Биоклиматическая характеристика зонального экотона леса и степи Южного Предуралья в условиях антропогенного воздействия на окружающую среду и очаги массового размножения филлофагов

УДК 574.42

БИОКЛИМАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗОНАЛЬНОГО ЭКОТОНА ЛЕСА И СТЕПИ ЮЖНОГО ПРЕДУРАЛЬЯ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И ОЧАГИ МАССОВОГО РАЗМНОЖЕНИЯ ФИЛЛОФАГОВ

© 2016

Симоненкова Виктория Анатольевна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры лесоведения,

ботаники и физиологии растений Оренбургский государственный аграрный университет, Оренбург (Россия) Кулагин Алексей Юрьевич, доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией лесоведения

Уфимский институт биологии РАН, Уфа

Аннотация. Предлагается биоклиматическая характеристика зонального экотона леса и степи Южного Предуралья, рассматривается антропогенное воздействие на окружающую среду и очаги массового размножения филлофагов в Оренбургской области. Современное состояние и устойчивость лесных насаждений к действию экстремальных природно-климатических и антропогенных факторов окружающей среды определяется экотонным эффектом Южного Предуралья. В зоне среднего, сильного и максимального антропогенного воздействия на окружающую среду наблюдается снижение биологической устойчивости насаждений и появление перманентных очагов массового размножения дендрофильных филлофагов, которые фактически являются индикаторами низкой устойчивости насаждений. В лесных экосистемах Южного Предуралья с нарушенной биологической устойчивостью возникают перманентные вспышки массового размножения дендрофильных филлофагов-индикаторов ослабленности насаждений с преобладанием непарного шелкопряда (Lymantria dispar L.), зелёной дубовой листовёртки (Tortrix viridana L.), златогузки (Euproctis chrysorrhoea L.), рыжего соснового пилильщика (Neodiprion sertifer Geoff.) и звёздчатого пилильщика-ткача (Acantholyda nemoralis Thoms.), дающие комплексные очаги массового размножения на юге с красноголовым пилильщиком-ткачом (Acantholyda erythrocephala L.), механизмы образования первичных очагов которых связаны с лесорастительными условиями. Цикличность появления вспышек массового размножения непарного шелкопряда и зелёной дубовой листовёртки проявляется в пределах от 5 до 11 лет в условиях Южного Предуралья, у златогузки - этот цикл более длительный. Увеличение площади очагов массового размножения филлофагов в условиях зонального экотона леса и степи Южного Предуралья чаще всего совпадают с подъемом солнечной активности. Нарастанию популяции многих листогрызущих филлофагов, находящихся в фазе яйца в период перезимовки (непарный шелкопряд), способствуют безморозные зимы. Выход из депрессии происходит каждый раз в засушливые годы со значительными отклонениями от климатической нормы температуры и суммы осадков в период питания гусениц (май - июль). Отсутствие естественных врагов - паразитов и хищников связано с периодическим проведением истребительных мероприятий с использованием химических и биологических инсектицидов, что приводит к возникновению хронических очагов массового размножения филлофагов.

Ключевые слова: биоклиматическая характеристика, зональный экотон, экотон леса и степи, филлофаги

BIOCLIMATIC CHARACTERISTICS OF THE ZONAL ECOTONE OF FOREST AND STEPPE OF THE SOUTHERN BEFORE AN URALS IN THE CONDITIONS OF ANTHROPOGENIC IMPACTS ON THE ENVIRONMENT AND CENTERS OF MASS OUTBREAKS OF PHYLLOPHAGOUS

© 2016

Simonenkova Victoria Anatolyevna, candidate of agricultural sciences, associate professor of of department of

forestry, botany and physiology of plants Orenburg state agricultural university, Orenburg

Abstract. It is proposed to bioclimatic characteristics of zonal ecotone forest and steppe of Southern Urals is considered human impact on the environment and center of mass reproduction phyllophages in the Orenburg region. The modern condition and resistance of forest plantings to action of extreme climatic and anthropogenous environmental factors is defined by ecoton effect of Southern Pres-Urals. In a zone of average, strong and maximal anthropogenous environmental impact decrease in biological stability of plantings and emergence of the permanent centers of mass manifolding the dendrofilnykh of fillofag which actually are indicators of low stability of plantings is observed. In forest ecosystems of Southern Pre-Urals with the broken biological stability there are permanent flashes of mass manifolding the dendrofilnykh of fillofagov-indi-cators of weakening of plantings with a dominance of Lymantria dispar L., Tortrix viridana L., Euproctis chrysorrhoea L., Neodiprion sertifer Geoff. and Acantholyda nemoralis Thoms. the giving complex centers of mass manifolding in the south with the Acantholyda erythrocephala L. which mechanisms of formation of primary centers are bound to forest vegetation conditions. Recurrence of emergence of flashes of mass manifolding of an unpaired silkworm and green oak listovyortka is shown ranging from 5 till 11 years in the conditions of the Southern Pre-Urals, the Euproctis chrysorrhoea L. has this cycle more long-lived. Increase in the area of the centers of mass manifolding of fillofag in the conditions of zonal ecotone of the wood and the steppe of the Southern Pre-Urals most often coincide with rise in solar activity. Increase of population of many the fillofag which are in an egg phase during rewintering (Lymantria dispar L.) is promoted by warm winters. Escaping of a depression happens every time in droughty years to the considerable deviations from climatic norm of temperature and the sum of rainfall during food of caterpillars (May - July). Absence of natural enemies - parasites and predators is bound to periodic carrying out destructive actions with use of chemical and biological insecticides that leads to emergence of the chronic centers of mass manifolding of fillofag.

Keywords: bioclimatic characteristics, the zonal ecotone, forest and steppe ecotone, fillofagi

Южное Предуралье является зональным экотоном леса и степи. Экотоны можно рассматривать как неоднородные непрерывные структурные единицы растительности, которым присущи определенные свойства: в их пределах формируются типы местообитания со сложной мозаичной экологической структурой, смежные фитоце-нозы, где наблюдается высокое биоразнообразие видов с экологическими существенными особенностями, отсутствующими в стандартных лесных массивах. Провинция

Южного Предуралья располагается от увалов Общего Сырта (западная и центральная части Оренбургской области) до низких предгорий Южного Урала. Кроме Оренбургской области в состав Южного Предуралья относят и часть республики Башкортостан. Достаточно пересеченный рельеф и резко-континентальный климат способствуют четкому проявлению вертикальной дифференциации ландшафтов. Так, увалы и предгорья покрыты степной растительностью, а понижения рельефа,

особенно широкие надпойменные террасы рек, покрыты широколиственными лесами.

Границы экотона Южного Предуралья в пределах Оренбургской области можно рассматривать между лесом и лесостепью, степью и начинающейся полупустыней на юге области. Наблюдается постепенное наступление песков на юг Оренбургской области, что в дальнейшем может привести к опустыниванию южную и центральную часть Оренбургской области [1, 2]. Зональный экотон леса и степи характеризуется специфическими типами местообитаний, имеющими сложную экологическую структуру (экологически отличные популяции различных видов из смежных фитоценозов). Зональный экотон Южного Предуралья включает экологическую границу популяций флоры и фауны. Для него характерен большой уровень биологического разнообразия [3, 4, 5]. Так, по данным А.А. Чибилева, фауна леса и лесостепи насчитывает 44 типично лесных вида, а степи - 36 типично степных видов. Флора леса и степи представлена, соответственно, 569 видами, степи - 231 типично степными видами [6, 7].

При оценке состояния и климатогенных изменений растительности необходимо учитывать систему экотонов - «переходов между сообществами растений на зональных границах бореальных лесов» в связи более сильным воздействием климата на растительность и ответной реакции последней. На территории Оренбургской области в соответствие с природно-климатическими условиями было выделено шесть зон: I - Северная; II - Западная; III - Юго-западная; IV - Центральная; V - Южная; VI -Восточная. Зоны четко определяются распространением границы ареалов обитания типичных лесных и степных видов. Типичные европейские виды - дуб черешчатый (зона I, II, III, IV), вяз гладкий (зона I, II, частично IV), ива ушастая и остролистная (зона I, II, частично III и IV), лещина обыкновенная, бересклет бородавчатый (зона I, II) - имеют восточные и юго-восточные пределы распространения южные - лиственница сибирская (зона I), сосна обыкновенная (зона I, II, III, V, VI), северные - степные виды: тамарикс многоветвистый (зона I, II, III, V, VI), джузгун безлистный (зона V, VI), ломонос (зона V, VI), ива каспийская (зона V, VI), лох серебристый (зона частично III, IV V, VI).

Ж

Рисунок 1 - Характеристика зонального экотона леса и степи Оренбургской области

В каждой зоне рассматривались площади, покрытые лесом, в т.ч. занятые лесными культурами, особенности естественной древесно-кустарниковой растительности, степная растительность, преобладающие почвы, климатические факторы (ГТК (средний многолетний), средняя температура января, средняя температура июля, суммарное годовое количество осадков суммарное количество осадков теплого периода, средняя глубина

промерзания почвы, средняя высота снегового покрова (рис. 1). Ландшафтный подход к анализу участков геопространства Оренбургской области позволяет распределить все лесопригодное пространство по соответствующим зонам. Так, Северная и Западная зоны относятся к лесостепной, Юго-западная, Центральная - к степной, а южная часть Южной и Восточной зон - к полупустынной природной зоне.

Сравнивая зоны Оренбургской области, можно отметить резкое уменьшение количества лесных видов при переходе от I - III к IV - VI зонам, и, наоборот, увеличение видового многообразия степных видов, что подтверждается исследованиями Е.В. Беляниной [8].

Площадь I - III зон, покрытая лесом, составляет 243997 га, в т.ч. 39732 га лесных культур, или 16,28%. На долю насаждений с нарушенной или утраченной устойчивостью приходится 3,88%.

Площадь IV - VI зон, покрытая лесом, составляет 159516 га, в т.ч. 47141 га лесных культур, или 29,55%. На долю насаждений с нарушенной или утраченной устойчивостью приходится 11,12%.

Также отмечается существенная разница климатических показателей: у I - III зон средний многолетний ГТК вегетационного периода находится в пределах 0,93 - 0,96, у зон IV - VI - в пределах 0,51 - 0,55. Различия между зонами более значимы на 0,1% уровне, т. е. ГТК I - III зон существенно выше, чем у IV - VI зон (^ = 42; при р<0,05 ^р= 2,78, при р<0,01 ^ = 4,6).

Средняя температура января 1 - III зон составляет -14,58°С, IV - VI зон - -15,92°С; соответственно, средняя температура июля составляет 20,75 и 20,67°С.

Суммарное годовое количество осадков I - III зон в среднем составляет 391,67 мм, IV - VI зон - 308,33 мм. Суммарное количество осадков теплого периода в среднем составляет 290 мм, IV - VI зон - 191,67 мм.

Средняя глубина промерзания почвы I - III зон составляет 100 см, IV - VI зон - 130 см.

Средняя высота снегового покрова I - III зон в среднем составляет не более 36 см, IV - VI зон - не более 26 см.

На основании проведенного анализа, мы предполагаем, что граница зонального экотона леса и степи на территории Оренбургской области проходит между I - III и IV - VI зонами. Наибольшее угнетение древесной растительности наблюдается на юге и юго-востоке области на солонцах.

Для характеристики устойчивости насаждений на территории Оренбургской области мы провели градацию степени антропогенного воздействия на лесные экосистемы. Для этого вначале проанализировали степень антропогенного воздействия на окружающую среду в связи с наличием промышленных предприятий и добычи полезных ископаемых по районам области, затем разработав шкалу антропогенного воздействия, согласно которой выделяются V классов, где I класс - антропогенного воздействия не наблюдается, II класс - антропогенное воздействие слабое, III класс - антропогенное воздействие среднее, IV класс - антропогенное воздействие сильное, V класс - антропогенное воздействие максимальное, уровень экологической катастрофы, распределили районы области по классам и указали очаги массового размножения филлофагов в период с 1990 по 2015 гг. в данных районах.

При этом в период с 1990 по 2001 гг. химическая и биологическая борьба с филлофагами в очагах их массового размножения практически не проводилась в связи с отсутствием финансирования. В период 2002 - 2009 гг. борьба проводилась только в крупных очагах массового размножения. С 2010 года после засухи и сильного ослабления насаждений, что способствовало разрастанию очагов массового размножения хвое- и листогрызущих филлофагов (особенно в 2012 г.), химическая и биологическая борьба проводится ежегодно, что приводит к искусственному сдерживанию увеличения численности

насекомых.

Как видно из рисунка 2, очаги массового размножения филлофагов находятся в районах, получивших по предложенной классификации от III до V классы антропогенного воздействия на окружающую среду. Отсутствие очагов массового размножения филлофагов в других районах с аналогичными классами антропогенного воздействия на окружающую среду объясняется ежегодным проведением химической или биологической борьбы в данных очагах. Приведенные данные свидетельствуют о том, что в зоне среднего, сильного и максимального антропогенного воздействия на окружающую среду наблюдается снижение биологической устойчивости насаждений и появление перманентных очагов массового размножения филлофагов, которые фактически являются индикаторами данной низкой устойчивости.

Римскими цифрами обозначены классы антропогенного воздействия на окружающую среду: I класс -антропогенного воздействия не наблюдается; II класс

- антропогенное воздействие слабое; III класс - антропогенное воздействие среднее; IV класс - антропогенное воздействие сильное; V класс - антропогенное воздействие максимальное, уровень экологической катастрофы. Арабскими цифрами обозначены районы области: 1 - Абдулинский район; 2 - Адамовский район; 3 - Акбулакский район; 4 - Александровский район; 5 - Асекеевский район; 6 - Беляевский район; 7 - Бугурусланский район; 8 - Бузулукский район; 9 - Гайский район; 10 - Грачёвский район; 11

- Домбаровский район; 12 - Илекский район; 13 -Кваркенский район; 14 - Красногвардейский район; 15 - Кувандыкский район; 16 - Курманаевский район; 17 - Матвеевский район; 18 - Новоорский район; 19 - Новосергиевский район; 20 - Октябрьский район; 21 - Оренбургский район; 22 - Первомайский район; 23 - Переволоцкий район; 24 - Пономарёвский район; 25 - Сакмарский район; 26 - Саракташский район; 27 - Светлинский район; 28 - Северный район; 29

- Соль-Илецкий район; 30 - Сорочинский район; 31 -Ташлинский район; 32 - Тоцкий район; 33 - Тюльганский район; 34 - Шарлыкский район; 35 - Ясненский район.

Наибольшие площади насаждений с нарушенной и утраченной устойчивостью расположены в степной зоне: Акбулакском, Домбаровском, Кваркенском, Оренбургском, Первомайском, Новосергиевском, Саракташском, Соль-Илецком лесничествах, где наиболее ярко проявляется влияние негативных факторов

- пожаров, повреждение насекомыми, неблагоприятных погодных условий и почвенно-климатических факторов.

Таким образом, современное состояние и устойчивость лесных насаждений к действию экстремальных природно-климатических и антропогенных факторов окружающей среды определяется экотонным эффектом Южного Предуралья. Граница зонального экотона леса и степи на территории Оренбургской области проходит между I - III и IV - VI зонами. Наибольшее угнетение древесной растительности наблюдается на юге и юго-востоке области на солонцах. Средний многолетний ГТК вегетационного периода I - III зон находится в пределах 0,93 - 0,96, зон IV - VI - в пределах 0,51 - 0,55. Различия между зонами более значимы на 0,1% уровне, т. е. ГТК I - III зон существенно выше, чем у IV - VI зон (t3 = 42; при p<0,05 2,78, при p<0,01 ^р= 4,6).

В зоне среднего, сильного и максимального антропогенного воздействия на окружающую среду наблюдается снижение биологической устойчивости насаждений и появление перманентных очагов массового размножения дендрофильных филлофагов, которые фактически являются индикаторами низкой устойчивости насаждений. В лесных экосистемах Южного Предуралья с нарушенной биологической устойчивостью возникают перманентные вспышки массового размножения дендрофильных филлофагов-индикаторов ослабленности насаждений с

преобладанием непарного шелкопряда (Lymantria dispar L.), зелёной дубовой листовёртки (Tortrix viridana L.), златогузки (Euproctis chrysorrhoea L.), рыжего соснового пилильщика (Neodiprion sertifer Geoff.) и звёздчатого пилильщика-ткача (Acantholyda nemoralis Thoms.), дающие комплексные очаги массового размножения на юге с красноголовым пилильщиком-ткачом (Acantholyda erythrocephala L.), механизмы образования первичных очагов которых связаны с лесорастительными условиями.

Рисунок 2 - Карта Оренбургской области с административным делением территории и классами год?ф — непарного шелкопряда.^ — звёздчатого пилильщика-ткача, щ- рыжего соснового пилильщика,

Figure 2 - Map of Orenburg region with the administrative division ^the territoiy and the^lasses of human impajj^

Цикличность появления вспышек массового размножения непарного шелкопряда и зелёной дубовой листовёртки проявляется в пределах от 5 до 11 лет в условиях Южного Предуралья, у златогузки - этот цикл более длительный. Увеличение площади очагов массового размножения филлофагов в условиях зонального экото-на леса и степи Южного Предуралья чаще всего совпадают с подъемом солнечной активности. Нарастанию популяции многих листогрызущих филлофагов, находящихся в фазе яйца в период перезимовки (непарный шелкопряд), способствуют безморозные зимы. Выход из депрессии происходит каждый раз в засушливые годы со значительными отклонениями от климатической нормы температуры и суммы осадков в период питания гусениц (май - июль). Отсутствие естественных врагов

- паразитов и хищников связано с периодическим проведением истребительных мероприятий с использованием химических и биологических инсектицидов, что приводит к возникновению хронических очагов массового размножения филлофагов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Кононова Н.Д., Зуенкова Г.Г., Кононов В.М. Почвенно-экологическая оценка лесорастительных условий почвогрунтов Южного Оренбуржья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2011. № 29 1. Т. 1. С. 16 - 18.

2. Кононов В.М., Кононова Н.Д. Земледелие и экологизация на Южном Урале: поиски компромисса // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. № 46 2. С. 17 - 21.

3. Одум Ю. Основы экологии. М: Мир, 1975.740 с.

4. Коломыц Э.Г. Бореальный экотон и географическая зональность. Атлас - монография. М.: Наука, 2005. 390 с.

5. Коломыц Э.Г., Розенберг Г.С., Колкутин В.И., Юнина В.П., Сидоренко М.В.,. Орлова М.В, Сурова Н.А. Экология ландшафтов Волжского бассейна в системе глобальных изменений климата (прогнозный Атлас

- монография). Нижний Новгород: Интер-Волга, 1995. 165 с.

6. Чибилев А.А. Природное наследие Оренбургской области. Оренбург: Книжное издательство, 1996. 382 с.

7. Чибилев А.А. Энциклопедия Оренбуржья. Том 1. Оренбург: Золотая аллея, 2000. 160 с.

8. Белянина Е.В. Флора естественных и антропогенных экотонов Оренбургской области // Современные проблемы науки и образования.2013. № 5 (http://www. science-education .ru/ru/article/view?id=10591).