Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

ПРОДУКТИВНОСТЬ НАДЗЕМНОЙ МАССЫ ГЕОСИСТЕМ НАЗАРОВСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ ЗА ГОДЫ НАСТОЯЩЕГО СТОЛЕТИЯ (2000–2018 ГГ.)

Дубынина С.С. 1
1 Институт географии им. В.Б. Сочавы СО РАН
Даны количественные характеристики биологической продуктивности надземной массы геосистем Назаровской лесостепи Березовского участка. Наиболее распространенными геосистемами растительного покрова, как прошлого, так и настоящего столетия, являются лесные луга – лесные поляны, подвергающиеся выпасу и сенокошению, настоящие луга с мезофитной растительностью, а также низинные болота с луговым вейниково-осоковым, тростниково-лабазниковым травяным покровом. Встречающиеся на неудобьях участки травяных геосистем – залежи, которые используются в основном как заброшенные участки под сенокосы. Выбор Березовского участка исследования обусловлен особенностями ландшафтной структуры и позволяет изучить запасы фитомассы. Для достижения поставленной цели проведен сбор и анализ данных материалов о составе и состоянии растительного покрова. Выявлены закономерности природных режимов, характеризующих сезонную динамику запасов надземной массы (живой части и мортмассы), обусловленную метеорологическими показателями (тепла и влаги). Запасы фитомассы под влиянием погодных условий накладывают существенный отпечаток на ход изменений луговых сообществ не только в течение вегетационного сезона, но существенно различаются и по величинам фитомассы, что прослеживается по средним и максимальным ее показателям 19-летнего периода (2000–2018 гг.) исследования. Каждая фация характеризуется вполне определенной динамикой растительного вещества, и максимальное накопление фитомассы достигается в конкретный, только для нее характерный срок. В результате исследования наиболее продуктивными фациями данного региона по средним показателям зеленой массы выстроились в следующий ряд: травяное болото > мезофитный луг > залежь > лесной луг, по запасам мортмассы в следующий ряд: травяное болото > залежь > лесной луг > мезофитный луг.
Назаровская лесостепь
Березовский участок
травяные геосистемы
фации
растительный покров
надземная масса (зеленая масса и мортмасса)
микроклимат
1. Сочава В.Б. Геотопология как раздел учения о геосистемах – современный этап развития комплексной физической географии // Топологические аспекты учения о геосистемах. Новосибирск: Наука, 1971. С. 3–87.
2. Косых Н.П. Продуктивность экосистем лесостепи Западной Сибири // Степи Северной Евразии: материалы седьмого международного симпозиума. Оренбург, 2015. С. 420–424.
3. Миронычева-Токарева Н.П., Шибарева С.В. Эволюция растительного покрова лугов лесостепной зоны // Почвы в биосфере: сборник материалов Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 50-летию Института почвоведения и агрохимии СО РАН (Томск, 10–14 сентября 2018 г.) / Отв. ред. А.И. Сысо. Томск, 2018. С. 329–332.
4. Миронычева-Токарева Н.П. Эволюция растительного покрова лугов Южного Урала // Гео-Сибирь. 2009. Т. 4. № 2. С. 78–83.
5. Воробьева И.Б. Динамика гидротермических показателей и особенности изменений естественных и антропогенно измененных почв Назаровской лесостепи Средней Сибири // Успехи современного естествознания. 2019. № 10. С. 39–44.
6. Титлянова А.А. Методология и методы изучения продукционно-деструкционных процессов в травяных экосистемах // Биологическая продуктивность травяных экосистем. Географические закономерности и экологические особенности. Изд. 2-е, испр. и доп. Новосибирск: ИПА СО РАН, 2018. С. 6–14. DOI: 10.31251/978-5-600-02350-5.
7. Дубынина С.С. Биологическая продуктивность травяных геосистем лесостепной зоны Назаровской котловины // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 9–1. С. 113–118.

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].

dubin1.tif

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].

dubinun2aa.tif

а)

dubinun2bb.tif

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).

dubinun3aa.tif

а)

dubinun3bb.tif

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

Год

Величина

Запасы зеленой массы по фациям

Лесной луг, ф. 2

Мезофитный луг, ф. 6

Болото, ф.4

Залежь, ф. 3а

2000

Средняя

Максимальная

209

261

430

537

490

612

165

206

2001

Средняя

Максимальная

182

209

433

496

723

829

410

470

2002

Средняя

Максимальная

211

263

627

783

539

673

168

210

2003

Средняя

Максимальная

128

147

390

447

485

556

293

335

2004

Средняя

Максимальная

207

259

294

367

268

335

190

238

2005

Средняя

Максимальная

204

225

636

704

516

571

330

366

2006

Средняя

Максимальная

154

167

582

667

420

481

206

236

2007

Средняя

Максимальная

239

258

607

673

322

358

361

400

2008

Средняя

Максимальная

150

172

343

380

680

779

544

603

2009

Средняя

Максимальная

300

352

420

465

449

498

309

367

2010

Средняя

Максимальная

207

232

335

371

354

392

387

429

2011

Средняя

Максимальная

131

163

334

416

397

495

168

210

2012

Средняя

Максимальная

270

309

405

464

542

600

170

194

2013

Средняя

Максимальная

194

208

460

527

419

480

218

250

2014

Средняя

Максимальная

185

231

222

278

509

638

235

294

2015

Средняя

Максимальная

254

292

329

364

473

524

334

370

2016

Средняя

Максимальная

236

263

383

424

484

536

254

281

2017

Средняя

Максимальная

198

260

436

484

571

633

254

325

2018

Средняя

Максимальная

268

308

345

382

430

477

329

357

За 19 лет

Средняя

Максимальная

207

241

422

486

480

551

280

323

 

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

Год

Величина

Запасы мортмассы по фациям

Лесной луг, ф. 2

Мезофитный луг, ф. 6

Болото, ф. 4

Залежь, ф. 3а

2000

Средняя

Максимальная

512

609

264

317

383

436

386

460

2001

Средняя

Максимальная

439

500

1039

1189

597

667

987

1122

2002

Средняя

Максимальная

558

666

340

429

346

408

358

423

2003

Средняя

Максимальная

453

516

316

358

582

651

286

327

2004

Средняя

Максимальная

396

489

182

221

254

279

451

538

2005

Средняя

Максимальная

273

281

461

483

387

408

281

291

2006

Средняя

Максимальная

414

471

501

567

471

524

488

564

2007

Средняя

Максимальная

301

373

116

136

565

583

316

329

2008

Средняя

Максимальная

512

585

323

342

424

471

237

259

2009

Средняя

Максимальная

191

205

349

375

547

565

203

210

2010

Средняя

Максимальная

269

307

412

435

454

467

278

286

2011

Средняя

Максимальная

433

450

272

283

500

527

328

340

2012

Средняя

Максимальная

408

462

119

136

439

495

600

681

2013

Средняя

Максимальная

418

499

530

600

700

783

573

648

2014

Средняя

Максимальная

425

517

270

334

632

697

327

391

2015

Средняя

Максимальная

243

267

455

482

499

539

293

329

2016

Средняя

Максимальная

370

380

401

427

541

562

362

432

2017

Средняя

Максимальная

340

476

362

419

541

562

419

441

2018

Средняя

Максимальная

294

326

384

406

500

516

338

347

За 19 лет

Средняя

Максимальная

382

441

374

418

493

534

395

443

 

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.


Библиографическая ссылка

Дубынина С.С. ПРОДУКТИВНОСТЬ НАДЗЕМНОЙ МАССЫ ГЕОСИСТЕМ НАЗАРОВСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ ЗА ГОДЫ НАСТОЯЩЕГО СТОЛЕТИЯ (2000–2018 ГГ.) // Успехи современного естествознания. – 2020. – № 9. – С. 52-59;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37470 (дата обращения: 24.07.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674