Ландшафтно-экологический анализ динамики растительного покрова заволжской лесостепи

Актуальность. Наблюдение за структурой и динамикой растительного покрова — один из важнейших элементов мониторинга геосистем, приобретающий особую важность в условиях зональных экотонов.

Лесостепное Заволжье в пределах Республики Татарстан (РТ) — регион пло.

•у щадью около 35 тыс. км. Его ландшафтно-экологическая специфика обуславливается комплексом абиотических факторов: зональные свойства среды изменяются специфическими азональными литогенными и геоморфологическими условиями, что определяет формирование разнообразных местообитаний. Регион располагается в центре бореального экотона и хозяйственное воздействие здесь необратимо изменяет структуру теплового и водного балансов в сторону аридизации, что ведет к ксерофитиза-ции и антропогенному остепнению растительного покрова. Благодаря длительной истории заселения территории Заволжья, деятельность человека выступает как один из важнейших ландшафтообразующих факторов.

Изучение динамики растительного покрова требует выяснения его природного облика и строения, что невозможно без детальной инвентаризации современных свойств и анализа их становления. Современный растительный покров республики представляет собой сложную пространственную мозаику фитоценозов, которые находятся на разных стадиях сукцессионного процесса, образуя спектры сукцессионных рядов. И хотя растительный’покров РТ являлся объектом изучения многих исследователей в течение более 150 лет, до сих пор не существует развернутой картографической сводки, характеризующей полное фитоценотическое разнообразие в базовом региональном масштабе (1:200 000).

При создании подобных среднеи крупномасштабных картографических моделей растительного покрова сложных экотонных территорий, имеющих длительный характер освоения, необходима проработка морфологической и покомпонентной структуры ландшафтов, изучение режима их функционирования, многовековой динамики. Моделирование «коренного» зонального или потенциального растительного покрова становится важным при проведении оценок современного состояния, нарушенное&tradeпокрова и оценочном картографировании — составляющих мониторинга геосистем.

Цели и задачи исследования. Цель исследования — изучение ландшафтно-экологической.специфики фитоценотического разнообразия заволжской лесостепи в пределах РТ и выявление закономерностей природной и антропогенной динамики растительного покрова региона.

Для достижения цели были сформулированы и решались следующие задачи:

1. провести инвентаризацию и картографирование растительного покрова в региональном масштабе с анализом его экотопологической структуры;

2. проанализировать естественно-исторические предпосылки формирования современного облика растительного покрова региона и реконструировать его многовековую динамику;

3. оценить текущее состояние и современную динамику лесного покрова, выявить и проанализировать характер его отклика на воздействие ведущих антропогенных факторов;

4. выявить общие закономерности формирования рисунка лесного покрова в регионе и оценить его связь с факторами деградации.

Научная новизна работы. Впервые на основе экотопологического и геоинформационного анализа флоры и растительности заволжской лесостепи проведена инвентаризация и картографирование фитоценотического разнообразия региона в масштабе 1:200 000. Проведена оценка современного состояния лесного покрова региона и ведущих антропогенных факторов, определяющих его современную специфику. Впервые обобщена информация о характере откликов растительного покрова на негативное воздействие нефтегазодобывающих комплексов в соответствии с характером и длительностью воздействия, определена роль антропогенной фрагментации, как ведущего типа фонового нарушения растительного покрова при строительстве и эксплуатации объектов. Выявлены особенности формирования пространственной мозаики (рисунка) лесного покрова в различных ландшафтных условиях, доказана связь метрических характеристик ее элементов с их внутренним содержанием, внешними условиями и антропогенными факторами. В работе использованы новые оригинальные геоинформационные приемы и методы оценки временной и пространственной динамики растительного покрова. Достижением автора являются результаты реконструкции многовековой динамики лесного покрова и полученные при компьютерном моделировании карты распределения ареалов леса в различные исторические периоды, которые поддерживают положение о неустойчивости лесного покрова лесостепи, возвратно-поступательном характере его динамики, определяемой неоднородностью ландшафтно-экологических условий бореального экотона и своеобразной периодичностью освоения человеком.

Практическая значимость результатов. Результаты исследования могут быть применены при решении широкого спектра теоретических и прикладных задач ботанической географии, в ландшафтных исследованиях, при региональных оценках экологического потенциала и устойчивости геосистем, в покомпонентных и комплексных оценках состояния окружающей среды, при формировании сети ООПТ республики, в охране биоразнообразия.

Работа производилась в рамках научного направления экологического факультета КГУ «Структурно-функциональная организация природных и антропогенных экосистем и процессов: моделирование и управление». Материалы исследования использовались в процессе работы Казанского государственного университета над проектами «Предварительная оценка воздействия на окружающую среду региона деятельности ОАО „Татнефть“ методами компьютерных технологий» и «Предварительная оценка воздействия на окружающую среду технологических процессов разработки мелких нефтяных месторождений методами геоинформационных технологий» (с 1996 г. по 2001 гг.) — «Инвентаризация флоры РТ» (1997;1999 гг.) — при обосновании территорий, перспективных для организации сети фрагментарного степного заказника в Лениногорском районе РТ (2000). Результаты работы находили применение при чтении общих и специальных курсов («Ландшафтоведение», «Экология антропогенных ландшафтов») на экологическом факультете КГУ.

Положения, выносимые на защиту.

1. При инвентаризации и среднемасштабном картографировании фитоценоти-ческого разнообразия региона с учетом доминантно-детерминантных признаков сообществ и особенностей ландшафтной структуры территории выявляется 35 типов фитоценотических сукцессионных комплексов региональной размерности.

2. В качестве потенциальной растительности лесостепного Заволжья РТ следует рассматривать преимущественно лесной покров. Нереализованность его абсолютного господства ни в одном из климатических периодов голоцена обусловлена антропогенным воздействием. Функционирование лесного покрова, уже начиная со среднего голоцена, в значительной степени определялось деятельностью человека в условиях низменных ландшафтов и в меньшей степени в возвышенных.

3. Использование методов геостатистического анализа данных позволяет решать ряд задач, связанных с оценкой состояния и динамики лесного покрова, с выявлением и доказательством их связи с условиями среды и факторами деградации.

4. Антропогенная фрагментация с изменением структуры лесного покрова, проявляющаяся уже в региональном масштабе, — одно из ведущих фоновых нарушений, происходящее при отчуждении земель во временное и постоянное пользование в связи со строительством и эксплуатацией объектов нефтегазодобывающих комплексов.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы были представлены и обсуждались на: II Республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы РТ» (Казань, 1995) — научно-практической конференции «Пути повышения эффективности лесного хозяйства и роль лесов в оздоровлении окружающей среды РТ» (Казань-Лубяны, 1998) — Н (Х) съезде РБО «Проблемы ботаники на рубеже XX—XXI вв.еков» (Санкт-Петербург, 1998) — конференции «История, опыт работы и перспективы развития естественно-географического факультета КГПУ» (Казань, 1998) — международном симпозиуме «Информационно-поисковые системы в зоологии и ботанике» (Санкт-Петербург, 1999) — международной конференции «Современные проблемы ботанической географии, картографии, геоботаники, экологии» (Санкт-Петербург, 2000) — 43rd Symposium of the IAVS «Global to local perspectives of vegetation science: search for new paradigms for the 21st century» (Nagano, 2000) — 2-м международном симпозиуме «Информационные и телекоммуникационные ресурсы в зоологии и ботанике» (Санкт-Петербург, 2001) — 3d Seminar of ecology «Ecology and management of protected areas» (Palermo, 2001) — международной конференции «ИНТЕРКАРТО-9: ГИС для устойчивого развития территорий» (Новороссийск, Севастополь, 2003) — итоговых научных конференциях Казанского государственного университета (1997;2002).

По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и карт, списка использованных фондовых материалов,.

ВЫВОДЫ.

1. В среднем масштабе для лесостепного Заволжья РТ выделяется и картируется 35 типов фитоценотических сукцессионных комплексов, в том числе 24 лесных, 10 степных, луговых и болотных, представленных антропогенными и эдафиче-скими рядами сообществ ранга формаций, групп и классов ассоциаций в зависимости от их доминантно-детерминантных признаков и экотопологических свойств занимаемых местообитаний.

2. В условиях возвышенных лесостепных ландшафтов максимальным разнообразием сочетаний ландшафтных компонентов отличаются ПТК средних частей склонов, которые относятся также и к наименее нарушенным, сохраняющим черты зональных ландшафтов. Наиболее нарушены нижние части склонов, сформированные денудационно-аккумулятивными процессами, и долинные комплексы, которые практически полностью распаханы и не сохранили признаков, дающих представление об их зональном облике. В спектре лесной растительности преобладают березняки разнотравно-коротконожковые и коротконожково-снытевые, произрастающие здесь даже на черноземах выщелоченных и типичных, что свидетельствует о вторичном характере березняков не только на месте лесных, но и степных формаций.

3. Неоднородность ландшафтно-экологических условий, изменчивость климата и своеобразная периодичность освоения региона заволжской лесостепи РТ определяют неустойчивость лесного покрова, возвратно-поступательный характер его многовековой динамики. Динамика покрова низменных и возвышенных ландшафтов заметно различается по своему характеру. Функционирование первых, в большей степени определяется влиянием человека, начиная со среднего голоцена. Взаимоотношения леса и степи в пределах возвышенных ландшафтов определяются в первую очередь физико-географическими условиями, в частности увлажненностью и микроклиматическими различиями элементов мозаики местоположений.

4. Из-за непостоянства антропогенного фактора, характер распределения лесной и степной растительности, считающийся сегодня зональным в некоторых случаях может быть случайным, обусловленным только различиями в длительном режиме эксплуатации территории. В качестве потенциальной растительности лесостепного Заволжья РТ нужно рассматривать преимущественно лесной покров, хотя его абсолютное господство так и не реализовалось ни в одном из климатических периодов голоцена.

5. Одной из причин сохранения и усиления неоднородности состояния лесной растительности в современный период является неравномерность лесопользования, различия в способах ведения хозяйства по предприятиям. Геостатистическая оценка современного состояния насаждений и интенсивности их прямого (лесосырьевого) использования показывает взаимную сопряженность показателей. Кроме того, современный качественный состав насаждений непосредственно связан с их эксплуатационным статусом в годы максимального использования (40−50-е гг. XX в.).

6. Рисунок лесной растительности лесостепного Заволжья на среднемас-штабной карте характеризуется значительной сложностью и неоднородностью, что является следствием преобразования ее облика при осуществлении лесохозяйствен-ных и прочих мероприятий, поскольку доказано, что форма контуров, слагающих рисунок, непосредственно связана с их содержанием. Проявление антропогенной динамики рисунка происходит на фоне ландшафтной неоднородности территории: в пределах низменных и лесных ландшафтов на фоне естественного стремления рисунка к агрегированности, формируется сложная внутренняя мозаикав возвышенных и типично лесостепных ландшафтах — мозаика формируется случайно, рисунок более дробный, но в целом более равномерный.

7. Антропогенная фрагментация с изменением структуры лесного растительного покрова — одно из ведущих фоновых нарушений, происходящее из-за отчуждения земель во временное и постоянное пользование при строительстве и эксплуатации объектов НГД-комплексов. В нефтегазоносных районах с лесистостью, близкой к оптимальной, дробность рисунка лесных массивов непосредственно связана с величиной удельной плотности линейных и площадных объектов НГД-комплексов, что проявляется даже в среднем масштабе.