Содержание к диссертации
Введение
1. Методы изучения экотонных экосистем в условиях изменения водного режима 11
2. Теоретические аспекты изучения экотонных экосистем 21
2.1. История развития понятия «экотон» 21
2.2. Понятие «экотон» и его место в свете парадигмы дискретности и континуума растительного покрова 35
2.3. Методологические принципы изучения экотонов 40
2.4. Классификация понятий «экотон» 49
2.5. Экологическая типология и критерии выделения прибрежно водных экотонов 53
2.6. Обоснование структурно-функциональной модели экотонной экосистемы 60
3. Эколого-экономические факторы создания и использования водоемов в бассейне Средней Волги .68
3.1. Климат 70
3.2. Геологическое строение и рельеф 74
3.3. Почвенно-растительный покров 77
3.4. Гидрологические условия 79
3.5. Использование водных ресурсов 91
3.6. Развитие водохозяйственного комплекса Среднего Поволжья 98
4. Комплексный анализ флоры экотонов природно технических водоемов 112
4.1. Общая характеристика флоры 112
4.2. Биоморфологический анализ 119
4.3. Географическая структура 123
4.4. Экологический анализ 129
4.5. Ресурсная значимость растений 142
4.6. Встречаемость видов и раритетная флора 148
5. Растительность экотонных экосистем 158
5.1. Общая характеристика экотонов 158
5.2. Классификационная система растительности экотонов 172
5.3. Разнообразие растительных сообществ экотонных экосистем водоемов с неустойчивым гидрорежимом 178
6. Геоэкологические условия водохранилищ местного стока 208
6.1. Природно-технические водоемы как часть парагенетического комплекса .208
6.2. Геоботаническая характеристика и динамика растительного покрова экотонных экосистем водохранилищ 215
7. Стратегии развития экосистем природно технических водоемов 291
7.1. Особенности эволюции искусственных водоемов 291
7.2. Условия устойчивого развития управляемых экосистем .302
8. Мониторинг экотонных экосистем в урбанизированных и заповедных условиях 315
8.1. История создания и экологические условия прудов г. Самары 315
8.2. Гидроботанический мониторинг экотонных экосистем 327
8.3. Динамика флоры прудов г. Самары 344
8.4. Мониторинг водоемов Жигулевского государственного природного заповедника 351
8.4.1. История возникновения и гидрохимические условия 351
8.4.2. Гидроботаническая характеристика 358
8.5. Антропоустойчивость макрофитов 367
9. Проблемы использования и охраны природно технических водоемов 371
9.1 Виды антропогенного воздействия на водоемы и профилактика водопользования 373
9.2. Водоохранные функции растительности 380
9.3. Проблемы охраны водоемов и пути их решения 385
9.4. Программа экологической паспортизации водоемов 388
Выводы 397
Литература 400
- Методы изучения экотонных экосистем в условиях изменения водного режима
- Общая характеристика флоры
- Геоботаническая характеристика и динамика растительного покрова экотонных экосистем водохранилищ
- Программа экологической паспортизации водоемов
Введение к работе
Актуальность темы. В России к концу XX века объем воды, запасаемой в водохранилищах, возрос в 45 раз, что привело к нарушению экологического равновесия на площади более 700 тыс км2 (Оценка влияния изменения режима вод суши.. , 2005). Интенсивное антропогенное воздействие на гидросферу вызвало дестабилизацию аквальных экосистем и прилегающих к ним территорий. Процессы взаимодействия водной и наземной среды формируют экотонную зону, размеры которой зависят от свойств грунтов, гидрологического и гидрогеологического режимов суши, особенностей состава и динамики биокомплексов Одной из важнейших характеристик переходных территорий оказывается повышенная флуктуация и неустойчивость параметров абиотической среды, которые еще не достаточно изучены
Научный интерес представляет выявление структурных и функциональных особенностей прибрежных экотонов, обусловленных адаптивными свойствами компонентов биоты к различным условиям водного режима Познание закономерностей развития экотонных экосистем природно-технических водоемов актуально в связи с экологическими проблемами речных бассейнов, нарушением естественного режима, качества вод и сокращением биоразнообразия
Цель исследований: изучение структуры и динамики растительного покрова экотонных экосистем природно-технических водоемов, выявление механизмов происходящих изменений и прогнозирование возможных путей их развития.
В задачи работы входило- 1) разработать принципы изучения экотонных экосистем, 2) дать теоретическое обоснование структурно-функциональной модели прибрежно-водного экотона, 3) оценить современное состояние и динамику растительного покрова экотонов искусственных водоемов в условиях лесостепного и степного Поволжья; 4) охарактеризовать основные ландшафто-образующие факторы экосистем и их изменчивость при антропогенном воздействии, 5) представить прогностическую модель стратегий развития природно-технических водоемов
Научная новизна. Впервые в историческом аспекте приводится обзор развития понятия «экотон», обсуждается широкий спектр использования термина в различных областях знаний- фитоценологии, биогеографии, ландшафтоведении, гидробиологии и общей экологии Рассмотрены правомерность выделения эко-тональной экологии, ее задачи и место в системе фундаментальных наук Разработаны методологические принципы изучения экотонов Дано научное обоснование структурно-функциональной модели экотонной экосистемы
Сформулировано понятие «антропоустойчивость» и предложена шкала ан-тропоустойчивости водных и прибрежных растений Многолетние полевые исследования позволили построить прогностическую модель стратегий развития управляемых экосистем природно-технических водоемов На основе мониторинга и комплексной оценки современного состояния водоемов приводится научное обоснование профилактической стратегии рационального водопользования
Теоретическое значение работы. Концептуальной основой работы является системный (комплексный, интегративно-междисциплинарный) подход, рассматривающий переходную зону «вода-суша» как экотонную парагенетическую систему (Мильков, 1973) взаимовлияющих ландшафтов смежных экосистем В результате их взаимодействия формируется экотонная система с качественно новыми, эмерджентными свойствами Экотоны отражают разнообразие ландшафта, его географическую и экологическую дифференциацию Динамика растительного покрова экотонной зоны природно-технических водоемов убедительно доказывает, что их фиторазнообразие определяется временем, факторами оптимальности и нестабильности среды Анализ функционирования прибрежных экотонов базируется на теории устойчивости и выносливости экологических систем Материалы исследований вносят вклад в фундаментальную и прикладную экологию, геоботанику и геоэкологию
Практическая значимость результатов Разработана методика оценки экологического состояния экосистем, создана информационная база данных для 12 водохранилищ и 28 прудов Результаты работы могут быть использованы при экологической экспертизе водохозяйственных объектов
Материалы исследований применяются в учебном процессе СПТУ при подготовке учителей по специальности «Биология», «География», «Химия» и в Санкт-Петербургском филиале Высшей школы приватизации и предпринимательства (институте) при подготовке менеджеров организаций Итоги изучения использованы при написании 8 учебных пособий, а также «Зеленой . » (2006), «Голубой » (2007) и «Красной книги Самарской области» (2007)
Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Работа выполнялась в рамках научных исследований кафедры ботаники СГПУ «Изучение динамики растительного покрова Среднего Поволжья», Программы Научного Совета РАН по ботанике отделения общей биологии РАН «Проблемы общей биологии и экологии- Рациональное использование биологических ресурсов (1998-2005 гг )» по направлению 03 «Проблемы изучения, охраны и использования растительного мира»; Программы Президиума РАН «Биоразнообразие и динамика генофондов», проекта РФФИ № р 05-04-96500, программы Отделения биологических наук РАН «Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами», проекта № Т 029 «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки»
Реализация результатов исследования. Автор диссертации является участником научно-исследовательского проекта «Экологическая паспортизация малых рек Самарской области» (2006-2008) Результаты вошли в отчет ИЭВБ РАН «Экологическая оценка состояния реки Чапаевка» (2006) Работа проводилась за счет средств целевого бюджетного фонда социально-экологической реабилитации Самарской области Рекомендации по охране прудов г Самары, направленные в Департамент городского хозяйства и экологии, послужили основой для организации экопарка «Воронежские озера» Учебные пособия «Экология водных растений» (2004, 2005) изданы по заявке ФГУ «Средневолжрыбвод» и финансированы Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды Самарской области (Губернский грант в области науки и техники № 17Г/2004)
Апробация работы. Материалы диссертации представлены на XI съезде Русского Ботанического общества РАН (Барнаул, 2002), IX съезде гидробиологического общества РАН (Тольятти, 2006), III-IV Международных симпозиумах «Степи Северной Евразии» (Оренбург, 2003, 2006), Международных научных конференциях- «Малые реки современное экологическое состояние, актуальные проблемы», «Заповедное дело России принципы, проблемы, приоритеты», «Экологические проблемы бассейнов крупных рек-3», «Природное наследие России изучение, мониторинг, охрана» (Тольятти, 2001-2004), «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий» (Оренбург, 2001, 2003), «Биоресурсы и биоразнообразие экосистем Поволжья прошлое, настоящее, будущее», «Ботанические исследования в Поволжье и на Урале» (Саратов, 2005, 2006), II-V Всероссийских конференциях по прибрежно-водным растениям, VI Всероссийской школе-конференции по водным макрофитам «Гидроботаника-2005» (Борок, 1988, Петрозаводск, 1993, Борок, 1995-2005), Любишевских чтениях «Современные проблемы эволюции» (Ульяновск, 2007), Международной научно-практической конференции «Экология биосистем- проблемы изучения, индикации и прогнозирования» (Астрахань, 2007), Международной научно-технической конференции «Синергетика природных, технических и социально-экономических систем» (Тольятти, 2007), региональной конференции «Актуальные проблемы Волжского бассейна» (Тольятти, 2007), на заседаниях Самарского отделения Русского ботанического и Всероссийского гидробиологического обществ РАН.
Декларация личного участия автора. В основу работы положены многолетние полевые исследования переходной зоны «вода-суша» искусственных водоемов Самарской области, охватывающие период с 1986 по 2007 гг Основные материалы собраны автором лично во время индивидуальных выездов и научных экспедиций кафедры ботаники СГПУ и ИЭВБ РАН Автором создана информационная база данных по изучаемым объектам с описательным и иллюстративным материалами (флористические списки, сводные таблицы, графики, карты, цифровые фотографии, схемы экологических профилей и т д.) Оформлено более 700 гербарных листов, которые хранятся в Фундаментальном гербарии кафедры ботаники СГПУ, гербарных фондах ИБВВ РАН, ИЭВБ РАН, СГУ и Самарского областного историко-краеведческого музея им. П.В Алабина.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
При выделении экотонов в природе учитываются ландшафтные и биоце-нотические признаки В познании закономерностей экотонных экосистем необходимо использовать методологические принципы сопряженности, системности, динамичности и разнообразия
Экотонные экосистемы охватывают широкий диапазон экологических градиентов и включают разнообразный спектр экоморф растений Разнообразие экологических ниш, открытые и нарушенные местообитания создают условия для обогащения генофонда региональной флоры гибридными, новыми и адвентивными видами Экотоны служат биотопами ценопопуляций редких, реликтовых и эндемичных растений
Разнообразие растительных сообществ обеспечивает их взаимозамещение и устойчивое функционирование экотонной экосистемы в условиях неста-
бильного гидрорежима Ключевую роль в функционировании переходной зоны играют прибрежно-водные сообщества, эдификаторы которых толерантны к различным условиям обводнения Динамическое равновесие экосистем поддерживается механизмом сменодоминантности и буферности экотонной зоны, при этом низкая видовая насыщенность компенсируется вариативностью экологических форм растений и фитоценотическим разнообразием
4 Благодаря гео- и биоразнообразию экотонного геокомплекса экологическая гибкость экотонных экосистем обеспечивает устойчивое развитие при-родно-технических водоемов в условиях динамичности и флуктуации среды
Публикации. Автором опубликовано 137 работ, из них 116 по теме диссертации, включая 10 статей в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ при защите докторских диссертаций.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 9 глав, выводов, списка литературы (566 наименований, из них 64 на иностранных языках) и 3 приложений, содержащих конспект флоры, флористические списки объектов мониторинга и сведения о фитопродукции 6 водохранилищ Общий объем работы 494 страницы, в том числе 399 страниц основного текста, включая 53 таблицы и 96 рисунков.
Методы изучения экотонных экосистем в условиях изменения водного режима
Растительный покров водоемов и водотоков Среднего Поволжья изучен глубоко и детально (Экзерцев, 1959; 1963; Голубева и др., 1978; Матвеев, 1978, 1990; Лисицына, 1990; Папченков, 2001 и др.). Работ, посвященных структуре и динамике флоры и растительности водохранилищ с неустойчивым гидрорежимом, созданных в лесостепной и степной зонах, недостаточно (Соловьева, Матвеев, 1991; 1995; Соловьева, 2006).
Изучение динамики растительного компонента экосистем тесно соприкасается с геоэкологическим и фитоценологическим направлениями исследования, то есть оно основано на эколандшафтном принципе. Из экологических методов использовались те, которые выявляли преимущественно обратные связи - явления и процессы, связанные с антропогенным изменением гидрологического режима водоемов и воздействующие на растительность.
Объектом исследования явились пруды и водохранилища, как при-родно-технические системы с особенным характером функционирования (Авакян и др., 1987; Жариков, 1998). Предметом изучений выбрана гидрогенная экотонная экосистема, формирующаяся в зоне контакта водных объектов и суши.
Чтобы понять эту специфику, важно различать содержание таких экологических понятий как «литоральная зона», «ветланд» и «экотонная экосистема». Обратим внимание, что эти категории имеют разную экологическую приуроченность и границы (рис. 1). Известно, что в прибрежную область континентальных водоемов с замедленным водообменом включаются: берег, увлажняемое побережье, литоральная зона, часть лимническои зоны (Литоральная зона, 1975).
Экотонные экосистемы водоемов с неустойчивым гидрорежимом включают наземные экосистемы в зоне подтопления (берег), увлажняемое побережье и часть литоральной зоны, объединяя эти элементарные экосистемы абиотическими потоками вещества, переносимыми преимущественно водой. Непосредственно в зоне контакта воды и суши формируются экосистемы переувлаженных земель, или ветландов. В силу специфического положения, для перечисленных экосистем характерны частые флуктуации факторов среды, связанные с сезонной динамикой уровневого режима.
Ветланды являются частью литоральной зоны (рис. 1. Б). «Нижняя граница ветландов определяется глубиной проникновения в водоем или водоток воздушно-водных растений. При средне низком уровне воды в летнюю межень такая глубина равна примерно 2 м. При глубинах, превышающих этот предел, имеет место собственно водная экосистема» (Папченков, 1997 б, с. 20). Верхняя граница ветландов определяется по наличию почв, по меньшей мере, периодически испытывающих дефицит кислорода в результате чрезмерного насыщения водой и на которых формируется раститель -13 ный покров. Не менее 50 % состава доминантов последнего составляют растения, харктерные для типичных ветландов (т.е. для мелкововодных и заболоченных местообитаний).
В функционировании экотонной экосистемы участвуют водные массы, грунтовый комплекс (включая его биоту) и растительность. Если на водоемах участки с глубинами более 2 м занимают меньше 20 % акватории, то они целиком относятся к экотонным экосистемам. Экологические процессы здесь определяются гидрорежимом и характером донных отложений. В среднеглубоких водохранилищах, нижняя граница экотонной зоны совпадает с нижней границей литоральной зоны и определяется глубиной проникновения макрофитов (3-5 м).
Верхней границей экотонной зоны являются наземные фитоценозы, испытывающие на себе воздействие водоема в виде подтопления (подъема уровня грунтовых вод). На практике в каждом конкретном случае маркерами верхней границ экотонной экосистемы выступают те или иные индикаторные виды растений или фитоценозы.
Литоральная зона включает прибрежную часть водоемов, простирающуюся от уреза воды до нижней границы распространения высших растений. Она включает в себя как дно водоема, т.е. собственно литораль, так и водную массу, расположенную над ним. При отсутствии растительности, нижнюю границу литоральной зоны следует определять по нижней границе трофогенного слоя. «В основу выделения литоральной зоны положены биологические принципы, однако в силу того, что распределение гидробионтов внутри зоны зависит от сочетания геологических, географических, физико-химических особенностей, литоральная зона является функциональной экологической системой, при изучении которой требуется комплексный подход» (Распопов, 1975, с. 9).
В сравнении с другими зонами, литоральная зона обладает рядом особенностей. Она расположена в полосе контакта двух природных ком -14 плексов - наземного (ветланд) и водного (рис. 1 Б, В). В эту зону попадают приносимые с водосбора вещества, которые именно здесь включаются в систему химических и биохимических процессов, протекающих в водоеме. В литоральной зоне оптимальное количество солнечной энергии, необходимой зеленым растениям, обеспечивает высокую интенсивность продукционно-деструкционных процессов. Кроме того, эта зона больше, чем какая-либо другая, испытывает динамическое воздействие водной массы (волнобой), что отражается на физических, химических, биологических процессах в водоеме. В литоральной зоне создаются своеобразные термические условия, выражающиеся в широкой амплитуде колебаний температуры воды в течение суток и сезонном аспекте. Лимнологические условия в литоральной зоне довольно сильно различаются как в горизонтальном направлении (т.е. вдоль береговой линии), так и вертикальном (т.е. глубинном). «Особое значение литоральной зоны, занятой фитоценозами водной растительности, как барьера, преграждающего распределение веществ антропогенного происхождения в озеро» (Распопов, 1975, с. 9). Границы литоральной зоны в водоемах условны и зависят от гидрологических объектов исследований. Экотоны «литоральной зоны» выполняют ключевую роль в экосистемном ряду.
Во время полевых исследований изучались антропогенно-обусловленные и природные изменения экосистем, проявившиеся за период с 1986 по 2007 гг. Всего исследовано 172 водоема, из них одно среднее по размеру (Кутулукское водохранилище), 3 небольших водохранилища (Кон-дурчинское, Черновское, Ветлянское), 8 малых водохранилищ и 28 прудов явились объектами долговременного мониторинга.
В целом, эколого-ландшафтный принцип изучения базировался на гидролого-географическом, эколого-биологическом и эколого динамическом методах:
Гидролого-географический метод. Для детальной гидролого-географической характеристики экосистем использовались полевые наблюде -15 ния. Рекогносцировочные исследования предварялись работой со специализированными картами:
1) гидрографические — для оценки густоты русловой сети общей и гидрологически активной ее части (речной, балочной и овражной сети), общего и аккумулирующего объема водоемов; уклонов земной поверхности и ее микрорельефа;
2) геоморфологические — для выяснения распределения и особенностей водного режима в зависимости от крутизны и ориентировки склонов, густоты и ориентировки различных элементов гидрографической сети;
3) почвенные — для оценки аккумулирующих и фильтрационных свойств основных морфологических, структурных и механических разновидностей почвенного покрова;
4) геологические — для выяснения условий движения подземных вод относительно речной сети (подземного питания рек в зависимости от литологического состава, трещиноватости, закар-стованности, падения, простирания и высотного положения, пространственной выдержанности водовмещающих и водоупорных комплексов);
4) геоботанические — для выяснения местных особенностей снеготаяния и фильтрации талых вод под влиянием лесных фитоценозов и сельскохозяйственных угодий (относительная лесистость, лесорастительные условия, преобладающие системы земледелия и животноводства, вырубка и насаждение лесов);
5) климатические — для выявления особенностей осадкообразования и температурного режима под влиянием подстилающей поверхности в сопоставлении с климатическими нормами.
Общая характеристика флоры
В результате инвентаризации флоры экотонной зоны искусственных водоемов было зарегистрировано 289 видов растений из 67 семейств и 149 родов (приложение № 1). Отдел Charophyta содержит 5 видов, Bryophyta -10, Polypodiophyta - 4, Equisetophyta - 4, Magnoliophyta - 266 видов растений, из которых 7 таксонов имеют гибридогенное происхождение. К классу Magnoliopsida относятся 158, к Liliopsida- 108 видов растений (табл. 9)
Следует отметить, что приведенные сведения для отдела Charophyta и Bryophyta нельзя считать полными, поскольку выявление видового состава низших и высших споровых растений должно входить в задачу специального исследования.
Ведущими семействами флоры являются Сурегасеае и Asteraceae, они содержат по 29 видов. На третьем месте стоит семейство Роасеае, оно включает 26 видов, четвертое место занимает Potamogetonaceae, содержащее 18 видов, Salicacea и Polygonaceae насчитывают по 14 и 13 видов, соответственно. Остальные семейства содержат менее 10 видов растений, при этом 27 из них - по 1 виду.
К числу трех самых многочисленных в видовом отношении родов принадлежат Potamogeton (18 видов), Сагех (16) и Salix (11). Оставшиеся роды содержат менее 10 видов. В табл. 10 приведен перечень 12 ведущих се мейств и родов флоры.
В связи с особенностями экотонных экосистем, анализ флоры проведен отдельно для водных растений (гидрофитов) или «водного ядра» флоры (Щербаков, 1991) и комплекса прибрежных видов, включающих прибрежно-водные виды (гелофиты и гигрогелофиты) и заходящие в воду береговые растения (гигрофиты, гигромезофиты и мезофиты), (табл. 11).
Наиболее высокие показатели флористического разнообразия имеет прибрежная флора, что вполне объясняется специфическими условиями переходной зоны «вода-суша», где возникают самые благоприятные условия для гигрофильного разнотравья. Следует заметить, что во флоре водного ядра, прибрежном комплексе и флоре в целом число родов, представленных 1 видом составляет около 50%.
Водное ядро флоры включает 20 семейств, 25 родов и 55 видов (табл. 12). Цветковые растения относятся к 18 родам и 49 видам, из них 23 вида принадлежат классу Magnoliopsida и 22 вида к Liliopsida Наибольшее число видов содержит семейство Potamogetonaceae - 18, Lemnaceae - 4 вида, Сегаophyllaceae, Ranimculaceae, Nymphaeaceae, Hydrocharitaceae - по 3, остальные семейства - по 1-2 вида.
Прибрежную флору экотонов слагают 234 вида из 51 семейства и 129 родов. К классу Magnoliopsida относится 147 видов растений, к Liliopsida -79. По числу видов преобладают семейства Сурегасеае и Asteraceae - по 29 видов, Роасеае - 26 и Salicaceae - 14 видов, 17 семейств представлены 1 видом (табл. 13).
Положение семейства Asteraceae на втором месте в составе прибрежной флоры связано с тем, что далеко неводные растения этого семейства часто встречаются в экотонной зоне. В экотонах искусственных водоемов с непостоянным уровнем воды формируется широкая зона временного затопления с участием заходящих в воду береговых видов растений. «Эта зона является местом совместного обитания организмов с разной экологической потребностью, из нее они проникают в несвойственные им в норме местообитания и осваивают их. Поэтому на прибрежных мелководьях водоемов, обсыхающих косах и отмелях всегда можно найти, а обычно и немало, растений сухопутных, растущих в условиях обводненного грунта» (Папченков, 2001, с. 76).
Доля типично водных растений составляет 86 % видового состава гидрофитов Самарской области (Матвеев, Соловьева, Семенов, 2001). Согласно последней флористической сводке, флора экотонных экосистем антропогенных водоемов содержит 17 % видового состава растений Самарской области (Устинова и др., 2007).
Таблица 14 наглядно иллюстрируют сходство, различие и специфику искусственных водоемов, озер и рек. Значения таблицы показывают, что сходный состав имеют только 6 семейств. В водоемах и водотоках Среднего Поволжья для 10 семейств характерно значительно большее число видов, 11 семейств содержат одинаковое число видов. Меньшим числом видов во флоре экотонов прудов и водохранилищ представлены роды Potamogeton, Nuphar, Utricularia, Callitriche, Sparganium, Carex, Juncus и др.
В результате изучения форы экотонной зоны малых искусственных водоемов Самарской области были отмечены виды растений, не указанные для прудов Среднего Поволжья в известных флористических сводках (Папченков, Соловьева, 1995; Папченков, 2001). Так, среди водных растений в прудах Среднего Поволжья ранее не отмечались Salvinia natans (L.) AIL, Nymphaea alba L., N. Candida J. et C. Presl., Batrachium divaricatum (Schrank) Vimm., B. xfelixii Soo, B. trichophyllum (Chaix) Bosch, Ceratophyl-lum tanaiticum Sapieg., Elatine alsinastrum L, Myriophyllum spicatum L., Potamogeton acutifolius L., P. biformis Hagstr., P.x biformoides Papch, P. nodosus Poir., Trapa natans L.s.L, Lemna gibba L., Pistia stratiotes L.
В составе прибрежной флоры ранее не указывались Thelipteris palustris Schott, Stellaria palustris Retz., Naumburgia thyrsiflora (L.) Reichenb., Eu-forbia palustris L., Valeriana officinalis L., Menyanthes trifoliata L., Pedicularis palustris L., Veronica scutellata L., Juncus ejfusus L., Carex bohemica Achreb., Phragmites altissimus (Benth.) Nabille., Cailapalustris L., Gratiola officinalis L. и ряд других видов.
Новыми видами для водоемов Самарской области являются Potamogeton biformis Hagstr. и гибридный вид Potamogeton х biformoides Papch. Всего в изучаемой флоре выявлено 53 новых для прудов Среднего Поволжья таксона, в том числе такие виды как Chora aculeolata Kutz., Pistia stratiotes L., Bolboschoenus latycarpus Marhold et al., Mentha aquatica L., Impatiens glan-dulifera Royle, которые отмечены впервые для прудов на данной территории.
Изменение видового разнообразия по сравнению с опубликованными ранее флористическими сводками (Соловьева, 2005; Соловьева Саксонов, 2006) объясняется, во-первых, расширением границ исследования водоемов в северном направлении Среднего Поволжья, включая Правобережье (до границ Ульяновской области) и на юг, в направлении Сыртового Заволжья (до границ с Оренбургской и Саратовской областями); во-вторых, многие пруды и все малые водохранилища изучалась нами неоднократно, что способствовало максимальному выявлению флоры с учетом естественных динамических процессов в экосистемах.
Геоботаническая характеристика и динамика растительного покрова экотонных экосистем водохранилищ
Водохранилище создано в 1981 году на базе р. Кондурчи, правобережном притоке реки Сок. Расположено оно в 2 км западнее села Славкино Сергиевского района. Расстояние от устья реки до гидроузла 253 км. Длина водоема 7 км. Максимальная ширина 2,5 км, минимальная - 0,9 км. Наибольшая глубина 11,5 м, средняя - 3,81 м. Площадь водного зеркала при НПУ равна 6,93 км . Площадь мелководий с глубиной до 2 м составляет 2,0 км2. При создании водохранилища зарегулирован водоток рек Сок и Кон-дурчи. Площадь водосборного бассейна 388 км .
Почвенный покров образован выщелоченными и типичными средне-гумусными и среднемощными черноземами суглинистого и тяжелосуглинистого механического состава.
Коренные берега долины реки Кондурчи в районе водохранилища находятся в различных орографических условиях и отличаются по геологическому возрасту (рис. 31).
Левый берег сложен красноцветными породами перми, правый - неогеновыми отложениями (Мильков, 1953). Асимметричность берегов, разно -216 возрастность слагающих их пород и примыкание затопленного русла к левобережью отражаются на характере зарастания приурезовых районов акватории. Большая протяженность береговой линии, орографические и гидродинамические факторы обусловили различное сочетание экотонов в верховье, озеровидном и приплотинном районах акватории.
Согласно тектоническому районированию, Кондурчинское водохранилище расположено в пределах Елховско-Боровского вала. В геологическом строении структуры принимают участие породы палеозойского и кайнозойского возраста. Широкое распространение на поверхности имеют пермские породы. Вал морфологически хорошо выражен в современном рельефе, занимая площадь водораздела рек Сок и Кондурча. Минимальное значение суммарной амплитуды неотектонических движений в его пределах составляет 200 м, а на осложняющих вал отдельных локальных поднятиях достигает 650 м. Территория, непосредственно прилегающая к водоему, находится в тектонически неоднородных условиях.
Большая часть водоема расположена в условиях, характеризующихся приподнятым залеганием новейших отложений. Это районы Шенталинской и Вагановской брахиантиклиналей в верховье и Славкинского поднятия в средней части. Они представляют собой брахискладки, развивающиеся с олигоцена. Приплотинный район водохранилища находится в условиях пониженного залегания четвертичных отложений по сравнению с соседними участками - в пределах локальной впадины - Елховской брахисинклинали (рис. 32).
Водохранилище находится в неоднородных тектонических условиях, связанных с движением противоположных структурных форм: в верховье -локальных поднятий, в приплотинном районе - локального понижения. Характер тектонических движений, протекающих в пределах речной поймы, приводит к деформации продольного профиля, способствует поднятию уровня грунтовых вод, обусловливая процессы заболачивания (Хмелев, 1985). Известно, что современные тектонические движения имеют скорость около 1 мм в год, следовательно, происходит относительное поднятие одного участка по сравнению с другим. Незаметный разнонаправленный механизм движений в районе активных положительных структур способствует поднятию затопленной водохранилищем пойменной поверхности и повышению уровня грунтовых вод. Таким образом, Кондурчинское водохранилище оказалось под двойным влиянием. С одной стороны - движения разнородных тектонических структур вызывают естественный плотинный эффект, с другой - плотина, повышая уровень грунтовых вод, активизирует процессы заболачивания, увеличивая площади зарастающих мелководий.
Тектонические структуры оказывают влияние на зарастание Кондурчинского водохранилища, обусловливая его линейную расчлененность. В верховье водоема растительные формации образованы 5 эдификаторами, в составе флоры сообществ отмечено 48 видов. Растительность здесь имеет массивно зарослевый и бордюрный характер. В приплотинном районе водохранилища нет сомкнутой растительности, отмечены лишь пятнистые заросли формаций рогоза узколистного, сусака зонтичного и рдеста гребенчатого.
Растительные сообщества верховья Кондурчинского водохранилища отличается от других водоемов большим разнообразием (14 формаций) при относительно малом количестве эдификаторов водных сообществ (4 вида). Особенность растительного покрова данного водоема состоит также в том, что фитоценозы его верховья содержат от 15 до 29 видов. Среди типично водных видов растений отмечены Myriophyllum verticillatum, Utricularia vulgaris, Zannichellia palustris, Potamogeton crispus, которые довольно редко встречаются в других экотонных экосистемах. Эти виды встречаются нечасто, небольшими пятнами и только уруть является ценозообразователем. В то же время, ниже плотины сформированы мощные заросли перечисленных гидрофитов, а также подводные луга водяного мха (Fontinalis antipyretica) и харовых водорослей. Очевидно, что диаспоры и части вегетативных органов макрофитов были занесены с русловым потоком реки Кондурчи, на которой создано водохранилище. Бедность гидрофитных сообществ в пределах его акватории объясняется непостоянством гидрологического режима и возрастом водоема. Оно существует с 1981 года и в настоящее время находится на переходном этапе от стадии становления к стадии динамического равновесия.
Водохранилище имеет мелиоративное значение. Благодаря Кондурчин-ской оросительной системе до 1990 г. под поливом было 4849 га, в 2004 г. -только 1604 га. В результате сокращения объемов водопользования происходил резкий спад уровня воды с отметки 112,5 до 109,5 см, то есть уровень воды с весны до осени изменялся в пределах 300 см (рис. 33). Это сдерживало развитие водных растений и способствовало формированию широкой зоны временного затопления, благоприятной для развития гигрофильного разнотравья. В последние годы в летний период амплитуда колебания уровня воды составила не более 100 см, что нашло отражение в изменении состава растительного покрова экотонной зоны водоема (табл. 30).
Рассмотрим динамику флоры и растительности экотонной зоны Кондурчинского водохранилища за последние 15 лет. В 1990 году водную и прибрежно-водную флору водохранилища слагали 88 видов. В 1992 году было отмечено 95 макрофитов, в том числе, Chara fragilis Desv. и Fontinalis antipyretica Hedv. В 2005 г. на Кондурчинском водохранилище зарегистрировано 112 видов. В целом, флору образуют обычные, широко распространенные растения. Из водных заслуживают внимания Myriophyllum verticillaum L. и Utricularia vulgaris L., сравнительно редко встречающиеся в малых искусственных водоемах Самарской области и изредка - в прудах Среднего Поволжья.
За последние годы произошло увеличение видового состава растений всех экологических типов. В первые годы исследований было отмечено только 7 гидрофитов - Ceratophyllum demersum L., Fontinalis antipyretica Hedw., Lemna minor L., Persicaria amphibia (L.) S.F.Grey, Potamogeton cris-pus L., P. pectinatus L., P. perfoliatus L. В 1992 году среди выше названных, были отмечены Potamogeton lucens L. и Lemna trisulca L. В последнее вре -220 мя в приплотинном районе акватории появились Myriophyllum verticillatum L., Spirodela polyrhiza (L.) Schleid. и Utricularia vulgaris L. Ранее эти растения отмечались в русле Кондурчи, расположенном ниже плотины. Состав гелофитов изменился в первые годы наблюдений с 5 до 8 видов за счет появления таких растений как Alisma gramineum Lej., Equisetum fluviatile L. и Scirpus lacustris L. За период с 1992 по 2005 гг. состав гелофитов и гигроге-лофитов остался почти неизменным. Увеличение гигрофитов произошло с 20 до 30 видов. Ранее не отмечались Bidens cernua L., Alopecurus aequalis Sobol., Equsetum palustre L., Epilobium roseum Schreb., Lycopus exaltatus Fil., Myosoton aquaticum (L.) Moench, Salix alba L., S. cinerea L., S. fragilis L. и Veronica anagallis-aquatica L. Среди мезофитов появились Melilotus denatus Waldst. et Kit.) Pers., Rumex stenophyllus Ledeb. и Tussilago farfara L.
По результатам мониторинга флоры в 2005 году экологический спектр экотонной зоны образуют 12 гидрофитов (11%), 8 гелофитов (7%), 12 гиг-рогелофитов (11%), 30 гигрофитов (27%) и 50 (45%) гигромезофитов и мезофитов (рис. 34).
Экотоны Кондурчинского водохранилища, расположенного в лесостепной зоне с гидротермическим коэффициентом 1,2 содержат наибольшее число гигромезофитов и мезофитов (80 видов), по сравнению с водохранилищами, расположенными в степной зоне.
Программа экологической паспортизации водоемов
Хозяйственное значение малых водохранилищ, достаточно частые изменения в характере их использования вызывают необходимость постоянного сбора и обобщения различных природно-хозяйственных сведений о динамическом состоянии искусственных водоемов. В результате возникает необходимость единой формы сбора информации - экологической паспортизации водохранилищ и создания единой информационной системы контроля. На Международной конференции по водным ресурсам (Иркутск, 2005 г.) отечалось, что создание унифицированных межведомственных и региональных баз данных по водным объектам является одной из насущных проблем водохозяйственного комплекса. Опыт создания информационных систем на основе проведения инвентаризации водных ресурсов имеется в Бе-лоруси (Кирвель, Лопух, Широков, 1986; Широкови др., 1993). Специалистами отработана структура экологических паспортов на электронных носителях, открытая для текущей корректировки, изъятия информации или ее дополнения, машинного поиска и математической обработки. Информационная база данных, разработанная на основе системы управления базами данных Access, создана для контроля природной среды Южного Приаралья (Оценка влияния..., 2005). Существует технология создания природоохранных геоинформационных систем (Лебедев и др., 2006).
Анализ имеющейся информации в водохозяйственных организациях по водохранилищам Самарской области, показал, что она ограничена общими сведениями о водоеме, разрознена, не содержит современной при-родно-экологической характеристики. Материалы экологического мониторинга искусственных водоемов за период с 1986 по 2006 год могут быть положены в основу создания единой информационной базы данных и программы экологической паспортизации водоемов. Последняя предусматривает сбор комплекса данных в виде системы показателей, отражающих экологическое состояние водоема и его соответствие нормам охраны вод, требованиям к рекреационным зонам, регламентированными действующей научно-технической документацией. В основу структуры паспорта были положены методические рекомендации, разработанные учеными Института экологии Волжского бассейна РАН и Нижегородского университета (Розенберг и др., 2001; Гелашвили и др., 2001; Гелашвили и др., 2005). В качестве примера приведем содержание основных разделов, необходимых для составления экологического паспорта водохранилищ: I. Общие сведения
1) название водоема и зарегулирование водотока;
2) ведомственная и административная принадлежность водохранилищ;
3) год составления проекта, дата оформления акта приемки в эксплуатацию, заполнения и достижения НПУ;
4) вид водопользования (специальный, обособленный, совместный).
П. Основные параметры водохранилища и водосбора
1) размеры водоема: длина, ширина, глубина, максимальная и средняя;
2) характер питания рек в бассейне, сведения о главных притоках выше водохранилища;
3) площадь водосбора (схема водосборной территории водохранилища).
III. Водохозяйственный баланс водохранилища
1) основные водопотребители и водопользователи;
2) основные показатели гидросооружений, используемые водопотребите-лями и водопользователями;
3) водохозяйственный баланс за расчетные обеспеченности и конкретные годы.
IV. Гидрологическая характеристика
1) особенности гидрологического режима (табличные данные по колебанию уровня воды в летний период, графики);
2) гидрохимические показатели (минерализация и биогенный состав, прозрачность воды);
3) температурный режим;
4) расчетное испарение с поверхности воды.
V. Гидробиологические особенности
1). гидробиологические показатели
2) таксономическая структура и экологические группы видов растений;
3) растительность (типы зарастания, основные растительные сообщества и их характеристика);
4) биомасса макрофитов (изменение биомассы в различные годы);
5) доминирующие виды фито, зоопланкта и бентоса;
6) ихтиофауна;
7) особенности заиления;
8) характеристика типов донных отложений, их гранулометрический и геохимический состав.
VI. Влияние водохранилища на окружающую среду
1) микроклиматическое воздействие;
2) особенности переработки берегов, затопления земель.
VII. Природно-антропогенные условия и ресурсы водохранилищ
1) природные условия (геоморфология, неотектоника, климатические и почвенные особенности);
2) источники антропогенного загрязнения;
3) схема хозяйственного использования водохранилища и его побережий с указанием расположения водопользователей и водопотребителей, источников загрязнения;
VIII. Охрана и природопользование
1) водоохранные мероприятия на водосборе с указанием лесополос и миграционных коридоров;
2) расположение охраняемых природных территорий;
3) законодательные меры по улучшению состояния окружающей среды водохранилищ (перечень законов и постановлений, дата вступления их в действие, ответственные органы, основные объекты контроля).
Как видно из содержания паспорта, сбор базы данных даже для одного водоема требует значительного объема информации. Для этого наряду с проектами и режимными наблюдениями, необходима организация комплексных экологических экспедиций с привлечением широкого круга специалистов - геологов, гидрологов, геоботаников, зоологов и почвоведов. В России накоплен хороший опыт проведения таких исследований (Литоральная зона...., 1975; Экология городского водоема, 1998; Оценка влияния..., 2005; Геоэкологические проблемы..., 2005).
Экологический паспорт составляется водопользователем или по его поручению компетентной организацией. Порядок согласования и утверждения экологического паспорта определяется органами местного самоуправления. В зависимости от складывающейся экологической обстановки территориальный орган охраны природы определяет периодичность комплексного обследования водоема. Экологический паспорт хранится у водопользователя, в органах местного самоуправления и в территориальных государ -392 ственных контролирующих органах Госкомэкологии, Госсанэпиднадзора и Роскомгидромета.
В соответствии с п. 5.9 «Правил охраны поверхностных вод» (1991), сведения, содержащиеся в экологическом паспорте, являются составной частью экологического паспорта территории (района, области, города).
Оценку рекреационной нагрузки следует проводить по ГОСТу 17.1.5.02.-80 «Гигиенические требования к зонам рекреации водных объектов».
