномерно уменьшаясь к земле и к верхней границе растительного покрова;

- верховой - максимум биомассы приходится на предельную высоту, уменьшаясь к земле;

- двугорбый - характеризуется наиболее плотным заполнением аэротопа, отмечается два максимума - у поверхности земли и на предельной высоте растительного покрова.

Т а б л и ц а 2

Ранжирование видов в пастбищных экосистемах СЗ Прикаспия

Типы распределения фитомассы

Приземный* Центральный Верховой

Нижний растительный ярус

Вьюнок полевой

Горец птичий

Козлобородник большой

Кохия веничная

Куриное просо

Льнянка обыкновенная

Первоцветы

Полынь астрийская

Смолевка широколистная

Солянка русская

Тысячелистник обыкновенный

Чабрец обыкновенный

Щирица жминдолистная

Средний растительный ярус

Грыжник седоватый

Липучка колючеплодная

Лютик едкий

Кохия простертая

Полынь белоземельная

Полынь черная песчаная

Ромашка непахучая

Цмин песчаный

Верхний растительный ярус

Астрагал песчаный

Верблюжья колючка

Горчак розовый

Злаки

Лебеда серая

Полынь белая

Ракитник русский

Солянка холмовая

Эфедра двухколосковая

Примечание: * в скобках указан % встречаемости.

34

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2008

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Конструирование устойчивых пастбищных фитоценозов основано на возможности целенаправленного уплотнения аэрото-па. Устанавливается тип заполнения объема, видовой состав, подбираются растения верхового или центрального типа распределения фитомассы и так далее, то есть проводится коррекция объема за счет его насыщения видами с другим типом распределения фитомассы в аэротопе (табл. 2). При этом целесообразно применять уже имеющиеся технологии поверхностного улучшения пастбищ, используя поликомпонентные смеси из кормовых и лекарственных видов, которые по своим хозяйственноценным свойствам и морфометрическим показателям дополняют и улучшают уже имеющуюся структуру фитоценоза. Также рекомендуется использовать технологию «очаговой» фитомелиорации (импринтинг, мелиоративно-кормовые насаждения и др.), позволяющую создать экологический каркас и стимулировать самозарастание маргинальных территорий, напрямую не задействованных мелиорацией. Такой комплексный подход формирования пастбищных фитоценозов с заранее заданными свойствами и параметрами способствует вовлечению в естественный экосистемный обмен природных ресурсов, ранее не задействованных из-за отсутствия необходимых условий.

Наибольшему антропогенному воздействию: вытаптывание, поедание и др. - подвергается межкулисное пространство. И для стабильного воспроизводства кормовой биомассы в течение вегетации, как и в динамике по годам, необходимо, чтобы растительный покров был полночленным в плане сукцессионных изменений. Поэтому здесь обязательно присутствие: а) эфемеров и эфемероидов; б) однолетних и многолетних злаков; в) длительно вегетирующих кустарников и полукустарников; г) бобовых (особенно многолетников); д) разнотравья. Доля их импорта определяется исходным видовым составом пастбищных угодий и степенью деградации растительного сообщества. При сильной степени деградации растительного покрова необходимо вводить 15-20 % кустарников и полукустарников, 20-30 % злаков, 10-15 % бобовых и около 5 % разнотравья. При сред-

ней степени - 5-10 % кустарников, 10-20 % злаков, 10-15 % бобовых, 5 % разнотравья. При слабой степени - 10 % злаков, 10 % бобовых, 3-5 % разнотравья. Если велика доля непоедаемых кустарников и полукустарников, то целесообразно провести их ступенчатую замену на поедаемые (около 5-8 %).

В критерии и параметры устойчивости к биотическому воздействию, в частности к выпасу, должны включаться и структура хозяйственного использования, которая определяет целостность ценоза и позволяет выдерживать безопасные регламентированные нагрузки на пастбища. Рекомендуемая структура экологических групп (рис. 2) определена опытно-экспериментальным путем на лесопастбищах при различных режимах эксплуатации. Установлено, что она позволяет добиться высокого уровня продуктивности лесопастбища, его продуктивного долголетия и растительного биоразнообразия.

Реализация предлагаемой модели растительного ценоза позволяет максимально полно использовать естественный природноресурсный потенциал и обеспечить суточный рацион овцы - 2,4-2,9 кг воздушно-сухой массы. При этом они будут полностью обеспечены кальцием, медью, цинком, марганцем. Существенный дефицит в 40-50 % возникает по фосфору и в 20-30 % по каротину, небольшой недостаток железа (5-10 %) имеется в злаково-разнотравных и злаково-полынноразнотравных ассоциациях.

Реализация «модели» позволяет сформировать устойчивые растительные сообщества, добиться оптимального состава флоры и фауны и ускорить естественные процессы восстановления деградированных пастбищ.

Библиографический список

1. Воронина, В.П. Агроклиматический потенциал российского Прикаспия / В.П. Воронина // Проблемы социально-экономического развития аридных территорий, Т 1. - М.: Изд-во «Современные тетради», 2001. - С. 138-144.

2. Концепция адаптивного лесоаграрного природопользования в аридной зоне (на примере российского Прикаспия) / В.И. Петров, Н.С. Зюзь и др. - Волгоград. - 1996. - 32 с.

3. Рекомендации по формированию лесопастбищ в аридной зоне / В.И. Петров, К.Н. Кулик, А.Г. Те-рюков и др. - Волгоград: - 2000. - 42 с.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2008

35