Введение
Растительность является одним из основных природных ресурсов Республики Калмыкия и используется преимущественно в качестве естественных кормовых угодий для животных. Природные кормовые угодья (ПКУ) представляют собой растительные сообщества, приуроченные к разным почвам и находящиеся на различных стадиях трансформации. Своеобразие растительного покрова территории республики определяется сочетанием комплекса природных условий и хозяйственной деятельности человека.
Специфическими особенностями аридных пастбищ и сенокосов являются занимаемые ими обширные территории, невысокие запасы корма и значительные колебания урожайности, как по сезонам года, так и в различные по метеорологическим условиям годы.
Развитие животноводства в Калмыкии в значительной степени определяется состоянием природных сенокосов и пастбищ. Как любой природный ресурс, естественные кормовые угодья Калмыкии на протяжении длительного времени их использования претерпевают качественные и количественные изменения. Эти изменения вызваны комплексом факторов, важнейшими из которых являются природные и социально-экономические.
Растительные сообщества не только создают кормовую базу животноводства, но и определяют экологическое состояние региона.
Рациональное использование природных ресурсов, адаптивное сельское хозяйство и охрана окружающей среды могут успешно реализоваться на основе знания закономерностей динамики растительного покрова, связанной с изменениями климата и деятельностью человека.
Изучение смен растительности является основой для мониторинга состояния растительности, выявления устойчивости растительных сообществ к различным видам антропогенного воздействия, разработки способов стимулирования восстановительных сукцессии.
Цель исследований:
а) изучение динамики растительных сообществ в зависимости от сезонов года и в годы с различными условиями лимитирующего для исследуемой территории фактора - увлажнения;
б) исследование изменений растительного покрова в результате хозяйственной деятельности человека.
Задачи исследований:
• изучение динамики видового разнообразия наиболее распространенных растительных сообществ;
• исследование сезонной и разногодичной динамики продуктивности сообществ;
• изучение сезонной динамики питательности ценозообразующих видов растений;
• изучение основных направлений трансформации растительного покрова в результате выпаса, затопления, техногенного воздействия при строительстве линейных сооружений;
• исследование хода восстановительных сукцессии на залежах и гарях.
Новизна работы:
Впервые проведены длительные систематические круглогодичные наблюдения за состоянием растительности, что позволило проследить динамику продуктивности растительных сообществ с момента отрастания растений в начале вегетационного сезона до достижения ими максимальной продуктивности и сохранность травостоя в зимний сезон. Установлены различия в накоплении надземной биомассы в фитоценозах в годы с различными условиями увлажнения. Изучена сезонная динамика питательности основных видов дикорастущих кормовых растений.
Составлены схемы пастбищной дигрессии растительного покрова на различных почвенных типах. Исследованы тенденции динамики раститель-
ности под влиянием подтопления, техногенного воздействия при строительстве линейных сооружений.
Впервые для исследуемой территории изучены сукцессии растительности на залежах после выращивания различных видов культурных растений с орошением и без орошения, послепожарные сукцессии. Теоретическая и практическая значимость
Полученные сведения и выявленные закономерности использованы при составлении геоботанической карты Республики Калмыкия, М 1: 300 000 (1999), карты «Природные ресурсы Калмыцкой АССР. Продуктивность природных кормовых угодий», Ml: 100 000 (1989), карты «Природные ресурсы Калмыцкой АССР. Природные кормовые угодья», М 1: 100 000 (1989). Результаты исследований использовались для государственных докладов о состоянии окружающей среды Республики Калмыкия (1984-1990). Исследования динамики растительности приморской полосы в Лаганском районе использованы при разработке проекта ПРООН/ГЭФ «Сохранение биоразнообразия водно-болотных угодий Нижней Волги» (2002).
Данные по сезонной и разногодичной динамике растительных сообществ являются основой для временных прогнозов изменения растительности, разработки мероприятий рационального использования растительного покрова в качестве кормовой базы для животноводства, мониторинга растительности сенокосных и пастбищных угодий.
Результаты исследований используются в учебном процессе при чтении курсов «Флора и растительность Республики Калмыкия», «Биогеоценоло-гия», «Растительное ресурсоведение» для студентов Калмыцкого госуниверситета, а также в системе повышения квалификации учителей и работников агропромышленного комплекса республики.
Личный вклад автора заключается в обосновании темы, определении цели и задач, организации и проведении полевых исследований, выборе методов сбора и анализа материалов. Работа является обобщением 30-летних исследований автора (1975-2005). Материалом для обобщения послужили
личные полевые исследования автора, проведенные на территории республики в годы работы в Калмыцком филиале «ЮжНИИгипрозем», Калмыцком опорном пункте ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса и Калмыцком государственном университете.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Устойчивость пустынных, степных и луговых растительных сообществ на территории Ергенинской возвышенности и Прикаспийской низменности проявляется в их способности изменять скорость нарастания растительной массы и величину продуктивности надземной массы при меняющихся условиях внешней среды.
2. Направление смен растительных сообществ под воздействием выпаса определяется эколого-биологическими особенностями доминирующих растений, свойствами почв и видом выпасаемых животных.
3. Ход восстановительной сукцессии залежных участков в значительной степени определяется исходными растительными сообществами, типом почвы, характером использования пашни.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 47 печатных работах, из них 1 монография (в соавторстве) издательства «Северо-Кавказский научный центр высшей школы», 11 статей в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 288 страницах, состоит из введения, 8 глав, выводов, практических рекомендаций и списка использованной литературы, включающего 349 источников. В диссертации представлено 35 рисунков и 76 таблиц.
Апробация материалов. Материалы исследований были представлены на всесоюзных (Звенигород, 1988), всероссийских (Н. Новгород, 2005; Уфа, 2006) и международных научных и научно-практических конференциях, семинарах и конгрессах (Оренбург, 1997; Элиста-Астрахань, 1999; Алматы, 2001; Элиста, 2004, 2005; Петрозаводск, 2004; Москва, 2004; Саратов, 2005);
съезде Русского ботанического общества (Новосибирск-Барнаул, 2003), на заседании кафедры геоботаники МГУ (2006).
Актуальность темы. Рациональное использование природных ресурсов, адаптивное сельское хозяйство основываются на знаниях закономерностей динамики растительного покрова, связанной с изменениями природных факторов и деятельностью человека.
Фитодинамика тесно связана с проблемами охраны природы и прогнозирования изменений растительности. В стратегии охраны природы важно знать, что и как охранять в конкретных условиях. Для этого необходимо знание потенциальной устойчивости, продуктивности, соответствия среде обитания имеющихся на территории фитоценозов.
В связи с тем, что климатические и почвенные условия, особенности хозяйственной деятельности в аридной зоне довольно сильно различаются, естественная растительность неоднородна, необходимы исследования изменений растительного покрова в каждом отдельном регионе. Детальные исследования направлений динамики растительности под влиянием различных экологических факторов позволят эффективно проводить мероприятия по рациональному использованию и охране конкретной территории.
Все это выводит в разряд актуальных задач выявление закономерностей изменения растительного покрова республики по сезонам года, годам, а также под влиянием антропогенного воздействия в результате распашки, пожаров, подтопления, выпаса, техногенного воздействия при строительстве линейных сооружений.
Благодарности. Особая признательность научному консультанту, члену-корреспонденту РАН, профессору Вадиму Николаевичу Павлову за ценные советы при подготовке диссертации.
Глава 1. Природные условия 1.1. Рельеф
Рельеф территории Республики Калмыкия образуют четыре геоморфологические области:
• Ергенинская возвышенность
• Прикаспийская низменность
• Кумо-Манычская впадина
• Ставропольская возвышенность
Ергенинская возвышенность является продолжением Приволжской возвышенности, представляет платообразное поднятие шириной 50-80 км. Высота Ергеней на севере достигает 120 м, на юге - 218 м (Манджиев, Клюкин, 1979). Западный склон Ергеней постепенно переходит в Сальские степи, а восточный круто обрывается к Прикаспийской низменности, на юге - к Ку-мо-Манычской впадине. Ергенинская возвышенность представляет собой волнистую равнину, изрезанную оврагами и балками на увалы, вытянутые в широтном направлении и возвышающиеся над окружающей местностью на 100-140м. Склоны балок южной и восточной экспозиции сильно покаты, северной - более спокойны. На всей территории Ергеней ярко выражен микрорельеф в виде холмиков сусликовин, мелких потяжин и блюдцеобразных западин. Хорошо развитый микрорельеф создает условия для комплексности почв. В мелких понижениях формируются солонцы, в более крупных - луго-во-каштановые, на водоразделах - светло-каштановые почвы.
Прикаспийская низменность прежде являлась дном Каспийского моря (Нижнее Поволжье, 1948). Абсолютные высоты Прикаспийской низменности на севере составляют +26, а на юге - 29 м. По низменности разбросано большое количество мелких озерных котловин, песчаных гряд и бугров. Равнинная поверхность способствует свободному проникновению с северо-востока и востока сухих (летом теплых, а зимой холодных) воздушных масс.
На территории республики Прикаспийская низменность разделяется на две части: северную - Сарпинскую низменность и южную - Черные земли. На
10
Сарпинской низменности, которая пересечена цепочкой Сарпинских озер, колебания высот от 0 до +26 м. Черные земли представляют собой низменную равнину, в основном лежащую ниже уровня океана. С запада на восток абсолютные высоты снижаются от 0 до -29 м. Большая площадь занята песками, распространенными на юго-востоке Юстинского, востоке Чернозе-мельского, западе Лаганского районов. Песчаные массивы создают бугристый характер рельефа. Бугры имеют длину от 1 до 15 км, ширина их не превышает 500 м. Эти бугры узкие и высокие, то поднимаются, то опускаются, образуя седловины, делящие бугор на 2 и более частей. Абсолютные высоты бугров и бугровых цепей имеют значительные колебания от 10 до 22 м. Межгрядовые понижения ровные, плоские, ширина их такая же, как и ширина гряд. Преобладает широтное направление гряд. В районе Черных земель проходят две крупные ложбины: Даванская на северо-западе и Адыкская на юго-западе. На юго-западе Черных земель вдоль русла Восточного Маныча расположены мелкие соленые озера (Состинские, Можарское, Светлое и др.).
В Прикаспийской низменности сильно развит микрорельеф. В резко выраженных западинах и потяжинах, а также блюдцах и лиманах, получающих дополнительное увлажнение за счет стока с окружающих мест, формируются лугово-бурые и луговые почвы. Бурые полупустынные почвы приурочены к выпуклым поверхностям с хорошо выраженным стоком. Бессточные блюдца и понижения, а также наиболее выровненные пространства с затрудненным поверхностным стоком заняты солонцами.
Кумо-Манычская впадина представляет понижение, простирающееся с северо-запада на юго-восток. На севере ее склоны постепенно переходят в склоны Ергеней, на юге - в Ставропольскую возвышенность. Ширина ее изменяется от 20-30 до 1-2 км. Кумо-Манычская впадина имеет волнистую поверхность, состоящую из увалистых повышений и межувалистых бессточных понижений - лиманов. На увалах распространены каштановые почвы и солонцы, в лиманах - луговые почвы, луговые солонцы и солончаки (Бакинова
и др., 1999).
11
Ставропольская возвышенность расположена на западе республики. Для нее характерны широкие водоразделы с пологими склонами. Небольшая расчлененность рельефа создает сравнительно небольшую пестроту и разнообразие почв. Водораздельные участки заняты черноземами и темно-каштановыми почвами, которые используются в качестве пашни. В долинах рек и лиманах - луговые, лугово-болотные почвы, солончаки.
1.2. Климат
Климат республики является резко континентальным - лето жаркое и очень сухое, зима малоснежная при среднем абсолютном минимуме до -28°С. Континентальность климата возрастает с запада на восток. Температура воздуха имеет резко выраженный годовой ход. Годовая амплитуда абсолютных температур воздуха составляет 80-90 °С (Агроклиматические..., 1974).
Территория Калмыкии благодаря своему географическому положению получает много солнечной радиации. Количество суммарной солнечной энергии колеблется от 115 ккал/см2 на севере и западе до 120 ккал/см2 в центральных и юго-восточных районах Продолжительность солнечного сияния составляет 2180-2250 часов в год.
Годовое количество осадков на большей части территории республики колеблется от 210 до 340 мм, лишь в западной части - до 420 мм. Увлажнение определяется не только суммой выпавших осадков, но и количеством испарившейся влаги. Испаряемость колеблется от 850-900 мм в северных районах и до 1000-1100 мм в южных и юго-восточных. Разница между испаряемостью и количеством выпадающих осадков составляет до 700-800 мм, что свидетельствует о большом дефиците влаги. Тепловыми ресурсами территория Калмыкии обеспечена хорошо. Сумма температур выше 10° составляет 3745-3960°.
12
Климадиаграммы (рис.1.1.), составленные нами по методу Госсена-Вальтера (1954, 1955), отражают зональные особенности территории, пока-зызывают длительность периода засухи. Климадиаграмма Городовиковска характеризуется непродолжительным периодом засухи (июль-август). Длительность засушливого периода составляет по метеостанции Элиста - 5 месяцев, по метеостанциям Лагань и Яшкуль - 8 месяцев.
Отсутствие больших водоемов на территории республики способствует увеличению сухости воздуха. Каспийское море несколько смягчает климат побережья, но его влияние распространяется лишь на 30-40 км от берега.
Относительная влажность воздуха имеет ярко выраженный годовой ход. Наименьшие значения отмечаются в июле - 45-50%, минимальные в отдельные дни могут быть 20% и ниже.
При агроклиматическом районировании на территории Калмыкии выделяют районы по показателям влагообеспеченности и подрайоны по показателям теплообеспеченности лета и суровости зимы (рис.1.2.). По условиям влагообеспеченности на территории республики выделены четыре основных агроклиматических района: I - очень сухой, II - сухой, III - очень засушливый, V - засушливый. По теплообеспеченности выделяются три подрайона: а -очень жаркий, б - жаркий, в - умеренно жаркий. По условиям суровости зимы выделено 2 подрайона: А - умеренно мягкий, Б - умеренно суровый..
Районирование и соответствующая оценка агроклиматических особенностей территории относится к ровным открытым участкам. Местные особенности и, прежде всего, характер рельефа оказывают большое влияние на атмосферные осадки, температурный и ветровой режим, часто перекрывая различия между отдельными агроклиматическими районами.
13
мм t,° с Метеостанция "Малые Дербеты"
во зо
50 25
40 20
30 15
20 10
10 5
О 0
-5
¦10
•
/1 \ ¦ f
ч / —-*-_
V / \
/ \|
I п/ / ш IV V VI vn VIII X
мм t,°C 60 30
50 25
40 20
30 15
20 10
10 5
О О
-ю
Метеостанция "Элиста"
А -л
/ г V \ \
J\ / \ \ / Д \
\ V / 7 V \
/ \ \
1 \
I 7 ш IV V VI vn VID IX X XI V
Месяцы
месяцы
мм t,° с Метеостанция "Яшкуль"
60 30 т
50 25
40 20
30 15
20 10
10 5
О О
-5
-10
г • \
// \
/ V А
•—, /' I / v\ \
/ Ч
I ш IV V VI VH VIJ1 к X XI хп
Месяцы
мм t,° С Метеостанция "Лагань"
60 30
50 25 40 20 30 15 2010 10 5 О О
/"
/ \
А / "Л \
ч • / г \ -V /ч \
• S \
•—— I J п m TV V VI VII vm IX X XI ъ ХП
Месяцы
Осадки, мм
t,°C
мм t,° С Метеостанция "Городовиковск"
100 50
90 45 80 40 70 35 60 30 50 25 40 20 30 15 20 10 10 5 0 0 -5
*
/
/ 1
/ \|
/ / Л А
\ J / ? \ \
V / \
/ 1 \ \
/ ч
п ш IV V VI vn УШ к X XI \ хп
Месяцы
Рис. 1.1. Климадиаграммы степной (Городовиковск), сухостепной (Элиста), полупустынной (Малые Дербеты) и пустынной (Яшкуль, Лагань) зон
Засушливый период Влагообеспеченныи период
14
Районы
II ill
IV
i ————г
Рис. 1.2. Агроклиматическое районирование Калмыцкой АССР (из книги «Агроклиматические ресурсы, 1974)
Условные обозначения:
I-очень сухой
II - сухой
Ш - очень засушливый
IV - засушливый
1- суммы температур за период с t° > 10°,
2- средний из абсолютных минимумов температуры воздуха, а - очень жаркий, б - жаркий, в - умеренно жаркий
А - умеренно мягкий, Б - умеренно суровый.
15
Климату Калмыкии свойственно следующее чередование засушливых, влажных и средних по условиям увлажнения лет (табл. 1 Л.).
Таблица 1.1. Вероятность наступления лет с различными условиями увлажнения (Агроклиматические ресурсы.... 1974)
Метеостанция Вероятность, %
засушливого года среднего года влажного года
Городовиковск 30 50 20
Элиста 40 20 40
Малые Дербеты 30 40 30
Яшкуль 40 40 20
Лагань 40 20 40
Погодные условия обусловливают определенный режим развития растительности. По средним многолетним данным, переход температуры через +5 °С происходит в середине первой декады апреля, с чем связано начало вегетации растительности: начинают отрастать многолетние злаки, полыни, эфемеры, которые к середине третьей декады достигают высоты 6-10 см. Большинство многолетних злаков завершают развитие к концу июня. После летнего периода полупокоя (июль, август) в сентябре интенсивно развиваются полыни, солянки и период активной вегетации продолжается до конца первой декады ноября.
Влагообеспеченность территории влияет на сезонную динамику продуктивности пастбищ. Во влажные и средние по увлажнению годы максимум продуктивности полынных сообществ достигается в конце летнего сезона, а в засушливые годы максимум отмечается уже в начале лета, в последующий период наблюдается лишь разрушение фитомассы. Темпы прироста растительной биомассы определяются также тепловыми ресурсами весеннего сезона. В годы с холодной весной нарастание фитомассы происходит в 2 раза медленнее, чем в годы с теплой весной (Джапова и др., 1991).
16
1.3. Почвы
Почвенный покров территории характеризуется ярко выраженной комплексностью, обусловленной хорошо развитым микрорельефом, недостаточным увлажнением. Наибольшее распространение имеют зональные авто-морфные светло-каштановые и бурые полупустынные почвы, сформировавшиеся на Ергенинской возвышенности и Прикаспийской низменности. В комплексе с ними значительно распространены солонцы полупустынные. Темно-каштановые почвы и черноземы занимают небольшую площадь на западе республики.
По отрицательным элементам рельефа в условиях дополнительного поверхностного увлажнения сформировались полугидроморфные почвы: луго-во-черноземные, лугово-каштановые, лугово-бурые. По сравнению с авто-морфными почвами они имеют большую мощность перегнойных горизонтов и относительно высокую гумусированность.
В более выраженных депрессиях рельефа сформировались гидроморф-ные почвы: луговые, лугово-болотные, болотные, солончаки, солонцы луговые.
В южной части Прикаспийской низменности (Черные земли) распространены пески. Приморская полоса занята луговыми примитивными почвами (Бакинова и др.. 1999).
Характеристика почв растительных сообществ на ключевых участках приведена на основании материалов крупномасштабного почвенного обследования отдельных хозяйств республики, проведенных специалистами КалмНИИгипрозем, а также описаний прикопок, полуям, проведенных автором для уточнения почвенных разностей.
Светло-каштановые почвы составляют фон почвенного покрова Ергенинской возвышенности. По условиям рельефа они расположены на равнинах и склонах различной крутизны. Почвообразующими породами служат
17
|
