Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. История эколого-флористических исследований экосистем озёр Ульяновского Предволжья 7
Глава 2. Материалы и методы исследования 12
Глава 3. Характеристика физико-географических условий Ульяновского Предволжья 18
3.1. Геология и геоморфология, особенности неотектоники 18
3.2. Климатические условия 24
3.3. Почвы 29
3 .4. Гидрография 35
3.5. Растительность 43
3.5.1 Леса 48
3.5.2. Степи 54
3.5.3.Луга 58
3.5.4. Болота 60
3.6. Ботанико-географическое районирование Ульяновского Предволжья 61
3.7. Флора Ульяновского Предволжья и её экологические особенности 67
Глава 4. Флора экосистем озёр Ульяновского Предволжья 70
4.1. Общий обзор флоры водных экосистем озер Ульяновского Предволжья 70
4.2. Систематическая структура флоры экосистем озёр Ульяновского Предволжья 71
4.3. Биологический анализ флоры экосистем озёр Ульяновского Предволжья 76
4.4. Ботанико-географический анализ экосистем озёр Ульяновского Предволжья 85
4.5. Экологический анализ экосистем озёр Ульяновского Предволжья 88
4.6. Эколого - фитоценотический анализ флоры экосистем озёр Ульяновского Предволжья 91
4.7. Хозяйственно - полезные растения флоры экосистем озёр Ульяновского Предволжья 92
4.8. Охрана флоры и растительности экосистем озёр Ульяновского Предволжья 95
Глава 5. Антропогенная трансформация флоры экосистем озёр Ульяновского Предволжья 103
Выводы 126
Литература 130
Приложение 148
- История эколого-флористических исследований экосистем озёр Ульяновского Предволжья
- Геология и геоморфология, особенности неотектоники
- Систематическая структура флоры экосистем озёр Ульяновского Предволжья
Введение к работе
Актуальность темы:
На протяжении многих лет, в ходе ботанических исследований на территории центральной части Приволжской возвышенности, основное внимание уделялось изучению наземных экосистем. Кроме этого, детальному изучению в последние годы подверглись степные сообщества, в частности, кальцефильная и псаммофильная флора, а также моховидные и лишайники. Изучение водоёмов, в том числе и экосистем озёр Ульяновского Предволжья, долгое время не проводилось. В соседних регионах, прибрежная и водная флора изучена довольно подробно (Марков,1955; Матвеев, 1959, 1961, 1963, 1964, 1969, 1973, 1978, 1990; Куданова, 1965; Кухальская и др., 1968; Матвеев, Плаксина, 1977; Афанасьева Н.Г. и др., 1979; Папченков, 1982, 1985, 1992, 2001; Лисицына, Экзерцев, 1984; Матвеев и др., 1984, 2000, 2002, 2004; Папченков, Димитриев, 1987; Марков и др., 1988; Плаксина, 1988, 2001; Лисицына и др., 1993; Папченков, Соловьёва, 1993; Конева, 1995; Лисицына, Папченков, 2000; Малиновская, 2000; Бакин и др., 2000; Матвеев, Соловьёва, 2001; Папченков, 2001; Васюков, 2002, 2005; Бакин, Ситников, 2005; Новиков и др., 2005; Папченков, 2005; Саксонов и др., 2005). Ульяновская область на карте изученности гидроботанических объектов, остаётся «белым пятном». Специальных работ, посвященных водно-прибрежной флоре озёр недостаточно, обобщающие работы отсутствуют. Систематизация имеющихся данных и сбор дополнительной информации о водных и околоводных растениях экосистем озёр, особенно важны для более полного представления о региональной флоре Ульяновского Предволжья. Материалы по водно-прибрежной флоре необходимы для ведения соответствующих природоохранных мероприятий. Исследование флоры экосистем озёр Ульяновского Предволжья восполнит этот пробел и станет базой в решении природоохранных задач и рациональном природопользовании, что особенно важно в условиях усиления антропогенной нагрузки на данные экосистемы.
4 Цель и задачи исследования:
Целью настоящего исследования было изучение флоры экосистем озёр Ульяновского Предволжья в ботанико-географическом, экологическом, таксономическом и природоохранном плане.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
Установить таксономический состав флоры озёр Ульяновского Предволжья.
Провести систематический, биологический, ботанико-географический, экологический, эколого-фитоценотический анализ флоры озёр изучаемой территории.
Определить географические и экологические закономерности распределения водных и прибрежных видов растений.
Выявить заслуживающие охраны водные и прибрежные виды растений и территории, предлагаемые к заповеданию.
Определить уровень антропогенной нагрузки на экосистемы озёр, и связанные с этим закономерности распределения синантропных и адвентивных растений на изучаемой территории.
Проанализировать свойства полезных в хозяйственном отношении видов растений и дать рекомендации по их использованию.
Научная новизна:
Впервые предпринято специальное изучение флоры экосистем избранных озёр Ульяновского Предволжья. Составлен конспект флоры водоёмов региона, включающий 355 видов сосудистых растений из 162 родов и 69 семейств. По результатам наблюдений автора, сделанных во время экспедиций, имеющимся литературным данным, выяснено распространение видов в районе исследования и составлен конспект известных местонахождений. Выявлено 23 новых для Ульяновской области вида сосудистых растений (Благовещенский, Раков, 1994). У ряда видов отмечены новые местонахождения. Определена приуроченность видов к различным
5 типам водоёмов и связь между распространением видов на исследуемой территории и гидрологическими особенностями их местообитаний. Установлена зависимость между распространением ряда водных и прибрежных видов растений, уровнем антропогенного воздействия на водоёмы и степенью эвтрофикации озёр. Выявлены редкие и нуждающиеся в охране растения, разработаны рекомендации по сохранению экосистем исследованных местообитаний. Приведена хозяйственная оценка видов флоры.
Практическая значимость:
Результаты данных исследований могут быть использованы при инвентаризации флоры Ульяновского Предволжья и Ульяновской области в целом, создании Красной книги Ульяновской области, а также, в перспективе, при картировании растительных ресурсов. Материалы исследования послужат основой для разработки системы рационального природопользования и охраны растительного покрова региона. Полученные данные используются в учебном процессе при чтении лекций, проведении спецкурсов и учебно-полевых практик студентов специальностей: «Биология», «Биоэкология», «Лесное хозяйство», «Почвоведение» и «Экология» экологического факультета Ульяновского государственного университета.
На защиту выносятся:
Таксономический, систематический, биологический, ботанико-географический, экологический и эколого-фитоценотический анализ флоры.
Экологические и географические закономерности распределения водных и прибрежных видов растений.
Связь уровня антропогенной нагрузки на экосистемы с закономерностями распределения синантропных и адвентивных растений на изучаемой территории.
4. Обоснование природоохранных мероприятий в экосистемах озёр, расширения сети ООПТ и базы мониторинговых исследований.
Апробация работы.
Материалы диссертации докладывались на Четвёртой всероссийской конференции по водным растениям (Борок, 1995), на конференциях: «Флора центральной России» (Липецк, 1995), «Проблемы экологии Ульяновской области» (Ульяновск, 1997), «Актуальные вопросы мониторинга экосистем антропогенно - нарушенных территорий» (Ульяновск, 2000), «Актуальные вопросы здоровья и среды обитания современного человека» (Ульяновск, 2005), ежегодных внутри вузовских конференциях Ульяновского государственного университета (2000-2003). Результаты настоящей работы включены в курс ботаники, читаемый для студентов - биологов, биоэкологов и почвоведов, а также в курс по экологии растений для студентов - экологов Ульяновского государственного университета.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на 147 страницах, включает 21 таблиц и 15 диаграмм. Диаграммы приведены в приложении. Диссертация состоит из введения, 5 глав, включающих обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты исследований и их обсуждение, выводов, списка литературы и приложения. Список цитируемой литературы содержит 201 источник.
История эколого-флористических исследований экосистем озёр Ульяновского Предволжья
Изучение флоры Среднего Поволжья, включая Ульяновское Предволжье имеет богатую историю (Матвеев и др., 2004). Наиболее ранние сведения, 1638 г., о растительном покрове приводит Адам Олеарий в своём труде «Описание путешествия в Московию, через Московию в Персию и обратно» (1806). Несколько позднее, 1768-1769 тт., некоторые сведения приводят в своих сочинениях известные путешественники, академики П.С. Паллас (1809) и И.И. Лепехин (1821). Но в сочинениях этих исследователей мы не находим никаких упоминаний о водной флоре. В 1852 году профессор Казанского университета Карл Клаус в работе «Флоры местные приволжских стран» дает довольно подробный список растений, произрастающих в окрестностях п. Сергиевска. Всего Клаусом было обследовано «не более ста квадратных верст». Кроме собственных гербарных сборов он использовал материал, полученный от местного любителя ботаники Г. Пабо. В числе видов, найденных на обследованной территории, Клаус указывает и некоторые водные растения, такие, как Hydrocharis morsus-ranae L., Limosella aquatica L., Myriophyllum verticillatum L., Potamogeton berchtoldii Fieb., P. pectinatus L., Typha angustifolia L. и ряд других.
В конце XIX века выходит монографическая работа С. И. Коржинского «Tentamen florae Rossia orientalis id est provinciarum Kasan, Wiatca, Perm, Ufe, Orenburg, Samara partis borealis atgue Simbirsk» (1898), в которой описывается флора восточной России, в том числе и часть территории нынешнего Ульяновского Предволжья.
Известный русский ботаник Д.И. Литвинов также в конце XIX века проводил исследования на территории современного Новоспасского района, а несколько позже В.И. Смирнов - на территории нынешнего Старокулаткинского района. Изучению при этом подвергались меловые сосняки, но водные и прибрежные ценозы не были затронуты. В начале XX века начинается период, когда усиленно разрабатывается методика исследования растительности. В 1901 году под редакцией В. П. Семёнова-Тян-Шанского выходит ценное комплексное описание Среднего Поволжья - «Россия. Полное географическое описание нашего отечества. Т.6. Среднее и Нижнее Поволжье». Изучается история происхождения растительности, экология отдельных видов, производится картирование растительности разных зон (Ососков и др., 1901). В это время на территории Среднего Поволжья и смежных областей работают такие крупнейшие ботаники, как В.Н. Сукачев, Г.Н. Высоцкий. В.И. Талиев, И.И. Спрыгин, В.Л. Савич и многие другие. Широкий размах принимают почвенные исследования Л.И. Прасолова, С.С. Неуструева, Г.Г. Даценко и др. Основным направлением данных исследований было изучение флоры и растительности лесов и степей. Водная флора и растительность при этом практически не затрагивалась.
В 1904 - 1906 годах подробное описание окрестностей Белого озера в Николаевском районе сделали Б.И. Диксон и Б.А. Келлер (1921). Они установили реликтовый характер флоры и растительности этой территории. Позднее публикации по исследованию данного уникального уголка природы приведены в работах М.И. Чинаева (1938), В.А. Климовицкого и СМ. Шиклеева (1961), В.И. Матвеева (1983).
Начиная с 1914 г. большие работы по изучению флоры и растительности поймы Средней Волги (от Ундор до Хвалынска) проводятся А.П. Шенниковым. Результаты этих исследований были опубликованы в работе «Волжские луга Средневолжской области» (1930). Автор отмечает «литературную неизвестность описываемого отрезка р. Волги». При работе основное внимание уделялось луговой растительности. Касаясь водоёмов, автор пишет, что «водную растительность возможно было наблюдать лишь попутно, без подробного изучения». Всего в пойме р. Волги в пределах бывшей Симбирской губернии А.П. Шенников указывает 250 видов высших растений, из них 19 видов деревьев и кустарников. Среди трав 133 вида - обычные пойменные растения, 177 видов - очень редкие, известные в 1-2 пунктах поймы. В целом, в работе приводится список водных и прибрежно-водных растений, насчитывающий 36 видов. Из них 10 видов выделяются как обычные: Alisma plantago-aquatica L., Butomus umbellatus L., Nuphar lutea (L.) Smith., Polygonum amphibium L., Potamogeton perfoliatus L., Rorippa amphibia (L.) Bess., Sagittaria sagittifolia L., Scirpus lacustris L., Slum latifolium L., Sparganium simplex Huds. Остальные виды А.П. Шенников указывает как редкие и очень редкие: Eleocharis acicularis (L.) Roem. & Schult., Hydrocharis morsus-ranae L., Iris pseudacorus L., Lemna minor L., L, trisulca L,, Potamogeton berchtoldii Fieb., P. compressus L., P. heterqfillus Schreb., Spirodela polyrhiza (L.) Schleid., Stratiotes aloides L. и др.
Геология и геоморфология, особенности неотектоники
Исследуемая нами территория - правобережье Ульяновской области, входит в состав центральной части Приволжской возвышенности, которая расположена на востоке Европейской части России в среднем течении р.Волги, между 52 градусами 31 минутой и 54 градусами 46 минутами северной широты и 45 градусами 47 минутами и 50 градусами 15 минутами восточной долготы (Дедков, 1978). Наибольшая протяженность области с севера на юг - 250 км, с запада на восток - 290 км. Общая площадь области составляет 37,2 тыс. кв. км., правобережья - около 27,9 тыс. кв. км. В административно-территориальном отношении исследуемый нами район ограничивается правобережной частью Ульяновской области. С севера данная территория примыкает к Татарстану и Чувашии, с северо-запада граничит с Мордовской республикой, с запада ограничивается Пензенской областью; с востока и юга соответственно Саратовской областью и Самарской губернией.
Речные долины на изучаемой территории совпадают с тектоническими прогибами, водораздельные массивы с валами. По мнению А.П. Дедкова (1970) это связано с неотектонической активностью валоподобных структур, что доказывается деформациями развитых здесь региональных поверхностей выравнивания. Их высоты в зонах положительных структур платформенного чехла оказываются более значительными, чем в зонах прогибов. Локальные структуры (брахиантиклинали, купола) обычно так же прямо выражены в рельефе, что связывается, как правило, с избирательной денудацией.
Формирование современного рельефа происходило под длительным воздействием процессов континентальной денудации, начавшейся в раннем олигоцене, когда широкий залив в прогибавшейся Ульяновско - Саратовской синеклизе сократился до широты г. Ульяновска. В дальнейшем при чередовании трансгрессий и регрессий южного моря шло формирование разновозрастных денудационно-аккумулятивных поверхностей выравнивания, которые на Приволжской возвышенности изучали Н,В. Колобов (1968), А.П. Дедков (1978) и другие исследователи. По мнению большинства авторов на данной территории можно выделить поверхности двух - трех основных уровней денудационной планации. Верхний ярус сглаженного рельефа имеет сплошное распространение на западе Ульяновского Предволжья. Эта область на севере выходит к р. Сура между сел Новосурское и Беловодье, на востоке протягивается почти до истока реки Свияга, на юге и юго-западе уходит в пределы Пензенской и Саратовской областей. К северо-востоку и востоку от области своего сплошного распространения высокое плато сохранилось лишь в виде изолированных плосковершинных останцовых массивов, расположенных в центральных частях Свияго-Барышского, Волго-Свияжского и других водоразделов. Плато верхнего яруса лежит на высотах 280 — 320 м, в нескольких пунктах достигает 330 м, а к югу от р. Канадей и Сызранка 350 - 360 м. А.П. Дедков (1978) отмечает, что рассматриваемая поверхность срезает на одном уровне различные по составу и возрасту горизонты палеогена, что говорит о ее денудационном происхождении.
Нижнее плато имеет в центральной части приволжской возвышенности большее распространение, чем верхнее. Особенно широко оно развито в бассейне р. Свияга, а севернее Ульяновска имеет сплошное распространение. На западе и юго-западе возвышенности нижнее плато вклинивается вдоль речных долин вглубь верхнего плато или окаймляет останцовые массивы, отделяя их от долин крупных рек. Абсолютные отметки нижнего яруса колеблются в пределах 180 - 240 м. Оно отделено от верхнего плато хорошо выраженным уступом крутизной 10 - 15, высотой 50 - 60 м. Непосредственно на правобережье р. Волга в пределах нижнего плато А.П. Дедков (1978) выделяет два уровня: верхний - 200 - 240 м, нижний - 150 -160 м над уровнем моря. Кроме основных уровней денудации центральная часть Приволжской возвышенности характеризуется развитием более молодых форм рельефа -это четвертичные речные террасы и связанные с ними разновозрастные склоны. Наиболее высокая пятая цокольная терраса прослеживается в верхнем течении р. Свияга, относительная высота цоколя составляет 25 - 30 м, поверхности - 50 - 75 м (Бутаков и др. 1998). Во многих долинах хорошо выражена четвертая надпойменная терраса днепровского возраста с относительной высотой от 30 до 65 м. Как и в долине р. Волга, она повсеместно состоит из двух аллювиальных свит: нижней лихвинской, представленной русловой и пойменной фациями нормально развитого аллювия, и верхней перигляциальной собственно днепровской, сложенной слоистыми песками, супесями и суглинками буро-желтого цвета мощностью 15 - 20 м. По наблюдениям А.П. Дедкова (1970), перигляциальный аллювий характерен для рек, имевших не только ледниковое, но и местное питание, а перегруженность рек наносами связана с интенсивным развитием делювиально-солифлюкционных процессов на склонах.
Систематическая структура флоры экосистем озёр Ульяновского Предволжья
Флора - совокупность видов растений, встречающихся в данной области (местности, стране), слагающих все свойственные ей растительные сообщества, заселяющих все типы местообитаний (Толмачёв, 1974). Под флорой, в данной работе, понимается более узкое представление о совокупности видов высших растений, конкретно семенных и папоротникообразных, без учёта мхов, хотя последние в объеме сплавинной части многих озёр Ульяновского Предволжья были исследованы здесь И.В. Благовещенским (1995, 1997а, б, в).
Важнейшим признаком каждой флоры является её видовой состав. Учёт видов, произрастающих на определённой территории - инвентаризация флоры - представляет необходимую основу каждого флористического исследования.
Для того чтобы иметь возможность научного анализа флоры, инвентаризация её должна быть проведена возможно полно. При проведении её необходимо помнить, что в составе каждой флоры наряду с видами обычными и хорошо заметными существуют и виды редкие, представленные ограниченным числом особей, иногда приуроченные к специфическим, редко повторяющимся в изучаемом районе местообитаниям. Учёт таких видов для создания верного представления о природе флоры имеет не меньшее значение, чем учёт видов обычных. Для полноты сведений по флоре экосистем озёр Ульяновского Предволжья, кроме собственных данных, были использованы имеющиеся литературные источники (Шенников, 1924; Левина и Голицын, 1953; Благовещенский и др., 1984; Кузьмичев, 1992; Кузьмичёв и др., 1992; Благовещенский, Раков, 1994; Лисицына, Папченков, Артеменко, 1993; Матвеев, Шилов, 1996; Матвеев, Соловьёва, 1997; Папченков, 2001; Раков, 2003; Матвеев, Соловьёва, Саксонов, 2004), а также сборник «Гидроботаника: методология, методы» (2003).
Исходя из этих положений, ниже приводится «Конспект флоры экосистем озёр Ульяновского Предволжья» (приложение 1) и проводится анализ флоры данного района исследования. Следует отметить, что в анализируемую флору вошли все найденные, по исследованиям 1994-2004 гг., на территории обследованных озёр виды, в том числе антропофильные, а также виды, приведённые для данньтх экосистем Ульяновского Предволжья в литературных данных.
Впервые для флоры экосистем озёр, также как и для флоры Ульяновской области в целом, отмечено 23 новых вида (Благовещенский, Раков, 1994). В значительной степени уточнены местообитания большинства водных и прибрежных видов флоры. В ходе исследований для большинства видов растений подтверждено присутствие во флоре. По исследованиям автора на изученных озёрах отмечено 252 вида, что составляет более 70% от общего количества видов флоры экосистем озёр (приложение 2).
Из общего количества видов флоры (355) более 90% (323 вида) указано в «Конспекте флоры высших сосудистых растений Ульяновской области» (Благовещенский, Раков, 1994), около 72,4% (257 видов) указывается для флоры г. Ульяновска и его окрестностей (Раков, 2003), а также по исследованиям прошлых лет: около 38,6% (137 видов) по работам Р.Е. Левиной и СВ. Голицына (1953) и чуть более 10% (36 видов) по описаниям АЛ. Шенникова 0 924).
