На правах рукописи
| Вид материала | Автореферат диссертации |
- Печатная или на правах рукописи, 21.09kb.
- Удк 796/799: 378 , 770.24kb.
- На правах рукописи, 399.58kb.
- На правах рукописи, 726.26kb.
- На правах рукописи, 1025.8kb.
- На правах рукописи, 321.8kb.
- На правах рукописи, 552.92kb.
- На правах рукописи, 514.74kb.
- На правах рукописи, 670.06kb.
- На правах рукописи, 637.26kb.
На правах рукописи
Благовещенская
Нина Васильевна
ИСТОРИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ПРИВОЛЖСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ В ГОЛОЦЕНЕ
03.00.16 - Экология
Автореферат
диссертации на соискания ученой степени
доктора биологических наук
Ульяновск - 2009
Работа выполнена на кафедре лесного хозяйства в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ульяновский государственный университет
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор
Чураков Борис Петрович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор
Горбачёв Владимир Николаевич
доктор биологических наук, профессор
Силаева Татьяна Борисовна
доктор биологических наук, профессор
Матвеев Николай Михайлович
Ведущая организация: Институт биологии Карельского научного центра РАН
Защита состоится «____» ___________2009 г в «_____» часов на заседании диссертационного совета Д 212.278.07 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ульяновский государственный университет по адресу: Набережная реки Свияги, 106, корп. 1, ауд. 703.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета.
Отзывы на автореферат направлять по адресу: 432000, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42, Ульяновский государственный университет, Управление научных исследований.
Автореферат разослан «____»__________2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат биологических наук, доцент С.В. Пантелеев
ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы.
Реконструкция палеогеографических условий прошлых эпох особенно в их хронологической последовательности позволяет полнее понять закономерности развития природы в настоящем и дать обоснованный прогноз их развития на будущее. В этой связи изучение природной среды голоцена приобретает не только научное, но и большое практическое значение, поскольку именно в голоцене сформировались новейшие черты климата, почв, растительного покрова, а затем начались антропогенные изменения ландшафтов. Разработка научно обоснованных рекомендаций по охране и рациональному использованию растительных ресурсов крупных природных территорий невозможна без понимания естественного хода формирования растительного покрова в прошлом.
Разработка данной темы обусловлена в первую очередь слабой палеогеографической изученностью территории центральной части Приволжской возвышенности в голоцене, которая привела к формированию различных, иногда прямо противоположных мнений не только об оценке ботанико-географического положения территории, но и о характере первичной (доагрикультурной) растительности. Голоценовая история растительности одного из районов этой территории (в частности Ульяновского Предволжья) до настоящего времени была изучена нами лишь в самых общих чертах. История растительного покрова других территорий центральной части Приволжской возвышенности изучена крайне слабо или не изучена совсем. В прошлом были обследованы отложения голоцена лишь в четырех пунктах, для которых пыльцевой анализ был сделан лишь в самых общих чертах. Отсутствие радиоуглеродных датировок голоценовых отложений данной территории повлекли за собой не только ошибочное определение возраста болот, но и отрицательные последствия в формировании взглядов на характер коренной растительности данной территории. В частности, была недооценена роль некоторых первичных растительных формаций.
С другой стороны, отсутствие достаточно точных и полных критериев по особенностям формирования субрецентных спектров и их сопоставлению с продуцирующими фитоценозами значительно усложняло, а иногда делало и невозможным проведение реконструкции растительности прошлого по данным спорово-пыльцевого анализа.
Динамика растительности болот в голоцене также была изучена явно недостаточно. Отсутствие полной классификации торфов и торфяных залежей данной территории, данных по биологической продуктивности растительных сообществ болот в различные периоды голоцена, не способствовали решению вопроса об эволюции растительности различных типов и видов болотных массивов.
Все эти «белые пятна» в палеогеографии голоцена центральной части Приволжской возвышенности определили актуальность выбранной темы исследования.
Цель и задачи работы.
Целью данной работы является восстановление истории растительности центральной части Приволжской возвышенности в голоцене и воссоздание палеогеографических условий различных периодов голоцена.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи.
- Изучение и анализ полученного качественно нового палинологического материала.
- Составление схемы разделения голоцена изучаемой территории на периоды и зоны, выделение основных руководящих пыльцевых уровней с радиоуглеродными датировками. На основе данной схемы - корреляция отложений как внутри данного региона, так и с другими сопредельными территориями.
- Изучение зависимости между фитоценозами и составом их субрецентных спектров, как для отдельных природных районов, так и для всей территории центральной части Приволжской возвышенности.
- Восстановление естественной истории растительности лесных, степных и болотных экосистем и палеогеографических условий их формирования в различные периоды голоцена.
- Изучение основных закономерностей развития антропогенных экосистем в голоцене.
- Изучение лесообразующей роли основных древесных пород в голоцене.
- Изучение и обобщение материала по строению торфяных залежей болот, классификация торфов и торфяных залежей изучаемой территории.
- Восстановление основных особенностей болотообразования в голоцене на данной территории.
Научная новизна работы.
Впервые на основании многолетних исследований во всех физико-географических районах центральной части Приволжской возвышенности изучены разрезы голоценовых отложений, что позволило выделить палинологические и соответственно природные районы, характеризующиеся шестью подтипами спорово-пыльцевых диаграмм. На основании выделения основных палинологических уровней, датированных радиоуглеродным методом, впервые проведена подробная периодизация голоцена центральной части Приволжской возвышенности.
Впервые получены поправочные коэффициенты, и коэффициенты корреляции для всех основных древесных пород центральной части Приволжской возвышенности отражающие зависимости между составом пыльцевых спектров и продуцирующих их фитоценозов.
Полученные качественно новые материалы по палинологии, радиохронологии и субрецентным спорово-пыльцевым спектрам позволили выявить основные закономерности развития экосистем: лесных, степных, болотных и антропогенных в каждом периоде голоцена для каждого из шести природных районов и всей территории центральной части Приволжской возвышенности.
Решен вопрос о взаимоотношении и развитии лесного и лесостепного растительного покрова на протяжении голоцена, определены коренные (первичные) растительные сообщества лесов и степей, изучена лесообразующая роль основных древесных пород изучаемой территории в течение голоцена (определено время появления, максимального развития, угасания) в естественных и нарушенных местообитаниях.
Впервые для данной территории на основании полученного качественно нового материала и обобщения данных по изучению торфяных разрезов выполнена классификация торфов и торфяных залежей, определена их встречаемость. Восстановлены основные закономерности по динамике торфонакопления в голоцене для каждого типа и вида торфяной залежи болот, особенности болотообразования в каждом районе изучаемой территории. Восстановлена история растительности пойменных и водораздельных болот с каждым видом и вариантом залежи.
Положения, выносимые на защиту.
1). На территории центральной части Приволжской возвышенности выделены шесть крупных природных (и соответственно палинологических) районов, характеризующихся шестью подтипами диаграмм, причем каждому из них присущи лишь ему свойственные локальные и региональные черты спорово-пыльцевых спектров.
2). Для всех подтипов диаграмм характерны единые региональные черты: основные и второстепенные палинологические и контактные уровни, имеющие радиоуглеродные даты и позволяющие разделить их на палинозоны и хронологические периоды. Все подтипы относятся к одному типу диаграмм – Южнорусскому.
3). Учитывая данные уровни и состав спорово-пыльцевых спектров и комплексов, выделены лесорастительные зоны, последовательно сменяющиеся в течение голоцена.
4). Каждому природному району территории центральной части Приволжской возвышенности свойственны своя динамика лесных, степных, болотных, пойменных и антропогенных экосистем в голоцене, характерные величины поправочных коэффициентов и коэффициентов корреляции, свои особенности в распространении и лесообразующей роли основных древесных пород.
5). Основные направления сукцессионного процесса формирования растительности, а также основные сукцессии лесных, степных и болотных сообществ являются общими для всей центральной части Приволжской возвышенности.
6). Лесостепь данной территории следует считать коренной, сформировавшейся до начала хозяйственной деятельности человека.
7). Проведенная классификация торфов, изучение стратиграфии и классификация торфяных залежей позволяют представить особенности болотообразования и динамику растительности болот в голоцене на данной территории.
Личный вклад автора. В основу данной работы легли материалы 23-летних исследований. Автором самостоятельно осуществлена организация и проведение полевых и камеральных работ, проведен сбор материалов, их анализ, обобщение и интерпретация, а также выполнение графических работ.
Практическая значимость.
Данная работа может быть основой для разработки практических рекомендаций по восстановлению коренных лесных формаций в различных природных районах Приволжской возвышенности и прогнозирования развития природных процессов в будущем. Полученные данные могут быть использованы при картировании коренного растительного покрова центральной части Приволжской возвышенности. Материалы по субрецентным спектрам и полученные поправочные коэффициенты послужат вспомогательной основой при реконструкциях растительности прошлых эпох. Изучение распространения различных видов торфов и торфяных залежей позволило в настоящее время дать практические рекомендации по их охране и рациональному использованию, в том числе в бальнеологических целях.
Двадцать торфяников как эталонные стратиграфические разрезы по нашим рекомендациям утверждены особо охраняемыми природными территориями (Благовещенская, 1980, 1981а,б, 1991, 1996, 1997 а,б,в,г,д; Боч, 1999).
Апробация работы. Основные итоги работы и материалы диссертации представлены на 19 международных, всесоюзных и всероссийских конференциях и совещаниях, на расширенных заседаниях лабораторий Института Биологии КарНЦ РАН Института Географии РАН на ежегодных научных конференциях и заседаниях кафедр Ульяновского государственного университета.
Публикации. Автором опубликованы 70 научных работ, в том числе 8 работ в ведущих рецензируемых журналах и изданиях из списка ВАК РФ и 10 монографий.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 665 страниц. В том числе: 488 стр. - основного текста, 177 стр. – приложений, 68 рисунков, 130 таблиц. Библиографический список составляют 583 наименования, в том числе 104 - иностранных.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение. Приводятся обоснования актуальности темы, формулируются цели и задачи данной работы, научная и практическая значимости полученных результатов.
Глава 1. Физико-географические особенности района исследования
Центральная часть Приволжской возвышенности – крупный, хорошо очерченный геоморфологический района Русской равнины расположен на востоке Европейской части России в среднем течение р. Волги между 520 3' и 550 30' с.ш. и 4502' и 50010' в.д. (см. рис. 1). В работе дается подробная характеристика особенностей геологии, геоморфологии, климата, гидрографии, почв и современного растительного покрова данной территории. В рельефе примечательным является наличие двух поверхностей выравнивания: верхнее (280-320м над у. м.) и нижнее (180-240 м над у. м.) плато. Климат умеренно континентальный: самый холодный месяц январь (-130С), самый теплый – июль (+190, +200 С), годовая сумма осадков от 350 мм на юге до 650 мм – на западе. В почвенном отношении территория расположена в переходной полосе от зоны распространения подзолистых почв к зоне черноземов. Облесённость территории составляет около 30%. Преобладают сосновые, сосново-широколиственные леса, менее распространены широколиственные и мелколиственные. Большинство из них - вторичны. Степные участки представлены луговыми, каменистыми и песчаными степями, большая их часть распахана.
В данной работе за основу принята схема физико-географического районирования И.В. Благовещенского (2006), обосновавшего границы центральной части Приволжской возвышенности и 12 физико-географических (ландшафтных) районов. Схожие природные условия и полученные данные по основным закономерностям формирования растительного покрова и палеогеографии в голоцене позволили на основе 12 ландшафтных районов выделить шесть более крупных природных территорий: Западный, Восточный, Северо-Западный, Северный, Северо-Восточный и Южный районы (см. рис. 1).
Глава II. История палеогеографических исследований голоцена
центральной части Приволжской возвышенности
Территория центральной части Приволжской возвышенности характеризуется слабой палеогеографической изученностью. В прошлом нами сравнительно неплохо была изучена лишь голоценовая история растительности Ульяновского Предволжья. Однако и здесь сведения были неполны (особенно по древнему и раннему голоцену, периодизации голоцена). История растительного покрова других территорий центральной части Приволжской возвышенности изучена крайне слабо или не изучена совсем. Так, на юге Пензенской области А.А. Чигуряевой (1937, 1941, 1946) были изучены 8 торфяных болот - так называемые «Ивановские торфяники» в районе с. Ивановка Лопатинского района Пензенской области. Автором была детально изучена растительность и торфяная залежь. Для всех болот приведены стратиграфические колонки торфяных залежей и результаты спорово-пыльцевого анализа торфа. Однако пыльцевой анализ выполнен только для пыльцы деревьев и без видовой принадлежности. Все разрезы болот имеют сходные спорово-пыльцевые комплексы. Некоторые сведения о составе поверхностных пыльцевых спектров торфяной залежи болота Моховое Саратовского уезда приводятся также в работе А.А. Чигуряевой и К.В. Ворониной (1970). В.С. Доктуровским (1925) исследован торфяник Леонидовский, расположенный у г. Пензы (самая западная окраина исследуемой территории). К сожалению, пыльцевой анализ также выполнен только для пыльцы деревьев. Следует также отметить один разрез голоценовых отложений, изученный А.М. Семеновой-Тян-Шанской (1957) в Западном районе данной территории – метровая сплавина оз. Крячок, имеющая, по нашим данным, субатлантический возраст (Благовещенская, 1985). Наиболее интересные сведения по истории растительности приведены в работах Н.И. Пьявченко (1950, 1958). Им изучены четыре торфяных болота, находящиеся в Мордовии в непосредственной близости к изучаемой территории (примыкающей к ней с северо-запада). Следует отметить, что ошибочное определение авторами возраста данных болот как древнеголоценового, повлекли за собой отрицательные последствия в формировании взглядов на характер коренной растительности данной территории. В частности, была недооценена роль некоторых первичных растительных формаций центральной части Приволжской возвышенности. На основании данных вышеуказанных авторов обобщающую сводку по палеорастительности Приволжской возвышенности приводит в своей работе М.И. Нейштадт (1957), объединив эти диаграммы болот в Среднерусский тип диаграмм. История растительности данной территории, начиная с палеоцена до настоящего времени на основании анализа ее геоморфологии и современного состояния лесов, приводится также в работах В.В. Благовещенского (1951, 1962, 1968, 1971, 1979, 2005). Голоценовая история растительности автором подробно не рассматривается. Указывается лишь повсеместно распространение в течение голоцена лесной растительности (сосновых, сосново-широколиственных лесов). Оценка антропогенной трансформации флоры бассейна р. Суры дана в работе Т.Б. Силаевой (2006). Автор к синантропным видам относит 811 видов, в том числе 453 – к адвентивным и считает, что крупномасштабные процессы антропогенной трансформации растительного покрова начались с началом земледелия.
Вопросы, связанные с изучением субрецентных спектров, получением поправочных коэффициентов и коэффициентов корреляции для древесных пород поднимались лишь в наших работах (Благовещенская, 1985, 1995, 2009).
Стратиграфия торфяников Приволжской возвышенности и особенно их эволюция в голоцене также изучены явно недостаточно. Наиболее полные сведения приведены в работе Н.И. Пьявченко (1958) «Торфяники русской лесостепи». В монографии рассматриваются болота лесостепной зоны от границ с Украиной на западе до границ Башкирии и Оренбургской области на востоке, но в основном расположенных вне границ изучаемой территории. Автором подробно изложены вопросы генезиса болот, типология болотных массивов, особенности водного и минерального питания, растительность и ее эволюция, стратиграфия торфяных залежей. Некоторые сведения о строении торфяных залежей имеются в Торфяном фонде (1948) и материалах торфяной разведки Куйбышевской торфоустроительной конторы за 1937-1938 гг. особенно в связи с изучением болот для хозяйственных целей, прежде всего в качестве источника торфа. В пояснительной записке Н.И. Пьявченко к Торфяному фонду Пензенской области (1944) содержатся подробные сведения о распространении различных типов залежей, их встречаемости в процентном отношении, основных торфообразователях, химических и физических свойствах отдельных видов торфов и торфяных залежей. Однако вопросы эволюции болотной растительности в голоцене в данных работах не рассмотрены. Наиболее полные сведения для болот Ульяновского Предволжья приводятся в наших работах (Благовещенская, 1986, 1989, 1998 а, б, 2004, 2005).
Глава III. Объекты и методы исследования
Основными методами изучения истории растительности центральной части Приволжской возвышенности являлись: полевые исследования, изучение субрецентных спектров, спорово-пыльцевой анализ органогенных и минерогенных отложений голоцена, ботанический анализ торфов, радиоуглеродное датирование, определение относительного возраста методом экстраполяции. Кроме того, при реконструкции растительности прошлого применялся геоморфологический метод. Таким образом, применен принцип использования комплекса сопряженных методов, предложенный ранее некоторыми исследователями (Елина, 1981; Елина и др., 1984, 1992,1994, 2000; Юрковская, и др., 1991; Filimonova, 1998).
Полевые исследования проводились с 1985 по 2008 годы. Подробно были изучены разрезы голоценовых отложений 52 болот (918 образцов: 815 - торфа и 103 - минерогенных отложений), схематично (для стратиграфических целей) – дополнительно еще 92 (см. рис. 1), обобщены данные Торффондов по строению залежей 284 торфяников. Для всех образцов торфа в камеральных условиях проведен ботанический анализ торфов и определена степень разложения. Торфяные колонки строились двух видов: с учетом послойных, сменяющих друг друга видов торфа и более детально, с показом процентного соотношения растительных остатков в каждом образце. Для всех торфяных разрезов проводились расчеты прироста торфа для каждого периода голоцена – важного показателя биологической продуктивности болотной растительности.
Для 38 разрезов выполнен спорово-пыльцевой анализ (683 образца). Обработка образцов с целью выделения спорово-пыльцевого спектра проводилась с помощью сепарационного метода В.П. Гричука и сернокислого метода Г. Эрдтмана (Пыльцевой анализ, 1950). Пыльца и споры определялись под микроскопом при увеличении 600 и 1350 раз. Подсчет пыльцевых зерен производился по группам: деревьев до 500 шт., споровых – до 150-200, трав - 150-200 (в бедных минерогенных образцах – до 100). В группе пыльцы деревьев определения велись, как правило, до вида, в группе споровых и трав – до семейства, рода, реже – вида. Особое внимание обращалось на антропохорные виды. Кроме этого, широко использовались эталонные препараты, изготовленные в подавляющем большинстве автором (680 видов) и их фото. Спорово-пыльцевые диаграммы строились отдельными кривыми. На основании усреднения диаграмм каждого палинологического района были простроены средние спорово-пыльцевые диаграммы по общепринятой методике.
Исследования субрецентных спорово-пыльцевых спектров поверхностных проб с целью получения поправочных коэффициентов проводились по методике К.В. Прохоровой (1965). Были заложены 197 пробных площадок размером 1000м2 в различных физико-географических районах центральной части Приволжской возвышенности. В результате сопоставления процентного содержания видов в фитоценозе и содержания их пыльцы в спектрах были получены поправочные коэффициенты для всех основных древесных пород отдельно во всех районах центральной части Приволжской возвышенности. Для установления степени соответствия между участием древесных пород в фитоценозе и содержанием их пыльцы в субрецентных спорово-пыльцевых спектрах были вычислены коэффициенты корреляции общепринятым методом.
Для хронологии основных контактов и палинологических уровней голоцена в различных районах центральной части Приволжской возвышенности использовался метод радиоуглеродного датирования (по 14С). Было получено 27 радиоуглеродных дат (см. табл. 1).
При реконструкции растительности прошлого широко использовался картографический материал по геологии, почвам, климату, растительности изучаемой территории. Кроме того, автором обобщены и доработаны данные, полученные нами ранее для некоторых районов изучаемой территории, а также результаты исследований других авторов для сопредельных территорий.