Эколого-фитоценотическая характеристика фитоценозов, сформировавшихся на заброшенных землях сельскохозяйственного назначения в зоне влияния лесных массивов и транспортной инфраструктуры (на примере надпойменной террасы левого берега р. Енисей, в окрестностях д. Шивера)
Эколого-фитоценотическая характеристика фитоценозов, сформировавшихся на заброшенных землях сельскохозяйственного назначения в зоне влияния лесных массивов и транспортной инфраструктуры (на примере надпойменной террасы левого берега р. Енисей, в окрестностях д. Шивера)
Аннотация
В статье представлены результаты оценки обилия, проективного покрытия и пространственного размещения видов травянистой растительности сформировавшейся на выбывших длительное время из использования землях сельскохозяйственного назначения, на трех исследуемых участках, в условиях центральной группы районов Красноярского края (надпойменная терраса левого берега р. Енисей, в окрестностях д. Шивера). Выявлен выраженный сформировавшийся экологический градиент изменений травостоя по ландшафтно-экологическому вектору «лес — дорога — склон/река». Установлено, что буферное влияние смешанного лесного массива обеспечивает стабильность полидоминантного сообщества участка № 1 с фоновым доминированием мятлика лугового и развитым мезофильным разнотравьем. Приближение к автомобильной дороге и присклоновой прибрежной зоне (участки № 2 и № 3) ведет к ксерофитизации и синантропизации флоры под воздействием повышенной инсоляции, иссушения почв и транспортной нагрузки. На участке № 3 зафиксирована глубокая ценотическая дигрессия: общее видовое разнообразие снижается до 19 видов, ценные мезофиты деградируют до разреженного обилия (sp, покрытие 10–30%), а межвидовое расстояние увеличивается до 100–150 см на фоне фрагментации луговой дернины. Результаты исследования обосновывают необходимость организации экологического мониторинга присклоновых прибрежных экосистем, сложившихся на заброшенных землях сельскохозяйственного назначения, подверженных эрозионным процессам.
1. Введение
Согласно данным Управления федеральной службы государственной статистики по Красноярскому краю, Республике Хакасии и Республике Тыва на территории Красноярского края зафиксированы десятки тысяч гектаров не используемых земель сельскохозяйственного назначения. Возможность отнесения этих земель к заброшенным наталкивается на ряд трудностей. С точки зрения Постановления Правительства РФ от 18.09.2020 № 1482 «О признаках неиспользования земельных участков и земель сельскохозяйственного назначения» к заброшенным землям относят территории, на которых не менее 50% площади заросло сорняками, на оставшейся площади — деятельность или не ведется, или используется менее, чем на 25%. Очевидно, что на таких территориях закономерным образом развиваются сукцессионные процессы — это соответствует определению «заброшенных сельскохозяйственных земель», предложенному Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединённых Наций (ФАО).
Ряд исследователей отмечает нецелесообразность вовлечения данных земель в сельхозоборот вследствие низкого уровня плодородия и существенных экономических вложений, которые требуются для их расчистки . Однако такие земли могут быть использованы при реализации лесоклиматических проектов , , что требует предварительной оценки состава и структуры формирующейся на заброшенных сельскохозяйственных площадях растительности. Данная оценка, по мнению ряда исследователей , затруднена вследствие широкого варьирования факторов, оказывающих существенное влияние на их формирование, и, следовательно, должна рассматриваться индивидуально в каждом конкретном случае.
С другой стороны, исследуемая территория входит в состав Красноярской агломерации (одной из крупнейших агломераций в Сибири), являющейся компактным скоплением населённых пунктов вокруг г. Красноярска, где формируется её зона влияния с городами-спутниками и районами, которые тесно связаны между собой экономически, транспортно и культурно. Активно разрастающаяся Красноярская агломерация способствует переходу прилегающих сельскохозяйственных земель в техногенные и урбанистические ландшафты. А это, в свою очередь, создает нарастающий дефицит сельхозземель в центральной группе районов Красноярского края в условиях реализации национального проекта «Технологическое обеспечение продовольственной безопасности» и национального проекта «Инфраструктура для жизни», в рамках которого государство системно поддерживает развитие индивидуального жилищного строительства, что, в свою очередь, повышает актуальность мониторинга состояния такого типа земель с целью определения их дальнейшего использования.
Поэтому целью настоящей работы являлась оценка процессов формирования растительного покрова, его специфики, при самозарастании заброшенных сельскохозяйственных земель в условиях резко-континентального климата Красноярского края на основе изучения структуры растительных сообществ. Это, в свою очередь, позволяет также делать косвенные оценки и состояния почв подобных территорий и грамотно распоряжаться данными земельными ресурсами.
2. Методы и принципы исследования
Объектами исследований являлись растительные сообщества, сформировавшиеся на заброшенных землях сельскохозяйственного назначения, на трех участках площадью по 76,7 м2 в условиях центральной группы районов Красноярского края, на надпойменной террасе левого берега р. Енисей, с западной стороны д. Шивера (ЗАТО Железногорск, Красноярский край).
Изучаемые участки расположены на равнинной возвышенности (160 м над уровнем моря), климат местности резко-континентальный, с суровой долгой зимой и тёплым летом. Средняя годовая температура воздуха изменяется в пределах +0,7 – +1,3 °C. Наиболее холодный месяц — январь (-35 °C и ниже), наиболее теплый — июль (+30 °C и выше). Среднегодовое количество осадков варьируется в пределах 331–517 мм. Ветровой режим характеризуется резким преобладанием ветров западного и юго-западного направлений, практически независимых от времени года. Средняя скорость 3–5 м/сек, в зимнее время может достигать 11–15 м/сек , . Почвенный покров района — с преобладанием горно-таежных подзолистых почв.
Рисунок 1 - Географическое положение исследуемых участков
3. Основные результаты
Для оценки состояния растительного покрова на трех исследуемых участках был проведен комплексный учет видового состава, проективного покрытия и обилия видов по шкале Друде. Сводные данные фитоценотического анализа представлены в таблице 1.
Обилие и видовое разнообразие травянистой растительности на исследуемой территории
Друде — обилие вида по шкале Друде (Soc — фоновое, Cop 3–Cop 1 — обильное, sp — изреженное, Sol — единичное, Un — единичные экземпляры); П — проективное покрытие вида, %. Значок «–» указывает на отсутствие вида на участке. Для единичных находок (Un) покрытие условно принято менее 10%
Вид растения | Участок 1 | Участок 2 | Участок 3 | |||
Друде | П, % | Друде | П, % | Друде | П, % | |
Chenopodium album | sp | 10–30 | sp | 10–30 | - | - |
Trifolium spp. | Cop 2 | 50–70 | Cop 1 | 30–50 | sp | 10–30 |
Sonchus arvensis | sp | 10–30 | sp | 10–30 | sp | 10–30 |
Convolvulus arvensis | sp | 10–30 | sp | 10–30 | sp | 10–30 |
Elytrigia spp | Cop 3 | 70–90 | Cop 2 | 50–70 | sp | 10–30 |
Polygonum aviculare | sp | 10–30 | sp | 10–30 | sp | 10–30 |
Tragopogon pratensis | sp | 10–30 | sp | 10–30 | sp | 10–30 |
Amaranthus retroflexus | sp | 10–30 | sp | 10–30 | sp | 10–30 |
Atriplex spp | Cop 3 | 70–90 | Cop 2 | 50–70 | sp | 10–30 |
Persicaria maculosa | sp | 10–30 | sp | 10–30 | sp | 10–30 |
Achillea millefolium | Cop 1 | 30–50 | Cop 1 | 30–50 | sp | 10–30 |
Pulmonaria mollis | Cop 1 | 30–50 | Cop 1 | 30–50 | sp | 10–30 |
Bromus inermis | sp | 10–30 | sp | 10–30 | sp | 10–30 |
Geranium pratense | sp | 10–30 | sp | 10–30 | - | - |
Brachythecium spp | Un | <10 | - | - | - | - |
Rosa davurica | Un | <10 | - | - | Un | <10 |
Vicia cracca | Cop 2 | 50–70 | Cop 2 | 50–70 | Cop 1 | 30–50 |
Sanguisorba officinalis | Sol | 10–30 | sp | 10–30 | Sol | 10–30 |
Epilobium spp. | sp | 10–30 | Cop 1 | 30–50 | sp | 10–30 |
Plantago spp. | sp | 10–30 | Cop 2 | 50–70 | sp | 10–30 |
Poa pratensis | Soc | 90–100 | Cop 3 | 70–90 | Cop 3 | 70–90 |
Tanacetum spp | Un | <10 | sp | 10–30 | Un | <10 |
Alopecurus spp | Cop 3 | 70–90 | Cop 3 | 70–90 | Cop 2 | 50–70 |
Анализ флористической структуры показал неравномерное распределение доминантов и сопутствующих видов по градиенту исследуемых биотопов:
– Участок № 1 характеризуется максимальным развитием злакового компонента. Абсолютным доминантом (эдификатором) выступает мятлик луговой (Poa pratensis), формирующий фон со степенью обилия Soc и проективным покрытием 90–100%. Субдоминантами являются пырей (Elytrigia) и лебеда (Atriplex) со степенью обилия Cop 3 и покрытием 70–90%, а также лисий хвост (Alopecurus) (Cop 3). Высокое обилие (Cop 2) также отмечено у клевера (Trifolium) и мышиного гороха (Vicia cracca). В единичных экземплярах (Un, Sol) зафиксированы Brachythecium, Rosa davurica, Sanguisorba officinalis и Tanacetum. Всего на участке отмечено 22 вида.
– Участок № 2 демонстрирует смену ценотических позиций. Эдификаторная роль Poa pratensis снижается до уровня Cop 3 (покрытие 70–90%), при этом аналогичные высокие показатели обилия сохраняет Alopecurus (Cop 3). Группа субдоминантов представлена Elytrigia (Cop 2), Atriplex (Cop 2), Vicia cracca (Cop 2) и подорожником (Plantago) (Cop 2), у которого зафиксировано резкое увеличение обилия по сравнению с участком № 1. Видовое богатство составляет 22 вида (исчез мох Brachythecium, но появился Sonchus arvensis в разреженном состоянии).
– Участок № 3 характеризуется наиболее угнетенной структурой травостоя и снижением общего видового богатства до 19 видов (полностью выпали Chenopodium album, Geranium pratense и моховой ярус). Доминирующее положение удерживают злаки: Poa pratensis и Elytrigia (Cop 3, покрытие 70–90%), а также Alopecurus (Cop 2). Большинство остальных компонентов флоры (15 видов из 19) переходят в категорию разреженного обилия (sp) с минимальным проективным покрытием (10–30%) и увеличением межвидового расстояния до 100–150 см.
4. Обсуждение
Растительные сообщества состоят в основном из травянистых многолетников (16) и одно-и двухлетников (5), представлены древесные растения (5), кустарники и полукустарники (2), мхи (1). Таким образом, можно отметить, что вторичные сукцессии на рассматриваемых территориях характеризуются травяным типом зарастания.
Ландшафтно-географическое положение исследуемой территории предопределяет сложную комбинацию природных и антропогенных факторов. Ограничение участков с севера, запада и востока смешанными лесными массивами обеспечивает надежную защиту от деструктивного воздействия холодных ветров и создает условия для повышенного увлажнения экотопов в весенний период за счет эффективного снегозадержания. Напротив, южная граница, представленная действующей автомобильной дорогой, присклоновой зоной и долиной реки Енисей, выступает главным вектором перманентного антропогенного пресса, повышенной инсоляции, высокой дренированности почвенных горизонтов и ксерофитизации ландшафта, что в целом типично для экстразональных экотопов Средней Сибири.
На основе полученных фактических данных прослеживается четко выраженный экологический градиент: от относительно стабильного биотопа (участок № 1), находящегося под буферным климатическим влиянием лесного массива, к нарушенному, остепненному и антропогенно трансформированному ценозу (участок № 3) вблизи транспортной артерии и речного склона. Участок № 1, очевидно, располагается в зоне максимального экологического влияния смешанного леса (внутренняя или экотонная лесолуговая зона). Как отмечают исследователи экотонных сообществ , опушечные зоны крупных речных долин Сибири часто выступают резерватами повышенного биоразнообразия, сочетая лесные и луговые элементы. Этим объясняется присутствие здесь влаголюбивого и теневыносливого мохового компонента Brachythecium, а также высокая жизненность мезофильного разнотравья (Geranium pratense, Pulmonaria, Trifolium). Стопроцентное проективное покрытие эдификатора Poa pratensis свидетельствует о высоком плодородии и оптимальном гидротермическом режиме почв под защитой лесного полога , .
Стабильно высокие позиции длиннокорневищных и корневищных злаков — Poa pratensis, Elytrigia и Alopecurus — на всех трех изученных участках свидетельствуют о формировании прочного дернового покрова, устойчивого к внешним воздействиям. Однако зафиксированный переход Poa pratensis от статуса фонового растения (Soc, покрытие до 100%) на участке № 1 к категории обильного (Cop 3) на участках № 2 и № 3 достоверно указывает на трансформацию условий среды. Ослабление позиций мятлика лугового сопряжено с усилением уплотнения почвы и нарастающим дефицитом влаги по мере приближения к склону. В данных условиях конкурентные преимущества временно переходят к более ксерофитному и агрессивному пырею (Elytrigia), сохраняющему высокое обилие и успешно закрепляющему сухие, подверженные эрозии присклоновые субстраты.
Наличие автомобильной дороги с южной стороны служит мощным источником заноса адвентивных и сорных растений . Высокое обилие синантропных видов —Atriplex, Chenopodium album, Amaranthus retroflexus и Polygonum aviculare— на участках № 1 и № 2 указывает на активный приток семян со стороны обочины. Транспортные коридоры традиционно выступают главными векторами флористической рудерализации и экспансии эксплерентов . При этом увеличение ценотической роли Plantago до уровня Cop 2 на участке № 2 прямо указывает на возрастание механической нагрузки (вытаптывание, уплотнение верхних почвенных горизонтов), что типично для придорожных зон и пешеходных подходов к береговой линии.
Наиболее глубокие регрессивные изменения структуры зафиксированы на участке № 3, который находится в непосредственной близости к южному склону и речной террасе Енисея. Южная экспозиция склонов в условиях Средней Сибири характеризуется экстремальным температурным режимом, ускоренным стоком поверхностных вод и интенсивным иссушением почв . В этих условиях наблюдаются следующие деструктивные процессы:
– редукция видового богатства из-за дефицита влаги и разрушения лесного микроклиматического буфера, что является классическим маркером аридного стресса в поймах крупных рек ;
– гомогенизация и злаковый регресс с выпадением чувствительного к вытаптыванию мохового яруса и уязвимых двудольных компонентов ;
– деградация разнотравья: падение обилия ценных луговых видов (Achillea millefolium, Pulmonaria, Vicia cracca) до категории sp (изреженно) и критическое снижение их проективного покрытия до 10–30% отражает классическую картину дигрессии под влиянием сочетанных факторов (ксерофитизация + антропогенное давление) , , .
Зафиксированное на участке № 3 увеличение среднего межвидового расстояния до 100–150 см свидетельствует о глубокой фрагментации растительного покрова и формировании дискретной структуры травостоя, неспособного сформировать сомкнутую луговую дернину, что полностью согласуется с концепцией деградации пастбищных и придорожных экосистем. Примечательно также исчезновение однолетних сорняков (в частности, Chenopodium album) на участке № 3. Это доказывает, что лимитирующим фактором здесь становится не просто антропогенное нарушение, а именно жесткий гидрологический режим склона Енисея, где однолетние эксплеренты проигрывают конкуренцию многолетним ксеро-мезофитным злакам в условиях иссушения верхнего слоя почвы.
Таким образом, пространственная структура растительности на исследуемой территории строго подчинена ландшафтно-экологическому вектору «Лес — Дорога — Склон/Река». Буферная роль лесного массива закономерно ослабевает по мере продвижения к югу, уступая место процессам ксерофитизации, вызванной рельефом долины р. Енисей, и синантропизации, обусловленной близостью дорожной инфраструктуры. Участок № 3 представляет собой наиболее уязвимый и нарушенный фитоценоз, находящийся на стадии ценотического регресса и требующий постоянного мониторинга эрозионных процессов.
5. Заключение
На основе проведённого фитоценотического анализа травянистой растительности в градиенте ландшафтно-экологических условий долины реки Енисей можно сделать следующие выводы:
1. Структура растительного покрова исследуемой территории строго подчинена пространственному вектору «Лес — Дорога — Склон/Река». По мере удаления от смешанного лесного массива и приближения к присклоновой придорожной зоне наблюдается сукцессионная трансформация травостоя: от стабильного полидоминантного сообщества к нарушенному ксеро-мезофитному злаковому ценозу со снижением общего альфа-разнообразия (с 22 до 19 видов).
2. Доминирующее ядро во всех экотопах формируют длиннокорневищные и корневищные злаки (Poa pratensis, Elytrigia, Alopecurus), обеспечивающие прочность луговой дернины. Однако ухудшение гидротермического режима и уплотнение почв ведут к снижению обилия мятлика лугового (Poa pratensis) от фонового значения (Soc) на участке № 1 до обильного (Cop 3) на участках № 2 и № 3, что частично компенсируется ростом конкурентоспособности более ксерофитного пырея (Elytrigia).
3. Соседство с автомобильной дорогой с южной стороны выступает главным фактором синантропизации растительности участков № 1 и № 2, где субдоминирующее положение удерживают однолетние эксплеренты (Atriplex, Chenopodium album, Amaranthus retroflexus). Возрастание механической нагрузки (вытаптывания) на участке № 2 четко фиксируется резким увеличением обилия подорожника (Plantago до Cop 2).
4. Участок № 3 демонстрирует финальную стадию антропогенно-климатического регресса. Экстремальный температурный режим южного склона и высокая дренированность почв приводят к полному вымыванию мохового яруса и критическому угнетению мезофильного разнотравья до категории sp с падением проективного покрытия до 10–30%. Увеличение межвидового расстояния до 100–150 см свидетельствует о деградации и фрагментации травостоя.
В целом буферная роль лесного массива эффективно нивелирует внешнее антропогенное и климатическое давление только в пределах участка № 1. Фитоценоз участка № 3 находится в состоянии глубокой дигрессии, наименее защищен от эрозионных процессов и требует организации постоянного экологического мониторинга.