Долговременные наблюдения на стационарных площадках в северной части Волго-Ахтубинской поймы (1973-2019 гг.)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Долговременные наблюдения на стационарных площадках в северной части Волго-Ахтубинской поймы (1973-2019 гг.)

А.В. Чувашов

М.В. Мальцев2

В статье подведены результаты многолетних геоботанических наблюдений на ключевых участках в северной части Волго-Ахтубинской поймы.

Ключевые слова: долина Нижней Волги, регулирование водного стока, ксерофитизация растительности.

Chuvashov A.V., Maltsev M.V., Nikolaychuk L.F., Golub V.B. Long-term permanent plot observations in the northern part of the Volga-Akhtuba floodplain (1973-2019). - The article summarizes the results of geobotanical observations in key areas in the northern part of the Volga- Akhtuba floodplain.

Key words: Lower Volga valley, regulation of water flow, xerophytization of vegetation.

После создания каскада гидроузлов к началу 70-х годов прошлого века в долине р. Волги сохранился лишь один крупный регион с естественной пойменной растительностью. Это Волго-Ахтубинская пойма и дельта р. Волги. Существование здесь в зоне полупустыни и пустыни азональных сообществ с луговой, болотной и лесной растительностью обусловлено регулярными специальными попусками воды в нижний бьеф Волгоградского гидроузла. Эти искусственные попуски заменили естественные половодья, которые отличались большей продолжительностью и более высоким подъемом уровня воды.

Недавно были подведены итоги многолетних наблюдений за динамикой растительности в Волго-Ахтубинской пойме на 8-ми ключевых участках, заложенных геоботаниками Всесоюзного аэрогеологического треста (ВАГТ) в 1958-Чувашов Андрей Викторович, инженер- исследователь, andrei.chuwashov@yandex.ru; Николайчук Людмила Федоровна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, ludalove987@gmail.com; Голуб Валентин Борисович, доктор биологических наук, vbgolub2000@mail.ru; Мальцев Михаил Васильевич, кандидат биологических наук, m_maltsev_biolog@rambler.ru 1959 гг. [1]. Анализ этих наблюдений охватывал период 1973-2012 гг. В 2019 г. удалось повторить учеты на 4-х из этих участков в северной части Волго-Ахтубинской поймы, результаты которых обсуждаются в данной статье. Как и в вышеупомянутой статье, нас, прежде всего, интересует вопрос: «Происходят ли в Волго-Ахтубинской пойме направленные изменения растительности, вызванные зарегулированием речного стока Волги»?

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

В 1959 г. геоботанической партией ВАГТ в северной части Волго-Ахтубинской поймы были заложены 4 стационарных участка: у ерика Семеновский (28 га), у озера Бабечье (52 га), у хутора Стасов (42 га), у хутора Никонов (35 га) (рис. 1). Первый участок расположен в Ленинском районе Волгоградской области, три остальных - в Ахтубинском районе Астраханской области. Все 4 участка по своей геоморфологии находятся в центральной части поймы, на их территории нет очень высоких грив. Они располагаются вдали от больших дорог и населенных пунктов.

Для каждого участка были составлены топографические карты в масштабе 1:2000, проведены почвенные и геоботанические изыскания.

Площадки, на которых в 1959 г. были сделаны почвенные разрезы и геоботанические описания, были нанесены на карты. Эти описания сохранились. После 1959 г. участки посещали в 1973, 1981, 2009, 2019 гг. Ориентируясь по картам, повторные геоботанические описания проводили в тех же местах, что и в 1959 г. В 2009 г. географические координаты площадок описаний на стационарных участках определяли и записывали с помощью GPS-приемника.

Описания, сделанные во все годы учетов, аккумулированы на основе программы TURBOVEG в базе данных Lower Volga Phyto- sociological Database, представленной в международных хранилищах геоботанических описаний [11, 12, 15].

Рис. 1. Схематическая карта района проведения полевых исследований:

звездочками показано расположение ключевых участков:

1 - у ерика Семеновский, 2 - у озера Бабечье, 3 - у хутора Стасов, 4 - у хутора Никонов

Всего при подготовке настоящей статьи сопоставляли описания, осуществленные на 75 учетных площадках. Следует заметить, что, к сожалению, геоботанические описания 1959 г. были неполные, поэтому, оценивая изменения флоры и состав растительных сообществ, мы сравнивали данные геоботанических описаний только последних четырех лет учетов.

Геоботанические описания в 1973 г. были сделаны в период 07.08 - 17.08, в 1981 г. - 13.08

17.08, в 2009 г. - 08.08 - 15.08., в 2019 г. - 20.0704.08.

Названия сосудистых растений даны по «Flora Europaea» [18]. Перед обработкой из описаний были удалены виды рода Cuscuta, мхи и лишайники, так как геоботаники не всегда их отмечали и правильно определяли. Некоторые виды растений, которые плохо различали между собой, были объединены в агрегации (agr.), а также понимались в широком смысле (s.l.) или как сумма таксонов: Alisma lanceolatum + A. plantago-aquatica, Bidens frondosa + B. tripartita, Carex acutiformis + C. melanostachya, Eleocharis palustris + E. uniglumis, Euphorbia esula s.l. = E. esula ssp. esu- la + E. esula ssp. tommasiniana, Lotus cornicula- tus agr. = L. corniculatus + L. corniculatus var. schoelleri + L. schoelleri x L. stepposus + L. step- posus + L. tenuis Phragmites australis s.l. =

Phragmites australis incl. Ph. australis subsp. chrysanthus, Polygonum sect. = P. arenarium + P. arenarium ssp. arenarium + P. arenastrum х P. patulum +P. aviculare + P. bellardii + P. neglec- tum + P. patulum + P. salsugineum, Rorippa palustris + R. brachycarpa, Scutellaria galericulata + S. hastifolia, Scirpus lacustris + S. hippolyti, Solanum dulcamara + S. kitagawae, Xanthium stru- marium s.l. = Xanthium strumarium ssp. stru- marium x X. strumarium ssp. italicum + X. strumarium.

Обилие растений в поле определяли в процентах проективного покрытия, которое при подготовке табл. 7 было переведено в баллы: + - менее 1%, 1 - 1-5%, 2 - 6-15%, 3 - 16-25%, 4 - 26-50% 5 - более 50%.

При анализе динамики флоры мы ограничили список видов только теми, встречаемость которых в геоботанических описаниях хотя бы в каком-либо году наблюдений равнялась или превышала 15%.

Для расчета экологических ступеней по шкалам Л.Г. Раменского (увлажнения, богатства и засоленности почвы, пастбищной дигрессии) применили «метод пересечения большинства интервалов» [9]. Последний основан на определении моды в статистическом ряду распределения чисел, входящих в диапазоны ограничительных ступеней экологических шкал[5].

Таблица 1

Среднемноголетние метеорологические и гидрологические показатели по г. Волгограду

Сравнение распределения совокупности описаний по ступеням показателей шкал Раменского, рассчитанных для каждого года наблюдений, проводили вначале по тесту Крас- кела-Уоллиса. Решался вопрос: относятся ли сопоставляемые группы к одной или к разным генеральным совокупностям? Когда нулевая гипотеза не подтверждалась (т. е., сопоставляемые выборки относились к разным генеральным совокупностям), сравнение выборок производили попарно с использованием теста Манна-Уитни [3, 6].

Состав растительных сообществ устанавливали и сравнивали с помощью программы TWINSPAN в среде JUICE [16, 17], также как это было сделано в статье, в которой анализировалась динамика растительности на этих участках за период 1973-2009 гг. [2]. Программой TWINSPAN обрабатывали общую совокупность описаний за четыре года: 1973, 1981, 2009, 2019 (всего 300 геоботанических описаний).

Дополнительно к экологическим шкалам Раменского для выявления направления изменений растительности применили DCA- ординацию геоботанических описаний с помощью встроенного в пакет программ JUICE 7.0. модуля «Ordinations», взятого из программного пакета R-proj ect [19].

При всех статистических оценках величины считали достоверными, если p-значение соот ветствующей статистики не превышало уровень значимости 0.05.

Данные о метеорологических и гидрологических факторах получены в органах гидрометеослужбы. За объем половодий мы условно принимали сток воды в створе Волгоградской ГЭС во втором квартале года, когда проводят специальные попуски в нижний бьеф гидроузла[7].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ

Факторы среды. Увлажнение северной части Волго-Ахтубинской поймы уменьшилось после зарегулирования водного стока Волги за счет сокращения объемов половодий. В годы учетов маловодными были 1973 г. и 2019 г.; самое высокое и длительное половодье было в 1982 г. Судя по гидротермическому коэффициенту по Г.Т. Селянинову, в последние два десятилетия увеличивается аридизации северной части Волго-Ахтубинской поймы (табл. 1 и 2).

После социальных преобразований, произошедших в России в конце прошлого века, поголовье скота, которое выпасается в пойме, в среднем уменьшилось, но интенсивность выпаса возросла около возникших маленьких частных ферм. Травостой лугов перестал полностью и регулярно скашиваться для заготовки сена по всей пойме. В годы наблюдений на участках экстремальная ситуация сложилась в 1973 г., когда при маломощном половодье в пойме находилось большое количество скота. В годы учетов на ключевых участках минимальное количество скота, выпасавшегося в пойме, было в 2009 г.

пойма геоботанический сток метеорологический

Таблица 2 Объем водного стока в створе Волгоградской ГЭС в годы учетов на ключевых участках, км

Флористический состав. Количество видов и их агрегаций, встречаемость которых хотя бы в одном из лет учетов достигала 15%, равнялась 53. Но поскольку нас интересует вопрос, имеют ли место в Волго-Ахтубинской пойме направленные изменения флоры и растительности, мы остановились на рассмотрении только тех видов и их агрегаций, встречаемость которых либо однонаправленно уменьшалась, либо постоянно увеличивалась (табл. 3, 4). Мы включили в эти таблицы также виды, которые за период наблюдений появились или исчезли на ключевых участках.

Таблица 3

Виды растений, направленно уменьшивших встречаемость или исчезнувших на ключевых участках (в %)

Таблица 4

Виды растений, направленно увеличивших встречаемость или появившихся на ключевых участках (в %)

Уменьшили представленность мезофиты Tragopogon brevirostris ssp. podolicus, Elymus repens и гигрофиты Phalaris arundinacea, Achillea cartilaginea. Исчезли к 2009 г. гигрофиты Eleocharis acicularis и Rumex hydrolapathum.

Увеличилась встречаемость ксерофита Artemisia pontica и двух видов гигро- мезофитного характера: Thalictrum flavum,

Phragmites australis s.l. На ключевых участках в 2009 г. появился Lycopus exaltatus, которого раньше здесь не отмечали. Распространение встречаемости последних трех крупных грубостебельных видов мы приписываем уменьшению регулярности и тщательности уборки травостоя лугов в последние два десятилетия.

Показатели экологических шкал Раменского. Как видно из табл. 5, показатели увлажнения по шкале Раменского нарастали от 1973 г. к 2019 г. Однако достоверно только в 2009 г. и 2019 г. эти показатели были выше, чем в 1973 г. Во всех остальных случаях они несущественно отличались друг от друга. Самый высокий показатель пастбищной дигрессии был в 1973 г.

и он был достоверно выше, чем в 1981 г. и 2019 г. (табл. 6). Следует отметить, что между показателями шкал Раменского увлажнения и пастбищной дигрессии за все годы наших учетов имеется достоверная отрицательная корреляция. В среднем она составляет (-33). Т.е., чем больше пастбищная дигрессия, тем более вероятно, что местообитание будет более сухим.

Таблица 5 Среднее значение показателей шкал Раменского

Таблица 6

Достоверные (+) и недостоверные (-)различия распределения учетных площадок по ступеням шкал Раменского, оцененные тестом Манна-Уитни

Растительные сообщества. Характеризуя в целом результаты обработки совокупности описаний программой TWINSPAN, можно отметить, что группы учетных площадок оказались в основном расположены вдоль двух связанных между собой градиентов: увлажнения и пастбищной дигрессии (табл. 6). Слева направо в этой таблице увлажнение падает, пастбищная дигрессия возрастает.

С помощью программы TWINSPAN было установлено 9 групп пробных площадок.

Группа 1. Местообитание прибрежноводной растительности с доминированием рогоза (Typha angustifolia). Было представлено на одной пробной площадке во все годы учетов.

Группы 2, 3, 4. Сообщества с доминированием осоки острой (Carex acuta). В 2009 г., когда в пойме было минимальное количество скота и остроосочники не выкашивались, эти фитоценозы были насыщены большим количеством «разнотравья» (группа 4).

Группа 5. Сырые луга с высокой представленностью ситняга болотного и одночешуйного (Eleocharis palustris + E. uniglumis). В маловодные годы (1973, 2019) встречаемость этих сообществ уменьшалась.

Группа 6. Сырые луга, в которых широко представлены грубые высокие растения: Stachys palustris, Euphorbia palustris, Phragmites australis, Carex acutiformis + C. melanostachya, Cirsium arvense, Lythrum virgatum, Asparagus officinalis. Чаще всего эти сообщества встречались в 2009 г., когда многие участки лугов были заброшены, их не косили по несколько лет, мало их также использовали и под выпас скота. Встречаемость фитоценозов этой группы несколько уменьшилась 2019 г., когда поголовье скота в пойме возросло.

Таблица 7

Синоптическая таблица сообществ, выделенных с помощью программы TWINSPAN

Примечания: 1) В таблице приведены только те виды, встречаемость которых в какой-либо группе достигает 25%. 2) Вертикальными линиями указаны разделители 1-4 порядков в соответствии с алгоритмом TWINSPAN. 3) Встречаемость видов приводится в %. 4) Надстрочными индексами указаны значения медианы в ранжированном ряду значимых показателей обилия растений, выраженных в баллах. 5) Полужирным шрифтом набраны виды и их агрегации, у которых балл обилия более 1.

Группа 7. Влажные луга с доминированием ситнягов (Eleocharis palustris + E. uniglumis) и костра безостого (Bromus inermis). Представленность этой группы в годы учетов флюктуировала. Меньше всего она была представлена в 2009 г., когда ее, в основном, заменили сообщества группы 6.

Группа 8. Луга свежелугового увлажнения с доминированием Bromus inermis и высокой константностью в травостое Galium verum, Carex praecox. В наибольшей степени в этой группе представлены такие сухолюбы как Eryngium planum, Potentilla bifurca, Artemisia pontica. Чаще всего 8-я группа встречалась в маловодном 1973 г., дополнительно характеризовавшимся высокой пастбищной нагрузкой.

Группа 9. Сухие луга с доминированием осоки узколистной (Carex stenophylla), участием полынями австрийской (Artemisia austriaca) и полевой (A. campestris ssp. campestris). Это сообщество появилось в 2009 г. на одной площадке на участке у оз. Бабечье на вершине гривы. Оно сохранилось и в 2019 г. В 1973 и 1981 гг. травостой этой площадки относился к фитоценозу 8-й группы.

DCA-ординация. Первая ось ординации является комплексной осью увлажнения и пастбищной дигрессии (рис. 2, табл. 8). Вдоль оси слева направо увлажнение увеличивается, пастбищная дигрессия местообитаний - уменьшается. Значения проекций геоботанических описаний на вторую ось ординации также (за исключением 2009 г.) обнаруживают небольшую отрицательную корреляцию с фактором увлажнения. Значения шкалы богатства и засоленности почвы лишь в 1981 г. (год мощного половодья) проявили достоверную связь с первой осью DCA-ординации.

обводят внешние границы «облаков» описаний,

сделанных в разные годы:

Собственное значение осей, характеризующее долю

общей информации: ось 1 = 0.31, ось 2 = 0.13

Таблица 8 Коэффициенты корреляции, рассчитанные между значениями координат геоботанических описаний относительно осей DCA-ординации и показателями шкал Раменского

Рис. 2. Диаграмма DCA-ординации геоботанических описаний учетных площадок: линии

Таблица 9 Средние значения проекций точек геоботанических описаний на оси DCA-ординации (x ср. ) и величины дисперсий этих проекций (у2)

Если судить по величине x ср., как по первой, так и второй оси, самым сухим годом с наибольшей пастбищной дигрессией был 1973 г. И действительно в этом году в годы наблюдений в пойме было много скота, а половодье было маломощным. Следует обратить внимание на рост в последние годы в большинстве случаев дисперсии проекций геоботанических описаний на обе оси DCA-ординации. Это выразилось в расширении «облаков» массивов геоботанических описаний в поле осей DCA- ординации. С экологической точки зрения, это значит, что увеличилось разнообразие растительных сообществ. Растянулся диапазон местообитаний вдоль фактора увлажнения. Водные местообитания с их сообществами сохранились, но появились более сухие, которых в 1973 г. и в 1981 г. не было.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несмотря на то, что показатели увлажнения по шкалам Раменского в 2009 г. и 2019 г. были выше, чем в 1973 г., это, по нашему мнению, не говорит об увеличении увлажнения поймы за счет гидрологических и метеорологических факторов в последние годы учетов. Происходит некоторая мезофитизация растительности в результате уменьшения пастбищной нагрузки и нерегулярной уборки травостоя на сено в последние два-три десятилетия. Разрастание бу- рьянистого высокотравья на лугах при прекращении их уборки на сено - обычный процесс в поймах рек России. Он сопровождается увеличением увлажнения поверхности почвы [1, 8, 9]. В долине Нижней Волги к этому бурьяни- стому высокотравью следует относить и тростник, который отрицательно реагирует на удаление надземной массы [4].

Можно сделать вывод, что в действительности на участках постепенно идут смены растительности в сторону увеличения представленности более сухолюбивых растительных сообществ. Это в первую очередь индицирует последовательное уменьшение встречаемости таких гигрофитов-многолетников как Achillea cartilaginea и Phalaris arundinacea и рост встречаемости ксерофита-многолетника - Artemisia pontica. Таким образом, отвечая на вопрос, идут ли на северных ключевых участках направленные изменения растительности после зарегулирования водного стока Волги, мы можем дать утвердительный ответ. Да, такие изменения в сторону ксерофитизации растительности здесь идут. Но они в определенной мере смягчены за счет уменьшения степени сельскохозяйственной эксплуатации этой территории, что ведет к противоположному процессу - мезофитизации растительности.

Кроме наблюдений в северной части поймы на ключевых участках ВАГТ, здесь же проводились учеты на стационарных трансектах Московского государственного университета (МГУ). В отличие от результатов геоботаниче- ских наблюдений, проведенных на трансектах МГУ [13, 14], на ключевых участках изменения растительности не столь значительны. Связано это с несколькими причинами. Первой является то, что все участки расположены в центральной части поймы, на которых нет очень высоких грив, представленных на трансектах. Эти гривы в наибольшей степени подверглись иссушению в результате снижения уровня подъема воды во время половодий после их зарегулирования.

Вторая причина - это удаленность ключевых участков от дорог и населенных пунктов. Трансекты МГУ проложены вдоль дорог, соединяющих села и города. Вблизи них выпас скота осуществляется с большей интенсивностью, а регулярность сенокошения выше, что способствует иссушению почвы. На ключевых участках действия этих факторов ослаблено.

Надо также иметь в виду, что детальные учеты состава растительных сообществ на трансектах МГУ были начаты раньше, а именно, в 1954-1955 гг. На ключевых участках ВАГТ - только в 1973 г. К этому году уже произошли значительные изменения состава растительности, вызванные зарегулированием водного стока р. Волги.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Андреев Н.Г. Луговедение. М.: Агропромиз- дат. 1985. 256 с.

Бармин А.Н., Бондарева В.В., Иолин М.М., Герасимова К.А., Голуб В.Б. Оценка динамики растительности на ключевых участках в северной части Волго-Ахтубинской поймы // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2015. Т. 24, № 4. С. 210-220.

Боровиков В.А. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере. 2-е изд. СПб.: Питер, 2003. 688 с.

Бармин А.Н., Голуб В.Б. Поучительный урок результатов эксплуатации тростниковых зарослей в дельте реки Волги // Изв. СамНЦ РАН. 2000. Т. 2, № 2. С. 295-299.

Голуб В.Б., Добрачев Ю.П., Пастушенко Н.Ф., Яковлева Е.П. О способах оценки экологических условий местообитаний по шкалам Л.Г. Раменского // Биологические науки. 1978. № 7. С. 131-136.

Глотов К.В., Животовский Л.А., Хованов Н.В., Хромов-Борисов Н.Н. Биометрия. Учебн. пособие. М.; Ижевск, 2005. 381 с.

Грин Г.Б. Попуски в нижние бьефы. М.: Энергия, 1971. 95 с.

Работнов Т.А. Луговедение. 2-е изд. М.: Изд. МГУ, 1984. 320 с.

Раменский Л.Г., Цаценкин И.А., Чижиков О.Н., Антипин Н.А. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову. М.: Гос. изд- во сельскохозяйственной литературы, 1956. 471 с.

Чувашов А. В., Николайчук Л.Ф., Голуб В.Б. Итоги многолетних наблюдений в Волго- Ахтубинской пойме на стационарных площадках Аэрологического треста // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2019. Т. 28, № 4. С. 76-90.

Bruelheide H., Dengler J., Jimйnez-Alfaro B.

et all. sPlot - a new tool for global vegetation analyses // Journal of Vegetation Science. 2019. V. 30. P. 161186.

Chytrя M., Hennekens S.M., Jimйnez-Alfaro B., Konollova I., Dengler J., Jansen F. et al. European Vegetation Archive (EVA): an integrated database of European vegetation plots // Applied Vegetation Science. 2016. V. 19. P. 173-180.

Golub V.B. Chuvashov A.V., Bondareva V.V., Gerasimova K.A., Nikolaichuk L.F. Changes in the

Flora Composition of the Volga-Akhtuba Floodplain after Regulation of the Flow of Volga River // Arid Ecosystems. 2020.V. 10, No. 1. P. 44-51.

Golub V.B. Chuvashov A.V., Bondareva V.V., Gerasimova K.A., Nikolaichuk L.F., Maltsev M.V. The results of long-term observations on stationary transects in the Volga-Akhtuba floodplain // Biology Bulletin. 2020. V. 47, No. 10. P. 31-38.

Golub V., Sorokin A., Starichkova K., Niko- laychuk L., Bondareva V., Ivakhnova T. Lower Volga Valley Phytosociological Database // Biodiversity & Ecology. 2012. V. 4. P. 419.

Hill M.O. TWINSPAN - a FORTRAN program for arranging multivariate data in an ordered two way table by classification of the individuals and the attributes. 1979. Ithaca; NY. 48 p.

Tkhя L. JUICE, software for vegetation classification // Journal of Vegetation Science. 2002. V. 13. P. 451-453.

Tutin T.G., Heywood V.H., Burges N.A., Valentine D.H., Walters S.M., Webb D.A. Flora Europaea on CD-ROM. Cambridge: Cambridge University Press. 2001.

Zelenя D., Tkhя L. Linking JUICE and R: New developments in visualization of unconstrained ordination analysis // 18th Workshop of European Vegetation Survey in Rome. Roma: La Sapienza Univerzita. 2009. P. 123.

Размещено на Allbest.ru