Почвенно-растительный покров дельты Волги: продуктивность, динамика и кризисные процессы

Класс П-10. Земли, не используемые в сельском хозяйстве. Подкласс П-10А. Древесно-кустарниковая растительность на аллювиальных дерновых насыщенных слоистых почвах - ивовые и тополиные леса, в виде узких полос вдоль русел рек. Заросли кустарника Tamarix ramosissima встречаются по межбугровым понижениям на засолённых почвах.

4.4. Редкие и исчезающие растительные сообщества дельты Волги

На территории дельты Волги распространены растительные сообщества, включенные в Красную книгу растительных сообществ СССР (Red Data book of plants communities…, 1997). Список классов и порядков включает:

Пресноводная и прибрежно-водная растительность. Lemnetea R. Tx. 1955 - сообщества свободно-плавающих на поверхности и в толще воды плейстофитов. Potametea R.Tx. et Preising 1942 - сообщества укореняющихся водных растений с плавающими на поверхности или погруженными в толщу воды листьями (гидатофитов). Phragmitetea R. Tx. et Preising 1942 - водные и околоводные сообщества прикрепленных ко дну и возвышающихся над водой растений (гелофитов). Ассоциация Phragmitetum communis (Gams 1927) Schmale 1939.

Растительность морских побережий. Ruppietea J.Tx. 1960 - растительность солонцеватых вод морских побережий со слабо выраженными колебаниями уровня воды. Ассоциация Ruppietum maritimae Beguinot 1964.

Растительность засоленных почв. Salicornietea fruticosae (Br.-Bl. et Tx. 1943) Tx. et Oberd. 1985 em. V. Golub et V. Slkh. 1988 - сообщества суккулентных многолетних облигатных галофитов. Glycyrrhizetea glabrae V. Golub et Mirk. In V. Golub 1995 - лугово-степные сообщества умеренно засоленных почв, затапливаемых или подтапливаемых на короткий период во время весенне-летних половодий. Преобладают две ассоциации - Suaedo-Petrosimonietum и Lepidio-Cynodontetum.

Пустынная растительность. Artemisietea lerchianae V. Golub 1994 c Artemision lerchianae V. Golub 1994 и Anabasion aphyllae V. Golub 1987.

Глава 5. Динамика локальных флор

5.1. Динамика флоры урбанизированных территорий: современное состояние, оптимизация

С конца XIX в. флористический состав г. Астрахань претерпел значительные изменения (Сальников, Пилипенко, 2005). В результате анализа динамики флоры выявлено, что в течение 125 лет из первоначально описанных С.И. Коржинским (1882) 340 видов сосудистых растений исчезли 106 и появились 175 новых видов (исключая интродуценты). Количество семейств увеличилось на 8, а родов - на 51. Если в начале века на долю наиболее значимых семейств флоры приходилось 63 % от общего процента видового состава, то в современной флоре на их долю приходится лишь 39 %. Среди семейств, занимающих доминирующее положение во флоре, значительные изменения произошли в семействе Boraginaceae (80 %), Cyperaceae (77,8 %), Brassicaceae (59,3 %), Caryophyllaceae (42,9 %) и Polygonaceae (41,6 %). Не пострадало семейство Chenopodiaceae, которое доминирует в аридных Туранской и Средиземноморской флористических областях и пополнилось новыми 27 видами. В меньшей степени пострадало семейства Poaceae (13 видов исчезло, новых 26 видов) и семейство Asteraceae (14 и 25 видов), характерное для районов с экстремальными условиями обитания. Если в конце XIX в. преобладала бореальная систематическая структура флоры, то на современном этапе флорогенеза - аридная. Из ценотических групп наиболее уязвимыми оказались болотные, луговые (48), и плакорные виды бэровских бугров (31) (Сальников, Пилипенко, 2005). Различные жизненные формы по-разному реагировали на изменение условий обитания. Современный спектр жизненных форм показывает, что наибольшая часть всего видового состава флоры приходится на долю терофитов - 169 видов, в начале века преобладали также терофиты - 116, что связано с большей устойчивостью их к возросшим антропогенным нагрузкам. Увеличение числа фанерофитов (с 11 до 104 видов) и хамефитов (с 13 до 15) в современной флоре обусловлено высокой долей интродуцентов. В то же время необходимо отметить отсутствие трех аборигенных хамефитных видов. Уязвимость этой жизненной формы связана с такими специфическими и легко разрушаемыми экотопами, как бэровские бугры (Nitraria schoberi L.), берега водотоков (Artemisia obratanum) и пески (Ephedra distachya L.). Наиболее неустойчивыми оказались гемикриптофиты (46 видов исчезло), но произошло и пополнение этой группы новыми видами (31 вид). Терофиты потеряли 41 вид, но приобрели 44 новых, гемикриптофиты-терофиты - соответственно 6 и 5 видов. Анализ списка не встречающихся в современной флоре, но описанных в начале века С.И. Коржинским видов указывает на отсутствие трех групп растений следующих местообитаний: бэровских бугров - Strigosella stenopetala Bemh. ex Fisch. et Mey., Erysimum versicolor Andrz, Camelina sativa (L.) Crantz, Camelina microcarpa Andrz., Nitraria schoberi L., род Astragalus, Artemisia campestris L., Artemisia pontica L., Helichrysum arenarium (L.) Moench, Scorzonella laciniatum DC., Tragopogon ruber S.G. Gmel., Heliotropium europaeum L., Salvia tesquicola Klok Pobed., Catabrosella humilis (Bieb.) Tzvel.; водных и водно-болотных - Utricularia vulgaris L., Trapa natans L., Nuphar lutea (L) Smith, Hippuris vulgaris L., Scirpus triqueter L.); луговых (степных) местообитаний - Cynoglossum officinale L., Myosurus minimus L., Euclidium syriacum (L.) R. Br, Valeriana officinalis L., Inula caspica Blum ex Ledeb., Psammophiliella muralis (L.) Ikonn., Silene viscosa (L.) Pers, Agrostemma githago L., Potentilla supina L., Galium verum L., Ptarmica vulgaris Hill, Gnaphalium uliginosum L., Sonchus asper (L.) Hill., Lindernia procumbens (Krock.) Borb., Veronica longifolia L., Еuphorbia esula L., Iris germanica L., Juncus articulatus L., Elymus junceus Fisch., Triticum prostratum L., Bromus arvensis L., Agrostis alba L.

В настоящее время наблюдается изменение растительного покрова под воздействием прямого или косвенного антропогенного воздействия, причем деградация охватывает все типы растительных сообществ. Происходит общий процесс синантропизации флоры. Естественные аборигенные растительные сообщества сменяются антропогенно измененными. Основными факторами антропогенной трансформации являются уничтожение местообитаний, мелиорация, нерегулируемый выпас скота. Резко возросла реакционная нагрузка на пригородные зоны. Усиление антропогенной трансформации растительности и флоры привело не только к уменьшению биоразнообразия, снижению продуктивности, но и к заметному сокращению доли естественных ландшафтов, т.е. к изменению пространственной структуры территории. Происходит унификация структуры сообществ и ландшафтов, которая заметно обедняет состав фитоценозов.

По количественным показателям изменения во флоре незначительны. Изменения затронули качественный состав флоры. Вследствие интенсивного использования сокращается ареал и численность популяций видов, имеющих хозяйственное значение. Наибольшему истреблению подвергаются виды, имеющие лекарственное, декоративное и пищевое значение. Исчезла большая группа декоративных видов и реликтов дельты Волги - Nuphar lutea, Iris germanica, Inula caspica, Asparagus inderiensis, Silene viscosa, Strigosella stenopetala и др. В качестве пищевых видов местным населением наиболее интенсивно использовался Trapa natans, лекарственных видов - Valeriana officinalis, Tanacetum achilleifolium, Artemisia abrotanum, Conium maculatum. К наиболее ценным в кормовом отношении видам относятся Ceratocephala testiculata, Raphanus sativus. Отмечается большая доля рудеральных видов, которые генетически связаны с аборигенной флорой. Многие из них (галофиты, псаммофилы) существуют в естественных условиях, но их численность возрастает в связи с увеличением нарушенных местообитаний антропогенного характера. Выявлено 27 новых сорных растений. Возрастает роль сегетальных видов. Не отмечается Agrostemma githago, но появились новые виды - Stellaria media, Atriplex calotheca, Persicaria argyrocoleon, Rumex crispus, Barbarea vulgaris, Erysimum cheiranthoides, Phelipanche aegyptiaca, Ph. Mutelii, Orobanche coerulescens, Cirsium vulgare, Cyclachaena xanthiifolia, Helianthus lenticularis, Lactuca tatarica, Xanthium albinum, Helianthus annuus, Lolium remotum. Подобные тенденции свидетельствует о слабом процессе видообразования и о значительной роли миграции в процессе флорогенеза. Коэффициент оборота видов равен 0,67. Наличие большого числа синантропных видов является предпосылкой общей тенденции синатропизации растительного покрова в будущем (Сальников, Пилипенко, 2005).

В настоящее время на территории г. Астрахань отмечаются разрушение естественных биотопов (коренное изменение) и уплотнительная застройка; отсутствие контроля ввоза в город почвогрунтов с прилегающих территорий; увеличение маргинальных зон за счет естественных биотопов; недостаточное количество газонов и уменьшение количества парков; отсутствие научного обоснования интродукции древесных видов растений; преобладание сорно-адвентивного компонента флоры (Сальников, Заболотная, Сальникова, 2006).

Определяющим фактором устойчивого развития урбонизированной среды является создание экологического каркаса города. В целях сохранения биоразнообразия и поддержания относительной устойчивости урбосистемы необходимы:

· создание линейных блоков в пределах условной черты города в виде экотонных зон (граница урбанизированной среды и естественных биотопов) и межмагистральных клиньев растительности; создание ареальных блоков в виде пригородных лесов, парков, рекреационных и санитарно-защитных зон резерватов местного значения, с природоохранным статусом с целью максимального сохранения устойчивости естественных биотопов, поддержания биоразнообразия растительного покрова;

· реинтродукция редких видов в условиях урбанизированной среды и интродукция новых устойчивых видов древесной флоры;

· зонирование территории города на функциональные зоны с учетом эколого-биологических особенностей интродуцентов;

· введение запрета на разработку бэровских бугров в целях добычи строительного материала, что позволит сохранить оригинальную флору плакорных местообитаний;

· разработка научно-обоснованной концепции в целях создания устойчивого городского водного ландшафта;

· организация просветительской работы, направленной на ознакомление с биоразнообразием дельтовых экосистем, а также с основами рационального использования природных ресурсов на уровне учебных заведений;

· создание сети экофлористического мониторинга.

В градостроительной политике необходимо руководствоваться принципом адаптивно-ландшафтного планирования. Важными составными частями планировочной деятельности являются упорядочивание и взаимосвязь природного и созданного рельефов, эколого-геоморфологический и ландшафтно-архитектурный анализы, оценка воздействия на окружающую среду. Проведение подобной политики позволит сохранить ландшафтную индивидуальность города, увеличить емкость ландшафта и индекс качества среды, а также ее аттрактивность. В перспективе создание экополисов, т.е. урбанизированной среды, которая включает природные элементы и создает условия для их развития, что должно положительно отразиться на социально-экономическом развитии города (Сальников, Заболотная, Сальникова, 2006).

5.2. Динамика флоры бэровских бугров за последние 100 лет

Для репрезентативной оценки флористического состава бэровских бугров исследования проводились в восточной части дельты на буграх Долгом, Змеином, Б. Барфон, Крутом, Разин, Высоком, Тастобе, Барли, Тулумбай, Морозов, Карим и др.; в западной части - на буграх Багульчик, Зургута, Черный, Каменный Столб, Паюсный, Бол. Черенский, буграх урочища Морозовский Залив и др. Всего обследовано 42 бугра.

Выявлено 180 видов семенных растений, принадлежащих к 105 родам и 39 семействам, и один вид, относящийся к голосеменным. Показатель насыщенности родов видами равен 1,64; по этому признаку флора относится к аллохтонному типу. Анализ флористического спектра показывает, что к числу господствующих относятся 5 семейств: Chenopodiaceae (31 вид), Asteraceae (25), Fabaceae (18), Poaceae (17), Brassicaceae (15), и они включают почти 2/3 всего флористического состава (61 %) бугров Бэра (Сальников, Пилипенко, Сальникова, 2006).

Интересную картину дает сравнение флористического спектра бэровских бугров со спектрами пустынь Западной Туркмении (Родин, 1961) и пустынь Северного Прикаспия (Левина, 1964). По флористической роли лидирующих семейств флора бэровских бугров обнаруживает наибольшее сходство с пустынной флорой Западной Туркмении. Причина такого сходства в формировании изучаемой флоры на ранних стадиях ее становления и очень сложной и длинной геологической истории формирования Прикаспийской низменности. Анализ динамики ведущих семейств (1882-2007 гг.) показывает следующие изменения (табл. 5.1).

Таблица 5.1 Спектр семейств флоры бэровских бугров

Ведущее положение занимает семейство Chenopodiaceae. Произошло пополнение новыми двумя видами (с 29 видов до 31). Видовой состав семейства Asteraceae практически не изменился. Доминирование Chenopodiaceae и Asteraceae объясняется тем, что на формирование флоры бэровских бугров определяющее влияние оказывали элементы пустынной флоры, проникающие на Нижнюю Волгу с юго-востока в основном за счет среднеазиатских солончаково-солонцовых видов - Anabasis salsa, Anabasis aphylla, Atriplex aucheri, Suaeda crassa, Halocnemum strobilaceum и др. Зональное семейство Fabaceae увеличило свою видовую представленность и занимает третье место в спектре ведущих семейств (18 видов, ранее 13 видов). Четвертое место занимают представители Poaceae (17 видов, ранее 15 видов). Пятое место - представители Brassicaceae (15 видов, ранее 18 видов), что традиционно для степных флор и обусловлено высокой долей рудеральных видов.

Общая тенденция изменения в спектре ведущих семейств: семейство Brassicaceae уступило третье место семейству Fabaceae, которое ранее было пятым в спектре. На плакорных экотопах (бэровские бугры в дельте Волги) господствуют зональные ирано-туранские и средиземноморские виды растений. Например, ареалы распространения представителей семейства бобовых, в особенности рода Astragalus, - ирано-туранский и средиземноморско-ирано-туранский; данные виды активно расширяют ареалы, чему также способствует антропогенный фактор. В связи с освоением бугров для сельскохозяйственных нужд улучшается влагообеспечение склонов бугров и в настоящее время здесь можно наблюдать виды растений, не отмечаемые ранее, - Melilotus officinalis, Glycyrrhisa echinata, Amorpha fruticosa и др. В семействе Brassicaceae отсутствуют Torularia contortuplicata, Leptalium perfoliatum, Arabidopsis pumila. Виды семейства имеют ирано-туранский тип ареала, поэтому генетически связаны с бэровскими буграми. Также в семействе представлены сорные виды (Descurainia sophia, Goldbachia laevigata, Capsella bursa-pastoris, Cardaria draba, Lepidium perfoliatum, Lepidium latifolium), которые при различной степени интенсивности антропогенной нагрузки занимают новые экотопы (Сальников, Пилипенко, Сальникова, 2006).

Выявлено 5 редких и исчезающих видов растений: Tulipa biflora, T. gesneriana, Allium caspium, Asparagus breslerianus, Iris pumila.

Для флоры бэровских бугров на основе флористических списков С.И. Коржинского (1882), Г.Е. Сафонова (1975) и современного (Сальников, Сальникова, Пилипенко, 2007) отмечены следующие изменения:

· увеличение видовой представленности флоры в основном за счет массового распространения рудеральных видов;

· уменьшение обилия и проективного покрытия представителей семейств Poaceae, Fabaceae, Asteraceae;

· отсутствие представителей двух семейств Aristolochiaceae (Aristolochia clematitis) и Rosaceae (Potentilla bifurca);

· появление новых 7 семейств (5 из которых одновидовые), 7 родов; новые семейства (Cannabaceae, Fumariaceae, Convolvulaceae, Hypecoaceae) представлены сорными видами - Cannabis ruderalis, Convolvulus arvensis, Fumaria officinalis, Hypecoum pendulum. Появление этих семейств во флоре бэровских бугров связано с антропогенным фактором;

· резкое уменьшение проективного покрытия и обилия многолетних злаков (особенно Agropyron fragile, Stipa sareptana). Если И.А. Цаценкин (1962) отмечал 12 видов злаков, в основном являющихся доминантами и субдоминантами, то в настоящее время отмечается 17 видов, 8 видов представлены единичными особями и не являются ценообразователями;

· высокая представленность пастбищных сорняков (Anabasis aphylla, Salsola australis, S. foliosa, Atriplex ancheri);

· изреженность и угнетенность одного из основных эдификаторов - Artemisia lerchiana;

· увеличение обилия эфемеров - мортуков Eremopyrum orientale, E. triticeum - как результат механизма видового замещения;

· широкое распространение галофитов - Climacoptera brachiata, Neocaspia foliosa, Petrosimonia brachiata, Salsola australis, Salsola dendroides и рода Suaeda (Сальников, Пилипенко, Сальникова, 2006).

Динамика фиторазнообразия бэровских бугров предопределяется локальным проявлением современного гидроморфизма, особенно в экотонах. Сужение экотонной зоны создает благоприятные условия для развития в склоновых частях бугров средиземноморского типа растительности и внедрения рудеральных видов. Важнейшей особенностью изменения флоры, растительности и почв бэровских бугров является массовое развитие негативных процессов и ухудшение экологического состояния территории. Нерациональное использование природных экосистем является основным фактором развития негативных процессов и деградации земель. В настоящее время отмечается:

· дигрессивная сукцессия, ведущая к изменению природных экосистем, а иногда к полному их разрушению (отмечается во всех административных районах дельты Волги);

· усиленный выпас и перегрузка бугров крупным и мелким рогатым скотом в течение длительного времени. Практически на всех буграх отмечается пасторальная дигрессия. Исследованные бугры дифференцированы на 4 группы в зависимости от стадии дигрессии. За эталон принят бэровский бугор Черный - памятник природы регионального значения;

· ирригационная эрозия, способствующая разрушению бугров и обнажению уплотненного солевого горизонта;

· распашка бугров в сельскохозяйственных целях, и как следствие наличие залежей;

· отмечаются антропогенные варианты растительных сообществ, основу которых составляют синантропные виды (рудеральные и сегетальные);

· засоление бугров и снижение задернованности почвы;

· отсутствие возврата в естественный природный круговорот деградированных, особенно, засоленных земель;

· тенденция сокращения площади бэровских бугров и расширение площадей солончаков.

Деградационные процессы приобрели такой характер, что самовосстановление растительного покрова и формирование устойчивых экосистем стало невозможным без проведения специальных мероприятий по восстановлению их видового состава и продуктивности. Отмечается ослабление системообразующей роли геоморфологического каркаса (бэровских бугров как ядра типичности) дельты Волги и как следствие снижение общего уровня ландшафтных связей. Изменения, происходящие в ландшафтах дельты Волги, отражают концептуальные положения теории экологически дестабилизированной среды, разработанной В.С. Залетаевым (1989) (Сальников, Сальникова, Пилипенко, 2007).

Глава 6. Концепция «динамическая структура популяций с видовыми параметрами»

6.1. Динамика и тенденции развития растительности

Для характеристики динамики флоры, растительности и почв дельты Волги исследования проводись на стационарных участках памятников природы, так как на них представлены наиболее сохранившиеся естественные растительные сообщества дельты Волги, а также на пяти почвенно-экологических профилях, характеризующих остепненно-солонцовые, солончаковые, луговые, водно-болотные и пустынные биотопы.

Динамика растительности лугов низкого уровня

Стационарный участок № 3 расположен в пределах лугового участка низкого уровня. Длительность затопления участка в период половодья доходит до 2-3 мес. Особенностью участка является застой поверхностных вод после половодья. Затапливается ежегодно на срок от 64 до 126 дней. На основе результатов анализа водной вытяжки из образцов почвы установлено, что для отдельных ионов (Cl-, Na+, Mg2+, Ca2+), общей суммы солей и токсичности характерен флуктуационный характер колебаний количественных показателей. За период инструментальных наблюдений на участке наблюдалось четыре пика максимальности засоления - в 1985, 1991, 1999 и 2004 гг. (рис. 6.1). Количественное содержание Cl-ионов изменяется от 0,35 до 1,22, а SO-ионов - от 1,66 до 6,09.

Рис. 6.1. Динамика почвенных показателей

Происходит изменение типа засоления с сульфатно-хлоридного на менее токсичный сульфатный и с сульфатного на сульфатно-хлоридный.

Травостой является рогозово-тростниковой модификацией тростникового типа на аллювиальной лугово-болотной среднезасоленной почве. С 1979 г. отмечаются значительные флуктуационные колебания биомассы эдификатора Typha angustifolia. К 1998 г. произошло резкое снижение продуктивности Typha angustifolia до 61,4 ц/га и значительное увеличение продуктивности Phragmites australis до 92,5 ц/га. В 1999 г. отмечается обратная картина: Typha angustifolia вносит основной вклад в значение продуктивности (Сальников, 2000). В 2002 г. ситуация изменяется, и Phragmites australis снова определяет основную биомассу фитоценоза.

Рис. 6.2. Динамика продуктивности

За период стационарных наблюдений выделяются четыре пика максимальной продуктивности Typha angustifolia - в 1982, 1991, 1999 и 2006 гг. и четыре пика минимальной продуктивности - в 1979, 1985, 1998 и 2002 гг. Значительный размах колебаний отмечен и у Phragmites australis. Максимальная биомасса - в 1982, 1987, 1998 и 2003 гг., минимальная - в 1980, 1985, 1992, 2000 (?) и 2006 гг. Продуктивность рогоза и тростника (за исключением 1985 г.) находится в противофазе друг другу: максимум продуктивности одного вида соответствует минимуму другого (рис. 6.2). Общая тенденция - увеличение продуктивности растительного сообщества с 56,5 ц/га в 1978 г. до 188,5 ц/га к 1999 г. с различными колебаниями по годам (Пилипенко, Сальников, 1998; Сальников, 2000) (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Динамика продуктивности стационарного участка № 3

В настоящее время наблюдаются процессы сегрегации Phragmites australes. Происходят изменения в видовом составе: значительно сократился видовой состав разнотравья - с 26 видов до 7, что связано с длительностью затопления участка, которое является лимитирующим фактором для луговых популяций. В 1998 г. отмечены только Rorippa amphibia, Persicaria amphibia, P. trigonocarpa, Scirpus lacustris, Phalaroides arundinacea. Таким образом, происходит вытеснение луговой растительности (Hierochloe repens, Inula britannica, Agrostis stolonifera, Lysimachia vulgaris). По сравнению с 1998 г., когда было зафиксировано только 4 вида и отсутствие луговых растений, в 2002 г. общее количество наблюдаемых в фитоценозе видов составило 15.

Отмечается заметное обилие луговых ценозов с типичными представителями - Inula britannica, Agrostis stolonifera. В 2003 г. в фитоценозе отмечается присутствие Carex vesicaria. С 1979 по 1991 гг. важную роль в структурной организации фитоценоза играл Phalaroides arundinacea, а с 1992 по 2007 г. вид практически отсутствует. В настоящее время сукцессия в долгопойменных фитоценозах дельты Волги приводит к формированию высокопродуктивных монодоминантных растительных сообществ с доминированием водно-болотных видов Phragmites australis и Typha angustifolia. Все эти изменения, вызванные разногодичной ритмикой климатических и гидрологических показателей, носят флуктуационный характер.

Динамика растительности лугов среднего уровня