Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 911.2+504.54

Индикаторы антропогенной трансформации широколиственных лесов (на примере днепровско-сожского ландшафтного района)

А.П. Гусев, А.С. Соколов

На территории Белоруссии широколиственные леса занимают около 4% лесопокрытой площади и представлены дубовыми, ясеневыми, кленовыми, липовыми, грабовыми, а также широколиственно-черноольховыми фитоценозами. Преобладают среди широколиственных лесов дубравы, занимающие 3,3% лесных площадей. Они играют значительную роль как источники биологических ресурсов (ценной древесины, плодово-ягодных растений, лекарственных растений, орехоплодных растений, дубильного сырья), местообитания охраняемых растений и животных, охотничьей фауны и др.

Дубовые леса подвергаются различного рода антропогенным воздействиям: вырубкам, воздействиям промышленных выбросов, мелиоративному, пирогенному, пасквальному воздействию. Следствием этого воздействия является снижение площади земель, занятых дубравами, которая за последние 35 лет сократилась на 30%. Одним из них основных видов антропогенного воздействия является рекреационная нагрузка, представляющая собой комплекс негативных процессов, происходящих вследствие воздействия отдыхающих людей на природные экосистемы: механические воздействие на растения, уплотнение почвы, изменение светового режима, привнос чужеродных элементов, развитие негативных экзогенных геологических процессов и т.д.

Рекреационной нагрузке подвержены значительные площади дубовых лесов, что вызывает необходимость разработки системы индикаторов их трансформации, необходимых для быстрой и надежной диагностики состояния экосистем и ведения его мониторинга с целью предотвращения деградации этих ресурсов и сохранения их генофонда, видового разнообразия, способности к самовосстановлению [1, 9 и др.].

Целью работы является изучение индикаторов состояния широколиственных лесов, находящихся в условиях рекреационного использования. Объектом исследования были экосистемы ненарушенных дубрав и их рекреационные модификации. Работы проводились в 2002-2005 гг. на территории Днепровско-Сожского района плосковолнистых аллювиальных террасированных и плоскогривистых пойменных ландшафтов с сосновыми, дубовыми, коренными мелколиственными лесами на болотах, лугами [6]. Днепровско-Сожский район захватывает юго-восточную часть территории Беларуси, доходя до правобережья реки Днепр, и входит в состав Полесской ландшафтной провинции. Основными родами ландшафтов Днепровско-Сожского района являются аллювиальные террасированные ландшафты, занимающие 57% его площади. Лесные формации представлены сосновыми (55%), мелколиственные производные (13%), мелколиственными коренными на болотах (14%), широколиственными (10%) и широколиственно-сосновыми (8%).

Основой применявшийся метод исследования - метод пробных площадей, которые закладывались на участках, различающихся по степени рекреационной нагрузки. На них проводилось описание растительных сообществ по стандартным фитоценотическим методикам [8, 11]. Определялась плотность древостоя, высота и диаметр стволов, плотность, видовой состав и высота естественного возобновления и подлеска. В качестве показателей обилия видов напочвенного покрова применялись классы постоянства (I - до 20%, II - 20-40%, III - 40-60%, IV - 60-80%, V - более 80%) и проективного покрытия [7] (+ - до 1%, 1 - 1-5%, 2 - 5-15%, 3 - 15-25%, 4 - 25-50%, 5 - более 50%).

Изучение почвенного профиля, литологической основы и гидрогеологических условий проводилось с помощью шурфов глубиной 1,5-2 метра. Определялся уровень грунтовых вод, мощность влажность, цвет почвенных горизонтов.

Одним из главных факторов, определяющих величину рекреационной нагрузки на лесные экосистемы, является расстояние от жилых массивов, дачных участков, санаторно-профилакторных и туристических учреждений. Весь градиент рекреационной нагрузки был разбит на три класса; этим классом соответствуют три группы описанных экосистем:

- экосистемы, непосредственно примыкающие к жилым массивам и другим местам концентрации отдыхающих, подверженные наибольшей рекреационной нагрузке; (выбитые дубравы);

- экосистемы, расположенные на некотором отдалении (500-1000 м) от жилых массивов, характеризующиеся умеренной рекреационной нагрузкой (олуговевшие дубравы);

- экосистемы, расположенные на значительном (более 2 км) удалении от жилых массивов (фоновые дубравы).

Изменения основных компонентов экосистем по градиенту рекреационной нагрузки представлены в табл. 1.

Фоновые (ненарушенные и условно ненарушенные) экосистемы, представленные дубравами кисличным и дубравами снытевыми, характеризуются развитым древесным ярусом, подлеском и естественным возобновлением. В составе первого древесного яруса (высотой 20-28 м) преобладает Quercus robur L. (с примесью Fraxinus excelsior L., Alnus glutinosa (L.) Gaertn., Acer platanoides L.), в составе второго (8-15 м) - Carpinus betulus L. (более 60%), Tilia cordata Mill, Acer platanoides L., Fraxinus excelsior L., Ulmus scabra Mill. Подрост (плотность 3-8 тыс. шт./га) состоит в основном из Acer platanoides L., Carpinus betulus L., Tilia cordata Mill., Ulmus scabra Mill. В подлеске доминирует Corylus avellana L. (более 60%), также присутствуют Frangula alnus Mill. (12%), Padus racemosa (Lavn.) Borkh. (7%), Euonymus verrucosa Scop., Sorbus aucuparia L. и др. Напочвенный покров составляют виды Aegopodium podagraria L. (показатель обилия V.4), Anemone nemorosa L., Galeobdolon lieteum Huds., Polygonatum multiflorum (L.) All. (их обилие V.2), Acarum europaeum L. (IV.2), Glechoma hederacea L., Athyrium filix-femina (L.) Roth., Stellarium nemorum L. (IV.1), Milium effusum L., Oxalis acetosella L., Majanthemum bifolium (L.) Fr. Schmidt, Asperula odorata L., Convallaria majalis L., Geum rivale L., Urtica dioica L. (III.1), Paris quadrifolia L. (II.+) с незначительной примесью других видов.

индикатор рекреационный почвенный гидрогеологический

Таблица 1. Изменение характеристик дубовых лесов при возрастании рекреационной нагрузки

Воздействие рекреационного пресса приводит к трансформации всех компонентов экосистем дубовых лесов и к появлению производной - олуговевшей - экосистемы на месте коренной. Трансформация коренной экосистемы сопровождается уменьшением плотность первого древесного яруса и исчезновение второго, уменьшением плотности естественного возобновления и подлеска (соответственно в 3,0 и 1,7 раза) и изменением их видового состава. В естественном возобновлении доминируют Populus tremula L. и Betula pendula Roth., что связано с их высокой способностью к вегетативному размножению [4, 10]. Этой же причиной объясняется и высокая доля Rubus idaeus L. в составе подлеска (21,6%). Доминирует же в этом ярусе Frangula alnus Mill. (42,5%); Sorbus aucuparia L. и Corylus avellana L. составляют соответственно 14,1 и 12,3%.

В напочвенном покрове резко сокращается покрытие типичных лесных видов и возрастает покрытие луговых злаков. В травяном покрове олуговевших дубрав доминируют Calamagrostis epigeios (L.) Roth (обилие V.4), Convallaria majalis L. (V.3), Crepis tectorum L. (IV.2), Achillea millefolium L., Lysimachia vulgaris L., Potentilla erecta (L.) Rausch (их обилие IV.1). Кроме того, присутствуют Agrostis tenuis Sibth., Bromus tectorum L., Galium verum L., Genista tinctoria L., Fragaria vesca L. (III.1), Veronica chamaedrys L., Carex pilosa Scop., Viola canina L. (III.+), Deschapsia cespitosa (L.) Beauv. (II.1), Galium mollugo L., Chamaenerion angustifolium (L.) Scop., Hupericum perforatum L. (II.+) и другие виды.

Существенную трансформацию претерпела также экологическая структура травяного яруса. Если в фоновых дубравах преобладали теневыносливые и мегатрофы (соответственно 78,1 и 76,8% от всех видов травяного яруса), а олиготрофов и светолюбивых не было совсем, то уже в дубравах олуговевших светолюбивые начинают преобладать (60,0%), а тенелюбивые исчезают. Соотношение экологических групп по отношению к трофности почв меняется в пользу мезотрофов (76,9%), в травяном ярусе появляются олиготрофы (8,6%). Спектр экологических групп по отношению к влажности имеет тенденцию к ксерофитизации: в фоновых дубравах преобладают мезофиты (82,1%) и отсутствуют ксеромезофиты, тогда как в олуговевших доля ксерофитов достигает 17,4%, соответственно, уменьшается доля гигромезофитов (8%).

Таблица 2. Изменение спектра жизненных форм при возрастании рекреационной нагрузки

Выбитые дубравы, прилегающие к жилым кварталам, турбазам, санаториям и дачным массивам, являются наиболее трансформированной модификацией дубовых лесов. Естественное возобновление осталось в незначительном количестве и представлено в основном Betula pendula Roth. и Populus tremula L. Подлесок полностью исчезает. В напочвенном покрове лесные виды представлены единично; покрытие луговых, доминировавших в условиях умеренно нарушенной модификации, также значительно снизилось. Преобладают здесь представители сорного разнотравья, устойчивые к вытаптыванию: Plantago major L., Poa annua L., Trifolium repens L. (показатель их обилия V.2), Taraxacum officinalis Web. (V.1). Кроме того, в меньших количествах присутствуют Polygonum aviculare L., Prunella vulgaris L. (II.1), Leontodon autumnalis L., Ranunculus repens L., Elytrigia repens (L.) Nevski, Achillea millefolium L. (I.1), Geum urbanum L. (III.+) и др. Экологическая структура травяного яруса характеризуется дальнейшим увеличением доли светолюбивых видов (до 73,2% от всех видов яруса) и некоторым увеличением доли мегатрофов (до 23,2%) по сравнению с олуговевшей модификацией, что связано с привнесением в почву органических загрязнителей отдыхающими. В спектре экологических групп по отношению к влажности уменьшается доля ксерофитов (7,7%) и увеличивается доля мезофитов (83,6%).

Одним из последствий антропогенной нагрузки на леса является нарушение естественного ходя сукцессии, что отражается на возрастных спектрах ценопопуляций деревьев. Изменения ценопопуляций растений в антропогенно нарушенных лесах имеет большое индикационное значение. Эти изменения проявляются в утрате полночленности и смене типа возрастной структуры [2, 3, 5].

Для выяснения изменений ценопопуляций древесных пород в ходе рекреационной трансформации можно проанализировать их онтогенетические спектры. В онтогенетическом спектре выделено 4 возрастных периода: ювенильные (j) - к ним отнесены всходы и подрост менее 1 м; имматурные и взрослые виргильные (im-v); генеративные (g); сенильные (s).

Рекреационное воздействие в сочетании с выпасом скота и пожарами вызывает нарушание процессы самовозобновления широколиственных пород, что ведет к формированию березового или осинового подроста на фоне постепенной деградации (усыхания и изреживания) дубового древостоя (онтогенетический спектр ценопопуляции дуба смещен в сторону старения). Снижения уровня нагрузки или ее прекращение ведет к интенсивному развитию березово-осиновых зарослей и в последующем - к формированию второго древесного яруса из мелколиственных пород. Аномальный онтогенетический спектр, индицирующий указанный процесс приведен в таблице 3.

Таблица 3. Онтогенетические (возрастные) спектры ценопопуляций основных видов деревьев (в % от числа особей данного вида) дубравах, подверженных рекреационному воздействию

Примечание. Дв - дубравы выбитые; Дзл - дубравы олуговевшие; Дф - дубравы фоновые.

Основными индикаторами степени рекреационного воздействия и состояния нарушенной экосистемы, исходя из вышеизложенного, будут являться следующие показатели. Плотность естественного возобновления и подлеска снижается с уменьшением расстояния до жилых массивов, одновременно меняется их видовой состав. Типичные лесные виды (Acer platanoides L., Carpinus betulus L., Tilia cordata Mill.) исчезают уже в условиях умеренной рекреационной нагрузки, их место занимают Populus tremula L. и Betula pendula Roth. Одновременно в олуговевших дубравах несколько повышается плотность Quercus robur L. по сравнению с ненарушенными экосистемами, что обусловлено уменьшением конкуренции со стороны других лесных видов, разреживанием древостоя, увеличением освещенности. Подлесок характеризуется значительным (в 5 раз) уменьшением доли Corylus avellana L. и увеличением доли Frangula alnus Mill., доминирующей в условиях олуговевшей дубравы, и Rubus idaeus L. С усилением нагрузки уменьшаются и показатели разнообразия древесно-кустарниковой растительности - видовое богатство и индекс разнообразия Шеннона.

К основным диагностическим признакам рекреационной трансформации можно отнести смену также типичных лесных видов злаками и травами, характерными для луговых экосистем. Доля злаков в травяном покрове умеренно нарушенной экосистеме составляет 40-50%. В условиях выбитой дубравы луговые виды уже не выдерживают антропогенной нагрузки и сменяются сорными видами (доля злаков на этой стадии не превышает 10-20%). Характерной особенность трансформации напочвенного покрова является также увеличение видового богатства в умеренно нарушенных дубравах. Экологическая структура напочвенного покрова имеет тенденцию к повышению доли светолюбивых видов, мезотрофов и ксерофитизации.

Помимо изменения характеристик отдельных ярусов, индикацию можно проводить и с помощью комплексных индикаторов, характеризующих сообщество в целом. К таким индикаторам можно отнести, прежде всего, биологический спектр жизненных форм (по Раункиеру), а также представленность в сообществах диагностических видов классов растительности эколого-флористической классификации Браун-Бланке [12, 13].

Изменение соотношения жизненных форм (табл. 2) отражает изменение условий существования сообщества. Фоновые экосистемы характеризуются повышенной долей фанерофитов, органы возобновления которых слабо приспособлены для существования в условиях антропогенной нагрузки. В умеренно нарушенных рекреацией экосистемах их доля снижается, и преобладать начинают гемикриптофиты, что характерно для луговых экосистем. Ухудшение условий существования экосистем, прилегающих к жилым массивам, обуславливает повышение доли терофитов и гемитерофитов (до 15-25%), в силу их приспособленности к высоким нагрузкам и направлением основной статьи расхода энергии на размножение.

Усиление нагрузки также сопровождается внедрением в сообщество видов луговых и синантропных классов растительности, соотношение которых также может свидетельствовать об уровне синантропизации и трансформированности экосистем (табл. 4). В ненарушенных дубравах доминируют представители лесных классов - Querco-Fagetea Br.-Bl. et Vlieger 1937 in Vlieger 1937 em. Klika 1939 (более 60%), в меньшей степени - Vaccinio-Piceetea Br.-Bl. in Br.-Bl., Siss. et Vlieger 1939 и Alnetea glutinosae Br.-Bl. et Tx. ex Westhoff et al. 1946 (до 10%). Особенностью олуговевших дубрав является снижение участия видов лесных классов и внедрение видов классов Molinio-Arrhenatheretea R.Tx. 1937 em. R.Tx. 1970 (луговая растительности) и Epilobietea angustifolii R.Tx. et Prsg. in R.Tx. 1950 (растительность лесных вырубок и гарей), обладающие наибольшей представленностью (в сумме более 25%). Также внедряются виды синантропных классов - Artemisietea vulgaris Lohm., Prsg. et Tx. in Tx. 1950 em Kopecky in Hejny et al. 1979, Chenopodietea Br.-Bl. 1952 em. Lohm. J. et R.Tx. 1961 ex Matusz. 1962, Agropyretea repentis Oberd., Th. Muller et Gors in Oberd. et al. 1967. В выбитых дубравах представленность классов Molinio-Arrhenatheretea и Epilobietea angustifolii снижается. Преобладают в таких условиях виды класса Plantaginetea majoris R.Tx. et Prsg. in R.Tx. 1950. Представленность видов лесных классов в выбитых дубравах не превышает 5-10%.

Таблица 4. Изменение уровня представленности диагностических видов классов растительности в экосистемах

Таким образом, индикаторами состояния экосистем широколиственных лесов, находящихся в условиях антропогенного воздействия, а также интенсивности этого воздействия будут являться как характеристики отдельных ярусов (онтогенетический спектр популяций древесных растений, плотность и видовой состав естественного возобновления и подлеска, видовой состав и экологическая структура травяного покрова, показатели разнообразия ярусов), так и комплексные показатели (биологический спектр жизненных форм и представленность диагностических видов различных классов растительности). Описанные закономерности трансформации лесных экосистем и выявленные индикаторы могут использоваться для проведения лесного экологического мониторинга, являющегося частью общей системы мониторинга природной среды. Степень нарушенности лесных экосистем можно определять путем сравнения их характеристик с характеристиками описанных модификаций.

Литература

1. Гусев А.П. Ландшафтно-экологическая индикация техногенных нарушений лесных геосистем. - Гомель: ГГУ, 2000. - 55 с

2. Гусев А.П. Сукцессии лесных экосистем и их индикационное значение (на примере Днепровско-Сожского ландшафта) // Экологические проблемы Полесья и сопредельных территорий: Материалы VI Международной научно-практической конференции, Гомель, октябрь 2004 года. - Гомель, 2004. - С. 80-86.

3. Злобин Ю.А. Ценопопуляционная диагностика экотопа // Экология. - №2. - 1980. - С. 22-30.

4. Казанская Н.С., Ланина В.В., Марфенин М.М. Рекреационные леса. - М.: Лесная промышленность, 1977. - 96 с.

5. Крайнюк Е.С. Структура травяного покрова сосновых лесов южного берега Крыма в условиях рекреации // Бюл. ГБС. - 2003. - Вып. 186. - С. 64-72.

6. Ландшафты Белоруссии /под ред. Г.И. Марцинкевич и Н.К. Клицуновой. - Мн.: Университетское, 1989. - 239 с.

7. Миркин Б.М., Розенберг Г.С., Наумова Л.Г. Словарь понятий и терминов современной фитоценологии. - М.: Наука, 1989. - 223 с.

8. Программа и методика биогеоценологических исследований. - М.: Наука, 1974. -403 с.

9. Таран И.В., Спиридонов В.Н., Беликова Н.Д. Леса города. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. - 196 с.

10. Таран И.В., Спиридонов В.И. Устойчивость рекреационных лесов. - Новосибирск: Наука, 1977. - 179 с

11. Федорук А.Т. Ботаническая география. - Мн.: БГУ, 1976. - 224 с.

12. Braun-Blanquet J. Pflanzensociologie. - Wien - New York, 1964.

13. Matuszkiewicz W. Przewodnik do oznaczania zbiorowisk roњlinnych Polski. - Warszawa: PWN, 2001.

Размещено на Allbest.ru