Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы исследования и характеристика района работ 6
Глава 2. Картографические материалы, использованные при разработке реперной сети 26
Глава 3. Картографическая комплектация реперной сети 44
Глава 4. Ландшафтная верификация реперных участков 55
Глава 5. Фитоценотическая верификация реперных участков... 89
Глава 6. Дендрофлористическая верификация реперных участков 159
Глава 7. Возможности использования реперной сети
для регионального экологического мониторинга 214
Выводы 225
Список использованной литературы 227
Приложение 246
- Картографические материалы, использованные при разработке реперной сети
- Ландшафтная верификация реперных участков
- Дендрофлористическая верификация реперных участков
Введение к работе
Актуальность исследования. Проведение работ по оценке биологического разнообразия крупных регионов требует привлечения большого числа специалистов различного профиля. Это создает организационные и экономические трудности и делает актуальным выбор минимального числа небольших по площади ключевых участков, достаточно полно отражающих региональные особенности биоты. Исключения субъективизма при решении данной проблемы можно достичь, используя картографические методы.
Для поиска предварительных данных биологи обычно используют текстовые работы своих коллег. Между тем обширную биологическую информацию несут разнообразные тематические карты природы. Они, как правило, дают более точную территориальную привязку информации, чем другие источники.
В последние годы для решения разнообразных биологических задач широкое применение получает ландшафтный подход к организации экологического мониторинга (Номоконов, 1989; Михеев, 2001; Антипов, Дроздов, Кравченко и др., 2002). При этом желательно брать не случайно выбранные комбинации, а лишь те, которые составляют ценохоры ландшафтного сопряжения; последние несут богатейшую информацию о состоянии всех элементарных экосистем целой зональной полосы или высотного пояса (Намзалов, 1999).
Организация мониторинга на основе снятия информации с участков, с наибольшим ландшафтным разнообразием, важна еще и потому, что при значительном разнообразии контактирующих экосистем максимально выражено проявление -экотонов. Это существенно повышает надежность выявления регионального биологического разнообразия на видовом и ценотическом уровнях.
Целью исследования явилась оптимизация экологического мониторинга крупного региона на разных экосистемных уровнях с использованием формализованного выбора реперных участков.
В задачи работы вошло:
- инвентаризация региональных материалов эколого-биологического
содержания, необходимых для построения реперной сети;
разработка методических подходов выделения реперных участков;
построение проекта сети мониторинга;
- верификация сети на основе ее натурного ландшафтного,
фитоценотического и дендрофлористического обследования;
- оценка уровня отражения на реперных участках видового, ценотического
и экосистемного разнообразия модельной территории.
Научная новизна заключается в разработке и практической апробации оригинального формализованного метода выбора реперной сети экологического мониторинга, в построении такой сети для конкретной модельной территории - юго-западной части Байкальской природной территории, в уточнении видового состава дендрофлоры и фитоценотического разнообразия этого региона.
Практическая значимость исследования. Разработанная реперная сеть может быть использована для оптимизации экологического мониторинга в
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С Петербург /л t
4 і
Байкальском регионе, а также для организации исследовательских работ флористической, фаунисгаческой и биогеоценотической направленности. Апробированный метод может найти широкое применение при построении реперной сети экологического мониторинга других крупных регионов.
Положения. ВЫНОСИМЬге ня чятциту:
разработан формализованный метод выявления минимального числа территорий, наиболее полно отражающих региональные особенности биоты, как в условиях естественного развития сукцессионных процессов, так и в обстановке различной антропогенной нарушенное;
минимальная реперная сеть для ведения экологического мониторинга наземных экосистем в юго-западной части Байкальской природной территории может быть ограничена 20 участками, соответствующими малым квадратам (10
х 10 км) сети Universal Transverse Mercator (UTM);
- предложенная сеть отражает видовое разнообразие региональной
дендрофлоры на уровне не менее 73,6 - 75,7 %, фитоценотическое разнообразие
- на уровне не менее 95,8 %.
Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались на Всероссийской студенческой конференции «Экология и проблемы защиты окружающей среды» (Красноярск, 1999), Всероссийском совещании «Реакция растений на глобальные и региональные изменения природной среды» (Иркутск, 2000), Южно-Сибирской международной научной конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири - 2000 год» (Абакан, 2000), Всероссийской научной конференции «Географические идеи и концепции как инструмент познания окружающего мира» (Иркутск, 2001), «Сибирской Региональной ГИС-конференции» (Иркутск, 2002), Международной конференции «Средообра-зующая роль бореальных лесов: локальный, региональный и глобальный уровни» (Красноярск, 2002), Международной конференции «Биоразнообразие и устойчивое природопользование горных экосистем» (Новосибирск, 2002), Региональной научной конференции «Растительный покров Байкальской Сибири» (Иркутск, 2003).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, 1 статья находится в печати.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, двух частей, включающих 7 глав, выводов, списка использованной литературы (198 отечественных и 13 иностранных источников) и приложения. Она изложена на 268 страницах, содержит 8 таблиц, 3 из которых вынесены в приложение, и 66 рисунков (фотографии, схемы, карты).
Картографические материалы, использованные при разработке реперной сети
Одним из важных факторов, определяющих экологическую обстановку Байкальского региона, является его биота — растительный покров и животное население. Центральное место в информации о биоте региона должно быть отведено растительности. Это обусловлено сложной и многоплановой экологической ролью растительности, которую она выполняет в природных и природно-хозяйственных системах, а также большой интенсивностью современных антропогенных нагрузок на нее. Достаточно полную информацию о растительности региона, позволяющую объективно оценивать состояние окружающей среды в нем и принимать решения об охране и рациональном использовании растительных ресурсов несут ландшафтные и геоботанические карты (Белов, Лямкин, Волкова и др., 1998). Ландшафтные карты
Ландшафтные карты позволяют оценить разнообразие экосистем по региональному и геотопологическому признакам. Опосредованно они отражают особенности климатопов, эдафические условия и другие факторы, обусловливающие формирование тех или иных растительных комплексов (Михеев, 2001).
Основное значение для отражения ландшафтной структуры Байкальского региона, характеризующейся большой сложностью как по набору природных комплексов, так и по степени их контрастности, имеет карта «Ландшафты юга Восточной Сибири» М 1 : 1 500 000 (Михеев, Ряшин, 1977).
Содержание. В легенде вся совокупность геомов и других более мелких ландшафтных подразделений подчинена геосистемам планетарной размерности. Рассматриваемая территория относится к двум субконтинентам: Северной Азии (байкало-джугджурские, восточносаянские, южносибирские, амуро-сахалинские и среднесибирские геосистемы) и Центральной Азии (западнозабайкальские даурского типа и онон-аргунские геосистемы).
В легенде также отражены и крупные региональные таксоны, которым подчинены картируемые группы геомов. Так, в подзаголовках А, Б, В обозначены субконтиненты и типы природной среды (типы ландшафтов). В рубриках Ai—А5 указан класс геомов и принадлежность их к физико-географической области (т. е. подкласс геомов). Название самих геомов (I— XXX) содержит прямое или косвенное указание на группу и подгруппу, к которым геомы относятся. В полном тексте легенды и соответственно на карте указаны динамические категории групп фаций. Производная растительность таежных групп фаций показана на карте внемасштабными условными обозначениями (Сочава, 1978).
Для территории, выбранной в настоящей работе в качестве модельной, ландшафтная карта включает 56 индексов легенды (групп фаций), относящихся к 25 геомам, к 8 подклассам, к 2 субконтинентам и 3 типам природной среды (рис. 7). Карта имеет 3 врезки.
Из числа карт, опубликованных массовым тиражом, наиболее полные сведения о растительном покрове рассматриваемого региона, несет карта «Растительность юга Восточной Сибири» М 1 : 1 500 000 (Белов, Гаращенко, Кротова и др., 1972). На ней показан не только современный растительный покров, но и основные антропогенные динамические проявления в нем, а также фитоэкологический потенциал всей территории (Белов, 1973).
Содержание. На карте растительности как наиболее крупные геоботанические единицы отражены типы растительности: гольцовая (фратрии Горнотундровых и Альпийских формаций), таежная (Урало-Сибиркая, Ангаридская и Берингийская фратрии формаций), степная (Заволжско-Казахстанская и Монголо-Китайская фратрии формаций). Наименьшими картируемыми единицами являются группы растительных ассоциаций.
Каждый номер выдела легенды имеет подробную характеристику ценотической структуры и флористического состава доминирующих видов в растительных сообществах. На карте показана спонтанная и антропогенная динамика растительных сообществ. Подробная легенда в целом достаточно детально отображает главные особенности распределения растительности Байкальского региона (Белов, 1973).
Для модельной территории карта растительности включает 36 индексов легенды (групп растительных ассоциаций), относящихся к 8 формациям, к 6 фратриям формаций и 3 типам природной среды (рис. 8). Несмотря на меньшее по сравнению с ландшафтной картой число индексов легенды, карта растительности несет более детальную характеристику рассматриваемых фитоценозов.
Ландшафтная верификация реперных участков
Общая физико-географическая характеристика реперных участков приводится по картографическим материалам, перечисленным в главе 2. Для каждого участка по единой схеме выполнено краткое описание его положения, рельефа, климата, гидросети, ландшафтной структуры на уровне геомов. Более подробная ландшафтная характеристика дается по результатам выполненных натурных исследований, а также работ, опубликованных другими авторами. Использованы также материалы, любезно предоставленные Н.В.Дударевой, А.В.Верхозиной, И.Н.Егоровой, В.В.Тощаковой, Н.С.Бережной. Описываются особенности нарушенности экосистем природными и антропогенными факторами.
Реперный участок № 1: 10339 в.д. - 10348 в.д., 5349 06"с.ш. -5354 33" с.ш. Участок расположен в юго-западной части Лено-Ангарского плато. Большая его часть относится к Усть-Удинскому району Иркутской области, юго-восточная часть - к Осинскому району Усть-Ордынского Бурятского автономного округа. Преобладают среднегорные возвышенности (420 - 770 м) с крутизной склонов до 20-35. По участку в меридиональном направлении протекает р. Уда (ширина менее 60 м), в которую впадают реки Радуй и Прямая Уда (рис. 16). Для территории характерен резко континентальный климат (степень континентальное по Ценкеру - 75 %). Сумма активных температур составляет около 1400С. Годовая сумма осадков составляет 300 - 400 мм. По характеру атмосферного увлажнения территория относится к числу умеренно влажных (коэффициент увлажнения по Н.Н.Иванову за вегетационный период - 1,0). Мощность снежного покрова около 60 см. На территории господствуют горнотаежные южносибирские сосновые леса с примесью лиственницы. Характерны также равнинно-плоскогорные среднесибирские темнохвойные леса и замещающие их серийные сосняки.
Натурное обследование реперного участка показало, что здесь действительно хорошо выражены сосновые и лиственнично-сосновые кустарничково-травяно-зеленомошные леса, показанные на ландшафтной и геоботанической картах. Сообщества темнохвойных лесов коренного типа -пихтово-кедровые кустарничково-мелкотравно-зеленомошные и елово-кедрово-пихтовые чернично-травяно-зеленомошные - не найдены, но в подросте сосновых лесов хорошо представлена ель сибирская. Это свидетельствует, что данные леса являются сукцессионной восстановительной серией на месте темнохвойных древостоев. Оказались не выявлены светлохвойные травяно-брусничные леса. Установлено, что на рассматриваемом участке хорошо представлены сосновые и лиственнично-сосновые мелкотравно-зеленомошные леса. Локальные территории занимают березовые мелкотравные леса, пойменные ельники хвощовые, заболоченные и суходольные луга (рис. 17).
Территория не имеет постоянного населения (п. Радуйский заброшен). Антропогенное влияние выражается в интенсивных лесозаготовках.
Реперный участок № 2: 10554 в.д. - 10603 в.д., 5338 1Г с.ш. -5343 38" с.ш. Участок расположен в Предбайкальской впадине, в Качугском районе Иркутской области. Для большей части территории характерен среднегорный возвышенный рельеф с абсолютными высотами от 600 до 800 м. В центральной части участка протекает р. Манзурка, имеющая многочисленные протоки и старицы. В нее впадает несколько мелких рек. Часть поймы заболочена (рис. 16). Для территории характерен резко континентальный климат (степень континентальности 80-85 %). Сумма активных температур составляет 1200 - 1400С. Годовая сумма осадков незначительна и составляет 250 - 300 мм. По характеру атмосферного увлажнения территория относится к числу умеренно влажных районов (коэффициент увлажнения за вегетационный период - 0,9). Мощность снежного покрова около 20 см. В растительном покрове преобладают два комплекса - лесной и степной. Бореальные лесныегеосистемы включают горнотаежные и равнинно-плоскогорные леса. В горнотаежных байкало-джугджурских лесах ведущее положение занимают лиственничники. Хорошо выражены также горнотаежные южносибирские светлохвойные леса. На правобережье р. Манзурка представлены центральноазиатские горные западнозабайкальские даурского типа галофитно-луговые степи.
Натурное обследование реперного участка показало, что здесь действительно хорошо выражены светлохвойные леса - лиственничные и сосновые травяные леса, а также долинные осоково-злаковые лугово-болотные солонцеватые степи и осоково-злаковые, преимущественно солонцеватые луга в сочетании с осоковыми болотами и ивняками, показанные на ландшафтной и геоботанической картах (рис. 18, 19). Кедрово-лиственничные с примесью ели кустарничково-моховые леса, лиственничные бруснично-разнотравные леса нами не выявлены.
Дендрофлористическая верификация реперных участков
В качестве индикаторов видового разнообразия была выбрана дендрофлора. Виды растений, относящиеся к этой жизненной форме (фанерофиты), отличаются широким распространением и разнообразием экологических требований. Среди деревьев, кустарников и кустарничков хорошо представлены как эвритопные, так и стенотопные виды. Во многих случаях именно представители этой группы выступают в качестве эдификаторов растительных сообществ (Шаманова, 2003).
В главе использована номенклатура таксонов и экологическая характеристика видов, принятых в определителе «Флора Сибири» (1988 -1997). Высшие таксономические категории (семейство, порядок, класс, отдел) приводятся из «Жизни растений» (1974 - 1982). В квадратных скобках даны синонимы видов по определителю «Флора Центральной Сибири» (1979).
Отдел Gymnospermae, или Pinophyta - Голосеменные
Класс Pinopsida —Хвойные, или Пинопсиды
Порядок Pinales - Сосновые
Семейство Pinaceae — Сосновые
Род Abies Hill - Пихта
Abies sibirica Ledeb. — Пихта сибирская. Дерево до 30 м высотой. В кедровых, еловых, лиственничных, смешанных лесах и редколесьях, иногда образует чистые насаждения. В высокогорьях (1900 - 2150 м над уровнем моря) встречается стланиковая форма (Флора Сибири, т. 1, 1988). Нами отмечена на реперных участках № 3, 11, 13, 16, 17, Л.И.Номоконовым и др. (1984) - на участке № 5, И.Н.Егоровой - на участке № 9, Л.В.Бардуновым, Е.Гоголь, Ю.Ветровой (IRK) - на участке № 15 в местообитаниях со средне- и высокогорным рельефом, с умеренной и высокой влагообеспеченностью.
Род Larix Hill - Лиственница
Larix sibirica Ledeb. — Лиственница сибирская. Дерево до 40 м высотой. Главная лесообразующая порода на юге Средней Сибири, образует чистые и смешанные леса (Флора Сибири, т. 1, 1988). Эвритопный вид. Нами отмечена на реперных участках № 1, 2, 3, 5, 7, 11, 13, 15, 18, Н.В.Дударевой и А.В.Верхозиной - на участке № 6, И.Н.Егоровой — на участке № 9 в местообитаниях со среднегорным рельефом, с умеренной тепло- и влагообеспеченностью.
Род Picea A.Dietr. — Ель
Picea obovata Ledeb. - Ель сибирская. Дерево до 30 м высотой. Образует чистые и смешанные насаждения с темнохвойными и мелколиственными породами (Флора Сибири, т. 1, 1988). Эвритопный вид. Нами отмечена на реперных участках № 1, 2, 5, 10, 11, 13, 15, 16, 17, 18, Н.В.Дударевой и А.В.Верхозиной - на участке № 6, И.Н.Егоровой - на участке № 9 в местообитаниях со средне- и высокогорным рельефом, с высокой влагообеспеченностью.
Род Pinus L. - Сосна
Pinus sylvestris L. — Сосна обыкновенная. Дерево до 35 м высотой. Образует чистые насаждения на песчаных почвах, каменистых склонах и скалах, а также входит в состав лиственничных и смешанных лесов (Флора Сибири, т. 1, 1988). Эвритопный вид. Нами отмечена на большинстве реперных участках (№ 1, 2, 3, 4, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 18, 20), Л.И.Номоконовым и др. (1984) - на участке № 5, Н.В.Дударевой и А.В.Верхозиной - на участке № 6, И.Н.Егоровой — на участке № 9 в местообитаниях со среднегорным рельефом, с умеренной тепло- и влагообеспеченностью.
Pinus sibirica Du Tour - Сосна сибирская (Кедр сибирский). Дерево до 38 м высотой. Растет с пихтой и елью или образует чистые насаждения в горных районах Сибири, часто у верхней границы леса (Флора Сибири, т. 1, 1988). Нами отмечен на реперных участках № 3, 7, 11, 15, 16, 17, 18, Ю.С.Чередниковой (1980) на - участке № 14, Н.В.Дударевой и А.В.Верхозиной - на участке № 6, И.Н.Егоровой — на участке № 9 в местообитаниях со средне-и высокогорным рельефом, с низкой и умеренной теплообеспеченностью и высокой влагообеспеченностью.
Pinus pumila (Pall.) Regel — Кедровый стланик. Приземистый или стелющийся, ветвистый кустарник 4 — 5 м высотой. В высокогорьях Восточной Сибири образует заросли по каменистым склонам, вершинам водоразделов, гранитным россыпям, в кедровых и лиственничных редколесьях (Флора Сибири, т. 1, 1988). Нами отмечен на реперных участках № 3, 17, Н.В.Дударевой и А.В.Верхозиной - на участке № 6, В.Н.Моложниковым, В.В.Моложниковой (1988) — на участке № 16 в местообитаниях со средне- и высокогорным рельефом, с низкой теплообеспеченностью и высокой влагообеспеченностью.
Порядок Cupressales - Кипарисовые
Семейство Cupressaceae — Кипарисовые
Род Juniperus L. - Можжевельник
Juniperus communis L. — Можжевельник обыкновенный. Невысокое деревцо с прямым стволом, в Сибири не выше 2,5 м. Растет на равнинах под пологом сосновых, лиственничных и смешанных лесов (Флора Сибири, т. 1, 1988). Отмечен Н.В.Дударевой и А.В.Верхозиной на реперном участке № 6 в ерниково-кедровостланиковых кустарничково-лишайниковых зарослях с кедром сибирским в местообитаниях со среднегорным рельефом, с низкой теплообеспеченностью.
Juniperus pseudosabina Fisch. & С.А.Меу. — Можжевельник ложноказацкий. Стелющийся кустарник не более 2 м высотой. В высокогорьях на каменистых склонах, скалах, среди каменных россыпей и зарослей кедрового стланика, в кедровых и лиственничных редколесьях, образует небольшие заросли (Флора Сибири, т. 1, 1988). На модельной территории произрастает на хребте Хамар-Дабан.
Juniperus sibirica Burgsd. - Можжевельник сибирский. Низкий (0,5 - 1,0 м высотой), стелющийся густоветвистый кустарник. В высокогорьях на скалах, каменистых склонах и россыпях, пустошных лугах, в лиственничных редколесьях, среди кедрового стланика и березы растопыренной (Флора Сибири, т. 1, 1988). Нами отмечен на реперном участке № 3 (Байкальский хребет, верховье р. Кочерикова) в кустарниковых зарослях в сочетании с субальпийскими луговинами в местообитаниях со среднегорным рельефом, с низкой теплообеспеченностью и умеренной влагообеспеченностью (рис. 49).
Класс Gnetopsida - Гнетовые, или Гнетопсиды
Порядок Ephedrales — Эфедровые
Семейство Ephedraceae — Эфедровые, или Хвойниковые
Род Ephedra L. — Хвойник
Ephedra davurica Turcz. - Хвойник даурский. Стеблевой безлистный кустарничек высотой до 25 см. В сухих степях и на каменистых склонах (Коропачинский, 1983; Флора Сибири, т. 1, 1988). Нами отмечен на реперном участке № 2 в Иркутской области на правом берегу р. Манзурка (окрестности с. Литвинова) в степи среди выходов скальных сланцеватых пород, покрытых лишайниками, А.А.Киселевой (IRK) — на участке № 7 на западном побережье оз. Байкал, залив Мухур (с. Шида) на скалах и на участке № 18 в Бурятии в окрестностях г. Гусиноозерск на горных степных склонах с высокой теплообеспеченностью (рис. 50).
