На правах рукописи

МАРАКУЛИНА Светлана Юрьевна

СУХОДОЛЬНЫЕ ЛУГА

ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ КИРОВСКОЙ ОБЛАСТИ:

СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, ДИНАМИКА

03.00.05 - ботаника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Сыктывкар - 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН

Защита состоится л_17_ декабря 2009 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 004.007.01 при Учреждении Российской академии наук Институте биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН по адресу: 167982, г.аСыктывкар, ул. Коммунистическая, 28.

Факс: (8212) 24-01-63

E-mail: dissovet@ib.komisc.ru

Сайт:

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Коми научного центра Уральского отделения РАН по адресу: 167982, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 24.

Автореферат разослан л___ ноября 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук А. Г. Кудяшева

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. уга достаточно хорошо исследованы на территории европейского северо-востока России (Болотова, 1954; Котелина, Хантимер, 1959; Мартыненко, 1989). В то же время в Кировской области, граничащей с этим регионом, луговые сообщества до настоящего времени остаются относительно слабо изученными.

С учетом того, что луговые угодья наряду с полевым кормопроизводством составляют в области существенный резерв для получения кормов, изучение их ценотической и флористической структуры, продуктивности, выполнение классификации представляется весьма актуальным. Знание разнообразия типов лугов и занимаемых ими площадей, выявление редких луговых фитоценозов необходимы как для их рационального использования, так и организации охраны. При этом с учетом того, что в Кировской области отчетливо выражена зональность растительности, научный интерес представляет выявление специфики лугов не только всей этой территории, но и отдельных ее частей.

Экономическая нестабильность в сельском хозяйстве области привела в течение последних десятилетий к устойчивой тенденции забрасывания значительных площадей сельскохозяйственных угодий. На залежах и заброшенных лугах начинаются процессы восстановительных сукцессий. Комплексное изучение изменений, происходящих в ходе демутаций в растительных сообществах и почвах, позволяет раскрыть механизмы устойчивого функционирования биогеоценозов и их динамики.

Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в выявлении видового и ценотического разнообразия, тенденций динамики суходольных лугов в пределах таежной зоны Кировской области.

Для реализации поставленной цели решали следующие задачи:

1. Выявить видовой состав сосудистых растений, встречающихся в сообществах травянистых многолетников на суходолах, выполнить его систематический, географический и эколого-ценотический анализ.
2. Определить ценотическую роль видов в формировании водораздельных сообществ травянистых многолетников.
3. Выявить ценотическое разнообразие суходольных лугов, разработать эколого-фитоценотическую классификацию изученных фитоценозов, охарактеризовать выделенные синтаксоны и выполнить их ординацию в осях важнейших экологических факторов с использованием экологических шкал.
4. Дать хозяйственную оценку травостоя и оценить продуктивность луговых сообществ различных формаций.
5. Показать место исследованных фитоценозов многолетних трав в динамике растительного покрова региона.

Научная новизна. Впервые проведена инвентаризация флористического состава и ценотического разнообразия суходольных лугов для территории таежной зоны (подзоны средней и южной тайги) Кировской области. Зарегистрировано 237авидов сосудистых растений из 138 родов и 36 семейств. Обобщены сведения о систематической, географической и эколого-ценотической структурах их флористических комплексов в сравнении с луговыми ценофлорами юго-запада Республики Коми. Показано, что при преобладании видов бореальной широтной группы в направлении с севера на юг прослеживается закономерное увеличение количества полизональных видов. Меняется соотношение долготных элементов (на фоне превалирования евразиатских видов отмечено снижение участия растений голарктической и сибирской фракций при одновременном возрастании роли видов европейской группы), снижается доля влаголюбивых видов. При абсолютном преобладании в сравниваемых ценофлорах растений лугового фитоценотипа, на лугах Кировской области, особенно в пределах подзоны южной тайги, отмечено большее участие видов сорной ценотической группы, многие из которых относятся к эутрофам.

Получены дополнительные сведения о ценотической роли видов в формировании водораздельных сообществ травянистых многолетников. Установлено, что наибольшим постоянством и обилием на суходольных лугах подзоны средней тайги Кировской области отличаются Vicia cracca, Achillea millefolium, Taraxacum officinale, Stellaria graminea, Leucanthemum vulgare, Galium mollugo, Lathyrus pratensis, Phleum pratense.

Предложена классификация изученных фитоценозов с использованием эколого-фитоценотического подхода. Выделена и детально охарактеризована 21 ассоциация, включающая 9 субассоциаций и 21 вариант из 14 формаций, относящихся к 4 группам формаций и одному классу формаций. Две формации и 20 ассоциаций отмечены для региона впервые.

Показано место исследованных сообществ травянистых многолетников в рядах смен растительного покрова в пределах ландшафтов водораздельных территорий Кировской области, предложены модели возможного хода сукцессий. Выявлено, что при демутациях на неиспользуемых суходольных лугах основные компоненты биогеоценоза - фитоценоз и почва, приобретают строение, типичное для зональных лесных экосистем, к моменту достижения древостоем возраста 30 лет. При этом изменения в почвах происходят медленнее, чем в растительных сообществах.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные результаты расширяют имеющиеся представления об организации и разнообразии растительного покрова Кировской области, могут использоваться для моделирования процессов его изменения при различных сценариях экономического развития. Разработанная классификация и характеристики выделенных синтаксонов могут найти применение при геоботаническом картографировании, организации экологического мониторинга, оценке качества сенокосных и пастбищных угодий. Собранный гербарий (610 листов) пополнил научные фонды Института биологии Коми Н - УрО РАН (гербарий SYKO).

Апробация работы и публикации.

Основные положения диссертации апробированы на международных, российских и региональных конференциях: Всероссийской научной школе Актуальные проблемы регионального экологического мониторинга: научный и образовательный аспекты (Киров, 2005, 2006), областной научно-практической конференции молодежи Экология родного края: проблемы и пути их решения (Киров, 2006), Всероссийской научно-практической конференции Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития (Киров, 2007, 2008), молодежной научной конференции Института биологии Коми Н - УрО РАН Актуальные проблемы биологии и экологии (Сыктывкар, 2005, 2006), VI съезде общества физиологов растений России Современная физиология растений: от молекул до экосистем (Сыктывкар, 2007), Всероссийской молодежной научной конференции Актуальные проблемы биологии и экологии (Сыктывкар, 2007, 2008, 2009), IIIамеждународной научной конференции Адвентивная и синантропная флора России и стран ближнего зарубежья: состояние и перспективы (Ижевск, 2006), конференции молодых ученых Экология в меняющемся мире (Екатеринбург, 2006), III Всероссийской школе-конференции Актуальные проблемы геоботаники (Петрозаводск, 2007), I Всероссийской молодежной научно-практической конференции Перспективы развития и проблемы современной ботаники (Новосибирск, 2007), V международной научно-практической конференции Экологическое образование и экологическая наука для устойчивого развития (Архангельск, 2007).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 18 публикациях, в том числе одна в журнале из списка, рекомендованного ВАК.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и 19 приложений. Работа изложена на 242астраницах, содержит 34 таблицы и 14 рисунков. Список литературы включает 377 источников, в том числе 31 на иностранных языках.

Содержание работы

Глава 1. Особенности лугов как типа растительности

(обзор литературы)

Рассмотрена эволюция научных представлений об объеме понятия луг, проанализированы критерии, используемые различными исследователями для отделения лугов от других типов растительности (степей, пустошей, низинных болот, болотно-моховых, галофитно-полукустарничковых фитоценозов, сообществ с преобладанием растений сорной ценотической группы) в процессе классификации.

Глава 2. Физико-географическая характеристика Кировской области

2.1. Природно-климатические особенности района исследования

В разделе содержатся основные сведения о геоморфологии, рельефе, климате, гидрологии, растительности и почве подзон территории Кировской области (северо-восток Европейской части России). В районах исследования зональным типом растительности являются пихтово-еловые и широколиственно-пихтово-еловые леса. Луга занимают площадь 822а980 га, из них 770а946 га приходится на сенокосы и пастбища и 52 034га - на залежи.

2.2. Современное состояние изученности

флоры и растительности Кировской области

В разделе приведен обзор истории изучения флоры и растительности Кировской области. Первые работы, содержащие сведения о флоре региона появились конце XVIII - начале XIX вв. (Вештомов, 1809; Пупарев, 1855; Сергеев, 1868; Крылов, 1878, 1885; Буш, 1894; Меуег, 1848; Korshinsky, 1898). Со второй половины XX в. начато планомерное и целенаправленное изучение флоры Кировской области (Александров, 1966, 1981; Сергиенко, 1983; Егошина, 1987; Тарасова, 1993, 1994, 1997, 1999, 2003; Баранова 2000, 2004; Баранова и др., 2000). В настоящее время в ее составе зарегистрировано 1470 видов сосудистых растений (Тарасова, 2007). Данные о луговой растительности Кировской области фрагментарны. Они касаются в основном видового состава и типологии пойменных, реже суходольных лугов подзон южной тайги и смешанных хвойно-широколиственных лесов (Буш, 1889; Фокин, 1929, 1930; Крюгер, 1954; Марков, 1956; Василевич, 1954; Корякина, 1960; Шабалина, 1966; Зарубин,1970; Ерохин, 2003; Качалов, 2006).

Глава 3. Материалы и методика исследований

Исследование суходольных лугов Кировской области проводили в течение полевых сезонов 2005Ц2007 гг. на территории 6 административных районов (рис.а1).

Рис. 1. Карта-схема районов исследований. Условные обозначения: I - подзона средней тайги, II - подзона южной тайги, III - подзона смешанных хвойно- широколиственных лесов; 1 - Подосиновский район, 2 - Опаринский район, 3 - Нагорский район, 4 - Слободской район, 5 - Оричевский район, 6 - Кирово-Чепецкий район.

Объектом изучения являлись суходольные луга, сформировавшиеся в результате деятельности человека, преимущественно на месте пашен и посевов многолетних трав.

Сбор полевого материала проводили по стандартной методике маршрутных геоботанических описаний на площадках размером 100 м2 (Воронов, 1973; Миркин, 1974; Миркин и др., 2001; Сохранение и восстановление биоразнообразия, 2002). Регистрировали видовой состав сосудистых растений и мхов, общее проективное покрытие травостоя и напочвенного покрова, удельное обилие каждого вида по шкале В.С. Ипатова (1998), высоту и фенофазу растений. Всего выполнено 331 геоботаническое описание луговой растительности. В ходе маршрутных исследований территории собрано 610 листов гербария, определено 237 видов сосудистых растений, 18 - мохообразных и 5 видов лишайников. Определение жизненных форм растений проведено с учетом теоретических построений И.Г. Серебрякова (1964) и Т.И.аСеребряковой (1972) на основе собранного гербарного материала, с использованием литературных источников (Антипина, 2002; Секретарева, 2004; Травянистые сообщества..., 2005; Куликов, 2005). При отнесении видов к географическим группам опирались на данные сводки Флора Северо-Востока европейской части СССР (1974, 1976 а, б, 1977). Основные ценотические группы видов приняты согласно системе эколого-ценотических групп Г.М.аЗозулина (Восточно-европейские леса, 2004) за исключением группы сорных растений. Последняя группа выделена на основании региональных флористических сводок (Флора Северо-ВостокаЕ, 1974, 1976 а, б, 1977; Мартыненко, 1989).

Для выявления закономерностей изменения состава и структуры фитоценозов в процессе зарастания лугов лесом был использован метод профилей. Их закладывали от травянистого фитоценоза до лесного сообщества. Вдоль каждого профиля выделяли несколько основных (луг, березняк, елово-березовый лес) и экотонных (лпредопушечная, опушечная) зон. Внутри каждой из зон параллельно друг другу закладывали линейные трансекты длиной по 50 м, каждый из которых представлял собой серию мелких площадок размером 0.1 м2. На основании данных о проективном покрытии и встречаемости видов на мелких учетных площадках выполнили расчет показателя коэффициента участия, отражающего их ценотическую роль в сообществе (Ипатов, 1998). Для этого использовали формулу:

где