Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Роль природных сообществ в территориальной структуре агроландшафтов 10
1.1. Структура земельного фонда Белгородской области и пути ее рационализации И
1.2. Степные сообщества в структуре агроландшафтов 13
1.3. Использование природных травянистых сообществ в сельском хозяйстве.. 17
1.4. Степные сообщества ЦЧР: разнообразие, подходы к изучению и охране... 23
1.5. Реставрационные методики и их использование в различных природных
условиях 33
Глава 2. Район, объекты и методы исследования 39
2.1. Краткая характеристика района исследования 39
2.2. Метеорологический режим в годы исследований 40
2.3. Объекты исследований 43
2.4. Характеристика почв изучаемых стационаров 44
2.5. Методика проведения исследований 47
2.6. Статистическая обработка данных 53
Глава 3. Растительность кальцефильных сообществ ЦЧР 54
3.1. Растительность стационара «Меловая гора» 54
3.2. Растительность стационара «Варваровка» 58
3.3. Средообразующая роль кальцефильных сообществ 63
Глава 4. Растительность степных сообществ ЦЧР 71
4.1. Растительность луговых степных сообществ 71
4.1.1. Растительность стационара «Ямская степь» 71
4.1.2. Растительность стационара «Зеленая Поляна» 74
4.1.3. Растительность стационара «Острасьевы Яры» 77
4.2. Растительность разнотравно-дерновинно-злаковых степных сообществ 81
4.2.1. Растительность стационара «Клименки» 81
4.2.2. Растительность урочища «Каменья» 85
Глава 5. Восстановление нарушенных степных сообществ методом посева поликомпонентных травосмесей 90
5.1. Изучение влияния заповедного режима на восстановление растительности и почвенный покров 90
5.2. Реставрация сообществ с помощью посева поликомпонентной травосмеси 94
5.2.1. Подсев поликомпонентной травосмеси в степное сообщество 94
5.2.2. Изменение физических свойств почвы степного сообщества при применении реставрационных методик 104
5.2.3. Посев поликомпонентной травосмеси на меловые обнажения 104
Выводы 115
Предложения производству 117
Литература
- Степные сообщества в структуре агроландшафтов
- Метеорологический режим в годы исследований
- Растительность стационара «Варваровка»
- Растительность стационара «Острасьевы Яры»
Введение к работе
Актуальность темы. С интенсивным тотальным освоением лесостепной и степной природных зон и превращением их в единую пахотно-степную зону возникло две взаимосвязанные проблемы: усиление эрозионных процессов и снижение видового биоразнообразия растительности (Гладовский, 1991). Эти проблемы особенно актуальны для американских прерий, пампасов; африканских саван; степей Евразии (Canned, 1957; Skarpe, 1992; Lisetskiy и др., 2002; Fischer G., 2002; Тишков, 2003 и др.).
Перспективным способом восстановления нарушенных земель является экологическая реставрация. Под экологической реставрацией нами понимается - комплекс работ, направленный на создание нооценозов на деградированной территории, что предусматривает проведение ландшафтно-дизайнерского проектирования, очистку, стабилизацию гидрорежима, почвозащитные мероприятия и, как итог, создание устойчивого рукотворного флорофаунистического комплекса.
В России за последнее десятилетие площадь пахотных земель, выведенных из сельхозоборота, возросла на 10 %. Реальная площадь залежей возросла существенно больше, так как большинство фактически неиспользуемых земель продолжают числиться в пахотном фонде. В Белгородской области за последние 20 лет из сельхозоборота выведено более 300 тыс. га деградированных земель. Нерациональное использование таких земель приводит к нарушению устойчивости агроэкосистем, особенно в старопахотных регионах России, к которым относится и Белгородская область. В соответствии с федеральным законом «О порядке консервации земель с изъятием их из оборота» (2002) допускается консервация земель, подвергшихся водной и ветровой эрозии, пастбищ с сильно нарушенным почвенно-растительным покровом.
5 Белгородскую область с высокой степенью расчлененности территории
(0,5-1,1 км/км2 действующих оврагов), расположением более 40 % сельскохозяйственных земель на склонах разной крутизны отличает высокий потенциал эрозионной опасности. Удельный вес пашни на землях со средне- и сильносмы-тыми черноземными почвами составляет 11,5 %, на сенокосах и пастбищах их доля значительно выше - 37,4 %. Повышенной эрозионной опасностью обладают черноземно-меловые смытые почвы и меловые обнажения (1,3 % общей площади).
До 10 % нераспаханных земель степной зоны нуждаются в экологической реставрации (Тишков, 2003). Основным фактором, сдерживающим эрозию, является естественная растительность. Ее обеднение снижает буферность агро-экосистем, приводит к тривиализации сообществ, способствует развитию эрозионных процессов. В наибольшей степени страдают от деградации степные сообщества, находящиеся на склонах, с худшими условиями увлажнения.
Сохранившиеся на небольших участках уникальные степные комплексы юга Центрально-Черноземной зоны имеют тенденцию к дальнейшей деградации, поэтому нахождение в природе, изучение и охрана уцелевших фрагментов степей - острая насущная проблема.
При восстановлении агроэкосистем более полное и интенсивное использование ресурсов достигается в сообществах, которые смоделированы по типу зональных биогеоценозов (Шамсутдинов З.Ш., Шамсутдинов Н.З., 2002). Поэтому, наряду с обычными посевами смесей из высокоурожайных, но недолговечных (3-5 лет) сортовых трав, необходимо создание комбинированных агро-степей (степная травосмесь + хозяйственно-ценные бобовые и злаковые) (Дзы-бов, 2002). Восстановленные таким методом степные сообщества на бросовых землях это эффективный способ подавления водной эрозии и дефляции; сохранения биоразнообразия территории, редких и исчезающих видов в оптимальной для них экологической среде; обогащения фитоценозов дикорастущими лекар-
ственными растениями и их биологическая защита от внедрения чужеродных видов; создание мест обитания полезных насекомых и других животных.
Вопросы восстановления кормовых угодий с помощью посева 2-4-х компонентных травосмесей в условиях Центрального Черноземья (Колосова, 1950; Черкасов, 1986, 2004; Технологии создания..., 1991 и др.) хорошо изучены. Однако мало проведено исследований по реставрации степных сообществ и кальцефильных фитоценозов в нашей зоне. Выявление наиболее перспективных методов реставрации, создание поликомпонентных травосмесей позволяет повысить биоразнообразие и устойчивость территории.
Объект исследования - степные и кальцефильные фитоценозы Белгородской области; поликомпонентные травосмеси, составленные на основе видов природных сообществ.
Предмет исследования - состав, распространение степных сообществ в аг-роэкосистемах в различных природно-территориальных комплексах Белгородской области. Реставрация степных сообществ, рост, развитие и устойчивость растений поликомпонентных травосмесей в зависимости от экологических условий.
Цель исследования - выявить эффективные методы реставрации сообществ с высоким уровнем биоразнообразия, продуктивности и противоэрозионной устойчивости в условиях Белгородской области.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
Изучить биоразнообразие, экологическую, биоморфологическую, эколо-го-ценотическую структуры, распределение растений по хозяйственной ценности основных типов степных фитоценозов Белгородской области, их надземную продуктивность.
Изучить агрохимические и агрофизические свойства почвы в окружающем субстрате и ризосфере растений, доминирующих на разных этапах сукцес-
7 сии на сильноэродированных карбонатных черноземных почвах, и оценить их
средообразующую роль.
Изучить влияние заповедного режима на видовое разнообразие растительности и некоторые физические свойства почвы.
Разработать для реставрации естественных сообществ состав поликомпонентных травосмесей с высокой долей участия степных видов, обеспечивающих восстановление водно-физических свойств почвы и высокий уровень биоразнообразия в различных экологических условиях.
Дать оценку элементам технологий возделывания поликомпонентных травосмесей.
В основу диссертации положены результаты полевых маршрутных исследований автора и стационарных полевых опытов, проведенных в период 2002-2005 гг.
Научная новизна. Впервые в агроландшафтных комплексах Белгородской области выявлены участки, которые при уменьшении антропогенного воздействия могут служить экологическими резерватами биоразнообразия степных сообществ. На основе анализа их структуры подобран состав поликомпонентных травосмесей, обеспечивающий эффективную реставрацию степных фитоцено-зов в разных почвенно-экологических условиях.
Защищаемые положения'.
Интеграция в территориальную структуру агроландшафтов реставрируемых степных сообществ позволяет использовать средообразующий потенциал биологического и ландшафтного разнообразия для формирования экологически сбалансированных и устойчивых агроландшафтных систем.
Наилучшей средообразующей способностью обладают эндемичные, узкоспециализированные кальцефильные виды растений, находящихся на пионерных стадиях сукцессии.
3. Введение заповедного режима на деградированных пастбищах с сильно
нарушенным почвенно-растительным покровом не обеспечивает значительного повышения биоразнообразия растительных сообществ.
Использование поликомпонентных травосмесей в системе коренного улучшения угодий увеличивает биоразнообразие, урожайность сообществ; оптимизирует плотность почвы, водопрочность структуры; повышает экологическую и противоэрозионную устойчивость агроландшафта.
Посев поликомпонентных травосмесей с преобладанием кальцефильных видов на меловые обнажения способствует увеличению проективного покрытия, видового разнообразия растительного сообщества и общему оздоровлению экологической обстановки.
Практическая значимость работы. Материалы диссертационной работы могут быть использованы при изучении растительных ресурсов, составлении конспектов флоры Белгородской области. Полученные автором сведения о структуре и распространении видов растений являются основой для составления планов рационального использования степных сообществ, как генетических резерватов редких и эндемичных, хозяйственно полезных видов, при разработке проектов землеустройства и рекультивации нарушенных земель, расширении сети особо охраняемых природных территорий регионального и местного значения. Разработанные нами составы поликомпонентных травосмесей могут быть применены для залуження меловых обнажений и эродированных склонов со средне- и сильноэродированными черноземными почвами.
Сведения о нахождении новых местообитаний редких видов использованы при составлении «Красной книги Белгородской области»; подготовке проекта постановления губернатора области «О расширении сети особо охраняемых территорий Белгородской области»; при закладке коллекций «Редкие и исчезающие виды растений», «Лекарственные растения» в Ботаническом саду Бел-ГУ.
Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на
научно-практической конференции «География и окружающая среда» в г. Белгороде (2002); «Актуальные проблемы ботаники и экологии» в г. Одессе (2003); конференций профессорско-преподавательского состава БелГУ в г. Белгороде (2003-2005).
По теме диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка, 4 приложений. Объем работы: 150 страниц (основной текст изложен на 117 страницах), 13 рисунков, 40 таблиц. Библиографический список включает 258 источников.
Автор выражает особую благодарность своему научному руководителю д-ру геогр. наук, проф., Ф.Н. Лисецкому, а также директору Ботанического сада БелГУ канд. с.-х. наук В.И. Чернявских, зам. директора, д-ру с.-х. наук, проф. В.Н. Сорокопудову, сотрудникам Е.В. Зубковой, Т.Н. Чайкиной, В.Н. Семико-пенко, И.В. Остапенко, Н.Д. Мазняк за помощь и ценные советы.
Степные сообщества в структуре агроландшафтов
Проблема рационального использования и сохранения степей для России не нова. Еще В.В. Докучаев (1892) в книге «Наши степи прежде и теперь» писал о необходимости заповедования степей в условиях агроландшафтов для того, чтобы в будущем была возможность реставрации степных сообществ. Сегодня идеи В.В. Докучаева близки нам только по природоохранной проблематике, поскольку природный восстановительный потенциал степей практически утрачен. Сто лет назад его еще хватало, чтобы позволить степям сравнительно быстро самовосстанавливаться. В связи с этим ценность работ по разработке принципов сохранения и реставрации степных сообществ, применительно к конкретным условиям регионов, возрастает (Тишков, 2003).
Большинство ученых видит решение проблемы сохранения степного биома в староосвоенных степных и лесостепных регионах в установлении щадящих режимов использования агроландшафтов (Мордкович и др., 1987). Таким образом, перспективы развития земледелия в новых условиях переходят в плоскость таких наук, как природопользование, землеустройство, региональная экономика, что делает его трудно реализуемым, особенно в связи с быстрыми темпами развития рынка земли и начала реформы управления.
Падение уровня животноводства с 90-х гг. прошлого века привело к нерациональному использованию овражно-балочных земель - природных и окультуренных сенокосов и пастбищ и сокращению применения почвозащитных севооборотов. Значительные площади деградированных земель были переведены в залежь. Выведение земель из сельскохозяйственного использования обычно сопровождается развитием и диверсификацией флоры и фауны. При этом могут создаваться благоприятные условия для роста сорняков и паразитов. Это не уменьшает эрозию почвы и способствует дальнейшей деградации ландшафта (Comolet, 1989).
Наличие больших площадей залежей при недостатке природных экосистем и связанного с ним биоразнообразия стало одной из главных причин необычно сильной вспышки численности саранчи (итальянского пруса) в 1999-2001 гг., которая рассматривалась как стихийное бедствие в степных и лесостепных районах Европейской части России и Западной Сибири. Развитие и питание пруса происходит на залежах, но, достигнув высокой численности, он выселяется и на посевы, где может наносить значительный ущерб. Усугубил положение недостаток связанных с природными экосистемами естественных врагов пруса, которые могли бы прервать вспышку на ранних стадиях (Биоразнообразие сельскохозяйственных. .., 2003).
По положению правительства Российской федерации № 830 «О порядке консервации земель с изъятием их из оборота» от 2 октября 2002 года допускается консервация земель, подвергшихся водной и ветровой эрозии, пастбищ с сильно нарушенным почвенно-растительным покровом. На основании принятого решения о консервации земель разрабатывается проект землеустройства, в котором определяются мероприятия по предотвращению деградации земель, восстановлению плодородия почв, а также предложения по использованию земель после завершения указанных мероприятий.
Под этот закон попадают эродированные земли на склонах, находящиеся долгое время в сельскохозяйственном использовании - залежи, земли овражно-балочного комплекса, земли меловых обнажений.
Необходимо вложение инвестиций в оптимизацию землепользования, повышение продуктивности пашни, что позволит исключить необходимость использования низкопродуктивных угодий овражно-балочных комплексов, дальнейшее освоение оставшихся целинных участков и старой залежи (Тишков, 2003).
Освободившиеся земельные площади предлагается использовать для экологической реставрации, восстановления степных сообществ (Дзыбов, 2002).
Особенно остро стоит проблема снижения биологического разнообразия и, как следствие, нарушение энергетического потенциала территории. В пределах Белгородской области естественная растительность разной степени нарушено-сти сохранилась лишь на 22,7 % территории, а доля особо охраняемых территорий (ООПТ) составляет 1,31 %, из них только 25 % приходится на травянистую растительность (Состояние окружающей..., 2003).
За последние десятилетия в результате кризиса в России произошло сокращение численности скота и, как следствие - резкое сокращение пастбищной нагрузки на естественные сообщества (Шамсутдинов З.Ш., Шамсутдинов Н.З., 2002). Из сельскохозяйственного оборота выводятся земли, относящиеся к двум категориям: пастбища и пашня.
При ослаблении пастбищных нагрузок начинаются процессы демутации, одного из наиболее распространенных видов вторичных автогенных сукцессии травянистых экосистем. В зарубежной литературе демутация называется прогрессивной пастбищной сукцессией (Skarpe, 1992; Zhang, 1992; Мордкович и др., 1997; Горчаковский, 1999).
Метеорологический режим в годы исследований
Работа выполнена в 2002-2005 гг. и состоит из 2-х частей: 1) изучение биоразнообразия степных сообществ территории Белгородской области; 2) изучение различных методов реставрации сообществ в зависимости от экологических условий и разных способов улучшения травостоя степных склонов в ботаническом саду БелГУ в условиях стационарного опыта.
Для анализа растительности обобщены данные, собранные по описанным ниже методикам в степных сообществах Белгородской области. Для изучения выбраны степные сообщества со слабой антропогенной нагрузкой, высокой долей участия в них видов редких и эндемичных для юга Среднерусской возвышенности.
Стационарные участки (выделы) подбирались в степных сообществах различных типов: кальцефильные, разнотравно-дерновинно-злаковые, лугово-степные сообщества. Выделы представляют собой площади постоянного мониторинга (в 2002-05 гг.) размером 1 га. На территории области выделено 7 стационаров.
Участки с кальцефильными сообществами: 1. Комплексный заказник «Кальцефильная степь» (75 га), восточнее с. Варваровка Алексеевского района - стационар «Варваровка», который расположен на меловых обнажениях; 2. Памятник природы «Меловая гора» (10 га), в 1 км севернее г. Алексеев-ки - стационар «Меловая гора», он расположен на меловых обнажениях; Участки с разнотравно-дерновинно-злаковыми сообществами: 3. Балка «Управительственная» (15 га), юго-западнее п. Викторополь Вей делевского района - стационар «Клименки», на его территории представлены обыкновенные черноземы; 4. Урочище «Каменья», южнее п. Вейделевка, Вейделевского района стационар «Каменья», на его территории представлены обыкновенные черноземы. Участки луговой степи: 5. Участок заповедника «Белогорье» - «Ямская степь» (566 га) в Губкин-ском районе - стационар «Ямская степь», расположен на северной границе заповедного участка, на черноземе типичном выщелоченном среднемощном среднегумусном тяжелосуглинистом; 6. Степной участок заповедника «Белогорье», в Борисовском районе -стационар «Острасьевы Яры», который расположен на типичных черноземах; 7. Степной склон юго-восточной экспозиции, 12 км восточнее г. Белгород - стационар «Зеленая Поляна», расположен на серых лесных почвах с выходами мелов; 8. Степной склон юго-восточной экспозиции и выходы мелов в Ботаническом саду БелГУ, он расположен на черноземах типичных карбонатных разной степени эродированности.
В Ботаническом саду БелГУ в условиях краткосрочных стационарных опытов проводили апробацию различных методов реставрация степных сообществ. За годы исследований проведено 195 геоботанических описаний (каждый площадью 100 м2).
Климатические условия Белгородской области способствуют формированию степных сообществ на склонах балок и оврагов. В лесостепной зоне на типичных черноземах формируются луговые степи.
Почвы стационаров характеризуются темной окраской поверхности, мощныг почвенным профилем 120-150 см, глубоким гумусовым горизонтом - 70-90 см, хорошей оструктуренностью высоким содержанием карбонатных солей (вскипание происходит в гумусовом горизонте), заметны видимые формы карбонатных солей - плесень и псевдомицелий, кротовинность (Соловиченко, 2003).
В степной зоне на обыкновенных черноземах формируются разнотравно-дерновинно-злаковые степи. Обыкновенные черноземы сформированы на карбонатных лессовидных суглинках и глинах в условиях недостаточного увлажнения. Хорошо выражен перегнойно-аккумулятивный, карбонатный и солевой горизонты. Вскипание наблюдается на глубине 35-46 см. В отличие от типичных черноземов имеют меньшие мощности почвенного профиля, перегнойно-аккумулятивного и гумусового горизонтов, высокую окарбоначенность почвенного профиля.
На выходах мелов и на черноземах карбонатно-меловых формируются кальцефильные степи.
Мел отличается от известняков гораздо меньшей твердостью и наличием микроканалов. По классификации Г.И. Бушинского (1954), чистый мел содержит более 95 % СаСОз, а мергель от 75 до 90 %. Именно к обнажениям чистого мела тяготеет большинство представителей кальцефильной флоры, так как в чистом виде кальций лучше усваивается растениями (Двуреченский, Григорьевская, 1985).
Мел - это осадочная горная порода (раковины кокколитофоид и форамини-фер). Он состоит из карбоната кальция (90-97 %) с небольшой примесью кремнезема, белого цвета, твердостью менее 1 по шкале Мооса. Вскипает в соляной кислоте, сухой на ощупь, в воде почти не растворяется и с водой пластической массы не образует, легко измельчается в порошок. Обладает низкой теплопроводностью и теплоемкостью. Поверхность мела имеет высокое (до 45 %), альбедо (Перельман, 1979; Михно, 1992).
На выходах мелов формируются черноземно-меловые почвы. Они характеризуются сильно распыленной структурой, плохими водно-физическими свойствами, легко поддаются процессам смыва, размыва и дефляции.
Растительность стационара «Варваровка»
Для изучения размещения и функционирования кальцефильных сообществ на стационаре «Меловая гора» мы провели более глубокие исследования питательного режима почвы, взаимовлияния растений на субстрат, поступления питательных веществ в растения и их накопления в фитомассе. Оценивали средо-образующую деятельность кальцефилов, доминирующих на различных этапах первичной сукцессии при формировании растительных сообществ на меловых обнажениях. Исследованы изменения некоторых физических и химических свойств меловых субстратов в прикорневой зоне доминантов в сравнении с почвой всего сообщества, содержание основных зольных элементов в фитомассе пяти видов облигатных кальцефилов, являющихся эндемичными для юга Среднерусской возвышенности {Matthiola fragrans, Androsace Koso-Poljanskii, Artemisia hololeuca, Scorophularia cretacea, Hyssopus cretaceus) и Stipa capillata - эдификатора климаксных сообществ, развивающихся на меловом субстрате.
Полученные результаты были статистически обработаны с помощью двухфакторного дисперсионного анализа (факторы: «вид» - биологические особенности доминанта сообщества и «условия» - изучаемые показатели в прикорневой зоне и в окружающей почвенной среде). Для оценки достоверности различий использовали t-тест Стьюдента, оценки связи признаков - корреляционный анализ (Лакин, 1991).
Нами отмечено, что эродированные склоны и меловые отвалы, в первый же год заселяются Hyssopus cretaceus и Matthiola fragrans. Причем, на более плотном субстрате обычно доминирует первый вид, а на сильно трещиноватом или разрыхленном, с преобладанием крупного щебня, - второй.
Сообщества с преобладанием Artemisia hololeuca и Scorophularia cretacea формируются на следующем этапе сукцессии, т.е. при разрушении крупного щебня (по мере накопления мелкозема в верхнем горизонте), однако на субстрате, еще не подвергшемуся процессу структурообразования.
Проломниковые сообщества с преобладанием Androsace Koso-Poljanskii занимают: во-первых, верхнюю часть склона на плотных субстратах, уже в значительной степени подвергнувшихся процессам почвообразования (невысокая щебнистость, сформированная водопрочная структура почвы, явно выраженные почвенные горизонты); во-вторых, в разных экспозициях склонов на сформированном остаточно-карбонатном черноземе на нарушенных залежах (вторичное местообитание). Сообщества с доминированием Stipa capillata широко распространены, в основном на плакоре, на остаточно-карбонатных слабо- и среднеэродированных черноземах, сформированных на элювии мела.
В процессе жизнедеятельности растений в прикорневой зоне за счет корневых выделений происходит накопление аминокислот, Сахаров, других легкоусвояемых компонентов, а так же различного рода высокомолекулярных, слабо разлагаемых остатков органического вещества в виде клетчатки, лигнина и др. (Славина, 1971; Фокин, 1994).
Многолетнее накопление органического вещества приводит к формированию вдоль главного стержневого корня отчетливо выраженного гумусного затека, визуально прослеживающегося в виде потемнения. Вовлечение в минеральный субстрат органического вещества сопровождается увеличением биомассы микроорганизмов и, в свою очередь, увеличением биологической активности субстрата в прикорневой зоне за счет микроорганизмов, включенных в циклы превращений азота. Косвенным показателем биологической активности может служить накопление нитратов в субстрате (табл. 3.7).
Результаты анализов свидетельствуют об исключительно важном явлении - повышенном содержании нитратного азота в прикорневой зоне пионерных видов, по сравнению с видами, находящимися на более поздних стадиях сукцессии. Дисперсионный анализ результатов показал, что повышение количества нитратов в прикорневой зоне, по сравнению с окружающей почвой, достоверно для Matthiola fragrans, Artemisia hololeuca, Scorophularia cretacea, Hys-sopus cretaceus (FT/Fst = 16,6; p 0,01). Подобной закономерности не установлено для Androsace Koso-Poljanskii и Stipa capillata. Наиболее значительно (в 4,5 4,9 раза) повышено содержание нитратов в прикорневой зоне Matthiolafragrans и Scorophularia cretacea.
Анализ полученных данных позволяет сделать вывод о том, что наибольшей нитрификационной способностью обладают виды со стержневой корневой системой, произрастающие на пионерной стадии.
У видов, доминирующих на более поздних стадиях сукцессии {Androsace Koso-Poljanskii и особенно Stipa capillata), преобладает аммонийный тип питания, как энергетически более эффективный, поскольку этим видам приходится развиваться в условиях большей конкуренции за элементы питания, по сравнению с пионерными видами.
Помимо накопления органического вещества и увеличения нитрификационной способности субстрата (и в значительной степени благодаря этому), в прикорневой зоне меняется влажность и водоудерживающая способность. Как следствие, начинаются процессы разрушения субстрата и формирования почвы. В первую очередь, это проявляется в повышении доли мелкозема в прикорневой зоне, по сравнению с почвенным окружением.
Анализ содержания мелкозема в прикорневой зоне и окружающем субстрате показал, что наиболее интенсивно процессы разрушения меловых пород происходят в ризосфере пионерных видов, особенно Hyssopus cretaceus. В при корневой зоне данного вида количество мелкозема на момент определения было в 4,6 раз выше, чем на незаселенных участках. Не установлено разницы между содержанием частиц с диаметром 1 мм в окружающем субстрате и ризосфере в сообществах, находящихся на заключительной стадии сукцессии с доминированием Stipa capillata (рис. 3.3).
Растительность стационара «Острасьевы Яры»
В качестве одного из методов восстановления растительности часто применяют введение режима заповедования. Многие ученые считают, что для повышения хозяйственной ценности и биоразнообразия степных фитоценозов достаточно использование заповедного режима в течение нескольких десятилетий (Раменский и др., 1956; Canned, 1957; Работнов, 1974, 1992; Растительные сообщества..., 1984; Огг, 1989; Мордкович и др., 1997). В результате снижения хозяйственной нагрузки на сообщество происходит восстановление растительного покрова, проективного покрытия, повышения надземной продуктивности, уменьшается плотность почвы и т.д. (Абрамчук, 1980; Гузенко, 2000; Остапенко, 2005).
До 2002 г. на степном участке Ботанического сада БелГУ участке проводился выпас домашнего скота (1-2 головы КРС/га). С 2002 г. введен заповедный режим и заложены опыты по реставрации степного фитоценоза на семи площадках в разных ландшафтных условиях.
Основным показателем, характеризующим эффективность использования питательных элементов растительным сообществом в данных экологических условиях, является надземная продуктивность (Титлянова, 1988).
Исследования, проведенные в 2002-05 гг. учетных площадках, расположенных в разных экологических условиях на степном склоне Ботанического сада БелГУ, показали, что после прекращения использования общей тенденцией является повышение надземной фитомассы в первом укосе. Фитомасса сообществ во втором укосе в значительной степени зависела от влагообеспечен-ности второй половины лета и варьировала в зависимости от местоположения учетных площадок (табл. 5. 1). Таблица 5. 2003 г.
В целом за 2 укоса в изучаемый период не установлено увеличение урожайности сообществ на учетных делянках. На величине отавности в 2005 г. особенно сказалась засуха второй половины лета, поэтому массы укосов ниже среднего уровня. Наиболее благоприятно сказалось введение заповедного режима на повышение урожайности на 4-й площадке, пострадавшей от выпаса больше остальных. На других вариантах опыта фитомасса сообществ оставалась примерно на одном уровне, варьируя за счет смены доминантов, обусловленной изменением от условий влагообеспеченности года.
Важным показателем функционирования сообщества является накопление ветоши на поверхности почвы. Ветошь, способствуя сохранению влаги, является питательным субстратом для нитрофицирующих бактерий, но в то же время она может являться препятствием семенного возобновления видов растений, роста и развития ювенильных особей и др. Введение заповедного режима способствует накоплению ветоши (Семенова-Тян Шанская, 1981, Мирошниченко, 1995 и др.). Исследования, проведенные в условиях стационарного опыта показали, что во всех вариантах опыта при введении заповедного режима отмечена тенденция накопления ветоши (табл. 5.2).
Наиболее значительное увеличение отмечено на площадках, располо-женных в нижнесклоновой части (10,2-13,8 г/м ), что достоверно выше по сравнению с верхнесклоновыми участками, на которых за три года заповедного ре-жима накапливалось 1,8-7,2 г/м воздушно-сухого вещества подстилки. Установлена положительная корреляция между проективным покрытием растений и накоплением ветоши на них (г= + 0,863), выявлена отрицательная корреляция средней силы (г=-0,532) между реакцией среды (уровень рН) и накоплением ветоши.
При уменьшении пастбищных нагрузок проективное покрытие и соответственно фитомасса восстанавливаются быстрее, чем видовое разнообразие. Использование корреляционного анализа позволило выявить отрицательную тесноту связи средней силы между проективным покрытием и содержанием обменного кальция в почве (г=-0,49) и положительную между запасами гумуса в почве (г= 0,65).
На наиболее эродированной площадке с неглубоким залеганием карбонатов проективное покрытие значительно ниже по сравнению со всеми изучаемыми площадками (табл. 5.3).
Всего по участку 69 71 71 75 73 78 74 83 I - число видов, шт.; II - проективное покрытие, % Проективное покрытие не коррелируют с видовым разнообразием. За 4-е года исследований уровень проективного покрытия повысился на 25-50 % в зависимости от условий расположения площадок, а видовое разнообразие на -6,7 %, за счет прорастания видов из банка семян и видов, встречающихся на смежных участках. Новых видов, не встреченных ранее на территории степного участка, не найдено.
По мнению многих ученых введение заповедного режима приводит к ме-зофитизации растительности (Ниценко, 1969; Работнов, 1984 и др.). Изменение экологической структуры сообщества в сторону мезофитизации за короткий срок, не более 4-х лет, не выявлено.
Таким образом, введение заповедного режима, не обеспечило резкого повышения уровня видового разнообразия растительности. Наблюдалось только повышение проективного покрытия, продуктивности, накопления ветоши, уменьшение плотности почвы, особенно на ранее уплотненных участках. Поэтому без использования эффективных методов внесения банка семян, растительных зачатков увеличение биологического разнообразия невозможно, особенно на участках, находящихся в хозяйственном использовании и удаленных от биологических резерватов.
