Запасы фитомассы природных луговых экосистем российского Дальнего Востока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Запасы фитомассы природных луговых экосистем российского Дальнего Востока

В.Л. Морозов - д-р биолог. наук, проф.; Г.А. Белая - д-р биолог. наук, проф. ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства», г. Москва, Россия

Представлены результаты изучения надземной и общей фитомассы основных травяных (луговых) экосистем региона. Показана амплитуда варьирования продукционной способности травостоев в различных экологических условиях.

The results of study and the total above ground phytomass of major grass (medow) phytomass ecosystems in the region. The amplitude of variation of production capacity of vegetation under different environmental conditions is shown.

Основная причина критического состояния природной среды и назревающей экологической опасности связана с отсутствием информации для прогнозирования оптимального регионального природопользования. В этом направлении наметились изменения, появились исследования, способные помочь решению проблем экологии, но часть из них страдает поверхностным подходом и не имеет полноценного экологического наполнения, что снижает позиции региональной науки и ограничивает возможности оперативного применения инновационных результатов фундаментальных научных разработок. Для оптимального использования биологических ресурсов сложных природных и территориальных систем необходимы глубокие знания их структурно-функциональной и пространственно-временной организации, подтвержденные обстоятельными научными наблюдениями и экспериментами. Запас их всё ещё остается ограниченным.

Совсем недавно экологические исследования были уделом узкого круга ученых-энтузиастов. За последние четверть века понятие об экологии вошло в практику повседневного общения людей и перестало нуждаться в специальных пояснениях. Сегодня трудно встретить газетно-журнальную или научную публикацию о жизнедеятельности человека и окружающей его природной среде, в которой не затрагивались бы экологические проблемы. В области естественных и общественных наук отмечается настоящая лавина экологических публикаций. С одной стороны, это объясняется социальной значимостью экологии, реальной потребностью в оценке острых вопросов и необходимостью создания информационных фондов об окружающей нас природной среде. С другой - обыкновенной конъюнктурой, основанной чаще всего на наукообразном ретроградстве. Вспоминается представительное заседание дальневосточных биологов в 1977 г., на котором один из руководителей региональной ботанической науки даже не признавал работы по экологии травяной растительности в качестве биологических исследований. В то время нам пришлось отстаивать правомерность экологического названия для монографии по экспериментальной геоботанике [1]. Спустя почти пятнадцать лет в первом выпуске научного журнала «Вестник дальневосточного отделения Академии наук» появилась публикация, в которой авторам удалось насчитать уже 216 различных определений и понятий экологии. Экологическая инертность некоторой части ученых начала убывать.

К сожалению, несмотря на особую актуальность, экологические исследования на российском Дальнем Востоке остаются ограниченными из-за отсутствия квалифицированных специалистов, технического оснащения и трудоемкости получения репрезентативного набора комплекса количественных параметров. Работы требуют длительных регулярных наблюдений, охвата территории, максимального разнообразия фитоценозов и синтеза многофакторных характеристик. В общенаучном аспекте такие материалы дополняют важное звено в сравнительном анализе производительного потенциала и дают понять механизмы адаптации растений к экологическим условиям.

Итоги экспериментальных экологических исследований луговых трав несомненно выигрывают новизной подходов, выбором самобытной территории с муссонным климатом и высокой контрастностью условий и режимов. Ученые из головных ботанических учреждений и местные специалисты пытались оценить потенциал и широту экологической амплитуды некоторых дальневосточных растений природной флоры, преимущественно кормовых трав, на основе универсальных шкал. Результаты исследований не были однозначно удачными, носили поисковый характер, что и определило их ограниченность.

Травяные экосистемы - важный структурный компонент растительного покрова ландшафтов среди лесной территории российского Дальнего Востока. Являясь интразональным типом растительности, луговые и болотные экосистемы вносят разнообразие в однородную структуру многих ландшафтов. Они рассматриваются своеобразным экотоном (переходной зоной) между лесной и нелесной растительностью, агроэкосистемами урбанизированных территорий, наземными и водными травяными сообществами. Традиционная форма использования луговой, да и болотной растительности, связана с их эксплуатацией в качестве сенокосно-пастбищных угодий. Последнее обстоятельство накладывает особую ответственность на решение экологических вопросов поддержания стабильной продуктивности, устойчивости и охраны этих растительных группировок. При наращивании сельскохозяйственного производства необходима экологическая оценка и разработка основ сохранения лугов и болот. В свою очередь при решении утилитарных и природоохранных вопросов в урбанизированных районах и местах интенсивной хозяйственной деятельности человека возрастает значение луговой и болотной растительности. Средозащитная функция лугов проявляется в их особенно высокой устойчивости к воздействию антропогенных факторов. В регулировании водного баланса территории и гидрологических свойств окружающих ландшафтов важное значение отводится болотным экосистемам.

Изучение травяных экосистем российского Дальнего Востока носит эпизодический характер. Исследователи всегда отдавали предпочтение характеристике лесной растительности и их ресурсов. В обзорах по растительному покрову Дальнего Востока России и описаниях физико-географических условий показано участие лугово-болотных экосистем в формировании интро-, экстра- и орозональной растительности, дана характеристика их флористических и фитоценотических особенностей. Ранее мы указывали на более полную изученность лугово-болотной растительности в освоенных южных районах территории [2], где в специальном обзоре была приведена библиография основных монографических работ.

Углубленное изучение природной травяной растительности и агроценозов способствовало привлечению новых научных сил к фундаментальным исследованиям структурно-функциональных свойств этих экосистем и практическому обоснованию интенсификации использования ресурсов лугово-болотной растительности в хозяйственной деятельности человека. Заметно расширилась география этих работ, охватывающих не только южные районы региона, но и некоторые окраинные территории. Изменился качественный уровень монографических работ от традиционных маршрутных описательных исследований классической геоботаники и лугового кормопроизводства к комплексным многолетним стационарным наблюдениям, включающим методы экспериментальной экологии. Смелее стали привлекаться к изысканиям специалисты смежных научных направлений, что благоприятно отразилось на расширении и интеграции исследований, укреплении научного потенциала, практической значимости разработок и новейших технологических приемов. Существенный вклад в продолжение углубленного накопления экологической информации о травостоях в различных районах региона внесли материалы монографий и сборников более позднего периода [3…9].

Для количественной сравнительной характеристики структуры и жизнедеятельности различных экосистем наиболее приемлема оценка их биомассы. Способность биотических компонентов экосистем создавать органическое вещество отражает их функциональные свойства, потенциальные возможности и степень устойчивости. В полной мере эти качества относятся и к травяным сообществам, где фитомасса имеет важное хозяйственное значение в качестве кормовых ресурсов. Изучая экологию травяной растительности в приокеанических районах Дальнего Востока России, мы уделяли внимание динамике нарастания органической продукции, структуре надземной и подземной фитомасы [8, 10…12]. При этом параметры продукционных процессов автотрофов и количественное соотношение органической массы измеряли на основе наиболее трудоёмкого и одновременно универсального энергетического подхода, отражающего организацию экосистем. Запасы энергии в фитомассе и удельную теплоту сгорания органического вещества анализировали прямым калориметрированием [8].

Очередным этапом продолжения наших научных исследований стало расширение их географии в западном направлении (материковые районы региона). Основное внимание сосредоточили на травяных экосистемах, как важном биологическом ресурсе комплексного использования и функционального назначения (в луговом кормопроизводстве и с ландшафтообразующими, водоохранными, почвозащитными и ресурсосберегающими свойствами). Первые результаты изучения биопродукционных параметров травостоев южной материковой части российского Дальнего Востока были представлены нами ранее [5, 13…15].

Характеристике запасов сырой и абсолютно сухой надземной фитомассы 60 основных типов монодоминантных травостоев на суходольных, влажных, сырых и заболоченных местообитаниях этого региона мы изложим в отдельной публикации [16].

Настоящая работа включает исследования травостоев различной типологической принадлежности, неоднородного флористического состава, ценотической структуры и экологической приуроченности. Цель изучения продукционной деятельности травяных экосистем - сравнительный анализ потенциальных возможностей фитоценозов, определение их роли в формировании биологических ресурсов территории и оценка изменчивости и устойчивости сообществ в зависимости от условий среды. При реализации практических задач использовали методические приёмы, описанные нами ранее. Для учета подземной органической продукции применяли метод почвенных монолитов размером 0,25 х 0,25 м послойно, через каждые 10 см в 3-кратной повторности. Для определения содержания воды в фитомассе и абсолютно сухого вещества навески образцов по 100 г доводили до постоянной массы в сушильном шкафу. Укосы выполняли в различных районах региона, в разные по погодным условиям годы и периоды вегетации. Сравнительную оценку запасов надземной фитомассы осуществляли в период максимального развития травостоев. Количество органической продукции в подземных органах измеряли в конце вегетационного периода один раз за сезон.

Результаты наблюдений представлены в табл. 1.

травостой флористический экологический ценотический

Таблица 1

Запасы надземной фитомассы и воды травостоев на разных экотопах

Максимальное количество сырой надземной продукции отмечено у разнотравно-вейниковых травостоев (2513 гм-2), минимальное - у разнотравно-зубровковых на суходольных биотопах (687 гм-2). У монодоминантных сообществ в аналогичных местообитаниях производительная способность оказалась выше [16]. Варьирование параметров абсолютно сухой надземной органической продукции составило 223…687 гм2 (осоково-разнотравно-вейниковые и арундинелло-разнотравные травостои). Амплитуда изменчивости сухой фитомассы монодоминантных сообществ характеризуется более широкими пределами (183…1494 гм-2). Запасы воды в надземной части травостоев составили 412…1935 гм-2, что соответствует 58…79 % от сырой массы растений. В целом изменение содержания воды в надземных органах растений в период их максимального развития колебалось 58…70 % на сухих биотопах, 65…77 % - на сырых и влажных и 70…79 % на заболоченных участках. У травостоев с простым флористическим составом и ценотическим строением подобные показатели изменялись 53…89 % (от сырой массы растений) [16].

При сравнении результатов оценки запасов надземной фитомассы травостоев с урожайностью соответствующих сенокосных угодий напрашивается заключение о высокой разнице между этими показателями. При уборке сена естественных травостоев его влажность для последующего хранения доводится до 17…20 % и ниже. Следовательно, масса урожая всегда выше, чем аналогичные образцы абсолютно сухой продукции. Например, урожайность сенокосов 10…25 цга-1 соответствует абсолютно сухой массе травы 83…207 гм-2. Таким образом, биологические свойства луговых трав значительно превышают (в 3…4 раза) ту часть ресурсов, которые учитываются при заготовке сена с природных кормовых угодий. Существующая диспропорция объясняется низким уровнем технологической культуры эксплуатации угодий, высокими потерями урожая при уборке, транспортировке и хранении сена. Имеет место утрата урожая при катастрофических (тайфунных) ливнях и наводнениях второй половины лета, характерных для районов с муссонным климатом, когда уничтожаются не только грубые корма, но и продукция растениеводства. Последнее определение относится в первую очередь к пойменным угодьям низкого уровня, при этом суходольные местообитания своего высокого продукционного потенциала не теряют. Следует напомнить, что максимальное биологическое разнообразие флористического состава (до 70 видов) суходольных лугов (у травостоев низинных биотопов - не более 10 видов) обеспечивает высокие кормовые достоинства урожая сена.

Для объяснения своеобразия функционирования лугово-болотных экосистем региона были выполнены в разные годы специальные измерения общей фитомассы некоторых сообществ в условиях различной влагообеспеченности. Некоторые результаты изучения надземной, подземной и общей фитомассы мы впервые представили в двух солидных зарубежных монографиях по экологии биомов Земли в 1991 и 1993 гг. [14, 17]. Развивая перспективное направление биопродукционных исследований травяных экосистем, для оценки фитомассы выбрали 23 сообщества, формирующие полноценный экологический ряд (табл. 2).

Таблица 2. Запасы фитомассы различных травостоев, г•м-2 абсолютно сухого вещества

Максимальная общая и подземная абсолютно сухая фитомасса отмечена у монодоминантных травостоев веероцветника (мискантуса сахароцветкового) на сухих биото- пах - 3972 и 2702 гм-2 соответственно. Минимальная сухая органическая продукция обнаружена у осоково-вейниковых травостоев на влажных и сырых местообитаниях (594 и 330 гм-2). Отношение надземной массы к подземной меняется в пределах экологического ряда травостоев от 1:1 до 1:5 (от сырых к сухим биотопам). Подобная закономерность отражает биологические свойства сообществ, когда увеличению экологической толерантности растений способствует накопление органической продукции в подземных органах. В критические периоды развития сообществ эта часть биомассы обеспечивает высокую устойчивость их жизнедеятельности и выживание доминирующих видов.

В поле нашего внимания на суходольных биотопах были включены сообщества, представляющие региональную специфику растительного покрова в муссонной части территории - остепненные луговые группировки. Эти фитоценозы имеют здесь фрагментарное распространение, максимально угнетены антропогенным воздействием и несут выраженные черты реликтовости. Они сформированы травостоями оригинального флористического состава с доминированием или с участием двух основных злаков - арундинеллы аномальной (тростянки) и тонконога гребенчатого (келерии). Монодоминантные травостои арундинеллы и тонконога запасают в надземной части 470…496 гм-2 абсолютно сухой органической продукции. При этом содержание воды в зеленой массе составляет 59 %. Сообщества с участием или преобладанием этих растений накапливают в надземных органах от 251…687 гм-2 абсолютно сухой фитомассы. Запасы воды в сырой фитомассе травостоев сложного состава оказались выше (60…69 %), чем у простых монодоминантных ценозов. Последнее обстоятельство объясняется наличием в флористическом составе группировок разнотравных мезофитов. Соотношение надземной и подземной органической продукции у остепненных группировок (см. табл. 2) арундинеллы (1:3) и тонконога (1:4), оказалось значительно меньше, чем у типичных степных и луговостепных травостоев (от 1:8 до 1:30) в составе зональных или высотнопоясных типов растительности. Следовательно, структура фитомассы остепненных группировок не характерна для растительности степных биомов. Отношение надземной продукции к подземной у изученных травостоев соответствует структурным свойствам луговых мезофитов в условиях неустойчивого водоснабжения на сухих местообитаниях. Это заключение не противоречит нашим выводам об отсутствии характерных региональных ксерофильных признаков у основных представителей остепненных группировок.

На основе результатов изучения запасов фитомассы лугово-болотных травостоев можно сделать вывод об особых биологических свойствах растений различных фитоценозов, обеспечивающих устойчивую жизнедеятельность, максимальную производительность и высокую первичную продукцию. Важнейший абиотический компонент процесса функционирования растений - вода, запасается травостоями в объёме, необходимом для воспроизводства максимального количества органической массы. Большая продуктивность некоторых сообществ при недостаточном водоснабжении указывает на широкую экологическую амплитуду растений и их надежные потенциальные свойства. Большой эколого-биологический потенциал травостоев не используется в полной мере при утилизации их ресурсов в качестве кормовых угодий.

Библиографический список

1. Белая, Г.А. Экология доминантов камчатского крупнотравья [Текст] / Г.А. Белая. - М.: Наука, 1978. 124 с.

2. Морозов, В.Л. Предисловие [Текст] / В.Л. Морозов //Экология, продуктивность и генезис травяных экосистем Дальнего Востока. - Владивосток: ДВО АН СССР, 1990. С. 3-5.

3. Ахтямов, М.Х. Пойменные луга Среднеамурской равнины: (Синтаксономия, динамика, экологическая физиология) [Текст] / М.Х. Ахтямов, С.М. Кремлёв, Е.Г. Ким. - Владивосток: ДВО АН СССР, 1990. 128 c.

4. Экология, продуктивность и генезис травяных экосистем Дальнего Востока [Текст] /Под ред. В.Л. Морозова. - Владивосток: ДВО АН СССР, 1990. 156 с.

5. Белая, Г.А. Структура и функционирование высокопродуктивных травяных экосистем [Текст] / Г.А. Белая. - Владивосток: ДВО АН СССР, 1991. 272 с.

6. Вашковец, В.И. Интенсификация лугового кормопроизводства Дальнего Востока [Текст] / В.И. Вашковец. - Хабаровск: кн. изд-во. - 2-е изд., 1992. 130 с.

7. Кремлёва, Е.Ю. Углекислотный газообмен растений поймы Среднеамурской равнины [Текст] / Е.Ю. Кремлёва, С.М. Кремлёв. - Хабаровск: ИВ и ЭП ДВО РАН, 1992. 177 с.

8. Морозов, В.Л. Феномен природы - крупнотравье [Текст] / В.Л. Морозов. - М.: Наука, 1994. 228 с.

9. Ахтямов, М.Х. Синтаксономия луговой растительности бассейна реки Амур [Текст] / М.Х. Ахтямов. - Владивосток; Хабаровск: Дальнаука,1995. 200 с.

10. Морозов, В.Л. Запасы надземной и подземной фитомассы крупнотравья на Сахалине [Текст] / В.Л Морозов // Ботан. журн. 1978. Т. 63. № 3. С. 381-387.

11. Морозов, В.Л. Биологическая продуктивность луговых сообществ Дальнего Востока (приокеанические районы) [Текст] / К.Д. Степанова, Г.А. Белая, Н.Н. Качура, В.Л. Морозов, А.И. Сокирка. - М.: Наука, 1981. 228 с.

12. Морозов, В.Л. Продуктивность дальневосточного крупнотравья [Текст] / В.Л. Морозов, Г.А. Белая // Экология, продуктивность и генезис травяных экосистем Дальнего Востока. - Владивосток: ДВО АН СССР, 1990. С. 62-86.

13. Белая, Г.А. О водном режиме луговых трав южного Приморья [Текст] / Г.А. Белая, В.Л. Морозов // Бюл. МОИП, отд. биол, 1986. Т. 91. Вып. 2. С. 133-143.

14. Morozov, V.L. Zonobiom 6 in Fernen Osten der USSR [Текст] / V.L. Morozov, G.A. Belaya // Walter H., Breckle S. - W. Okologie der Erde: geobiosphare. Bd 4. Okologie der gemassigten und arkischen Zonen ausserhalb Euro - Nordasiens. - Stuttgart: Gustav Fischer Verlag, 1991. S. 326-339.

15. Белая, Г.А. Луговая и болотная растительность Приханкайской равнины: экология и охрана [Текст] / Г.А. Белая // Проблемы сохранения водно-болотных угодий международного значения: озеро Ханка: труды научно-практической конференции. - Спасск-Дальний, 1995. С. 33-34.

16. Белая, Г.А. Урожайность сенокосов и фитомасса травяных экосистем российского Дальнего Востока [Текст] / Г.А. Белая, В.Л. Морозов // Роль мелиорации и водного хозяйства в реализации национальных проектов. - М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2008. С. 35-40.

17. Morozov, V.L. Zonobiom 4 in Far East of USSR [Текст] / V.L. Morozov, G.A. Belaya // Walter H. O., Breckle S. - W. Ecological systems of the geobiosphare. - Berlin e. a.: Springer, 1993. Vol. 4. P. 320-333.

Размещено на Allbest.ur