Современное экологическое состояние луговых биогеоценозов северных склонов Вармийской возвышенности

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОВРЕМЕННОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

ЛУГОВЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ СЕВЕРНЫХ СКЛОНОВ

ВАРМИЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

Специальность 03.02.08 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Крайнов Константин Николаевич

Калининград-2012

Диссертационная работа выполнена на кафедре агропочвоведения и агроэкологии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Калининградский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Элеонора Михайловна Паракшина

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Владимир Ильич Панасин

доктор сельскохозяйственных наук, доцент

Андрей Геннадьевич Краснопёров

Ведущая организация:

Кафедра экологии факультета почвоведения, агрохимии и экологии Российского государственного аграрного университета - МСХА им. К.А. Тимирязева

Защита состоится 8 февраля 2013 г. в 16.00 в ауд. 131 на заседании диссертационного совета Д 212.084.04 Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта» по адресу:

г. Калининград, ул. Университетская, 2, ФГАОУ ВПО «Балтийский федеральный университет им. И.Канта». Тел. 8(4012)-53-37-07; E-mail: gubareva-irin@yandex.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Балтийский федеральный университет им. И.Канта»

Автореферат разослан « ____ » « _________________ » 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, к.б.н.

Губарева Ирина Юрьевна

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В последние десятилетия нагрузка на сенокосные и пастбищные угодья в Калининградской области приобрела неравномерный характер. Усложнение пространственной структуры биогеоценозов и дестабилизация луговых экосистем в условиях их нерационального использования в пределах северных склонов Вармийской возвышенности, относящихся к Калининградскому эксклаву, приводят к дестабилизации луговых экосистем, которые на значительных площадях утратили свой статус и представлены малопродуктивными разностями. Ухудшились в кормовом отношении флористический состав и производительность травостоев, происходят смены растительного покрова, то есть наблюдается антроподинамическая дигрессия экосистем. Исследование склоновых почв и процессов формирования растительного покрова лугов и пастбищ Вармийской возвышенности необходимо для определения адекватных закономерных связей между фитоценозами и средой обитания по мере увеличения или уменьшения напряженности того или иного экологического фактора, а также ответных реакций экосистемы на антропогенное воздействие. Агроэкологическое значение исследования структуры почвенного и растительного покровов луговых биогеоценозов определяется ее информативностью в отношении пространственной и временной изменчивости агроэкологических условий.

Территориальная дифференциация экологических условий склоновых ландшафтов Вармийской возвышенности создает реальный фон, на котором прослеживаются агроэкологическое состояние растительного и почвенного покровов и тенденции современной эволюции их структуры. Сложность рельефа и экологических условий, особенности антропогенных воздействий на общеэкологическую обстановку, а также недостаточность информационной обеспеченности управления земельными ресурсами привели к выбору региона исследований.

Цель исследования - детальное изучение современного экологического состояния природных и антропогенно-преобразованных луговых биогеоценозов северных склонов Вармийской возвышенности Калининградской области: теоретические и прикладные аспекты.

Задачи исследования:

- анализ литературных и фондовых материалов; определение преемственности, новизны исследований и развития идей в экологии биогеоценозов;

- изучение специфики геоэкологических, геоморфологических и климатических условий Вармийской возвышенности, отвечающих за большой геологический, малый биологический и почвенно-биогеохимический круговороты веществ;

- исследование почвенного покрова, режимов и процессов почвообразования, генетических свойств и экологических функций почв;

- определение видового состава и биоморфологического разнообразия фитоценозов, их предельно-структурных элементов в биогеоценозах;

- исследование зоогенных ландшафтов, педобионтов и их предельно-структурных элементов в биогеоценозах;

- поиск резервов сохранения луговых ландшафтов Вармийской возвышенности в режиме их рационального использования.

Научная новизна заключается в получении информации о современном экологическом состоянии лугов и пастбищ Вармийской возвышенности, об адаптированности растений различных семейств и жизненных форм к тем или иным условиям среды обитания, как естественной, так и антропогенно-преобразованной. Впервые проведен анализ экологических факторов луговых биогеоценозов Вармийской возвышенности; установлен флористический состав, типология лугов и предложена схема классификации луговой растительности региона исследований; впервые исследование почвенного покрова было подчинено выявлению экологических функций почв в биогеоценозах; выявлены закономерности пространственного распределения зоогенных предельно-структурных элементов в биогеоценозах; определены пути сохранения биологического и ландшафтного разнообразия луговых биогеоценозов.

Достоверность научных положений и выводов обоснована достаточным количеством авторского материала при реализации поставленных целей и задач, подтвержденных использованием современных методов, методик исследований и обработкой данных.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Пространственная гетерогенность среды и контрастность экологических факторов биотопа обеспечивают разнообразие таксонов луговой растительности на уровне классов и подклассов биоморф луговых экосистем.

2. Неоднородность почвенного покрова при наличии эдафического континуума создает экологические ниши для существования устойчивых комбинаций луговой биоты и ординации видов растений и животных по градиентам экологических факторов за счет снижения конкуренции при разделении ресурсов.

Практическое значение исследований заключается в возможности разработки рациональных экономически и экологически обоснованных приемов организации территории склонов и их оптимального использования, охраны почв и биоразнообразия ландшафтов. Полученные результаты важны для изучения динамики луговых экосистем Вармийской возвышенности. Результаты работы могут быть использованы в курсах «Охрана и рациональное использование природных ресурсов», «Ландшафтоведение», «Кормопроизводство», «Луговые ландшафты».

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Междун. науч. конф. “Инновации в науке и образовании», г. Калининград, 2006 г.; Междун. науч. конф. «Мониторинг и оценка состояния растительного мира», г. Минск, 2008 г.; Междун. науч.-пр. конф., «Мелиорация и водное хозяйство XXI века. Наука и образование», г. Горки, 2009 г.; III Всероссийской междун. конф. «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий», г. Астрахань, 2009 г.; Междун. конф. «Современное состояние и перспективы развития мелиоративного почвоведения», г. Алматы, 2009 г.; конф. «География продуктивности и биогеохимического круговорота наземных ландшафтов: к 100-летию профессора Н.И. Базилевич», г. Пущино, 2010 г.; III Междун. науч.-пр. конф. «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий», г. Астрахань, 2010 г.; Всероссийской науч. конф. «Методическое обеспечение мониторинга земель сельскохозяйственного назначения», г. Москва, 2010 г.; IV Всероссийской междун. науч. конф. «Отражение био-,гео-,антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове», г. Томск, 2010 г.; Всероссийской науч. конф. «Генезис, география, классификация почв и оценка почвенных ресурсов», г. Архангельск, 2010 г.; Междун. конф. «Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России», г. Санкт-Петербург, 2010 г.; Междун. науч.-пр. конф. «Перспективы освоения инновационных технологий в сельском хозяйстве на примере Калининградской области», п. Славянское Калининградской обл., 2011 г.

По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе 2 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Декларация личного участия автора. В основу диссертационной работы положены результаты детально-маршрутных и стационарных исследований автора в период с 2005 года по настоящее время.

Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 160 страницах и состоит из введения, шести глав, выводов, приложения и списка литературы - 159 наименований, из них (26 - на иностранных языках), 35 таблиц,11 рисунков, 2 фотографий.

Благодарности. За профессиональное руководство и помощь при выполнении работы автор благодарит научного руководителя профессора Э.М. Паракшину, а также выражает огромную признательность Ю.П. Паракшину, О.М. Бедаревой, В.Г. Сильвандеру, Л.С. Мурачевой, О.А. Анциферовой, А.И. Юсову, А.В. Курманской за консультации и ценные советы.

ГЛАВА 1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

возвышенность вармийский ландшафт луговой

1.1 Объекты исследований. Исследования экологического состояния луговых биогеоценозов выполнены на северных склонах Вармийской возвышенности, которая по физико-географическому районированию является одним из геоморфологических районов Калининградской области. В качестве объектов исследований были выбраны луговые биогеоценозы, расположенные на различных элементах рельефа. Поскольку структура и динамика экосистем рассматривается через призму растительности, как основного компонента, в основу изучения луговых фитоценозов был положен экологический принцип, включающий комплексный подход к анализу взаимодействия биотических и абиотических компонентов экосистемы, а также степени эродированности почв. С целью проведения исследования были выделены ключевые экосистемные участки: «Новоселово», «Корнево», «Долгоруково», «Прибрежное», «Ильичевка», «Пятидорожное», которые пространственно расположены по всей территории северных склонов Вармийской возвышенности.

1.2 Методы исследований. При выполнении работы использовался комплекс методов, включающий: группу сравнительно-географических методов - рекогносцировочный, маршрутный, ключевой (в т.ч. «вложенных ключей»), профильно-геоморфологический (катенарный), маршрутно-ключевой; группу ландшафтно-экологических методов - исследование почвенного покрова, определение характера фитофактора и зоофактора, путем закладки почвенных разрезов, ям, полуям и прикопок для диагностирования почв и оценки почвенного покрова на различных элементах ландшафта; геоботанические методы - оценивались степень участия видов - обилие по шкале Друде, площадь истинного и общего проективного покрытия, оценка продуктивности надземной фитомассы, отмечалась фенологическая фаза развития растений, выявление влияния на травостой различных факторов воздействия осуществлялось методом постоянных квадратов на ключевых участках; метеорологические методы. При этом использовались почвенно-зоологические методы, заключающиеся в наблюдении массового распространения отдельных представителей почвенной фауны на различных элементах рельефа и определение их роли в процессах почвообразования; учет предельно-структурных элементов проводился на площадках 100 м2. Лабораторно-аналитические методы - агрегатный состав почв (сухой и мокрый рассев) определялся по Савинову, рНKCl, сумма поглощенных оснований по Каппену ГОСТ 278221-88; гидролитическая кислотность по Каппену ГОСТ 26212-91, массовая доля органического вещества по Тюрину в модификации Симакова ГОСТ 26213-91, определялись плотность сложения почв, плотность твердой фазы, полевая влажность. По результатам исследования проводилась математическая обработка данных (определение среднего арифметического, ошибки среднего арифметического, использовался корреляционно-регрессионный анализ).

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ВАРМИЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

2.1 Географическое положение и исторические сведения. Географически Калининградская область расположена в подзоне южной тайги. Согласно почвенно-географическому районированию России территория региона входит в Европейско-Западно-Сибирскую таежно-лесную область подзолистых и дерново-подзолистых почв, зону дерново-подзолистых почв южной тайги, прибалтийскую провинцию дерново-подзолистых слабогумусированных и болотно-подзолистых почв (Добровольский, 2004). Формирование ландшафтов холмисто-моренных озерных возвышенных равнин Вармийской возвышенности происходило в полосе краевых ледниковых образований и характеризуется сложным и разнообразным рельефом, большой пестротой гранулометрического состава поверхностных отложений, различными условиями увлажнения и стока и формирования почвенно-растительного покрова. В системе классификационных единиц все ландшафты Калининградской области, в том числе и Вармийской возвышенности, относятся к бореальному подтаежному (смешанно-лесному) типу равнинного класса (Географический атлас…, 2002). По схеме физико-географического районирования СССР 1968 года территория области располагается в пределах Западно-Приморской провинции, а по схеме районирования 1983 года - в пределах Западно-Приморской и Приморско-Балтийской провинций. Южная часть территории области - район Вармийской холмисто-моренной возвышенности, относится к подпровинции холмисто-моренных гряд и межморенных понижений Западно-Приморской провинции. Большая часть Вармийской возвышенности находится на территории Польши и носит название Гуровских высот, северные склоны являются естественным их продолжением, располагаются в пределах Калининградской области и образуют вдоль границы полосу холмистого, сильно расчлененного рельефа. Для района в целом характерно сочетание моренных массивов с плоскими замкнутыми и полузамкнутыми понижениями. Холмы в плане имеют различные очертания от круглых до слабовытянутых и резко выраженных гряд. В геоморфологическом плане рельеф территории аккумулятивный и аккумулятивно-абразионный ледниковый холмистый основной и конечной морены.

2.2 Орография. Связь экосистем с топографией рельефа и его генетическими формами. Структура растительности и почв склоновых поверхностей Вармийской возвышенности отражает различие геоморфологического строения местности - морфографию и морфометрию рельефа, состав четвертичных отложений, генетические элементы рельефа и динамику современных геоморфологических процессов, а также влияние антропогенных факторов на формирование современного рельефа, который продолжается и в настоящее время.

2.3 Геология и геоморфология. Геологическое строение Вармийской возвышенности тесно связано с историей формирования территории области. В дочетвертичный период образовались наиболее крупные элементы поверхности - Земландский (Самбийский) цоколь (выступ), повышенный рельеф северо-западной периферии Вармийской возвышенности, а также Неманская и Калининградская впадины. Абсолютные отметки рельефа дочетвертичной поверхности Вармийской возвышенности в районах р. Витушка 55 м, р. Корневка 57 м, отдельные холмы определяют расчлененность дочетвертичного рельефа в 60-90 м. Неровности дочетвертичной поверхности наследованы современным ледниковым холмистым рельефом основной и конечной морены.

В результате исследования нами дана комплексная оценка экологического почвенного состояния склоновых поверхностей (Крайнов, 2010). Так, на самых возвышенных участках в районе поселков Корнево и Долгоруково представлен холмистый рельеф конечной морены, в районе поселка Пятидорожное представлен холмистый рельеф основной морены. Холмисто-котловинный камовый рельеф проходит вдоль границы с Польшей, южнее поселка Долгоруково. Мелкие формы ледникового и водно-ледникового генезиса представлены в районе р. Витушка и в пойменных долинах по руслу рек. Это послужило основанием для выявления приуроченности растительного компонента к различным в гидрологическом плане местообитаниям (Крайнов, 2010).

2.4 Экосистемы и гидрография. Геолого-морфологические и климатические условия Калининградской области способствуют избыточной обеспеченности ее территории водными ресурсами. Область расположена в зоне избыточного увлажнения и отличается большими площадями переувлажненных и заболоченных территорий. В пределах Вармийской возвышенности выделяется Вармийский озерный район, очертания которого совпадают с границей названного геоморфологического района. Густота речной сети значительная и составляет 1,01 км/км2. Реки характеризуются смешанным типом питания. Средний годовой сток составляет 6 - 7 л/с/км2. Состав и распределение растительных сообществ, почв и других элементов экосистем зависят от длительности затопления, его периодичности, то есть от тех признаков ритмики природных условий, которые характеризуют гидрологический режим (Крайнов, Курманская, 2010).

2.5 Климат. Макроклимат, мезоклимат, микроклимат в экосистемах. Луговые экосистемы северных склонов Вармийской возвышенности формируются в условиях зонального макроклимата, местного мезоклимата, микроклимата и фитоклимата местообитаний (Крайнов, Курманская, 2010). Климат воздействует на экосистемные единицы непосредственно факторами температурного режима, света, влаги и косвенно через воздействие рельефа, геологических и гидрологических условий. Формирование климата Калининградской области определяется её положением на юго-восточном побережье Балтийского моря, циркуляцией воздушных масс, образующихся над Атлантикой и континентом Евразия. Согласно климатическому районированию, Калининградская область относится к западно-европейскому району атлантико-континентальной области. Климат носит черты переходного от морского к умеренно-континентальному благодаря приморскому положению. Продолжительный безморозный период (до 200 дней), небольшие контрасты теплообеспеченности по сезонам года при среднегодовой температуре воздуха +8ОС, высокая влажность воздуха и почвы, благоприятные почвенные условия, особенности рельефа Вармийской возвышенности определяют здесь мезо- и микроклимат и способствуют развитию разнообразных по составу луговых растительных сообществ.

ГЛАВА 3. СОВРЕМЕННЫЙ ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ ЛУГОВ СЕВЕРНЫХ СКЛОНОВ ВАРМИЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

3.1 Режимы почвообразования. Почвы Калининградской области относятся к Европейско-Западно-Сибирской таежно-лесной области, к зоне дерново-подзолистых почв южной тайги (Географический атлас…, 2002). Согласно последнему изданию почвенно-географического районирования России, территория исследований входит в следующие таксономические выделы (Добровольский, 2004): пояс Бореальный - область Европейско-Западно-Сибирская таежно-лесная подзолистых и дерново-подзолистых почв - зона Дерново-подзолистых почв южной тайги - фация Умереннопромерзающих почв - провинция Прибалтийская дерново-подзолистых слабогумусированных и болотно-подзолистых почв.

В районе исследования чаще всего встречаются три основные группы почвообразующих пород: а) валунные суглинки, превращенные в двучленные толщи, перемытые с поверхности; б) безвалунные иловатые глины, подстилающие суглинистые или супесчаные наносы; в) песчаные отложения, образующие холмы и гряды или слагающие равнинные поверхности террас (География Калининградского…, 1995). Разнообразие по гранулометрическому составу пород создает разные условия для почвообразования. Так, глины имеют неблагоприятные физические свойства: слабо водо- и воздухопроницаемы, очень плотны, вязки. Пески же бесструктурны, сильно водо- и воздухопроницаемы. Поэтому разложение органических веществ происходит в них интенсивно и все питательные вещества выносятся вниз по профилю и даже за его пределы. В этом отношении двучленные породы, в которых пески неглубоко подстилаются суглинками, обычно благоприятны для произрастания растений, чем глубокие пески, так как подстилающие породы препятствуют выносу питательных веществ. На глинах обычно развиваются дерново-скрытоподзолистые почвы более тяжелого (средне- и тяжелосуглинистого) гранулометрического состава, а на суглинках и песках - дерново-слабоподзолистые почвы более легкого гранулометрического состава (легко- и среднесуглинистые, супесчаные и песчаные).

3.2 Почвенный покров лугов. Большое количество осадков, преобладание хвойно-широколиственных лесов в прошлом, обусловили на исследуемой территории развитие почв по подзолистому типу. Но давнее и интенсивное ведение земледелия, приведшее к резкому сокращению лесных площадей, и густая сеть мелиоративных осушительных сооружений оказали сильное влияние на направление почвообразовательного процесса. По мнению многих ученых (Панасин, 2004; Паракшин и др., 2006; Анциферова, 2008 и других), теперь как на территории всей области, так и в пределах Вармийской возвышенности (Крайнов, Курманская, 2010) практически не существует почв, в той или иной степени не измененных влиянием человека. В настоящее время почвенный покров лугов и пастбищ северных склонов Вармийской возвышенности представлен, в основном, дерново-слабо- и скрытоподзолистыми почвами, различающимися по степени оглеенности и гранулометрическому составу, а также дерново-глеевыми, бурыми лесными, пойменными и болотными. На более повышенных участках формируются почвы нормального увлажнения, на выровненных, слабоволнистых территориях - глееватые почвы; в лощинах, замкнутых низинах - глеевые и болотные (Крайнов, 2010). Агрохимические свойства почв катены КУ «Корнево» представлены в табл. 1. Отмечена лучшая обеспеченность менее смытой почвы питательными веществами.

3.3 Особенности современного эколого-мелиоративного состояния почвенного покрова. В результате проведенных исследований выявлено (Крайнов, 2009, 2010), что определенная часть почв лугов и пастбищ района исследования переувлажнена и вторичное заболачивание полугидроморфных осушенных почв происходит вследствие нарушения работы дренажных систем. На склоновых участках наблюдается закисление и глееобразование; в местах интенсивного выпаса отмечается развитие водной эрозии. Применение дренажа для осушения переувлажненных почв разной степени заболоченности определяет необходимость их эколого-гидрологической оценки и понимания реального водного режима каждой почвенной разновидности (Зайдельман, 1999).

3.4 Эрозионные почвенные процессы луговых биогеоценозов. Исследование влияния растительности на возникновение, характер проявления и затухания эрозионных процессов (развевание, плоскостной смыв, линейный размыв) проводились в западной части Калининградской области М.Ю. Терентьевой (2005), А.И. Юсовым (2009), Э.М. Паракшиной, К.Н. Крайновым и др., (2010). Для обоснования представления о степени пространственной изменчивости признаков почв было проведено изучение элементарных почвенных ареалов (ЭПА), дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы, которая различалась по степени эродированности и находилась внутри одной и той же почвенной комбинации (ПК). Данные табл. 2 демонстрируют пространственное варьирование указанных признаков в пределах ПК. Амплитуды химических свойств подтверждают, что большую роль в неоднородности свойств почв внутри ЭПА играет не только интегративная эродированность, но и интенсивность протекающих процессов смыва и развевания. Анализ показателей свидетельствует о

Таблица 1. Химические и физико-химические свойства почв катены КУ «Корнево»

* - гидролитическая кислотность, ** - степень насыщенности основаниями

Таблица 2. Влияние эродированности на пространственную вариабельность свойств дерново-подзолистых легкосуглинистых почв в слое 0 - 20 см

закономерном изменении их в сторону общего снижения плодородия почв и ухудшения условий функционирования растительности в биогеоценозах при усилении степени интегративной эродированности почв. Постепенное снижение содержания гумуса от неэродированного эталона к катастрофически эродированным почвам водотоков, где гумусовые горизонты уничтожены полностью и обнажена подстилающая порода, проявляется повсеместно на выраженных склонах крутизной до 15 - 17О. Аналогичные тенденции видны при рассмотрении показателей кислотности и содержания подвижного калия. Данные по содержанию фосфора не так однозначны: наибольшее его количество содержится на катастрофически эродированных ЭПА, что связано с высокой вариабельностью не только в исследуемом районе, но и в других ландшафтных системах области, где залегание ледниковых и флювиогляциальных отложений, богатых и бедных фосфорными соединениями крайне неоднородно, а эрозионные процессы усугубляют эту неоднородность.

3.5. Экологические проблемы переувлажнения почв луговых биогеоценозов. Прекращение эксплуатации лугов (умеренного выпаса, сенокошения) влечет за собой заболачивание, закустаривание, замену растительных формаций низкотравных лугов на сообщества высокотравных с обедненным биоразнообразием (Паракшина, 2009; Крайнов, 2009, 2010). Длительный анаэробиоз, обусловленный застоем влаги в горизонтах почвенного профиля приводит к угнетению или гибели некоторых мезофитных или ксеромезофитных травянистых видов в фитоценозе и замену их на другие гидро- и гигромезофитные виды. Сильно переувлажненные, заболоченные и болотные почвы входят в обширную группу гидроморфных почв. Основные причины их формирования - атмосферные осадки, намывные склоновые, намывные русловые, грунтовые и водонапорные воды.

ГЛАВА 4. ЭКОЛОГО-ГЕОБОТАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ЛУГОВЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ ВАРМИЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

4.1 Общий очерк растительности. Калининградская область расположена в западной части Русской равнины в пределах Прибалтийско-Белорусской подпровинции Северо-Европейской таежной провинции лесной зоны (Губарева, Дедков и др., 1999). По А.Л. Тахтаджану (1974, 1978) Калининградская область относится к Центральноевропейской флористической провинции Циркумбореальной области Бореального подцарства Голарктического флористического царства. Последняя инвентаризация сосудистых растений Калининградской области произведена в конце 90-х годов сотрудниками кафедры ботаники Калининградского государственного университета И.Ю. Губаревой, В.П. Дедковым, М.Г. Напреенко, Н.Г. Петровой, А.А. Соколовым (1999). Показано, что на территории области в естественном состоянии встречается 1436 видов сосудистых растений.

4.2 Современный флористический состав растительных сообществ луговых биогеоценозов района исследования. По нашим данным подавляющее большинство видов сосудистых растений, встречающихся на лугах северных склонов Вармийской возвышенности, принадлежат к отделу покрытосеменных, на долю остальных отделов приходится незначительное число видов (всего 2,4%). Такое соотношение вполне закономерно и в целом отражает существующее в настоящее время распространение высших растений на нашей планете. Среди покрытосеменных преобладают представители класса двудольных (67,4%), что отражает общее количественное соотношение видов внутри отдела покрытосеменных (табл. 3). Флора доминирующих растительных сообществ насчитывает 173 вида высших сосудистых растений, относящихся к трем отделам Equisetophyta (хвощевые), Gymnospermae (голосеменные), Angiospermae (покрытосеменные), 38 семействам и 121 роду. Доминирующее положение занимают растительные семейства-ценозообразователи Asteraceae (астровые) и Poaceae (мятликовые), которые включают 23 и 19 родов соответственно, что составляет 19,2% и 15% от общего числа. Следующие по числу родов семейства Rosaceae (розовые) - 8 родов (6,7%), Brassicaceae (капустные) - 8 родов (5,8%), Apiaceae (сельдерейные) и Fabaceae (бобовые) по 6 родов (5%). Остальные семейства представлены меньшим количеством родов и являются преимущественно олиго- и монотипными.

Таблица 3. Таксономический состав флоры луговых экосистем

При анализе флоры исследуемого района были выделены долготные ареалогические элементы (рис. 1). Критерием для отнесения к тому или иному геоэлементу является та часть ареала, в которой вид имеет наибольшую встречаемость. Следует отметить, что при выделении ареологических элементов флоры применялся принцип увеличения детализации по направлению к району исследования. Выделение групп ареалов несколько условно, так как двух совершенно сходных географических ареалов в пределах типичного ареалогического континуума просто не существует. Широтный географический спектр флоры представлен на рис. 2.

При анализе распределения видов по широтным и долготным ареологическим элементам можно сделать вывод, что флора луговых ландшафтов Вармийской возвышенности ближе по структуре к европейским флорам, так как доля европейско-западноазиатских, евразиатских, западноевропейских и западноевропейско-средиземноморских, а также бореально-неморальных и бореально-неморально-аридных видов достаточно высока.

4.3 Растительность и типологический состав лугов района исследования. Согласно районированию природных кормовых угодий РФ, Калининградская область принадлежит к лесолуговой Европейской природной области лесной зоны (Районирование…, 1985).

В результате анализа данных обследования естественных кормовых угодий северных склонов Вармийской возвышенности выделены различные классы и подклассы лугов (Крайнов, Курманская, 2008; Паракшин, Крайнов, 2010): Класс I. Суходольные луга - подклассы: абсолютные суходолы равнин; нормальные суходолы равнин; избыточно-увлажненные суходолы. Класс II. Низинные и западинные луга - подклассы: разнотравно-злаковые луга низин; влажные и сырые луга низин. Класс III. Долгопойменные луга - подкласс: сыроватые и сырые луга.

4.4 Биоэкологические спектры компонентов луговых фитоценозов. В состав большинства луговых фитоценозов входят растения, относящиеся к различным типам по характеру облиственности, корневых систем, способам размножения, по приспособлениям к перезимовке, по отношению к основным экологическим факторам (Работнов, 1974). Результаты анализа жизненных форм луговых растительных сообществ Вармийской возвышенности по классификации И.Г. Серебрякова (1964) приведены в табл. 4. В большинстве доминирующих растительных сообществ преобладают поликарпические травянистые растения, среди которых ведущими являются кистекорневые и короткокорневищные поликарпики, рыхлокустовые дерновинные и длиннокорневищные многолетники, столонообразующие и ползучие жизненные формы, отличающиеся высокой вегетативной подвижностью.

4.5 Ритмы развития растений в фитоценозах. Смена аспекта, с одной стороны, характеризует физиономичность фитоценозов, с другой стороны, фенологические наблюдения позволяют связать даты конкретных фенофаз с максимальным нарастанием надземной массы. Наблюдения за фенологической (или физиономической) сменой аспектов проводились во флористически богатых полидоминантных растительных сообществах подкласса нормальных суходолов равнин. В результате получены данные по ритмам развития не только ведущих видов, но и растений-ингредиентов, процент участия которых в сложении растительного покрова незначителен.

4.6 Экологические факторы и их влияние на растительные сообщества. Хорологическая неоднородность и организация растительного покрова луговых биогеоценозов Вармийской возвышенности напрямую зависит от экологической ординации фитоценозов и их типов. На ландшафтно-экологическом уровне организации растительному покрову лугов и пастбищ свойственен типологический континуум, при котором изменения в пространстве плавно переходят друг в друга. Выявленные в результате исследования различия структурного состояния растительного покрова лугов и пастбищ Вармийской возвышенности связаны с определенными условиями среды (Крайнов, Курманская 2010; Крайнов, 2010). Основополагающим фактором формирования луговой растительности, как в региональном масштабе, так и в пределах Вармийской возвышенности, является увлажнение почвы. Для экологического анализа флоры автором была использована общепринятаяТаблица 4. Спектр жизненных форм флоры исследуемых объектов

Примечание: * - цифрами обозначены: I - Agrostis tenuis Sibth. + Cynosurus cristatus L; II - Lolium perenne L. + Agrostis tenuis Sibth. III - Agrostis tenuis Sibth + Holcus lanatus L. + Artemisia vulgaris L.; IV - Festuca pratensis Huds. + Agrostis tenuis Sibth. + Cynosurus cristatus L.; V - Achillea millefolium L. + Elytrigia repens (L.)Nevski + Agrostis tenuis Sibth.;VI - Phleum pratense L. + Agrostis tenuis Sibth. + Cirsium arvense (L.) Scop.; VII - Cirsium arvense (L.) Scop. + Lupinus polyphyllus Lindl. + Tanacetum vulgare L.; VIII - Deschampsia caespitosa (L.)Beauv. + Agrostis tenuis Sibth.; IX - Deschampsia caespitosa (L.)Beauv. + Cirsium arvense (L.) Scop.; X - Lupinus polyphyllus Lindl. + Hypericum perforatum L. + Cirsium arvense (L.) Scop.; XI - Artemisia vulgaris L. + Taraxacum officinale Wigg,s.l. + Barbarea vulgaris R.Br.; XII - Calamagrostis epigeios (L.) Roth + Deschampsia caespitosa (L.)Beauv. + Carex vulpina L.; XIII - Solidago canadensis L.; XIV - Deschampsia caespitosa (L.)Beauv. + Carex caespitosa L. + Filipendula ulmaria L.; XV - Juncus effusus L. + Rumex crispus L. + Filipendula ulmaria L.; XVI - Phalaroides arundinacea L.Rausch. + Lupinus polyphyllus Lindl.; XVII - Filipendula ulmaria L. + Urtica urens L. + Carex vulpina L.; XVIII - Phragmites australis (Cav.) Trin.ex Stend.; XIX - Deschampsia caespitosa (L.)Beauv. + Carex vulpina L. + Carex caespitosa L.

классификация экологических групп (Шенников, 1950). Наибольшее значение в исследованных сообществах имеют виды луговой мезофитной эколого-ценотической группы (рис. 3), являющейся ведущей и для луговой растительности Калининградской области в целом.

Рис. 3. Экологическая структура луговой растительности Вармийской возвышенности по отношению к увлажнению. 1 - ксерофиты, 2 - мезоксерофиты, 3 - ксеромезофиты, 4 - мезофиты (эумезофиты), 5 - гигромезофиты, 6 - мезогигрофиты 7 - гигрофиты, 8 - оксиломезофиты

Распределение некоторых жизненных форм наземных травянистых растений по профилю экологической катены отражено на рисунках 4 - 6. Линия тренда показывает наполненность экологических групп по отношению к режиму увлажнения. Чем выше показатели уклона экспозиции, тем четче выражена зависимость распределения представителей экобиоморф от градиента увлажнения. При сглаживании холмов (угол уклона 2 - 5о) их размещение носит диффузный или разреженный характер. В этом случае зависимости как таковой не прослеживается, что подтверждается крайне низкими показателями коэффициентов детерминации (рис.4, 5).

Рис. 4. Ординация стержнекорневых поликарпиков по градиенту увлажнения

Рис. 5. Ординация плотнокустовых дерновинных многолетников по градиенту увлажнения

Рис. 6. Ординация рыхлокустовых дерновинных многолетников по градиенту увлажнения в рассматриваемых растительных сообществах.

* Примечание. Цифрой обозначены растительные сообщества (см. стр. 15)

4.7 Практическое значение растений доминирующих растительных сообществ. Биологическое разнообразие видов луговых растений представляет собой большую ценность по экономическим, социальным, культурным, рекреационным и другим аспектам. Сохранение и использование видов растений особенно важно для удовлетворения растущих потребностей населения (в продовольствии, лекарственных средствах, промышленности и т.д.). Первая задача сохранения видов - их инвентаризация, вторая по значимости - восстановление и сохранение. Потеря вида с присущими только ему свойствами, представляющими результат эволюции - потеря не только для науки, практики, но и для биосферы в целом. Информация о практическом значении и распределение видов по их значимости анализировалась по Конспекту сосудистых растений Калининградской области (1999), Красной книге Калининградской области (2010). Результаты исследования приведены в табл. 5.

ГЛАВА 5. ЗООГЕННЫЕ ЛАНДШАФТЫ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

5.1 Макрофауна и почвенные процессы луговых биогеоценозов. Исследование состояния макрофауны лугов преследовало цели выявления механического влияния животных на почву и их роли в изменении её химических свойств. Это необходимо для понимания взаимосвязей жизнедеятельности почвенных животных со свойствами почв, режимами почвенных процессов, их биоразнообразия и функционирования. Визуальный учет на ключевых участках сопровождался закладкой почвенных разрезов. Проводились подсчеты предельно-структурных элементов (Фридланд, 1972) и других следов жизнедеятельности педофауны. Оценка роли макрофауны (дождевых червей и муравьев) в динамике почвенных процессов проводилась в пределах КУ «Корнево» (Крайнов, Курманская, 2010).

Среди множества видов насекомых, входящих в состав луговых ценозов, муравьи широко распространены и представлены ландшафтообразующими видами - Lasius flavus F., L. niger L., Myrmica sp. Количество поселений колоний муравьёв (муравейников) на верхних участках холмов составляет в среднем до 500 шт/га, в средне-нижних частях склонов - 200-300 шт/га и в ложбинах.

Таблица 5. Экологическое и практическое значение видов растений луговых фитоценозов Вармийской возвышенности

стока с густым травянистым покровом менее 100 шт/га. Фауна кольчатых червей представлена видами - Allobophora caliginosa (Sav) в большей степени, а также Octolaseum lactem (Oerley) и Lumbricus rubellus Hoffm. Lumbricidae являются основной причиной формирования инертного гуматного органического вещества (Панасин, Рымаренко, 2004). Среднее количество дождевых червей достигает 2,5 миллиона особей на 1 гектар, занятой луговой растительностью. В песчаных и супесчаных почвах дождевых червей крайне мало (2 - 5 экз/м2) глубже 5 - 8 см практически не встречаются.

5.2 Роль зоофактора в проявлении интегративной эрозии почв. Исследования в пределах Вармийской возвышенности заключались в учете влияния зоофактора на возникновение, характер проявления, интенсивность процессов интегративной эрозии почв - развевания, плоскостного смыва в ламинарных и размыва в концентрированных турбулентных потоках; определялись изменения морфологических, физических, химических и физико-химических свойств дерново-подзолистых, дерново-глеевых, бурых лесных почв луговых биогеоценозов (Паракшина, Крайнов, 2006). Детальное обследование ключевых участков привело к заключению, что практически на всех элементарных почвенных ареалах, относящихся к сельскохозяйственным угодьям - сенокосы, пастбища, залежи, а также пашня - обнаружены следы жизнедеятельности муравьев и дождевых червей; кротовины и мышиные норы обнаружены везде, кроме обрабатываемой пашни. Особенно интенсивно зоофактор участвует в формировании предельно-структурных элементов на залежных землях, где идет усложнение элементарных почвенных ареалов с повышением коэффициента вариабельности на 10 - 20% по содержанию и, особенно по запасам гумуса; на 10 - 40% по содержанию Р2О5 и К2О. Гранулометрический же состав, напротив, усредняется, поскольку идет перемешивание слоев почвенной массы и массы почвообразующей и подстилающей пород.

5.3 Пространственное распределение зоогенных биокомплексов. Воздействие некоторых видов животных на почву и растительность приводит к формированию специфических зоогенных модификаций экосистем и зоогенной комплексности (Виноградов, 1998). В ходе исследования выявлены зонально-ландшафтное распределение местообитаний и определение типа пространственного распределения популяций почвенных животных в пределах северных склонов Вармийской возвышенности (Крайнов, 2010). Результаты пространственного распределения зоогенных биокомплексов представлены в табл. 6.

ГЛАВА 6. ПРОБЛЕМЫ СОХРАНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО И ЛАНДШАФТНОГО РАЗНООБРАЗИЯ ЛУГОВ ВАРМИЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

В условиях нарастающей деградации природных систем (Глазовский и др., 1991; Котляков и др, 1990; Кочуров и др., 1994) Калининградская область отнесена к территории с конфликтно-напряженной экологической ситуацией (Кочуров, Розанов, 2001), которой присущи негативные изменения средо- и ресурсовоспроизводящих свойств ландшафтов, деградация природных ресурсов, в том числе природных кормовых угодий. По состоянию на 2005 год особо охраняемые

Таблица 6. Пространственное распределение предельно-структурных элементов макрофауны и мегафауны на северных склонах Вармийской возвышенности

природные территории (ООПТ) Калининградского региона насчитывали 102 наименования и занимали 14% от всей площади области. Они включали в себя 1 национальный парк «Куршская коса», 8 государственных природных заказников регионального значения, 59 памятников природы регионального значения, 2 курорта федерального значения - Зеленоградск и Светлогорск-Отрадное, 32 особо охраняемых водных объекта - водно-болотные угодья - торфоместорождения (Крайнов, 2010). На 1 января 2008 года на основании «Лесного плана Калининградской области на период до 2019 года» (Приложение к Указу Губернатора Калининградской области от 30 марта 2009 года №27) в Калининградской области имеется только 11 особо охраняемых природных территорий на общей площади 8962,7 га.

На территории Вармийской возвышенности Государственный природный заказник «Новосёловский», находился в подчинении Управления по охране, контролю и регулированию использования охотничьих животных Калининградской области, занимал площадь 138,3 км2 и был расположен в юго-западной части области, вблизи границы, на северных склонах Вармийской холмистой моренной возвышенности. На сегодняшний день с этой территории статус ООПТ снят. В области проектируются особо охраняемые природные территории трех наименований. Логично напрашивается вопрос - в чём была необходимость снимать статус ООПТ с охраняемых объектов, чтобы сегодня проектировать их вновь? Заказник «Новосёловский» - являлся ценным природным комплексом области, отличающийся высоким ландшафтным разнообразием, специфическим почвенным покровом, неповторимым растительным миром, интересными местообитаниями животных. Важным элементом ландшафтного и биологического разнообразия являются луга и луговые угодья, созданные на месте лесов еще в конце прошлого века. Основной угрозой для их сохранения в равной степени являются как осушение под пашню и добычу торфа, водная и ветровая эрозии, пожары, сеть дорог, бессистемные выпас скота и сенокошение, приводящие к смене естественных луговых фитоценозов на многочисленные сорно-бурьянистые модификации дегрессионно-демутационного ряда, подлежащие экологической реставрации, а также и прекращение эксплуатации, т.е. забрасывание территорий в залежь, когда, в связи с заиливанием дренажных систем активно развивается процесс переувлажнения и заболачивания большинства почв. Происходит замена растительных формаций низкотравных лугов на сообщества высокотравных с обедненным видовым составом. Однако, немало и таких луговых сообществ, которые сохраняются при минимальном уходе или вовсе без него. В данном случае в процессе саморегуляции формируются жизнеспособные устойчивые квазиприродные или климаксовые сообщества, приуроченные к возвышенным элементам рельефа, на более легких почвах.Специфичными для склонов Вармийской возвышенности являются трансформированные и сильнотрансформированные участки. Характер и интенсивность почвенно-эрозионных процессов на тех или иных формах и элементах рельефа проявляются при совокупности условий формирования и эволюции рельефа с климатическими и другими характеристиками биоценоза, а также при непосредственном участии человека. Экологический анализ растительных сообществ позволяет оценить условия местообитания, текущего состояния угодий с выявлением реликтовых признаков и тенденций дальнейшего развития или сукцессионного изменения растительного покрова (Крайнов, 2008; Паракшин, Крайнов, 2010). Декоративные, лекарственные, пищевые, кормовые растения обычно являются наиболее уязвимыми элементами региональной флоры. По результатам популяционно-экологического анализа этих компонентов можно судить об уровне трансформации травяных растительных сообществ и своевременно принять меры по спасению редких и исчезающих растений.