Введение к работе
Актуальность темы
Работа посвящена изучению двух эмерджентных параметров экологических систем: разнообразия и устойчивости. Развитие экологии в последние десятилетия привело к признанию, что сохранение биоразнообразия - основа поддержания экосистемами, и биосферой в целом, своей структуры, устойчивости и нормального функционирования. Это положение стало парадигмой и утвердилось в широких сферах общества. Один из основных документов, принятых Конференцией ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро (1992г.) - Конвенция о биологическом разнообразии. В настоящее время изучение биоразнообразия и устойчивости экосистем являются приоритетными направлениями в экологии' например в программе влиятельной группы специалистов, группирующихся вокруг The Ecological Society of America, они являются двумя главными исследовательскими направлениями.
Изучение разнообразия и устойчивости локализовано в двух областях, занимающих разные позиции на макрогеографическом тренде климата и разнообразия. Как указывает член-корреспондент РАН Ю.И.Чернов, именно такой метод в настоящий момент наиболее перспективен для исследования глобальных биогеографических закономерностей.
Диссертация выполнялась в рамках основной тематики Института экологии Волжского бассейна. Этому способствовало получение стипендии, присужденной научным советом РАН "Проблемы экологии и антропогенной динамики" в 1994 г.
Цель и основные задачи работы
Целью работы является изучение динамики разнообразия и устойчивости растительных сообществ при первичной сукцессии степных экосистем в условиях Приазовской возвышенности и Казахского мелкосопочника.
Основные задачи:
Определить, какие пути и модели характерны для первичных сукцессии в данных условиях
Проанализировать изменение видового разнообразия и одного из аспектов устойчивости - упругости - растительного сообщества в ходе сукцессии
Проследить взаимосвязь изменений разнообразия и упругости
Проследить связь моделей сукцессии с изменениями разнообразия и упругости
Оценить соотношение стабильности климатических условий Приазовской возвышенности и Казахского мелкосопочника
Проанализировать влияние стабильности климатических условий на сукцессионные тренды видового разнообразия и упругости растительного сообщества и на взаимосвязь этих трендов.
Научная новизна работы
Впервые для степных экосистем сделана попытка изучения закономерностей их строения и динамики на стыке трех концепций общей экологии: сукцессии, разнообразия и устойчивости. Для изучения данных закономерностей и процессов в степных экосистемах впервые использован биогеографический принцип градиента континентальности. Ряд новых элементов имеется в методике оценки разнообразия и упругости и анализа их изменений, а также в методах анализа климатических характеристик.
Теоретическое значение работы
Изучена сукцессионная динамика разнообразия и упругости степных экосистем и взаимосвязь этих параметров. Доказана ранее теоретически
предсказанная закономерность снижения упругой устойчивости экосистем на зрелых стадиях сукцессии. Изучено влияние стабильности климатических условий на пути и модели сукцессии степных экосистем, сукцессионные изменения разнообразия и упругости и их взаимосвязь.
Практическая значимость работы
Работа связана с проблемами сопротивляемости и реакции на антропогенные воздействия степных экосистем в зависимости от их строения, географического положения и внешних факторов, с проблемой "затягивания" биосферой антропогенных "ран" и ее региональными особенностями. Результаты проведенных иследований могут быть использованы в области экологической инженерии, охраны природы и управления природными системами.
Реализация результатов исследований
Материалы исследований используются автором и его коллегами при проектировании экологического каркаса Самарской области, сети особо охраняемых природных территорий Самарской области (в частности природный степной заказник федерального значения "Синий Сырт"), в проекте по реставрации степных пастбищ на деградированных полях в Большечерниговском районе Самарской области.
Апробация работы
Отдельные результаты работы докладывались на Совещании по проблемам особо охраняемых природных территорий Европейской части России, г.Москва, 6-7 апреля 1992 г.; Семинаре по особо охраняемым природным территориям, Г.Н.Новгород, 7-10 ноября 1993 г.; 1 Научно-практической конференции "Актуальные вопросы современной истории города", г.Тольятти, апрель 1994 г.; Российско-американском семинаре по особо охраняемым природным территориям, г.Талдом, 7-12 сентября 1994 г.
Публикация результатов исследований
Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 11 печатных работах.
Декларация личного участия автора
Автор лично провел в 1992-1994 гг. экспедиционное обследование изучаемых районов, произвел описание пробных площадей, отбор проб и поиск ведомственных данных. Все работы, связанные с лабораторной обработкой материала, математической обработкой данных, интерпретацией полученной информации, оформлением, осуществлены автором самостоятельно.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Уменьшение континентальное климата при движении от центра Евразии к окраине в пределах степного биома - это эффект изменения двух параметров климатической среды: температурного режима и режима выпадения осадков.
-
Изменение континентальности климата приводит к тому, что популярные среди наиболее континентальных степей модели сукцессии нейтральность и стимуляция заменяются у европейских степей набором моделей стимуляции, ингибирования и толерантности.
-
Максимум разнообразия растительности при первичной сукцессии степной экосистемы приходится на ее финальную, климаксную стадию. При движении из центра континента к его окраине поднимается абсолютная величина разнообразия на всех стадиях и появляется второй, меньший максимум разнообразия на промежуточных стадиях формирования экосистемы и следующая за ним депрессия. Характер роста разнообразия при северной экспозиции склона носит сигмоидальный характер, при южной - логистический. На первых стадиях сукцессии
разнообразие максимально при северной экспозиции склона, минимально при южной. На более поздних стадиях разнообразие минимально на плоских участках.
-
Упругая устойчивость автотрофной части экосистемы в ходе сукцессии в целом логарифмически снижается. С движением к окраинам материка абсолютная величина упругости снижается на всех стадиях, но появляется местный максимум или плато кривой упругости на промежуточных стадиях развития. Упругость сообществ на склонах южной экспозиции максимальна.
-
Взаимоотношения разнообразия и упругости - это обратная зависимость, наилучшим образом описываемая геометрической регрессией.
-
Характер регрессии этих двух величин не зависит от изменения внешней среды, что свидетельствует о тесной, жесткой взаимосвязи между разнообразием -структурным параметром, и упругой устойчивостью - функциональным параметром.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы и приложений. Ее объем составляет 180 страниц, в том числе 139 стр. собственно текста, 44 фотографий, 22 рисунка, 19 таблиц. Список литературы содержит 80 отечественных и 72 зарубежных источника.
1. КОНЦЕПЦИИ СУКЦЕССИИ, РАЗНООБРАЗИЯ, УСТОЙЧИВОСТИ
ЭКОСИСТЕМ И ИХ ВЗАИМОСВЯЗЬ (Обзор литературы)
На основе изучения обширного литературного материала рассматривается понятийный аппарат и терминология концепций сукцессии, разнообразия и устойчивости экосистем. Анализируются предложенные различными школами модели и механизмы сукцессии, модельные распределения и индексы разнообразия, факторы, формирующие разнообразие и механизмы его обеспечения, модели устойчивости экосистем и факторы, на устойчивость влияющие. Рассмотрены различные точки зрения на изменения разнообразия и устойчивости сообществ при сукцессиях. Проанализирована история вопроса о взаимосвязи разнообразия и устойчивости в экосистеме.