Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА. I. ЭДАФО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕГИОНА 8
1.1. Географическое положение 8
1.2. Климат 8
1.3. Гидрография... 9
1.4. Гидрология 13
1.5. Почвы 14
1.6. Уровень Каспийского моря и его колебание 17
ГЛАВА П. ОБЗОР ИСТОРИИ ИССЛЕДОВАНИЯ ФЛОРЫ И РАСТИТЕЛЬНОСТИ ДЕЛЬ ТЫ ВОЛГИ 20
ГЛАВА III. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. 25
3.1. Основание выбора стационарных участков наблюдений .25
3.2. Наблюдения на стационарных участках 26
ГЛАВА IV. ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ СРЕДЫ СТАЦИОНАРНЫХ УЧАСТКОВ. 45
4.1. Общая характеристика стационарных участков 45
4.2. Длительность и обеспеченность затопления стационарных участков 58
4.2. Уровень и минерализация грунтовых вод 59
4.3. Влажность почв стационарных участков 61
4.4. Особенности характера засоления почв стационарных участков 66
ГЛАВА V. АНАЛИЗ ФЛОРЫ ДЕЛЬТЫ ВОЛГИ 83
5.1. Таксономический обзор флоры дельты Волги 83
5.2. Вертикальная структура травостоя 92
5.3 Фенология 98
5.4. Географические элементы, жизненные формы, экологические группы растений в дельте Волги 105
ГЛАВА VI. ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНОСТИ ДЕЛЬ ТЫ ВОЛГИ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ. 108
6.1. Характеристика растительности 108
6.2. Динамика растительности лугов низкого уровня 119
6.3. Динамика растительности лугов среднего уровня 130
6.4. Динамика растительности лугов высокого уровня 140
6.5. Анализ связей между продуктивностью и экологическими факторами 152
ГЛАВА 7. ЭКОСИСТЕМА ДЕЛЬТЫ ВОЛГИ КАК ОБЪЕКТ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ. 171
7.1 Классификация экологических прогнозов 171
7.2. Экосистема как объект прогнозирования 180
7.2.1. Основные проблемы экологического прогнозирования 182
ГЛАВА 8. РЕДКИЕ И ИСЧЕЗАЮЩИЕ РАСТЕНИЯ 194
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 262
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 266
Введение к работе
Актуальность исследования. Проблемы экологии и вопросы охраны природы и необходимости сохранения естественной среды обитания для человека в современную эпоху приобрели глобальное значение. Решение этих сложных комплексных вопросов невозможно без всесторонних флористических исследований, связанных как с изучением конкретных флор, так и конкретных экологических показателей состояния флоры и растительности, без анализа среды обитания фитоценозов.
К настоящему времени накоплен значительный по объёму фактический флористический материал по дельте Волги, но отсутствует полное и детальное его обобщение и осмысление. Для разрешения назревших вопросов и предпринята попытка анализа результатов исследования флоры дельты Волги проводимых с 1978 года по настоящее время.
Дельта реки Волги - крупнейшая в Европе внутренняя дельта и самая крупная на Каспии. Это угодье имеет ключевое стратегическое значение в сохранении биоразнообразия Европы, в том числе и флористического. Именно местообитания водно-болотных угодий дельты Волги являются наиболее сохранившимися в Европе. Примерно половина дельты признана Рамсарскими угодьями (800 тыс. га) (Чуйков, 1987).
Целью работы явилось изучение видового состава и экологии отдельных видов, состояния сообществ, особенностей их продуционного процесса, как части экосистемы дельты Волги, отличающейся неповторимой индивидуальностью и биоразнообразием.
Для достижения поставленной цели необходимо было:
провести инвентаризацию флоры дельты Волги;
составить полный конспект флоры дельты Волги;
изучить особенности распространения видов в пределах региона, выявить их экологическую и фитоценотическую приуроченность;
изучить особенности продуционного процесса, как интегрированного показателя состояния фитоценозов дельты Волги;
составить список редких и исчезающих видов растений дельты Волги;
дать анализ изменений условий среды обитания за период наблюдений с 1978 по 2002;
дать прогноз изменения накопления фитомассы растительных
сообществ дельты Волги;
Научная новизна:
изучен видовой состав ландшафтов дельты, представляющих собой многоуровневую экотонную систему, включающую элементарные экотоны;
БИБЛИОТЕКА і
С. Петербург c/f \
изучены особенности продуционного процесса, как интегрированного показателя состояния фитоценозов дельты Волги;
составлен список редких и исчезающих видов растений дельты Волги;
составлен полный конспект флоры дельты Волги с указанием района произрастания, экологии вида и местообитания;
дан анализ изменений условий среды обитания за период наблюдений с 1978 по 2002;
Практическая значимость работы: В целях обеспечения сохранения аборигенной (нативной) флоры проведена фиксация состояния на сегодняшний день видового состава, систематических групп растений с указанием экологии каждого вида. Результаты работы по изучению флоры и растительности дельты Волги, использовались на стадии оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) при проектировании и строительстве морского порта в с. Оля, при проектировании ТЭЦ-3 (с. Растопуловка), при создании Ильменно-Бугрового заповедника, всех ботанических заказников в дельте Волги, при создании Богдинско-Баскунчакского заповедника, для составления списка редких и охраняемых видов на территории Астраханской области (Постановление главы администрации Астраханской области №334 от 28 сентября 2000 года); для составления конспекта Legumes of Northern Eurasia (Royal Botanic Gardens. Kew, 1996).
Положения, выносимые на защиту:
полный конспект флоры дельты Волги;
список редких и исчезающих видов;
прогноз изменения накопления фитомассы растительных сообществ дельты Волги;
результаты мониторинга состояния растительности и почв дельты за период 1978 - 2002 гг.
Апробация работы. Основные результаты работы представлены и доложены на Всесоюзных, Всероссийских и Международных конференциях, симпозиумах, съездах и конгрессах, среди которых: Всесоюзная конференция «Флористические критерии растительности» (Уфа, 1981), «Влияние гидрологического режима на структуру и функционирование биоценозов» (Сыктывкар, 1987), международной конференции по водно-болотным угодьям Волго-Ахтубинской поймы и Западных подстепных ильменей (Астрахань, 1991), Всероссийском совещании заведующих кафедрами ботаники университетов (Барнаул, 1997), всероссийских и международных конференциях проводимых Астраханским госуниверситетом (АГУ) (Астрахань, 1991; 1992; 1993; 1994-2002 гг.), на съезде Русского ботанического
общества (С.-Петербург, 1998), на международном форуме по проблемам науки, техники и образованию (Москва, 1998).
В целом диссертация доложена на расширенном научном семинаре кафедр ботаники, почвоведения Астраханского госуниверситета (Астрахань, 2003).
Обоснование научных положений, выводов и рекомендаций
Полученные научные положения и выводы диссертации являются результатом исследований, проведенных на базе кафедры ботаники Астраханского государственного университета с использованием необходимого оборудования, современной компьютерной техники и программного обеспечения.
Выводы основаны на результатах мониторинговых наблюдений, рекомендации апробированы и внедрены в практику работы вуза, конкретные проекты по строительству на территории Астраханской области, в организацию природоохранных объектов (заказников, заповедников), законов Астраханской области.
Личный вклад автора в работы, выполненные в соавторстве и включенные в диссертацию, включает теоретическое обоснование проблем, выбор общего направления исследований, личное участие в выполнении полевых исследований и экспериментов.
Систематизация, теоретическое обоснование и внедрение в практику осуществлены непосредственно автором.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 94 работы, в том числе 5 монографий, 2 учебных пособия, 19 статей в центральных и международных журналах, 16 статей в региональных журналах и сборниках научных трудов, 50 публикаций в виде материалов и тезисов докладов международных и российских конференций.
Объём и структура диссертации. Работа изложена на 385 страницах компьютерного текста, содержит 83 рисунка, 18 таблиц. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов, списка литературы, включающего 414 наименований и приложения.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) грант 03-04-48246 и 03-04-63048.
ГЛАВА. I. ЭДАФО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕГИОНА
1.1. Географическое положение.
Долина Нижней Волги или Низовья Волги в которой различают две крупные структуры - Волго-Ахтубинскую пойму и дельту реки Волги целиком расположена в Прикаспийской низменности. Местом перехода поймы в дельту считается верховье реки Бузан ответвляющееся от Волги у села Верхнелебяжье (рис. 1.1).
Q Vі- ИВ - иякмаяно-буїфопои район
Долина Нижней Волги в границах Волго-Ахтубинской поймы и дельты р.Волги является, в настоящее время, последним из участков долины Волги, в котором антропогенные изменения растительного покрова относительно невелики.
Рисунок 1.1 Схематическое районирование дельты Волги
1.2. Климат
Рассматриваемый нижний отрезок долины Волги пересекает полупустынную и пустынную зоны (Физико-географическое районирование СССР, 1968). Для этой территории характерна резкая континентальность климата и засушливость, нарастающая с севера на юг. Годовое количество осадков колеблется от 180-200 мм на юге в районе Астрахани и до 280-290 мм - на севере у Волгограда. Среднесуточная температура трех летних месяцев 22-25С. Наиболее жаркий месяц - июль, наиболее холодный - январь.
1.3. Гидрография
Долина Нижней Волги характеризуется чрезвычайно развитой гидрографической сетью, превращающей всю Волго-Ахтубинскую пойму и дельту в многочисленные острова. В этой сети различают водотоки, озера (или ильмени) и култуки (Белевич, 1963; Козловский, Корнблюм, 1963). Среди'водотоков, представляющих собой водные потоки, движущиеся в углублениях земной поверхности, кроме основного русла Волги, выделяют рукава, протоки, ерики, прораны, банки и банчины.
1.4. Гидрология
Годовой объем стока р. Волги у г. Волгограда равняется в среднем 200-250км3. Потери стока от г. Волгограда до устья р. Волги составляют в среднем 13 км3 в год (приложение 3).
В гидрологическом режиме наблюдаются две крайние фазы: меженная и половодная. В межень многие ерики и протоки пересыхают или мелеют и заболачиваются, в половодье они становятся действующими рукавами.
К 1959 г. в основном было закончено создание каскада водохранилищ на реках волжского бассейна. Работа системы гидроузлов изменила гидрологический режим Нижней Волги. До постройки водохранилищ около 60% водного стока приходилось на период весенне-летнего половодья. Теперь эта величина снизилась до 35-40%. В настоящее время искусственно организуемые половодья начинаются примерно в те же сроки, в которые начинался подъем воды при естественных половодьях, но заканчиваются они на 15-20 дней раньше.
1.5. Почвы
Почвенный покров Волго-Ахтубинской поймы и дельты Волги неоднократно служил объектом специальных исследований, в результате которых было создано множество вариантов классификаций почв (Плюснин, 1938; Летунов, 1942; Владыченский, 1958; Попов, 1960; Болышев, 1962; Конрблюм, Козловский, 1963). В данном обзоре за основу взята классификация почв Волго-Ахтубинской поймы и дельты р.Волги разработанная А.А. Поповым (1960).
Основными типами почв нижневолжской долины являются: 1) аллювиальные дерновые насыщенные; 2) аллювиальные луговые насыщенные; 3) солончаки гидроморфные; 4) аллювиальные болотные иловато-перегнойно-глеевые; 5) аллювиальные дерново-опустынивающиеся карбонатные; 6) бурые полупустынные.
1.6. Уровень Каспийского моря и его колебание
На всём протяжении своего существования Каспийское море многократно меняло свои размеры и конфигурацию, пока не приняло современное очертание. В самые древние эпохи, исчисляемые первыми сотнями миллионов лет, в мезозойскую эру и в начале кайнозойской через Южную Европу и Среднюю Азию в широтном направлении тянулась система обширных морских бассейнов - Тетис. Он занимал участок нынешнего Средиземного, Чёрного, Азовского, Каспийского, Аральского морей и сообщался на западе с Атлантическим океаном, а на востоке с Тихим. В середине третичного периода (40 миллионов лет назад) в результате тектонических процессов Тетис отделился сначала от Тихого океана, затем от Атлантического. В дальнейшем неоднократно повышение уровня Каспийского моря приводило к сбросу вод через Кума-Манычский прогиб и к установлению связи с Черноморским бассейном. В голоценовое время начало новокаспийской трансгрессии совпадает с максимумом черноморской
трансгрессии. В это время Чёрное море последний раз соединилось с Каспийским (Горецкий, 1966)
Изменение уровня Каспийского моря на протяжении тысячелетий диктовало ритмику жизни на его побережье, оказывая значительное влияние на видовой состав флоры и динамику растительности. Анализ колебания уровня Каспийского моря за последние 10 тыс. лет показывает, что амплитуда его колебаний достигала 15 метров от-20 м до -35 м.
За период инструментальных наблюдений (с 1837 г.) амплитуда колебаний составила 4 м, от -25,3 м в восьмидесятых годах прошлого столетия до-29 м в 1977 году (рис. 1.2).
Рис. 1.2 Средние годовые уровни Каспийского моря (у поста Махачкала, в см над "0"поста равного минус 28 м)
Климатический режим, установившийся с 1976 г. над бассейном Каспийского моря, сохраняет свои особенности до настоящего времени (Сидорсинов, Швейкина, 1996). Вследствие этого, уровень моря продолжает непрерывно расти. Эпоха циркуляции длится примерно 20-40 лет, поэтому нет оснований считать, что характер влияния метеорологических процессов на водный баланс моря может измениться через 10-15 лет. По оценкам авторов, рост уровня моря сохранится до 2010 года. Ожидается, что к 2010 году уровень моря поднимется ещё на 135 см и достигнет отметки - 25,7 м, а затем начнёт понижаться.
Прикаспийская низменность, дельты р.Волги и побережья Каспийского моря издавна привлекали к себе внимание путешественников и ис-
следователей. Причину этого интереса можно выразить словами академика Б.А. Келлера (1936): «Каспийская низменность - это большой язык среднеазиатских пустынь, врезающийся в Европу, это полупустыня и пустыня в пределах Европы».
Систематическое изучение флоры и растительности дельты Волги началось со второй половины восемнадцатого века. Наибольший маршрут принадлежит экспедиции П.С. Палласа, который в период с 1769 по 1793 годы объехал низовья Волги и значительную часть Уральской области.
Одновременно в этом же районе работали экспедиции во главе с Гмелиным, Гюльденштедтом, Фальком и Лепёхиным.
В девятнадцатом веке дельту Волги посетили К.К. Клаус, СИ. Кор-жинский, А.Н. Краснов, И.К. Пачоский. В работах СИ. Коржинского (1882,1884) основное внимание уделяется видовому составу флоры дельты Волги, довольно бедному и однообразному по его мнению. А работы А.Н. Краснова (1885) и И.К. Пачоского (1892) уже включают описание растительности по формациям. В 1901 году вышел обзорный труд Н. Гаврилова и П. Ососкова по флоре Астраханской губернии.
В 1919 году в дельте Волги начал функционировать Астраханский государственный заповедник, сотрудники которого в 20-30 годах провели ряд ценных исследований по изучению зарастания водоёмов дельты, картированию и характеристике растительности (Чугунова-Сахарова, 1927; Доброхотова, Михайлова, 1938; Доброхотова, 1940).
В 30-х годах растительность Волго-Ахтубинской поймы и дельты Волги изучалась проф. А.Д. Фурсаевым и его сотрудниками. Исследования, проведённые А.Д. Фурсаевым (1939) на территории Астраханского заповедника, позволили ему выделить зоны распределения растительности в приморской части дельты (по направлению от моря): черни; зона первенцев сухопутной флоры; зона формирования растительности; зона крепей; зона формирования лугов; луговая зона.
В начале 50-х годов была составлена мелкомасштабная карта дельты Волги с объяснительной запиской (Гудков, Доброхотова, Михайлова, 1951), включающая контуры основных растительных формаций дельты.
В связи с началом гидро- и мелиоративного строительства в 1952-1955 годах в долине Нижней Волги проводила работы комплексная Прикаспийская экспедиция Московского университета (Владыченский, 1958; Цаценкин, 1962). Так как основной целью исследований Прикаспийской экспедиции было изучение сенокосов и пастбищ, природных кормовых ресурсов Волго-Ахтубинской поймы и дельты Волги, то основной описательный материал относится к лугам.
В 60-70-х годах была охарактеризована флора и растительность водных и лугово-болотных местообитаний низовьев дельты Волги (Живогляд, 1968 а, б; 1970 а,б; 1972; 1975; 1984). Был сделан подробный анализ флоры песков и бэровских бугров (Сафонов, 1975; 1977 а,б).
В 80-е годы изучением растительности долины Нижней Волги занимались сотрудники лаборатории геоботаники Астраханского педагогического института (Голуб, 1983 а,б,в; Голуб, Пилипенко, 1985, 1986, 1987; Голуб, Пилипенко, Лосев, 1986; Голуб, 1987; Голуб и др., 1988). Был сделан подробный анализ распределения и развития растительности в зависимости от условий обитания.
С 1978 года наблюдается увеличение водного стока р.Волги, которое оказывает влияние на растительность дельты Волги (Живогляд, 1986; Жи-вогляд, Русаков, 1987; Пилипенко, 1987; Пилипенко, Лосев, Голуб, 1988; Живогляд, 1990,1991; Голуб, Бармин, Пилипенко, 1992; Бармин, 1993; Русакова, Пилипенко, 1998).
1. Основание выбора стационарных участков наблюдений
Для характеристики динамики растительности дельты Волги в современных условиях водного стока были проведены двадцатилетние наблюдения на стационарных участках.
В связи с тем, что наибольшее разнообразие растительных сообществ дельты р.Волги отмечается в средней части дельты (Голуб, 1983) стационарные участки были размещены именно в этом районе. Здесь находится десять участков, характеризующие различные по экологии лугово-болотные растительные сообщества, подверженные влиянию искусственно регулируемых весенне-летних половодий. Эти участки расположены в центральной части островов. Кроме того, наблюдения велись на одном участке (№11) в вершине дельты, находящегося в прирусловье крупного водотока. На нём представлена асе. Cichorio-Lactucetum serriolae, одна из самых продуктивных среди растительных сообществ нижневолжской долины. Следует подчеркнуть, что ввиду своего особого положения характер наблюдаемых на участке №11 явлений отличается от того, что отмечалось на остальных участках. Поэтому при выявлении закономерностей динамики условий среды и растительности данные, полученные на участке №11, не обобщались с показателями, регистрировавшимися на участках в средней части дельты р. Волги.
Все стационарные участки наблюдений были расположены в восточной части дельты, где антропогенные изменения гидрологического режима и растительного покрова выражены в меньшей степени, чем в западной части дельты р. Волги. По решению Исполнительного комитета областного совета народных депутатов №616 от 04.10.1985г. стационарные участки наблюдений переведены в ранг памятников природы.
Первые пять стационаров (№1,2,3,5,7) в дельте р.Волги заложены в 1978г. В это время флористическая классификация растительного покрова этого региона, которой мы придерживаемся, ещё не была создана. По мере разработки синтаксономии, появилась необходимость расширить сеть уча-
стков для того, чтобы полнее охватить наблюдениями выделенные растительные сообщества. Поэтому длительность наблюдений на стационарных участках была различной. На участках, перечисленных выше, продолжительность наблюдений составляла 20 лет, на участках №9 и №10 - 19 лет, на участке № 11 -18 лет, на участках № 13 и № 14 -17 лет, на участках №4 и №8 - 4 года.
Ограниченные физические и финансовые возможности не позволяли на всех участках во все годы проводить наблюдения в одинаковом объеме. Сезонные наблюдения на большей части участков составляли 3-4 года. Затем замеры осуществлялись в конце вегетационного сезона, когда масса травостоя была максимальной (август-сентябрь). На трёх, наиболее различающихся по условиям среды и составу травостоя, участках №2,7,13 в отличие от остальных, исследования велись по более широкой программе. Здесь определялись величины органической продукции, создаваемой водорослями и, первичной продукции, поступающей в подземную сферу.
Стационарные участки № 4 и № 8 были заложены в 1984г только с одной целью: выявить влияние изоляции травостоя от хозяйственного использования. Объём наблюдений на этих участках был самым небольшим.
2. Наблюдения на стационарных участках
Стационарные участки закладывались на однородной по флористическому составу площади, которая была не менее 300-400 м/кв. Участки №2,4,7,8,9,10,11 были огорожены. Неогороженными остались участки труднодоступные для скота и техники, которые использовались хозяйствами поздно (в сентябре-октябре) или с очень низкой надземной массой высших растений. К первым относятся участки №3,5, ко вторым -№13,14.
Для характеристики почв стационарных участков на всех из них (кроме №4 и №8) было проведено изучение почвенного разреза с подробным описанием и лабораторным физико-химическим анализом почвенных образцов. В образцах определялось содержание гумуса (модифицированное определение гумуса в почве по методу Тюрина с фотоколориметрическим окончанием, ОСТ 46-47-74), подвижных форм фосфора и калия (по Мачигину в модификации ЦИНА.О, ОСТ 46-42-76), азота по Корнфильду (Пособие по проведению химических анализов почвы, 1969), ионов водорастворимых солей (ОСТ 46-52-76). Определялась также ёмкость поглощения разных почвенных горизонтов (по методу Бобко-Аскинази в модификации ЦИНАО, ОСТ 46-50-76), содержание обменного натрия (ОСТ 46-50-76).
Высотные отметки участков с помощью нивелира были привязаны к меженному уровню воды в водотоках, за которой был принят уровень в них при устойчивых расходах воды в створе' Волгоградской ГЭС 4000м3/сек (Цаценкин, 1962). Участки №2,3,5,7,13 и 14 находятся в одном нешироком (с севера на юг) физико-географическом районе средней части
дельты р. Волги. Это дало возможность без большой ошибки пересчитать их высоты над меженью по рейке водомерного поста, расположенного в с. Большой Могой. Высота участка №11 была привязана к рейке водомерного поста в с.Красный Яр.
Наблюдения на стационарных участках включали в себя следующие учёты:
-
Определение длительности затопления и глубины воды на участках во время весенне-летних искусственно регулируемых половодий и зимне-весенних повышенных сбросов воды из Волгоградского водохранилища;
-
Промеры температуры воды во время весенне-летних половодий;
-
Промеры уровня грунтовых вод;
-
Определение общей минерализации и ионного состава растворённых солей грунтовой воды;
-
Определение влажности почвы;
-
Определение ионного состава водной вытяжки образцов почвы;
-
Определение величины и видового состава надземной массы травостоя и его вертикального пространственного размещения;
-
Определение подземной массы растений и её вертикальной структуры;
9. Учёт продукции фитопланктона и водорослевых скоплений;
10.Характеристика фенологического состояния видов растений.
Определение длительности и глубины затопления стационарных участков проводилось с использованием данных водомерных постов гидрометеослужбы, к которым были привязаны высоты участков. Эти расчёты корректировались результатами прямых замеров длительности и глубины затопления участков в отдельные годы.
Промеры температуры воды проводились на четырёх участках (№2,3,7,13) при определении продукции фитопланктона.
Слежение за уровнем грунтовых вод осуществлялось на всех стационарных участках с 1982 г по 1987 г. Не менее трёх лет на каждом участке исследовалась сезонная динамика уровня грунтовых вод. Для осуществления наблюдений ручным буром пробуривалась скважина. Уровень грунтовых вод измерялся после двухчасового отстаивания воды.
Из скважины, в которой проводилось измерение горизонта грунтовых вод, отбирались пробы воды для определения общей минерализации и ионного состава растворённых в ней солей. Отборы таких проб велись несколько раз в течение вегетационного сезона с 1984 по 1987 гг. Лабораторный анализ образцов воды производился в соответствие с широко использующейся в настоящее время методикой анализа природных вод.
Наблюдения за влажностью почв стационарных участков осуществлялось с 1981г. Полевая влажность определялась в четырёхкратной по-
вторности по слоям: 0-25, 25-50, 50-75, 75-, 100 см, с отбором образцов с помощью бура. Бюксы с навеской почвы из этих слоев высушивались до абсолютно сухого веса в термошкафу, а затем взвешивались (Практикум по почвоведению, 1980). По методике, изложенной в руководстве А.Ф. Валютной и З.А. Корчагиной (1973), для почвенных слоев 0-25 и 25-50 см на всех участках была определена полная полевая влагоёмкость (ППВ). Все определения полевой влажности были пересчитаны в % от ППВ.
Взятие образцов почвы для определения ионного состава солей в водной вытяжке проводилось во все годы наблюдений на стационарных участках. Образцы отбирались в четырёхкратной повторности по тем же слоям, что и образцы для определения влажности почвы.
Анализ химического состава солей водной вытяжки осуществлялся в соответствии с ОСТ 46-52-76 в расчете на абсолютно-сухую почву. При приготовлении водной вытяжки (с разбавлением 1:5) в лабораторных условиях в раствор переходит значительная доля солей, находящихся в почве в твердой фазе. Это касается таких соединений как Са(НС03) и СаЗОд (Аринущкина, 1970). В результате водная вытяжка дает искаженные представления о составе и концентрации реального почвенного раствора. Поэтому для характеристики засоления почвы использовался так называемый показатель "суммарный эффект токсичности ионов" в эквивалентах хлора (Т), вычисленный по алгоритму Н.И. Базилевич и Е.И. Панковой (1968). Использование этого показателя в определенной мере снимает артефакты, возникающие при изготовлении водной вытяжки, когда результаты анализа используются для характеристики солевого состава почвенного раствора. Кроме того, этот показатель учитывает неодинаковую для растений токсичность ионов солей.
Определение величины и состава надземной массы травостоя на стационарных участках проводилось в конце августа - начале сентября, после цветения, в период накопления растениями максимальной продуктивности и начиналось со срезания травы на учётных площадках на уровне почвы. Размер и число учётных площадок подбиралось экспериментально так, чтобы ошибка определения общей массы травостоя не превышала 15 %. Число повторностей учётов варьировало от 6 до 10, а размер площадок от 0,5 * 0,5 м до 1,0*1,0 м. Чем сильнее была выражена горизонтальная неоднородность травостоя, тем больший размер площадок был необходим, и требовалось больше число повторностей учёта для обеспечения заданной точности. Свежесрезанные образцы разбирались в камеральных условиях по видам и фракциям: живые растения, ветошь и подстилка. К ветоши относились надземные части растений, отмершие в текущем году, а к подстилке - в прошлые годы. Все фракции высушивались на воздухе (10-15 % влажности) и взвешивались. Небольшие навески растений из укосов досушивались в термостате при температуре 105С до постоянного веса. Полученные коэффициенты использовались для расчёта продукции надземной
массы травостоя в абсолютно-сухом весе. Сумма веса первой и второй фракций всех видов составляла величину видимого запаса надземной массы, накопленной в текущем году.
Продукция водорослевых скоплений определялась сразу же после половодья путём их снятия с поверхности почвы и растений на площадках 0,5 на 0,5 м в пятикратной повторносте. Как показала статистическая проверка, при таком способе учёта ошибка определения массы осевших водорослей не превышала 5 %.
Изучение вертикального пространственного размещения надземной массы травостоя на стационарных участках проводилось в 1985-1986 гг. в момент достижения максимальной фитомассы. Для этого срезанные в двух повторностях у поверхности почвы снопы побегов растений разрезались по высоте через каждые 10 см. Затем все части высушивались и взвешивались.
При посещениях стационарных участков проводилось их флористическое и геоботаническое описание с указанием фенологического состояния видов растений.
Флора - фундаментальное понятие биологии: за ним скрываются региональные сочетания видов, природные популяции которых на любой территории образуют исторически и экологически обусловленные системы с многосторонним взаимодействием элементов (Юрцев, 1998).
Как следует из определения, во флору включаются все виды растений, произрастающих на данной территории, как низших, так и высших. На практике же это понятие обычно распространяется только на сосудистые растения, то есть Плауновидные, Хвощевидные, Папоротниковидные, Голосеменные и Покрытосеменные.
Из состава флоры исключаются растения закрытого грунта (комнатные, тепличные, оранжерейные и т. п.), а также растения, открыто выращиваемые в ботанических садах и питомниках в условиях интродукцион-ного эксперимента (Юрцев, Камелин, 1991). Все остальные культивируемые виды (культурные растения, интродуценты) включаются в список и конспект флоры. Анализируются такие виды в составе адвентивного компонента флоры или отдельно. По мнению Н.Н. Цвелева (2000), культивируемые и заносные виды не только являются неотъемлемой частью флоры любого района, но и представляют большой интерес при анализе этой флоры, показывая степень ее «синантропизации» — видоизменения под воздействием человека.
Методы изучения региональных флор. Оптимальная схема региональных флористических исследований (исследований флоры Астраханской области в том числе) на современном этапе заключается в синтезе двух методов: метода выборочных проб флоры и маршрутного метода. Конечной задачей является постепенный переход к методу регулярных проб флоры,
т. е. к сплошному обследованию территории и картированию флоры на сеточной основе.
Маршрутный метод. Маршрутный метод флористических исследований - традиционный и наиболее старый. Линейные маршруты большой протяженности дают возможность проследить постепенные изменения флоры, выявить места прохождения границ. В то же время большие маршруты не дают достаточно полного представления о составе флоры того или иного пункта. В последнее время маршрутный метод сближается с методом выборочных проб флоры (оба метода дополняют друг друга: например выполняется линейный маршрут с сочетанием коротких и длительных остановок, при этом во время длительных остановок изучаются локальные флоры).
Метод выборочных проб флоры (конкретных, локальных флор). Метод выборочных проб флоры вырос из практики применения метода конкретных флор (КФ). Понятие «конкретная, или элементарная флора» было введено А.И. Толмачевым (1931) как основание нового метода изучения и сравнения флор. КФ - флоры сравнительно небольших территорий, однородных во флористическом отношении. Критерий однородности - постоянство набора видов на однотипных экотопах (постоянство состава ассоциаций). КФ по методу А.И. Толмачева изучаются путем постепенного расширения обследованной площади, начиная от базового лагеря (по радиусам), с осмотром всех (особенно редких и своеобразных) экотопов, пока прирост списка обнаруженных видов не прекратится, число видов не станет стабильным (свидетельство достижения площади выявления КФ, или минимум-ареала КФ). Дальнейшее увеличение радиусов обследования поначалу ничего (или почти ничего) не добавляет к имеющемуся списку видов (так называемая «мертвая зона»), но затем прирост списка возобновляется за счет обнаружения в знакомых типах местообитаний видов растений, которые раньше в них не встречались. Это сигнал о достижении максимум-ареала КФ.
Метод регулярных проб флоры. Для получения исчерпывающе полных сведений о составе региональной флоры необходимо сплошное обследование территорий методом регулярных проб флоры, соприкасающихся своими границами (чтобы не упустить виды, распространенные спорадически). Этот метод знаменует важный этап перехода от выборочного изучения флоры к сплошному ее изучению на основе сеточного картирования или по естественным выделам (конкретным флорам).
Методика сбора материала. В основе изучения флоры лежит выявление ее видового состава, т. е. инвентаризация. Для того чтобы иметь возможность достоверного анализа флоры, необходимо стремиться к исчерпывающей инвентаризации. Необходимо, чтобы сбор растений проводился в течение всего вегетационного периода. Это позволяет собрать не только
растения, цветущие летом, но и ранневесеннее цветущие и поздноцвету-щие виды.
Сбор образцов растений для гербария - абсолютно необходимая часть флористического исследования, т. к. гербарные сборы - основной способ фиксации флористической информации. Н.Н. Цвелев (2000) считает обязательным при изучении ЛФ сбор всех встречающихся видов, так как имеет место явный недостаток сведений о распространении даже самых обычных видов (из-за дефицита материалов по тривиальным видам в большинстве гербариев).
Статистическая обработка материалов исследований проводилась с использованием руководств Н.А. Плохинского (1978).
Для изучения связей между продуктивностью фитоценозов от различных внешних факторов (объём годового стока (GS), объём половодий (POL), длительность затопления дельты (ZAT), ионов (НС03, Mg, Na, СІ, Са, S04), токсичность почвы (ТОХ), максимальный уровень воды в половодье (МАХ) использовался корреляционный анализ.
Корреляционный анализ используется для количественной оценки взаимосвязи различных данных, представленных в безразмерном виде. Коэффициент корреляции представляет собой ковариацию двух наборов данных, деленную на произведение их стандартных отклонений. Анализ даёт возможность установить, ассоциированы ли наборы данных по величине, т.е., большие значение из одного набора данных связаны с большими значениями другого набора (положительная корреляция), или наоборот, малые значения одного набора связаны с большими значениями другого (отрицательная корреляция), или данные двух диапазонов никак не связаны (корреляция близка к нулю). Корреляционный анализ даёт информацию о характере и силе связи.
Для выявления зависимости между многомерными переменными и построения модели, а также оценки её адекватности использовалась множественная регрессия. Аналитическим выражением многофакторных связей являются уравнения множественной регрессии.
Для построения сложной иерархической классификации данных и выделения в них кластеров использовался кластерный анализ.
Большая часть статистической обработки выполнена с использованием интегрированных пакетов статистической обработки информации STATGRAPHICS (Статграфик, 1990; Statistical graphics..., 1993) и STA-TISTICA for WINDOWS v. 5.5.
Гидрология
Годовой объем стока р. Волги у г. Волгограда равняется в среднем 200-250км3. Потери стока от г. Волгограда до устья р. Волги составляют в среднем 13 км3 в год (приложение 3).
В гидрологическом режиме наблюдаются две крайние фазы: меженная и половодная. В межень многие ерики и протоки пересыхают или мелеют и заболачиваются, в половодье они становятся действующими рукавами.
К 1959 г. в основном было закончено создание каскада водохранилищ на реках волжского бассейна. Работа системы гидроузлов изменила гидрологический режим Нижней Волги. До постройки водохранилищ около 60% водного стока приходилось на период весенне-летнего половодья. Теперь эта величина снизилась до 35-40%. В настоящее время искусственно организуемые половодья начинаются примерно в те же сроки, в которые начинался подъем воды при естественных половодьях, но заканчиваются они на 15-20 дней раньше. Уменьшились максимальные уровни подъема воды. За счет перераспределения годового стока увеличились уровни воды, особенно в зимний и весенний предполоводный период.
В интересах рыбного хозяйства в 1977 г. в дельте р. Волги был построен вододелитель. Он позволяет в маловодные годы во время половодий увеличить подачу воды в восточную часть дельты, сократив ее сток в западной, большие площади которой используются под сельскохозяйственный посевы. С 1977 по 1988 гг. вододелитель включался пять раз (1977,1978, 1982, 1983, 1988 гг.).
От Волгоградского водохранилища до Каспийского моря вниз по течению реки, происходит постепенное уменьшение уровня подъема воды во время весенне-летних половодий. Высота долины над меженным урезом уменьшается, а поверхность ее выполаживается.
В водоемах Волго-Ахтубинской поймы вода пресная (содержание солей меньше 1 г/л). В дельте Волги степень минерализации воды сильно варьирует. Она может быть пресной, солоноватой (1-25 г/л), соленой (более 25 г/л), вплоть до концентрированного рассола, в котором происходит выпадение осадка солей.
Почвенный покров Волго-Ахтубинской поймы и дельты Волги неоднократно служил объектом специальных исследований, в результате которых было создано множество вариантов классификаций почв (Плюснин, 1938; Летунов, 1942; Владыченский, 1958; Попов, 1960; Болышев, 1962; Конрблюм, Козловский, 1963). В данном обзоре за основу взята классификация почв Волго-Ахтубинской поймы и дельты р.Волги разработанная А.А. Поповым (1960).
Основными типами почв нижневолжской долины являются: 1) аллювиальные дерновые насыщенные; 2) аллювиальные луговые насыщенные; 3) солончаки гидроморфные; 4) аллювиальные болотные иловато-перегнойно-глеевые; 5) аллювиальные дерново-опустынивающиеся карбонатные; 6) бурые полупустынные.
Аллювиальные луговые почвы распространены в пойме и дельте на пониженных поверхностях, межгривных, межбугровых, ильменных понижениях с уровнем грунтовых вод 1,0-2,5 м. Эти почвы формируются в условиях постоянного грунтового увлажнения и длительного ежегодного затопления во время половодий.
Аллювиальные дерновые насыщенные почвы и аллювиальные луговые почвы занимают не менее 80% всей территории нижневолжской долины. Они представлены несколькими подтипами, различающимися по характеру развитости, слоистости, роли в почвообразовании зональных и пойменных факторов. Вниз по течению, в целом, уменьшается мощность и развитость почв. Так, хотя в любой части долины можно встретить подтипы слоистых примитивных почв, но площади, занятые такими почвами в Волго-Ахтубинской пойме и в вершине дельты, невелики, и встречаются они только в прирусловье и на молодых островах. В средней же зоне дельты и особенно в приморской её полосе распространённость примитивных почв резко возрастает, что связано с молодостью этой территории.
Важнейшим экологическим фактором является засоление почв. В рассматриваемом регионе к засоленным относятся почвы, содержащие в каком-либо горизонте более 0,25% водорастворимых солей от общего веса сухого грунта (Попов, 1960). При таком критерии отнесения почв к засоленным родам в Волго-Ахтубинской пойме их около 17%, в дельте — почти 50% (Егоров и др., 1962). В дельте Волги преобладает хлоридно-сульфатный и сульфатный тип засоления.
Основной причиной засоления почв является выпотной гидрологический режим. В дельте Волги, наряду с этим фактором, источником засоления могут быть неглубоко залегающие материнские засоленные породы - хвалынские глины бэровских бугров и лагунные морские отложения. Хотя и в этом случае подъём солей в верхние почвенные слои обязан преобладанию в почве восходящих водных потоков над нисходящими.
Почвы аллювиального происхождения, содержащие в поверхностном слое более 2% солей, относятся к типу гидроморфных солончаков. Данный тип почв представлен в основном в средней, в меньшей степени в нижней зоне дельты на равнинных и несколько пониженных участках центральной части островов, ежегодно затапливаемых во время половодий. Вторым вариантом местоположения солончаков являются высокие редко заливаемые шлейфы бэровских бугров с аллювиально-делювиальными наносами, неглубоко подстилаемые солёными материнскими породами. В этом случае солончаки приобретают в некоторой степени автоморфный характер.
Тип аллювиальных болотных иловато-перегнойно-глеевых почв приурочен к наиболее пониженным элементам рельефа — к ильменям, зарастающим водоёмам и избыточно увлажнённым понижениям. Формируются эти почвы в условиях длительного избыточного поверхностно-грунтового увлажнения. Грунтовые воды в период их низкого стояния глубже одного метра не опускаются. В отличие от всех остальных типов, аллювиальные болотные иловато-перегнойно-глеевые почвы обычно не засолены.
Наблюдения на стационарных участках
Стационарные участки закладывались на однородной по флористическому составу площади, которая была не менее 300-400 м . Участки №2,4,7,8,9,10,11 были огорожены. Неогороженными остались участки труднодоступные для скота и техники, которые использовались хозяйствами поздно (в сентябре-октябре) или с очень низкой надземной массой высших растений. К первым относятся участки №3,5, ко вторым -№13,14.
Для характеристики почв стационарных участков на всех из них (кроме №4 и №8) было проведено изучение почвенного разреза с подробным описанием и лабораторным физико-химическим анализом почвенных образцов. В образцах определялось содержание гумуса (модифицированное определение гумуса в почве по методу Тюрина с фотоколориметрическим окончанием, ОСТ 46-47-74), подвижных форм фосфора и калия (по Мачигину в модификации ЦИНАО, ОСТ 46-42-76), азота по Корнфильду (Пособие по проведению химических анализов почвы, 1969), ионов водорастворимых солей (ОСТ 46-52-76). Определялась также ёмкость поглощения разных почвенных горизонтов (по методу Бобко-Аскинази в модификации ЦИНАО, ОСТ 46-50-76), содержание обменного натрия (ОСТ 46-50-76). Высотные отметки участков с помощью нивелира были привязаны к меженному уровню воды в водотоках, за которой был принят уровень в них при устойчивых расходах воды в створе Волгоградской ГЭС 4000м3/сек (Цаценкин, 1962). Участки №2,3,5,7,13 и 14 находятся в одном нешироком (с севера на юг) физико-географическом районе средней части дельты р. Волги. Это дало возможность без большой ошибки пересчитать их высоты над меженью по рейке водомерного поста, расположенного в с. Большой Могой. Высота участка №11 была привязана к рейке водомерного поста в с.Красный Яр. Наблюдения на стационарных участках включали в себя следующие учёты:
1. Определение длительности затопления и глубины воды на участках во время весенне-летних искусственно регулируемых половодий и зимне-весенних повышенных сбросов воды из Волгоградского водохранилища;
2. Промеры температуры воды во время весенне-летних половодий; 3. Промеры уровня грунтовых вод;
4. Определение общей минерализации и ионного состава растворённых солей грунтовой воды;
5. Определение влажности почвы;
6. Определение ионного состава водной вытяжки образцов почвы;
7. Определение величины и видового состава надземной массы травостоя и его вертикального пространственного размещения;
8. Определение подземной массы растений и её вертикальной структуры;
9. Учёт продукции фитопланктона и водорослевых скоплений;
10. Характеристика фенологического состояния видов растений.
Определение длительности и глубины затопления стационарных участков проводилось с использованием данных водомерных постов гидрометеослужбы, к которым были привязаны высоты участков. Эти расчёты корректировались результатами прямых замеров длительности и глубины затопления участков в отдельные годы.
Промеры температуры воды проводились на четырёх участках (№2,3,7,13) при определении продукции фитопланктона.
Слежение за уровнем грунтовых вод осуществлялось на всех стационарных участках с 1982 г по 1987 г. Не менее трёх лет на каждом участке исследовалась сезонная динамика уровня грунтовых вод. Для осуществления наблюдений ручным буром пробуривалась скважина. Уровень грунтовых вод измерялся после двухчасового отстаивания воды.
Из скважины, в которой проводилось измерение горизонта грунтовых вод, отбирались пробы воды для определения общей минерализации и ионного состава растворённых в ней солей. Отборы таких проб велись несколько раз в течение вегетационного сезона с 1984 по 1987 гг. Лабораторный анализ образцов воды производился в соответствие с широко использующейся в настоящее время методикой анализа природных вод. Наблюдения за влажностью почв стационарных участков осуществлялось с 1981г. Полевая влажность определялась в четырёхкратной повторности по слоям: 0-25, 25-50, 50-75, 75-, 100 см, с отбором образцов с помощью бура. Бюксы с навеской почвы из этих слоев высушивались до абсолютно сухого веса в термошкафу, а затем взвешивались (Практикум по почвоведению, 1980). По методике, изложенной в руководстве А.Ф. Вадюниной и З.А. Корчагиной (1973), для почвенных слоев 0-25 и 25-50 см на всех участках была определена полная полевая влагоёмкость (ППВ). Все определения полевой влажности были пересчитаны в % от ППВ.
Взятие образцов почвы для определения ионного состава легко растворимых солей (ЛРС) в водной вытяжке проводилось во все годы наблюдений на стационарных участках. Образцы отбирались в четырёхкратной повторности по тем же слоям, что и образцы для определения влажности почвы.
Анализ химического состава солей водной вытяжки осуществлялся в соответствии с ОСТ 46-52-76 в расчете на абсолютно-сухую почву. При приготовлении водной вытяжки (с разбавлением 1:5) в лабораторных условиях в раствор переходит значительная доля солей, находящихся в почве в твердой фазе. Это касается таких соединений как Са(НСОз) и CaS04. (Аринушкина, 1970). В результате водная вытяжка дает искаженные представления о составе и концентрации реального почвенного раствора. Поэтому для характеристики засоления почвы использовался так называемый показатель "суммарный эффект токсичности ионов" в эквивалентах хлора (Т), вычисленный по алгоритму Н.И. Базилевич и Е.И. Панковой (1968). Использование этого показателя в определенной мере снимает артефакты, возникающие при изготовлении водной вытяжки, когда результаты анализа используются для характеристики солевого состава почвенного раствора
Уровень и минерализация грунтовых вод
Положение горизонта грунтовых вод на стационарных участках с запозданием и в сглаженном виде повторяет колебание уровня воды в водотоках, что отмечалось уже в исследованиях гидрологического режима дельты р. Волги (Васильев, 1975). Понижение уровня грунтовых вод продолжается в дельте обычно до конца сентября. Чем выше над меженью расположен участок, тем глубже от дневной поверхности находятся грунтовые воды в летне-осенний период. Коэффициент линейной корреляции между глубиной залегания грунтовой воды и высотой над меженью, рассчитанным по данным равен 0,85.
В соответствии с нормативами, приведёнными в «Классификации и диагностике почв СССР» (1977), грунтовые воды на стационарных участках по степени минерализации варьируют от пресных до среднеминерализованных. Соотношение ионов в грунтовых водах участков различается настолько, что принимая во внимание лишь катионныи состав грунтовые воды участков следует отнести к разным классам (таблица 4.1).
В отличие от длительности затопления, глубины залегания грунтовых вод и влажности почвы, степень минерализации грунтовых вод не имеет явно выраженной связи с высотным положением стационарных участков.
Минерализация грунтовых вод на участке № 13 в течение года
Некоторые участки, находящиеся на близких высотах, значительно различаются по величине минерализации грунтовых вод (например, уч. №10 и №14). И наоборот, участки, лежащие на разных высотах, могут иметь близкие показатели минерализации грунтовых вод (уч.№ 13 и №14, №2 и №10).
Минерализация грунтовых вод и засоление почвы слабо связаны с высотным положением экотопов дельты над меженным уровнем. Однако сезонная динамика этих показателей зависит от гидрологического режима. Как видно из рисунка минерализация грунтовых вод достигает максимума к августу, после чего начинает уменьшаться.
Очевидно, что минерализация грунтовых вод связана с особенностями литологии материнских пород и особенностями гидрогеологии территории, которые не коррелируют с высотой положения участков над меженью.
Изменение влажности почвы верхнего пятидесятисантиметрового слоя почвы на большинстве участков следуют за уровнем грунтовых вод. Чем выше расположен участок, тем меньше связь влажности верхних почвенных горизонтов с уровнем грунтовых вод (рис.4.3).Полевая влажность почвы определялась в 4-х кратной повторности по слоям 0-25 см, 25-50 см, 50-75 см, 75-100 см.
Навески почв высушивали при 105С в течение 6 часов, после чего вычисляли полевую влажность. Пробы отбирали до половодья, сразу после окончания половодья и в сентябре.
На рисунке 4.4. представлена динамика влажности почвы на участке № 2 в течение лета.
Величина влажности почвы во время весенне-летних половодий во многом зависит от положения участков над меженью и длительностью затопления.
Похожие диссертации на Современная флора и динамика растительности дельты Волги
