Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние восточноевропейских луговых степей
1.1. Сохранившиеся «острова» луговых степей 8
1.2. Преобразование природы лесостепи человеком 11
1.3. Особенности растительности целинных луговых степей и современные тенденции её динамики 14
1.4. Проблемы охраны и режимы содержания луговых степей 23
1.5. Выводы 26
Глава 2. Район, материалы и методы исследований
2.1. Физико-географическая характеристика Центрально-Черноземного заповедника 28
2.2. Объекты и методы исследований 38
Глава 3. Самовосстановление луговых степей
3.1. Особенности восстановительных сукцессии 43
3.2. Влияние режимов охраны луговых степей на демутацию растительности 48
3.3. Факторы, ускоряющие демутацию лугово-степной растительности 76
3.4. Восстановление растительности в разных экотопических условиях 81
3.5. Редкие виды сосудистых растений во вторичных местообитаниях 97
3.6. Оценка возможностей естественного восстановления луговых степей в современных условиях 101
3.7. Выводы 105
Глава 4. Экологическая реставрация луговых степей
4.1. Актуальность экологической реставрации 110
4.2. Научные основы и методы экологической реставрации 111
4.3. Предпосылки проведения эксперимента по воссозданию луговой степи 114
4.4. Ход и результаты эксперимента 116
4.5. Выводы... 127
Заключение 128
Список литературы 136
- Особенности растительности целинных луговых степей и современные тенденции её динамики
- Проблемы охраны и режимы содержания луговых степей
- Влияние режимов охраны луговых степей на демутацию растительности
- Предпосылки проведения эксперимента по воссозданию луговой степи
Введение к работе
Степь и лесостепь среди природных зон европейской России подверглись наиболее сильной антропогенной трансформации: из-за тотальной распашки уничтожена на огромных площадях естественная растительность и потерян природный облик ландшафтов, продолжается деградация почвенного покрова, стала реальной угроза полной утраты целого ряда представителей флоры и фауны из-за уничтожения их местообитаний. В структуре сельскохозяйственных угодий в большинстве административных областей европейской части России, лежащих в степи и лесостепи, доля пашни была доведена к концу 80-х годов XX века до 70-80%, что привело также к резкому сокращению естественных сенокосов и пастбищ.
Важнейшей задачей оптимизации степного природопользования многие исследователи считают сокращение доли пашни (Чибилев, 1992, 1998; Елизаров, 1998; Резолюция..., 2000 и др.). В этой связи становится актуальной проблема широкомасштабного восстановления степи, особенно на месте низкопроизводительной пашни. Рассматриваются два основных пути её решения:
1) за счет естественного, или самовосстановления биоты на участках, выведенных из сельскохозяйственного оборота;
2) с помощью специальных мероприятий, проводимых человеком - экологической реставрации.
Оба пути возможны благодаря еще существующим участкам целинных степей, которые сохранились преимущественно на особо охраняемых природных территориях (ООПТ). Только в непосредственной близости к полноценным источникам диаспор возможно естественное восстановление степной растительности. Заповедники и другие ООПТ являются лучшим местом для наблюдений за длительными сукцессиями (Лавренко, 1959). В последние годы в густо населенных регионах при организации новых ООПТ и расширении площадей старых усилилась тенденция включения в их состав не только природных экосистем хорошей сохранности, но и нарушенных антропогенным воздействием, --в том числе залежных земель. Многолетние наблюдения за последовательными сменами растительности имеют важное теоретическое и практическое значение, они дают знания о направлении и возможных результатах смен, протекающих при разных экологических условиях и режимах, помогают выработать стратегию природопользования в нарушенных местообитаниях.
К настоящему времени в европейской России и на Украине осталось лишь около 2.5 тыс. га плакорных луговых степей. Луговые степи характеризуются выдающимися для внетропической растительности показателями видовой насыщенности (Алехин, 1936), богатством флоры, красочностью, высокой продуктивностью. Они сформировались в процессе многовекового экстенсивного хозяйственного использования; человек должен активно способствовать не только сохранению, но и реставрации степей. Уцелевшие участки целинных степей представляют собой сейчас небольшие изолированные друг от друга "острова", окруженные агроландшафтами. Потенциал самовосстановления степных сообществ в значительной степени подорван, т.к. расстояния между «островами» намного превосходят возможности надежного переноса семян, имеет место «диаспорический голод». Без искусственного восстановления степей в настоящее время трудно создать экологические сети, решить проблемы устойчивого развития и рационального природопользования в степной зоне. Расширение мероприятий по экологической реставрации нарушенных степных земель с использованием природного генофонда сохранившихся целинных степей признано одним из приоритетов сохранения российских степей (Резолюция ..., 1997; Бережной и др., 2000; Тишков, 2000, 2003). Значение для практики очевидно: восстановление естественного растительного покрова с присущим ему видовым и ценотическим разнообразием, воссоздание исторического облика ландшафта, получение сенокосов и пастбищ с высокой и устойчивой продуктивностью. В конечном итоге это могло бы способствовать восстановлению экологического равновесия во многих регионах степной зоны.
Цель настоящей работы - выявить закономерности и особенности восстановления восточноевропейских луговых степей при разных экологических - условиях и антропогенных режимах.
Для достижения цели решались следующие задачи:
- сбор, обобщение и анализ архивных и литературных источников по залежам заповедника для того, чтобы построить временные ряды демутации растительности и определить современные тенденции этого процесса;
- изучение современного состояния восстановившейся (вторичной) растительности залежей и состава флоры в зависимости от экотопических условий, режима использования; заложение основы для многолетнего мониторинга растительного покрова;
- оценка возможности и полноты восстановления растительного покрова и флористического разнообразия на основе сравнения вторичной степи с целинной;
- подведение итогов эксперимента по воссозданию степи, осуществленного сотрудниками Центрально-Черноземного заповедника (ЦЧЗ).
Диссертация базируется на данных полевых исследований, проведенных автором в 1999-2004 гг. в ЦЧЗ. Сделано более 300 стандартных геоботаниче-ских описаний пробных площадей в 100 м и более 800 описаний учетных пло-щадок по 0.25 м . В составе коллектива сотрудников ЦЧЗ автор принимал непосредственное участие в проведении эксперимента по воссозданию луговых степей на Зоринском участке ЦЧЗ, что осуществлялось в рамках гранта Глобального Экологического Фонда "Восстановление нативного состояния черноземной степи" (задача В.4.1.3).
Научная новизна. Проведена оценка демутации лугово-степной растительности через сравнение восстановившихся и эталонных сообществ по комплексу фитоценотических и флористических параметров таких как: видовая насыщенность, характер распределения видов по биоморфам и эколого-фитоценотическим группам, сходство видового состава, синтаксономический статус представленных сообществ, фитоценотическая роль отдельных видов т.д. Установлено, что 60-летний период демутации недостаточен для полного восстановления растительности на больших площадях нарушенных местооби --таний; сохраняется ряд достоверных различий с целинным эталоном. Вскрыты существенные различия в характере растительности, восстановившейся при двух режимах содержания травостоя: косимом и абсолютно заповедном. Показан ход и прогноз демутации на разных почвообразующих породах: лессовидных суглинках и элювии мела, что позволило прийти к выводу об особой ценности «меловых» экотопов для восстановления лугово-степных сообществ. Установлены факторы, ускоряющие постэкзарационную сукцессию (зацелине-ние).
Стационарное изучение вторичной растительности в ЦЧЗ ранее не проводилось, в связи с чем наши исследования заложили основы многолетнего мониторинга растительного покрова залежей как при естественном, так и при искусственном восстановлении.
Практическая значимость. Результаты исследований положены в основу рекомендаций по выработке оптимальных режимов природопользования в восстанавливающихся местообитаниях лесостепи. Проведенное изучение растительности позволяет оценивать ход демутации при разных режимах содержания травостоя и в разных экотопических условиях.
Впервые в Курской области проведен эксперимент по экологической реставрации (искусственному восстановлению) луговых степей с помощью многокомпонентной травяно-семенной смеси, заготовленной на эталонном целинном участке в несколько этапов (метод «агростепи»). Подведение итогов этого эксперимента показало, что данный метод в условиях средней полосы лесостепи не дает быстрого ценотического сходства с эталонным участком степи, хотя позволяет существенно пополнить флору степными видами и увеличить видовую насыщенность. Экологическая реставрация является новым полем деятельности (The tallgrass restoration handbook..., 1997). Восстановление степей в России и на Украине пока остается уделом небольших научных коллективов или отдельных энтузиастов-ученых. В связи с этим, обсуждение хода и итогов экспериментов по экологической реставрации необходимо специалистам для обмена практическим опытом и совершенствования методов.
Особенности растительности целинных луговых степей и современные тенденции её динамики
Для оценки восстановительной динамики восточноевропейских луговых степей во вторичных местообитаниях необходимо знать особенности растительных сообществ целинных участков, которые не распахивались.
Характер травяных сообществ лесостепи трактуется неоднозначно разными авторами. Определение их типологического и динамического статуса связано с трудностями, причины которых лежат в том, что доагрикультурная растительность лесостепи, т.е. коренная климаксовая, не может быть в настоящее время достоверно восстановлена. Человек уничтожил или сильно трансформировал растительность этой зоны задолго до того, как начал её изучать.
В.В. Алехин (1925, 1934, 1938 и др.), Г.И. Дохман (1956, 1968), Д.И. Са-кало (1961), В.Н. Голубев (1965) травяные сообщества лесостепи называли луговыми, или северными степями; считали их по отношению к лесам первичными. По мнению Л.Г. Динесмана (1977), на Среднерусской возвышенности растительный покров целинных участков сохраняет многие особенности экосистем раннего голоцена, исчезнувших в более южных районах, что свидетельствует о древности современных луговых степей и их самобытности. Г.М. Зозулин (1955, 1958), A.M. Семенова-Тян-Шанская (1966) квалифицировали травяные сообщества лесостепи как остепненные луга, возникшие на месте леса за счет деятельности человека. Е.М. Лавренко (1980) относил травяные ценозы северной полосы лесостепи к остепненным лугам, а средней и южной полосы - к луговым степям.
Проблема разграничения луговых степей и остепненных лугов является сложной и актуальной; в последние годы в её решении наметились новые подходы. Так, Н.Б. Леонова (1997) предложила разграничивать эти экотонные сообщества на основе флористических критериев, применяемых при эколого-флористической классификации растительности Браун-Бланке; при этом учитывается соотношение характерных видов лугов (класс Molinio-Arrhenatheretea Тх. 1937) и степей (класс Festuco-Brometea Br.-Bl. et Тх. 1943).
Ю.Н. Нешатаев (Геоботаническое обследование..., 1969; Геоботанический очерк..., 1980) для разграничения луговых степей и остепненных лугов учитывал роль видов и групп видов (отдельно степных и луговых) с использованием коэффициента фитоценотической значимости, который равен произведению среднего проективного покрытия вида на встречаемость. Г.Д. Дымина (2002) наряду с четким следованием определениям, данным Е.М. Лавренко (1940, 1980) и А.П. Шенниковым (1938), считает возможным различать луговые степи и остепненные луга по условиям увлажнения, определяемым по шкалам Л.Г. Раменского (Раменский и др., 1956).
Луговые степи, помимо значительного флористического богатства, отмеченного даже для небольших по площади участков хорошей сохранности, характеризуются высокой видовой и экземплярной насыщенностью, заметными сезонными и разногодичными сменами, ярко выраженной континуальностью растительного покрова - именно с такими качествами ассоциируются классические «алёхинские» луговые степи, но все эти особенности присущи только их косимым вариантам.
A.M. Краснитский (1983) отмечал, что сохранение полидоминантных красочных луговых степей обусловлено традиционным сенокошением; при его прекращении данные экосистемы деградируют, поэтому их следует характеризовать как полуестественные, нестабильные.
Экосистемы, возникающие в результате многолетнего экстенсивного ис- пользования их человеком (выпас, сенокос), отнесены к полуприродным (На-симович, 1979; Исаков и др., 1986). Их структура сильно изменена деятельностью человека, но при этом сохраняется в той или иной степени способность к саморегуляции, к самовосстановлению свойственной им биоты. Если меняются формы или интенсивность воздействия человека на эти экосистемы, то они претерпевают существенную перестройку структуры, при этом динамически равновесное состояние может быть нарушено.
Таким образом, современные сохранившиеся луговые степи - это экосистемы в таком состоянии, которое поддерживается путем длительного применения сенокосного режима, имитирующего воздействие консументов. Достоверно оценить в настоящее время ту роль, которую играли крупные фитофаги в доагрикультурных луговых степях, не представляется возможным. В связи с этим трудно судить о сходстве структуры и состава современных косимых растительных сообществ с коренными. Г.И. Дохман (1968), В.Н. Голубев (1965) считали, что в доагрикультурных луговых степях при умеренном выпасе была выше роль ковыля перистого и ниже участие красочного разнотравья.
Именно косимые луговые степи, которые только и были представлены на плакорах Стрелецкой и Казацкой степей в начале XX века, было предложено заповедать как обладающие выдающимися характеристиками, которые сейчас перечисляются в качестве основных «эталонных» для северных степей.
A.M. Краснитский (1983) считал, что за эталоны надо принимать экосистемы в режиме абсолютного заповедания (РАЗ), как природные образцы естественного объекта, функционирующие без всякого вмешательства человека. Но, по мнению О.С. Гребенщикова (1979), изолировать экосистему от доступа копытных, это значит навязывать ей искусственную форму развития.
Степень девственности природы не является принципиально лимитирующим фактором при использовании экосистем для целей мониторинга в качестве точек отсчета (Краснитский, 1983). Такой точкой отсчета для оценки современных луговых степей выступает состояние растительности косимой степи в первой трети XX века, установленное в работах В.В. Алехина (1909, 1910,
1934, 1935, 1940 и др.). Он подчеркивал такие основные особенности растительности северных (луговых) степей: 1) чередование красочных аспектов, сменяющих друг друга с весны до осени; 2) господство красочных разнотравных видов, среди которых немало довольно влаголюбивых растений; 3) преобладание среди злаков видов с более или менее широкими листьями, а также господство корневищных и рыхлокустовых типов (недерновинных); 4) из ко-вылей характерны два вида - перистый и узколистный; 5) господство многолетних растений; 6) присутствие сплошного покрова из мха Thuidium abietinum; 7) почти полное отсутствие весенних эфемеров и растений, дающих «перекати-поле». Отмечалось также, что осока низкая {Carex humilis) - непременный член большинства Центрально-Черноземных луговых степей, она придает им особую характерную черту. Резюмируя свои наблюдения, В.В. Алехин (1934) назвал северные степи степями «красочного разнотраеия с широколиственными злаками»{с. 28). Вслед за В.В. Алехиным Н.Ф. Комаров и Е.И. Проскуряков (1931), обследовавшие в 1928 г. Западные степи ЦЧО, показали для Стрелецкой степи, что отмечается заметное преобладание двудольных не только в аспекте, но и по количеству особей и по весу в сене.
Проблемы охраны и режимы содержания луговых степей
Сложность сохранения флористического и фитоценотического разнообразия степных экосистем даже при заповедном статусе заключается в том, что в настоящее время они неполночленны. Утрачен такой важный природный компонент, как крупные животные-фитофаги, в первую очередь — стадные копытные: тарпаны, сайгаки, туры и др., пасшиеся в степях в значительных количествах; они не только стравливали травостой, но и способствовали разрыхлению войлока и его удалению путем выдувания ветром, унавоживали почву, втаптывали семена растений (Пачоский, 1917; Лавренко, 1940; Дохман, 1956, Мордкович, 1982 и др.). Исчезли или значительно сократили численность крупные грызуны - сурки и суслики, а также некоторые птицы: дрофы, стрепеты. В связи с не-полночленностью верхнего трофического уровня, являющегося важным звеном биологического круговорота, частично теряется способность к саморегуляции. На поверхности почвы накапливается мертвая фитомасса - ветошь и неразло-жившаяся подстилка, так называемый «степной войлок», или мортмасса; после этого происходит изменение светового режима на поверхности почвы и водно-температурного режима почвы в сторону увеличения увлажнения; кроме того, подстилка играет роль механического препятствия для попадания семян в почву и для прорастания всходов. Все эти изменения ведут к разрастанию более мезофильных длиннокорневищных видов и вытеснению степного разнотравья, изменению структуры растительного покрова, снижению видовой насыщенности. Те исследователи, которые не разделяют мнения о решающей роли крупных травоядных животных в поддержании равновесного состояния травяных экосистем степи и лесостепи, считают, что был другой фактор, способствовавший удалению невостребованной фитомассы - это пожары; природный режим степей мог быть циклично-пирогенный (Гусев и др., 1984; Покаржевский, Богач, 1984).
Лугово-степная растительность в современных абсолютно заповедных условиях постепенно уступает место луговой, наблюдается внедрение древес-но-кустарниковых видов. В связи с тем, что реинтродукция крупных копытных на столь небольшие по площади территории мало реальна, для избежания развития смен в этом направлении (резерватных, или резерватогенных сукцессии) необходима замена тому воздействию на травостой степей, которое оказывали раньше дикие животные и, видимо, степные пожары. Такими мерами могут быть сенокошение, выжигание ветоши или выпас домашних животных, возможны также их разные сочетания. Пирогенный режим редко практикуется в заповедниках, т.к. может наносить урон беспозвоночным животным. Сенокошение как воздействие, заменяющее деятельность копытных, впервые стали применять в ЦЧЗ (Нухимовская, 1997; Соколов и др., 1997); к настоящему времени здесь накоплен большой опыт; схема режимов, практикуемых для управления состоянием травяных сообществ, наиболее сложная, особенно на Стрелецком участке ЦЧЗ, в основном, она четко соблюдается.
Таким образом, луговые степи заповедника поддерживаются благодаря мероприятиям, проводимым человеком (рис. 3): сенокошение с разной ротацией (применяются режимы: ежегодного кошения, пятилетняя ротация, когда участок выкашивается подряд четыре года, а на пятый год «отдыхает» для пополнения банка семян в почве, десятилетняя ротация - девять лет кошения и отдых на десятый год) и выпас домашнего скота с умеренной нагрузкой.
Возможны комбинации разных режимов, так практикуется сенокос с десятилетней ротацией и выпасом домашнего скота по отаве. Выделены также специальные площади - абсолютно заповедные участки, где нет ни кошения, ни выпаса, ни выжигания. Они занимают не более 20% площади степи, т.к. абсолютное заповедание в степях - это один из вариантов эксперимента, который не позволяет сохранить те сообщества и экосистемы, ради спасения которых, собственно, и были организованы заповедники (Дидух, Лысенко, 1993).
Ни один из режимов не может обеспечить возврата в доагрикультурное состояние. За длительный период хозяйственного использования лесостепи произошли необратимые изменения в экосистемах, из них выпал целый ряд видов животных и растений (Динесман, 1984). При выборе стратегии охраны надо руководствоваться целью сохранения максимального биоразнообразия. Наилучшим образом эта цель достигается при сочетании разных режимов, когда каждый из них вносит свой вклад. 1. Современные луговые степи - результат многовекового преобразования природы лесостепи человеком. 2. Целинные плакорные луговые степи сохранились только в заповедниках на небольших участках. Они малоустойчивы, неполночленны, сильно зависимы от воздействий природных и антропогенных факторов, поддерживаются с помощью режимных мероприятий. 3. Те характеристики растительности луговых степей, которые принято считать эталонными (красочность и быстрая смена аспектов, высокая видовая насыщенность и т.д.) присущи только косимым вариантам. Косимые луговые степи можно рассматривать как субклимаксовую растительность. 4. Луговые степи в режиме абсолютного заповедания, так же как и косимые, не могут рассматриваться в качестве климаксовой растительности, т.к. полная изоляция от всяких воздействий (в том числе и выпаса) является неестественной для степей. 5. Мезофитизация растительного покрова плакорных луговых степей, проявившаяся в последние десятилетия не только на абсолютно заповедных участках (облесение), но и на косимых (олуговение), является отражением как естественного процесса, т.к. природные условия зоны благоприятны для произрастания лесной растительности, так и суммарного эффекта многих антропогенных воздействий. Роль климатических изменений в этом процессе однозначно не установлена. 6. Эталонные луговые степи по ряду признаков (соотношение злаков и двудольных, фитоценотическая роль отдельных видов) претерпели за истекший век некоторые изменения из-за мезофитизации. В связи с этим современные эталонные сообщества, которые будут рассматриваться нами как образцы для сравнения и оценки степени восстановления вторичных степей, отличаются от тех «классических», которые были описаны в начале XX века.
Влияние режимов охраны луговых степей на демутацию растительности
Исследования по выявлению воздействия режима охраны на ход постэксарационной сукцессии проводились на Казацком участке ЦЧЗ. Имеющаяся здесь залежь по своим размерам, возрасту, близости к целинной степи, длительной практике применения двух режимов содержания травостоев с четким разграничением участков представляет исключительно интересный объект для изучения восстановления лугово-степной растительности и влияния режима на этот процесс.
Впервые Казацкая степь была обследована в 1908 г. (Алехин, 1910); она тогда использовалась казаками в качестве сенокосных угодий. Воронежские ботаники Н.Ф. Комаров и Е.И. Проскуряков (1931), посетившие Казацкую степь позднее (в 1928 г.), отмечали, что степь подвергается интенсивному выпасу, не только после покоса, но и ранней весной. В местах стоянок скота образовались «тырла» - участки с совершенно деградированной степной растительностью, зарастающие сорняками. Констатировалось, что Казацкая степь «доживает свои последние дни» (Комаров, Проскуряков, 1931, с. 226). Организация Центрально-Черноземного заповедника в 1935 году по инициативе В.В. Алехина спасла от утраты этот ценнейший резерват и эталон целинных луговых степей. Присоединение в 1946 году к Казацкому участку соседней залежи под названием «Дальнее поле» расширило охраняемую
площадь на 294 га, в том числе 290 га плакоров. Эта площадь примкнула с севера (через Барыбин лог) к целинной степи заповедника. Согласно обследованию Н.Д. Жучкова в 1946 г. (Летопись природы, книга 3, 1949; Жучков, 1946), на этой залежи наибольшую площадь занимали пырейно-бурьянные группировки в возрасте 5 и 6 лет; имелась однолетняя бурьянная залежь, протянувшаяся полосой с севера на юг перпендикулярно направлению логов; незначительную площадь занимала мятликовая залежь возрастом свыше 10 лет.
В течение 60 лет здесь шло восстановление степной растительности. Участие человека в этом процессе сводилось к тому, что часть залежи стала содержаться с 1949 г. в сенокосном режиме (сначала ежегодное кошение, с 1959 г. ротационный сенокос - РПК), в то время, как другая часть не испытывала прямого антропогенного воздействия (режим абсолютного заповедания - РАЗ) (рис. 6). Залежь занимает: плакоры, пологий склон южной экспозиции крутизной от 1-2 до 3-5 к степному Барыбину логу, через который она соединяется с целинной Казацкой степью; часть залежи имеет северный или северо-восточный уклон 1-3 в сторону Безымянного лога. С севера и востока Дальнее поле граничит через грунтовые дороги (частично через Безымянный лог) с пашнями. Установить время, когда впервые была распахана данная площадь, Н.Н. Кадену (1940) не удалось.
На залежи сотрудники заповедника и другие специалисты, начиная с 1946 г., периодически проводили наблюдения (Летопись природы ЦЧЗ, кн. 3, 4, 5, 7, 10; Жучков, 1946; Левицкий, 1951; Цибанова, 1982). Кроме того, на Казацком участке осуществлены три серии крупномасштабного (1:5000) картографирования растительности выборочно-статистическим методом под руководством Ю.Н. Нешатаева, включая и всю площадь залежи, в итоге которых были составлены две завершенные геоботанические карты и авторский макет последней карты (Геоботаническая карта Казацкого участка ЦЧЗ, 1969 г., 1979 г., 1993 г.; фонды ЦЧЗ) и объяснительные материалы к ним (Геоботаническое обследование..., 1968-1969; Геоботанический очерк...., 1980;
Легенда..., 1993). Имеются данные разных исследователей за отдельные годы по физической, химической, морфологической характеристике почв целинных степей и залежей Казацкого участка (Герцык, 1965; Дайнеко, 1968; Дайнеко, Нешатаев, 1973; Топольный, 1983; Бойко, 2001, 2002). Почвы сравниваемых площадей представляют собой, в основном, мощные типичные черноземы на палевых суглинках.
Черноземы целинных участков обладают хорошей структурой, но на пашне без внесения органических удобрений структура пахотного горизонта ухудшается. С увеличением возраста пашен увеличивается число пылеватых частиц и уменьшается процент водопрочных агрегатов. На залежах за 15-20 лет структура почвы почти полностью восстанавливается, а количество гумуса постепенно увеличивается: приблизительно на 1% за 20 лет (Герцык, 1965).
Последние исследования (Бойко, 2001) показывают, что между целинными и залежными участками, расположенными на плакорах при одинаковых режимах содержания травостоев после 60 лет демутации растительности различия в химических характеристиках почв ещё имеются. Почвы целинных степей содержат в 30 см больше гумуса, они богаче азотом и фосфором; по содержанию калия они мало отличаются. Ход демутации при разных режимах Имеющиеся материалы за разные годы позволили нам восстановить ход демутации растительности при двух режимах: абсолютно заповедном, или некосимом (РАЗ) и периодически косимом (РПК) («Восстановление и режим...», 2000) (рис. 7).
По этим данным можно видеть, что длительный процесс демутации растительности «Дальнего поля» прошел через несколько стадий; и сейчас Казацкий участок заповедника представляет собой экспериментальный полигон, где можно проводить сравнительные исследования целинной и вторичной (восстановившейся) степи.
Предпосылки проведения эксперимента по воссозданию луговой степи
В 1998 г. был организован Зоринский участок ЦЧЗ площадью 495 га. Зо-ринский участок занимает высоты от 169 м н.у.м. до 200 м н.у.м.; большая его часть расположена на второй надпойменной террасе реки Запселец, которая является правым притоком р.Псёл. Участок лежит в подзоне типичной лесостепи лесостепной провинции Среднерусской возвышенности (Физико-географическое районирование..., 1961). Лесная площадь, представленная в ос новном дубравами естественного происхождения, составляет около 22% его территории; значительная площадь приходится на залежи - 45%.
Основными объектами охраны, ради которых создавался здесь заповедник, являются болота по мелким западинам, в том числе и сфагновые с целым комплексом редких для лесостепи бореальных растений (пушица стройная, шейхцерия болотная, росянка круглолистная и др.) (Сукачев, 1903, 1906; Паде-ревская и др., 1968).Таких западин диаметром от 10 до 100 и более метров и глубиной от 1 до 4 м насчитывается более 100. Болота занимают около 16% площади участка. До заповедания участок подвергался разнообразным антропогенным воздействиям: рубки леса, строительство железной дороги «Ржава -Обоянь», которая разделила единый массив на две части, охота, выпас скота, прокладка сети грунтовых дорог (Золотухин и др., 2001). Распашка площадей, окружающих западины, осуществлялась в 1918 г. (Пьявченко, 1953). Она нанесла существенный урон природным комплексам, т.к. болота подверглись заилению и трансформации растительного покрова из-за смыва почвы, а также гербицидов и удобрений с окружающих полей.
Автоморфные почвы на Зоринском участке представлены комплексами на карбонатных и бескарбонатных почвообразующих породах. В этих комплексах главным образом сочетаются черноземы выщелоченные среднесуглинистые среднемощные укороченные и повышенной мощности, черноземы типичные и лугово-черноземные почвы (Дайнеко, Оликова, 1995).
Ввиду ограниченности нераспаханных участков остепненные травяные сообщества представлены на незначительной площади (около 2 га); многие из луговостепных видов встречаются в очень небольшом числе особей.
В 2003 г., когда возраст залежей на значительной площади уже составил 10 лет, была составлена картосхема растительности залежей (рис. 20), из которой видно, что ценотическое разнообразие низкое. На некоторых площадях ещё сохранились кормовые культуры (кострец безостый, люцерна посевная и др.), которые постепенно разреживаются и выпадают. На других площадях незави симо от последней культуры (зерновые или пропашные), возникающие сообщества быстро приобретают сходный облик и видовой состав, они относятся к ползучепырейной формации. Видовой состав залежей довольно беден, основу травостоя составляют многолетние луговые и сорно-луговые растения: Elytrigia repens, Роа palustris, Achillea millefolium, Taraxacum officinale, Cirsium setosum, Artemisia vulgaris, степные виды не встречаются, либо единичны.
Для создания более благоприятных условий восстановления степной растительности на залежах и пашне сотрудники заповедника приняли решение на небольшой площади (6 га) провести эксперимент по реставрации степей, используя в качестве эталона луговые степи Стрелецкого участка ЦЧЗ. Предпосылки проведения эксперимента таковы: 1) расположение в лесостепи, на 50 км южнее Стрелецкого участка ЦЧЗ (рис. 4); 2) свидетельства былого остепнения и наличие фрагментов остепненных лугов в настоящее время; 3) автоморфные почвы представлены черноземами; 4) возможность обогащения видового состава за счет естественного заноса семян степных растений весьма ограничена, т.к. сохранившиеся участки остепненных лугов очень малы, степные растения на них представлены обедненным набором и в малом обилии, занос затруднен из-за сложной конфигурации залежей, перемежающихся с заболоченными западинами, осиновыми «кустами» и лесопосадками.
Как было показано выше, в основном имеют место два подхода к восстановлению: I) с помощью сложных естественных сено- или травяно-семенных смесей или 2) с использованием дерна. Для проведения работ по восстановлению степных сообществ на Зоринском участке планировалось использовать в качестве семенника Стрелецкую степь; применение дерна даже не обсуждалось, т.к. метод неприемлем на заповедных территориях и вряд ли перспективен для больших площадей.
Первый метод не требует нарушения почвенного и растительного покрова участков с ещё сохранившимися естественными сообществами и не противоречит режимам, установленным в степных заповедниках. Заготовка семенной массы может осуществляться путем механизированного кошения в несколько этапов. На основании многолетнего изучения фенологии травянистых растений в ЦЧЗ (Жмыхова, 1979; Филатова, 2000а), нами были рекомендованы для европейской лесостепи сроки заготовки семян, ориентированные на определенные виды степных растений, присутствие которых формирует характерный облик луговых степей (Филатова, 20006).
Для эксперимента в 1999 г. на Зоринском участке была отбита площадь 12 га (3+3+3+3 га; рис. 21), в том числе 6 га - залежь (старые посевы люцерны с кострецом безостым - Medicago sativa + Bromopsis inermis), 6 га - пашня. Было отведено по 3 га для восстановления степи: пашня-эксперимент (ПЭ) и залежь-эксперимент (ЗЭ); по 3 га - для контроля за естественным зарастанием: пашня-контроль (ПК) и залежь-контроль (ЗК). На всех вариантах заложено по одной постоянной пробной площади (111111) в 100 м , составлены их геоботанические описания в несколько сроков, которые служат отправной точкой (Золотухин, Филатова, 2001). Поэтапно скашивалась зеленая масса с семенами в Стрелецкой степи на площади 12 га (за каждый этап выкашивалось около 2 га целинного сенокосного угодья) и равномерно вносилась путем разбрасывания на участке Зоринский (в 50 км от Стрелецкой степи) на площади 6 га.