Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

САМАРКАНДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АЛИШЕРА НАВОИ

Специальность: 5А140101 - Биология

Магистерская диссертация

на соискание степени магистра

Изучение современного состояния флоры Зарафшанского государственного заповедника

Назарова Мафтуна Туракуловна

Научный руководитель доц. Кабулова Ф.Д.

Заведующий кафедрой ботаники и физиологии растений

доц. Хайдаров Х.К.

Самарканд 2014

Оглавление

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Краткая история изучения тугайной растительности

1.2 Биоэкологические особенности растительности тугаев

1.3 Проблемы сохранения тугайной растительности

2. Условия, объекты и методы исследования

2.1 Условия проведения исследований

2.2 Объекты исследований

2.3 Методы исследований

3. Результаты исследований

3.1 Особенности растительного покрова Зарафшанского заповедника

3.2 Распределение наиболее распространенных растений в различных частях заповедника

3.2.1 Видовой состав наиболее распространенных растений, в прирусловой части Зарафшанского заповедника

3.2.2 Видовой состав наиболее распространенных растений в центральной части Зарафшанского заповедника

3.2.3 Видовой состав наиболее распространенных растений в притеррасной части Зарафшанского заповедника

3.3 Характеристика некоторых основных ассоциаций растений, произрастающих на территории Зарафшанского заповедника

Выводы

Рекомендации

Список использованной литературы

Введение

тугайный растительность зарафшанский заповедник

Актуальность темы. Одной из основных проблем современной биологии является изучение биоразнообразия и изыскание путей комплексного сохранения и восстановления растительности на заповедных территориях. Так как на территории Узбекистана лесистость территории под влиянием климатических условий, сильными антропогенными нагрузками заметно сокращается, особенно возрастает роль защитных лесных насаждений, способных поддержать экологическое равновесие природной среды [63].

Тугайные леса Узбекистана занимают особое место среди других лесов. Благодаря тугаям окружающая среда обеспечивается кислородом, увлажняется воздух атмосферы, почва защищается от всяких загрязнений и ветровой эрозии, снижается сила ветра, сохраняются берега реки от разлива. Тугайные леса очищают воздух, являются уникальным местом для отдыха, от них получают большое количество различных веществ и лекарств, изготовляют много предметов, используются как строительные материалы [3].

Тугайные леса могут сохранить поверхностный сток в реки и озера с окружающих территорий и, тем самым, играют значительную роль в предотвращении заиления рек. Лесные заросли обеспечивают естественный дренаж и предотвращают засоление почв в долинах рек. Они значительно сокращают испарения из дренажных и оросительных сетей, повышают влажность нижних слоев воздуха и, тем самым, сокращают количество воды, необходимое для орошения.

Прибрежные леса, в результате различных угроз, в частности незаконной вырубки на дрова в качестве строительного материала, топлива, выпаса скота приведены к резкому сокращению. По этой причине тугайные леса включены во Всемирный список 200 экосистем Всемирного Фонда Охраны Природы.

Основными угрозами для тугайных лесов также стал дефицит воды, засоление и изменение гидрологического режима рек Узбекистана. Тугаи страдают также от неустойчивого использования лесных ресурсов местным населением.

Сокращение площадей тугайных лесов отрицательно сказывается на урожайности культур из-за изменения в водном режиме и усиления засоления. Стабилизация речных берегов тугайными зарослями сокращает водную эрозию и предотвращает быстрые изменения русла рек, которые могут нарушить сельскохозяйственные земли и инфраструктуру.

В результате активного антропогенного вмешательства в экосистемы произошли заметные изменения в сторону деградации природных комплексов, в том числе и тугайных лесов, отличающихся богатым разнообразием форм и видов флоры и фауны, имеющих важное гидрологическое, ландшафтное, социально-экологическое, экономическое и биологическое значение. Так за последние 50-60 лет их площади значительно сократились, что стало причиной обеднения биоразнообразия, деградации почв прилегающих территорий, усиления процесса опустынивания. Сокращение площадей, покрытых лесом, продолжаются под влиянием абиотических, биотических и антропогенных факторов, а естественное и искусственное возобновление недостаточно [1] .

Помимо этого из-за нехватки продуктов питания и топлива повсеместно началось варварское уничтожение уникальных природных зарослей. От этих действий сильно пострадали древесно-кустарниковые растения. Уже сейчас отдельные виды представлены единичными популяциями и даже находятся на грани полного исчезновения [59].

Зарафшанский государственный заповедник, несмотря на сильное действие антропогенного фактора, является относительно уникальным местом для исследовательской работы. Первоочередной задачей заповедника является детальное исследование всех групп растений, описание их видового разнообразия по отдельным таксономическим единицам. Организация индивидуальной охраны редких видов флоры тормозится недостаточно полным знанием их биологии, характера распространения по территории заповедника, а также степени участия в экосистемах. Большое влияние на биоценоз заповедника оказывают разнообразные по своему ландшафту и природе массивы долины.

Исследования последних лет показали, что, несмотря на усиленную охрану, в связи с ближним прилеганием кишлаков на многих, расположенные рядом с заповедником участках продолжается усиленная вырубка деревьев и кустарников на топливо, а также интенсивный выпас скота. Изучение этого процесса само по себе имеет важное фундаментальное значение.

Указанное выше, а также происшедшие за последние десятилетия изменения климата, усиление прессинга хозяйственной деятельности человека на близлежащую территорию с заповедником в связи с усилением режима охраны его территории делает необходимым проведение постоянных мониторинговых исследований за состоянием биоценоза заповедника.

При этом большое значение имеют исследования касающиеся изучения современного состояния растительного мира, произрастающей на территории Зарафшанского государственного заповедника. Под влиянием различных экологических факторов видовой состав растений со временем меняется. Также на видовой состав растений большое влияние оказывает степень обеспеченности растительности водой. Поэтому эти вопросы требуют тщательного исследования для дальнейшего сохранения и восстановления растительности на данной территории.

Цель и задачи исследования. Целью данного исследования является изучение современного состояния флоры Зарафшанского государственного заповедника.

Задачи данной работы: 1) изучить особенности растительного покрова заповедника; 2) определить видовой состав растений, наиболее часто встречающихся в прирусловой части Зарафшанского заповедника; 3) определить видовой состав наиболее распространенных растений в центральной части Зарафшанского заповедника; 4) определить видовой состав наиболее распространенных растений притеррасной части Зарафшанского заповедника; 5) дать характеристику некоторых основных ассоциаций растений, произрастающих на территории Зарафшанского заповедника;

Предмет и объект исследования. Предмет исследования относится к биологии и направлен на изучение современного состояния флоры Зарафшанского государственного заповедника. Объектом исследования является растительность, произрастающая на территории Зарафшанского государственного заповедника при различных условиях влагообеспеченности.

Степень разработки проблемы. Учитывая цели и задачи данного исследования проведён анализ литературы по вопросам краткой истории изучения тугайной растительности, ее биоэкологическим особенностям и проблемам сохранения.

Научно-практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы для составления нового списка растений, произрастающих в настоящее время в средней части долины реки Зарафшан, а также решить вопросы сохранения и восстановления растительности на территории Зарафшанского государственного заповедника в зависимости от условий влагообеспеченности.

Научная новизна исследования. Впервые в условиях Зарафшанского государственного заповедника изучено современное состояние флоры в зависимости от условий влагообеспеченности.

Апробация работы. Результаты исследований были обсуждены на заседаниях кафедры ботаники и физиологии растений СамГУ (2014 год) и на научной конференции магистров. Итоги исследований были изложены и опубликованы в виде двух статей в материалах международной конференции (ТИНБО, 2014) и сборнике научных статей магистров СамГУ (2014).

Структура диссертации. Магистрская работа состоит из 102 страниц включающая введение, обзор литературы, основная часть (условия, объект, методы и результаты исследований), выводы, рекомендации, список использованной литературы, 15 таблиц, 24 фотографий. В диссертации использовано 103 литературных источников, из них 8 иностранных.

1. Обзор литературы

1.1 Краткая история изучения тугайной растительности

Тугаи это уникальные пойменные леса, распространенные в аридных регионах Средней Азии. В настоящее время термин «тугай» относится не только к лесным биоценозам, он включает весь комплекс пойменных экосистем (тростниково-рогозовые заросли, галерейные леса, галофитные кустарниковые и травяные биоценозы) различных экологических уровней, расположенных от уреза воды до верхних пойм и прирусловых валов [10; 13; 29; 55; 33].

Тугаи были настолько широко распространены в прошлом на территории Средней Азии, что являлись местообитанием туранского тигра, последние особи которого еще в конце 40-х начале 50-х годов ХХ века встречались в низовьях Амударьи [55]. Сегодня тугаи сохранились лишь локальными ареалами в пределах бассейнов рек Атрек, Мургаб, Теджен, Тарим, Чу, Или, Зарафшан, Сырдарья и Амударья. Аналогичная тенденция резкого сокращения площадей тугайных лесов в последнее время отмечается для Передней и Центральной Азии.

Развитие тугайных лесов тесно связано с гидрологическим режимом рек. В результате изменения русла и береговой линии происходит образование новых наносов, каиров, островов и заиление прежних территорий. Только на этих достаточно свежих (незасоленных и влажных) береговых или русловых наносах, различающихся по механическому составу, возможно естественное возобновление тугаев в поймах пустынных рек [28].

Центром происхождения тугаев можно считать Среднюю Азию, откуда они перешли в Пустынные области Джунгарии и Кашгарии [54].

Тугаи - особый тип растительности, сохранивший былые черты третичной флоры настоящих саванн, встречающихся в настоящее время за пределами СНГ. Формирование и развитие тугайного типа растительности и тугайной флоры сопряжено с различными циклами развития и функционирования третичного моря Тетис [28;54].

Поэтому современный ареал распространения основных тугайных видов (секция Turanga) лежит в области Древнего Средиземноморья, включая Северную Африку, Переднюю, Среднюю и Центральную Азию [4]. Однако, к концу 80-х-90-х годов в Северной Африке и Передней Азии (включая север Ирана и Афганистан) компактных целостных тугайных массивов не осталось из-за чрезвычайной антропогенной нарушенности территорий.

Тугаи различной степени опустынивания (в том числе кустарниковые и травяные) сохранились пока в поймах и дельтах рек Средней Азии и Казахстана: Амударья, Зеравшан, Теджен, Мургаб, Сумбар, Вахш, Сырдарья, Арысь, Или, Чу, Лепса [87]. При этом наибольшее значение для сохранения флористического разнообразия имеют сообщества древесно-кустарниковых тугаев.

Как известно, растительность пойм республик Центральной Азии, как особый тип растительности привлекала внимание многих исследователей. В работах ряда ученых изложены материалы по экологии, развитию долинной растительности, биологии и географии отдельных эдификаторов, описаны древесные тугаи, при этом особое внимание уделено вопросам возникновения и развития тугайной растительности [26-29, 36, 54-56, 66-68].

Ряд ученых кратко охарактеризовали состояние растительного покрова дельты и ее хозяйственное значение, при этом основное внимание уделили тростниковым и гребенщиковым зарослям. Интересные наблюдения по биологии тугайной растительности дельты Амударьи была дана рядом исследователей, которые изучили биоэкологические особенности и условия произрастания различных тугайных растений [6-10, 11. 12. 15. 20, 22, 67, 68, 87-93, 95, 100-102].

Некоторые сведения по пойменной растительности Ферганской области имеются у В.И.Дробова [25]. Сведения об основных формациях тугайной растительности приводятся в работах О.Н.Бондаренко [15] и М.М.Арифхановой [4, 5]. А.У.Усманов [95], Темирбаев Н.Т. [86] изучили растительность долины реки Чирчик и Ангрен, описали растительные формации.

Сведения о тугайной растительности долины реки Зарафшан приведены в работах [64, 52, 53, 25,28]. Большое значение изучению растительности тугаев уделял К.З.Закиров [31] и В.В.Седов [75, 76]. Со времени их изучения прошло много лет и за это время изменилась пойма рек, исчезли старые и возникли новые формации и ассоциации.

Обширные исследования по изучению биологии и формового разнообразия облепихи крушиновидной, лоха узколистного и чемыша серебристого провели ряд исследователей [72-74, 38, 19, 37, 50] и др.

В последнее время изучением растительности Зарафшанского государственного заповедника занимается Ф.Д.Кабулова [38-49]. Ею помимо всестороннего изучения облепихи крушиновидной, была проведена большая работа по изучению мониторинга растительности и плодовых культур на данной территории.

1.2 Биоэкологические особенности растительности тугаев

Растительный покров тугаев Узбекистана своеобразен. В сведениях о растительности земного шара отмечено, что местное население Средней Азии различает три типа пойменной растительности: пойменные леса или тугаи; высокозлаковая и крупноразнотравная растительность, или джангиль; бедная растительность аллювиальных равнин, или кайре.

Тугай - местное название растительности речных долин пустынной зоны, в отдельных местах тугаем называют лесную растительность. В тугаях произрастают древесные, кустарниковые и травянистые растения. В отдельных отрезках долин, там, где река делает крутые излучины или намывает широкие отмели и острова, они приобретают характер настоящих лесных массивов [32, 35]. Тугайной растительности свойственна большое разнообразие фитоценозов, обусловленная чрезвычайной неоднородностью почвенного покрова, неустойчивым гидрологическим режимом территории и хозяйственной деятельностью человека [58].

Пойменная тугайная растительность реки Зарафшан достигала в ширину 3-5 км, а местами до 7 км [32, 75].

Тугайные леса согласно разработанной К.З.Закировым и П.К Закировым [33, 35] классификации в силу сходства экологических условий произрастания (почвогрунт и увлажнение), объединены в эдафотип Potamophyta - пойменная растительность тугаи.

По жизненным формам растений слагающих сообщества, авторы этой классификации различают три ценотипа: древесные тугаи Potamodendra, кустарниковые тугаи Potamothamna и травянистые тугаи Potamopola.

Potamodendra - древесные тугаи в Узбекистане в пределах ареала облепихи сложены из немногочисленных во флористическом отношении видов. Сюда в первую очередь относятся высокоствольные деревья рода Sа1iх - S. sogdiana Regel., S. Wilhelmsiana Bieg., виды рода - Populus - P. pruinosa Schrenk., P. bollena Lauche., очень редко P. deversiflora Schrenk., лох узколистный - Eleagnus angustifolia L и облепиха крушиновидная Нiррорhае гhаmnoides L.

Potamothana - кустарниковые тугаи в пойменных лесах играют двоякую роль - они, в основном, слагают второй ярус покрова под древесными растениями, но часто образуют на открытых местах свои собственные формации. В первом случае, второй ярус составляют относительно теневыносливые растения - в основном, кустарники виды: рода Rosa L. В некоторых случаях сообщества кустарников слагают виды рода Гребенщик - Таmаriх гаmosissima Lebed., Т. е1оngata Lebed, Т. smyrnensis Bunge и редко Lycium ruthenicum Murr.

Роtаmороlа - травянистые тугаи, это самый нижний ярус растительного покрова пойменного леса, состав которых флористически не очень богат. В сложении травянистого яруса участвуют не более 40-50 видов растений, экологически приуроченных к условиям тугая. В результате различных антропогенных воздействий, пожаров, когда уничтожается древесно-кустарниковый ярус, образуются прогалины и пустоши, господствующую роль занимают травянистые растения до определенной степени довольно сильно препятствующие в дальнейшем естественному возобновлению древесно-кустарниковых растений.

Тугайная растительность отличается тем, что она способна расти и развиваться в особых гидротермических условиях (высокие, летние температуры, обильное или умеренное увлажнение) и это позволило авторам классификации растительности Средней Азии отнести ее к Termomesophyta [33,35]. Особые условия местообитания способствуют отбору жизненных форм с характерными для них биологическими особенностями [58]. Большинство тугайных растений до глубокой осени остаются зелеными, это связано с тем, что они не имеют летнего периода покоя и обладают длительным циклом развития. К таким растениям можно отнести облепиху крушиновидную, лох узколистный, разные виды гребенщика и солодку голую.

Как отмечают некоторые исследователи [68, 51], основные растения тугаев имеют развитую корневую систему, которая имеет многоярусную форму. Это связано с приспособленностью к затоплению и заиливанию, ухудшающим условиям аэрации, обусловленной способностью развивать придаточные корни на заиленных частях стебля и ствола.

В условиях поймы типичные тугайные растения приобрели своеобразные биологические приспособления к семенному размножению. К таким приспособлениям у видов гребенщика относят растянутый период плодоношения или приуроченность плодоношения к летнему паводку.

Семена многих тугайных растений способны прорастать только на влажной открытой поверхности. Попадая на сухую поверхность почвы, они быстро теряют всхожесть.

Оседая на открытую поверхность отмели после спада паводковой воды, семена вскоре прорастают. Молодые проростки, используя короткий влажный период почвы, быстро укореняются. Так, например, происходит с семенами ивы.

Иногда в результате размыва поверхности молодые растения вымываются и благодаря наличию воскового налета на листьях и стеблях они некоторое время плавают на поверхности воды и попадая на отмель вновь укореняются. Все тугайные растения в процессе своего онтогенеза проявляют чрезвычайную пластичность по отношению к засолению и иссушению почвы. Во взрослом состоянии тугайные растения становятся в той или иной степени солеустойчивыми.

Основные участки, где произрастают тугайные растения расположены в руслах рек, состоят из галечников [30].

Аллювиальные равнины заселяют многие виды растений-пионеров. Влажная поверхность свежих наносов за короткое время покрывается бесчисленным множеством проростков (100-500 на 1м2). На песчаных почвах преимущественно встречается Typha pallida, на глинистых - Calamagrostis dubia. Если растительность в последующие годы не погибает при половодье, со временем складываются отчетливо выраженные растительные группировки с доминирующими видами родов Typha, Calamagrostis или Phragmites. В процессе естественной сукцессии позже начинает преобладать Saccharum spontaneum. Этот злак доминирует, если занятая им площадь ежегодно затапливается, в других условиях его вытесняют другие виды - Equisetum ramosissimum, Glycyrrhiza glabra, Erianthus purpurascens или Typha elephantine. Часто преобладают солодка (Glycyrrhiza) или эриантус (Erianthus ) [18].

В засушливый период растения особенно чувствительны к резкому снижению уровня грунтовых вод. Травостой изреживается и развивается следующая стадия сукцессии - лес или тугай. Тугайные заросли образуют виды рода Populus, Salix и Elaeagnus. Из лиан представлены Clematis orientalis и Cynanchum sibiricum.

При засолении почвы появляются различные виды Tamarix и Halimodendron halodendron (бобовые), в подлеске встречаются Cynodon dactylon и Imperata cylindrica.

Исследователи считают, что флористический состав тугайного типа растительности не очень богат. По данным З.А.Майлун [58] в тугаях Узбекистана насчитывается 285 видов растений, из них около 190 видов можно назвать тугайными растениями, то есть связанными с режимом речной долины, остальные - пришельцы с окружающей долину территорий. Тугайные растения Узбекистана относятся к 35 семействам и 105 родам. Наибольшее количество видов содержат следующие семейства: Poaceae - 35, Chenopodiaceae - 22, Asteraceae - 20, Fabaceae - 12, Tamaricaceae - 10.

Доминирующих же видов в целом в тугаях 31 вид, они относятся к 11 семействам и 20 родам. Из них деревьев 5 видов, кустарников - 10, многолетних трав - 16 [34]. Характерной особенностью свойственной пойме большинства рек является обилие злаков. А обилие представителей маревых является показателем повышенного засоления почв. В результате исследований ряда ученых в долине реки Зарафшан выделено 126 основных ассоциаций [15].

В тугаях Узбекистана хорошо различаются 16 формаций. В пределах формаций, выделенные ассоциации возможно объединить в серии ассоциации по специфике местообитаний: пойменных, надпойменных и опустыненных [58].

Тугаи образованы очень немногими деревьями и кустарниками. Флористически они не богаты, это связано с экологическими условиями речных долин.

В возрасте 4-5 лет тугайные заросли имеют высоту 2-3 м и образуют густую чащу из вейника сомнительного (Calamagrostis еpigeios), тростника обыкновенного (Phragmites communis) и других травянистых растений с примесью кустарниковых и древесных форм.

В естественных условиях существования древесно-кустарниковые тугаи претерпевают смены динамических состояний, которые целиком и полностью зависят от характера обводненности территории и вызываются постоянно происходящим переформированием гидрографической сети, определяющим пространственно-временное развитие растительности от ее возникновения до отмирания [27; 84; 84]. При неглубоком (0.5-1.5 м) залегании УГВ и ежегодном паводковом затоплении в поймах обычно формируются тростниковые, вейниковые и ивовые тугаи. При более глубоком залегании УГВ (1.5-2.5 м) и периодическом (но не ежегодном) паводковом затоплении формируются лоховые и туранговые древостои. В дельтах рек по межрусловым понижениям на этом этапе могут активно формироваться чистые гребенщиковые заросли, однако, на пойменных территориях они, как правило, возникают при дальнейшем понижении УГВ (до 3-5 м) и снижении поемности. При сохранении относительно высокого стояния УГВ (до 3.5 м) в пойме и дельте естественным путем происходит постепенное засоление аллювиальных луговых почв до солончаков, при этом происходит галофитизация тугаев и формирование своеобразных экотонных сообществ, в состав которых на равных условиях входят как типичные тугайные виды, так и виды галофитного ценотипа.

Сегодня во всех поймах и дельтах рек Средней и Центральной Азии и, особенно, в орошаемых районах, увеличились площади разреженных переходных сообществ из видов гребенщика и соляноколосника, которые из-за размытости таксономических границ между тугайной и солончаковой растительностью, достаточно условно относят к формации одного из эдификаторов. Длительное существование в таких переходных экотонных экосистемах тугайных гребенщиков (Tamarix ramosissima, T. florida, T. elongata, T. meyeri, T. laxa) целиком зависит от глубины залегания УГВ и интенсивности процесса засоления почв. При увеличении минерализации в почвах происходит формирование другого типа растительности - растительности солончаковых пустынь, которые впоследствии могут деградировать в пухлые оголенные солончаки.

При постепенном понижении УГВ формирование солончаков в поймах происходит за достаточно короткий период (10-15 лет) не только на месте абсолютно незасоленных ранее дерново-луговых или аллювиальных луговых почв под луговой или тугайной растительностью, но даже на месте лугово-болотных мерзлотных с буграми пучения почв под лугово-болотной растительностью при чрезвычайно низких степенях минерализации ГВ - от очень слабоминерализованных (0.3-1 г/л) до слабоминерализованных.

Засоление почв и динамика тугайной растительности. Наземные экосистемы аридных районов характеризуются большой уязвимостью и хрупкостью. Они реагируют даже на незначительные изменения окружающей среды, которые приводят впоследствии к необратимым изменениям в экосистемах, часто сопровождаясь полной утратой их научной, общечеловеческой, а также хозяйственно-экономической ценности. При этом максимальной трансформации подвергаются интразональные гидроморфные ландшафты.

Поскольку начало аридизации и активного засоления почв в связи с осушением, прекращением паводкового затопления и обезлесиванием дельт и пойм рек Средней и Центральной Азии считаются узловыми ускоряющими моментами в эволюции почвенного покрова, а повышение минерализации в тугайных почвах существенно снижает возможность самовосстановления тугаев и активизирует процессы деградации в них, засоление почв в тугаях является, наряду с изменением почвогрунтового увлажнения (и/или поемности) - основным фактором динамики тугайных экосистем, испытывающих повсеместно серьёзные структурные и динамические изменения [56; 84].

В связи с региональным (зарегулирование речного стока) и локальным (вырубки, потравы, пожары, транспортные нагрузки и др.) антропогенным воздействием в настоящее время тугайные сообщества подвергаются опустыниванию.

При этом всё же, основным процессом инициирующим деградацию тугайных экосистем, выступает антропогенное засоление почвенного покрова, которое может происходить в результате воздействия различных факторов.

В отсутствие паводкового затопления активизируется также процесс засоления тугайных почв за счёт минерализации растительного опада тугайных видов растений, имеющих высокую биологическую емкость поглощения и изменения почвогрунтового увлажнения в процессе жизнедеятельности самих тугайных видов растений. Существенную долю этих факторов в процессе засоления тугайных почв отмечали некоторые ученые [28, 10].

Засоление аллювиальных почв приводит к нарушению естественного хода динамических преобразований тугайных экосистем, в которых наблюдается повсеместная галофитизация тугаёв, происходит исчезновение типичных тугайных древесно-кустарниковых сообществ, возникновение травяных тугаёв, ранее не имевших большого распространения, типичные тугаи превращаются в солончаковую растительность и происходит значительная утрата видового разнообразия в сообществах травяных тугаёв и солончаковых пустынь по сравнению с типичными тугаями.

Таким образом, засоление почвенного покрова, инициируемое антропогенным воздействием как прямым (вырубки, пожары, транспорт и др.), так и косвенным (зарегулирование речного стока), в настоящее время является основной причиной трансформации тугайных экосистем и приводит к невозможности не только естественного, но и искусственного возобновления тугаев.

В настоящее время развитие и формирование тугайной растительности в Средней и Центральной Азии сильно осложнено антропогенной деятельностью, осуществляемой без учета биоэкологических особенностей видов и сообществ. Это привело к невозможности естественного возобновления тугаев, а также к нарушению структуры и направления динамических смен тугайной растительности. Наиболее опасным для тугаев является прогрессирующий процесс галофитизации почвенного и растительного покровов, который инициируется уменьшением поемности (паводкового затопления) и последующим снижением уровня грунтовых вод. C. Трешкин [89] отмечает, что деградация тугаев в результате как прямого (вырубки, пожары, потрава, транспортное отчуждение и др.), так и косвенного (зарегулирование речного стока) антропогенного воздействия сопровождается повсеместной галофитизацией почвенного покрова. Поэтому восстановления тугаев, в том числе их галофитных вариантов, а также галофитной растительности автор связывает, прежде всего, с необходимостью рекультивации солончаков, разных по степени и глубине засоления.

Ни один из экологических факторов не оказывает столь существенного и разрушительного влияния на растительные сообщества как деятельность человека, который является наиболее молодым фактором из всех воздействующих на растительность. Это влияние постепенно усиливается и стало настолько широким и многообразным, что теперь невозможно найти сообщество, на которые не сказалось бы в той или иной степени воздействие человека.

Бахиев А.Б. и др. [14] проведя экологические мониторинговые исследования современного состояния растительного покрова тугайных лесов показывают, что структура и динамика растительного покрова обусловлена влиянием водносолевого режима. Совместное влияние этих двух факторов и сыграло главную роль в формировании тугайной растительности, как в прошлом, так и в настоящее время. В современных условиях, на основе проведенных исследований выделено три типа растительности, доминирующих на территории тугайных лесов, а также три типа экологического состояния растительности - это относительно хорошо сохранившиеся сообщества, сообщества находящиеся на начальной стадии опустынивания и полностью опустыненные сообщества: Вся растительность тугайных лесов разделена на три группы: древесные, кустарниковые и травянистые тугаи.

В.В.Седов [84] и Н.Г.Андреев [2] в поймах рек различали в поперечном от русла направлении три резко обособленные части:

1) прирусловая, ближайшая к руслу;

2) центральная или средняя;

3) притеррасная, наиболее удаленная от русла

Прирусловая пойма занимает узкую полосу вдоль действующего или старого русла реки. Она характеризуется более мощными песчаными наносами: гривы (повышения) чередуются с западинами (понижениями).

В прирусловой пойме развивается травостой из корневищных злаков, наиболее требовательных к влаге и аэрации почвы. В прирусловой пойме распространены злаки, бобовые и разнотравье (пырей ползучий, костер безостый, мятлик луговой, полевица белая).

Центральная пойма, расположена непосредственно за прирусловой самая обширная с выровненным рельефом и песчано-глинистыми отложениями. Здесь, преобладают злаково-разнотравные травостои (тимофеевка, лисохвост, мятлик, люцерна хмелевидная, клевера красный и белый, мышиный горошек, василек растопыренный, тысячелистник обыкновенный, подмаренники, лютики).

Притеррасная пойма примыкает к коренному берегу, имеет глинистые аллювиальные отложения. Здесь преобладают мятлик луговой, осоки и луговик дернистый.

Из-за сухости воздуха и высокой температуры влага быстро испаряется, поэтому почвы поймы становятся солончаковатыми и лишь в прирусловой части встречаются незасоленные почвы. В поймах на солончаковых почвах распространен травостой с преобладанием трав, выносящих сильное засоление: ажрек с примесью бескильницы, свинорой.

Г.Вальтер [17] описывая поймы среднеазиатских рек, отмечал, что около 84% стока реки составляют талые воды ледников снега нивального пояса. Поэтому наблюдается два паводка: относительно небольшой весенний паводок, обычно в конце апреля, когда в горных долинах начинает таять снег, проходят сильные дожди и значительно более сильное летнее половодье, наступающее в конце июля, когда высокая температура летом вызывает таяние ледников и снега в высогорье. Во время половодья в среднем и нижнем течении реки затапливаются обширные территории, где отлагается слой ила толщиной до 20-30 см, способствующий развитию пышной пойменной растительности. Характер отложений зависит от скорости течения потока. После спада воды остаются голые песчаные площади, заселяемые пионерными видами. Глинистые осадки образуются там, где течение замедляется или вода длительное время застаивается. При быстром изменении скорости течения происходит отложение смеси песка и глины. Поскольку река очень часто меняет свое русло, слагается необычайно пестрая картина различных типов почв. В общем же, растения в поймах рек, несмотря на пустынный климат, развиваются в течение всего года в оптимальных условиях обеспечения водой. Грунтовые воды пресные. Тем не менее, на возвышенных участках поймы, не заливаемых в половодье, может произойти засоление почвы, если уровень грунтовых вод временами поднимается столь высоко, что поверхность почвы за счет восходящих токов влаги постоянно увлажняется и поэтому интенсивно испаряет.

1.3 Проблемы сохранения тугайной растительности

На фоне общемировой тенденции сокращения пойменных лесов [93], исчезновение тугаев является просто катастрофическим. Сегодня тугайные площади Средней Азии составляют менее 10% от площади, занимаемой ими в 60-х годах ХХ века [84-90]. Сокращение площади тугаев приводит: к утрате многих ценных, редких и реликтовых видов растений и животных, к понижению водоохранной, водорегулирующей, берегозащитной и мелиоративной роли тугайных лесов, к ухудшению среды обитания человека, а также к сворачиванию отдельных видов хозяйственной деятельности.

В настоящее время, вследствие повсеместного зарегулирования стока и гидротехнического строительства в Средней Азии, естественное возобновление тугайных лесов прекратилось. Учитывая острый дефицит водных ресурсов в аридных регионах и отсутствие возможности изменения режима рек с зарегулированным стоком для восстановления поёмного режима, близкого к естественному, актуальной задачей становится разработка новых подходов к возможности искусственного восстановления и поддержания тугаев в основных сохранившихся массивах в измененных условиях среды.

C. Трешкин [89], изучая тугаи в пойме реки Амударьи, впервые выявил основные тенденции изменения климата, воздействующие на формирование и динамику экосистем, в основном, ареале произрастания тугаев Средней Азии (на основе анализа многолетних климатических характеристик: средних, минимальных, максимальных температур воздуха и сумм осадков по годам и сезонам). Им найдены подходы к решению проблемы повсеместной деградации тугаев, установлены ее причины в современных быстро изменяющихся условиях природной среды. Выявлен механизм трансформации тугайных экосистем. Доказано, что основными факторами их преобразований являются: естественные или антропогенные изменения режима речного стока и грунтовых вод (УГВ) в пойме.

Выявлены предельно допустимые значения эдафических условий (глубину залегания и засоления грунтовых вод и почв) для восстановления различных сообществ тугайного типа растительности.

Экспериментально показана возможность искусственного восстановления галофитных сообществ и доказана перспективность искусственного восстановления тугаев при дальнейшем их поддержании (обводнении) на деградированных землях автоморфных солончаков. Таким образом, решена научно-практическая проблема искусственного восстановления тугаев в современных быстроменяющихся условиях природной среды.

Он считает, что главной причиной повсеместной деградации тугайных экосистем Средней Азии является антропогенное зарегулирование речного стока, приводящее к изменению режима грунтовых вод и паводковых затоплений.

К основным причинам повсеместной деградации тугайных экосистем Средней Азии относятся также климатические изменения. В регионе исследований проявляется единая тенденция изменения климата - аридное потепление: повышение температур и сокращение осадков в теплое полугодие, летом и осенью, а также потепление в годовом цикле как за счет холодного полугодия и зимнего сезона, так и за счет теплого полугодия, в основном, осенью. Следствием деградации тугайных экосистем является кардинальная смена типа растительности, в результате изменения гидроморфного режима почв на автоморфный, что сопровождается образованием различных типов солончаков, начиная с луговых гидроморфных и кончая остаточными глубокозасоленными.

Деградированные тугайные экосистемы отличаются пониженным видовым разнообразием, слабыми разногодичными изменениями состава сообществ и пониженной продуктивностью.

Попытки работников лесного хозяйства восстанавливать естественные тугайные леса в настоящее время не дают результатов. Это связано с особенностями биологии и развития основных лесообразующих тугайных пород: Populus ariana, P. pruinosa, Elaeagnus turcomanica, Salix songarica, Tamarix ramosissima, T. meyeri, T. laxa, T. florida и др. [13].

Наиболее важная из них - способность семян тугайных видов произрастать только во влажном незасоленном аллювии. В процессе жизнедеятельности тугайных сообществ происходит постепенное засоление почв под ними. В условиях прекращения паводкового затопления луговые и тугайные почвы превращаются в солончаки. Солончакообразованию способствует также сельское хозяйство.

Многолетние данные исследователей по изучению проблемы тугайных сообществ в Центральной Азии (Западный и Восточный Туркменистан, Узбекистан, Таджикистан, Казахстан, Алашаньская Гоби) позволили установить, что на основе только геоботанической индикации невозможно правильно выбрать подходящие для восстановительных работ территории, так как корневая система многих травянистых видов растений расположена в пределах первых 1-1.5 м, а древесных и кустарниковых видов - от 1 м до 4-6 метров от поверхности почвы [56].

Рекомендуемые допустимые глубины и засоление УГВ и почв для различных тугайных экосистем. При восстановлении тугайных древесно-кустарниковых и травяных экосистем необходимо учитывать также, что рекомендуемый УГВ, степень засоления почв и грунтовых вод сильно колеблется для различных динамических и возрастных стадий тугаев. Многолетние полевые и стационарные исследования позволили автору оценить предельно допустимые УГВ, степень их засоления, а так же условия возобновления для различных тугайных сообществ [56].

Уровень грунтовых вод 0.5-1.5 м необходим для существования ивовых (Salix songarica), вейниковых (Calamagrostis dubia), тростниковых (Phragmites australis) и рогозовых (Typha angustifolia, T. minima, T. laxmannii) сообществ. Для сообществ Salix songarica и Calamagrostis dubia засоление почв и УГВ должно быть минимальным в первых трех метрах глубины - до 0.1-0.3% в почвах1 и 0.8-1.2 г/л в грунтовой воде.

Уровень грунтовых вод 2-2.5 м требуется для туранги (Populus ariana), петты (Populus pruinosa), лоха (Elaeagnus turcomanica), кустарников (Tamarix ramosissima, Halimodendron halodendron), и трав (Trachmithum scabrum, Glyzyrrhiza glabra). С учетом неблагоприятной ситуации в целом во всем регионе Средней Азии можно рекомендовать УГВ с колебаниями от 2.5 до 3.5 м (в зависимости от водности реки, сезона года и рельефа местности) для всех древесно-кустарниковых тугайных сообществ. Это максимально допустимые значения для сохранения тугайных экосистем. Засоление почв под этой группой тугайных сообществ может быть довольно высоким только в первой метровой толще - 0.8-1.5%1. С глубиной засоление должно падать: во втором метре до 0.1-0.7% и в третьем метре - до 0.05-0.6%. При засолении почв на глубину более 3 м выше 0.9-1%1, древесно-кустарниковые тугаи не могут существовать и усыхают. Однако, они могут выдерживать поверхностное засоление даже до 6-16% в локальных горизонтах до незначительной глубины (до 1 м).

Критическое состояние тугайных экосистем во всей Средней Азии подчеркивает необходимость организации комплексного мониторинга на базе существующих тугайных заповедников, поскольку изменениям подвержен не только растительный и почвенный покров территорий, но также и весь фаунистический тугайный комплекс.

Основная часть (до 95% площади) современных тугаев относится к деградированным экосистемам, которые характеризуются упрощенной структурой сообществ, пониженным видовым разнообразием, слабыми разногодичными изменениями состава сообществ и пониженной продуктивностью.

Поскольку в современный период быстрых изменений природной среды и отсутствия возможности согласования межгосударственных и межотраслевых экономических интересов (гидроэнергетики, водообеспечения, лесоводства, животноводства и др.) стало невозможным естественное возобновление тугаев, в целях сохранения биологического разнообразия, среды обитания человека, а также ценных промысловых и реликтовых видов животных и растений, необходимо повсеместное развитие в Средней Азии искусственного галофитного тугайного лесовосстановления.

В настоящее время одним из основных районов естественного произрастания тугайных лесов Центральной Азии является пойма реки Зарафшан, где сосредоточены относительно небольшие площади исчезающих тугайных лесов Средней Азии. В сложившихся условиях для тугайных экосистем необходимо придание международного статуса всемирного культурного наследия.

2. Условия, объекты и методы исследования

2.1 Условия проведения исследования

Исследования проводились на территории Зарафшанского государственного заповедника, который расположен на нижней террасе средней части реки Зарафшан, длиной 45 км и занимает площадь 2352 га. Покрытая площадь лесом составляет 868 га.

Климат. Климат заповедника типичен для континентальных субтропиков и характеризуется большими амплитудами как суточном, так и в годовом ходе температур воздуха при резко выраженной периодичности выпадения атмосферных осадков с приуроченностью их к зимнему сезону.

Летом воздух отличается большой сухостью и в летние месяцы осадки не выпадают, в холодный период выпадает основная масса осадков, обуславливающая высокую влажность воздуха зимой.

Осадки выпадают преимущественно в виде дождя. В виде снега выпадают в незначительном количестве с начала декабря по первую декаду марта. Устойчивого снежного покрова не образуется. Преобладающими ветрами зимой и летом являются ветры восточных направлений, а осенью и весной - юго-восточных.

Почвы. Почвообразующими породами являются галечно-песчаные отложения - продукты выноса реки Зарафшан. В верхней части заповедника почва сформирована на галечниках при глубоком залегании грунтовых вод. Галечники здесь имеют незначительное количество мелкоземных прослоек.

Близкое залегание к поверхности грунтовых вод способствовало развитию на нижних террасах 4-х типов почв: сероземно- луговые, аллювиально-луговые, лугово-болотные и болотные.

На территории Зарафшанского заповедника растительность развивается в особых экологических условиях - относительная обеспеченность растительности водой. Одним из источников водоснабжения, помимо атмосферных осадков является грунтовая вода, доступная корням большинства растений. Постоянный приток влаги в почву снизу обеспечивает в речной долине развитие древесно-кустарниковой растительности, а разнообразие условий вызывает ее дифференциацию. В отдельных отрезках долин, там, где река делает крутые излучины или намывает широкие отмели и острова, они приобретают характер настоящих лесных массивов.

2.2. Объекты исследования

Материалом для работы служила растительность прирусловой, центральной и притеррасной частей Зарафшанского заповедника. Проведен сбор гербарного материала и определены растения.

Растительность исследованного района относится к тугайному типу и включает более 300 видов высших растений. Эта растительность входит в ассоциации различных формаций: травянистые, кустарниковые, древесные, образующие сложные комплексы в речных долинах. Древесно-кустарниковая растительность представлена следующими основными лесообразующими породами: Populus alba, Populus pruinosa, Populus diversifolia, Populus nigra, Salix Olgae, Salix tuvanica, Salix Wilhelmsiana, Salix songorica, Elaeagnus angustifolia, Platanus orientalis, Gledisehia briacanthus, Robinia pseudoacacia Ailanthus altissima, Acer platanoides, Tamarix pentandra и др.

2.3 Методы исследования

Методы исследования в данной работе базируется на экологическом подходе, поскольку в изучении причин исчезновения тугаев необходимо было целостное (комплексное) их рассмотрение, как единого природного объекта со своей современной динамикой и наличием как внутри-, так и межэкосистемных связей.

Для того чтобы изучить влияние степени водообеспеченности на видовой состав растительности на территории Зарафшанского государственного заповедника нами была использована методика Е.А.Буткова [16].

Основной материал для исследований послужила данные наших экспедиционных исследований, гербарный фонд заповедника, а также литературные источники.

Маршрутами были охвачены прирусловая, центральная и террасная части заповедника. Относительное обилие видов растений в фитоценозах оценивалось глазомерно по шкале Друде [16]. Абсолютное обилие подсчитывалось на пробных площадках размером 10х10 м.

В этой связи мы проводили исследования маршрутным способом в этих 3 частях по общепринятым методам. Собирали гербарий в течение вегетации растений в 2013 году, определяли их по определителям растений [37, 38] и анализировали видовой состав растений по участкам от степени водообеспеченности.

1. Прирусловая пойма (уровень грунтовых вод 0,5-1,5 м).

2. Центральная пойма ( уровень грунтовых вод 2-2,5 м).

3. Притеррасная пойма (уровень грунтовых вод 2,5-3,5).

3. Результаты исследований

3.1 Особенности растительного покрова Зарафшанского заповедника

Растительность, произрастающая на территории Зарафшанского заповедника относится к тугайному типу и характеризуется высокой густотой (образуются непроходимые заросли), преобладают мезофитные поймовыносливые растения (облепиха крушиновидная, лох узколистный и др.), обладающие приспособительными свойствами к затоплению и заиливанию (рис. 3.1.1, 3.1.2).

Очень часто, особенно в летнее время территория заповедника затапливается. По мощности и продолжительности затопление участков поймы р. Зарафшан паводковыми водами не однородно. В пониженных местах и у русла реки оно обильнее и продолжительнее, а в самых низких точках, где паводковые воды смыкаются с поверхностными водами, характерно незначительное заболачивание. В таких районах почвы незасоленные, преимущественно луговые пойменно-аллювиальные, реже лугово-болотные и они расположены ближе к основному руслу.

Ассоциации, произрастающие в надпойменных местообитаниях приурочены к первой надпойменной террасе с постоянно влажными, или периодически увлажненными почвогрунтами. Увлажнение наблюдается за счет капиллярной связи грунтовых вод с поверхностью. Почвы луговые аллювиальные с незначительным засолением.

В ассоциациях древесных и кустарниковых тугаев, по сравнению, с пойменными, верхний ярус более разрежен. Здесь преобладают разные виды ивы, тополя, искусственные насаждения платана, тополя серебристого, акации, глядичии. Из плодовых дикорастущих растений широкое распространение получили боярышник туркестанский и барбарис цельнокрайний (рис.3.1.3, 3.1.4).

В травяном покрове растительности наблюдается иное соотношение соэдификаторов и сопутствующих видов, количество их незначительное. На территории первого и второго кварталов Зарафшанского заповедника встречается в основном эфемерная травянистая растительность - Bromus tectorum, B. Inernis, Poa bulbosa, Aegilops cylindrical и др. Здесь они являются соэдификаторами, местами представляя как сопутствующие виды. Некоторые влаголюбивые травы выпадают, другая часть теряет степень высокого обилия. Заметно повышается количество солевыносливых растений, видовой состав которых определяется степенью увлажнения и засоления поверхности почвы.

Часто встречаются влаголюбивые солеустойчивые растения: Glycyrrhiza glabra, Aegilops litoralis, Limonium otolepis, Halostachys belangriana, Daucus carota и др.

На повышенных хорошо дренируемых участках грунтовые воды неустойчивы и уровень их в течение летнего сезона колеблется от 2 до 5 м. Такие участки, в основном расположены начиная с 10 по 13 квартал Зарафшанского заповедника. Поверхность почв в период падения грунтовых вод просыхает, и чем ниже грунтовая вода, тем глубина просыхания больше. Это хорошо заметно в 400-600 м от основного русла реки. Засоление при этом слабое. Покров влаголюбивых трав сильно разрежен. На оголенной поверхности образовавшщихся прогалин произрастают: из однолетних Bromus Popovii, Polygonum aviculare, из многолетних Karelina caspica, Salsola sp.

Опустыненные тугайные ассоциации формируются в периферической части речной долины, где грунтовые воды залегают на глубине 3-7 м. Почвенный покров - речной наносный галечник. В таких местах древостой очень изреженный. Около искусственных протоков небольшими группами встречается облепиха и лох, а также встречаются два вида гребенщика - Tamarix hispida и Tamarix pentandra.

Как известно, типичный тугай Зарафшанского заповедника представлен лесным сообществом. В полных насаждениях имеет сомкнутый древесный полог, задерживающий прямые солнечные лучи и образующий внутри насаждений тень. Густые насаждения ослабляют движение воздуха и затрудняют обмен его с окружающим тугай воздухом. Наши наблюдения показывают, что древесный ярус сильно влияет на развитие кустарниковой и травянистой растительности.

В лесной части заповедника произрастают высокоствольные деревья ивы, тополя, облепихи, лоха, алычи, боярышника, акации, ясеня. Единично встречается сумах. Встречаются участки только с тополями, только с боярышником и только с лохом. Обязательным фитоценотическим элементом растительности лесной части является облепиховая формация [83]. Она в основном встречается в русле реки, состоит в основном из относительно молодых, корнеотпрысковых особей. Она образует прогрессирующее сообщество, интенсивно отвоевывающее жизненное пространство. Такую характерную особенность облепихи можно использовать при освоении оголенных участков. На данном участке одни ценозы сменяются другими. Имеются ценозы с доминированием ивы, облепихи, шиповника и лоха.

Следует отметить, что одной из главных древесных пород Зарафшанского заповедника является тополь сизолистный или туранга (Populus pruinosa). На этом тополе имеется два вида листьев - на нижних ветвях и на поросли узкие, как у ивы, на верхних - более или менее округленные. Листья обычно плотные и окрашены в сизый цвет. За последние годы отмечается большое количество молодых растений туранги, которая интенсивно растет. Иногда вместе с ней встречается разнолистный тополь Populus diversifolia. Другой древесной породой тугайного леса является ясень (Fraxinus potamophila). Большую роль в жизни тугаев играет лох.

...