Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Природные условия района исследований 7
1.1. Географическое положение 7
1.2. Геологическое строение и рельеф 7
1.3. Гидрография 8
1.4. Климат 9
1.5. Почвы 11
1.6. Растительность 12
ГЛАВА 2. Методика исследований 16
2.1. Объект исследования 16
2.2. Предполевой этап исследований 16
2.3. Полевые исследования 21
2.4. Камеральная обработка материала 22
2.5. Объем выполненных работ 23
ГЛАВА 3. Растительность ключевого участка и ее классификация 24
3.1. Общие вопросы классификации растительности 24
3.2. Классификация растительности ключевого участка 25
ГЛАВА 4. Карта растительности как основа для составления фитоэкологической карты 61
4.1. Отражение современного состояния растительности на крупномасштабной геоботанической карте 61
4.2. Картометрический анализ растительности ключевого участка 68
4.3. Эпитаксон как способ отражения динамических тенденций растительного покрова на геоботанической карте 72
ГЛАВА 5. Методические основы создания фитоэкологической карты 80
5.1. Понятие о фитоэкологической карте 80
5.2. Оценка нарушенности растительного покрова в рамках территориальных комплексов 82
5.3. Оценка нарушенности растительного покрова в рамках функциональных зон 93
ГЛАВА 6. Отражение на фитоэкологической карте местообитаний редких и исчезающих видов растений 101
6.1. Уникальные растительные сообщества на фитоэкологической карте 101
6.2. Виды, занесенные в «Красную книгу Челябинской области», на фитоэкологической карте Ильменского заповедника 108
6.3. Эталонные участки опорной системы фитомониторинга и их отображение на фитоэкологической карте 115
6.4. Электронная версия фитоэкологической карты 117
ВЫВОДЫ 120
ЛИТЕРАТУРА 122
ПРИЛОЖЕНИЯ 131
- Растительность
- Классификация растительности ключевого участка
- Отражение современного состояния растительности на крупномасштабной геоботанической карте
Введение к работе
Закономерности распределения растительных сообществ, их состав, экологические и динамические свойства, формы пространственной структуры, ее размеры - все это отражают геоботанические карты. Геоботанические карты по сути своей экологичны и позволяют выявить не только фактическое состояние экосистем, но и определить основные тенденции их развития. В целом картографический метод является одним из исходных, посредством которого могут быть решены многие теоретические и практические задачи (Горчаковский и др., 1995). В современной экологии растений и геоботанике развивается новое направление - фитоэкологическое картографирование. Оно основано на выявлении пространственно-временной неоднородности растительного покрова, анализе его связей со средой (Горчаковский и др., 2000). В отличие от геоботанических, эти карты в большей степени отражают современное состояние растительного покрова, трансформированного в результате хозяйственной деятельности человека. Создание фитоэкологических карт разного уровня и масштаба приобретает в настоящее время особенно важное значение, поскольку они могут быть использованы в целях экологического мониторинга, оценки и прогнозирования состояния экосистем (Горчаковский и др., 2003).
Для территории Урала с применением оригинальной методики созданы фитоэкологические карты, которые дают интегральную оценку состояния растительного компонента экосистем на локальном, субрегиональном и региональном уровне (Горчаковский и др., 2001). Эти методические подходы целесообразно использовать и для заповедных территорий.
Несмотря на то, что особо охраняемые природные территории исключены из хозяйственной деятельности человека, они также подверглись процессу антропогенной трансформации. Их растительный покров претерпел изменения в период, предшествующий заповеданию. В настоящее время невозможно оградить особо охраняемые территории от косвенного влияния окружающих промышленных районов. Кроме того, внутри резерватов ведется научно-исследовательская деятельность, расположены кордоны лесной охраны.
Примером может служить один из старейших заповедников Урала -Ильменский. Растительность Ильменского государственного заповедника (ИГЗ) исследуется давно, здесь работали Л.Н. Тюлина (1928), Г.И. Дервиз (1940), Е.В. Дорогостайская (1961), П.Л. Горчаковский (1968) и многие другие. Однако с картографической точки зрения он изучен слабо. Существует карта растительности ИГЗ К.В. Горновского и Е.В. Дорогостайской 1948 года (неопубликованная), картируемой единицей которой служат группы ассоциаций и которая дает весьма общее представление о структуре растительного покрова заповедника. Следует отметить также картосхемы (М. 1:2000 и 1:500) синантропной растительности ряда кордонов (Фиторазнообразие..., 2005), картосхемы (М. 1:2000 и 1:5000) некоторых болотных массивов (Ивченко, 2005 а), но их масштаб скорее приближен к планам, и они характеризуют только определенный тип растительности.
Целью настоящего исследования является разработка методики отображения на фитоэкологической карте состояния и динамических тенденций растительного покрова особо охраняемых природных территорий (на примере Ильменского заповедника).
Для осуществления этой цели поставлены следующие задачи:
1. Изучить современный растительный покров.
2. Составить серию карт (современная растительность и прогноз ее изменения в будущем).
3. Разработать принципиальные основы создания фитоэкологических карт ООПТ с показом эталонных участков растительности, местообитаний редких и исчезающих видов растений, состояния и динамических тенденций растительного покрова.
Научная новизна и практическая значимость работы: Впервые для территории Южного Урала составлена фитоэкологическая карта (М. 1:100000) особо охраняемой природной территории (Ильменского заповедника) с применением геоинформационных технологий. Показано, что для оценки состояния и динамики растительного покрова на локальном уровне в заповедных территориях применим индекс антропогенной трансформации в рамках территориальных комплексов и в рамках функциональных зон. Выделены уникальные растительные сообщества исследуемого района, обнаружен новый вид сосудистых растений для Ильменского заповедника.
Фитоэкологическая карта ключевого участка Ильменского заповедника в комплексе с картой растительности может служить основой фитомониторинга. Полученные результаты применяются в учебном процессе на географо-биологическом факультете Уральского государственного педагогического университета.
Положения, выносимые на защиту:
1. Классификация растительного покрова ключевого участка Ильменского заповедника. Легенда крупномасштабной геоботанической карты изученной территории. Карта растительности ключевого участка Ильменского заповедника (М. 1:100000).
2. Оригинальные схемы эпитаксонов, отражающие динамические тенденции растительного покрова.
3. Оценка современного состояния растительности заповедной территории с применением индекса антропогенной трансформации в рамках территориальных комплексов и в рамках функциональных зон. Серия фитоэкологических карт (М. 1:100000), отражающих современное и прогнозируемое состояние растительного покрова ключевого участка Ильменского заповедника.
4. Отражение уникальных растительных сообществ, местонахождений редких и исчезающих видов растений, опорной сети фитомониторинга на фитоэкологической карте ООПТ.
Работа выполнена при поддержке грантов НШ-5551.2006.4 и РФФИ (проект № 05-04-48424).
За постоянное внимание, ценные советы и помощь в работе над диссертацией автор выражает сердечную благодарность научному руководителю акдемику РАН П.Л. Горчаковскому. [ Автор благодарит всех сотрудников лаборатории фитомониторинга и охраны растительного мира ИЭРиЖ УрО РАН. Особая благодарность выражается Н.Н. Никоновой, Т.В. Фамелис и О.В. Ерохиной за ценные консультации по вопросам картографии растительности, Е.А. Шуровой, М.С. Князеву, П.В. Куликову за помощь при определении высших растений, А.П. Дьяченко за помощь при определении листостебельных мхов, А.Г. Паукову за помощь при определении лишайников, а также В.В. Фомину за консультации по геоинформатике и Н.Б. Куянцевой за помощь в организации полевых работ.
Растительность
Ильменский государственный заповедник расположен в подзоне предлесостепных сосновых и березовых лесов бореально-лесной зоны Южного Урала (Горчаковский, 1968; Gorchakovsky, 1989). Растительный мир заповедника богат и разнообразен. На флористическом уровне это разнообразие представлено 953 видами сосудистых растений (в их числе 24 эндемика, 48 реликтов, 41 вид редких и исчезающих растений вошедших в «Красную книгу Челябинской области»), а на ценотическом - мозаикой лесных, луговых, степных и болотных сообществ, среди которых особый интерес представляют реликтовые островки горных степей на выходах серпентинитов и амфиболитов, а также уникальные липняки на островах озер Большое Миассово и Большой Кисегач (Фиторазнообразие..., 2005).
Г.И. Дервиз (1940) выделяет в пределах Ильменского заповедника следующие геоботанические районы:
1) район сосновых лесов (юго-восточная часть Ильменских гор);
2) горный комплекс сосново-лиственничных лесов (южная часть Ильменских гор);
3) район березняков (восточная часть северной половины заповедника);
4) переходный район между горным и предгорным (широкая впадина между Ильменским хребтом и Косой горой);
5) район сосново-березовых лесов и остепненных вырубок (северная часть Ильменских гор);
6) район злаково-полынных степей (разобщенные участки серпентинитовых массивов).
По данным лесоустройства 1985 г., 81% площади заповедника покрыто лесами, из них 55% - сосновые, 40% - березовые. Основные лесообразующие виды деревьев - сосна обыкновенная (Pinus sylvestvis), береза повислая (Betula penduld), береза пушистая (Betulapubescens) и осина (Populus tremula). Как лесообразователь на первом месте стоит сосна. Она господствует в южной части заповедника, в пределах Ильменского хребта и предгорий. На Ильменском хребте преобладают сосняки с хорошо развитым травянистым покровом, в некоторых местах с признаками остепнения. Лиственница сибирская (Larix sibirica) местами образует незначительную примесь к сосне, а на серпентинитовых сопках встречаются остепненные редкостойные лиственничники.
Сосновые леса предгорий остепнены в меньшей степени, чем сосняки Ильменского хребта. На вершинах гряд встречаются сосняки каменистые и бруснично-лишайниковые, ниже по склонам - сосняки зеленомошно-бруснично-черничные, травяные с покровом из Rubus saxatilis, Fragaria vesca и др., а также орляковые (с Pteridium aquilinum). Под влиянием пожаров и рубок сформировались условно-коренные сосняки с покровом из Chamaenerion angustifoliiim, Calamagrostis arandinacea- и др. Травяно-болотные и сфагновые сосняки встречаются редко.
Березовые леса по занимаемой ими площади лишь немногим уступают сосновым. В северной части заповедника они преобладают над другими растительными группировками. Большая часть березняков вторичного происхождения и возникла на месте бывших здесь прежде сосновых лесов, в связи с чем по составу травяного яруса многие сообщества таких березняков близки к исходным травяным соснякам. К востоку от Ильменских гор (в северной половине заповедника) распространены березняки крупнотравные (с Aegopodium podagraria), а иногда с ярусом из папоротника-орляка. Ближе к восточной границе заповедника травяной ярус березняков с признаками остепнения; сосна в их древостое отсутствует (Фиторазнообразие..., 2005).
Осинники встречаются во всех районах заповедника, но не занимают больших площадей. В их травянистом ярусе господствует лесное разнотравье, а на более влажных местообитаниях — крупнотравье (Aegopodium podagraria, Aconitwn septentrionale, Cacalia hastata и др.).
Черная и серая ольха, произрастая по большей части порознь, нередко занимают отдельные участки долин рсчек и ручьев, окраины озер и болот. При этом оба этих вида в одних случаях образуют группировки лесного характера с равномерно развитым древесным ярусом, со значительной сомкнутостью крон и сравнительно слабо развитым травостоем, а в других участвуют вместе с черемухой и крушиной в образовании так называемой «уремы» (Дорогостайская, 1961).
Одной из достопримечательностей предгорий Ильменского хребта служат небольшие участки липовых лесов {Tilia cordata) на островах оз. Большой Кисегач и оз. Большое Миассово (остров Липовый). Небольшие заросли липы встречаются и по лощинам Ильменского хребта.
Луга встречаются во всех частях заповедника. В районе предгорий некоторые из них («кошевые поляны» башкир) сформировались на месте очень старых вырубок; растительность здесь представлена обычным луговым разнотравьем. В нижней части склонов Ильменского хребта, в ложбинах и по западинам рельефа, где имеется дисперсный выход грунтовых вод на дневную поверхность, избыточное увлажнение почвы препятствует произрастанию древесной растительности и в этих условиях формируются горно-ключевые луга (Дорогостайская, 1961, Горчаковский, Коробейникова, 1975).
Классификация растительности ключевого участка
На ключевом участке представлено небольшими фрагментами на Демидовских сопках и на одной из вершин Ильменского хребта.
Древостой редкий, сомкнутость крон 30-40%. Преобладает Larix sibirica, с примесью Pinus sylvestris. Подрост единичный из Larix sibirica, Pinus sylvestris, иногда Betida pendula. В кустарниковом ярусе присутствуют Chamaecytisus ruthenicus, Cotoneaster melanocarpus, Rubus idaeus, Tilia cordata.
Травяно-кустарничковый ярус имеет общее проективное покрытие 50%. Доминируют Seseli libanotis, Calamagrostis arundinacea, в отдельных сообществах -Artemisia sericea; содоминантами выступают Rubus saxatilis, Polygonatum odoratum. С обилием sol. часто встречаются Galium boreale, Galium ruthenicum, Hieracium umbellatum. Отмечены реликты: Centaurea sibirica, Echinops ruthenicus, Thalictrum foetidum, Veronica spicata.
Мохово-лишайниковый ярус имеет общее проективное покрытие 10-30%. Мхи представлены Brachythecium salebrosum, Ceratodon purpureus, Plagiomnium cuspidatiim, Pylaisia polyantha, Sanionia uncinata, лишайники - Hypogymnia physodes и виды p. Cladonia.
Формация сосновых лесов представлена 4 группами ассоциаций.
Группа ассоциаций сосновые и лиственнично-сосновые редколесья включает 2 ассоциации.
2) Сосновое и лиственнично-сосновое редколесье остепненное. Занимает вершины Ильменского хребта (рис. 3.1).
Древостой редкий, сомкнутость крон 40-60%. Преобладает Pinus sylvestris, содоминантом изредка выступает Larix sibirica. Подрост из Larix sibirica, Pinus sylvestris, Betula pendula.
Кустарниковый ярус представлен Chamaecytisus ruthenicus, Cotoneaster melanocarpus, иногда Rosa majalis, Rubus idaeus, Sorbus aucuparia.
В травяно-кустарничковом ярусе (общее проективное покрытие 40-60%) доминируют Artemisia sericea, Seseli libanotis, Calamagrostis arundinacea, иногда Galium boreale. С обилием sol-sp. отмечены Rubus saxatilis, Helictotrichon desertorum, Polygonatum odoratum, Thalictrum foetidum. С обилием sol. часто встречаются Artemisia latifolia, Filipendula vulgaris, Hylotelephium triphyllum, Lupinaster pentaphyllus, Sanguisorba officinalis.
Мохово-лишайниковый ярус выражен слабо. Общее проективное покрытие не превышает 10%. С обилием sol. встречаются Abietinella abietina, Brachythecium salebrosum, Pleurozium schreberi, Pohlia nutans.
Присутствуют реликты инвазии растений степного комплекса на север в эпоху термического максимума второй половины среднего голоцена: Echinops ruthenicus, Festuca pseudovina и Veronica spicata, а также плейстоценовый реликт Thalictrum foetidum.
3) Сосновый лес бруснично-лишайниковый на каменистых обнажениях.
Приурочен к выходам горных пород (рис. 3.2). Почва щебнистая, маломощная. В древостое преобладает Pinus sylvestris, иногда с примесью Betula pendula. Сомкнутость крон составляет 40-70%. Подрост единичный, в основном Pinus sylvestris, иногда подрост Betula pendula. Кустарниковый ярус не сомкнут. Встречаются Chamaecytisus ruthenicus, Cotoneaster melanocarpus, Genista tinctoria, Padus avium, Sorbus aucuparia, Rosa majalis, Rubus idaeus.
Общее проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса 20-30%. Доминирует Vaccinium vitis-idaea, содоминирует Calamagrostis arundinacea, а в отдельных сообществах — Rubus saxatilis. С обилием sol. часто встречаются Artemisia latifolia, Euphorbia seguieriana, Hieracium umbellatum, Hylotelephium triphyllum, Orthilia secunda, Polygonatum odoratum, Polypodium vulgare.
Общее проективное покрытие мохово-лишайникового яруса 50-80%. Из лишайников часто встречаются Xanthoparmelia somloensis и виды p. Cladonia. Также отмечены Melanelia infumata, Lasallia pensylvanica. Из мхов часто встречаются Grimmia reflexidens, Abietinella abietina, Ceratodonpurpureus.
Отражение современного состояния растительности на крупномасштабной геоботанической карте
Для отражения современного состояния растительного покрова на обобщенных крупномасштабных (масштаб 1:50000 - 1:200000) картах растительности С.А. Грибовой и Т.И. Исаченко (1972) в качестве основной картируемой единицы рекомендована группа ассоциации и широко распространенные ассоциации. Резко усилившийся с начала 80-х гг. интерес к классификации растительности («классификационный бум») выдвинул и новые требования к геоботанической карте: все подразделения легенды карты (в том числе и собственно картируемая единица) должны иметь строго очерченный синтаксономический объем, а в легенде крупномасштабной карты должна получить отражение основная единица классификации растительности -ассоциация (Холод, Юрковская, 1994).
Ряд геоботанических карт, созданных для территории Урала, в качестве основной картируемой единицы использует растительную ассоциацию (Горчаковский и др., 2005; Ерохина, 2000; Ыиконова и др., 1992; Опыт..., 1977).
В традициях уральской геоботанической школы современное состояние растительного покрова ключевого участка Ильменского заповедника отражено на уровне ассоциаций. Объем основной картируемой единицы совпадает с основной наименьшей единицей классификации. Легенда карты растительности ключевого участка Ильменского заповедника включает 33 картируемых подразделения. Структура легенды иерархична и представляет систему подзаголовков, соподчиненных на разных уровнях, которые соответствуют единицам растительности различного ранга.
Для повышения экологической информативности карты в наименования подразделений легенды внесен компонент ландшафта: для отдельных сообществ указаны характерные местообитания, подстилающие горные породы, характер увлажнения.
Спецификой легенды карты растительности ключевого участка Ильменского заповедника явилось включение в названия подразделений эндемичных и реликтовых видов, характерных для данной ассоциации. Этот метод применим и для других особо охраняемых природных территорий.
Учитывая генетические связи, некоторые степные и луговые сообщества (при площади менее 4 га) объединялись в комплексы с соседними элементами топоэкологического ряда. В легенде представлено 10 подобных комплексов. Таким путем был заменен существующий способ отражения мелкоконтурных сообществ внемасштабными знаками. При помощи последних отмечаются эталонные участки и краснокнижные виды растений. Кроме того, создание комплексов позволило сохранить такую важную характеристику выделенного сообщества как площадь.
Коренная растительность в легенде представлена 21 наименованием, производная - 12. Все производные сообщества подчинены коренным и в легенде имеют буквенное дополнение к номеру основной ассоциации. Ниже представлена карта растительности ключевого участка Ильменского заповедника (рис. 4.1) и легенда к ней.
