Эколого-географический анализ луговых степей Северного Казахстана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Природные условия изучаемых регионов. Материалы и методы исследований

1.1 Рельеф и геологическое строение

1.2 Материал и методы исследования

2. Комплексный анализ флор луговых степей Северного Казахстана и Среднерусской возвышенности

2.1 Систематический анализ

2.2 Анализ степени общности локальных лугово-степных флор

2.3 Комплексный анализ растительности луговых степей Северного Казахстана и Среднерусской возвышенности

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Актуальность. Степной биом Европы почти полностью уничтожен человеком, а такой его компонент, как луговые степи сохранился только в резерватах. Интерес к изучению флоры и растительности луговых степей не пропадал никогда, хотя выполнение исследований в этом направлении, в связи с деградацией и уничтожением их фитоценозов стало затруднительным. Особое значение подобные работы приобрели в последнее десятилетие, когда в 1995 году в Российской Федерации была ратифицирована «Конвенция о биологическом разнообразии», принятая на конференции ООН в 1991 году.

Луговые степи - выделяющийся большой видовой насыщенностью тип растительного сообщества. На фоне возрастающего синантропного пресса, они ведут себя динамично и изучение их видового и таксономического состава имеет особую актуальность и значимость. Исследования в области биоморфологического, геоэлементного строения, динамики и хозяйственной ценности луговых степей представляют также большое практическое и теоретическое значение для сохранения этих уникальных растительных сообществ.

Одной из наименее изученных проблем, касательно объектов данной работы, является сравнительное исследование их флористической и фитоценотической характеристик, как располагающихся на широтно-удаленных ландшафтах. Интересно сравнение зонального и азонального (высотно-поясного) вариантов луговых степей лесостепных ландшафтов. Так же, значительный научный и практический интерес представляют малоизученные вопросы происхождения этих объектов.

Предположения об определенной общности луговых степей, занимающих разное географическое положение (Возвышенность Северного Казахстана, Среднерусская возвышенность) высказывались ранее (Алехин, 1931; Камышев, Хмелев, 1972). Однако специального изучения этой проблемы до сих пор сделано не было. Это обстоятельство в известной мере определяет актуальность, а так же теоретическую и практическую значимость проведенных исследований.

Поскольку луговые степи, к настоящему моменту, на территории России, Украины и восточной окраине Западной Европы принадлежат к рангу редких и исчезающих, то заслуживает особого внимания изучение их состояния (жизненность, обилие) в природе, а возможно, в ряде случаев перевод их в категорию охраняемых. Особенно это касается популяций и подвидов, входящих в состав лугово-степных сообществ.

Следует также принять во внимание то, что в сложившейся в настоящее время социальной обстановке в нашей стране, наблюдается использование части площадей ранее выделенных заказников под другие нужды (бессистемный выпас, распашка, выкос). А это грозит не только потерей отдельных видов, местных популяций, но и биоценозов в целом. Луговые степи в этом отношении не исключение.

Цель и задачи исследований. Основной целью исследования является комплексное изучение современного состояния флоры и растительности луговых степей Северного Казахстана Среднерусской возвышенностей как широтно-удаленных территорий и их сравнительный анализ.

Для достижения цели решались следующие задачи:

Проведение инвентаризации видового состава и составление списков флор изучаемых луговых степей.

Проведение сравнительного систематического анализа локальных лугово-степных флор Северного Казахстана и Среднерусской возвышенностей.

Проведение сравнительного географического анализа изучаемых флор.

Проведение сравнительного биоморфологического анализа флор.

Выявление общности флор, используя математические методы.

Сравнение одноименных ассоциаций изучаемых луговых степей по доминантам и субдоминантам, а так же состава ассоциаций с использованием математического анализа.

Анализ динамики растительности луговых степей на примере Среднерусской луговой степи.

Изучение вариабельности луговых степей на примере обоих регионов.

Фитосозологический анализ изучаемых сообществ.

Анализ перспектив практического использования генофонда луговых степей.

Научная новизна. Впервые проведен подробный сравнительный ботанико-географический анализ сходства и различия флор двух широтно-удаленных луговых степей ландшафтов Северного Казахстана и Среднерусской возвышенностей и установлена степень их общности. Впервые проведен сравнительный анализ растительности лугово-степных ассоциаций этих двух регионов.

Составлен список лугово-степных флор регионов Северного Казахстана и Среднерусской возвышенностей. Расширен список видов лугово-степных формаций, подлежащих охране, пересмотрены статусы состояния ряда видов, предложены меры в направлении оптимизации охраны флористических объектов.

Сделана попытка анализа происхождения локальных флор изучаемых объектов и их генетических и географических связей.

Теоретическое и практическое значение. Список лугово-степных флор пополняет сведения о локальных флорах Северного Казахстана и Среднерусской возвышенностей.

Материалы дипломной работы могут быть использованы при составлении региональных, общероссийских, международных флор и сводок. Для составления региональных и федеральных сводок редких и охраняемых видов, Красной книги Северного Казахстана, Красной книги Липецкой области, Красной книги России, а так же выделения охраняемых территорий (заповедников и заказников). Ряд материалов использован при проведении практических занятий по курсу «Биогеография». Список флор может быть использован в образовательных и исследовательских целях студентами и школьниками.

Апробация. Материалы исследования докладывались на конференциях: VIII научно - практическая конференция Краевой экологической школы «Экологические проблемы Северного Казахстана»; IX научно - практическая конференция Краевой экологической школы «Экологические проблемы Северного Казахстана».

Структура и объем работы. Дипломная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных литератур. Она изложена на 61 страницах машинописного текста, включает 12 таблиц, 2 рисунка. Список сипользованной литературы содержит 62 источника, из них 3 на иностранных языках.

1. Природные условия изучаемых регионов. Материалы и методы исследований

1.1 Рельеф и геологическое строение

Изучаемые регионы - Северный Казахстан и Среднерусская возвышенности расположены на примыкающих друг к другу Русской и Предкавказской равнинах

Для возвышенности Северного Казахстана основной тектонической структурой является эпигерцинская Скифская плита, территориально соответствующая Предкавказью. На севере по Манычскому грибену она граничит с более древней Восточно-Европейской платформой. В предкавказской части Скифской плиты центральное место занимает Ставропольский свод, выраженный в рельефе возвышенности Северного Казахстана. Он представляет собой крупное гетерогенное поднятие с залеганием складчатого фундамента на глубинах от 650-800 м в южных частях, до 2-2,5 км в западном, северном и восточном крыльях. Скифской плите свойственна тектоническая гетерогенность. Перепады глубин залегания складчатого фундамента достигают в ней 5-5,5 км и соизмеримы с относительной высотой Кавказа. Под осадочным чехлом здесь фактически погребены глыбовые горы (Годзевич, 1996).

По данным Б.Л. Годзевича (1996), Возвышенность Северного Казахстана крупная сложная морфоструктура, возникшая в процессе сводовой деформации осадочного чехла и блоковых движений фундамента платформы и состоящая из совокупности частных морфоструктур. В плане она имеет форму вытянутого в субширотном направлении неправильного овала, размером около 140x280 км. На юго-западе возвышенность Северного Казахстана по тектоническому уступу граничит с Кубано-Суркульской предгорной депрессией, с остальных сторон она окружена низменностями. Гипсометрически и морфологически возвышенность разделяется на высокую и пониженную части. Высокая часть, или Центральное поднятие Северного Казахстана расположена на юге возвышенности и имеет форму треугольника, расширяющегося на юго-запад. Она сложена глинами, реже известняками и песками миоцена при незначительном развитии четвертичных континентальных отложений и имеет высоту водоразделов более 350 м. Эта возвышенная часть включает все самые крупные морфологические элементы Возвышенности Северного Казахстана: горы Стрижамент (831 м), Бабу (622 м), Недреманный хребет (665 м), высоты Северного Казахастана (до 659 м), остан-цевые горы Холодную и Сейну (663 м). Рельеф возвышенности здесь меняется от расчлененного платообразного низкогорья к более сглаженному возвышенному рельефу по периферии поднятия.

Пониженная периферическая часть Возвышенности Северного Казахстана в виде неправильного полукольца, расширяющегося к северо-востоку, обрамляет ее высокую часть. Она сложена мощным (до 50-70 м) чехлом четвертичных эоловых и эллювиально-деллювиальных суглинков и супесей с дресвой и щебнем, подстилаемых неогеновыми морскими глинами, песками, галечниками, известняками.

Тектоническая активность Возвышенности Северного Казахстана к настоящему времени не прекратилась и является одним из важных рельефообразующих факторов. Большую роль в формировании рельефа возвышенности играют оползневые процессы. Их развитию способствует широкое распространение глинистых грунтов и расчлененность рельефа речными долинами, балками и оврагами.

Возвышенность Северного Казахстана бедна подземными водами. Наиболее безводные - пониженные участки возвышенности с выходом толщ водоупорных майкопских и сарматских глин - Янкульская степь, район Сенгеле-евского озера, долины рек Калауса, Егорлыка и его притоков.

В пределах плато наиболее богаты не напорными водами возвышенные участки гор - останцев с водоносными песчано-известняковыми ярусами неогеновых отложений: горы Северный Казахстан, Стрижамент, Холодная и др. Наиболее крупным озером является Сенгелеевское, ныне превращенное в водохранилище.

Среднерусская возвышенность расположена в северной части обширного выступа докембрийского фундамента Восточно-Европейской (Русской) платформы Воронежской антеклизы. Она находится на водоразделе рек Красивая Меча (бассейн Дона), Плава и Зуша (бассейн Оки) до 310 м. Возвышенность асимметрична, имеет слабовыраженные уклоны на запад-юго-запад и восток-юго-восток (Мильков, 1950). Возвышенность сильно расчленена глубокими речными долинами и оврагами и характеризуется преобладанием долинно-балочного и овражно-балочного типов рельефа. На южном и юго-западном скатах возвышенности ее рельеф увалистый с выпуклыми и вогнутыми склонами увалов, на севере - холмисто-увалистый с выпуклыми склонами. Долины рек широкие и асимметричные. Их левые борта террасированные и пологие, а правые крутые, высокие. К речным долинам приурочены грандиозные и живописные обнажения известняков. Выступающие на левом склоне долины р.Воргол наклонные пласты известняков имеют специфическое местное название «кичи». Их образование связано с рядом причин. С одной стороны, существенную роль в их формировании играет повышенная трещиноватость известняков, направленность трещин, разработанных эрозией и карстом, параллельно участкам речной долины. С другой стороны, здесь проходит граница территорий с различными амплитудами и знаками тектонических движений. Высокие обрывистые берега с выходами известняков до самого русла реки или с близким их залеганием к поверхности именуется в пределах рассматриваемого региона горами. Галичья, Морозова, Сокольская, Липовская горы возвышаются над Доном на 50-60 м.

Абсолютные высоты водоразделов 220-286 м, распространенные высоты 220-250 м (Ахтырцев, Ахтырцев, 1993).

Наряду с древними, на возвышенности много молодых эрозионных форм, доминируют пологие и длинные склоны балок и долин. Характерны овраги. Особенно интенсивно овражная эрозия развита на правобережье Дона (показатель овражности 1,0-1,5 км/кв. км). Хорошо развиты среднеовраж-ные (0,5-1 км/кв. км) и слабоовражные (менее 0,5 км/кв. км) районы. Они приурочены к главному водоразделу, а так же к юго-западному и западному склонам возвышенности. На склоне балок и долин встречаются формы открытого карста в виде котловин и воронок. На поверхности речных террас эоловые бугры, гряды и котловины.

Геологическим фундаментом Среднерусской возвышенности является докембрийский кристаллический фундамент. В строении территории четко обособляются два комплекса отложений, слагающих верхний и нижний структурные этажи. Нижний структурный этаж сформирован сложнодислоцированными метаморфическими образованиями, формирующими докембрийский кристаллический фундамент. Верхний этаж выполнен мощным осадочным чехлом разновозрастных пород от палеозоя и мезозоя до четвертичных. Они с угловым несогласием налегают на толщи докембрийского фундамента. Над докембрийским фундаментом располагаются толщи морских осадочных образований эйфельского и живетского ярусов, на которые повсеместно накладываются толщи верхнего девона. Обнажения толщ девонских известняков составляют специфику геологического строения региона. Почти повсеместно распространены юрские отложения, фундаментом которых служат верхнедевонские известняки и местами каменноугольные отложения. Отложения четвертичного периода распространены повсеместно. Они представлены серией континентальных осадков, связанных с материковым оледенением. Так же встречаются флювиогляциальные отложения (водораздел Дон Воронеж), ледниковые отложения, аллювиальные отложения.

Климат

Обе изучаемые территории относятся к атлантико-континентальной области (Алисов, 1956).

Лесостепная территория Возвышенности Северного Казахстана, согласно принятому агроклиматическому делению, относится к четвертому району, характеризующемуся хорошим увлажнением, где ГТК = 1,4, а сумма температур за вегетационный период составляет 2400 - 2600°.

По многолетним данным (табл. 1) среднегодовая температура равняется 9,0°. Наиболее холодным месяцем является январь со средней температурой -4,-5°. Абсолютная минимальная температура -31° (табл. 2). Продолжительность безморозного периода составляет 174 дня с колебаниями от 142 до 213 дней. Число дней со снежным покровом 70 -- 90. Лето жаркое, максимальная температура +37°. Самым теплым месяцем является июль.

Таблица 1 Многолетние данные температуры воздуха и суммы осадков

Месяцы	Осадки, мм.	Температуры воздуха, °С
	Возвышенность Северного Казахстана	Среднерусская возвышенность	Возвышенность Северного Казахстана	Среднерусская возвышенность
I	32,0	67,2	-3,7	-7,8
II	27,0	42,5	-3,0	-10,8
III	34,0	25,8	1,6	-2,4
IV	53,0	30,7	8,6	9,2
V	70,0	37,2	15,1	14,4
VI	60,0	108,9	19,0	18,4
VII	.50,0	38,7	21,9	21,3
VIII	53,0	42,9	21,5	21,1
IX	54,0	45,2	16,0	11,2
X	43,0	22,4	10,1	6,5
XI	46,0	42,2	3,3	1,4
XII	41,0	45,4	-1,1	-5,0
Годовая	563,0	548,5	9,0	6,4

Таблица 2 Спектр климатических параметров изучаемых территорий

Средние климатические параметры	Возвышенность Северного Казахстана	Среднерусская возвышенность
Годовая температура, °С	9,0	6,4
Температура июля, °С	21,9	21,3
Температура января, °С	-3,7	-7,8
Мах температура, °С	36,2	32,0
Min температура, °С	-25,0	-27,3
Количество осадков, мм.	563	549
Скорость ветра, м/с	3,2	4,3
Количество туманных дней	70-80	70-80
Продолжительность снежного покрова, дней	70-90	100-120

Cтавропольская возвышенность лежит на рубеже постоянного взаимодействия воздушных масс, идущих с запада и востока. Здесь часто развиваются сложные фронтальные процессы в атмосфере, быстро и неожиданно меняющие погоду. Ветры на Возвышенности Северного Казахстана часто имеют направление, связанное с направлением долин и гряд возвышенностей. Это горно-долинные ветра, особенно часто наблюдающиеся в летнее время. Весной и зимой в долинах они сменяются теплыми падающими ветрами. Несомненно в тесной связи с общим расчленением рельефа возвышенности находится и резкое преобладание юго-восточных ветров. Ветры западные и юго-западные редки и мало - продолжительны. Сила ветра на Возвышенности Северного Казахстана очень быстро и неожиданно изменяется. В Северном Казахстане средняя годовая скорость ветра равна 3,2 м/сек (Гниловской, Панов, 1946).

Климат Среднерусской возвышенности также умеренно-континентальный, но с достаточным увлажнением. Так как она находится на водоразделе, то имеет свойственные такому местоположению особенности температурного режима, распределения осадков, частоты повторяемости метеоявлений (Мильков, Двуреченский, Дроздов, 1990).

По многолетним данным среднегодовая температура 6,4°. Наиболее холодным месяцем является февраль со среднемесячной температурой -10, -11°. Абсолютная минимальная температура -40°, средняя минимальная - -27,3°. Продолжительность безморозного периода составляет 154 дня. Число дней со снежным покровом - 100-120. Лето достаточно жаркое, средняя максимальная температура 32,0°. Самый теплый месяц июль, со среднемесячной температурой 21,3°. Годовая сумма осадков составляет 549 мм. Из них на теплый период приходится от 304мм, а на холодный 245 мм.

В таблицах использованы данные, опубликованные в работах Ф.Н. Милькова, В.Н. Двуреченского, К.А.Дроздова и др. (1990), В.Н. Тихомирова (Флора Липецкой области, 1996), А.Л. Иванова (1998), данные, полученные метеостанцией заповедника «Галичья гора». Разность температур между изучаемыми регионами составляет 3-4 градуса. Климат Среднерусской возвышенности более холодный, с продолжительным снежным покровом. Оба региона характеризуются хорошим увлажнением.

Почвы

Изучаемые территории характеризуются преобладанием черноземных почв разной мощности. Все разнообразие почв связано с эволюцией территорий, изменениями литологического состава подстилающих пород и местными климатическими условиями.

Наиболее высокая часть Возвышенности Северного Казахстана Ставропольские высоты, выделяется своими предгорными черноземными почвами, мощностью до 1,5-2 м. Здесь отмечаются следующие типы почв: выщелоченные черноземы, деградированные черноземы, тучные черноземы, черноземы склонов. В западных частях возвышенности встречаются солонцеватые черноземы, развивающихся на соленосных неогеновых и палеогеновых глинах. Также распространенны предкавказские карбонатные черноземы. Восточная часть Возвышенности Северного Казахстана, благодаря большому расчленению поверхности, имеет пестрый состав почв. На выходах соленосных глинистых отложений развиваются глинистые солонцеватые черноземы. Они чередуются с участками солонцов и солончаков. Нередко встречаются почвы каштанового типа (Глиновской, Панов, 1946; Антыков, Стомарев, 1970).

На Среднерусской возвышенности, в условиях пересеченного рельефа и достаточно влажного климата, распространены серые оподзоленные лесные почвы и выщелоченные черноземы. Почвенный покров так же характеризуются непостоянством и пестротой зависящей от форм рельефа и подпочв. Закономерным является приуроченность наиболее оподзоленных почв лесостепи к возвышенным районам с резко пересеченным рельефом (Мильков, 1950). Почвообразующими породами на территориях не покрывавшихся днепровским ледником служат лессовидные суглинки элювиально - делювиального происхождения. Мощность их колеблется от 2-5 м на водоразделах и до 10-15 м - на склонах речных долин и балок. На территориях, покрывавшихся днепровским ледником (восточная окраина возвышенности), почвы сформировались преимущественно на покровных лессовидных глинах, подстилаемой мореной днепровского оледенения, мощностью 1-10 м. Мощность покровных лессовидных глин колеблется от 3 до 15 м (Ахтырцев, Ахтырцев, 1993).

Объект наших исследований - луговые степи связаны преимущественно с выщелоченными черноземами суглинистыми и глинистыми по механическому составу. В меньшей степени они встречаются на оподзоленных черноземах, черноземах осадочно-карбонатных щебневатых и сильно щебнистых.

По многочисленным мелким, часто заболоченным западинам, развиваются луговые и лугово-болотные почвы, под колками-солоди. Вокруг крупных озер имеется узкая кайма солончаков. В южной части распространены легкосуглинистые и супесчаные среднегумусные черноземы, приуроченные к повышенным водораздельным пространствам. На плоских недренированных участках распространены солонцеватые черноземы. Комплексность здесь выражена слабее и приурочена в основном к приколковым участкам. Это район развитого земледелия. В настоящее время его территория в значительной степени распахана. Комплексные участки с большим количеством солонцов и засоленные почвы используются как пастбища и сенокосы, но при коренных улучшениях некоторые участки могут быть распаханы под зерновые культуры.

Основным источником загрязнения почв в районе золоотвала является пыль, выбрасываемая в атмосферный воздуха с поверхности сухих пляжей и осаждающаяся на поверхность. Наибольшие объемы пыли выбрасываются в атмосферный воздух в летний период. В весеннее - осенний период из-за обилия осадков и относительно низких температур поверхности пляжей золоотвала увлажнены, что препятствует пылевыделению. В зимний период объемы выбросов пыли уменьшаются, так как поверхности пляжей золоотвала перекрыты снегом. Выбросы пыли в этот период связаны в основном с небольшими открытыми участками, образованными за счет выдувания снега сильными ветрами.

В зимний период, в соответствии с розой ветров, основной объем пыли переносится в северо-восточном направлении. Сильные ветры способствуют переносу пыли на большие расстояния и высокому рассеиванию. В летний период основной объем пыли переносится в юго-западном и западном направлении. Слабые ветры обусловливают, относительно к зимнему периоду, низкое рассеивание и перенос пыли на небольшие расстояния. Основные объемы пыли составляют золы-уноса.

В летний период пыль осаждается на поверхность почв, а в зимний - на поверхность снегового покрова. Наиболее интенсивно загрязнения происходит на площади санитарно-защитной зоны, так как здесь осаждается основной объем золы-уноса, содержащей тяжелые металлы в более высоких концентрациях, чем микросферы. Зольные микросферы переносятся на большие расстояния. По данным мониторинга проведенного в 2002 году в почвах зафиксированы зольные микросферы на расстоянии 5 км. от границы золоотвала.

Рассмотрим состав и свойства почв, встречающихся под луговыми степями.

Для выщелоченных черноземов характерна темная окраска в горизонте А, относительно растянутый профиль по вертикали, хорошо выраженная комковато-зернистая структура в горизонте А, наличие аллювиального красно-бурого горизонта ВС и отсутствия вскипания от соляной кислоты в почвенной толще. Вскипание у них наблюдается в горизонте С. Выщелоченные черноземы характеризуются богатым содержанием гумуса, основная часть которого сосредоточена в верхних горизонтах. С глубиной количество гумуса постепенно снижается. Содержание его в слое 95-105 см составляет 2,47%.

По морфологическим признакам, составу и свойствам оподзоленные черноземы являются переходными образованиями между серыми лесными почвами и черноземами. Мощность гумусового горизонта 60-70 см, окраска его темно-серая, структура комковато-пылеватая. В нижней части горизонта А появляется кремнеземистая присыпка и ореховатая структура. Переходный горизонт ВС имеет буроватый оттенок, вследствие меньшей гумуссированности структура его комковатая с некоторой ореховатостью. Карбонаты в виде псевдомицелия залегают на большой глубине. Оподзоленные черноземы по мощности гумусового горизонта относят к среднемощным (мощность гумусового горизонта 50-70 см). По содержанию гумуса они относятся к тучным черноземам (содержание гумуса 9%).

На профилях пункты опробования располагаются на расстоянии 100, 200, 300, 500, 1000, 2000, 3000, 4000м от основания золоотвала. Всего 16 групповых проб. В каждом пункте наблюдений отбирались по 5 точечных геохимических проб конвертным способом: из углов и центральной части квадрата площадью 25м². Опробование проводилось из поверхностного слоя глубиной 0 - 10 см. Вес проб 350 - 400 гр. Точечные пробы объединялись в 1 групповую пробу весом около 1 кг. При формировании групповых проб материал просеивался через сито сечением 0,1см. Из этого же материала отбирались пробы на водные вытяжки. Отбор проб сопровождался геологическое описание почв и кратким описанием рельефа местности в журналах документации.

Характерными особенностями черноземов осадочно-карбонатных являются: малая мощность гумусового горизонта 40-60 см, большое количество известнякового щебня, вскипание от соляной кислоты по всей толще. По мощности гумусового горизонта черноземы остаточно - карбонатные относятся к маломощным (мощность гумусового горизонта 20-40 см) и к средне-мощным (мощность - 40-60 см). По содержанию гумуса - к среднегумусным (содержание гумуса 6-9%) и к тучным (более 9%).

В природных условиях изучаемых возвышенностей присутствуют черты сходства и различия, что определяет особенности растительного покрова этих территорий.

Существенных изменений валовых содержаний элементов в почвах на границе СЗЗ с 2011 года по 2014 год не произошло. Определенной закономерности в распределении валовых содержаний тяжелых металлов в зависимости от удаления не отмечается. Концентрация элементов, за исключением меди, не превышает ПДК почв. Валовые ПДК меди в почвах в Республике Казахстан 23мг/кг, что значительно ниже фоновых содержаний меди в почвах Северного Казахстана (60 мг/кг). В меди в нейтральных почвах 120мг/кг.

Содержания подвижных форм тяжелых металлов определялось на профилях, отходящих от секции 2. На расстоянии до 2км отмечаются повышенные концентрации подвижных форм меди, никеля, кобальта и мышьяка.

При расчете суммарного коэффициента загрязненности в качестве фона для валовых содержаний марганца, ванадия и хрома прияты значения определенные при выполнении мониторинга почв. Фоновые содержания меди, никеля и кобальта рассчитаны по данным мониторинга 2011 года на золоотвале и на пульпопроводе. Для подвижных форм мышьяка приняты его минимальные содержания в почвах.

В соответствии с розой ветров наиболее интенсивный вынос пыли происходит на южном, юго-восточном и восточном направлении. В направлении Северного Казахстана и Среднерусской возвышенности вынос пыли значительно слабее. Профили 5 и 6 ориентированны в направлении максимального выноса пыли в летний период.

Растительность

В соответствии с ботанико-географическим районированием, принятым в сводной работе «Растительность европейской части СССР» (1980), обе изучаемые территории входят в состав Евразиатской степной области.

Возвышенность Северного Казахстана относится к Приазовско-Причерноморской подпровинции Причерноморской степной провинции. Преобладающими типами растительности являются лесостепные формации составленные южными широколиственными лесами и луговыми степями, а так же степные формации включающие разнотравно--ковыльные и типчако-во-ковыльные степи и их модификации.

По данным А.Н. Гвоздецкого (1963)., в лесостепных равнинных участках степь занимает в основном плакорные пространства, в понижениях и долинах произрастают широколиственные, преимущественно дубовые леса.

В лесостепи юго-западной части Возвышенности Северного Казахстана широколиственные леса занимают долины и балки, нередко поднимаясь по крутым склонам до верхнего уровня водораздельных трапециевидных плато (окрестности Северном Казахстанеоля, Стрижамент). Это дубово-ясенево-грабовые леса с примесью Acer, Ulmus, Pyrus, Malus (Кононов, 1971; Танфильев, Дударь, 1977; Иванов, 1998).

Степи, на основной части территории возвышенности, распаханы, отдельные участки сохранились в пересеченных возвышенных местностях, на крутых склонах, используемых под выпас. К выщелоченным черноземам лесостепи приурочены луговые степи. Характерным для них является пышный, почти сомкнутый высокий травостой, с богатым флористическим составом, где обильно представлены двудольные, местами преобладающие над злаками. Из дерновинных злаков типичны Stipapennata и Phleum phleoides. Так же характерна большая или меньшая примесь луговых, горно-луговых, а иногда лесных элементов, например, Festuca pratensis, Filipendula Svulgaris, Securig-era varia и других. Встречаются представители субальпийских лугов (Galega orientalis), единично присутствуют кустарники (Rosa, Prunus, Crataegus) (Гроссгейм, 1948).

На разнотравно-ковыльных степях, приуроченных к предкавказским карбонатным черноземам, доминируют Stipa capillata, S. tirsa, S. lessingiana, S.ucrainica. К ним примешиваются Festuca valesiaca, Koeleria gracilis. Из разнотравных элементов - Paeonia tenuifolia, Adonis vernalis, и др. На восточном склоне Возвышенности Северного Казахстана эти степи переходят в типчаково-ковыльные. Далее - в типчаковые (в результате сбоя), затем в типчаково-полынные и пырейною-полынные сухие степи (Гвоздецкий, 1963). На западных склонах возвышенности помимо ковыльно-типчаковых степей со Stipa capillata и S. ucrainica широко распространены ковыльно-бородавчевые степи из Stipa capillata и Botriochloa ischaemum с примесью Artemisia marschal-liana и A. taurica (Шифферс, 1953).

Среднерусская возвышенность принадлежит к Среднерусской подпровинции Восточно-Европейской лесостепной провинции. Преобладающими типами растительности являются широколиственно-сосновые и широколиственные леса на серых лесных почвах, луговые степи на выщелоченных черноземах, оподзоленных черноземах и осадочно-карбонатных черноземах, разнотравно-типчаково-ковыльные и типчаково-ковыльные степи на черноземах обыкновенных и южных. На песчаных террасах рек встречаются лесостепные и степные сосновые леса и разнотравно-типчаково-ковыльные степи. В поймах рек имеются различные типы эколого-динамических рядов пойменных сообществ (Растительность европейской части СССР, 1980). К настоящему времени целинная степная растительность в основном уничтожена. Лучше сохранились леса и растительность пойм (Ахтырцев, Ахтырцев, 1993). На восточной части Среднерусской возвышенности прилегающей к Дону наиболее представлены дубовые и березовые леса с Quercus robur и Betula pendula. Подлесок сложен следующими видами: Rhamnus cathartica, Sambu-cus racemosa, Euonimus verrucosa, Malus praecox, Frangula alnus, Acer tatari-cum, Padus racemosa, Cerasus fruticosa, Prunus spinosa и др. В травостое дубрав часто доминирует Aegopodium podagraria, преобладают Lathirus vernus, Geum urbanum, Carex michelli, Clinopodium vulgare и др. В травостое березняков доминируют Dentaria, Trifolium litwinowii, обильны Carex rhizina, Poa nemoralis, Primula и другие. (Камышев, Хмелев, 1972). Для восточной части Среднерусской возвышенности характерны кустарниковые и полукустарниковые сообщества. К ним относятся вишарники (Cerasus fruticosa), миндальники (Amigdalus папа), терновники (Prunus spi-nosd) и др.

Полукустарниковые сообщества представлены полынниками {Artemisia austriaca, A. dracunculus и др.) и встречаются по берегам рек, озер, глинистым склонам балок. Степная растительность сохранилась к настоящему времени лишь на небольших заповедных участках. Луговые степи Среднерусской возвышенности характеризуются господством двудольных, из злаков преобладают высокорослые виды Bromopsis riparia, Poa pratensis, то есть злаки корневищного типа с широкими листьями. Бедно представлены клубневые и луковичные растения. Из ковылей характерны Stipa pennata и S. capillata. Из разнотравья преобладают Seseli libanotis, Thymus dimorphus, Euphorbia virgata, Bupleurum falcatum и другие виды. На территории луговых степей часто встречаются единичные кустарники (Rosa, Cerasus, Spired) и некоторые древесные породы (Acer tataricum).

Луговые степи очень красочны, в течение вегетационного периода их облик многократно меняется. Ковыльные и типчаковые степи более однообразны и сравнительно монотонны (Алехин, 19256).

1.2 Материал и методы исследования

Материалом исследований являлся лугово-степной компонент лесостепных ландшафтов Северного Казахстана и Среднерусской возвышенностей, его флора и растительность.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 Карта-схема расположения объектов исследования на Средне-русской возвышенности

В ходе исследований собран значительный гербарный материал, около 2000 гербарных листов, основная часть которых находится в гербарии заповедника «Гальчья гора», часть передана заповедником Московскому государственному университету, около 150 листов находится в Северном Казахстане государственном краеведческом музее им. Г. Прозрителева и Г. Праве, 150 листов переданы Северном Казахстанеольскому государственному университету.

Помимо собственных сборов проработаны материалы гербария Заповедника «Галичья гора», гербария Северном Казахнеольского ботанического сада, отдела природы Северного Казахстанского краеведческого музея им. Г. Прозрителева и Г. Праве, гербария кафедры ботаники Северного Казахстанского университета.

Определение растений проведено по пособиям, имеющим отношение к исследуемым регионам.

При оценке географических элементов флоры изучаемых луговых степей использовалась классификация Н.Н. Портениера (1993, 2000) переработанная и дополненная А.Л. Ивановым (1998). Виды распределялись по географическим элементам на основании данных об их распространении (Флора СССР, 1934-1964; Флора Европейской части СССР, 1974-1994). Анализ жизненных форм проводился по системе К. Раункиера (1934).

Для оценки сходства флор использованы коэффициенты общности Съеренсена-Чекановского, Жаккара, коэффициент флористической дискриминации Стугрена-Радулеску, критерий Фишера (Зайцев, 1984)

Коэффициент общности Съеренсена-Чекановского измеряет отношение числа общих видов к среднему арифметическому числу видов в обеих флорах.

Коэффициент вычисляется по формуле:

K_sc=2c/a+b,

где а и b - число видов в 1 и 2 регионах, с - число общих видов.

Коэффициент Жаккара - измеряет отношение числа общих видов Kj числу видов в объединенной флоре:

Kj =c/a+b-c,

где а и b - число видов в 1 и 2 регионах,с - число общих видов.

Но для этих коэффициентов не разработана методика вычисления ошибки и критерия достоверности различия. Поэтому был использован критерий Фишера (Зайцев, 1984).

F=(_Pl-p₂)²/(l/a+l/b)(l-K_sc)K_sc,

где F - критерий Фишера, рій рг - доли общих видов в двух сравниваемых регионах, pi=c/a, P2=c/b,

а - число видов в первом районе,

b - число видов во втором районе.

Если вычисленное значение критерия превышает табличное, то сравниваемые районы не сходны по флористическому составу.

Нами также был использован коэффициент дискриминации р, вычисляемый по формуле Стугрена-Радулеску.

p=x+y-z/x+y+z,

где х -- число таксонов обнаруженных в районе А, но отсутствующих в районе В;

у - число таксонов обнаруженных в районе В, но отсутствующих в районе А;

z - число таксонов наиденных в обоих районах.

Данный коэффициент может изменяться от +1 (при отсутствии общих видов) до -1 (при 100% их совпадения). Коэффициент был использован В.Н. Кононовым для сравнения флор Северном Казахстанеольской и Бессарабской возвышенностей (Кононов, 1971).

Названия таксонов приведены в соответствии с последней сводкой С.К. Черепанова (1995).

По данным приведенным в работе Ю.А. Дударя, В.Н. Кононова, В.В. Скрипчинского и В.Г. Танфильева «Исследование флоры Северного Казахстана» (1964), первые научные сведения о растительном покрове изучаемых территорий были получены во второй половине XVIII века в результате комплексных академических экспедиций С.Г. Гмелина (И, 1784, 1985), И.А. Гюльденштедта (Guldenstadt, И, 1787, 1791), П.С. Палласа (И, 1777, 1800), Маршалл-Биберштейна (Bieberstein, И, 1798, 1800). Но систематическое изучение флоры и растительности этих территорий началось позднее, во 2-й половине XIX века.Начало детального изучения флоры Возвышенности Северного Казахстана положили исследования ботаников-любителей. А.П. Норманн (1881), изучая окрестности г. Северном Казахстанеоля, собрал значительный гербарий - более 1000 видов. Перечень этих видов полностью был опубликован М.В. Бржезицким и П.И. Нагорным (1913). Флора Минеральных Вод в тот же период изучалась А.Е. Ризенкампфом (1882), который опубликовал список 1244 видов. Оба эти исследования внесли существенный вклад в изучение флоры Возвышенности Северного Казахстана.

Первым профессиональным ботаником, серьезно изучавшим флору этого региона и собравшим обширный гербарий, около 2000 видов, стал И.Я.Акинфиев (1894, 1899).

В начале XX века систематическое изучение растительного покрова Возвышенности Северного Казахстана начал И.В. Новопокровский. Он совершил с 1901 по 1949 гг. несколько экспедиций и дал первое подробное описание растительности бывшей Северном Казахстанеольской губернии в работе «Растительность Северного Казахстана» (1927).

Определенный вклад в изучение флоры и растительности региона внесли сотрудники Северном Казахстанеольской опытной станции СТ. Колмаков (1928), И.С. Амелин (1926).

Продолжением списка видов флоры Северного Казахстана явилась работа В.Н. Кононова (1941). Автор так же опубликовал ряд статей посвященных растительности и флоре окрестностей города Северном Казахстанеоля (Кононов, 1940, 1950, 1953, 1960, 1971, 1980).

К середине XX века был собран значительный гербарный материал по флоре Возвышенности Северного Казахстана. Помимо уже отмеченных гербариев А.П. Норманна и И.Я. Акинфиева, известны сборы В.В. Скрипчинского, который с 1930 года собрал более 1000 видов в районе г. Северном Казахстанеоля, верховий Кубани, Теберды, Маныча; сборы В.Г. Танфильева в районе Возвышенности Северного Казахстана и других территорий - до 1500 видов, а так же сборы Ю.А. Дударя - более 1000 видов сосудистых растений.

Из работ, охватывающих более обширные территории и в том числе описывающие Северном Казахстанеольскую флору и растительность необходимо упомянуть труды В.И. Липского (1892, 1899), И.Ф. Шмальгаузена (1895, 1897), Г. Радде (1901; Radde, 1899), Н.И. Кузнецова, Н.А. Буша и А.В. Фомина (1901-1916). В более позднее время - работы А.А. Гроссгейма (1928-1934, 1936, 1939-1952, 1948, 1949).

В 1959-1961 гг. на базе Северном Казахстанеольского отделения Всесоюзного Ботанического общества проводились экспедиции с целью изучения флоры и сбора гербарного материала на территории Северного Казахстана. В экспедициях принимали участие В.Г. Танфильев, В.В. Скрипчинский, Ю.А. Дударь, В.Н. Кононов, Вл.В. Скрипчинский, В.Г. Гниловской. В результате исследований собран значительный гербарный материал - 12000 листов.

В период с 1968-1974 гг. под руководством В.Г. Танфильева также предприняты многочисленные экспедиции. В работе участвовали: Л.И. Пешкова, В.В. Кравцов, Ю.А. Дударь, Д.С. Дзыбов, Г.Т. Шевченко, (Растительность природных сенокосов и пастбищ, 1977). Были изучены различные типы растительности, в том числе луговая степь (Танфильев, Дударь, 1977).

В последующие годы, важный вклад в исследование растительного покрова Возвышенности Северного Казахстана внесли: А.И. Галушко (1976, 1978, 1980), В.Г. Танфильев, В.Н. Кононов (1979), Д.С. Дзыбов (1983, 1988), Е.С. Немирова, В.Г. Данилевич (1995), Ю.А. Дударь (1961, 1976, 1978, 1993, 1995, 2000), Ю.А. Дударь, Е.А. Гердт, Т.А. Прощайло (2002), Ю.А. Дударь, Г.Т. Пешкова (1974), Ю.А. Дударь, Вл.В. Скрипчинский, (1972), Ю.А. Дударь, Вл.В. Скрипчинский, В.Г. Танфильев (1971), А.Л. Иванов (1991, 1995, 1997, 1998, 2001), А.А. Иванов (2000, 2001,2002, 2003).

К настоящему времени флора на уцелевших природных участках Возвышенности Северного Казахстана изучена достаточно полно, более детального изучения требует растительность.

Систематическое изучение флоры и растительности Среднерусской возвышенности началось несколько раньше, чем Северном Казахстанеольской. В 1844 году вышла «Отдельная флора Тамбовской губернии...» К.А. Мейера (Meyer, 1844), в которой содержались данные о восточной части современной Липецкой области. Немного позже, в работе П.П. Семенова (1851) «Придонская флора в ее соотношениях с географическим распространением в Европейской России» опубликованы сведения о северных и восточных районах, помещен список 1420 видов, намечены некоторые экологические группы: растения болот, водоемов, песков, солонцов.

Последующие работы, на протяжении довольно длительного времени, были посвящены «локальным флорам» (Флора Липецкой области, 1996).

В процессе работы над «Флорой Средней России» профессор Московского госуниверситета В.Я. Цингер широко использовал гербарные коллекции ботаников-любителей. Путешествуя по бывшему Елецкому и Липецкому уездам, В.Я. Цингер и Д.И. Литвинов в 1822 году открыли для науки уникальное ботаническое урочище - Галичью гору. Растительный покров которой включает лесные, степные, лугово-степные, луговые, скальные, рудеральные и прибрежные элементы. Несмотря на незначительную площадь (240 га) к настоящему времени здесь зарегистрировано более 650 видов сосудистых растений (Тихомиров, 1996).

На Галичьей горе впервые в Средней России были обнаружены скальные и горно-степные виды, такие как Asplenium ruta-muraria, Schivereckia ро-dolica, Potentilla pimpinelloides и др. В настоящее время урочище Галичья гора является своего рода эталонным участком известнякового севера Среднерусской возвышенности. В последующие годы, в его исследовании приняли участие: В.Н. Хитрово (1904, 1907, 1913, 1925, 1971), Б.М. Козо-Полянский (1931), Ф.С. Марфин (1940), Н.П. Виноградов, СВ. Голицын (1949, 1954, 1956, 1958, 1960), СВ. Голицын, А.Я. Григорьевская (1971), В.И. Данилов (1970, 1971), А.Я. Григорьевская (1971, 1972, 1986, 1987), А.Я. Григорьевская, М.В. Казакова (1986), В.Н. Тихомиров, А.Я. Григорьевская, М.В. Казакова (1988), Н.С Камышев (1934, 1956, 1957, 1963, 1970), Н.С Камышев, К.Ф. Хмелев (1972), В.Н. Тихомиров, А.В. Щербаков, Л.В. Денисова (1995) и многие др.

В ходе исследований накоплен богатый гербарный материал, который послужил основой создания «Гербария Среднерусской возвышенности и сопредельных территорий». По данным инвентаризации 1985-1987 гг. коллекция насчитывала более 36 тысяч гербарных листов, в ней представлено 1800 видов сосудистых растений Среднерусской возвышенности.

Открытие Галичьей горы послужило отправной точкой Д.И. Литвинову для создания «реликтовой гипотезы», которая явилась важным достижением отечественной ботанической науки. «Реликтовая гипотеза» породила широкую дискуссию (Флора Липецкой области, 1996), не затихающую до сих пор и привлекла пристальное внимание ученых к изучению флоры и растительности Среднерусской возвышенности. Ботанические исследования стали более интенсивными. Первую попытку обобщить все материалы по флоре бывшего Липецкого уезда предпринял П.С. Белов (1924). Его рукопись «Растительность Липецкого уезда Тамбовской области» содержит список 838 видов.

Систематического изучения растительности до начала XX века не проводилось. Необходимо было исследовать степную растительность, так как степи быстро распахивались. В.В. Алехин во главе группы учеников развернул широкий фронт исследований луговых степей (Алехин, 1915, 1916, 1918, 1921,1924, 1934; Кожухова-Величко, 1931).

Активное участие в изучении флоры и растительности данного региона принимал наш госуниверситет. Своеобразным итогом его экспедиционных работ стала монография Н.С. Камышева, К.Ф. Хмелева «Растительный покров Северного Казахстана».

С начала 80-х гг. XX века усилиями ученых Московского педагогического университета, Липецкого педагогического института и заповедника «Галичья гора» начаты систематические и целенаправленные исследования. Собраны значительные гербарные коллекции и составлены описания урочищ заповедника «Галичья гора» и прилегающих заказников. Опубликован список флоры заповедника, включающий 877 видов (Тихомиров, Григорьевская, Казакова, 1988). В 1996 году вышел коллективный труд «Флора Липецкой области» под редакцией профессора В.Н. Тихомирова (Александрова, Казакова, Новиков, Ржевуская, Тихомиров, 1996).

В настоящее время систематическое изучение территорий Среднерусской возвышенности продолжается соединенными усилиями Воронежского и Липецкого университетов и заповедника «Галичья гора».

Выяснение природы, происхождения и состава растительного покрова луговых степей тесно связано с изучением всего лесостепного комплекса растительности России.

Интерес к ландшафтному изучению лесостепи как уникального зонального подразделения со свойственными только ему чертами растительности, особенностями климата, почв, геологического строения, истории развития возник сравнительно недавно. Представление о переходном характере растительности лесостепи тормозило развитие знаний об этом предмете (Буш, 1936).

Луговые степи являются плакорными группировками лесостепной полосы (Карта растительности европейской части СССР, 1950; Растительность Европейской части СССР, 1980). Вопрос о природе и происхождении луговых степей, их геоботанической классификации и эколого-биологических признаках до сих пор не решен. К сожалению, все исследователи, работающие в этом направлении, наблюдали значительно измененные хозяйственной деятельностью остатки растительности. Поэтому мы не имеем достоверного представления о флоре и растительности первобытных луговых степей.

Впервые название «луговые степи» встречается в работе А.И. Бекетова (1874). Но автор не дает их четкого определения. Оно было сделано с развернутой характеристикой СИ. Коржинским (1888, 1891). Им же предложено название «луговая степь». Дальнейшее расширение и углубление характеристики луговых степей наблюдается в работах В.В. Алехина (1934), Б.А. Келлера (1931), И.В. Новопокровского (1927, 1931), М.А. Буша (1936), Е.Ш. Лавренко (1940, 1950), Т.И. Голубева (1962, 1965), A.M. Семеновой-Тян-Шанской (1966, 1972), В.Н. Кононова (1968, 1971), В.Г. Танфильева (1971, 1980), В.Г. Танфильева и Ю.А. Дударя (1977) и др.

СИ. Коржинский связывает распространение луговых степей исключительно с лесостепной зоной. С ним соглашаются большинство исследователей: В.В. Алехин (1915, 1934), Б.А. Келлер (1923), И.В. Новопокровский (1931), Е.В. Шифферс (1953) и др.

Различные исследователи вкладывают в понятие луговых степей разное содержание, они не единодушны относительно трактовки природы этого типа растительных сообществ. Часть исследователей относят луговые степи к луговому типу растительности, другая часть - к степному.

СИ. Коржинский (1891) считал, что в составе растительности луговых степей главная роль принадлежит двудольным растениям. Злаки {Stipa capillata, S. pennata) играют подчиненную роль и местами отсутствуют.

Чтобы отметить принадлежность луговых степей к степному типу растительности В.В. Алехин (1925, 1926) предложил термин «северные степи». Для северных луговых степей он дает следующие характерные признаки:

Чередование красочных аспектов, сменяющих друг друга с весны до осени.

Господство красочных разнотравных видов растений, среди которых немало влаголюбивых.

Преобладание широколиственных видов среди злаков, господство их рыхлокустовых и корневищных типов.

Из ковылей характерны: Stipa pennata и Stipa Ursa.

Господство многолетников.

Присутствие сплошного покрова Thuidium abietinum.

Почти полное отсутствие луковичных и клубневых растений.

Незначительное число растений, типа перекати-поле (Буш, 1936).

Б.А. Келлер (1923, 1931) разделяет луговые степи на два типа разнотравно-луговые и дерновинно-луговые, в основном, по соотношению разнотравья и плотнокустовых злаков.

Е.М. Лавренко (1940, 1956) характеризует луговые степи по отношению к влаге. Он расчленяет, единые для других авторов, луговые степи на остепненные луга и собственно луговые степи, принадлежащие к разным типам растительности - луговому и степному.

Географически «остепненные луга» Е.М. Лавренко соответствуют разнотравно-луговым степям Б.А. Келлера. Они связаны в своем распространении на плакоре преимущественно с выщелоченными черноземами, суглинистыми и глинистыми по механическому составу.

Для остепненных лугов характерно преобладание мезофильного разнотравья, мезофильных, преимущественно корневищных злаков, а также осок, в меньшем количестве дерновинных луговых злаков. Обычна примесь дерно-винных злаков.

Собственно луговые степи Е.М. Лавренко (дерновинно-луговые степи Б.А. Келлера) связаны с выщелоченными черноземами, обычно суглинистого и глинистого механического состава. Для них характерно преобладание мезоксерофильных и ксерофильных злаков, преимущественно дерновинных (в более южных широтах) и корневищных, а также обильного, преимущественно мезофильного разнотравья. Обычно (особенно в северных широтах) выражен покров мхов (Лавренко, 1956).