Ключевые слова: краевой эффект, экотоны, видовое богатство растений, активность почвенных ферментов.
В настоящее время проблема сохранения окружающей среды в целом и в том числе самовоспроизведения лесов концентрирует на себе внимание экологов не только нашей страны, но и всего мира. На территории города Ханты-Мансийска в последнее время происходит активное преобразование естественных ландшафтов и повышение хозяйственного освоения природных зон города и устойчивый рост эмиссии загрязнителей.
Поэтому нас заинтересовал вопрос о ценности краевого эффекта, как явления, которое, возможно, предшествует процессу естественного восстановления леса.
Цель исследования: экологическая индикация краевого эффекта в растительных сообществах на границе контакта «лес-луг» на примере лога Холодного.
Гипотеза: верно ли, что в области контакта сообществ растений луга и леса развивается краевой (опушечный) эффект, проявляющийся в повышении видового богатства растений, более высокой их продуктивности и увеличении активности почвенных ферментов.
Объект исследования: экотон на границе лес-луг на территории лога Холодного.
Предмет исследования: растительность экотона, каталазная активность почвы.
В соответствии с целью решались следующие задачи:
1. Описать видовой состав лесных и луговых растительных сообществ лога Холодного.
2. Охарактеризовать комплексы доминирующих видов в растительных сообществах леса, луга и области их перехода.
3. Проанализировать тенденцию изменения экологических показателей растительных сообществ и ферментативной активности почв в области контакта леса и луга.
4. Определить связь видового богатства растительных сообществ с биологической активностью почвы.
Материалы и методы исследования
Исследование проводили с июля по октябрь 2014 года на модельном участке лога Холодный, расположенном на территории Природного парка «Самаровский Чугас».
Для выявления краевого эффекта в области контакта растительных сообществ леса и луга заложена трансекта, общая протяженность которой составила 50 м. Пробные площадки с размерами 3×10 м размещены были вдоль трансекты на разном удалении друг от друга (1.0–5.5 м) в соответствии со схемой, представленной на Рис. 1. Такое размещение пробных площадей на трансекте позволило нам при минимальном количестве геоботанических описаний охарактеризовать фоновые (типичные) растительные сообщества луга и леса, а также уловить их изменения в узкой области контакта.
При описании растительности считали, что пробные площадки 1,2 — характеризуют растительность луга, 4–6 — лесолугового экотона, а 8–9 — леса. Принадлежность пробных площадок 3 (луг или лесолуговой экотон) и 7 (лесолуговой экотон или лес) устанавливали при анализе результатов исследования.
Рис. 1. Схема размещения пробных площадей на модельной трансекте в логе Холодном (Природный парк «Самаровский Чугас»)
На каждой пробной площадке определяли состав и проективное покрытие растений (по шкале обилия-доминирования Браун-Бланке), проводили укосы растений с 0,25 м2, металлическим цилиндром с верхнего горизонта (0–10 см) отбирали пробы почвы. Отбор проб осуществлялся с помощью шурфа с глубины 5 см согласно ГОСТ 17.4.4.01–83 «Общие требования к отбору проб почвы»; ГОСТ 17.4.4.02–84 «Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа» на участке лога Холодного. Активность почвенной каталазы определяли в воздушно-сухих образцах почвы газометрическим способом (реакция с H2O2) по методу Галстяна (Минеев, 2001).
Определение надземной фитомассы растений в сухом состоянии и её ферментативной активности выполнены в трех повторностях. Полученные результаты обработаны статистическими методами с помощью пакета Microsoft Office (Excel 2010).
Результаты исследования и их краткий анализ
В результате изучения растительности заложенной трансекты выявлено 47 видов растений, относящихся к 25 семействам. Видовой состав сосудистых растений представлен 45 видами (24 семейства), а мохообразных — 2 видами (1 семейство). Наибольшим видовым богатством отличаются сем. Бобовые (5 видов), Сложноцветные (5 видов) и Розовые (4 вида).
Общими для растительных сообществ леса, луга и лесолугового экотона были 11 видов: клевер луговой, незабудка дернистая, мятлик луговой, овсяница луговая, черноголовка обыкновенная, лютик ползучий, осока, лапчатка гусиная, таволга вязолистная, одуванчик лекарственный и хвощ лесной.
Растительность луга (участки 1–2) представлена 23 видами, из которых 7 видов (клевер ползучий, лисохвост луговой, подорожник большой, мать-и-мачеха обыкновенная, полынь обыкновенная, ястребинка зонтичная, хвощ полевой) отмечены нами только на лугу и не встречаются в лесолуговом экотоне или лесу.
В составе растительности лесолугового экотона (участки 4–6) нами отмечено 33 вида. Из них только 7 видов приурочено к экотону и не встречаются на лугу и в лесу. К таким видам относятся брусника обыкновенная, черника обыкновенная, звездчатка ланцетовидная, подмаренник северный, малина обыкновенная, ситник и осот полевой.
Растительность леса (участки 8–9) представлена 27 видами, из которых 6 видов отмечены только в лесу и не встречаются на лугу и в лесолуговом экотоне. Это горошек лесной, грушанка малая, линнея северная, борец высокий, костяника и мох плевроциум Шребера.
Оценка обилия видов по шкале Браун-Бланке показывает, что сообщества растений леса, луга и лесолугового экотона различаются по набору доминантов. В частности, в луговой растительности доминируют клевер ползучий, лапчатка гусиная и лютик ползучий. Видами-доминантами лесолугового экотона являются гилокомиум блестящий, кислица обыкновенная, хвощ лесной и черника обыкновенная. В лесу преобладают мхи гилокомиум блестящий и плевроциум Шребера, а также кислица обыкновенная и мятлик луговой.
Как видно из Таблицы 1, экологические индикаторы краевого эффекта (ферментативная активность почвы, видовое богатство и биомасса растительных сообществ) изменяются не согласованно. Например, всплеск числа видов растений отмечается на участках 3–7, фитомассы — на участках 2–4, а активности каталазы — на участках 2–8. Всплеск значений всех трех индикаторов краевого эффекта происходит только на участках 3–4 и, по-нашему мнению, они являются истинным экотоном. При этом повышенный уровень видового богатства растений и каталазной активности почвы в лесу, указывает на распространение экотона до участка 7.
Таблица 1
Экологические показатели сообществ растений и ферментативной активности почвы на изученной трансекте.
|
Показатель |
Участок |
||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
Число видов растений |
16 |
18 |
22 |
25 |
22 |
17 |
24 |
21 |
16 |
|
Сухая фитомасса, г |
35.31 |
38.21 |
45.04 |
31.80 |
24.38 |
14.14 |
9.73 |
6.32 |
5.22 |
|
Каталазная активность, млО2/г/мин |
3.80 |
8.90 |
6.80 |
6.93 |
6.27 |
4.43 |
7.40 |
8.00 |
3.20 |
|
* жирным шрифтом выделены значения, указывающие на проявление краевого эффекта; ** темно-серым цветом выделена область распространения истинного экотона, светло-серым — вероятного экотона. |
|||||||||
Таким образом, лесолуговой экотон проявляется на участках 3–7 и распространяется от границы контакта леса и луга на 10.5 м как в сторону леса, так и в сторону луга.
Рис. 2. График зависимости активности почвенной каталазы от числа видов растений в сообществах
В области экотона наблюдается увеличение активности почвенной каталазы (Рис. 2). Вероятной причиной этого может являться формирование благоприятных условий для почвенных организмов. Известно, что фермент каталаза поступает в почву с продуктами жизнедеятельности почвенных животных (Самедов П. С., Надиров Ф.Т, 1989). Повышенное видовое богатство растений в области экотона увеличивает кормовое разнообразие, что может привлекать почвенных животных и способствовать более интенсивному поступлению и накоплению каталазы в почве.
Основные выводы
На основе полученных результатов мы можем сделать следующие выводы:
1. Видовой состав растений представлен 47 видами. Наибольшее их число (33 вида) отмечено в лесолуговом экотоне, меньшее (27 видов) — в растительном сообществе леса, а минимальное (23 вида) — в сообществе луга.
2. Растительные сообщества луга, леса и зоны контакта «лес-луг» характеризуются специфичным набором доминантов. В луговом фитоценозе доминирует клевер ползучий, лапчатка гусиная и лютик ползучий, в лесном — мхи гилокомиум блестящий и плевроциум Шребера, а в области контакта сообществ — гилокомиум блестящий, кислица обыкновенная, хвощ лесной и черника обыкновенная.
3. В области контакта сообществ растений луга и леса развивается краевой (опушечный) эффект, проявляющийся в повышении видового богатства растений, более высокой их продуктивности и увеличении активности почвенных ферментов. Это указывает на развитие в этой области экотона, который распространяется на 10.5 м от границы контакта сообществ как в сторону леса, так и в сторону луга.
4. Выявлена тесная прямая связь активности почвенной каталазы с видовым богатством растений, что может быть связано развитием в области экотона благоприятных условий для почвенных организмов, привлекаемых более высоким разнообразием корма.
Литература:
1. Бабьева И. П., Агре Н. С. Практическое руководство по биологии почв.М.: Сельхозлит, 1971. 211 с.
2. Зайков Г. И. Учение о растительных сообществах. Омск: Изд-во ОмГПУ, 1971. 154 с.
3. Комиссарова Т. С. Полевые уроки по геоэкологии. СПб: Просвет, 1995. 168 с.
4. Минеев В. Г. и др. Практикум по агрохимии: Учебн. пос. М.: Изд-во МГУ, 2001. 689 с.
5. Нетрусов А. И., Захарчук Л. М. и др. Практикум по микробиологии: Учеб. пос. для студ. ВУЗов. М.: Издательский центр «Академия», 2005. с. 105–107.
