Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Район, материалы и методы исследования g
1.1. Район исследований g
1.2. Материалы и методы исследования 10
Глава 2. История изучения флоры и растительности «Буртинской степи»
Глава 3. Влияние факторов среды на разнообразие растительного покрова «Буртинской степи» 20
3.1. Абиотические факторы
3.1.1. Климат
3.1.2. Поверхностные и подземные воды
3.1.3. Рельеф и геология
3.1.4. Почвы
3.2. Биотические факторы
3.3. Антропогенные факторы
Глава 4. Флора сосудистых растений «Буртинской степи» 56
4.1. Таксономический анализ
4.2. Биоморфологический анализ 51
4.3. Эколого-фитоценотический анализ 53
4.4. Редкие, реликтовые и эндемичные виды 66
Глава 5. Эколого-фитоценотическая характеристика степной растительности «Буртинской степи» 69
5.1. Классификация степной растительности «Буртинской степи» 59
5.2. Характеристика основных степных формаций 72
5.2.1. Залесскоковыльная формация (Stipeta zalesskii) 72
5.2.2. Овсецовая формация (Helictotricheta desertorum) 90
5.2.3. Степномятликовая формация (Poeta transbaicalicae) JQ j
5.2.4. Типчаковая формация (Festuceta valesiacae) ] JQ
5.2.5. Мохнатогрудницевая формация (Galatelleta villosae) j 19
5.2.6. Ковылковая формация (Stipeta lessingianae) 124
5.3. Краткая характеристика других степных формаций «Буртинской степи». J32
5.4. Экологические взаимосвязи степных формаций «Буртинской степи»
Глава 6. Зональное положение «Буртинской степи» 138
Заключение 141
Список литературы 143
Приложения 157
Введение к работе
Актуальность темы. Степная зона, сыграв исключительно важную роль в истории Человечества, в настоящее время оказалась на грани полной потери своего первоначального облика вследствие замены коренных экосистем агроландшафтами. Ни в одной другой природной зоне Евразии нет такой высокой доли сельхозугодий (8796%) и пашен (40–85%) в земельном балансе.
Об остроте экологической ситуации свидетельствует также и то, что доля исчезнувших и занесенных в Красные книги видов растений и животных здесь наивысшая среди всех зон России при недостаточном количестве охраняемых природных территорий, в особенности заповедников (Чибилёв, 1997).
Степной заповедник «Оренбургский» общей площадью более 21 тыс. га призван выполнять функцию сохранения степных экосистем, что является непростой задачей в освоенном аграрном регионе.
Инвентаризация флоры и растительности одна из первоочередных задач научных исследований в заповедниках, так как результаты этих исследований являются основой для оценки биоразнообразия и выбора стратегии охраны видов и сообществ, а также базой для обоснования долгосрочного мониторинга (Марина, Марин, 1994).
Именно на заповедных территориях с сохранившейся растительностью, подверженной наименьшему влиянию антропогенного фактора, представляется наиболее доступным и актуальным познание закономерностей, лежащих в основе разнообразия и устойчивости естественных экосистем.
Цель работы: изучение закономерностей распределения и современного состояния степной растительности заповедного участка «Буртинская степь» Госзаповедника «Оренбургский».
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
– изучить флору сосудистых растений, провести её таксономический, биоморфологический и эколого-фитоценотический анализ;
– рассмотреть систему экологических факторов, определяющих разнообразие и структурную дифференциацию растительного покрова;
– изучить разнообразие степной растительности;
– провести классификацию степных сообществ;
– дать эколого-фитоценотическую характеристику основных степных формаций;
– уточнить зональное положение территории.
Научная новизна работы состоит в следующем:
– впервые установлены основные закономерности распределения степной растительности «Буртинской степи»;
– впервые составлены внутри- и межформационные эколого-фитоценотические схемы;
– впервые подробно описана растительность всех залежей заповедного участка;
– выявлены 120 видов сосудистых растений, не указывавшихся для «Буртинской степи», расширены представления о распространении некоторых из них на территории области, в том числе отмечено 3 вида, ранее не приводившиеся для флоры Оренбургской области.
Практическая значимость. Работа имеет практическое значение как часть программы мониторинга флоры и растительности Государственного природного заповедника (ГПЗ) «Оренбургский», а её результаты включены в «Летопись природы» заповедника.
Полученные данные успешно использованы при выполнении проектов по «Научному обоснованию сохранения эталонных степных экосистем Урало-Илекского междуречья», созданию парка-биостанции «Оренбургская тарпания» (на территории Орловской степи), а также при изучении возможности оптимизации заповедного режима ГПЗ «Оренбургский».
Пополнены гербарные коллекции Института степи (ИС) УрО РАН и ГПЗ «Оренбургский». Собрана база данных геоботанических описаний «Буртинской степи».
Результаты наших исследований используются специалистами других естественнонаучных направлений при проведении научных исследований, а также в ходе учебного процесса по курсам «Ботаника» и «Флора Оренбургской области» в Оренбургском государственном университете и при проведении занятий по элективным курсам «Экология растений», «Геоботаника» и «Флора Оренбургской области» с учащимися Областного детского эколого-биологического центра.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на заседаниях Ученого совета и Лаборатории биогеографии и мониторинга биоразнообразия ИС УрО РАН, Лаборатории географии и картографии растительности Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН, научно-практических конференциях, симпозиумах и школах-семинарах различного уровня: XI съезде РБО «Ботанические исследования в азиатской России» (Новосибирск-Барнаул, 2003); Второй международной конференции «Биотехнология – охране окружающей среды» (Москва, 2004); Международной конференции, посвященной 15-летию государственного заповедника «Оренбургский»: «Заповедное дело. Проблемы охраны и экологической реставрации степных экосистем». (Оренбург, 2004); Международной конференции памяти И. К. Пачоского: «Й. К. Пачоський та сучасна ботанiка» (Херсон, 2004); Второй международной конференции молодых ученых и специалистов: «Стратегия природопользования и сохранения биоразнообразия в XXI веке» (Оренбург, 2004); «Фальцфейнiвскi читанняю» (Херсон, 2005); IV международном симпозиуме «Степи Северной Евразии» (Оренбург, 2006); Международной научно-практической конференции: «Алдамжаровские чтения» (Костанай, 2007), Международной конференции: «Заповедные степи Украины. Состояние и перспективы их сохранения» (Аскания-Нова, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в т. ч. 3 статьи в рецензируемых журналах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 201 наименования и приложений, изложена на 225 страницах (в т.ч. основной текст – 180 страниц, приложения – 69 страниц), включает 41 таблицу и 36 рисунков.
Абиотические факторы
Вода - важный компонент любого ландшафта, выполняет роль связующего звена, объединяя природные компоненты в единые геосистемы (Казаков, 1999). Вода играет и дифференцирующую роль, образуя элементарные природные комплексы, различающиеся по степени увлажнения и особенностям горизонтальной и вертикальной структур (Сивохип, Калмыкова, 2005).
Гидрографическая-сеть Буртинской степи, представленная истоками и верховьями малых рек — притоков Урала: Карагашты, Кайнар (Тузлукколь), а также пересыхающими ручьями Белоглинка, Кызылсай, Таволгасай, Дусансай (Степной заповедник..., 1996), выходы подземных вод и крупные временные водотоки определяют присутствие в растительном покрове азональных элементов, а в некоторых случаях способствуют формированию галофитных комплексов.
На территории «Буртинской степи» можно нередко наблюдать формирующие и преобразующее влияние родников и образуемых ими ручьев на растительность. Формы выхода подземных вод на заповедном участке различны: от восходящих источников до слабонапорного выхода и высачивания. Значение родниковых выходов в ландшафте определяется в первую очередь интегрирующими и дифференцирующими свойствами воды, за счет которых происходит развитие гидроморфных комплексов родниковых урочищ.
Одним из основных компонентов родникового комплекса является растительность. Кроме комплексообразующей роли, она выполняет индикаторную роль, позволяя определить родниковый комплекс в ландшафте. Растительность природниковых луговин представляет собой разнообразные сочетания растительных сообществ, отличающихся по форме, размерам, составу и экологическим особенностям. Данной вариативности способствует изменение условий увлажнения, теплового и воздушного режима, особенности мезо- и микрорельефа. В ботаническом отношении подобные луговины интересны как урочища со своеобразным растительным покровом, в значительной степени образованным видами и сообществами, свойственными более северным районам (Гуричева, 1965; Сивохип, Калмыкова, 2005).
Наиболее крупным выходом подземных вод «Буртинской степи» является родник Кайнар. Многочисленные грифоны выносят частицы серого песка, в результате их деятельности формируется родниковая воронка (около 3,5 м в диаметре). Дебит - 2-2,5 л/сек. Выходы подземных вод родника Кайнар, восходящего характера, дают начало полноводному ручью, с развитием в верховье природниковой луговины. Формированию данного урочища способствует благоприятное сочетание гидрогеологических и геолого-геоморофологических факторов (Сивохип, 2002; Сивохип, Калмыкова, 2004а).
Таксономический анализ
В растительном покрове участка наиболее значительной представляется роль семейства Роасеае, более половины видов которого относятся к эдификаторам, доминантам и содоминантам растительных сообществ. Это, прежде всего, виды рода Stipa: S. zalesskii, S. lessingiana, S. pulcherrima, S. capillata, S. korshinskyi, S. tirsa, S. pennata, a также Poa transbaicalica, Helictotrichon desertorum, Festuca valesiaca, Koeleria cristata, Agropyron desertorum, A. pectination, Bromopsis inermis, Calamagrostis epigeios, Dactylis glomerata, Hordeum brevisubidatum, Leymus paboanus, Poa angustifolia, Phragmites australis, Psathyrostachys juncea, Puccinellia dolicholepis, виды рода Elytrigia.
Такую же роль играют около 1/3 видов семейства Asterасеае, однако большинство из них относится к содоминантам, реже доминантам сообществ.
Большое количество фитоценотически значимых видов семейства Asteraceae относится к его наиболее многовидовому роду - Artemisia: A. armeniaca, A. austriaca, A. marschalliana, A. nitrosa, A. pontica, A. salsoloides, A abrotanum, а также роду Galatella: Galatella villosa, G. tatarica, G. rossica, G. angustissima. Среди содоминантов в растительных сообществах можно встретить также следующие виды этого семейства Achillea millefolium, A nobilis, Centaurea marschalliana, С. scabiosa, Cirsium setosum, Hieracium virosum, Inula aspera, Imda hirta, Saussurea salsa, Scorzonera austriaca, S. stricta, Serratula carduncidus, на залежах - Echinops ruthenicus.
Около половины видов семейства Fabaceae нередко имеют высокое обилие в сообществах, выступают в роли доминантов (в основном в луговых фитоценозах) и содоминантов: Amoria monlana, Astragalus onobrychis, A. rupifragus, A. sulcatus, A. testiculatus, A. vulpinus, Caragana frutex, Chamaecytisus ruthenicus, Glycyrrhiza korshinskyi, Hedysarum argyrophyllum, H. razoumovianum, Lathyrus pratensis, L tuberosus, Lotus praetermissus, Medicago falcata, M. romanica, Ononis arvensis, Trifoliam medium, T pratense, Vicia cracca. В состав этого семейства входит второй по величине род — Astragalus, представленный на участке 12 видами.
Несмотря на присутствие Scrophulariaceae в числе пяти семейств лидирующих по количеству видов, лишь немногие виды этого семейства не часто встречаются в растительных сообществах в качестве содоминантов (Melampyrum arvense, Pedicularis iibirica, Veronica incana, V. spuria). Основу видового богатства Scrophulariaceae составляет род Veronica, включающий 9 видов.
Пятое место, по количеству составляющих видов принадлежит семейству Rosaceae. Наибольшее количество видов (7) в этом семействе содержит род Potentilla. Около половины видов семейства Rosaceae имеют высокое обилие в растительных сообществах или являются содоминирующими растениями: Potentilla arenaria, P. glaucescens, P. humifusa, P. impolita, Amygdalus nana, Cerasus fruticosa, Spiraea crenata, S. hypericifolia, Filipendula ulmaria, Fragaria viridis, Rubus caesius. 7 из 16 кустарников, произрастающих на исследованной территории, относится к этому семейству. Amygdalus nana, Cerasus friiticosa, Spiraea crenata, S. hypericifolia нередко выступают в качестве содоминантов.
Лишь на один вид меньше, чем Rosaceae включают семейства Brassicaceae и Сурегасеае. При этом первое более разнообразно по составу родов.
Большое количество видов в семействе Сурегасеае связано с наличием на территории «Буртинской степи» местообитаний, характеризующихся повышенным увлажнением, где они нередко являются эдификаторами, доминантами и содоминантами фитоце-нозов. Это семейство включает всего 3 рода, один из которых (Сагех), однако, является крупнейшим на участке и представлен 17 видами (из них лишь три: Сагех pediformis, С. stenophylla, С. supina - относятся к степным).
Классификация степной растительности «Буртинской степи»
Разнотравно-типчаково-степномятликовый тип сообществ {Poa transbaicalica + Festuca valesiaca+ Herbae stepposae) Эдификатором в данной ассоциации является рыхлодерновинный мезоксерофитный Poa transbaicalica. В качестве соэдификатора выступает плотнодерновинный ксерофит Festuca valesiaca. В состав доминирующего разнотравья входят: Galatella villosa, Galium ruthenicum, Medicago romanica, Scorzonera austriaca (прил. 2, табл. З, опис. 82, 137, 140).
Обычны степные мезоксерофитные виды Ferula tatarica, Oxytropis pilosa, Dianthus andrzejowskianus, Carex supina.
Полукустарнички не играют заметной роли в составе ассоциации. Единично отмечается степной мезоксерофитный кустарник Spiraea crenata.
Вертикальное сложение аналогично описанному для основной (разнотравно-залесскоковыльно-степномятликовой) ассоциации разнотравно-залесскоковыльно-степномятликовой группы ассоциаций.
Разнотравно-типчаково-степномятликовый с овсецом пустынным (Poa transbaicalica + Festuca valesiaca + Herbae stepposae + [Helictotrichon desertorum]) ассоциация Выделен на основании присутствия характерного вида - степного мезоксерофитного плотнодерновинного злака Helictotrichon desertorum. Увеличение обилия этого петрофита свидетельствует о возрастании щебнистости почвенного покрова. Для этого типа сообществ характерно повышение роли полукустарничков (Artemisia marschalliana, Onosma simplicissima Oxytropis spicata, Thymus marschallianus), большинство из которых также относятся к петрофитам. Рост влагообеспеченности, характерный для щебнистых почв, отражается на разнотравье: увеличивается обилие превалирующих видов, а также лугово-степного мезоксерофита Hieracium virosum (прил. 2, табл. З, опис. 156, 222).
Распространена на солонцеватых и на щебнистых почвах. Приуроченность фитоценозов, относящихся к типчаковой формации к двум отличающимся эдафически типам биотопов, позволяет разделить её на довольно существенно отличающиеся группы: галофитную и петрофитную. Такую же закономерность распределения типчаковых степей в Северном Казахстане отмечают Исаченко, Рачковская (1961). Ниже мы приводим общую характеристику типчаковой формации, указывая на особенности её состава в различных (в почвенном отношении) условиях обитания.
Сообщества петрофитного ряда формации Festuceta valesiacae встречаются преимущественно на каменистых склонах хребта Южный Кармен. Вдоль южной и западной границы участка, а также у родника Кайнар отмечены галофитные варианты типчаковых степей
