Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Растительный покров Назаровской лесостепи характеризуется большой комплектностью. Биологическая продуктивность надземной массы – основной показатель функционирования геосистем. Разнообразие геосистем в зоне лесостепи Средней Сибири большое. Рельеф зоны лесостепи в основном представлен западинами и гривами. Растительные сообщества выстраиваются по принципу геохимической сопряженности элементарных ландшафтов (фаций) от лугов до низинных болот. Для познания природных режимов в ходе исследования динамики биологической продуктивности надземной массы применялся метод, который позволяет выявить пространственно-временные связи фаций [1].

Рис. 1. Обзорная схема объектов исследований: 1 – Березовский участок, 2 – природные и техногенные профили, 3 – маршруты исследований, 4 – пойменный отвал Березовского карьера, 5 – Березовский угольный разрез № 1

Цель исследования: показать особенности изменений надземной фитомассы естественных травяных геосистем, определяемых, прежде всего, своеобразием гидротермических условий за вегетационный период, а также различие фаций по величинам надземной фитомассы по средним и максимальным показателям в многолетнем ряду нового столетия (2000–2018 гг.) Назаровской лесостепи Березовского участка.

Материалы и методы исследования

Назаровский природный округ принадлежит к лесостепному поясу со слабоувалисто-равнинной поверхностью. Значительную часть площади занимают лесные, настоящие луга, на втором месте встречающиеся на неудобьях участки – залежи, а также настоящие целинные геосистемы лесостепной зоны и низинные болота с луговым вейниково-осоковым, тростниково-лабазниковым травяным покровом (рис. 1).

Объектами изучения явились 4 фации Березовского участка в направлении с севера на юг Родники – Скворцово – урочище руч. Отножка. Протяженность профиля 2250 м, с абсолютными высотами от 300–310 м. Основу травостоя лесного луга на профиле – Родники (ф. 2) составляет злаково-разнотравная растительность с темно-серой лесной контактно-луговатой глубоковскипающей тяжелосуглинистой почвой. Доминантами разнотравья являются: кровохлебка лекарственная, тысячелистник обыкновенный, герань ложносибирская, подорожник большой, погремок малый. Основу злаков составляют: тимофеевка луговая, мятлик луговой и осоки – осока приземистая. На продолжении профиля Скворцово в урочище руч. Отножка проводились исследования на (ф. 6). Растительный покров настоящего луга – злаково-бобово-разнотравный с лугово-черноземной мощной среднесуглинистой почвой на покровных суглинках, где представителями разнотравья являются мезофитные виды: борщевик рассеченный, реброплодник уральский. Из бобовых видов доминируют – чина Гмелина и горошки. Доминант злаков – это вейник тростникововидный. Следующая фация (ф. 4) – болото высокотравно-осоковое закустаренное закочкаренное с лугово-болотистой иловатой карбонатной слоистой почвой. Растущие на болоте виды: лабазник вязолистный, крапива двудомная, чемерица Лобеля, вейник наземный, осока болотолюбивая, хвощ луговой. Заканчивается профиль – антропогенная короткопроизводная модификация фации (ф. 3а) – залежью, которая используется в основном под сенокос. Растительный покров представляют в основном злаки: тимофеевка степная, пырей ползучий, типчак ложноовечий, мятлик луговой, из разнотравья: хвощ полевой, подорожник большой, звездчатка. Многие авторы отмечали, что растительность лугов лесостепей Южного Урала и Новосибирской области опирается на всех перечисленных выше типах экосистем. Формирование видов растительности данных лесостепей имеет большое эколого-фитоценозное разнообразие с богатым флористическим составом, который сопоставим с видовым составом Назаровской лесостепи [2–4].

Известно, что в формировании лесостепных типов ландшафтов ведущая роль принадлежит климатическому фактору (рис. 2).

Наиболее выраженным и последовательным параметром изменения климата является температура воздуха. Вегетационный период начинается в первой половине апреля, когда наступает устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через 0 °C. Максимальная температура воздуха отмечается с июня по август. За время наблюдений с 2000 г. среднегодовая температура воздуха имела отрицательные значения в 2009 и 2010 гг. Максимальные значения были выявлены в 2002, 2007, 2015 и 2017 гг. (свыше 3,0 °С при норме 0,9 °С).

Значимым показателем состояния атмосферы, оказывающим наряду с температурой воздуха влияние на трансформацию растительного покрова, являются осадки. Большая часть осадков приходится на летний период. В течение вегетационного периода наблюдается цикличность сухих и влажных лет. Количество атмосферных осадков в основном близко к норме (444 мм) с отклонениями как в сторону увеличения (до 618 мм в 2002 г.), так и в сторону уменьшения (до 347 мм в 2011 г.). Таким образом, количество осадков различалось более чем в два раза. За время наблюдений осадков выше нормы было в 2000, 2004, 2014, 2015 и 2017 гг. Минимальное количество осадков установлено в 2011 г. Выявлено, что количество осадков за год имеет устойчивый положительный тренд [5].

а)

б)

Рис. 2. Характеристика метеорологических условий Шарыповского района за вегетационный период с мая по октябрь (2000–2018 гг.): а – среднемесячные показатели температуры (T °С); б – месячная сумма осадков (по данным метеостанции г. Шарыпово)

Для оценки биологической продуктивности используются данные по запасам надземной массы на единицу площади (г/м2). Основным методом учета надземной фитомассы является метод укосов, который проводился по общепринятым методикам [6]. Размер учетных площадок для укосов составлял 0,25 м2. Укосы брались в трех- и пятикратной повторности с подбором однородного растительного покрова. Сбор фитомассы проводился в динамике от 4 до 5 раз за сезон в зависимости от длительности вегетационного периода. Зеленую массу (G) и ветошь (D) срезали на уровне почвы, затем с площадки собирали подстилку (L). Ветошь и подстилка образуют мортмассу (D + L). Образцы фитомассы высушивались 8–12 ч в сушильном шкафу при температуре +105 °С до абсолютно сухого веса, затем взвешивались (ошибка подсчета средней не превышает ±15 %).

Результаты исследования и их обсуждение

На Березовском участке Назаровской лесостепи каждая геосистема характеризуется вполне определенной динамикой надземной массы [7]. Построенные графические пространственно-временные модели запасов зеленой массы (G) обнаруживают существенную динамику изучаемых показателей луговых фаций за вегетационный период в 2000–2018 гг., которые разбиты на группы лет с колебанием годовых осадков. Показатели фитомассы геосистем по годам меняются в сравнительно тесной зависимости от погодной обстановки и внутренних ритмов развития конкретной фации. Сезонная изменчивость проявляет свои ежегодные особенности в каждой фации в зависимости от гидротермических условий конкретного года, а еще для всех фаций очень важны осень и зима предшествующего года. Умеренно теплыми и влажными являются 2002, 2004 гг. Особенно 2002 г. отличался большим количеством осадков, что больше средней многолетней нормы почти в 2 раза. Осадки 2002 г. дали положительный результат по запасам зеленой массы в июле и в августе на (ф. 6) и в июле – на (ф. 4) до 800 г/м2 (рис. 3, а).

Экстремально низкие запасы пришлись на 2006, 2012, 2013 гг. на залежи (ф. 3а) из-за осадков весны текущего года и сенокосной нагрузки. Хотя сенокосная нагрузка полностью не разрушает растительный покров, при рациональном использовании видовой состав сохраняется и сохраняется продуктивность фитомассы. На лесном лугу (ф. 2) в течение всего вегетационного периода низкие запасы зеленой массы отмечены в 2011, 2001, 2003, 2006 гг. до 200 г/м2.

Изменение количества мортмассы (D + L) – наиболее динамичная характеристика при сравнении разных типов травяных геосистем Назаровской лесостепи (рис. 3, б).

Процесс отмирания зеленой массы растений и образования мортмассы прямо противоположный, но зависит также от погодных условий года. Исследование внутригодовой динамики количества мортмассы в фациях изучаемого профиля показывает высокую варьируемость. Более высокие запасы (D + L) отмечены в 2001 г. на мезофитном лугу (ф. 6) и залежи (ф. 3а) в течение всего вегетационного периода с максимумом до 1200 г/м2. Минимальные запасы мортмассы до 200 г/м2 отмечены в 2012, 2007, 2009 и 2004 гг. При близких показателях эти годы имеют свои особенности. Например, низкие запасы мортмассы в 2012 г., начиная с июня до конца вегетационного периода, можно рассматривать как следствие перестройки растительного сообщества от недостатка влаги и высокой температуры. Большое влияние на 2012 г. оказал предыдущий 2011 г., который также прошел в условиях недостаточного увлажнения и повышенной температуры. Подверженный палу 2004 г. отразился на весенних запасах мортмассы на мезофитном лугу (ф. 6) с минимальным значением – 128 г/м2. В следующем после пала году в фациях присутствует лишь одногодичная ветошь, имеющая другую интенсивность деструкции. В течение исследуемых лет (2000–2018 гг.) сезонная динамика запасов мортмассы характеризуется отношением (D + L) max / (D + L) min – это отношение составляло в мезофитном лугу и на залежи – 6, на травяном болоте – 4, на лесном лугу – 2. Значения больших величин свидетельствуют о существенной динамике запасов (D + L) в течение теплого сезона, небольшие – указывают на плавные и равномерные изменения мортмассы.

Существенно различаются фации и по величинам зеленой массы, что прослеживается по средним и максимальным ее показателям. За годы исследования наиболее благоприятными для развития зеленой массы по максимальным показателям являются следующие луговые фации: лесной луг (ф. 2) – 2009 г., мезофитный (ф. 6) – 2002 г., болото (ф. 4) и залежь (ф. 3а) – 2001 г. (табл. 1).

а)

б)

Рис. 3. а. Топохроноизоплетами показаны запасы зеленой массы; г/м2 в фациях: лесного луга (ф. 2); мезофитного луга (ф. 6); и ф. 4 – болото, ф. 3а – залежь. Показаны диапазоны групп годовых осадков: А – 338–401; Б – 401–463; В – 463–525; Г – 525–713 мм. б. Топохроноизоплетами показаны запасы мортмассы; г/м2 в фациях: лесного луга (ф. 2); мезофитного луга (ф. 6); и ф. 4 – болото, ф. 3а – залежи. Показаны диапазоны групп годовых осадков: А – 338–401; Б – 401–463; В – 463–525; Г – 525–713 мм

Таблица 1

Запасы зеленой массы луговых фаций на участке Назаровской лесостепи в 2000–2018 гг., г/м2

Минимальные запасы зеленой массы: лесной луг – 2011 г., мезофитный – 2014 г., болото – 2004 г. и залежь – 2000 г. Принимая во внимание средние и максимальные показатели зеленой массы за 19 лет исследования, изученные фации можно расположить в такой ряд: травяное болото > мезофитный луг > залежь > лесной луг.

Существенно различаются фации по средним и максимальным показателям мортмассы. В зависимости от погодной обстановки и внутренних ритмов развития в больших пределах от года к году изменяется величина (D + L) во всех изучаемых фациях. С минимальными запасами отмечается в лесном лугу 2009 г., мезофитном лугу – 2007, 2012 гг., в травяном болоте – 2004 г. и залежи – 2009 г., с максимальными запасами в той же последовательности фаций – в 2002, 2001, 2014, 2001 гг. (табл. 2).

Таблица 2

Запасы мортмассы луговых фаций на участке Назаровской лесостепи в 2000–2018 гг., г/м2

По средним и максимальным показателям мортмассы за 19 лет исследования, изученные фации можно расположить в такой ряд: болото > залежь > лесной луг > мезофитный луг. В то же время с продолжением лет исследования показатели этих рядов фаций могут меняться местами в связи с гидротермической характеристикой тепла и влаги, а также в зависимости от биологической особенности величины фитомассы доминирующих видов.

Заключение

Продуктивность фитомассы исследуемых фаций определяется условиями тепла и влаги. За весь период наблюдений с 2000 г. среднегодовая температура воздуха в Назаровской лесостепи имела отрицательные значения только в 2009–2010 гг. Максимальные показатели температуры воздуха в котловине установлены в 2002, 2007, 2015 и 2017 гг. (свыше 3,0 °С при норме 0,9 °С). Количество осадков сверх нормы за период наблюдений зафиксировано в 2000, 2004, 2014, 2015 и 2017 гг. Минимальное количество осадков выявлено в 2011 г.

Полученные результаты показали, что 2002 г. отличался большим количеством осадков, что больше средней многолетней нормы почти в 2 раза. Эти осадки дали положительный результат по запасам зеленой массы в июле и в августе на (ф. 6) и в июле – на (ф. 4) до 800 г/м2. Более высокие запасы мортмассы отмечены в 2001 г. на мезофитном лугу (ф. 6) и залежи (ф. 3а) с максимумом до 1200 г/м2.

В результате исследований (2000–2018 гг.) фации Березовского участка по средним запасам надземной фитомассы выстроились в следующие ряды: для зеленой массы – болото > мезофитный луг > залежь > лесной луг, для мортмассы – болото > залежь > лесной луг > мезофитный луг.